JP2548977B2 - 液面位置を測定する装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車のエンジンに取り分け有効な、発光
ダイオードとトランスジューサとを組合わせて用いた液
面位置表示システムに関する。

［従来の技術、及び発明が解決しようとする問題点］ 従来の表示システムは、直流電流により励起される発
光ダイオードと、レンズを通じて屈折した光を受けるフ
ォトトランジスタとを用いていた。本発明は、従来のシ
ステムの感度を改善することにある。ダーリントン接続
されたフォトトランジスタを用いれば、感度は向上する
と従来考えられていた。しかしながら、高温ではこのよ
うなフォトトランジスタは、誤表示をもたらす漏れ電流
を生じていた。

このような漏れ電流の問題は、従来用いられていた単
一段のフォトトランジスタの場合には見られなかったも
のではあったが、低感度性と熱劣化とが欠点であった。

感度の向上は、構造が簡単で信頼性があり感度が優れ
ていて、しかも高温に耐えることのできる新規の改良さ
れた液面位置表示器を提供することを目的とする本発明
により達成される。

本発明のもう１つの目的は、表示器の動作と、小さい
スタンバイドレイン電流を有する回路の動作とを確認
し、過電圧または逆電圧による損傷から守られる自己診
断回路を提供することにある。

本発明による装置は、ビーム状の放射エネルギ又は光
を放出する小型の電気応答手段を備える。このビーム状
の放射エネルギに感応するトランスジューサにより、極
めて短時間の独特の過電流パルスを作りこの電気応答手
段を励起させることにより、短時間の電流を、電気応答
手段の定常定格電流を著しく越えるが損傷を与えるには
不十分な大きさで生じさせる。自動車のイグニッション
スイッチ（スタータスイッチ）により、パルスを作り出
す回路を自動車の電源で作動させることができる。

本発明の目的は、また、放射エネルギ放出手段と、こ
れと組み合された放射エネルギセンサとを用い、放射エ
ネルギ放出手段は、所定の定常定格電流を持っている、
液体の液面位置を測定する新規の方法において、放射エ
ネルギ放出手段に、その定常定格電流を実質的に越える
が極めて短い持続時間を持つ電流を生じさせる大きさを
備えた短時間の電圧パルスを印加し、放射エネルギセン
サの反応を測定することにより放射エネルギの通り道に
おける液体の存否を検知する方法を提供することにあ
る。

この発明は、自動車に関する一定の条件がそろった時
にのみオイルの下限位置を指示するように自動車のオイ
ルパン内に配置することによって誤表示をなくした新規
のプローブを提供するものである。

プローブは、電気応答（放射エネルギ放出）手段と、
トランスジューサとを備える。放射エネルギの通り道に
オイルが存在しないと、最大エネルギが、トランスジュ
ーサに伝わることになる。

電位応答手段は、発光ダイオードとし、トランスジュ
ーサは、単一段からなるフォトトランジスタとすること
ができる。極めて短い持続時間の単一の電圧パルスを加
えれば、従来のように低い電流の定常励起を用いる場合
よりもずっと強さが大きい短く突発的な放射エネルギ
が、安全に生じる。フォトトランジスタに到達したビー
ムは、何倍にも増幅され、エネルギ変化は、ビームの通
り道を占めている自動車のオイルの液面と極めて近接し
た関連を持つようになる。

本発明によれば、表示が行なわれるには、一定の必要
前提条件が満たされなければならない。もし、自動車の
イグニッションスイッチが、１秒間以上ONである場合
に、表示を得るには、イグニッションスイッチを、OFF
にし15秒間以上OFF状態を続けてからONにしなければな
らない。その他の時間間隔を用いてもよい。こうする
と、誤表示が与えられる可能性がなくなる。本発明は、
自動車の操縦者が、車に来たばかりであり、イグニッシ
ョンキーを挿入し、イグニッションスイッチを１回ONに
した場合、表示を行なうのに適している。

自動車が、坂道に載っていて、オイルパンに傾斜が生
じていると表示はなされない。

回路の主要部分は、自動車の電源から連続して通電さ
れるが、定常ドレイン電流は、１ミリアンペア以下であ
り、バッテリのドレイン電流は、取るに足らないものと
なる。

過電圧、及び逆極性電圧の印加に対して、充分な保護
を与えることができる。このほかの特徴及び特有の効果
については、後述する。

［実施例］ 第３図は、自動車10のシリンダブロック12を示してお
り、このシリンダブロックは、その下にエンジン用オイ
ルパン14とトランスミッソン用オイルパン16とを取り付
けてある。オイルパン14、16は、取り外し自在なドレイ
ンプラグ18を有する。

プローブ20は、エンジン用オイルパン14の側壁に取り
付けられ、その内側に突出していて、プローブの内端
は、クランクケースオイルに浸っている。プローブ20
は、従来知られているように閉塞端を備えレンズを有す
る中空の半透明または透明の棒状体（図示せず）を有す
る。プローブ20は、電気応答手段すなわち発光ダイオー
ド22と、これに組み合されたトランスジューサすなわち
フォトトランジスタ24とを備える（第１図参照）。プロ
ーブ20からは、３本のリード線26、28および30が伸びて
いて、自動車のワイヤリングハーネス（図示せず）の一
部を成していて、引き外し自在のプラグとグジャック32
により回路に接続される。

自動車10には、水銀スイッチまたは重力式スイッチ34
を設け、これには、スイッチのケースが傾いた場合両接
点を橋渡しする可動ボール（図示せず）を設けてある。
水銀スイッチまたは重力式スイッチ34は、自動車のダッ
シュボート36の下部または、エンジン部内に取り付ける
ことができる。

