JP6916181B2 - フロートを介しての流体の液面の検出 - Google Patents

Description

［０００１］ 本出願は、２０１５年１１月３０日付けで出願された米国仮特許出願第６２／２６０９２８号及び１２０１６年４月５日付けで出願された米国仮特許出願第６２／３１８，６２０号の利益を主張するものであり、これらの出願の内容の全体は、参考として引用することにより本出願に含めてある。

［０００２］ 実施の形態は、流体の液位の検知に関する。

［０００３］ 流体の液面の検知は、例えば、選択触媒還元ディーゼル排出物制御システムにて使用されるディーゼル排気流体（ＤＥＦ）の特性の検知を含む、多数の車の用途にて有用である。選択触媒還元（ＳＣＲ）法は、触媒反応によって窒素（ＮＯｘ）排出物のディーゼル酸化物を二原子の環境に優しい窒素ガス（ｄｉａｔｏｍｉｃ ｂｅｎｉｇｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｇａｓ）（Ｎ２）及び水（Ｈ_２０）に変換する方法である。

［０００４］ ＤＥＦは、浄化水と尿素との混合物である。典型的なＳＣＲシステムにおいて、ＤＥＦは、車のタンク内に貯蔵され、排気中に噴射される。その噴射された尿素は、排気中のＮＯｘを窒素、水及び二酸化炭素に分解する。流体の液位を検知し又は判定するため、種々のセンサ及び技術が利用可能であるが、かかるセンサ及び技術は、常に、満足し得るものとは限らない。

［０００５］ １つの実施の形態は、案内部と、垂直軸線に沿って動くように少なくとも部分的に案内部により拘束されたフロートと、該フロートに機械的に結合された永久磁石とを含む、流体センサを提供する。該流体センサは、該永久磁石により発生された磁界の角度を測定する形態とされた磁気角度センサを更に含み、該磁気角度センサは、垂直軸線に沿ったフロートの動きが磁気角度センサを通じて永久磁石により発生された磁界の角度を変化させるように配置されている。

［０００６］ 別の実施の形態は、管と、フロートと、永久磁石と、ばねと、磁気角度センサとを含む流体センサを提供する。一例において、該管は垂直軸線を有し、かつ流体を保持する形態とされたタンク内に配置されている。該管は、流体が管内に入るのを許容する少なくとも１つの開口を含む。該フロートは、少なくとも部分的に管により拘束され、かつ垂直軸線に沿って動く形態とされている。永久磁石は、フロートに機械的に結合されている。ばねは、管に結合された第１の端部と、フロートに結合された第２の端部とを有している。磁気角度センサは、永久磁石により発生された磁界の角度を測定する形態とされ、また、垂直軸線に沿ったフロートの動きが磁気角度センサを通じて永久磁石により発生された磁界の角度を変化させるように配置されている。

［０００７］ 別の実施の形態は、管と、フロートと、検知対象物と、ばねと、センサとを含む流体センサを提供する。一例において、該管は垂直軸線を有し、かつ流体を保持する形態とされたタンク内に配置されている。該管は、流体が管内に入るのを許容する少なくとも１つの開口を含む。該フロートは、少なくとも部分的に、管により拘束され、かつ垂直軸線に沿って動く形態とされている。検知対象物は、フロートに機械的に結合されている。ばねは、垂直軸線に沿って膨張し、且つ収縮する形態とされている。ばねの第１の端部は、管に結合され、また、ばねの第２の端部は、フロートに結合されている。センサは、検知対象物の位置に関係した特性を測定する形態とされ、かつ垂直軸線に沿ったフロートの動きが測定する特性を変化させるように配置されている。フロートの位置は、流体の表面の下方に没入したフロートの体積により影響を受ける。

［０００８］ 別の実施の形態は、ケージと、フロートと、永久磁石と、磁気スイッチとを含む流体センサを提供する。一例において、ケージは、流体を保持する形態とされたタンク内に配置されている。該ケージは、流体がケージ内に入るのを許容し、かつケージ内の層流及び乱流を減少させ又は解消する開口を含む。フロートは、ケージ内に配置され、所定の密度であるフロートの密度を有している。永久磁石は、フロートに機械的に結合されている。該永久磁石は、外部磁界の効果を減少させる磁界を有する形態とされている。磁気スイッチは、ケージ内のフロートの位置を判定する形態とされている。磁気スイッチの状態は、流体の流体密度が所定の密度よりも小さいかどうかを示す。

［０００９] 本発明のその他の特徴は、詳細な説明及び添付図面を検討することにより、明らかになるであろう。

１つの実施の形態による検知システムを示す断面図である。 一部の実施の形態による、図１の検知システムの流体の液位センサを示す切欠き断面図である。 図３Ａは、一部の実施の形態による、図１の検知システムの流体の液位センサを示す図である。図３Ｂは、一部の実施の形態による、図１の検知システムの流体の液位センサを示す図である。 一部の実施の形態による、図２の流体の液位センサの管及びフロートの拡大図である。 図５Ａは、一部の実施の形態による、図１の検知システムの作用又は過程を示すフロー図である。 図５Ｂは、一部の実施の形態による、アナログ出力対実際の液体の液位を示すグラフである。 別の実施の形態による、流体の液位センサを示す概略図である。 図７Ａは、一部の実施の形態による、図１の検知システムの制御システムを示すブロック図である。 図７Ｂは、別の実施の形態による、図１の検知システムの制御システムを示すブロック図である。 図７Ｃは、別の実施の形態による、図１の検知システムの制御システムを示すブロック図である。

