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JP6067502B2 - センサ装置 - Google Patents

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JP6067502B2
JP6067502B2 JP2013152909A JP2013152909A JP6067502B2 JP 6067502 B2 JP6067502 B2 JP 6067502B2 JP 2013152909 A JP2013152909 A JP 2013152909A JP 2013152909 A JP2013152909 A JP 2013152909A JP 6067502 B2 JP6067502 B2 JP 6067502B2
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Description

本明細書では、燃料タンク内の燃料の液位を検出するためのセンサ装置を開示する。
特許文献1に、燃料の液面に交わる方向に伸びる電極対を用いて、燃料の液面を測定する液面測定装置が開示されている。電極対は、第1の筒体と、第1の筒体内に配置される第2の筒体と、によって構成される。液面測定装置は、電極対の静電容量を用いて、燃料タンク内の燃料の液面を測定する。
特開平2−87022号公報
電極対の静電容量は、第1の筒体と第2の筒体との間の燃料の液位によって変化する。電極対の静電容量は、さらに、燃料の誘電率によっても変化する。そのため、燃料タンク内の燃料の誘電率が不均一である場合、電極対の静電容量を用いて、燃料の液位を、適切に検出することができない場合がある。例えば、燃料タンク内の燃料とは異なる成分又は異なる温度を有する燃料が燃料タンクに供給される場合、燃料タンク内の燃料が、供給される燃料と比較して劣化している場合等、燃料タンクに供給された燃料と燃料タンク内の燃料とが十分に攪拌されるまで、燃料の誘電率が不均一になる可能性がある。本明細書では、燃料タンク内の燃料の液位を、適切に検出する技術を開示する。
本明細書は、燃料タンク内の燃料の液位を検出するためのセンサ装置を開示する。センサ装置は、液位センサと、側壁と、ジェットポンプと、燃料流路と、を備える。液位センサの静電容量は、燃料タンク内の燃料の液位に応じて変化する。側壁は、液位センサを一巡することによって、燃料タンク内と連通するセンサ室を画定する。ジェットポンプは、燃料ポンプで昇圧された液体の流速を利用して、リザーブカップ外の燃料をリザーブカップ内に送る。燃料流路は、ジェットポンプとセンサ室とを連通する。
この構成では、液位センサの静電容量は、センサ室内の燃料の液位に応じて変化すると共に、センサ室内の燃料の誘電率に応じて変化する。センサ室には、ジェットポンプから吐出される燃料、即ち、燃料ポンプ内で攪拌された燃料が流入する。この構成によれば、センサ室内の燃料の誘電率を均一化することができる。これにより、燃料の誘電率が不均一であるために、燃料タンク内の燃料の液位を適切に検出することができない事態を回避することができる。この結果、センサ装置を利用することによって、燃料タンク内の燃料の液位を適切に検出することができる。
燃料供給ユニットの構成を示す。 ポンプアッセンブリの上面を示す。 図2のIII-III断面のうち、ジェットポンプ周辺の断面図を示す。 図2のIV-IV断面の断面図を示す。 センサ本体の構成を示す。 第2実施例の燃料供給ユニットにおける図2のIV-IV断面の断面図を示す。 第3実施例のポンプアッセンブリの上面を示す。
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
(特徴1)ジェットポンプは、燃料流路を介して、リザーブカップと連通してもよい。
この構成によれば、ジェットポンプからセンサ室までの経路と、ジェットポンプからリザーブカップまでの経路とを、共通化することができる。
(特徴2)燃料流路の下端からリザーブカップに連通する位置までの距離は、燃料流路の下端からセンサ室に連通する位置までの距離以下であってもよい。
この構成によれば、ジェットポンプから吐出される燃料を、優先的にリザーブカップに流入させることができる。この結果、リザーブカップ内の燃料が減少することを抑制することができる。