発光ダイオード22は、短く突発的な赤外光のような放
射エネルギを放出でき、一方、フォトトランジスタ24
は、この発光ダイオード22と結合されこれと連動して、
この突発的なエネルギを受け取り、大きさがクランクケ
ース14内のオイルの液面と相互に関係した表示を与える
ことができる。本発明によれば、発光ダイオード22、大
きさが、発光ダイオードの定常定格電流をかなり越えた
電流パルスを生ずる電圧パルスで駆動されるが、その持
続時間は、極めて短く損傷は生じない。発光ダイオード
22の瞬間的な励起は、高いものであるが、この発光ダイ
オードに加えられる平均電力は、著しい発熱を生じるに
は不充分なものであり、発光ダイオードが損傷を受ける
ことはない。

60ミリアンペアの定常定格電流を持つ発光ダイオード
22を用いれば、２アンペアの電流パルスなら、数百マイ
クロセカンドの時間充分に耐えることができる。こうし
て得られる突発的な光は、発光ダイオード22が、その定
常定格直流で励起される場合に得られる光の何十倍であ
る。

ファトトランジスタ24により受け取られる光は、同様
にかなり大きいものであり、したがって、感度条件を低
くすることができ、１段型のユニットを用いても、ダー
リントン接続に匹敵するものとなる。１段型フォトトラ
ンジスタ24を用いることができるということは、多段型
装置では、悪影響を与える漏れ電流が生ずる高温環境下
において極めて重要である。

第１図と第２図とは一緒になって、１つのまとまった
概略回路図を構成するものである。発光ダイオード22と
フォトトランジスタ24用の制限回路を、図示してあり、
また、自動車のダッシュボード36に設ける、白熱灯のよ
うな視認形表示器38も図示してある。この視認形表示器
は、プロセッサとして作動するもので、トランスジュー
サにより作り出された情報を視認可能なデータに変換す
る。

第１図でＡ、Ｂ及びＣを付した個所は、第２図におい
て対応する符合した個所と永久接続されるものである。

第１図において、自動車のバッテリ40は、その負端子
が電気接地され、正端子が自動車のイグニッションスイ
ッチ44に、更にこのイグニッションスイッチ44を通じて
自動車の点火システム42に接続される。第１図には、２
個の比較器46及び48と、２個のＤ型フリップフロップ50
及び52（後述する）が図示してある。フリップフロップ
50及び52は、点線で示すような単一のパッケージ内に収
容することができる。比較器46及び48も、図示はしてい
ないけれども、単一のパッケージ内に収容することは可
能である。

スイッチングトランジスタ54により、発光ダイオード
22を通る電流パルスを制御する。

２個の比較器46及び48と、２個のフリップフロップ50
及び52とは、自動車のバッテリから抵抗器55及びダイオ
ード56を通じて連続して通電されるが、このダイオード
は、逆極性が回路に印加されるのを防ぐものである。コ
ンデンサ58は、フィルタコンデンサとして機能するとと
もに、発光ダイオード22がスイッチングトランジスタ54
により、パルス的に発光するとき充電電源としても機能
する。

抵抗器60とツエナーダイオード62とにより、過電圧に
対する保護を行なう。コンデンサ64は、ノイズ低減のた
めに組み込まれているものである。コンデンサ64と、ツ
エナーダイオード62と、抵抗器60との接続により、正電
源ライン66を構成し、このラインを通じて、フリップフ
ロップ50及び52と比較器46及び48とに、直流＋12ボルト
を連続して給電する。フリップフロップ50及び52と比較
器46及び48とは、絶えず通電されるが、これら４個の部
品及びこれと関連する回路により消費される合計電流
は、１ミリアンペア以下であり、バッテリのドレインは
無視できる。コンデンサ68は、フリップフロップ50及び
52の個所における電源ライン66のノイズを低減するため
のバイパスコンベアである。

イグニッションスイッチ44には、比較器46の反転入力
端子に伸びている抵抗器70とダイオード72とが接続され
る。比較器46の反転入力端子にはまた、抵抗器74とコン
デンサ76とが接続される。抵抗器78及び80により、正の
電源ライン66から連続したバイアス電圧を加える非反転
入力をもたらす比較器46用の電力は、同様に、この電源
ライン66を通して、コンデンサ82によるフィルタ作用を
受けながら供給される。抵抗器70及び74とコンデンサ76
の値は、イグニッションスイッチ44を初めて閉じたとき
（後に説明する）、コンデンサ76に所定の充電時定数を
与えるように選ぶ。抵抗器74とコンデンサ76とは、イグ
ニッションスイッチ44を開くとき（これもまた後述す
る）、２番目に長い充電時定数を有する。

抵抗器84は、比較器46の出力段用の「プルアップ」抵
抗器である。ここに用いた装置は、抵抗器84の組み込み
を必要とする、「オープンドレイン」として知られてい
るタイプの出力を有する。出力ライン86は、フリップフ
ロップ50の「Ｄ」（データ）入力に伸びている。出力ラ
イン86と電気接地との間には、第３図に示したスイッチ
34が接続される。このスイッチは、自動車が、10゜ない
し15゜程度以上の坂道にあるとき、閉じる。比較器46の
出力と、スイッチ34とは、「出力結合」の形状で接続さ
れる。１）比較器46の出力が、接地電位に近いか、また
は２）スイッチ34が、自動車が坂道にあるため閉じてい
る場合には、「低位」デジタル信号が、フリップフロッ
プ50「Ｄ」入力に表われる。