［００２０] 任意の実施の形態について詳細に説明する前に、これらの実施の形態は、以下の説明に記載し又は以下の図面に示した構成要素の構造及び配置の詳細にのみその適用が限定されるものではないことを理解すべきである。その他の実施の形態が可能であり、種々の仕方にて実施又は実行することが可能である。

［００２１］ 図１には、一部の実施の形態による検知システム１１００が示されている。図示した例において、該検知システム１１００は、検知すべき流体を保持するタンク又はリザーバ１１０５を含む。流体は、任意の流体、例えば、ディーゼル排気流体（ＤＥＦ）、ブレーキ流体、油、燃料、トランスミッション流体、ウオッシャ―液及び冷媒のような、自動車用の流体とすることができる。検知システム１１００は、１つ又はより多くのアナログ又はデジタルセンサを含むことができる。図示した例において、リザーバ１１０５は、流体の液位センサ１１１０と、デジタル流体密度スイッチ１１１５とを含む。センサ１１１０、１１１５は、リザーバ１１０５の底部に配置された基部１１２０に結合されている。センサ１１１０、１１１５は、リザーバ１１０５からの流体がセンサ１１１０、１１１５に入るのを許容する開口１１２５を含む。図１には、流体の液位センサ１１１０における単一の開口１１２５が示されているが、一部の実施の形態において、流体の液位センサ１１１０は、リザーバ１１０５からの流体が流体の液位センサ１１１０に入るのを許容する追加的な開口を含む。

［００２２］ 図２には、流体の液位センサ１１１０の切欠き断面図が示されている。該流体の液位センサは、流体の比率及び／又は実際の液位を測定する形態とされている。図２に示した例において、流体の液位センサ１１１０は、垂直に向き決めされ、底部１２０７と、垂直軸線１２１０とを有する管１２０５の形態をした案内部を含む。フロート１２１５が少なくとも一部分（又は、部分的に）管１２０５により拘束され、フロート１２１５が予測可能な仕方にて（例えば、垂直軸線１２１０に沿って）、動くことができるようにする。１つの実施の形態において、フロート１２１５は、円筒状の形状をしている。円筒状の形状のフロートは、ペンシル型フロートと称される場合がある。管１２０５及びフロート１２１５は、単に一例である。一部の実施の形態において、管１２０５及びフロート１２１５は、円筒状，球形、立方体又はその他の形状とすることができる。更に、一部の実施の形態において、管１２０５は、フロート１２１５の動きを拘束し、フロート１２１５が予測可能な仕方にて動くようにする別の構造的構成要素にて置換することができる。例えば、管１２０５に代えて、軌道、レール又はその案内部を使用してもよい。フロート１２１５は、管２０５内を垂直軸線１２１０に沿って可動である。特に、フロート１２１５は、ばね１２２０の第１の端部に結合される。ばね１２２０の第１の端部は、垂直軸線１２１９に沿って動き、かつばね１２２０をばね１２２０の第２の端部に対して拡張させかつ圧縮する。ばね１２２０の第２の端部は、管１２０５に固定状態に結合され、ばね１２２０の第２の端部は、動くことができない。一部の実施の形態において、ばね１２２０は、コイルばねである。一部の実施の形態において、ばね１２２０は、垂直軸線１２１０に対して垂直な水平方向におけるよりも小さいばね定数を、垂直軸線１２１０に沿って有している。ばね１２２０は、リザーバ１１０５内の流体と適合可能な材料にて形成されている。例えば、リザーバ１１０５内の流体がＤＥＦであるとき、ばね１２２０は、３１６Ｌステンレス鋼に形成することができる。フロート１２１５は、キャップ１２２５と、重り１２３０と、永久磁石１２３５とを含む。永久磁石１２３５は、フロート１２１５に機械的に結合されている。例えば、一部の実施の形態において、永久磁石１２３５は、フロート１２１５内に配置するか、または、フロート１２１５の外面に装着することができる。一部の実施の形態において、フロート１２１５は、リザーバ１１０５内の流体の密度よりも大きい密度を有し、ばね１２２０がフロートを上方に保持しないならば（すなわち、反作用力を加えるならば）、フロート１２１５が管１２０５の底部１２０７まで沈むようにする。更に、管１２０５は、永久磁石１２３５に近接して配置された磁気角度センサ１２４０を含む。一部の実施の形態において、ばね１２２０は、フロート１２１５が流体の液位の変化よりも実質的に小さい程度、動くことを許容する。例えば、一部の実施の形態において、流体の液位が約１０ｍｍだけ変化するとき、フロート１２１５は、約１ｍｍだけ動くようにすることができる。一部の実施の形態において、磁気角度センサ１２４０は、磁界の角度を動的に測定しかつその測定した磁界の角度をリアルタイムにて出力する形態とされたアナログセンサである。その他の実施の形態において、該磁気角度センサ１２４０は、磁界が磁界閾値を渡るときを検出する形態とされたデジタルセンサとすることができる。かかる実施の形態において、該磁気角度センサ１２４０は、磁界閾値に達したならば、データを出力する。

