燃料検出装置
【課題】燃料液位、即ち燃料の残量を検出するだけでなく、燃料性状、即ち燃料の材質を判別できる燃料検出装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る燃料検出装置は、燃料充填方向に並べて設置された第１検出電極〜第ｎ検出電極（ｎ≧２）、各検出電極の出力を処理し、燃料性状および燃料液位を検出するための静電容量検出部などを備え、静電容量検出部は、各検出電極の出力および電極長から燃料の比誘電率を算出し、該比誘電率を基に燃料性状を検出することを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る燃料検出装置は、燃料充填方向に並べて設置された第１検出電極〜第ｎ検出電極（ｎ≧２）、各検出電極の出力を処理し、燃料性状および燃料液位を検出するための静電容量検出部などを備え、静電容量検出部は、各検出電極の出力および電極長から燃料の比誘電率を算出し、該比誘電率を基に燃料性状を検出することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両などの燃料タンクに設置され、燃料残量検出および燃料性状検出を行う燃料検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、車両などの燃料タンクに搭載されている燃料残量計は、浮力を利用したフロートセンサが主流である。即ち、燃料の液面レベルをフロートの高さ変化で検出することによって、燃料タンクの燃料残量をドライバーに提示している。こうしたフロートセンサの原理は単純であるが、フロートの形状が大きく、車種毎、あるいは燃料タンク毎に、形状寸法や出力特性を設計し直す必要があり、コスト低減のネックとなっている。
【０００３】
一方、静電容量方式により燃料の液面レベルを検出する液位センサが提案されている。例えば、特許文献１では、フレキシブル基板上に形成された櫛形電極を用いて、カバーケース内に充填される燃料の液面の静電容量を検知することで、液面レベルを検出している。また、特許文献２および特許文献３では、常時燃料中にある検出電極、および燃料液位の検出電極対からなる櫛形の３種類の検出電極を設け、燃料の誘電率や温度変化によらない液位センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１９３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１０３０７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２０３８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の液位センサでは、誘電率補正や温度補正による液位のみの検出を行っている。しかしながら、最近では、エコ社会を実現するために燃料が多様化し、ガソリンの他にバイオ燃料などが出現し、燃料性状も同時に検出できる燃料ゲージが要求されている。
【０００６】
本発明の目的は、燃料液位、即ち燃料の残量を検出するだけでなく、燃料性状、即ち燃料の材質を判別できる小型の燃料検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料検出装置は、燃料充填方向に並べて設置された第１検出電極〜第ｎ検出電極（ｎ≧２）と、各検出電極の出力を処理し、燃料性状および燃料液位を検出するための静電容量検出部とを備える燃料検出装置であって、静電容量検出部は、第１検出電極〜第ｍ検出電極（１≦ｍ＜ｎ）の出力のみから燃料の比誘電率を算出し、該比誘電率を基に燃料性状を検出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る燃料検出装置は、燃料充填方向に並べて設置された第１検出電極〜第ｎ検出電極（ｎ≧２）と、各検出電極の出力を処理し、燃料性状および燃料液位を検出するための静電容量検出部とを備える燃料検出装置であって、静電容量検出部は、各検出電極の出力および燃料充填方向に延びる電極長から燃料の比誘電率を算出し、該比誘電率を基に燃料性状を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ｎ個の電極のうち、所望の電極が出力する静電容量から燃料の比誘電率を算出し、静電容量検出部において燃料性状を検出することができる。また、静電容量検出部は、各電極が出力する静電容量から、燃料液位を同時に検出することができる。さらに、各検出電極を燃料充填方向に並べて設置することで、小型の燃料検出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による燃料検出装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による検出電極の設置例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。
【図４】検出電極の形状の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１による検出電極の設置例を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態１による燃料検出装置の一例を示す構成図である。
【図７】静電容量検出部およびメータ駆動部が行う信号処理を示すフローチャートである。
【図８ａ】本発明の実施の形態２による検出電極の設置例を示す図である。
【図８ｂ】本発明の実施の形態２による検出電極の設置例を示す図である。
【図８ｃ】本発明の実施の形態２による検出電極の設置例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。
【図１０ａ】本発明の実施の形態３による検出電極の設置例を示す図である。
【図１０ｂ】本発明の実施の形態３による検出電極の設置例を示す図である。
【図１０ｃ】本発明の実施の形態３による検出電極の設置例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による燃料検出装置の一例を示す構成図である。燃料検出装置１００は、検出電極１、２を燃料充填方向に並べて設置した基板５０と、基板５０の周囲に配置した金属製の対向電極１０と、静電容量検出部２０と、メータ駆動部３０などを備える。基板５０および対向電極１０は、燃料タンク内に設置する。
【００１２】
検出電極１は、燃料性状を検出するための静電容量を出力する「燃料性状検出電極」として機能し、検出電極２は、燃料液位を検出するための静電容量を出力する「燃料液位検出電極」として機能する。即ち、本実施形態においては、検出電極１の出力のみから燃料性状を検出することができ、検出電極２の出力のみから燃料液位を検出することができる。しかし、後に示すように、検出電極１，２の出力の両方を用いて燃料性状、液位を検出してもよい。また、検出電極１および対向電極１０、検出電極２および対向電極１０が、それぞれ電極対を形成する。
【００１３】
尚、本実施形態においては、燃料性状検出電極を１つ、燃料液位検出電極を１つ設置しているが、それぞれ２つ以上設置してもよい。
【００１４】
基板５０は、検出電極１，２の基材として機能する。基板５０を構成する材料は、燃料特有の有機溶剤に不活性、かつ電極が形成できる材料であればよく、例えばセラミックを用いてもよい。検出電極１，２は、基板５０上に形成できる材料を用いて形成する。例えば、銀パラジウムペーストを用いた場合は、パターンを厚膜印刷し、または銅・金・アルミニウムなどの金属を用いた場合は薄膜パターンを蒸着してもよい。金属をパターン蒸着等する場合は、燃料による腐食を防止するために、表面にニッケルなどの腐食に強い金属でコーティングしてもよい。パターンの厚みは例えば０．８ｍｍであるが、さらに薄くてもよい。基板５０上には、検出電極１，２を片面にのみ形成しているが、例えば基板を加工する際にスルーホールを作成できる場合は、検出電極１，２などを両面に配置し、両面パターン基板とすれば、燃料検出装置をより小型化することができる。