フリップフロップ50には、相補形出力端子Ｑ及びが
ある。は、フリップフロップ52のリセット端子に接続
される。フリップフロップ50のセット端子及びリセット
端子の双方は、電気接地される、フリップフロップ50及
び52の双方の「クロック」入力端子は、抵抗器88を通じ
てイグニッションスイッチ44に接続される。フリップフ
ロップ50の出力Ｑには、何らの接続も行なわない。コン
デンサ90及び92と、抵抗器88及び94とにより、改良した
π回路網を構成して、イグニッションスイッチ44を起点
とする接触変動が、フリップフロップ50及び52の適正な
刻時を妨害する傾向をなくする。ダイオード96により、
両フリップフロップの入力が＋12ボルト１または２ボル
ト以上越えないようにして、フリップフロップに過電圧
が加わらないようにする。

フリップフロップ52に関して説明すると、「Ｄ」入力
が接地され、セット端子は、比較器48の出力ライン98に
接続される。抵抗器108は、比較器46に接続した抵抗器8
4と同様に、比較器46用の「プルアップ」抵抗器であ
る。出力端子には、接続は行なわない。出力端子Ｑ
は、ダイオード102に伸びていて、このダイオードは、
第１図及び第２図の双方において共通な個所「Ａ」に接
続される。

比較器48の反転入力には、抵抗器104及び106によりバ
イアスを加える。非反転入力は、ライン109を通じて、
フォトトランジスタ24の出力に接続される。抵抗器110
により、光による励起がない状態では、フォトトランジ
スタを「OFF」状態にバイアスする。抵抗器112により、
負荷を構成する。

第１図において、イグニッションスイッチ44は、ライ
ン114を通じてコンデンサ116にも接続される。このコン
デンサは、スイッチングトランジスタ54のゲートに伸び
ている。抵抗器118は、接地される。コンデンサ116と抵
抗器118とにより、RC回路を形成して、イグニッション
スイッチ44が初めて閉じられる（ONされる）とき、スイ
ッチングトランジスタ54のゲートに数百マイクロ秒の短
い持続時間の電圧パルスを加える。このような電圧パル
スがゲートに加わると、スイッチングトランジスタ54
は、瞬間だけ導通し、５オームのオーダである抵抗器12
0の一端を事実上に接地する。発光ダイオード22のアノ
ードに入る電流は、バッテリ40とコンデンサ58に溜った
電荷とにより供給される。このコンデンサに溜る電荷
は、数百マイクロファラッド以上のオーダである。こう
して、電流パルスは、上述したような短い時間だけ発光
ダイオード22中を流れて、この発光ダイオードから光り
輝くような明るさを持つが、短く突発的な放射エネルギ
を生じさせる。この放射エネルギは、フォトトランジス
タ24によりピックアップされ、このフォトトランジスタ
は、放射エネルギのビームがオイルによって途中で遮
れ、または吸収されない場合、同じような短い時間だけ
で導通する。こうして生じたパルスは、ライン109を通
じて、比較器48の非反転入力に加えられる。

第２図には、２個のタイマ及び122及び124が図示して
おり、これらは、図示のような単一のパッケージに収容
した同一の装置とすることができる。「Ｂ」で示した点
は、第１図の「Ｂ」で示した点に対応するものである。
また、「Ｃ」で示した点は、第１図の「Ｃ」で示した点
と対応するもので、バッテリ40の正端子である。こうし
て、第２図の「Ｃ」で示した点は、絶えず電圧が印加さ
れており、一方、「Ｂ」で示した点は、イグニッション
スイッチ44がONである（閉じられた）場合にのみ、電圧
が印加される。

第２図に示すように、「Ｂ」点からは、直列に接続し
た抵抗器126とダイオード128とが伸びており、更にフィ
ルタコンデンサ130が接続される。パストランジスタ（p
ass transistor）132とこれに接続したツエナーダイオ
ード134と抵抗器136とにより、第２図に示す回路の過電
圧保護を行なう。コンデンサ138は、バイパスを構成す
る。トランジスタ132のエミッタは、イグニッションス
イッチ44が閉じたときにのみ電圧が印加される正の電源
ラインを構成するライン140に接続される。タイマ122と
124とは、図示のようにこのライン140を通じて通電され
る。

タイマ122には、抵抗器142とコンデンサ144とダイオ
ード146とが接続され、このダイオード146は、イグニッ
ションスイッチ44がOFFになったときコンデンサ144の放
電を行なう。こうすることにより、イグニッションスイ
ッチを一旦閉じ次いで突然開いたとき、コンデンサ144
に溜められた電荷が、供給電圧よりも高い電圧でタイマ
122及び124のトリガー入力「Ｔ」を維持する。

タイマ122のタイミング間隔（timing interval）は、
抵抗器148とコンデンサ150とにより定まる。これら抵抗
器148とコンデンサ150との接続点は、タイマの放電端子
とスレッショルド端子に接続される。タイマ124のタイ
ミング間隔も、同様に抵抗器152とコンデンサ154とによ
り定まる。タイマ122のリセット端子は、正の電源ライ
ン140に接続される。タイマ122及び124の電圧制御（す
なわち「CONT」）端子は、コンデンサ156、158を通じて
各々接地される。

タイマ122のライン160への出力は、ダイオード162を
通じて負荷抵抗164に、更に、直列抵抗166を通じてスイ
ッチングトランジスタ168のベースに接続している。ス
イッチングトランジスタのコレクタは、視認形表示電球
38に接続し、電球の他端にある「Ｃ」点は、第１図の自
動車用バッテリ40に絶えず接続されている。タイマ124
の出力は、ライン170を通じてダイオード172と接続し、
このダイオードは、抵抗器164と166の接続点に接続して
いる。タイマ122及び124は、いずれかからの正の出力信
号によりスイッチングトランジスタ168をONして、視認
形の表示器を光らせるように配置される。このように、
両タイマの出力は、「OR」形状に接続される。