［００２３］ 図３Ａ及び図３Ｂには、２つの一例としての状況における流体の液位センサ１１１０の簡略化した概略図が示されている。図３Ａには、流体の液位１３０５がリザーバ１１０５の底部に近いときの流体の液位センサ１１１０が示されている。これと逆に、図３Ｂには、流体の液位１３１０がリザーバ１１０５の頂部近くにあるときの流体の液位センサ１１１０が示されている。該流体の液位センサ１１１０は、リザーバの１１０５内の流体の液位を測定するほぼ直線状の非接触型方法を提供する。特定的には、リザーバ１１０５の流体の液位が変化するとき、その変化は、フロート１２１５が垂直軸線１２１０に沿って動くことになる、フロート１２１５によりばね１２２０に加わる浮力を変化させる。フロート１２１５の動きは、磁気角度センサ１２１０を通じて永久磁石１２３５により発生された磁界の角度を監視することにより、判定することができる。磁気角度センサ１２４０を通じての磁界の角度に基づいて、リザーバ１１０５の流体の液位を計算することができる。

［００２４］ フロート１２１５に加わる浮力及びばね力の組み合わせは、フロート１２１５の重量に対応するものと見ることができる。数学的に、これは、「ｍｇ＝ｋｘ＋ρｇｖ（等式１０）」として表すことができ、ここにて、ｍは、フロート１２１５の質量、ｇは、重力加速度、ｋは、ばね１２００のばね定数、ρは、リザーバ１１０５内の流体の密度、Ｖは、リザーバ１１０５内の流体の表面下のフロート１２１５の体積（すなわち、フロート１２１５の断面積ｘフロート１２１５におけるリザーバ１１０５内の流体の液位である）、およびｘは、ばねがその圧縮前の長さから圧縮された距離である。ｘについて等式１０を解くと、等式１１となる。「等式１１：ｘ＝ｍｇ／ｋ−ρｇ＊面積＊液位／ｋ」。フロート１２１５におけるリザーバ１１０５内の流体の液位に対して等式１１の誘導値を求めることにより、フロート１２１５の位置は、フロート１２１５におけるリザーバ１１０５内の流体の液位と共に、直線状に動くことがわかる。「ｄｘ／ｄ（液位）＝ρｇ＊面積＊液位／ｋ：（等式１２）」
［００２５］ 永久磁石１２３５の長さ及び磁気角度センサ１２４０の位置は、磁気角度センサ１２４０を通じて永久磁石１２３５により発生された磁界の角度がフロート１２１５の位置と共に、ほぼ直線状に変化するように、選ぶことができる。かかる関係は、次の場合に生ずる。すなわち、例えば、ａ）フロート１２１５が移動できる最大の距離を規定する、頂点と底部点との間の中間となるように磁気角度センサ１２４０が配置され、ｂ）永久磁石１２３５の長さがフロート１２１５が移動可能な距離の２倍である場合である。このようにして、流体の液位センサ１１１０の形態を設定するため、ばね１２２０の所望のばね定数ｋは、次のように計算することができる。「ｋ＝浮力／ペンシル型フロートの所望の移動距離：（等式１３）」ここで、浮力は、リザーバ１１０５内の流体がフロート１２１５１の上方にあり、また、所望の移動距離が永久磁石１２３５の長さの半分であるとき、フロート１２１５に加わる全浮力である。次に、磁気角度センサ１２４０は、リザーバ１１０５が満杯であることを示すフロート１２１５の位置と、リザーバ１１０５が空であることを示すフロート１２１５の位置との間の中間となるように配置することができる。

［００２６］ リザーバ１１０５内の流体の液位が変化するとき、ほぼ直線状の測定値の変化を提供することに加えて、上述した流体の液位センサ１１１０は、水平面内での相対的な位置の偏移にほぼ関係ない。例えば、永久磁石１２３５と磁気角度センサ１２４０との間の空隙１２５５の僅かな変化は、測定した磁界の角度に僅かな変化しか生じさせない。同様に、永久磁石１２３５と磁気角度センサ１２４０との間の交差軸線の整合に僅かな変化が生じても、磁界角度の測定値には僅か変化しか生じない。

［００２７］ 図４には、管１２０５及びフロート１２１５の拡大図が示されている。一部の実施の形態において、管１２０５又はフロート１２１５は、凸型の接触面１４０５を含み、管１２０５とフロート１２１５との間の摩擦を軽減する。フロート１２１５における管１２０５又はフロート１２１５の他方は、平滑面１４１０を有している。図４には、凸型の接触面１４０５を有する管１２１５と、平滑面１４１０を有する管１２０５とが示されている。面１４０５、１４１０は、汚染粒子が管１２０５とフロート１２１５との間の接触点を経て沈み、摩擦を軽減することを許容する。更に、管１２０５とフロート１２１５との間の摩擦は、管１２０５及びフロート１２１５に対して摩擦係数の小さい材料を使用することにより軽減することができる。例えば、管１２０５及び／またはフロート１２１５を形成するため、多くのプラスチックを使用することができる。フロート１２１５を形成するために使用した材料は、また、低吸収性であり、フロート１２１５の質量及び／または体積を変化させるであろう、フロート１２１５がリザーバ１１０５の流体１４１５を吸収することを防止することができることを理解すべきである。