【００１５】
対向電極１０は、筒状、例えば円筒形状、角筒形状などに形成し、内部には燃料が充填される。対向電極１０には、基板５０を固定するためのスリット１１を設けてもよい。さらに、接地電極９を、基板５０と対向電極１０とが接触する部分に設置した場合、対向電極１０は、接地電極９と電気接触する。さらに、接地電極９が接地電位を有するようにすれば、対向電極１０も接地電位を有する。これにより、各電極対への外来ノイズ混入を防止できるという利点がある。
【００１６】
また、対向電極１０のサイズを小さくすることで、計測する燃料容量を狭い範囲に限定することができるため、燃料のゆれや燃料タンクの傾きによる燃料液位誤差を抑制することができるという利点がある。対向電極１０は、基板５０で仕切られた燃料充填部１２を有する。燃料充填部１２は、燃料が流入流出する部分である。燃料の流入流出をスムーズにするために、対向電極１０をメッシュ状、または複数の穴を開けた形状にしてもよい。
【００１７】
検出電極１と電気接続している接続配線６は、基板５０に設置される。接続配線６はまた、接続電極７とも電気接続しているパターンである。該パターンが厚膜パターンである場合、パターン幅は例えば０．２ｍｍであり、薄膜パターンの場合、パターン幅は例えば０．０５ｍｍである。接続電極７のパターンについても、燃料の充填により静電容量が発生するため、極力細いパターンを用いることが好ましい。
【００１８】
接続電極７は、検出電極１，２、接続配線６および補償配線８を、静電容量検出部２０と電気接続させるためのパターンであり、コネクタとして機能する。検出電極２は、接続電極７と直接電気接続しているが、検出電極２と接続電極７との間に接続配線を設けてもよい。接地電極９は、上述のように、接地電位を有し、対向電極１０を回路設置するための電極である。
【００１９】
接続配線６は、燃料が充填されると、各検出電極と同様に静電容量を生じる。接続配線６により生じた静電容量が、検出電極１の出力する静電容量Ｃ１の誤差となる。したがって、接続配線を可能な限り細くして配線面積を抑えることにより、測定する静電容量誤差を抑制することができる。例えば、静電容量誤差をＥ、検出電極面積をＳＤ、接続配線面積をＳＳとした場合、下記の式（１）のように誤差を計算することができる。また、Ｅ＝Ｘ％とした場合、下記の式（２）から、検出電極と接続配線６の面積比を決定することができる。逆に接続配線６のパターン幅とパターン長から接続配線の面積を算出し、誤差Ｅを推定することもできる。
【００２０】
Ｅ＝ＳＳ／ＳＤ ・・・（１）
ＳＳ＝（Ｘ／１００）×ＳＤ ・・・（２）
【００２１】
補償配線８は、接続配線６と同様の幅と長さと厚さを有しており、燃料の充填により、接続配線６により生じた静電容量Ｃｓと同等な静電容量Ｃｈを発生するようにしている。Ｃｓを小さくするため、ギャップ長は、例えば０．５ｍｍとすることができるが、燃料タンクの形状または特性に応じて変更してもよい。しかしながら、Ｃｓは燃料充填と共に上昇し、また、接続配線６の幅とＣｓとは比例関係にあるため、接続配線６の幅によってはＣｓを無視することができない。そのため、検出電極１により生じる静電容量の「出力値」Ｃｍ（＝Ｃ１＋Ｃｓ）からＣｈを差し引く処理を、静電容量検出部２０で行うことが好ましい。これにより、Ｃｓをキャンセルすることができ、検出電極１により生じる静電容量Ｃ１のみを精度良く計測することができる。検出電極２と接続電極７との間に接続配線を設置した場合は、更なる補償配線を設置してもよい。よって、検出電極１により生じる静電容量Ｃ１は、下記の式（３）で算出することができる。
【００２２】
Ｃ１＝ Ｃｍ − Ｃｈ ・・・（３）
【００２３】
静電容量検出部２０は、各検出電極および補償配線８により生じた静電容量を計測し、信号処理する。例えば、ＣＶ(Charge to Voltage)変換部により、計測した静電容量を電圧信号に変換し、該電圧信号を信号処理することにより、燃料性状および燃料液位を検出することができる。尚、静電容量検出部２０は、燃料タンクの内部に配置してもよい。
【００２４】
前述のように、検出電極の数は２つに限定されず、３つ以上設置してもよい。その場合、各検出電極の数に応じて、接続配線６、接続電極７、および補償配線８の数を変更することができる。ここで、接続電極７においても静電容量が発生するため、各接続電極７はすべて同一形状とするのが好ましい。
【００２５】
メータ駆動部３０は、静電容量検出部２０が検出した燃料性状および燃料液位を、例えば二輪車、四輪車などの燃料メータに表示できるように、電圧または電流などのアナログもしくはデジタルデータに変換し、メータが動作できるように駆動する部分である。メータ駆動部３０は、静電容量検出部２０が出力するアナログ電圧信号をデジタル値に変換するＡＤ(Analog to Digital)変換部を備えてもよい。また、静電容量検出部２０とメータ駆動部３０とを一体化してもよい。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１による検出電極の設置例を示す図である。検出電極１，２は、図２中に一点鎖線で示す、燃料充填方向に延びる基板５０の中心線に関して線対称になるように、基板５０の表面上に、燃料充填方向に並べて設置する。基板５０の検出電極１，２の幅は、出力する静電容量に比例する。よって、所望の検出感度に応じて電極幅を大きくしてもよいが、対向電極１０と電気接触しないようにする。検出電極１，２の電極幅および電極長は、燃料タンク形状、燃料特性、または燃料メータの特性に応じて調整してもよい。好適な調整を行うことで、燃料液位が燃料タンクまたは燃料メータのどの位置にあっても、ユーザに対して一定の燃料表示をすることができる。
【００２７】
次に、静電容量検出部２０が、計測した静電容量を基に燃料性状、燃料液位を検出する原理を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。燃料液位が上昇すると、検出電極１，２が順次燃料で覆われ、燃料の比誘電率に応じた静電容量を出力する。燃料充填中に、電極長Ｌ１を有する検出電極１が出力する静電容量をＣ１とする。同様に検出電極２の電極長はＬ２、出力する静電容量はＣ２とする。
【００２８】
以下の式において、Ｃｋは、燃料が充填されていない状態の静電容量を基準とした場合の、各検出電極が出力する静電容量を表す。即ちＣｋは、燃料が充填されている状態の各電極の出力値から、燃料が充填されていない状態の各電極の出力値を差し引いた値である。これは、燃料メータにおけるＥ（Ｅｍｐｔｙ）レベルを基準に、Ｆ（Ｆｕｌｌ）レベルの静電容量を算出することに相当する。逆に、Ｆレベルの静電容量を基準としてＥレベルの静電容量を算出してもよい。
【００２９】
燃料液位Ｌは、下記の式（４）のように、ａを比例定数として、Ｃ１，Ｃ２の静電容量の合計から算出することができる。または、Ｃ２のみから燃料液位を算出することもできる。また、燃料の比誘電率εは、下記の式（５）で算出することができる。ただし、ｎは検出電極数である。また、ｐは、ｎ以下の自然数であり、式（５）は、ｎ個の検出電極のうち、ｐ個の検出電極が出力する静電容量から燃料液位を算出することを示している。
【００３０】
【数１】
【００３１】
