Tank liquid level detection method and apparatus

【発明の詳細な説明】 以下は、自動車のタンク内の燃料液面を検出する方法および装置に関する。

技術の現状 内燃機関を搭載した各自動車は、タンク液面センサを有し、それは通常燃料タンクの浮子の状態を検査し、浮子の状態に従って信号を出力する装置となっている。

数多くの自動車は、運転パラメータ信号に対してデジタルデータ処理が行なわれる制御装置を有している。 この目的のために、センサでその信号が処理されるセンサは、リード線を介して制御装置に導かれる。 これらの信号の大部分は、最初はアナログ信号として得られるので、デジタル化しなければならない。 配線とデジタル化に伴うコストのために、可能な限り数少ない信号で間に合わせるような努力が行なわれている。 液面センサの信号は、通常制御装置において処理が行なわれない信号である。 しかし、種々の目的に対して、例えばタンク通気装置で実施される機能に関連してタンク液面を概略知ることは有用である。

注目している運転パラメータに関する信号が制御装置に供給されない場合には、その注目している運転パラメータの実際の値を制御装置に信号が入力される他の運転パラメータの値から可能な限り良好に推定する努力をしなければならない。 今の例では、それは、タンクおよび／又はそれに結合されたタンク通気装置から得られる信号だけとなる。

タンク通気装置を備えた車両では、その機能能力を検査する義務、即ち装置が密閉されておりかつ詰まっていないかを検査する義務がある。 1989年度のカリフォルニア環境庁（CARB）の提案要求カタログによれば、燃料の蒸発がかなりの確率で発生している条件が満たされる場合にはラムダ閉ループ制御器を用いて希薄補正テストを実施することにより検査が行なわれる。 実際の希薄補正が必要な場合には、燃料蒸気が正常にタンク通気装置を通過して自動車の吸気管に達したと考えられるので、通気装置は密閉しており、かつ詰まっていないと判断される。

US−Ａ−4,962,744から、タンク通気装置の吸着フィルタに配置された温度センサを利用し、給油過程の間燃料の吸着および脱着時ないし続く吸着フィルタの再生時に発生する温度変化を評価する方法が知られている。 求められた温度変化が所定の値と比較され、それにより装置が密閉されておりまた詰まっていないかが検出される。

DE−Ａ−4003751からタンク通気装置が知られている。 このタンク通気装置は、タンク圧力センサを備えたタンクと、タンク接続管を介してタンクと結合され、遮断弁により閉鎖可能な換気管を備えた吸着フィルタと、
弁パイプを介して吸着フィルタと結合されたタンク通気弁とを有している。 このように構成されたタンク通気装置は、遮断弁が閉じられ続いて通気装置がタンク通気弁を介して吸気管の負圧を用いてポンプ作用で負圧になるように、駆動されその機能能力が検出される。 所定の負圧に達しないときには、装置は機能できないと判断される。

前の出願で、未公開の公報DE−Ａ−4111361には、上述した圧力比較ではなく、圧力勾配比較で動作するタンク通気装置の密閉度を検査する方法が記載されている。
そのために、装置をポンプ作用で負圧にしたときの圧力増大勾配あるいは装置をポンプ作用で負圧にした後装置を完全に閉鎖したときの圧力減少勾配あるいはその両方が求められる。 両勾配の少なくとも一方が所定の条件に合わない場合には、装置は機能できないと判断される。

上述した先行技術には、タンクおよび／又はタンク通気装置において測定される信号を用いてタンク内の燃料液面をどのように検出することができるかの示唆は示されていない。

自動車のタンク内の燃料液面を間接的に検出する方法および装置を提示する問題があった。

発明の内容 本発明による方法は、 タンクが少なくとも所定の密閉度に達したか並びに燃料の気化が所定値に対応する量よりも少ないかが判断され、これらの条件が満たされているときに、液面が、以下により、即ち、 タンク容積を圧力変化シーケンスの中に置き、 少なくとも得られた一つの圧力変化とこの変化に関連する期間とから圧力変化勾配量の関連値を求め、かつ 圧力変化勾配量と液面間の既知の関係から液面の実際値を推定することにより検出されることを特徴としている。