［００２８］ 一部の実施の形態において、流体の液位センサ１１１が使用される環境の温度は、リザーバ１１０内の流体の液位の測定値に影響を与えるであろう。例えば、温度は、ばね１２２０弾性（すなわち、ばね定数ｋの値）に影響を与えるであろう。更に、温度は、管１２０５及び／又はフロート１２１５の絶対的長さを変化させるであろう、管１２００及び／またはフロート１２１５の熱膨張を生じさせるであろう。温度に起因する、流体の液位センサ１１１０におけるこのような変化は、予測可能であり、また、例えば、次のように補正可能である。「温度の補正値＝（ｔ−２５）＊（Ｃ１−流体の液位の測定値）＊Ｃ２：（等式１４）」。ここにて、ｔは、温度の測定値、Ｃ１、Ｃ２は、定数、流体の液位の測定値は、温度を補正しない流体の液位の測定値である。次に、温度の補正値を使用して、次のように、リザーバ１１０５内の実際の流体の液位を計算することができる。「実際の流体の液位＝流体の液位の測定値＋温度の補正値：（等式１５）」。定数Ｃ１、Ｃ２は、試験を通じて較正し、実際の流体の液位は、流体の液位の測定値及び温度の補正値の合計にほぼ等しくなることを理解すべきである。

［００２９］ 一部の実施の形態において、磁気角度センサ１２４０は、流体の温度及び磁界の角度を検知する集積回路の一部である。例えば、磁気角度センサ１２４０は、かかる両方の測定を行い、かつこれらの測定値をデジタルメッセージを使用して（例えば、シングルデジタルエッジニブル伝送プロトコルを使用して）、電子プロセッサに通信することができる。一部の実施の形態において、周辺センサインターフェース５（ＰＳＩ５）、ｉｎｔｅｒ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ （１２Ｃ）等のような、その他の通信プロトコルを使用して単一の通信インターフェースにて磁界角度の測定値及び温度の測定値を電子プロセッサに通信することができる。単一の装置（例えば、磁気角度センサ１２４０）を使用して、磁気角度の測定値及び温度の測定値の双方を測定し、且つ伝送することは、流体の液位センサ１１１０の複雑さ及びそのコストを軽減することになる。

［００３０］ 一部の実施の形態において、流体の液位センサ１１１０は、流体の液位の測定値をフィルタリングし、車の走行中に経験する垂直加速度が不正確な流体の液位の測定値をもたらすのを防止する。例えば、一部の実施の形態において、磁気角度センサ１２４０からの測定値は、低パスフィルタを通して垂直加速度に起因する測定値の変動をフィルタリングする。更に、流体の液位の検知の適用例は、測定値を極めて頻繁に（例えば、１秒毎に）アップデートすることを必要としないことが多い。更に、従って、一部の実施の形態において、デジタルフィルタリングを使用して、所定の時間間隔にわたって流体の液位の平均値（例えば、単純な移動平均値及び／又は重み付けした移動平均値）を計算し、リザーバ１１０５内の流体の液位の測定値に対する垂直加速度の効果を軽減し又は解消することができる。

［００３１］ 更に、又はこれと代替的に、一部の実施の形態において、流体の液位センサ１１１０は、フロート１２１５の搖動を減衰し、車の走行中に経験する垂直加速度が不正確な流体の液位の測定値をもたらすのを防止する。例えば、一部の実施の形態において、管１２０５は、フロート１２１５の底部よりも下方に、流体が満たされるポケットを有し、また、該ポケットは、フロート１２１５が該ポケット内に落ちるとき、流体のための狭い逃がし路を有している。フロート１２１５とポケットとの間の空隙が小さいとき、フロート１２１５が垂直加速度に起因して動く傾向を軽減する減衰作用が生じるであろう。更に、又はこれと代替的に、一部の実施の形態において、永久磁石と導体と間の相対的な動きは、渦電流を誘発し、この渦電流は、フロート１２１５の動きに対する抗力（すなわち、磁気的減衰力）を生じさせる。更に、一部の実施の形態において、フロート１２１５の動きを利用して、フロート１２１５の一部を駆動して管１２０５と接触させることができ、この接触は、摩擦を生じさせる。フロート１２１５と管１２０５との間の摩擦は、フロート１２１５の動きを減衰することができる（すなわち、抵抗性減衰）。磁気性減衰及び抵抗性減衰の双方は、管１２０５の速度を利用して、流体の液位の測定値にヒステリシスを生じさせるのを回避する一方にて、フロート１２１５の望ましくない動きに抵抗する力を発生させる。

［００３２］ 図５Ａには、３つの異なる流体の液位にて流体の液位の測定を行うことにより、流体の液位センサ１１１０を較正する１つの例としての方法１５００が示されている。図示した実施の形態において、流体の液位センサ１１１０は、流体無しにて垂直に配置され、フロート１２１５を押し上げる浮力が作用しないようにする（ブロック１５０５）。磁気角度センサ１２４０にて測定した、永久磁石１２３５により発生した磁界角度が記録される。この磁界角度はＢＯと称し、また、これに対応する流体の液位は、液位０と称する。流体の液位センサ１１１０は、低液位の水（例えば、１５ｍｍ）にて満たされ、この水は、フロート１２１５をリザーバ１１０５の底部から押し上げる多少の浮力を提供する（ブロック１５１０）。磁界角度センサ１２４０にて測定した、低液位の水の液位にて満たされた永久磁石１２３５により発生された磁界角度が記録される。この磁界角度は、Ｂ１水と称し、また、対応する流体の液位は、液位１と称する。流体の液位センサ１１１０は、リザーバ１１０５内の測定可能な流体の全範囲のほぼ上端にある高液位の水（例えば、９０ｍｍ）にて満たされている（ブロック１５１５）。磁気角度センサ１２４０によって測定した、中間液位の水の液位にて満たされた永久磁石１２３５により発生された磁界角度が記録される。この磁界角度は、Ｂ２水と称し、また、対応する流体の液位は、液位２と称する。