(特徴3)燃料流路は、ジェットポンプとセンサ室との間で、屈曲又は湾曲していてもよい。
この構成によれば、ジェットポンプから吐出される燃料が、直線的にセンサ室に流入することを防止することができる。
(特徴4)燃料流路のセンサ室側の開口は、液位センサと対向しない位置に配置されていてもよい。
この構成によれば、燃料流路から吐出される燃料が、直接的に液位センサに衝突することを防止することができる。このため、液位センサの検出誤差を抑制することができる。
(特徴5)センサ装置は、液位センサが表面に一対の電極が配置されている基板を、さらに備えていてもよい。燃料流路のセンサ室側の端は、基板の裏面に対向してもよい。
この構成によれば、燃料流路から吐出される燃料は、基板に衝突するため、燃料流路から吐出される燃料が、直接的に液位センサに衝突することを防止することができる。
(特徴6)側壁は、センサ室外の燃料タンクとセンサ室とを連通する開口を備えていてもよい。
(特徴7)側壁は、開口に配置される逆止弁であって、燃料が開口を通過して、センサ室内からセンサ室外に流れることを許容し、センサ室外からセンサ室内に流れることを禁止する逆止弁を、さらに備えていてもよい。
この構成によれば、燃料タンクに溜まっている燃料が、センサ室に流入することを抑制することができる。この結果、センサ室内と燃料の誘電率と異なる誘電率を有する燃料が、センサ室に流入することを抑制することができる。
(特徴8)側壁は、開口に配置されるフィルタを、さらに備えていてもよい。
この構成によれば、燃料タンク内の異物が、センサ室に侵入することを抑制することができる。これにより、異物が液位センサに接触することによって、液位センサの静電容量が変化することを防止することができる。
(特徴9)側壁は、リザーブカップに固定されていてもよい。
この構成によれば、燃料タンク内に、センサ室を容易に配置することができる。
(第1実施例)
図1に示す本実施例の燃料供給ユニット2は、自動車に搭載され、図示省略したエンジンに燃料を供給する。燃料供給ユニット2は、セットプレート6と、燃料タンク8と、ポンプアッセンブリ10と、を備える。燃料タンク8に貯留される燃料は、ガソリンあるいはガソリンとエタノールとの混合燃料である。燃料タンク8には、図示省略した給油口から燃料が給油される。
セットプレート6は、燃料タンク8の開口を液密に閉塞する。セットプレート6の外面、即ち、上面には、ポンプアッセンブリ10から圧送される燃料を、エンジン(図示省略)に供給するための吐出ポート4が配置されている。セットプレート6には、ポンプアッセンブリ10を制御するための制御装置(図示省略)が配置されている。
ポンプアッセンブリ10は、セットプレート6の内面、即ち、下面から燃料タンク8の底面に向かって伸びる支柱14によって支持されている。ポンプアッセンブリ10は、燃料タンク8内に収容されている。ポンプアッセンブリ10は、燃料ポンプ22と、リザーブカップ20と、フィルタ24(共に図4参照)と、プレッシャーレギュレータ12と、供給管16と、センサ装置50と、を備える。図4に示すように、燃料ポンプ22は、リザーブカップ20内の燃料を吸引して、昇圧する。燃料ポンプ22は、昇圧された燃料を、プレッシャーレギュレータ12を介して、供給管16に吐出する。図1に示すように、供給管16は、プレッシャーレギュレータ12と吐出ポート4とを連通する。供給管16に吐出された燃料は、供給管16を通過して吐出ポート4から、エンジン(図示省略)に供給される。
プレッシャーレギュレータ12は、プレッシャーレギュレータ12内の燃料、即ち、燃料ポンプ22から吐出される燃料の圧力が所定圧以上になると、過剰な燃料を燃料タンク8に放出する。これにより、供給管16内の燃料の圧力を、一定圧力に調整する。これにより、燃料タンク8内の燃料は、燃料ポンプ22とプレッシャーレギュレータ12によって一定の圧力に調整されて、吐出ポート4から、エンジン(図示省略)に圧送される。
リザーブカップ20は、支柱14によって燃料タンク8のセットプレート6に固定されている。リザーブカップ20は、燃料ポンプ22と、フィルタ24とを収容する。
図4に示すように、フィルタ24は、燃料ポンプ22の吸引口22aに接続されている。燃料ポンプ22に吸引される燃料は、フィルタ24を通過する。フィルタ24は、燃料ポンプ22に吸引される燃料内の異物を除去する。これにより、燃料ポンプ22内に、異物が侵入することを防止することができる。