また、本発明の装置は、次の機能群、即ち、 タンク密閉検査装置と、 タンク内の燃料が気化しているかを検査するガス放出検査装置と、 タンクに変化シーケンスを与えるための負圧形成／シーケンス制御装置と、 少なくとも一つの圧力変化とこれに関連する期間から圧力変化勾配量の値を求めるための勾配検出装置と、 タンク密閉検査装置、ガス放出検査装置並びに勾配検出装置からの信号を受け取り、タンクが十分密閉しておりかつ燃料の気化が十分少ないときに圧力変化勾配量と液面間の既知の関係を用いて液面の実際値を出力する液面出力装置とにより特徴付けられる。

タンク密閉検査は、任意の方法で、即ち、例えば温度検査により、圧力検査によりあるいは燃料の気化が推定される所定の条件が存在するときの希薄補正検査により行なうことができる。 本発明方法では圧力変化勾配量と液面間の既知の関係から圧力変化勾配量の実際値を用いて最終的に液面が決定されるので、圧力検査を用いるのが特に好ましい。 この決定のために圧力測定が行なわれるので、タンク密閉検査の場合にもこれを利用するのが好ましい。

特に好ましいのは、まずタンクに負圧を増大させたときの圧力変化勾配を求め、続いてタンクの負圧を減少したときの圧力変化勾配を求め、この両勾配の商を用いてタンクの密閉が十分かを決定することである。 このような方法でタンク密閉度を求めるための例を以下に簡単に示す。 種々の変形例の説明は、平行して行なわれた出願に記載されている。 最終的に液面を求めるための圧力変化勾配量としては好ましくは両勾配の積が用いられる。

燃料の気化が十分低いかの条件が満たされていることは、特別なガスセンサを用いて検査することもできるが、簡単にはこのためにラムダ閉ループ制御器による通常の希薄補正検査を応用することができる。

まず密閉度が十分で燃料の気化が十分低いかが検査され、それによりこれらの条件が満たされたときのみ液面を決定する他のシーケンスを実行することができる。 あるいは、まず液面を決定し、続く上述した条件の検査により条件が満たされていないとわかったときには、その結果を必要に応じて廃棄することができる。

図面 第１図は、タンク通気装置に圧力変化を発生させることによりまた圧力変化勾配を評価することにより自動車のタンク内の燃料液面を検出する方法および装置を説明するブロック図である。

第2a図および第2b図は、種々のタンクの液面に関係した負圧変化勾配の値（ａ）ないしこの勾配の商（ｂ）に関する線図である。

第３図は、自動車のタンク内の燃料液面を検出する方法の第１の実施例を詳細に説明する流れ図である。

第４図は、第３図においてマークＡとＢ間の処理の流れに置き換えられ第２の実施例を説明する部分流れ図である。

実施例の説明 以下で負圧増大および負圧減少の勾配について説明するときには、殆どいつも勾配の絶対値が意味される。 第
2a図と第2b図に関する勾配のときにのみその符号が考慮されている。

第１図等で図示されたタンク通気装置は、差圧測定器
11を備えたタンク10と、タンク接続管12を介してタンクと結合され遮断弁AVを設けた換気管14を有する吸着フィルタ13と、吸着フィルタ13を内燃機関17の吸気管16に結合する弁パイプ15に配置されたタンク通気弁TEVから構成されている。 タンク通気弁TEVおよび遮断弁AVは、シーケンス制御ブロック19から出力される信号により駆動される。 タンク通気弁TEVは、第１図には図示されていないが、内燃機関17の運転状態に従っても駆動される。

内燃機関17の排ガス路30には触媒20が配置されその前にはラムダセンサ21が設けられる。 このセンサの信号がラムダ閉ループ制御ブロック22に出力され、このブロックは、吸気管16の噴射装置23の操作信号を決定し更に希薄補正信号MKを出力する。

第2a図の線図には、2.5 1の６気筒エンジンでアイドリング時80 1の容量のタンクにおいて種々の液面でタンク通気弁を完全に開放した場合に測定された負圧変化勾配が示されている。 各液面に対して、２対の測定値がそれぞれ短い線で図示されている。 その場合、実線で示した線は機能できるタンク通気装置に対する圧力減少勾配（上側）と圧力増大勾配（下側）の測定に関するもので、点線の線は、直径2mmの漏れ口のある装置に対する対応する値を示している。 第2b図には、第2a図の各対の勾配に対して減少勾配／増大勾配の商が示されている。