［００３３］ ブロック１５２０において、流体の液位センサ１１１０の水に対する感度は、例えば、次の等式を用いて計算する。
「水に対する感度＝（Ｂ１水−Ｂ２水）／（液位１−液位２）：（等式１６）」
「液位０＝液位１−（Ｂ１水−Ｂ０水）／（水に対する感度）：（等式１７）」
［００３４] 流体の液位センサ１１１０の水に対する感度は、１つの実施の形態において、水がリザーバ１１１０５内の流体であるとき、流体の高さの変化単位当たりの測定値の変化である。流体の液位センサ１１１０の感度は、流体の密度が相違するため、水及びＤＥＦに対して相違する。一例において、液中の物体に対する流体の浮力は、次のようにして計算することができる。「浮力＝流体の密度＊液中の体積＊重力：（等式１８）」。従って、ブロック１５２２において、流体の液位センサ１１１０のＤＥＦに対する感度は、次のように計算する。「ＤＥＦに対する感度＝ρＤＥＦ／ρ水＊水に対する感度、ここにて、ρＤＥＦは、ＤＥＦの密度、ρ水は、水の密度である：（等式１９）」。

［００３５］ 次に、ＤＥＦがＢ１ＤＥＦと称される液位１の流体の液位（すなわち、低い流体の液位）にあるときに発生することが予想される磁界の角度を計算する（ブロック１５２５）。１つの例において、磁界の角度は、次のように計算する。「Ｂ１ＤＥＦ＝Ｂ０＋ＤＥＦに対する感度＊（液位１−液位０）：（等式２０）」。同様に、ＤＥＦがＢ２ＢＥＦと称される、液位２の流体の液位（すなわち、中間の流体の液位）にあるときに発生すると予想される磁界角度を計算する（ブロック１５３０）。一例において、Ｂ２ＤＥＦは、次のように計算する。「Ｂ２ＤＥＦ＝Ｂ０＋ＤＥＦに対する感度＊（液位２−液位０）：（等式２１）」。次に、流体の液位センサ１１１０の出力を較正し、出力がリザーバ１１０５内の流体の液位に対応するようにする（ブロック１５３５）。例えば、磁界角度センサ１２４０を通じての磁界の角度がＤＥＦの流体の液位は液位１（すなわち、１５ｍｍ）であることを示すとき、流体の液位センサ１１１０の出力は、１５０カウント値となる。同様に、磁気角度センサ１２４０を通じての磁界の角度がＤＥＦの流体の液位が液位２（すなわち、９０ｍｍ）であることを示すとき、流体の液位センサ１１１０の出力は、４５０カウント値となる。流体の液位センサ１１１０の出力は、これらの流体の液位と、これらの流体の液位を超えて、流体の液位センサ１１１０の最大の測定液位との間にてほぼ直線状である。

［００３６］ 上述した較正方法１５００は、水を使用して流体の液位センサ１１１０を較正すること、また、フロート１２１５及び水は、ほぼ同一の温度であることを想定することを理解すべきである。

［００３７］ 図５Ｂには、較正方法１５００の結果が示されている。図５Ｂにて示したように、流体の液位センサ１１１０は、流体の液位が約１０ｍｍに達する迄、流体の液位の測定を開始しない。図５Ｂには、液位１及び液位２に対応する較正点と、ＤＥＦがリザーバ１１０５内の流体であるときに予想される測定線１５５０とが示されている。予想される測定線１５５０は、図５Ａの方法１５００の全体を通じて示した等式（例えば、等式１９）にて、ＤＥＦの密度に代えて、その他の型式の流体の密度を使用することにより、その他の型式の流体について計算することができることを理解すべきである。

［００３８］ 図６には、磁束密度センサ１６０５を有する流体の液位センサ１６００の代替的な実施の形態の概略図が示されている。図６に示したように、流体の液位センサ１６００は、管１６１０と、ばね１６２０に結合されたフロート１６１５と、２つの永久磁石１６２５、１６３０とを含む。流体の液位センサ１６００は、磁束密度センサ１６０５を除いて、上述した流体の液位センサ１１１０と同様に作用する。特に、管１６１０は、垂直軸線１６３５を有し、かつ垂直軸線１６３５に沿って可動のフロート１６１５を収容する。フロート１６１５は、ばね１６２０の第１の端部に結合されている。ばね１６２０の第２の端部は、管１６１０に固定状態に結合されている。図６に示した例において、管１６１０は、円弧状の形状であり、磁束密度センサ１６０５が管１６１０の基部から上方に突き出すのを許容する。同様に、フロート１６１５は、円弧状の形状であり、２つの永久磁石１６２５、１６３０が垂直軸線１６３５に沿って動き、かつ磁束密度センサ１６０５の側部を通ることができる。永久磁石１６２５、１６３０は、フロート１６１５に機械的に結合されている。例えば、一部の実施の形態において、永久磁石１６２５、１６３０は、フロート１６１５内に配置するか、又はフロート１６１５の外面に装着することができる。