リザーブカップ20の外側には、センサ装置50が配置されている。センサ装置50は、ケース60と、センサ本体70と、ジェットポンプ54(図1参照)と、放出管56(図1参照)と、を備える。ジェットポンプ54は、リザーブカップ20の底部付近において、リザーブカップ20の外側に配置されている。ジェットポンプ54には、プレッシャーレギュレータ12から放出された燃料が、連通管52を通過して供給される。図3に示すように、ジェットポンプ54は、連通管52から供給される燃料の流速を利用して、リザーブカップ20外の燃料を、放出管56内に送り込む。例えば、ベンチュリー構造を備えており、ベンチュリーをプレッシャーレギュレータ12から供給される燃料が通過する際に、リザーブカップ20外の燃料をジェットポンプ54に吸引し、リザーブカップ20外から吸引した燃料をプレッシャーレギュレータ12から供給される燃料と共に、放出管56内に送り込む。
図4に示すように、放出管56は、流路57,58,62を備える。流路57は、ジェットポンプ54の吐出口54aから、燃料タンク8の底面に沿って伸びる。流路57の下流端は、流路58の上流端に接続されている。流路58は、燃料タンク8の底部から上方に向かって伸びている。流路58は、リザーブカップ20の側面に沿って伸びている。流路58は、リザーブカップ20の上端を越えて、プレッシャーレギュレータ12の上方まで伸びている。リザーブカップ20の上端付近において、流路58は、放出管56を貫通する開口58aを備える。流路58の下流端に位置する開口58bは、流路62の上流端に接続されている。流路58の下端から開口58aまでの距離は、流路58の下端から開口58までの距離より短い。
流路62は、流路58とケース60内のセンサ室68とを連通する。放出管56の流路62を形成する部分では、放出管56の上方は開放されている。流路62の底面は、開口58bからセンサ室68に進むのに従って徐々に低くなるように傾斜している。この構成によれば、流路62を通過する燃料は、流路58からセンサ室68に流れ易くなる。流路62の下流端は、センサ室68に接続されている。
放出管56は、流路57の全体及び流路58の下側を形成する下方部分56aと、流路58の上側及び流路62の全体を形成する上方部分56bと、に分割されている。下方部分56aは、リザーブカップ20と一体で形成されており、上方部分56bは、ケース60と一体で形成されている。ジェットポンプ54からセンサ室68までの流路57,58,62は、各流路57,58,62の接続位置において、屈曲している。
ケース60は、センサ室68を画定する。ケース60は、矩形状の底壁60aと、底壁60aの周縁から上方に伸びる側壁60bとを備える。ケース60の上端は、開放されている。ケース60は、リザーブカップ20に固定されている。この構成によれば、センサ室68を、燃料タンク8内に容易に配置することができる。側壁60bの上端部には、流路62の下流端に位置する開口62aが形成されている。側壁60bの下端には、開口64が形成されている。開口64は、センサ室68と、センサ室68外の燃料タンク8とを連通する。これにより、センサ室68内の燃料の液位と、燃料タンク8内の燃料の液位と、が一致する。開口64は、フィルタ66に覆われている。フィルタ66は、複数の貫通孔を備える。貫通孔の径は、燃料内に混入する可能性がある異物の径よりも小さい。これにより、フィルタ66は、燃料の通過を許容するが、燃料内の異物の通過を防止する。この構成によれば、燃料タンク8の底部に堆積する異物が、センサ室68に侵入することを防止することができる。
センサ室68には、センサ本体70が収容されている。図5に示すように、センサ本体70は、基板82と、2個の電極対81,83とを備える。基板82は、矩形状の平板である。基板82は、燃料タンク8の深さ方向に伸びている。基板82の一方の面は、開口62aに対向している。基板82の他方の面には、2個の電極対81,83が配置されている。電極対81は、2個の電極84,85を備える。各電極84,85は、薄膜の導電性の材料(例えば金、銅合金)で作製されている。電極84,85は、基板82上において、向かい合うように配置されている。各電極84,85は、櫛状に形成され、基板82の長手方向(即ち燃料タンク8の深さ方向)に伸びている。電極84では、複数個(図2では17個)の部分84aが、基板82の長手方向に伸びる部分84bによって電気的に接続されている。電極85の部分85a,85bも同様である。複数個の部分84aと複数個の部分85aとは、基板82の長手方向に交互に配置されている。