自動車のタンク内の燃料液面を検出するための第１図の機能ブロックは、以下のブロック、即ちシーケンス制御ブロック19、減少勾配検出ブロック24.1、増大勾配検出ブロック24.2、特性曲線テーブル31、タンク密閉検査ブロック32、ガス放出検査ブロック33、アンドブロック
34並びにサンプルホールドブロック35である。 エンジンの絞り弁28と協働するアイドル信号発生器27によりアイドリングが示されると、シーケンス制御ブロック19により液面FSを求めるためのシーケンスが開始される。 このシーケンス制御ブロックは、アイドリング状態を離脱するかあるいはラムダ閉ループ制御ブロック22により希薄補正信号MKが出力されると、そのシーケンスを終了する。 検査シーケンスの間、シーケンス制御ブロックは、
一実施例の第３図の流れ図に基づき以下に説明するように、遮断弁AVとタンク通気弁TEVを駆動する。

ここで、シーケンス制御ブロック19は所望の場合他の信号、例えば関連する車両の停止状態あるいは緩行走行を示す走行信号も評価することができることに注意しておく。 上述した条件が満たされているときには、タンクの燃料は移動しないかあるいは殆ど移動せず、その結果タンクの燃料は殆ど気化せず、また殆ど揺れないと考えられる。 燃料が揺れると、移動する燃料により圧力センサとつながっているガス体積が増減することにより圧力センサ11に不本意な変化をもたらされる。 アイドリング信号でも車両が停止していることが示される。 更にアイドリング信号は、吸気管16に顕著な負圧が発生していることを示し、それによりタンク通気装置に負圧を発生させるための大きなポンプ能力が存在している確証が得られる。 更に、容易に定められる吸気能力に対する特性を調節することができる。 もちろん、液面を検出する処理により、どのくらいのガスがタンク通気弁を流れかを継続的に検査し、続いて求められた圧力増大勾配が求められたガス流量と所定の流量を用いてこの所定の流量に規格化されるときには、アイドリング条件を放棄することができる。 タンク通気弁に流れるガス量は、吸気管16の負圧を用いて並びにデューティー比とタンク通気弁の流量特性曲線を用いて決定することができる。 その場合、
吸気管16の負圧は、測定するかあるいは絞り弁28の位置とエンジン17の回転数から求めることができる。

増大勾配検出回路24.2で求められたタンク負圧の増大勾配＋を用いて特性曲線ブロック21においてここに記憶された（FS−＋）の特性曲線のテーブルから液面FS
が読み出される。 この液面は、アンドブロック34がトリガー信号をサンプルホールドブロックのトリガー入力に出力するときには、継続的にサンプルホールドブロック
35に出力されそこに取り入れられる。 このトリガー信号は、タンク密閉検査ブロック32並びにガス放出検査ブロック33がそれぞれハイレベルの信号を出力するときに供給される。 タンク密閉検査ブロック32は、減少勾配検出ブロック24.1で求められた減少勾配−が所定のしきい値−_SW以下であるときにハイレベルの信号を出力する。 ガス放出検査ブロック33は同様に、ラムダ閉ループ制御ブロック22から供給される希薄補正値MKが所定の希薄補正しきい値MK_SW以下に留まるときにハイレベルの信号を出力する。

第３図の処理の開始時に遮断弁AVが閉じられ（ステップs1）、タンク差圧pAが測定され（ステップs2）、タンク通気弁TEVが開放され、そして時間測定が開始される（ステップs3）。 続いて、ラムダ閉ループ制御22がしきい値より大きい希薄補正を行なわなければならないか（ステップs4）、並びに所定の期間Δｔが経過したか（ステップs5）がループにおいて調べられる。 希薄補正しきい値より大きい希薄補正が必要な場合には、マークＢから処理の終了になる。 希薄補正しきい値は５から10
％、即ち明瞭に検出できる効果を持つような値である。
気化が上述したまでの程度の希薄補正で認められる場合には、タンク負圧の増大勾配は蒸発する燃料によって殆ど影響されないことが判明している。

時間Δｔが経過してステップs4とs5のループを離れた場合には、この時点で得られる負圧ｐが測定され（ステップs6）、差圧Δｐ＝ｐ−pAと圧力増大勾配＋＝Δp/
Δｔが計算される（ステップs7）。 この圧力増大勾配は、既にステップs4で検査した燃料が気化していないことの条件の他に、タンクが十分密閉されていることの条件が満たされていることを前提にすると、液面を示す値となる。