［００３９］ 磁束密度センサ１６０５は、上述したように、リザーバ１１０５内の流体により提供される浮力に依存する、２つの永久磁石１６２５、１６３０間の磁界の磁束密度を検知する。例えば、流体の液位が比較的高いとき、フロート１６１５に作用する浮力により、フロート１６１５は、上方に押し上げられ、磁束密度センサ１６０５を通る磁界は、永久磁石１６３０のＮ極から永久磁石１６２５のＳ極に向けられる。これとは逆に、流体の液位が比較的低いとき、フロート１６１５に作用する浮力は小さくなり、このことは、フロート１６１５がばね１６２０を圧縮することを許容する。従って、磁束密度センサ１６０５を通る磁界は、永久磁石１６２５のＮから永久磁石１６３０のＳ極に向けられる（すなわち、磁界は、流体の液位が比較的低いとき、流体の液位が比較的高いときと反対の方向となる）。磁束密度センサ１６０５を通じて磁界の大きさ及び／又は方向を測定することにより、流体の液位センサ１１１０に関して説明した等式を使用して、リザーバ１１０５内の流体の流体液位を計算することができる。

［００４０］ 代替的な実施の形態において、フロート１２１５、１６１５の位置は、誘導性検知要素を使用して測定することができる。この場合、伝導性又は鉄系対象物（すなわち、検知対象物）は、フロート１２１５、１６１５内の永久磁石１２３５、１６２５、１６３０に代えて使用する。例えば、磁気角度センサ１２４０又は磁束密度センサ１６０５に代えて、少なくとも１つのコイルを使用することができる。一部の実施の形態において、該コイルは、高周波信号にて駆動し、また、コイルのインピーダンス特性が測定される。フロート１２１５、１６１５（特に、フロート１２１５、１６１５内の伝導性又は鉄系対象物）がコイルの表面を渡って動くとき、コイルのインピーダンス特性は変化し、この変化を利用してフロート１２１５、１６１５の位置を測定することができる。一部の実施の形態において、トランスミッタコイルは、高周波信号にて駆動し、２つの別個のレシーバコイルを使用してトランスミッタコイルからレシーバコイルに結合された信号を測定する。かかる実施の形態において、フロート１２１５、１６１５（特に、フロート１２１５、１６１５内の伝導性又は鉄系対象物）の位置は、２つのレシーバコイルにおける信号の比率を変化させる。従って、フロート１２１５、１６１５の位置を測定することができる。

［００４１］ 上述したように、リザーバ１１０５は、図１に示したデジタル流体密度スイッチ１１１５を含む。該デジタル流体密度スイッチ１１１５は、リザーバ１１０５内の流体の密度を測定し、かつリザーバ１１０５内の流体が正確な型式であるかどうかを判定することができる。例えば、デジタル流体密度スイッチ１１１５は、ＤＥＦの尿素の濃度が有効な選択触媒還元過程にとって十分であるかどうかを判別することができる。特に、ＤＥＦの密度は、ＤＥＦ内の尿素の濃度に依存する。従って、デジタル流体密度スイッチ１１１５を使用してＤＥＦの密度を測定することにより、ＤＥＦの尿素濃度が低いことを判別することが可能である。

［００４２］ 流体の液位センサ１１１０及びデジタル流体の密度スイッチ１１１５を使用して、リザーバ１１０５内の流体の液位、温度及び流体の密度を測定することができる。特に、各特性に関係したセンサからの出力信号は、図７Ａに示したように、処理装置又は電子プロセッサ１１０５に伝送することができる。また、図７Ａに示したように、一部の実施の形態において、リザーバ１１０５は、流体の温度を検知する別個の温度センサ１０１０を含むことができる。磁気角度センサ１２１０、磁気スイッチ１７１０及び温度センサ１０１０からの信号を受け取った後、電子プロセッサ１００５は、流体の液位、温度及び流体の密度に関係した情報を含むデジタル出力を伝送することができる。例えば、電子プロセッサ１００５は、車のＤＥＦ流体の液位インジケータに接続し、リザーバ１１０５内のＤＥＦの量を表示することができる。更に、電子プロセッサ１００５は、ＤＥＦの品質インジケータに接続し、リザーバ１１０５内のＤＥＦの密度が上述したように十分であるかどうかを表示することができる。更に、一部の実施の形態において、電子プロセッサ１００５は、流体の液位、温度及び流体の密度に関係した情報を別の位置にある別の電子制御装置に通信することができる。

［００４３］ 図７Ｂに示したように、一部の実施の形態において、磁気角度センサ１２４０は、温度センサ１０１０を含む集積回路とすることができる。上述したように、磁界角度の測定値及び温度の測定値の双方は、単一の通信インターフェースにて電子プロセッサ１００５に通信することができる。図７Ｂに示した実施の形態において、デジタル流体密度スイッチ１１１５の磁気スイッチ１７１０は、出力信号を電子プロセッサ１００５に別個に伝送することができる。上述したように、センサ／スイッチ２４０、１０１０及び７１０から出力信号を受け取った後、電子プロセッサ１００５は、流体の液位、温度及び流体の密度に関係した情報を含むデジタル出力を伝送することができる。