電極対83は、電極対81よりも、燃料タンク8の底面側に配置されている。電極対83は、2個の電極86,87を備える。各電極86,87は、薄膜の導電性の材料(例えば金、銅合金)で作製されている。電極86,87は、基板82上において、向かい合うように配置されている。各電極86,87は、櫛状に形成されている。電極86では、複数個(図2では3個)の部分86aが、部分84bによって電気的に接続されている。電極87では、複数個(図2では2個)の部分87aが、基板82の長手方向に伸びる部分87bによって電気的に接続されている。複数個の部分86aと複数個の部分87aとは、基板82の長手方向に交互に配置されている。
センサ本体70は、図示省略した制御装置に接続されている。制御装置は、バッテリから供給される電力を、予め決められた周波数(例えば、10Hz〜3MHz)の信号(交流電流)に変換して、電極85,87のそれぞれに供給する。また、制御装置80は、電極84,86を接地する。
制御装置80は、電極対81,83を用いて、燃料タンク8内の燃料の液位を計測する。具体的には、制御装置80は、電極対81及び電極対83の静電容量を計測する。センサ室68内の燃料の液位は、ケース60外の燃料タンク8内の燃料の液位と一致する。燃料と燃料タンク8内の気体との誘電率が異なるため、ケース60の燃料の液位に相関して、電極対81の静電容量は変動する。さらに、電極対81の静電容量は、燃料の誘電率に相関して変動する。一方、電極対83は、電極対81の下方に配置されているため、通常、全体的に燃料に浸漬されている。このため、電極対83の静電容量は、燃料の誘電率に相関して変動する一方、燃料タンク8内の液位の高低によっては変動しない。制御装置80には、電極対81,83の静電容量を、燃料の液位に変換するための回路が実装されている。なお、制御装置80は、特定された燃料の液位を、自動車の表示装置に出力する。この構成によれば、センサ装置50を利用して、燃料の液位を検出することができる。また、電極対83の静電容量を用いて、電極対81の静電容量に及ぼす燃料の誘電率の影響を抑制することができる。これにより、燃料の液位をより正確に検出することができる。
次いで、燃料供給ユニット2の動作について説明する。運転者が、例えば、イグニションスイッチを操作して、自動車を始動させると、燃料供給ユニット2は駆動する。燃料供給ユニット2が駆動すると、燃料ポンプ22が駆動し、リザーブカップ20内の燃料を、攪拌しながら昇圧し、プレッシャーレギュレータ12に放出される。プレッシャーレギュレータ12は、燃料を供給管16に放出する。燃料は、供給管16を通過して、吐出ポート4からエンジンに供給される。プレッシャーレギュレータ12は、余剰燃料を、連通管52に放出する。連通管52の燃料は、ジェットポンプ54に供給される。ジェットポンプ54に供給された燃料は、ジェットポンプ54によって、リザーブカップ20外から吸引された燃料と混ざり合って、流路57,58を通過する。流路58を通過する燃料は、開口58aから、リザーブカップ20内に流入する。この構成によれば、リザーブカップ20に、燃料を供給することができる。流路58を通過する燃料は、さらに、流路58の下流端から、流路62に流入して、流路62を通過する。燃料は、開口62aから、センサ室68内に流入する。センサ室68に流入した燃料は、燃料タンク8内の燃料の液位に応じて、開口64から、センサ室68外に吐出される。
(本実施例の効果)
本実施例のセンサ装置50では、センサ室68に、ジェットポンプ54から吐出される燃料、即ち、燃料ポンプ22内で攪拌された燃料が流入する。この構成によれば、センサ室68内において、燃料の誘電率を均一化することができる。この結果、電極対81,83を利用した液位の計測誤差を抑制することができる。さらに、ジェットポンプ54によって燃料タンク8内から吸入される燃料は、ジェットポンプ54及び流路57,58,62内で、燃料ポンプ22から供給された燃料と混ざり合う。この結果、燃料ポンプから供給される燃料と、ジェットポンプ54によって燃料タンク8内から吸入される燃料とが、不均一に分布することを防止することによって、センサ室68内の燃料の誘電率が不均一に分布することを抑制することができる。