上述したステップs4からs6を実行する代りに、所定の差圧に達したかを調べるように処理することもできる。

上述した密閉検査はステップs8からs14で行なわれる。 これらのステップは、好ましくは、第３図には図示されていないが、ステップs3.6で測定された負圧が最小値、例えば−15hPaに達したときに初めて実行される。
ステップs8においてタンク通気弁TEVが閉じられ、新たな時間測定が開始される。 設定された期間Δｔが経過すると（ステップs9）、そのとき得られるタンクの負圧pE
が測定され（ステップs10）、再びタンク通気弁が開放される（ステップs11）。 装置が密閉されておりかつ燃料が気化しないときには、ステップs8でタンク通気弁を閉じた後は、負圧は極めて緩慢にしか減少しない。 気化していない条件が満たされているかを調べるために、ステップs4に対応するステップs12において、ステップs11
でタンク通気弁を再び開放した後希薄補正しきい値を超える希薄補正が必要かが調べられる。 そうである場合には、再びマークＢに達する。 逆の場合には、差圧Δｐ＝
pE−ｐおよび圧力減少勾配−＝Δp/Δｔが計算される（ステップs13）。

圧力減少勾配がしきい値より小さくないとき（ステップs14）には、再びマークＢに達する。 本来は、ここでタンクが密閉していないことを示す故障表示が出されるが、本発明との関連では、密閉検査の詳細は問題ではないので、この点に関しては第３図の処理は極めて簡単な構成になっており、故障表示の出力は図示されていない。

ステップs14において、タンクが十分密閉されていることが判明した場合には、ステップs15において、ステップs7で計算された圧力増大勾配＋を用いて、本タンク通気装置のテスト台で適用された（FS−＋）の特性曲線から液面FSが決定される。

処理を終了するために、何回も述べたマークＢを実行後遮断弁AVが開放される（ステップs16）。 この弁は、
次の液面測定まで、あるいは圧力検査によりタンク密閉検査が実行される場合にはタンク密閉検査まで開放されたままになる。

第３図のマークＡとＢ間で実施される処理ステップs1
4とs15は、ステップs4.1からs4.3を有する第４図の変形例で置き換えることができる。 この変形例は、第2a図で得られる第2b図の関係を利用しており、勿論計算の手間は増大するが、より正確な測定結果が得られる。

ステップs4.1において第2b図で説明した商−／＋
が形成される。 更に、減少勾配−と増大勾配＋の和が形成される。 これにより、タンク液面の勾配に及ぼす影響は商のように除去されるのでなく、更に強くなる。
従って、商は液面に関係なくタンクの密閉度を判断するのに良好な値となり、一方和は、液面を求めるために良好な値となる。 液面を推定する同様に良好な値は、勾配の積であるが、これは、和よりも僅かの非密閉性に強く影響される。

ステップs4.2において、商がしきい値と比較される。
商がしきい値よりも小さくないと、これは装置が密閉されていないことを示し、従って密閉されていない装置の場合に対して既に上述したステップs14に続くようなシーケンスが行なわれる。 それに対して装置が密閉している場合には、ステップs4.3においてステップs15の特性曲線と同様以前にテスト台で用いられた（FS−Ｓ）特性曲線を用いて和Ｓが求められる。

ここで、減少勾配／増大勾配の商に代り、その商の逆数も利用できることに注意しておく。 その場合には、ステップs4.2のしきい値判断も逆にしなければならない。

上述した各実施例の場合、本発明にとって重要なことは、前もって、あるいは後で燃料の気化が十分僅かでありかつタンクが十分密閉していることが確かめられたときには、液面が増大勾配からあるいは圧力減少勾配と圧力増大勾配の商から、即ち一般的にいうと、圧力変化勾配量から決定される、という事実である。 この方法は、
密閉検査と液面検出に対して圧力測定値が用いられる場合には、有利となる。 第４図の変形例では、液面決定に対して密閉検査に対するのと同様な測定値が、和として一回だけまた他の場合には商としても利用される。 従って、液面決定には、密閉検査が既に行なわれている場合には、例えば既に存在している値の和あるいは乗算と、
テーブルあるいは式として得られる特性曲線から液面を読み出すことだけが必要になるだけである。

フロントページの続き (72)発明者 ブルーメンシュトック・アンドレアス ドイツ連邦共和国 ヴェー 7140 ルー トヴィッヒスブルク・イェーガーホーフ アレー 79 (56)参考文献 特開 昭58−202830（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−50632（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−144431（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−152930（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−89924（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl. ⁷ ，ＤＢ名) G01F 23/14 - 23/18 F02M 37/00 301