式（５）の右辺は、静電容量Ｃ１，Ｃ２と検出電極の既知の電極長Ｌ１，Ｌ２から得られる直線の傾きを表す。図３では、標準的な燃料Ａを充填した場合の傾きの算出の仕方を示している。検出電極１と検出電極２とが、燃料充填方向に間隙を有するように基板５０上に設置した場合、下位の検出電極が燃料で満たされて、上位の検出電極が検出を開始した時点で、直線の傾きを算出することができる。この場合、検出電極間の間隙に起因して、各検出電極が出力する静電容量が不連続となるため、検出電極２の計測が開始された時点で、検出電極１の最大計測値が判明する。よって、この検出電極１の出力のみを基に、燃料の比誘電率εを算出し、更には燃料性状を検出してもよい。これは、上記の式（５）において、ｐ＝１とすることを意味する。
【００３２】
比誘電率εは、測定する燃料あるいは誘電体によって異なるため、燃料液位Ｌは、下記の式（６）のように補正することができる。
【００３３】
【数２】
【００３４】
以上より、静電容量検出部２０において、燃料性状および燃料液位を同時に検出することができることがわかった。燃料液位Ｌは、図３に示すような、静電容量に従って変化する連続的な出力であるが、検出電極の電極長を小さくし、検出電極を多数設置する場合には、液位を検出電極の検出位置として検出してもよい。ｎ極の検出電極をそれぞれデジタル値に見立て、ｎビットのデジタル出力としてもよい。例えば、燃料メータの分解能が８ビットであれば、検出電極を８つ設置して、燃料液位に応じて検出した電極位置をデジタル出力してもよい。
【００３５】
図４は、検出電極の形状の例を示す図である。図２では、検出電極１と検出電極２との間には、互いに接触しないように、燃料充填方向に間隙を有する。この場合、下位の検出電極が燃料で満たされて、上位の検出電極が検出を開始する際、図３に示すように、静電容量の出力は不連続になり、さらには燃料液位の検出も不連続になる。静電容量の出力を連続的にする必要がある場合は、検出電極の端面を、例えば斜め、三角、円弧、などの形状に加工することで、不連続性を緩和することができる。
【００３６】
図５は、本発明の実施の形態１による検出電極の設置例を示す構成図である。図５の構成は、基板５０が両面パターンを利用できる場合に実施可能である。検出電極１、接続配線６および補償配線８を基板５０の表面に設置し、検出電極２を裏面に設置する。検出電極１と検出電極２とは、燃料充填方向に間隙がないように配置する。このように配置することで、下位の検出電極が燃料で満たされて、上位の検出電極が検出を開始する際に、燃料液位が不連続に検出されることを回避できる。接続電極７および接地電極９は、表面または裏面のいずれに設置してもよい。尚、基板５０のどちらの面を表面、裏面としてもよい。
【００３７】
図６は、本発明の実施の形態１による燃料検出装置の一例を示す構成図である。図６の構成のうち図１の構成と異なるのは、燃料温度を計測するための温度検出部４０、および基板５０上に温度検出素子１３、例えばサーミスタをさらに設けている点である。サーミスタなどはガソリンなどの有機溶剤により腐食しやすいため、ガラスコーティングなどにより保護する必要があり、コスト高になる。しかしながら、燃料タンク内の燃料温度は、燃料タンク上面の温度と熱平衡になると仮定できるため、燃料タンク上面に温度検出素子１３を設置した場合でも燃料温度を測定することができる。また、燃料タンク内の燃料と熱平衡状態にある部分の温度を測定すればよく、例えば検出電極１，２、静電容量検出部２０の周辺などの温度を測定してもよい。低コスト化を図るために、燃料タンク上面に温度検出素子１３を設置してもよい。図６においては、静電容量検出部２０および温度検出部４０は、燃料タンクの外部に配置しているが、燃料タンク内に配置してもよい。静電容量検出部２０に、燃料の比誘電率の温度依存性を予め記憶させておけば、測定した燃料温度に基づいて、比誘電率εを補正し、さらには静電容量Ｃ１，Ｃ２を補正することができ、より精度の高い燃料液位を得ることができる。
【００３８】
図７は、静電容量検出部およびメータ駆動部が行う信号処理を示すフローチャートである。静電容量検出部２０およびメータ駆動部３０に電源が供給されると、信号処理が開始される。「初期化」ステップＳ１では、内部遅延処理、メモリの初期化および校正処理などを行う。「温度検出」ステップＳ２では、燃料温度を検出する。上述のように、燃料温度を直接測定する必要はなく、燃料温度と熱平衡状態にある部分の温度を測定してもよい。「性状検出」ステップＳ３では、検出電極１の出力値Ｃ１を基に燃料性状を検出する。次に、予め取得し、メモリに記憶させておいた燃料性状と静電容量との関係を表す特性マップにＣ１をマッチングさせることによって、検出した燃料性状を補正してもよい。「異常診断」ステップＳ４では、温度検出ステップで測定した温度が所定の範囲にあるか否か、各検出電極の出力の初期値が所定の範囲にあるか否か、電源電圧が所定の電圧範囲にあるか否か、などの判断処理を行う。また通常、検出電極１全体は、燃料に浸っている状態にある。よって、検出電極１全体が燃料に浸っていない場合、このステップで、燃料不足を示す状態異常として処理してもよい。
【００３９】
異常診断が正常であれば、「性状温度補正」ステップＳ５に進む。本ステップでは、温度検出ステップで検出した温度を基に、予め取得し、メモリに記憶させておいた燃料性状と温度との関係を表す特性マップを用いて、検出した燃料性状を補正することができる。「液位検出」ステップＳ６では、検出電極２の出力値Ｃ２を計測する。「液位誤差補正」ステップＳ７では、ステップＳ５で記載した特性マップを用いて、ステップＳ６で得られた検出電極２の出力値Ｃ２を誤差補正する。「液位性状補正」ステップＳ８では、燃料性状をもたらすＣ１および燃料液位をもたらすＣ２から、Ｃ２／Ｃ１を計算し、Ｃ２の性状補正を行う。「液位出力」ステップＳ９では、メモリマップや近似式からＣ２／Ｃ１を用いて、液位Ｌに変換し出力する。このとき、表示する燃料メータに適合するように液位を出力する。「メータ駆動」ステップＳ１１では、液位出力に応じた電圧、電流などに変換して燃料メータを駆動する。本発明では、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式を採用し、液位出力に応じたパルス幅駆動出力としているが、他の方式を採用してもよい。
【００４０】
以上、本実施形態では、燃料タンク内に配置した基板上に、検出電極を燃料充填方向に並べて設置し、燃料性状および燃料液位を同時に検出した。また、燃料性状検出電極の静電容量のみを基に、燃料性状を検出することもできる。また、測定した燃料の比誘電率および温度から、燃料液位を補正できるため、高精度の液位を出力できる燃料検出装置を提供することができる。また、検出電極１，２を燃料充填方向に並べて設置することで、小型の燃料検出装置を提供することができる。さらに、対向電極の寸法を小さくした場合、計測する燃料容量を狭い範囲に限定することができ、燃料のゆれやタンクの傾きによる燃料液位誤差を抑制することができる。
【００４１】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２による検出電極の設置例を示す図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、基板５０上に検出電極１〜５を設置した構成を示している。本実施形態においては、基板５０上に設置された検出電極１〜５は、各電極間に燃料充填方向の間隙を設けており、各検出電極の出力する静電容量が不連続になる。本実施形態では、該不連続性を利用して、各検出電極ごとに燃料の性状を検出するという特徴を有する。その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００４２】
尚、本実施形態においては、検出電極を５つ設置しているが、２つ以上であればよく、３〜５つ、または６つ以上設置してもよい。これは、以降の実施形態でも同様である。
【００４３】