ジェットポンプ54は、流路58を介して、リザーブカップ20と連通すると共に、センサ室68と連通する。この構成によれば、ジェットポンプ54からセンサ室68までの経路と、ジェットポンプ54からリザーブカップ20までの経路とを、共通化することができる。
開口58bは、開口58aよりも高い位置に位置している。この構成によれば、ジェットポンプ54から吐出される燃料を、優先的にリザーブカップ20に流入させることができる。この結果、リザーブカップ20内の燃料が減少することを抑制することができる。なお、変形例では、開口58aは、開口58bと同一の高さに位置していてもよい。
ジェットポンプ54からセンサ室68までの流路57,58,62は、流路57,58の接続位置、及び、流路58,62の接続位置において屈曲している。この構成によれば、ジェットポンプ54から吐出される比較的に高圧な燃料が、ジェットポンプ54の吐出口54aから直線的に流れて、センサ室68に流入することを防止することができる。
流路62の開口62aは、基板82の電極対81,83が配置される面と反対側の面に対向している。この構成によれば、流路62から吐出される燃料が、直接的に電極対81,83に衝突することによって生じる液位センサの検出誤差を抑制することができる。
(第2実施例)
第1実施例と異なる点を説明する。第1実施例と同一の構成には、同一の符号が付されている。図6に示すように、第2実施例のセンサ装置50は、開口58bを覆うフィルタ102と、フィルタ102を支持する支持板100とを備える。この構成によれば、センサ室68に異物が侵入することを抑制することができる。
また、ケース60の側壁60bの開口64には、逆止弁104が配置されている。逆止弁104は、燃料が開口64を通過して、センサ室68内からセンサ室68外に流れることを許容し、センサ室68外からセンサ室68内に流れることを禁止する。この構成によれば、開口64を通過して燃料タンク8内からセンサ室68内に、燃料が流入することを抑制することができる。この結果、センサ室68内と燃料の誘電率と異なる誘電率を有する燃料が、センサ室68に流入することを抑制することができる。
第2実施例のセンサ装置50によっても、第1実施例のセンサ装置50と同様の効果を奏することができる。
(第3実施例)
第1実施例と異なる点を説明する。第1実施例と同一の構成には、同一の符号が付されている。図7に示すように、第3の実施例では、センサ装置150は、ケース160と、センサ本体70と、ジェットポンプ54(図3参照)と、放出管156(図4参照)と、を備える。放出管156は、流路57,58(図4参照)と、流路62に代えて、流路162と備える。流路162は、流路58の開口58bに接続されており、流路62と同一の方向に伸びている。ケース160は、センサ室168を画定する。ケース160は、矩形状の底壁160aと、底壁160aの周縁から上方に伸びる側壁160bとを備える。ケース160の上端は、開放されている。ケース160は、リザーブカップ20に固定されている。側壁160bの上端部には、流路162の下流端に位置する開口162aが形成されている。側壁160bの下端には、開口64と同様の連通孔(図示省略)が形成されている。
流路162の開口162aは、ケース160の側壁160bに対向している。センサ本体70は、流路162から仕切り壁164によって隔てられた位置に配置されている。この構成によれば、流路162から流出される燃料が、センサ本体70に直接的に衝突することを防止することができる。
第3実施例のセンサ装置50によっても、第1実施例のセンサ装置50と同様の効果を奏することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
(変形例)
(1)上記の実施例では、センサ装置50は、自動車の燃料タンク8内の燃料の液位を検出するために用いられる。しかしながら、センサ装置50は、自動車以外、例えば、自動二輪車、動力工具等の燃料タンク内の燃料の液位を検出するために用いられてもよい。
(2)各電極対81,83の形状は、上記の形状に限定されない。例えば、各電極対の少なくとも1個の電極は、平板形状、柱形状、多面体形状のいずれかの形状を有していてもよい。
(3)ケース60の底壁60aは、矩形状でなくてもよく、例えば、円形状等であってもよい。側壁60bは、底壁60aの形状に合わせて、円筒形状であってもよい。また、ケース60の上方は、閉塞されていてもよい。