［００４４］ 図７Ｃに示したように、一部の実施の形態において、磁気角度センサ２４０が温度センサ１０１０を含む集積回路であるとき、磁気角度センサ２４０は、磁気スイッチ７１０に結合されたデジタル入力１０１５を更に含むことができる。例えば、デジタル密度スイッチ１１１５の磁気スイッチ１７１０からの出力信号は、磁気角度センサ２４０の集積回路により監視することができる。従って、磁気角度センサ２４０の出力信号は、流体の液位、温度及び流体の密度に関係した情報を含むことができる。かかる形態は、電子プロセッサ１００５を使用せずに、多数のセンサの出力を単一の通信インターフェースにて伝送することを許容することにより、流体の液位センサ１１１０及びデジタル流体の密度スイッチ１１１５の複雑さ及びコストを軽減することができる。図７Ａ−７Ｃに示したブロック図は、単に一例であり、センサ２４０、７１０、１０１０及び電子プロセッサ１００５のその他の形態が使用可能であることを理解すべきである。

［００４５］ このように、本発明は、特に、流体の液位を検知する形態とされた検知システムを提供する。本発明の種々の特徴及び有利な点は、次の請求の範囲に記載されている。以下は、本願の出願当初の本発明の各種形態である。
（形態１） 流体センサにおいて、垂直軸線に沿って動くように拘束されたフロートと、該フロートと機械的に結合された永久磁石と、該永久磁石により発生された磁界の角度を測定する形態とされた磁気角度センサであって、前記フロートが垂直軸線に沿って動くことにより、該磁気角度センサを通って永久磁石により発生された磁界の角度が変化するように配置された前記磁気角度センサと、を備える、流体センサ。
（形態２） 形態１記載の流体センサにおいて、案内部を更に備え、前記フロートは、少なくとも部分的に該案内部により拘束される、流体センサ。
（形態３） 形態２に記載の流体センサにおいて、前記案内部は、円筒状の形状であり、かつ垂直方向に向き決めされる、流体センサ。
（形態４） 形態３に記載の流体センサにおいて、第１の端部と、第２の端部とを有するばねを更に備え、前記フロートは、該ばねの第１の端部に結合される、流体センサ。
（形態５） 形態１に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサは、アナログ出力を有するセンサである、流体センサ。
（形態６） 形態１に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサは、デジタル出力を有するセンサである、流体センサ。
（形態７） 流体センサにおいて、垂直軸線を有し、かつ流体を保持する形態とされたタンク内に配置された管であって、流体が該管内に入るのを許容する少なくとも１つの開口を有する前記管と、少なくとも部分的に前記管により拘束され、かつ垂直軸線に沿って動く形態とされたフロートと、該フロートに機械的に結合された永久磁石と、管に結合された第１の端部と、フロートに結合された第２の端部とを有するばねと、該永久磁石により発生された磁界の角度を測定する形態とされた磁気角度センサであって、前記フロートが垂直軸線に沿って動くことにより、該磁気角度センサを通って永久磁石により発生された磁界の角度が変化するように配置された前記磁気角度センサと、を備える、流体センサ。
（形態８） 形態７に記載の流体センサにおいて、前記フロートが垂直軸線に沿って移動することのできる最大距離は、垂直軸線に沿った永久磁石の長さの約２分の１である、流体センサ。
（形態９） 形態８に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサは、前記フロートが移動することのできる最大距離を規定する、頂部点と底部点との間の中間位置に配置される、流体センサ。
（形態１０） 形態７に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサは、アナログ出力を有するセンサである、流体センサ。
（形態１１） 形態７に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサは、デジタル出力を有するセンサである、流体センサ。
（形態１２） 流体センサにおいて、垂直軸線を有し、かつ流体を保持する形態とされたタンク内に配置した管であって、流体が該管内に入るのを許容する少なくとも１つの開口を有する前記管と、少なくとも部分的に前記管により拘束され、かつ垂直軸線に沿って動く形態とされたフロートと、該フロートに機械的に結合された検知対象物と、垂直軸線に沿って拡張し、かつ収縮する形態とされたばねであって、該ばねの第１の端部が前記管に結合され、該ばねの第２の端部が前記フロートに結合された前記ばねと、検知対象物の位置に関係した特性を測定する形態とされたセンサであって、前記フロートが垂直軸線に沿って動くことにより測定した特性が変化するように配置された前記センサとを備え、前記フロートの位置は、流体の表面より下方の液中のフロートの体積によって影響を受ける、流体センサ。
（形態１３） 形態１２に記載の流体センサにおいて、前記ばねは、垂直軸線に沿った前記フロートの動きが流体の液位の変化よりも小さいことを許容する、流体センサ。
（形態１４） 形態１１に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサは、アナログ出力を有するセンサである、流体センサ。
（形態１５） 形態１１に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサは、デジタル出力を有するセンサである、流体センサ。

Claims (18)