検出電極１〜５は、図８（ａ）〜（ｃ）中に一点鎖線で示す、燃料充填方向に延びる基板５０の中心線に関して線対称になるように、基板５０の表面上に、燃料充填方向に並べて設置する。検出電極１〜５は、基板５０の中心線上に、互いに接触しない間隙を空けて配置することで、基板５０の幅寸法を小さくすることができる。図８（ａ）において、検出電極１〜５は、同一の電極幅および電極長を有する構造を有しているが、検出電極１〜５の電極幅および電極長Ｌ１〜Ｌ５を、燃料タンク形状、燃料特性、または燃料メータの特性に応じて、例えば図８（ｂ）または図８（ｃ）に示すように調整してもよい。好適な調整を行うことで、燃料液位が燃料タンクまたは燃料メータのどの位置にあっても、ユーザに対して一定の燃料表示をすることができる。
【００４４】
次に、静電容量検出部２０が、検出した静電容量を基に燃料性状および液位を得る原理を、図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態２による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。Ｌ１の電極長を有する検出電極１の燃料充填中に、検出電極１が出力する静電容量をＣ１とする。同様に検出電極２〜５の電極長はＬ２〜Ｌ５、出力する静電容量はＣ２〜Ｃ５とする。
【００４５】
燃料液位Ｌは、実施形態１と同様に、式（４）で与えられる。また、燃料の比誘電率εは、下記の式（７）で算出する。式（７）において、Ｃ１〜Ｃ５は、実施形態１と同様、燃料が充填されていない状態を基準とした場合の、各検出電極が出力する静電容量を表す。また、ｐは、ｎ以下の自然数であり、式（７）は、式（５）と同様、ｎ個の検出電極のうち、ｐ個の検出電極が出力する静電容量から燃料液位を算出することを示している。
【００４６】
【数３】
【００４７】
式（７）の右辺は、静電容量Ｃｋと検出電極の既知の電極長Ｌｋとから得られる直線の傾きの平均値を表す。実施形態１では、燃料性状検出電極の出力値またはすべての検出電極の出力値の和から、燃料の比誘電率εを算出し、燃料性状を検出した。それに対して、本実施形態では、各検出電極の出力する静電容量から比誘電率εを算出し、燃料性状を検出する。図９では、標準的な燃料Ａを充填した場合の傾きの算出の仕方を示している。各検出電極は、燃料充填方向に間隙を有するように基板５０上に設置されている。そのため、下位の検出電極が燃料で満たされて、上位の検出電極が検出を開始した時点で、直線の傾きＣｋ／Ｌｋを算出することができる。また、上記の式（７）により算出した比誘電率εから、実施形態１と同様に、燃料液位Ｌを式（６）のように補正することができる。
【００４８】
実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３による検出電極の設置例を示す図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は、基板５０上に検出電極１〜５を設置した構成を示している。本実施形態においては、燃料液位の出力の不連続性を回避している点を特徴とする。その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００４９】
検出電極１〜５は、図１０（ａ）〜（ｃ）中に一点鎖線で示す、燃料充填方向に延びる基板５０の中心線から、一定距離隔てて千鳥状に設置している。各検出電極を、基板５０の中心線上に、互いに接触しないように間隙を空けて配置することで、基板５０の幅寸法を小さくすることができる。図１０（ａ）において、検出電極１〜５は、同一の電極幅および電極長を有する構造を有しているが、検出電極１〜５の電極幅および電極長Ｌ１〜Ｌ５を、燃料タンク形状、燃料特性、または燃料メータの特性に応じて、例えば図１０（ｂ）または図１０（ｃ）に示すように調整してもよい。好適な調整を行うことで、燃料液位が燃料タンクまたは燃料メータのどの位置にあっても、ユーザに対して一定の燃料表示をすることができる。
【００５０】
図１１は、本発明の実施の形態３による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。本実施形態においても、実施形態１と同様に、式（５）から燃料の比誘電率を算出し、式（４）によって検出した燃料液位を、式（６）によって補正することができる。各検出電極は、互いに間隙を有しないように設置している。その結果、各検出電極の静電容量Ｃｋを隙間なく検出することができるため、燃料液位Ｌを連続的に検出することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１〜５ 検出電極、 ６ 接続配線、 ７ 接続電極、 ８ 補償配線、 ９ 接地電極、 １０ 対向電極、 １１ スリット、 １２ 燃料充填部、 １３ 温度検出素子、 ２０ 静電容量検出部、 ３０ メータ駆動部、 ４０ 温度検出部、 ５０ 基板、 １００ 燃料検出装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両などの燃料タンクに設置され、燃料残量検出および燃料性状検出を行う燃料検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、車両などの燃料タンクに搭載されている燃料残量計は、浮力を利用したフロートセンサが主流である。即ち、燃料の液面レベルをフロートの高さ変化で検出することによって、燃料タンクの燃料残量をドライバーに提示している。こうしたフロートセンサの原理は単純であるが、フロートの形状が大きく、車種毎、あるいは燃料タンク毎に、形状寸法や出力特性を設計し直す必要があり、コスト低減のネックとなっている。
【０００３】
一方、静電容量方式により燃料の液面レベルを検出する液位センサが提案されている。例えば、特許文献１では、フレキシブル基板上に形成された櫛形電極を用いて、カバーケース内に充填される燃料の液面の静電容量を検知することで、液面レベルを検出している。また、特許文献２および特許文献３では、常時燃料中にある検出電極、および燃料液位の検出電極対からなる櫛形の３種類の検出電極を設け、燃料の誘電率や温度変化によらない液位センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１９３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１０３０７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２０３８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の液位センサでは、誘電率補正や温度補正による液位のみの検出を行っている。しかしながら、最近では、エコ社会を実現するために燃料が多様化し、ガソリンの他にバイオ燃料などが出現し、燃料性状も同時に検出できる燃料ゲージが要求されている。
【０００６】
本発明の目的は、燃料液位、即ち燃料の残量を検出するだけでなく、燃料性状、即ち燃料の材質を判別できる小型の燃料検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料検出装置は、燃料充填方向に並べて設置された第１検出電極〜第ｎ検出電極（ｎ≧２）と、各検出電極の出力を処理し、燃料性状および燃料液位を検出するための静電容量検出部とを備える燃料検出装置であって、静電容量検出部は、第１検出電極〜第ｍ検出電極（１≦ｍ＜ｎ）の出力のみから燃料の比誘電率を算出し、該比誘電率を基に燃料性状を検出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る燃料検出装置は、燃料充填方向に並べて設置された第１検出電極〜第ｎ検出電極（ｎ≧２）と、各検出電極の出力を処理し、燃料性状および燃料液位を検出するための静電容量検出部とを備える燃料検出装置であって、静電容量検出部は、各検出電極の出力および燃料充填方向に延びる電極長から燃料の比誘電率を算出し、該比誘電率を基に燃料性状を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ｎ個の電極のうち、所望の電極が出力する静電容量から燃料の比誘電率を算出し、静電容量検出部において燃料性状を検出することができる。また、静電容量検出部は、各電極が出力する静電容量から、燃料液位を同時に検出することができる。さらに、各検出電極を燃料充填方向に並べて設置することで、小型の燃料検出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による燃料検出装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による検出電極の設置例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。