(4)放出管56は、流路62を備えていなくてもよい。例えば、流路58の開口58bは、直接的にセンサ室68に開口していてもよい。
(5)放出管56は、流路57を備えていなくてもよい。この場合、ジェットポンプ54は、流路58内に燃料を吐出してもよい。即ち、ジェットポンプ54は、上方に向かって燃料を吐出してもよい。
(6)上記の各実施例では、流路62,162は、センサ室68,168の上端に接続されている。しかしながら、流路62,162は、センサ室68,168の中間位置に接続されていてもよい。
(7)上記の各実施例では、ジェットポンプ54には、プレッシャーレギュレータ12から放出された燃料が供給される。しかしながら、ジェットポンプ54には、供給管16に接続される燃料管から燃料が供給されてもよい。あるいは、ジェットポンプ54には、フィルタ24に接続される燃料管から燃料が供給されてもよい。一般的には、ジェットポンプ54には、燃料ポンプ22によって昇圧された燃料が供給されればよい。
(8)上記の各実施例では、ジェットポンプ54からセンサ室68までの流路57,58,62は、各流路57,58,62の接続位置において、屈曲している。しかしながら、流路57,58,62は、各流路57,58,62の接続位置において、湾曲していてもよい。即ち、流路57,58,62は、各流路57,58,62の接続位置において、徐々に流路の延伸方向が変化していてもよい。また、流路57,58,62の中間位置において、屈曲あるいは湾曲していてもよい。さらに、流路57,58,62は、少なくとも一箇所で屈曲しており、少なくとも一箇所で湾曲していてもよい。本変形例の構成は、「燃料流路は、ジェットポンプとセンサ室との間で、屈曲又は湾曲している」構成の一例である。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
2:燃料供給ユニット、8:燃料タンク、10:ポンプアッセンブリ、12:プレッシャーレギュレータ、20:リザーブカップ、22:燃料ポンプ、50:センサ装置、52:連通管、56:放出管、57,58,62:流路、60:ケース、60a:底壁、60b:側壁、64:開口、66:フィルタ、68:センサ室、70:センサ、80:制御装置、81,83:電極対、82:基板、102:フィルタ、104:逆止弁

Claims (7)

  1. 燃料タンク内の燃料の液位を検出するためのセンサ装置であって、
    燃料タンク内の燃料の液位に応じて静電容量が変化する液位センサと、
    液位センサを一巡することによってセンサ室を画定しており、下端にセンサ室外の燃料タンクとセンサ室とを連通する開口を備える側壁と、
    燃料ポンプで昇圧された液体の流速を利用して、リザーブカップ外の燃料をリザーブカップ内に送るジェットポンプと、
    ジェットポンプとセンサ室とを連通する燃料流路と、を備え
    ジェットポンプは、燃料流路を介して、リザーブカップと連通し、
    燃料流路の下端からリザーブカップに連通する位置までの距離は、燃料流路の下端からセンサ室に連通する位置までの距離以下である、センサ装置。
  2. 燃料流路は、ジェットポンプとセンサ室との間で、屈曲又は湾曲している、請求項1に記載のセンサ装置。
  3. 燃料流路のセンサ室側の端は、液位センサと対向しない位置に配置されている、請求項に記載のセンサ装置。
  4. 液位センサが表面に一対の電極が配置されている基板を、さらに備え、
    燃料流路のセンサ室側の端は、基板の裏面に対向する、請求項2又は3に記載のセンサ装置。
  5. 側壁は、開口に配置される逆止弁であって、燃料が開口を通過して、センサ室内からセンサ室外に流れることを許容し、センサ室外からセンサ室内に流れることを禁止する逆止弁を、さらに備える、請求項1から4のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  6. 側壁は、開口に配置されるフィルタを、さらに備える、請求項1から5のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  7. 側壁は、リザーブカップに固定される、請求項1からのいずれか一項に記載のセンサ装置。
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