抵抗器173は、タイマ124のリセット端子と正の電源ラ
イン140との間に接続される。このリセット端子はま
た、第１図の「Ａ」点に対応する「Ａ」点にも接続して
いる。

動作について説明すると、イグニッションスイッチ44
を閉じる毎に、クランクケース14内のオイルの液面の測
定が、発光ダイオード22とフォトトランジスタ24とによ
りなされる。しかしながら、こうして得られた情報は、
一定の条件が満たされる場合にのみ自動車の操縦者に知
らさせる。詳述すると、１）オイルの液面が低く、かつ
２）ａ）自動車10の傾斜とｂ）イグニッションスイッチ
44の動作についての最新の経過に関する一定の条件がそ
ろう場合にのみ、代表的には30秒間の視認形表示器38の
点灯が生ずる。

上述したように、イグニッションスイッチ44の状態と
は関係なく、２個の比較器46及び48と２個のフリップフ
ロップ50及び52とは、絶えず電圧が印加される（回路
が、充電されたバッテリと作動可能な電気系統とを備え
た自動車で機能していると仮定して）。更に、バッテリ
40からの電圧が、抵抗器55とダイオード56とを通じて、
発光ダイオード22のアノードとフォトトランジスタ24の
コレクタとに印加される。

今、自動車が運転されていなくて操縦者が乗っていな
い場合を仮定すると、比較器46の反転入力における電圧
は０であり、この比較器の非反転入力は、抵抗器78、80
からなる分圧器により絶えずバイアスされ、しかも負荷
抵抗器すなわち「プルアップ」抵抗器84があるため、比
較器46のライン86における出力は、ハイ状態にある。イ
グニッションスイッチ44を初めて閉じると、抵抗器70と
ダイオード72を通る電流により、コンデンサ72がゆっく
りと充電される。抵抗器70、74とコンデンサ76との時定
数に応じて、ライン86における出力は、最終的にロー状
態となる。この場合、抵抗器70、74とコンデンサ76の好
ましい値は、約１秒間の時間間隔である。言い方を変え
ると、イグニッションスイッチ44を閉じた約１秒後に比
較器46の（ライン86における）出力が、ハイからローデ
ジタル状態に移行する。このロー状態に対応する電圧
が、フリップフロップ50の「Ｄ」入力に印加される。イ
グニッションスイッチ44を閉じるのと同時に、正の電圧
が、フリップフロップ50のクロック入力「Ｃ」に印加さ
れる。図示の結線では、フリップフロップ50の出力ライ
ンは、ハイデジタル状態となり、このハイデジタル状
態が、フリップフロップ52のリセット入力に加わる。こ
のような状態では、フリップフロップ52の出力Ｑは、ロ
ーデジタルレベルとなり、イグニッションスイッチがOF
Fにされ次いでONにされてフリップフロップ50及び52の
各クロック入力「Ｃ」に新たなクロック信号を供給する
まで、フリップフロップ50によってこの状態にラッチさ
れる。これにより、再刻時（reclocking）がなされるま
で、フリップフロップ52の出力状態を、２つのデジタル
状態のいずれか一方に保持する保持作用（sustaining a
ction）を事実上行なう。このようにして、フリップフ
ロップ50及び52により、ラッチ機構を構成する。

イグニッションスイッチ44を、１秒間以上閉じると、
フリップフロップ52のリセット端子におけるラッチ状態
が維持される。イグニッションスイッチ44を開きより長
い時間間隔、代表的には15秒間以上開いたままにした後
では、比較器46の反転入力に接続されたコンデンサ76の
電荷が抵抗器74を通じて放電し、比較器46のライン86に
おける出力が、ローデジタル状態からハイデジタル状態
に再び変わる瞬間が来る。ダイオード72の作用により、
充電されたコンデンサ76から点火回路に電流が逆流する
のが阻止されるので、コンデンサ76の放電中の時定数
は、イグニッションスイッチ44に接続した他の回路によ
っては影響を受けない。

このようにして、比較器46の作用により、イグニッシ
ョンスイッチ44が、少なくとも１秒間閉じられ、そし
て、開いた後で少なくとも最初の15秒間の間に閉じる
と、比較器の出力ライン86にローデジタルレベルをもた
らす。このような構成は、イグニッションスイッチ44を
急に作動したり、ガチャガチャ切替えたりすることによ
りオイルの液面の誤表示が生ずるのを防ぐためのもので
ある。

更に、自動車が坂道、典型的には、水平に対し10゜な
いし15゜以上の坂道にある場合、第１図及び第３図に示
したスイッチ34が閉じて、ライン86をローデジタル状態
に、すなわち電気的に接地する。データ入力「Ｄ」の接
地により、フリップフロップ50の出力は、ハイデジタ
ル状態になってラッチされ、このハイデジタル状態をフ
リップフロップ52のリセット入力に加える。フリップフ
ロップ52は、リセット入力がハイであると、そのセット
入力端子に入る信号に応答することが妨げられる。その
ためどうなるかについては後述する。

一方、イグニッションスイッチ44を、１秒未満閉じ、
又は15秒以上開き、しかもスイッチ34が開いていると、
ライン86には、ハイデジタルレベルが現れる。フリップ
フロップ50の出力端子は、ローとなり、フリップフロ
ップ52のリセット端子もローとなるので、フリップフロ
ップ52のセット入力端子が入力を受け入れ、対応する出
力を端子Ｑに出す。この出力が、後述するようにオイル
の液面の表示となる。

