(57)【要約】  測定コンデンサと、基準コンデンサと、少なくとも１つの標準容量性デバイスとを備えた燃料タンクのための容量性ゲージであって、特定の周波数でコンデンサおよび容量性デバイスを充放電させるためのスイッチと、測定コンデンサまたは基準コンデンサの電荷を移動させ、かつ、標準容量性デバイス中への放電に先だって蓄積することができる積分器と、積分器の出力値と閾値を比較するための比較器と、計数器と、燃料タンク内の液体のレベルを計算するためのプロセッサまたは計算ユニットとを備えた電子翻訳回路によって供給され、かつ、該電子翻訳回路に接続された容量性ゲージである。燃料タンク内の液体のレベルは、式ｈ＝［ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ／（ｎｒｅｆ−ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ）］．［（ｎｍｅａｓ−ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ）／ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ］に従って計算される。上式で、ｎは、それぞれ、空の場合の基準コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ）、燃料に浸された基準コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｒｅｆ）、空の場合の測定コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ）、および測定すべき液体中の測定コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｍｅａｓ）であり、標準容量性デバイスは、測定コンデンサに電気接続された少なくとも２つの標準コンデンサを備えている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定コンデンサと、基準コンデンサと、少なくとも１つの標準容量性デバイスとを備えた燃料タンクのための容量性ゲージであって、特定の周波数で前記コンデンサおよび前記容量性デバイスを充放電させるためのスイッチと、前記測定コンデンサまたは基準コンデンサの電荷を移動させ、かつ、前記標準容量性デバイス中への放電に先だって蓄積することができる積分器と、前記積分器の出力値と閾値を比較するための比較器と、計数器と、燃料タンク内の液体のレベルを計算するためのプロセッサまたは計算ユニットとを備えた電子翻訳回路によって供給され、かつ、前記電子翻訳回路に接続され、前記燃料タンク内の液体のレベルが、ｎが、それぞれ、空の場合の前記基準コンデンサの容量に対する前記計数器の読値（ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ）、燃料に浸された前記基準コンデンサの容量に対する前記計数器の読値（ｎｒｅｆ）、空の場合の前記測定コンデンサの容量に対する前記計数器の読値（ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ）、および測定すべき液体中の前記測定コンデンサの容量に対する前記計数器の読値（ｎｍｅａｓ）である式
ｈ＝［ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ／（ｎｒｅｆ−ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ）］．［（ｎｍｅａｓ−ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ）／ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ］
に従って計算され、
前記標準容量性デバイスが、前記測定コンデンサに電気接続された少なくとも２つの標準コンデンサを備えたことを特徴とする容量性ゲージ。
【請求項２】
前記標準コンデンサが５００ｐＦから２５０００ｐＦまでの範囲をカバーすることを特徴とする請求項１に記載のゲージ。
【請求項３】
前記基準コンデンサにのみ電気接続された少なくとも３つの標準コンデンサと、前記測定コンデンサにのみ電気接続された少なくとも３つの標準コンデンサとを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のゲージ。
【請求項４】
前記測定コンデンサおよび前記基準コンデンサの両方に電気接続された少なくとも４つの標準コンデンサを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のゲージ。
【請求項５】
前記容量性デバイスが、前記測定コンデンサおよび前記基準コンデンサの両方に電気接続された少なくとも６つの標準コンデンサを備えたことを特徴とする請求項４に記載のゲージ。
【請求項６】
前記電子翻訳回路が前記測定コンデンサを最適標準コンデンサに接続することができる接続デバイスを備えているか、あるいは前記接続デバイスにリンクされていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のゲージ。