【図４】検出電極の形状の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１による検出電極の設置例を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態１による燃料検出装置の一例を示す構成図である。
【図７】静電容量検出部およびメータ駆動部が行う信号処理を示すフローチャートである。
【図８ａ】本発明の実施の形態２による検出電極の設置例を示す図である。
【図８ｂ】本発明の実施の形態２による検出電極の設置例を示す図である。
【図８ｃ】本発明の実施の形態２による検出電極の設置例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。
【図１０ａ】本発明の実施の形態３による検出電極の設置例を示す図である。
【図１０ｂ】本発明の実施の形態３による検出電極の設置例を示す図である。
【図１０ｃ】本発明の実施の形態３による検出電極の設置例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による燃料検出装置の一例を示す構成図である。燃料検出装置１００は、検出電極１、２を燃料充填方向に並べて設置した基板５０と、基板５０の周囲に配置した金属製の対向電極１０と、静電容量検出部２０と、メータ駆動部３０などを備える。基板５０および対向電極１０は、燃料タンク内に設置する。
【００１２】
検出電極１は、燃料性状を検出するための静電容量を出力する「燃料性状検出電極」として機能し、検出電極２は、燃料液位を検出するための静電容量を出力する「燃料液位検出電極」として機能する。即ち、本実施形態においては、検出電極１の出力のみから燃料性状を検出することができ、検出電極２の出力のみから燃料液位を検出することができる。しかし、後に示すように、検出電極１，２の出力の両方を用いて燃料性状、液位を検出してもよい。また、検出電極１および対向電極１０、検出電極２および対向電極１０が、それぞれ電極対を形成する。
【００１３】
尚、本実施形態においては、燃料性状検出電極を１つ、燃料液位検出電極を１つ設置しているが、それぞれ２つ以上設置してもよい。
【００１４】
基板５０は、検出電極１，２の基材として機能する。基板５０を構成する材料は、燃料特有の有機溶剤に不活性、かつ電極が形成できる材料であればよく、例えばセラミックを用いてもよい。検出電極１，２は、基板５０上に形成できる材料を用いて形成する。例えば、銀パラジウムペーストを用いた場合は、パターンを厚膜印刷し、または銅・金・アルミニウムなどの金属を用いた場合は薄膜パターンを蒸着してもよい。金属をパターン蒸着等する場合は、燃料による腐食を防止するために、表面にニッケルなどの腐食に強い金属でコーティングしてもよい。パターンの厚みは例えば０．８ｍｍであるが、さらに薄くてもよい。基板５０上には、検出電極１，２を片面にのみ形成しているが、例えば基板を加工する際にスルーホールを作成できる場合は、検出電極１，２などを両面に配置し、両面パターン基板とすれば、燃料検出装置をより小型化することができる。
【００１５】
対向電極１０は、筒状、例えば円筒形状、角筒形状などに形成し、内部には燃料が充填される。対向電極１０には、基板５０を固定するためのスリット１１を設けてもよい。さらに、接地電極９を、基板５０と対向電極１０とが接触する部分に設置した場合、対向電極１０は、接地電極９と電気接触する。さらに、接地電極９が接地電位を有するようにすれば、対向電極１０も接地電位を有する。これにより、各電極対への外来ノイズ混入を防止できるという利点がある。
【００１６】
また、対向電極１０のサイズを小さくすることで、計測する燃料容量を狭い範囲に限定することができるため、燃料のゆれや燃料タンクの傾きによる燃料液位誤差を抑制することができるという利点がある。対向電極１０は、基板５０で仕切られた燃料充填部１２を有する。燃料充填部１２は、燃料が流入流出する部分である。燃料の流入流出をスムーズにするために、対向電極１０をメッシュ状、または複数の穴を開けた形状にしてもよい。
【００１７】
検出電極１と電気接続している接続配線６は、基板５０に設置される。接続配線６はまた、接続電極７とも電気接続しているパターンである。該パターンが厚膜パターンである場合、パターン幅は例えば０．２ｍｍであり、薄膜パターンの場合、パターン幅は例えば０．０５ｍｍである。接続電極７のパターンについても、燃料の充填により静電容量が発生するため、極力細いパターンを用いることが好ましい。
【００１８】
接続電極７は、検出電極１，２、接続配線６および補償配線８を、静電容量検出部２０と電気接続させるためのパターンであり、コネクタとして機能する。検出電極２は、接続電極７と直接電気接続しているが、検出電極２と接続電極７との間に接続配線を設けてもよい。接地電極９は、上述のように、接地電位を有し、対向電極１０を回路設置するための電極である。
【００１９】
接続配線６は、燃料が充填されると、各検出電極と同様に静電容量を生じる。接続配線６により生じた静電容量が、検出電極１の出力する静電容量Ｃ１の誤差となる。したがって、接続配線を可能な限り細くして配線面積を抑えることにより、測定する静電容量誤差を抑制することができる。例えば、静電容量誤差をＥ、検出電極面積をＳＤ、接続配線面積をＳＳとした場合、下記の式（１）のように誤差を計算することができる。また、Ｅ＝Ｘ％とした場合、下記の式（２）から、検出電極と接続配線６の面積比を決定することができる。逆に接続配線６のパターン幅とパターン長から接続配線の面積を算出し、誤差Ｅを推定することもできる。
【００２０】
Ｅ＝ＳＳ／ＳＤ ・・・（１）
ＳＳ＝（Ｘ／１００）×ＳＤ ・・・（２）
【００２１】
補償配線８は、接続配線６と同様の幅と長さと厚さを有しており、燃料の充填により、接続配線６により生じた静電容量Ｃｓと同等な静電容量Ｃｈを発生するようにしている。Ｃｓを小さくするため、ギャップ長は、例えば０．５ｍｍとすることができるが、燃料タンクの形状または特性に応じて変更してもよい。しかしながら、Ｃｓは燃料充填と共に上昇し、また、接続配線６の幅とＣｓとは比例関係にあるため、接続配線６の幅によってはＣｓを無視することができない。そのため、検出電極１により生じる静電容量の「出力値」Ｃｍ（＝Ｃ１＋Ｃｓ）からＣｈを差し引く処理を、静電容量検出部２０で行うことが好ましい。これにより、Ｃｓをキャンセルすることができ、検出電極１により生じる静電容量Ｃ１のみを精度良く計測することができる。検出電極２と接続電極７との間に接続配線を設置した場合は、更なる補償配線を設置してもよい。よって、検出電極１により生じる静電容量Ｃ１は、下記の式（３）で算出することができる。
【００２２】
Ｃ１＝ Ｃｍ − Ｃｈ ・・・（３）
【００２３】