上述のように、イグニッションスイッチ44が、自動車
の操縦者により、手動で閉じられるごとに、オイルの液
面の測定がされるが、この情報は、必ず自動車の操縦者
に伝えられるわけではない。第１図において、イグニッ
ションスイッチ44が閉になると、それまではゲートに電
圧がかかっていなかったため非導通状態であったスイッ
チングトランジスタ54のゲートに、電圧パルスが印加さ
れる。この電圧パルスは、抵抗器118とコンデンサ116と
により定まる時定数によって指数関数的に減衰する。そ
してこの場合、スイッチングトランジスタ54は、数百マ
イクロ秒間導通することになる。抵抗器120の値が、例
えば４または５Ωであると、約２アンペアのピーク電流
が発光ダイオード22中を通って流れる。この電流の大部
分は、充電されたコンデンサ58により供給される。この
コンデンサは、数百マイクロファラッドの値を持つ電解
型のものとすることができる、このような条件では、発
光ダイオード22用のエネルギのほとんどを供給するのに
十分な電荷が、このコンデンサに蓄えられる。そして実
際の試験においても、電圧パルスの持続時間中における
コンデンサ58の放電による電圧降下は、約１ボルトにす
ぎないことが確認された。

スイッチングトランジスタ54のゲート電圧とそのドレ
ーン電流のプロットを、第４図に示す。横軸は、時間で
あり、縦軸は、時間に対する電気特性関数（electrical
function）、ｆ（ｔ）、即ちゲート電圧の場合はボル
トを、ドレーン電流の場合はアンペアを示すものであ
る。イグニッションスイッチは、t₀で閉じられるものと
する。

クランクケース14内のオイルの液面が、正常である
と、フォトトランジスタ24により受け取られる放射エネ
ルギの量は、オイルの液面が低い場合よりも少ない。液
面位置が正常であると、小さい振幅、典型的には１ボル
トのパルスが、フォトトランジスタ24のエミッタに生
じ、比較器48の非反転入力に加えられる。抵抗器104、1
06により、比較器48の反転入力に印加されるバイアス電
圧、典型的には約１ボルトのバイアス電圧、典型的には
約１ボルトのバイアス電圧がもたらされる。フォトトラ
ンジスタの出力の振幅が、この値以下であると、比較器
48のライン98における出力電圧は、ローのままとなる。
このロー出力は、フリップフロップ52にセット端子に印
加され続ける。図示した結線では、フリップフロップ52
の端子Ｑからの出力信号は、ローであり、この出力信号
は、ダイオード102を通じて、タイマー124のリセット端
子を、オイルの液面位置が正常な場合には、ローデジタ
ルレベルに維持する。

イグニッションスイッチが、手動により閉じられると
＋12ボルトのバッテリー電圧が、第１図の「Ｂ」と第２
図の「Ｂ」の点を通って、第２図の２個のタイマー122
及び124に直ちに印加される。

上述したように、抵抗器148とコンデンサ150とによ
り、タイマー122の時間間隔が定まり、一方、抵抗器152
とコンデンサ154とにより、タイマー124の時間間隔が定
まる。この場合、タイマー122により、端子Ｏに高出力
パルスが生じ、この出力パルスは、ダイオード162を通
じて抵抗器164と166の接続点に印加される。このパルス
は、典型的には、３秒間持続する。第１図に示した回路
の状態とは無関係に、トランジスタ168は、この３秒間
の時間導通して、視認形表示器38を３秒間点灯させる。
このようにして、自動車の操縦者は、この３秒間の点灯
によって、焼切れていたり損傷している場合は別として
表示器38が正常動作可能状態にあることを知らされる。

第２図に、示したように、両タイマー122及び124のト
リガー端子「Ｔ」は、平行に接続される。タイマー122
及び124をトリガーすると、正の電圧が供給端子に印加
されている場合、タイムラグが生じた上でトリガ一端子
の電圧の上昇が生ずる。各タイマーのトリガー入力端子
は、供給電圧の印加に関して、始め負方向のパルスを
「検出」する。

略号「THR」、「DIS」、「CONT」及び「Ｒ」は、「ス
レッショルド（threshold）」、「放電」、「制御電
圧」及び「リセット」を意味し、これらは、タイプ556
タイマーに通常付けられている端子表示である。

タイマー124は、そのリセット端子が抵抗器173を介し
て正の電源ライン140に接続されている。第１図におい
て、フリップフロップ52の出力Ｑがハイであり、クラン
クケース14内のオイルの液面が低いことを示している
と、ダイオード102は導通せず、したがって、タイマー1
24は、約30秒間「ワンショット」モードで作動できるの
で、トランジスタ168を導通させ、視認形表示器38を30
秒間点灯する。この比較的長い30秒間の点灯により、自
動車の操縦者にオイルの液面位置が低いという警告を発
する。

一方、フリップフロップ52の出力Ｑがローであると、
タイマー124のリセット端子は、ローデジタル状態にさ
れる。このようにして、タイマー124が、トランジスタ1
68に出力信号を加えるのを効果的に防止する。このた
め、上述したタイマー122によりもたらされる３秒間の
時間を越えて表示器38が点灯することはない。こうし
て、タイマー124からの出力がない場合は、オイルの液
面位置の正常な読み取りがなされていることを意味する
ものであり、または、第１図に示した制御回路が、自動
車が水平でないまたは必要なイグニッションスイッチ手
順が踏まれていない、すなわち、イグニッションスイッ
チが、１秒間以上オンになり、その後15秒以上オフでは
なかったことを検出したことを示すことになる。