【請求項７】
前記接続デバイスが手動で起動されることを特徴とする請求項６に記載のゲージ。
【請求項８】
前記接続デバイスが前記電子翻訳回路に組み込まれた電子デバイスであることを特徴とする請求項６に記載のゲージ。
【請求項９】
１．測定の開始時に、電子回路が所与の離散電荷を使用し、かつ、前記スイッチを適切に位置決めすることによって前記測定コンデンサを充電し、
２．電荷を蓄積する前記積分器に電荷が移動するよう、前記スイッチの位置を修正し、
３．前記比較器が前記積分器の出力値（通常はその電圧）と閾値（基準電圧）を比較し、
４．前記積分器の前記出力値が前記閾値より大きくなるまでポイント１ないし３を特定の周波数ｖ１（充電周波数）で周期的に反復し、
５．前記積分器の前記出力値が前記閾値より大きくなると、前記計数器が起動し、選択された標準コンデンサを介して前記積分器が放電し、
６．もう一度前記閾値に到達するまでステップ１ないし３を前記周波数ｖ１で周期的に反復し、前記閾値に到達すると、前記計数器が停止し、
７．そうすることが適切である場合、前記基準コンデンサおよびその独自の標準を使用してステップ１ないし６を反復し、
８．前記計算ユニットが対応する液体レベルの値（ｈ）を決定する
ように動作するべく設計されたことを特徴とする請求項８に記載のゲージ。
【請求項１０】
前記ステップ１ないし８の前に、燃料の誘電率を大まかに評価し、適切な標準コンデンサまたは適切な個々のコンデンサを選択するために、所定の標準コンデンサを選択することによって前記基準コンデンサの測定を実行するように設計されたことを特徴とする請求項９に記載のゲージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路を有し、かつ、電荷移動方式を使用した、燃料タンクのための容量性ゲージ、および燃料タンク内のレベルゲージとしてのその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、タンク内の液体、詳細には自動車両の燃料タンク内の液体のレベルを測定するための多くのデバイスが提案されている。知られているこれらのデバイスには、通常、タンク内の燃料のレベルを表す信号を引きわたすレベルセンサまたはゲージが使用されている。
【０００３】
これらのレベルセンサまたはゲージのいくつかは、タンクの高さ全体にわたって配置されることが意図された、タンク内の液体のレベルに応じて再現可能にその容量が変化するように設計された測定コンデンサ、および常に浸されているよう、タンクの底に配置されることが意図された基準コンデンサを備えている。
【０００４】
したがって、特許文献１には、測定コンデンサおよび基準コンデンサが、特定の周波数でコンデンサを充放電させるためのスイッチ、積分器、比較器および計数器を備えた電子翻訳回路によって供給され、かつ、該電子翻訳回路に接続されたこのようなゲージが開示されている。コンデンサ（測定または基準）は、充電毎に所与の電位（Ｖ）まで上昇し、それにより所与の電荷（Ｑ＝Ｖ．Ｃｍｅａｓ（Ｃｍｅａｓは測定コンデンサの容量である））が得られる。この電荷が積分器に移動し、積分器の出力値と所定の閾値が比較される。積分器は、その出力値が閾値未満を維持している限り、コンデンサ（測定または基準）を介して、充電毎に電荷Ｑ＝Ｖ．Ｃｍｅａｓを受け取り続ける。積分器は、閾値を超えると放電して標準コンデンサに復帰し、同じ電位（Ｖ）に上昇してサイクルを再開する。計数器は、所与の測定期間の間、閾値を超えた回数すなわちｎを計数する。この数字は、測定される容量（測定容量または基準容量）に比例している。この場合、この容量は、「空の場合」の容量を除き、それ自体がタンク内の液体のレベルに比例している（測定容量）か、あるいはその液体の性質によって決まる（基準容量）かのいずれかである。最終的には次の関係が得られる。
ｈ＝［ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ／（ｎｒｅｆ−ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ）］．［（ｎｍｅａｓ−ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ）／ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ］
上式で、ｎは、それぞれ、空の場合の基準コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ）、燃料に浸された基準コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｒｅｆ）、空の場合の測定コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ）、および所与の測定期間における測定コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｍｅａｓ）である（これ以上の詳細については、この点に関するその教示が参考として本出願に組み込まれている関連特許を参照されたい）。