静電容量検出部２０は、各検出電極および補償配線８により生じた静電容量を計測し、信号処理する。例えば、ＣＶ(Charge to Voltage)変換部により、計測した静電容量を電圧信号に変換し、該電圧信号を信号処理することにより、燃料性状および燃料液位を検出することができる。尚、静電容量検出部２０は、燃料タンクの内部に配置してもよい。
【００２４】
前述のように、検出電極の数は２つに限定されず、３つ以上設置してもよい。その場合、各検出電極の数に応じて、接続配線６、接続電極７、および補償配線８の数を変更することができる。ここで、接続電極７においても静電容量が発生するため、各接続電極７はすべて同一形状とするのが好ましい。
【００２５】
メータ駆動部３０は、静電容量検出部２０が検出した燃料性状および燃料液位を、例えば二輪車、四輪車などの燃料メータに表示できるように、電圧または電流などのアナログもしくはデジタルデータに変換し、メータが動作できるように駆動する部分である。メータ駆動部３０は、静電容量検出部２０が出力するアナログ電圧信号をデジタル値に変換するＡＤ(Analog to Digital)変換部を備えてもよい。また、静電容量検出部２０とメータ駆動部３０とを一体化してもよい。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１による検出電極の設置例を示す図である。検出電極１，２は、図２中に一点鎖線で示す、燃料充填方向に延びる基板５０の中心線に関して線対称になるように、基板５０の表面上に、燃料充填方向に並べて設置する。基板５０の検出電極１，２の幅は、出力する静電容量に比例する。よって、所望の検出感度に応じて電極幅を大きくしてもよいが、対向電極１０と電気接触しないようにする。検出電極１，２の電極幅および電極長は、燃料タンク形状、燃料特性、または燃料メータの特性に応じて調整してもよい。好適な調整を行うことで、燃料液位が燃料タンクまたは燃料メータのどの位置にあっても、ユーザに対して一定の燃料表示をすることができる。
【００２７】
次に、静電容量検出部２０が、計測した静電容量を基に燃料性状、燃料液位を検出する原理を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。燃料液位が上昇すると、検出電極１，２が順次燃料で覆われ、燃料の比誘電率に応じた静電容量を出力する。燃料充填中に、電極長Ｌ１を有する検出電極１が出力する静電容量をＣ１とする。同様に検出電極２の電極長はＬ２、出力する静電容量はＣ２とする。
【００２８】
以下の式において、Ｃｋは、燃料が充填されていない状態の静電容量を基準とした場合の、各検出電極が出力する静電容量を表す。即ちＣｋは、燃料が充填されている状態の各電極の出力値から、燃料が充填されていない状態の各電極の出力値を差し引いた値である。これは、燃料メータにおけるＥ（Ｅｍｐｔｙ）レベルを基準に、Ｆ（Ｆｕｌｌ）レベルの静電容量を算出することに相当する。逆に、Ｆレベルの静電容量を基準としてＥレベルの静電容量を算出してもよい。
【００２９】
燃料液位Ｌは、下記の式（４）のように、ａを比例定数として、Ｃ１，Ｃ２の静電容量の合計から算出することができる。または、Ｃ２のみから燃料液位を算出することもできる。また、燃料の比誘電率εは、下記の式（５）で算出することができる。ただし、ｎは検出電極数である。また、ｐは、ｎ以下の自然数であり、式（５）は、ｎ個の検出電極のうち、ｐ個の検出電極が出力する静電容量から燃料液位を算出することを示している。
【００３０】
【数１】
【００３１】
式（５）の右辺は、静電容量Ｃ１，Ｃ２と検出電極の既知の電極長Ｌ１，Ｌ２から得られる直線の傾きを表す。図３では、標準的な燃料Ａを充填した場合の傾きの算出の仕方を示している。検出電極１と検出電極２とが、燃料充填方向に間隙を有するように基板５０上に設置した場合、下位の検出電極が燃料で満たされて、上位の検出電極が検出を開始した時点で、直線の傾きを算出することができる。この場合、検出電極間の間隙に起因して、各検出電極が出力する静電容量が不連続となるため、検出電極２の計測が開始された時点で、検出電極１の最大計測値が判明する。よって、この検出電極１の出力のみを基に、燃料の比誘電率εを算出し、更には燃料性状を検出してもよい。これは、上記の式（５）において、ｐ＝１とすることを意味する。
【００３２】
比誘電率εは、測定する燃料あるいは誘電体によって異なるため、燃料液位Ｌは、下記の式（６）のように補正することができる。
【００３３】
【数２】
【００３４】
以上より、静電容量検出部２０において、燃料性状および燃料液位を同時に検出することができることがわかった。燃料液位Ｌは、図３に示すような、静電容量に従って変化する連続的な出力であるが、検出電極の電極長を小さくし、検出電極を多数設置する場合には、液位を検出電極の検出位置として検出してもよい。ｎ極の検出電極をそれぞれデジタル値に見立て、ｎビットのデジタル出力としてもよい。例えば、燃料メータの分解能が８ビットであれば、検出電極を８つ設置して、燃料液位に応じて検出した電極位置をデジタル出力してもよい。
【００３５】
図４は、検出電極の形状の例を示す図である。図２では、検出電極１と検出電極２との間には、互いに接触しないように、燃料充填方向に間隙を有する。この場合、下位の検出電極が燃料で満たされて、上位の検出電極が検出を開始する際、図３に示すように、静電容量の出力は不連続になり、さらには燃料液位の検出も不連続になる。静電容量の出力を連続的にする必要がある場合は、検出電極の端面を、例えば斜め、三角、円弧、などの形状に加工することで、不連続性を緩和することができる。
【００３６】
図５は、本発明の実施の形態１による検出電極の設置例を示す構成図である。図５の構成は、基板５０が両面パターンを利用できる場合に実施可能である。検出電極１、接続配線６および補償配線８を基板５０の表面に設置し、検出電極２を裏面に設置する。検出電極１と検出電極２とは、燃料充填方向に間隙がないように配置する。このように配置することで、下位の検出電極が燃料で満たされて、上位の検出電極が検出を開始する際に、燃料液位が不連続に検出されることを回避できる。接続電極７および接地電極９は、表面または裏面のいずれに設置してもよい。尚、基板５０のどちらの面を表面、裏面としてもよい。
【００３７】
図６は、本発明の実施の形態１による燃料検出装置の一例を示す構成図である。図６の構成のうち図１の構成と異なるのは、燃料温度を計測するための温度検出部４０、および基板５０上に温度検出素子１３、例えばサーミスタをさらに設けている点である。サーミスタなどはガソリンなどの有機溶剤により腐食しやすいため、ガラスコーティングなどにより保護する必要があり、コスト高になる。しかしながら、燃料タンク内の燃料温度は、燃料タンク上面の温度と熱平衡になると仮定できるため、燃料タンク上面に温度検出素子１３を設置した場合でも燃料温度を測定することができる。また、燃料タンク内の燃料と熱平衡状態にある部分の温度を測定すればよく、例えば検出電極１，２、静電容量検出部２０の周辺などの温度を測定してもよい。低コスト化を図るために、燃料タンク上面に温度検出素子１３を設置してもよい。図６においては、静電容量検出部２０および温度検出部４０は、燃料タンクの外部に配置しているが、燃料タンク内に配置してもよい。静電容量検出部２０に、燃料の比誘電率の温度依存性を予め記憶させておけば、測定した燃料温度に基づいて、比誘電率εを補正し、さらには静電容量Ｃ１，Ｃ２を補正することができ、より精度の高い燃料液位を得ることができる。
【００３８】