本発明の別の実施例を、第５図に示してあるが、この
実施例では、表示器38のかわりに、自動車の車上コンピ
ュータを用いて、タイマー124からの信号を受け取るよ
うにしてある。第５図には、タイマー124からのびるラ
イン170と、抵抗器174及び176とからなる分圧器に給電
するダイオード172とを示してある。車上コンピュータ1
78は、受け取った情報を処理して、オイルの液面の測定
の結果をパネル180に表示する。この表示パネルは、自
動車の運転と状態の種々の事柄に関する他の色々な情報
も沢山含むようにするとよい。

第６図は、自動車の電気系統の部分の別の特徴を示す
ものである。詳述すると、詳細に示したイグニッション
スイッチ44は、スライダ44aと、多数のスイッチ位置「A
CC」、「LOCK」、「OFF」、「RUN」及び「START」とを
備える。この「ACC」位置は、符合182で示したイグニッ
ションコイルの通電を行なうことなく自動車に設けた種
々の付属品の作動を行なえるようにするものである。ス
ライダ44aの「OFF」位置から「RUN」の位置までの移動
は、プリクランキングゾーン（precranking zone）であ
り、その後、「START」位置までの移動は、スライダの
クランキングポジション（cranking position）であ
る。イグニッションコイル182には、安定抵抗器184が接
続される。セルモータ186とスターティングソレノイド1
88とが図示のように接続され、その機能は通常の通りで
ある。イグニッションコイル182からの高電圧リード線1
90は、ディストリビュータ192に通じていて、このディ
ストリビュータは、点火プラグすなわちイグニッション
部材194の通電を通常のように行なう。一般に、安定抵
抗器184は、エンジンのクランクを回して始動する間ス
ターターソレノイドによって短絡されて、セルモータが
始動する時バッテリ電圧の降下により生ずるスパーク出
力の減少を補う。安定抵抗器は、エンジンが始動した後
でも回路に再挿入される。

イグニッションスイッチ44のスライダ44aを、「LOC
K」又は「OFF」位置から「START」に移動すると、スラ
イダは、まず、「RUN」位置を越えなければならず、イ
グニッションコイル182が通電される。

本発明によれば、第１図及び第２図の回路によって行
なわれるオイルの液面位置の測定は、スライダが「STAR
T」位置に来て、エンジンのクランクを回して始動させ
ることが始まる前に、完了する。こうして、液面位置の
読取りが、エンジンの始動又は稼働によって、クランク
ケース内でのオイルの撹拌が生ずる前に行なわれること
になる。エンジンの始動又は稼働の前に読取りを完了す
るというこの特徴は、オイルの振動が、正確な測定を目
指す目的を無駄にするので重要である。

本発明は又、放射エネルギ放出手段22と放射エネルギ
センサ24とを用い、液体中にこれらを置けるように容器
内に放射エネルギ放出手段と放射エネルギセンサとを取
付ける部材を設ける容器14に収容した液体の液面の低位
置を表示する方法をも提供するものである。この放射エ
ネルギ放出手段22は、所定の定常定格電流を有する。本
発明による方法は、定常定格電流を実質的に越えた大き
さを持ち、放射エネルギ放出手段22からの短い持続時間
の強力なエネルギ放射を行なえる電流パルスを生じさせ
るように放射エネルギ放出手段22に電圧パルスを印加
し、電圧パルスの印加中放射エネレギセンサ24の出力を
検知して放射エネルギが放射エネルギ放出手段22から放
射エネルギセンサ24まで移動する時に通過する箇所にあ
る液体の存否を検知する方法である。実施例において
は、放射エネルギ放出手段22は、赤外の発光ダイオード
であり、放射エネルギセンサ24は、100℃をかなり越え
るような比較的高い作動温度でも、コレクタベース接合
を通過する逆方向漏れ電流が比較的小さいことを特徴と
する一段式フォトトランジスタである。

図示の例では、発光ダイオード22の定常定格電流は、
典型的には60ミリアンペアとすることが出来、一方発光
ダイオード22を通るパルスの大きさは、100乃至300マイ
クロ秒の持続時間の２アンベア内外とすることが出来
る。パルスの持続時間が短いため、発光ダイオード22の
過熱は生じない。というのは、この発光ダイオードによ
って消費される平均電力は、パルスが短いため極めて小
さいからである。

本発明による方法は、さらに、イグニッションスイッ
チが、第１所定時間間隔、典型的には15秒間以上オフに
なっているかどうかを検出し、もしこのような時間間隔
がイグニッションスイッチ44がオフになったまま経過し
ない場合には、自動車の操縦者による液面位置の読み取
りをさせないようにする行程をも有する。同様に、本発
明による方法は、さらにイグニッションスイッチが、所
定の時間間隔、典型的には１秒間以上オンになっている
かどうかを検知し、イグニッションスイッチ44が、少な
くともこのような時間間隔間オンになっている場合に
は、自動車の操縦者によるオイルの液面位置の読み取り
をさせない行程を有する。

同様に、本発明は、さらに、オイルの液面位置の測定
を困難にするような自動車の傾斜があるかどうかを検知
し、もし所定の傾斜、典型的には水平位置から10乃至15
℃を超えているならば自動車の操縦者による液面位置の
測定をさせない行程を有する。

発光ダイオード22からの最初の光出力は、電圧による
励起の期間の最初の部分でピークとなってあらわれる。
発光ダイオードの通電時間が長くなるにつれて、この光
出力は多少減少する。実際上、本発明によれば発光ダイ
オード22は、その光出力／電流特性が最適な時に通電さ
れるので、エネルギのフォトトランジスタ24に対する最
大瞬間転移がもたらされる、 第１図及び第２図の回路では、次のような型の部品が
満足のいく性能を示すことがわかった。比較器46及び48
は、タイプTLC372Cであり、フリップフロップ50及び52
は、タイプMC14013Bであり、タイマーは、タイプNE556
である。トランジスタ54は、タイプMTP3055である。発
光ダイオード22は、タイプMLED930であり、フォトトラ
ンジスタ24は、タイプMRD30である。トランジスタ132及
び168は、両方ともタイプ2N4401である。