1. 流体の特性を検知する形態とされた流体センサにおいて、
   垂直軸線（１２１０）に沿って動くように拘束されたフロート（１２１５）と、
   該フロート（１２１５）を少なくとも部分的に拘束する案内部（１２０５）と、
   第１端部及び第２端部を有し、前記フロート（１２１５）の外周に所定長さにわたって嵌装されたばね（１２２０）であって、前記第１端部は前記案内部（１２０５）に結合され且つ前記第２端部は前記フロート（１２１５）に結合される前記ばね（１２２０）と、
   該フロートと機械的に結合された永久磁石（１２３５）と、
   流体の温度を測定する温度センサ（１０１０）と、
   該永久磁石により発生された磁界の角度を測定する形態とされた磁気角度センサ（１２４０）であって、前記フロート（１２１５）が垂直軸線に沿って動くことにより、該磁気角度センサを通って永久磁石（１２３５）により発生された磁界の角度が変化するように配置された前記磁気角度センサ（１２４０）と、
   電子プロセッサ（１００５）を有する制御装置であって、前記磁気角度センサ（１２４０）から磁気角度情報を受け取り、且つ前記温度センサ（１０１０）から流体温度情報を受取り、当該磁気角度情報及び流体温度情報に基づいて流体の液位を測定する制御装置と、を備える、流体センサ。
2. 請求項１に記載の流体センサにおいて、前記案内部（１２０５）は、円筒状の形状であり、かつ垂直方向に向き決めされる、流体センサ。
3. 請求項１に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサ（１２４０）は、アナログ出力を有するセンサである、流体センサ。
4. 請求項１に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサ（１２４０）は、デジタル出力を有するセンサである、流体センサ。
5. 流体センサにおいて、垂直軸線（１２１０）を有し、かつ流体を保持する形態とされたタンク（１１０５）内に配置された管（１２０５）であって、流体が該管内に入るのを許容する少なくとも１つの開口を有する前記管（１２０５）と、
   少なくとも部分的に前記管（１２０５）により拘束され、かつ垂直軸線に沿って動く形態とされたフロート（１２１５）と、
   該フロート（１２１５）に機械的に結合された永久磁石（１２３５）と、
   前記フロート（１２１５）の外周に所定長さにわたって嵌装され、管に結合された第１の端部と、フロートに結合された第２の端部とを有するばね（１２２０）と、
   流体の温度を測定する温度センサ（１０１０）と、
   該永久磁石（１２３５）により発生された磁界の角度を測定する形態とされた磁気角度センサ（１２４０）であって、前記フロート（１２１５）が垂直軸線に沿って動くことにより、該磁気角度センサを通って永久磁石により発生された磁界の角度が変化するように配置された前記磁気角度センサ（１２４０）と、
   電子プロセッサ（１００５）を有する制御装置であって、前記磁気角度センサ（１２４０）から磁気角度情報を受け取り、且つ前記温度センサ（１０１０）から流体温度情報を受取り、当該磁気角度情報及び流体温度情報に基づいて流体の液位を測定する制御装置と、を備える、流体センサ。
6. 請求項５に記載の流体センサにおいて、前記フロート（１２１５）が垂直軸線に沿って移動することのできる最大距離は、垂直軸線に沿った永久磁石（１２３５）の長さの２分の１である、流体センサ。
7. 請求項６に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサ（１２４０）は、前記フロート（１２１５）が移動することのできる最大距離を規定する、頂部点と底部点との間の中間位置に配置される、流体センサ。
8. 請求項５に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサ（１２４０）は、アナログ出力を有するセンサである、流体センサ。
9. 請求項５に記載の流体センサにおいて、前記磁気角度センサ（１２４０）は、デジタル出力を有するセンサである、流体センサ。
10. 流体センサにおいて、垂直軸線（１２１０）を有し、かつ流体を保持する形態とされたタンク（１１０５）内に配置した管（１２０５）であって、流体が該管内に入るのを許容する少なくとも１つの開口を有する前記管（１２０５）と、
    少なくとも部分的に前記管により拘束され、かつ垂直軸線に沿って動く形態とされたフロート（１２１５）と、
    該フロートに機械的に結合された検知対象物と、
    垂直軸線に沿って拡張し、かつ収縮する形態とされたばね（１２２０）であって、前記フロート（１２１５）の外周に所定長さにわたって嵌装されて、該ばねの第１の端部が前記管（１２０５）に結合され、該ばねの第２の端部が前記フロート（１２１５）に結合された前記ばね（１２２０）と、
    流体の温度を測定する温度センサ（１０１０）と、
    検知対象物の位置に関係したインピーダンスを有するコイルであって、前記フロート（１２１５）が垂直軸線に沿って動くことによりコイルのインピーダンスが変化され、前記フロート（１２１５）の位置は、流体の表面より下方の液中のフロートの体積によって影響を受ける前記コイルと、
    電子プロセッサ（１００５）を有する制御装置であって、前記温度センサ（１０１０）から流体温度情報を受取り、且つ前記コイルのインピーダンスを測定し、当該流体温度情報及びコイルのインピーダンス情報に基づいて流体の液位を測定する制御装置と、を備える、流体センサ。
11. 請求項１０に記載の流体センサにおいて、前記ばね（１２２０）は、垂直軸線に沿った前記フロート（１２１５）の動きが流体の液位の変化よりも小さいことを許容する、流体センサ。
12. 請求項１０に記載の流体センサにおいて、前記コイルは高周波信号にて駆動されるトランスミッタコイルである、流体センサ。
13. 請求項１２に記載の流体センサにおいて、前記トランスミッタコイルから別個のレシーバコイルに結合された信号を測定してインピーダンスを測定する、流体センサ。
14. 請求項１に記載の流体センサにおいて、前記フロートは凸型の接触表面（１４０５）を含む、流体センサ。
15. 請求項５に記載の流体センサにおいて、前記フロートは凸型の接触表面（１４０５）を含む、流体センサ。
16. 請求項１０に記載の流体センサにおいて、前記フロートは凸型の接触表面（１４０５）を含む、流体センサ。
17. 請求項５に記載の流体センサにおいて、前記管は前記フロートの下方に位置するポケットを更に含む、流体センサ。
18. 請求項１０に記載の流体センサにおいて、前記管は前記フロートの下方に位置するポケットを更に含む、流体センサ。

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