図７は、静電容量検出部およびメータ駆動部が行う信号処理を示すフローチャートである。静電容量検出部２０およびメータ駆動部３０に電源が供給されると、信号処理が開始される。「初期化」ステップＳ１では、内部遅延処理、メモリの初期化および校正処理などを行う。「温度検出」ステップＳ２では、燃料温度を検出する。上述のように、燃料温度を直接測定する必要はなく、燃料温度と熱平衡状態にある部分の温度を測定してもよい。「性状検出」ステップＳ３では、検出電極１の出力値Ｃ１を基に燃料性状を検出する。次に、予め取得し、メモリに記憶させておいた燃料性状と静電容量との関係を表す特性マップにＣ１をマッチングさせることによって、検出した燃料性状を補正してもよい。「異常診断」ステップＳ４では、温度検出ステップで測定した温度が所定の範囲にあるか否か、各検出電極の出力の初期値が所定の範囲にあるか否か、電源電圧が所定の電圧範囲にあるか否か、などの判断処理を行う。また通常、検出電極１全体は、燃料に浸っている状態にある。よって、検出電極１全体が燃料に浸っていない場合、このステップで、燃料不足を示す状態異常として処理してもよい。
【００３９】
異常診断が正常であれば、「性状温度補正」ステップＳ５に進む。本ステップでは、温度検出ステップで検出した温度を基に、予め取得し、メモリに記憶させておいた燃料性状と温度との関係を表す特性マップを用いて、検出した燃料性状を補正することができる。「液位検出」ステップＳ６では、検出電極２の出力値Ｃ２を計測する。「液位誤差補正」ステップＳ７では、ステップＳ５で記載した特性マップを用いて、ステップＳ６で得られた検出電極２の出力値Ｃ２を誤差補正する。「液位性状補正」ステップＳ８では、燃料性状をもたらすＣ１および燃料液位をもたらすＣ２から、Ｃ２／Ｃ１を計算し、Ｃ２の性状補正を行う。「液位出力」ステップＳ９では、メモリマップや近似式からＣ２／Ｃ１を用いて、液位Ｌに変換し出力する。このとき、表示する燃料メータに適合するように液位を出力する。「メータ駆動」ステップＳ１１では、液位出力に応じた電圧、電流などに変換して燃料メータを駆動する。本発明では、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式を採用し、液位出力に応じたパルス幅駆動出力としているが、他の方式を採用してもよい。
【００４０】
以上、本実施形態では、燃料タンク内に配置した基板上に、検出電極を燃料充填方向に並べて設置し、燃料性状および燃料液位を同時に検出した。また、燃料性状検出電極の静電容量のみを基に、燃料性状を検出することもできる。また、測定した燃料の比誘電率および温度から、燃料液位を補正できるため、高精度の液位を出力できる燃料検出装置を提供することができる。また、検出電極１，２を燃料充填方向に並べて設置することで、小型の燃料検出装置を提供することができる。さらに、対向電極の寸法を小さくした場合、計測する燃料容量を狭い範囲に限定することができ、燃料のゆれやタンクの傾きによる燃料液位誤差を抑制することができる。
【００４１】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２による検出電極の設置例を示す図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、基板５０上に検出電極１〜５を設置した構成を示している。本実施形態においては、基板５０上に設置された検出電極１〜５は、各電極間に燃料充填方向の間隙を設けており、各検出電極の出力する静電容量が不連続になる。本実施形態では、該不連続性を利用して、各検出電極ごとに燃料の性状を検出するという特徴を有する。その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００４２】
尚、本実施形態においては、検出電極を５つ設置しているが、２つ以上であればよく、３〜５つ、または６つ以上設置してもよい。これは、以降の実施形態でも同様である。
【００４３】
検出電極１〜５は、図８（ａ）〜（ｃ）中に一点鎖線で示す、燃料充填方向に延びる基板５０の中心線に関して線対称になるように、基板５０の表面上に、燃料充填方向に並べて設置する。検出電極１〜５は、基板５０の中心線上に、互いに接触しない間隙を空けて配置することで、基板５０の幅寸法を小さくすることができる。図８（ａ）において、検出電極１〜５は、同一の電極幅および電極長を有する構造を有しているが、検出電極１〜５の電極幅および電極長Ｌ１〜Ｌ５を、燃料タンク形状、燃料特性、または燃料メータの特性に応じて、例えば図８（ｂ）または図８（ｃ）に示すように調整してもよい。好適な調整を行うことで、燃料液位が燃料タンクまたは燃料メータのどの位置にあっても、ユーザに対して一定の燃料表示をすることができる。
【００４４】
次に、静電容量検出部２０が、検出した静電容量を基に燃料性状および液位を得る原理を、図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態２による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。Ｌ１の電極長を有する検出電極１の燃料充填中に、検出電極１が出力する静電容量をＣ１とする。同様に検出電極２〜５の電極長はＬ２〜Ｌ５、出力する静電容量はＣ２〜Ｃ５とする。
【００４５】
燃料液位Ｌは、実施形態１と同様に、式（４）で与えられる。また、燃料の比誘電率εは、下記の式（７）で算出する。式（７）において、Ｃ１〜Ｃ５は、実施形態１と同様、燃料が充填されていない状態を基準とした場合の、各検出電極が出力する静電容量を表す。また、ｐは、ｎ以下の自然数であり、式（７）は、式（５）と同様、ｎ個の検出電極のうち、ｐ個の検出電極が出力する静電容量から燃料液位を算出することを示している。
【００４６】
【数３】
【００４７】
式（７）の右辺は、静電容量Ｃｋと検出電極の既知の電極長Ｌｋとから得られる直線の傾きの平均値を表す。実施形態１では、燃料性状検出電極の出力値またはすべての検出電極の出力値の和から、燃料の比誘電率εを算出し、燃料性状を検出した。それに対して、本実施形態では、各検出電極の出力する静電容量から比誘電率εを算出し、燃料性状を検出する。図９では、標準的な燃料Ａを充填した場合の傾きの算出の仕方を示している。各検出電極は、燃料充填方向に間隙を有するように基板５０上に設置されている。そのため、下位の検出電極が燃料で満たされて、上位の検出電極が検出を開始した時点で、直線の傾きＣｋ／Ｌｋを算出することができる。また、上記の式（７）により算出した比誘電率εから、実施形態１と同様に、燃料液位Ｌを式（６）のように補正することができる。
【００４８】
実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３による検出電極の設置例を示す図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は、基板５０上に検出電極１〜５を設置した構成を示している。本実施形態においては、燃料液位の出力の不連続性を回避している点を特徴とする。その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００４９】
検出電極１〜５は、図１０（ａ）〜（ｃ）中に一点鎖線で示す、燃料充填方向に延びる基板５０の中心線から、一定距離隔てて千鳥状に設置している。各検出電極を、基板５０の中心線上に、互いに接触しないように間隙を空けて配置することで、基板５０の幅寸法を小さくすることができる。図１０（ａ）において、検出電極１〜５は、同一の電極幅および電極長を有する構造を有しているが、検出電極１〜５の電極幅および電極長Ｌ１〜Ｌ５を、燃料タンク形状、燃料特性、または燃料メータの特性に応じて、例えば図１０（ｂ）または図１０（ｃ）に示すように調整してもよい。好適な調整を行うことで、燃料液位が燃料タンクまたは燃料メータのどの位置にあっても、ユーザに対して一定の燃料表示をすることができる。
【００５０】