第６図に示したイグニッションスイッチの詳細につい
ては、ゼネラルモーター株式会社によって発光された部
品ナンバー1099560の「1972年キャデラック工場用手引
書（1972CADILLAC SHOP MANUAL）」と題する工場用手引
書の第６ページ乃至20ページに示してある第６図乃至第
23図に含まれている情報を参照されたい。この手引書
は、本発明の理解のためにのみ参照されたい。

以上説明したように、本発明は、電気応答手段に、そ
の定常定格電流を越えた大きさを持つが、損傷を与える
には不充分な持続時間を持つパルスを与えることによっ
て、感度を向上させている。このため、ダーリントン接
続を用いずに感度を良くすることでき、しかも、高温に
おける漏れ電流の問題を解消できる。実際、可動部品は
必要とされない。すべての部品は、固定されており、し
たがって、接触による劣化等によって生ずる問題が発生
するのを抑えている。。固体型回路における固有の信頼
性が、実現されている。

本発明による回路は、過電圧の印加、逆極性の電圧の
印加による作動部品の損傷、及びスパイクまたは過渡電
流、地絡電流等により生ずる偶発的な損傷を防止する機
構を備えている。

この明細書の記載は、オイルパンにおけるオイルの液
面位置の測定に好適なシステムについて述べてあるが、
この発明は、このような適用分野に限定されるのではな
い。本発明による装置は、トランスミッション、パワー
ステアリング及びブレーキ用の油タンク、ラジエータ、
ガソリンタンク、ウォッシャー流体用のタンク等の自動
車にまつわる他の容器にも適用可能である。

本発明による装置及び方法は、このように、当業界に
おいて際立った進歩と改良をきたすものである。

種々の変更と改良とが、本発明の要旨から逸脱するこ
となく可能である。

特許請求の範囲の各々は、他とは別個で区別可能な発
明の態様を定義しているものであり、したがって、各請
求の範囲は、新規性及び特許の有効性の判断において従
来の装置に照らして吟味される時別個のものとして解釈
されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による改良された液面位置センサの一
部の概略回路図であり、第２図は、このセンサのもう一
つの部分の概略回路図であり、第３図は、自動車の一部
を立面図で一部を断面図で示した部分図であって、傾斜
検知用水銀スイッチを示したものであり、第４図は、発
光ダイオードを制御するトランジスタのゲート電圧とド
レーン電流とを時間に対してプロットしたグラフを示す
ものであり、第５図は、自動車の車上コンピュータが、
測定装置からの信号を受入れるようにした別の実施例の
概略ブロック図を示すものであり、第６図は、自動車の
始動及び稼働に関連する電気部品の概略回路図とブロッ
ク図とを示すものである。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−119260（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−126461（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−214715（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−200024（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−119729（ＪＰ，Ｕ)