【０００５】
このようなゲージの精度は、標準コンデンサの容量が「ターゲット」コンデンサ（測定コンデンサまたは基準コンデンサ）の容量に近い場合、はるかに良好であることが分かっている。
【０００６】
現在使用されている燃料は、そのエタノール含有量が３％未満（ヨーロッパで使用されている「スーパー」タイプの燃料）から１００％（とりわけブラジルで使用されている純エタノール）まで変化している。また、エタノール中には水が溶解し得ることを考慮すると、これらの燃料には、場合によっては一定の量の水が含まれている可能性がある。燃料の誘電率は、通常、少なくとも１．６の値を有しており、エタノールの誘電率は、通常、２４と２５の間であり、また、水の誘電率は、通常、７０以上であることに留意すると、従来技術によるゲージの測定容量は、場合によっては約５０ｐＦから２５００ｐＦまでの広い範囲にわたって変化する。
【０００７】
従来技術による上記ゲージの欠点は、ある限られた範囲の燃料に対してしか測定精度が良好ではないことである。
【特許文献１】国際出願第０１／０２８１７号パンフレット
【特許文献２】米国特許第４，２９６，６３０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本出願の目的は、タンク内の燃料のレベルを前記タンクに含有されている燃料のタイプに無関係に正確に測定するために使用することができる「汎用」容量性ゲージを提供することによってこの問題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そのために、本発明は、測定コンデンサと、基準コンデンサと、少なくとも１つの標準容量性デバイスとを備えた燃料タンクのための容量性ゲージであって、特定の周波数でコンデンサおよび容量性デバイスを充放電させるためのスイッチと、測定コンデンサまたは基準コンデンサの電荷を移動させ、かつ、標準容量性デバイス中への放電に先だって蓄積することができる積分器と、積分器の出力値と閾値を比較するための比較器と、計数器と、燃料タンク内の液体のレベルを計算するためのプロセッサまたは計算ユニットとを備えた電子翻訳回路によって供給され、かつ、該電子翻訳回路に接続された容量性ゲージに関している。燃料タンク内の液体のレベルは、式
ｈ＝［ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ／（ｎｒｅｆ−ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ）］．［（ｎｍｅａｓ−ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ）／ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ］
に従って計算される。上式で、ｎは、それぞれ、空の場合の基準コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｒｅｆ、ｅｍｐｔｙ）、燃料に浸された基準コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｒｅｆ）、空の場合の測定コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｍｅａｓ、ｅｍｐｔｙ）、および測定すべき液体中の測定コンデンサの容量に対する計数器の読値（ｎｍｅａｓ）であり、標準容量性デバイスは、測定コンデンサに電気接続された少なくとも２つの標準コンデンサを備えている。
【００１０】
これらの標準コンデンサは、５００ｐＦから２５０００ｐＦまでの範囲をカバーする容量を有していることが好ましく、これらの制限は、標準コンデンサ中への放電に先だって積分器に蓄積された測定コンデンサまたは基準コンデンサの電荷の倍数に対応している。
【００１１】
したがってこのゲージは、測定コンデンサを放電させるための少なくとも２つの標準コンデンサを有している点で従来技術による上記ゲージとは異なっており、これらの容量は、様々なタイプの燃料の燃料レベルをより正確に測定するように選択されている。
【００１２】
本発明のコンテキストの範囲内では、「ゲージ」という用語には、燃料タンク内の液体のレベルを表す信号を供給するデバイスを意味することが意図されている。本発明によれば、このデバイスは集積電子デバイスである。つまり、このデバイスは、測定デバイスによって送信される、タンク内の液体のレベルを決定するために使用することができる信号を処理する（すなわち翻訳する）ための電子回路を備えている。
【００１３】
本発明によるゲージは、タンクの高さ全体にわたって配置されることが意図された、タンク内の液体のレベルに応じて再現可能にその容量が変化するように設計された測定コンデンサと、常に浸されているよう、タンクの底に配置されることが意図された基準コンデンサと、測定コンデンサに電気接続された少なくとも２つの標準コンデンサを備えた標準容量性デバイスとを備えている。
【００１４】