図１１は、本発明の実施の形態３による、燃料液位と出力される静電容量との関係を示すグラフである。本実施形態においても、実施形態１と同様に、式（５）から燃料の比誘電率を算出し、式（４）によって検出した燃料液位を、式（６）によって補正することができる。各検出電極は、互いに間隙を有しないように設置している。その結果、各検出電極の静電容量Ｃｋを隙間なく検出することができるため、燃料液位Ｌを連続的に検出することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１〜５ 検出電極、 ６ 接続配線、 ７ 接続電極、 ８ 補償配線、 ９ 接地電極、 １０ 対向電極、 １１ スリット、 １２ 燃料充填部、 １３ 温度検出素子、 ２０ 静電容量検出部、 ３０ メータ駆動部、 ４０ 温度検出部、 ５０ 基板、 １００ 燃料検出装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料充填方向に並べて設置された第１検出電極〜第ｎ検出電極（ｎ≧２）と、
各検出電極の出力を処理し、燃料性状および燃料液位を検出するための静電容量検出部とを備える燃料検出装置であって、
静電容量検出部は、第１検出電極〜第ｍ検出電極（１≦ｍ＜ｎ）の出力のみから燃料の比誘電率を算出し、該比誘電率を基に燃料性状を検出することを特徴とする燃料検出装置。
【請求項２】
燃料充填方向に並べて設置された第１検出電極〜第ｎ検出電極（ｎ≧２）と、
各検出電極の出力を処理し、燃料性状および燃料液位を検出するための静電容量検出部とを備える燃料検出装置であって、
静電容量検出部は、各検出電極の出力および燃料充填方向に延びる電極長から燃料の比誘電率を算出し、該比誘電率を基に燃料性状を検出することを特徴とする燃料検出装置。
【請求項３】
静電容量検出部は、各検出電極の出力する静電容量の和、および算出した比誘電率から燃料液位を検出することを特徴とする請求項１または２記載の燃料検出装置。
【請求項４】
各検出電極の電極長をＬｋ、燃料が充填されていない状態を基準とした場合の、各検出電極が出力する静電容量をＣｋ、燃料の比誘電率をε、燃料液位をＬ、比例定数をａとして、
【数１】
を満たすことを特徴とする１〜３のいずれかに記載の燃料検出装置。
【請求項５】
各検出電極の電極長をＬｋ、燃料が充填されていない状態を基準とした場合の、各検出電極が出力する静電容量をＣｋ、燃料の比誘電率をε、燃料液位をＬ、比例定数をａとして、
【数２】
を満たすことを特徴とする２または３記載の燃料検出装置。
【請求項６】
各検出電極は基板上に設置され、
筒状の対向電極が、基板の周囲に配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料検出装置。
【請求項７】
対向電極に、基板を固定するための溝を設け、
接地電極が、基板と対向電極とが接触する部分に設置され、
接地電極と対向電極とを電気的に接続させ、かつ外乱を避けるために接地電位としたことを特徴とする請求項６記載の燃料検出装置。
【請求項８】
燃料の温度を検出するための温度検出部をさらに備え、
静電容量検出部は、温度検出部の出力値を基に、各検出電極の出力を補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料検出装置。
【請求項９】
静電容量検出部は、各検出電極の出力、および／または温度検出部の出力が正常範囲にあるか否かを判別する異常判定処理を行うことを特徴とする請求項８記載の燃料検出装置。
【請求項１０】
燃料メータを駆動するためのメータ駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の燃料検出装置。
【請求項１１】
燃料メータの表示単位数を検出電極数ｎとし、燃料メータ駆動部の、燃料液位に応じた出力値をデジタル出力することを特徴とする請求項１０記載の燃料検出装置。
【請求項１２】
各検出電極は、燃料充填方向に延びる基板の中心線から一定距離隔てて千鳥状に設置され、かつ、燃料充填方向に互いに間隙を有しないように設置されることを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに記載の燃料検出装置。
【請求項１】
燃料充填方向に並べて設置された第１検出電極〜第ｎ検出電極（ｎ≧２）と、
各検出電極の出力を処理し、燃料性状および燃料液位を検出するための静電容量検出部とを備える燃料検出装置であって、
静電容量検出部は、第１検出電極〜第ｍ検出電極（１≦ｍ＜ｎ）の出力のみから燃料の比誘電率を算出し、該比誘電率を基に燃料性状を検出することを特徴とする燃料検出装置。
【請求項２】
燃料充填方向に並べて設置された第１検出電極〜第ｎ検出電極（ｎ≧２）と、
各検出電極の出力を処理し、燃料性状および燃料液位を検出するための静電容量検出部とを備える燃料検出装置であって、
静電容量検出部は、各検出電極の出力および燃料充填方向に延びる電極長から燃料の比誘電率を算出し、該比誘電率を基に燃料性状を検出することを特徴とする燃料検出装置。
【請求項３】
静電容量検出部は、各検出電極の出力する静電容量の和、および算出した比誘電率から燃料液位を検出することを特徴とする請求項１または２記載の燃料検出装置。
【請求項４】
各検出電極の電極長をＬｋ、燃料が充填されていない状態を基準とした場合の、各検出電極が出力する静電容量をＣｋ、燃料の比誘電率をε、燃料液位をＬ、比例定数をａとして、
【数１】
を満たすことを特徴とする１〜３のいずれかに記載の燃料検出装置。
【請求項５】
各検出電極の電極長をＬｋ、燃料が充填されていない状態を基準とした場合の、各検出電極が出力する静電容量をＣｋ、燃料の比誘電率をε、燃料液位をＬ、比例定数をａとして、
【数２】
を満たすことを特徴とする２または３記載の燃料検出装置。
【請求項６】
各検出電極は基板上に設置され、
筒状の対向電極が、基板の周囲に配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料検出装置。
【請求項７】
対向電極に、基板を固定するための溝を設け、
接地電極が、基板と対向電極とが接触する部分に設置され、
接地電極と対向電極とを電気的に接続させ、かつ外乱を避けるために接地電位としたことを特徴とする請求項６記載の燃料検出装置。
【請求項８】
燃料の温度を検出するための温度検出部をさらに備え、
静電容量検出部は、温度検出部の出力値を基に、各検出電極の出力を補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料検出装置。
【請求項９】
静電容量検出部は、各検出電極の出力、および／または温度検出部の出力が正常範囲にあるか否かを判別する異常判定処理を行うことを特徴とする請求項８記載の燃料検出装置。
【請求項１０】
燃料メータを駆動するためのメータ駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の燃料検出装置。
【請求項１１】
燃料メータの表示単位数を検出電極数ｎとし、燃料メータ駆動部の、燃料液位に応じた出力値をデジタル出力することを特徴とする請求項１０記載の燃料検出装置。
【請求項１２】
各検出電極は、燃料充填方向に延びる基板の中心線から一定距離隔てて千鳥状に設置され、かつ、燃料充填方向に互いに間隙を有しないように設置されることを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに記載の燃料検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−８８３７４（Ｐ２０１３−８８３７４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３１４１１（Ｐ２０１１−２３１４１１）
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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