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）励起されるとビーム状の放射エネルギ
   を出す電気応答手段であって、液体収容容器内に収容さ
   れた液体中に置くことのできるものと、 ｂ）この電気応答手段と組合わされ、ビーム状の放射エ
   ネルギに感応するトランスジューサと、 ｃ）この電気応答手段用の電源と、 ｄ）この電気応答手段を励起するパルスをこの電源から
   作り出す手段であって、このパルスは、電気応答手段の
   定常定格電流を越えた大きさを持つが、電気応答手段に
   損傷を与えるには不十分な接続時間を持つものと、 ｅ）スイッチを備えた電気回路であって、スイッチは、
   内燃機関の動作と連動して作動するとともに、その閉状
   態では、電源からパルスを作り出す前記手段の通電を行
   なうように接続されたものと、 ｆ）前記トランスジューサの状態に応答して、自動車の
   操縦者に液面表示を行なう表示手段とからなる、自動車
   の内燃機関の液体収容容器内の液面位置を表示する装
   置。
2. 【請求項２】前記パルスを作り出す手段は、RC回路網と
   固体スイッチ手段とからなり、このRC回路網は、内燃機
   関の動作と連動して作動する前記スイッチとこの固体ス
   イッチ手段との間に接続され、固体スイッチ手段は、電
   気応答手段と接続される、特許請求の範囲第１項に記載
   の装置。
3. 【請求項３】内燃機関の動作と連動して作動する前記ス
   イッチは、自動車のイグニッションスイッチからなる、
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。
4. 【請求項４】前記イグニッションスイッチが、第１所定
   時間よりも長い間ONであるかどうかを検知し、イグニッ
   ションスイッチが、第１所定時間よりも長い間ONであっ
   たならば、前記表示手段が、自動車の操縦者に液面位置
   表示を行うのを妨げる電子回路を備えた、特許請求の範
   囲第３項に記載の装置。
5. 【請求項５】前記イグニッションスイッチが、第２所定
   時間よりも短い間OFFであったかどうかを検知し、イグ
   ニッションスイッチが、第２所定時間よりも短い間OFF
   であったならば、前記表示手段が、自動車の操縦者に液
   面位置表示を行なうのを妨げる電子回路を備えた、特許
   請求の範囲第３項に記載の装置。
6. 【請求項６】前記第１所定時間は、１秒である、特許請
   求の範囲第４項に記載の装置。
7. 【請求項７】前記第２所定時間は、15秒である、特許請
   求の範囲第５項に記載の装置。
8. 【請求項８】ａ）水平に対する車体の傾きを検知する手
   段と、 ｂ）所定の傾きを越えた場合、前記表示手段が自動車の
   操縦者に液面位置表示を行なうのを妨げる手段とからな
   る、特許請求の範囲第３項に記載の装置。
9. 【請求項９】前記傾き検知手段は、重力作動式スイッチ
   からなる、特許請求の範囲第８項に記載の装置。
10. 【請求項１０】イグニッションスイッチの作動後の所定
    時間、液面位置表示を維持するタイミング手段を備え
    た、特許請求の範囲第３項に記載の装置。
11. 【請求項１１】イグニッションスイッチの作動に応答し
    て、前記表示手段を作動させることにより、この表示手
    段が正常動作可能状態にあることを確認するタイミング
    手段を備えた、特許請求の範囲第３項に記載の装置。
12. 【請求項１２】ａ）トランスジューサの出力を取り入
    れ、これを読み取り可能なデータに交換するプロセッサ
    と、 ｂ）内燃機関の動作と連動して作動する前記スイッチに
    接続され、これにより計時されるラッチ手段であって、
    前記トランスジューサからこのプロセッサへの出力を阻
    止したり通したりするものとからなる、特許請求の範囲
    第１項に記載の装置。
13. 【請求項１３】前記ラッチ手段は、内燃機関の動作と連
    動して作動する前記スイッチの最後の開動作または閉動
    作に応答する入力を備える、特許請求の範囲第12項に記
    載の装置。
14. 【請求項１４】前記ラッチ手段は、自動車の傾きに応答
    する入力を備える、特許請求の範囲第12項に記載の装
    置。
15. 【請求項１５】ａ）前記トランスジューサは、容器中の
    液面位置の測定を行なう出力を出し、 ｂ）前記ラッチ手段は、この測定出力後、トランスジュ
    ーサからの出力を維持する、特許請求の範囲第12項に記
    載の装置。
16. 【請求項１６】前記ラッチ手段は、内燃機関の動作と連
    動して作動する前記スイッチの作動で計時されると共
    に、このスイッチの次の作動まで、計時後維持される出
    力信号を有する、特許請求の範囲第12項に記載の装置。
17. 【請求項１７】ａ）内燃機関と、 ｂ）電気スイッチを含む電気回路であって、自動車の内
    燃機関の液体収容容器内の液面位置を表示する装置を作
    動状態に置くには、予め、このスイッチが作動され、か
    つこの電気回路が通電されることが必要とされるもの
    と、 ｃ）内燃機関のクランクを回して始動する前記回路に接
    続されたセルモータと、 ｄ）内燃機関に結合される液体収容容器中の液体の下限
    位置を表示する装置と、 ｅ）この表示装置に設けた、容器の液体中に電気応答手
    段であって、励起されると、ビーム状の放射エネルギを
    放出するものと、 ｆ）この電気応答手段に結合されたトランスジューサで
    あって、ビーム状の放射エネルギに感応するものと、 ｇ）この電気応答手段を励起するパルスを作り出す手段
    であって、このパルスは、電気応答手段の定常定格電流
    を越えた大きさを持つが、電気応答手段に損傷を与える
    には不十分な持続時間を持つものと、 ｈ）この電気スイッチの作動に応答して、このパルスを
    作り出す手段を作動させ、液体の液面位置の表示を行な
    うようにした、自動車の内燃機関の液体収容容器内の液
    面位置を表示する装置。
18. 【請求項１８】放射エネルギ放出手段と放射エネルギセ
    ンサとを用い、容器に収容した液体の液面が上昇する
    と、これら放射エネルギ放出手段と放射エネルギセンサ
    とがこの液体中に浸るように、これらを容器内に設け、
    放射エネルギ放出手段は、所定の定常定格電流を持って
    いる、イグニッションスイッチを有する自動車の容器内
    に収容した液体の液面位置を表示する方法において、 ａ）イグニッションスイッチをONにすることにより放射
    エネルギ放出手段に電圧パルスを印加する行程であっ
    て、この電圧パルスは、所定の定常定格電流を実質的に
    越える電流パルスを生じさせて、放射エネルギ放出手段
    から、放射エネルギ放出手段に損傷を与えるには不十分
    な短時間の高強度のエネルギ放射を行なうものと、 ｂ）この電流パルスを加えている間、放射エネルギセン
    サの出力を測定して、この放射エネルギが、放射エネル
    ギ放出手段から放射エネルギセンサに進みながら通過す
    る個所にある液体の存否を検知する行程とからなること
    を特徴とする方法。
19. 【請求項１９】第２所定時間よりも長い間、イグニッシ
    ョンスイッチがOFFであるかどうかを検知して、イグニ
    ッションスイッチがOFFのままの状態で、この第２所定
    時間が、経過しなかったならば、放射エネルギ放出手段
    と放射エネルギセンサとによりなされるオイルの液面位
    置の表示を止め、自動車の操縦者によるオイルの液面位
    置の表示の読み取りを妨げる行程を有する、特許請求の
    範囲第18項に記載の方法。
20. 【請求項２０】第１所定時間よりも長い間、イグニッシ
    ョンスイッチがONであるかどうかを検知して、イグニッ
    ションスイッチが、この第１所定時間ONであったなら
    ば、放射エネルギ放出手段と放射エネルギセンサとによ
    りなされるオイルの液面位置の表示を行なうのを妨げ
    て、自動車の操縦者によるオイルの液面位置の表示の読
    み取りを妨げる行程を有する、特許請求の範囲第18項に
    記載の方法。
21. 【請求項２１】自動車の傾きを検知して、所定の傾きを
    越えている場合、オイルの液面位置の表示を行なうのを
    妨げて、この表示が、自動車の操縦者により観測される
    のを妨げる行程を有する、特許請求の範囲第18項に記載
    の方法。