基準コンデンサおよび測定コンデンサには、知られている任意のタイプのコンデンサを使用することができる。これらのコンデンサは、平らまたは円筒状のプレートを備えることができ、その容量は、それらの間に存在する媒体および表皮効果によって影響される。別法として、また、好ましくは、これらのコンデンサは、特許文献２に記載されているように、干渉効果によって相互作用するすだれ状（櫛状に係合する）電極を備えている。これらの電極は、絶縁基板の上に取り付けられ、印刷回路のように見える。また、これらの電極は、印刷回路を製造する方法と同様の製造方法によって製造することができる。
【００１５】
「すだれ状」電極という用語は、互いに櫛状に係合した指の形態のループを備えたコイルの形態を有する電極を意味するべく使用されており、上で言及した米国特許に記載されている。とりわけ有利な変形態様によれば、本発明によるゲージは、一対のすだれ状測定電極と、一対の同じくすだれ状の基準電極とを備えており、それぞれ測定コンデンサおよび基準コンデンサを形成している。基準電極対は、タンク内に存在している液体に常に確実に浸されるよう、基板の一方の末端（タンクの底に配置／固定されることになる端部）に配置されていることが好ましい。基準電極対がタンク内に占める相対高さは、実質的に液体の高さ全体にわたって基準電極対を存在させることができるよう、測定電極対が占める相対高さより低いことが好ましい。
【００１６】
とりわけ好ましい方法では、測定すべき液体のレベルに応じて実質的に線形の信号が得られるよう、測定コンデンサの電極の指は、タンク内にゲージが配置されると垂直方向に展開する。測定電極のループおよび基準電極のループは、いずれも、タンク内にゲージが配置されると垂直方向であることが好ましい。また、これらのループは、部分的に共通の少なくとも１つの電極を有していることが有利である。
【００１７】
本発明のこの変形態様によるコンデンサの電極と電子翻訳回路との間の電気接続は、測定を妨害しないよう、絶縁基板によって覆われていることが好ましい。
【００１８】
標準容量の場合、これらは、測定容量および基準容量を備えた印刷回路上に配置されたコンポーネントである。
【００１９】
本発明によれば、標準容量は、測定コンデンサまたは基準コンデンサのいずれかに特化することができる。別法としては、少なくとも１つの共通の標準容量を測定コンデンサおよび基準コンデンサに持たせることも可能であり、つまり、それらは、測定コンデンサおよび基準コンデンサの両方に電気接続されている。
【００２０】
第１の変形態様によれば、デバイスは、有利には、少なくとも２対の標準コンデンサ（合計４つのコンデンサ）を備えており、そのうちの２つは、測定コンデンサを放電させるためのコンデンサであり（したがって後者に電気接続されている）、また、他の２つは、基準コンデンサを放電させるためのコンデンサである。本発明によるゲージは、少なくとも６つの標準コンデンサを備え、そのうちの３つが基準コンデンサに、また、他の３つが測定コンデンサにそれぞれリンクしていることが好ましく、それにより燃料の範囲全体にわたって良好な測定精度が保障される。
【００２１】
第２の変形態様によれば、容量性デバイスは、測定コンデンサにのみリンクした少なくとも２つの標準コンデンサと、基準コンデンサにのみリンクした少なくとも２つの標準コンデンサと、測定コンデンサおよび基準コンデンサの両方にリンクさせることができる少なくとも１つのコンデンサとを備えることができる。
【００２２】
実際には、測定コンデンサまたは標準コンデンサに交換可能に接続することができる少なくとも４つの標準コンデンサを備えた容量性デバイスが理想的である。詳細には、少なくとも６つのこのような標準コンデンサを備えたこのようなデバイスが理想的である。
【００２３】
本発明によるゲージは、電子翻訳回路が測定コンデンサ（また、それが適切である場合は基準コンデンサ）を「最適」標準コンデンサ（測定精度を最適化することができるコンデンサ）に接続することができるデバイスを備えているか、あるいはそのようなデバイスにリンクされている。このデバイスは、適切な個人（自動車製造者、ポンプ係員、車両使用者など）によって手動で起動することができる（押しボタン、キーボードまたはスクリーンからの手動入力などを使用して）。別法として、また、好ましくは、このデバイスは、電子翻訳回路の統合部分である。そのために、後者は、燃料の誘電率を大まかに評価するために、所定の標準コンデンサを選択することによって基準コンデンサの第１の測定を実行し、この基準コンデンサおよび測定コンデンサの両方の第２の測定で、精度を最適化するための適切な標準コンデンサまたは適切な個々のコンデンサを選択することができるように設計することができる。
【００２４】
この第２の（正確な）測定は、次のように実行されることが好ましい。
１．測定の開始時に、電子回路が所与の離散電荷を使用し、かつ、スイッチを適切に位置決めすることによって測定コンデンサを充電し、
２．電荷を蓄積する積分器に電荷が移動するよう、スイッチの位置を修正し、
３．比較器が積分器の出力値（通常はその電圧）と閾値（基準電圧）を比較し、
４．積分器の出力値が閾値より大きくなるまでポイント１ないし３を特定の周波数ｖ１（充電周波数）で周期的に反復し、
５．積分器の出力値が閾値より大きくなると、計数器が起動し、選択された標準コンデンサを介して積分器が放電し、
６．もう一度閾値に到達するまでステップ１ないし３を周波数ｖ１で周期的に反復し、閾値に到達すると、計数器が停止し、
７．そうすることが適切である場合、基準コンデンサおよびその独自の標準を使用してステップ１ないし６を反復し、
８．計算ユニットが対応する液体レベルの値（ｈ）を決定する
【００２５】
適切な標準コンデンサを選択する必要のある第１の測定は、上で説明したステップ１ないし６、および計算ユニットが測定容量を測定するための適切な標準コンデンサを決定し、また、そうすることが適切である場合、基準コンデンサに最も適した標準コンデンサを決定するステップ７’を使用して実行されることが好ましい。
【００２６】
したがって、本発明のこの変形態様によれば、計数器は、連続する２つの閾値オーバシュート間の経過時間を測定するために使用することができるクロノメータである。この計数器は、必ずしも充電周波数ｖ１に等しくなくてもよい計数周波数ｖ２で動作する。とりわけ有利な変形態様によれば、計数周波数ｖ２は、ゲージの分解能を高くするために充電周波数ｖ１より高くなっている。通常、ｖ１は数百ｋＨｚで測定され、一方、ｖ２は数十ＭＨｚで測定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
実際には、上で言及したＰＣＴ出願に記載されているシステムの場合、測定期間は、通常、６００ｍｓ程度であり、計数器が約２５００回の閾値オーバシュートを計数し、また、積分器が６００ｍｓ＊１００ｋＨｚ＝０．６×１０５＝６００００個の電荷を受け取る期間である。したがって２つの閾値オーバシュート間の期間は、６００／２５００＝２４０μｓであり、積分器が６００００／２５００＝２４個の電荷を受け取る期間である。本発明のこの変形態様によれば、同じ充電システムが使用され、かつ、最初の閾値オーバシュートの後に、約１０ＭＨｚ（つまり２つの「パルス」の間が０．１μｓ）の周波数で動作する計数器（クロノメータ）が起動する場合、２つの閾値オーバシュート間の期間（２４０μｓを維持している）の間に、計数器上で２４０／０．１＝２４００個のうなりが得られる。したがって、積分器上の様々な電荷増分は、真に非連続性ではなく、それらの多くが存在しているため、少なくとも同様の分解能（計数器上の２５００個のうなりに対して２４００個のうなり）が得られる（時間の関数としての積分器上の出力値の傾向は、わずかに傾斜した２４段の踏板を有する階段の形態を有する関数であり、実際には直線に向かう傾向がある）。しかしながら、測定期間が著しく短く（ｍｓの代わりにμｓで測定される）、したがってゲージ応答時間が著しく良好である。
【００２８】
本発明によるゲージは、計算ユニットによって計算されたレベル値を表示するためのデバイスにリンクされていることが好ましい。
【００２９】
本発明によるゲージは、電流を供給することによって恒久的に動作させることができるように設計されていることが好ましい。そのために、ステップ１ないし８が連続的かつ周期的に反復される。計算ユニットによって計算された値は、測定毎にディスプレイデバイスに送信され、ディスプレイデバイスは、送信された値をメモリに保持し、次の測定までそれを表示する。
【００３０】
また、特定の実施形態では、本発明によるゲージは、タンク内の燃料組成中におけるエタノールおよび／または水の存在を決定することができる。
【００３１】
エタノールの誘電率は、通常、２４と２５の間であり、水の誘電率は、通常、７０以上であり、また、燃料の誘電率は、通常、少なくとも１．６の値を有しているため、燃料組成中にエタノールおよび／または水が存在していると、燃料の誘電率の変化によって識別することができる。基準容量は燃料の誘電率とリンクしているため、誘電率の変化は、基準容量の変化に対応している。一例として、すだれ状（櫛状に係合している）電極を備えたゲージの場合、実験結果によれば、燃料組成中に５％のエタノールが存在している場合、それは約５％の基準容量の増加に対応している。
【００３２】
燃料組成がタンク内における不適切な燃料の存在に対応していることを基準容量の測値が示している場合、エンジンの損傷を防止するために、警報信号を表示することができることが好ましい。
【００３３】
最後に、本発明は、上で説明したゲージの、燃料タンク、好ましくは車両のための燃料タンク内のレベルゲージとしての使用にも関係している。ゲージは、上で説明した計算ユニットを備えていることが好ましい。ゲージは、電流が供給されている限り、つまり車両のエンジンが運転中である限り、連続的に動作することが好ましい。自動車両タンクの場合、タンクは、フードの下の利用可能な空間に適合させるためにしばしば複雑な様々な形態を有しているが、計算ユニットは、タンクの形態を考慮するために、上で説明したように、計算された値にとりわけ有利な方法で修正を適用している。このような修正は、既知の量の燃料を使用した一連の測定によってゲージを較正することによって準備される表を使用して達成することができる。
【国際調査報告】
2009513965.tif 000002
2009513965.tif 000003