(57)【要約】      （修正有）【課題】タンク内の液体の状態（特に、タンク内の液体の残量及び液体の濃度）を高精度に検出することを可能とする検出装置を提供すること。【解決手段】液体を貯留するタンク内において、液体の液面が電極間領域に位置するように、鉛直方向に延在して配設された第１の電極対３１と、タンク内の底部において、電極間領域の上端部が前記第１の電極対３１の電極間領域の上端部よりも下方に位置するように配設された第２の電極対３２と、第１の電極対３１で検出される電極間の静電容量と第２の電極対３２で検出される電極間の静電容量とに基づいて、タンク内に貯留された液体の液位Ｌを算出する演算部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留するタンク内において、前記液体の液面が電極間領域に位置するように、鉛直方向に延在して配設された第１の電極対と、
前記タンク内の底部において、電極間領域の上端部が前記第１の電極対の電極間領域の上端部よりも下方に位置するように配設された第２の電極対と、
前記第１の電極対で検出される電極間の静電容量と前記第２の電極対で検出される電極間の静電容量とに基づいて、前記タンク内に貯留された前記液体の液位を算出する演算部と、
を備える、検出装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記第２の電極対で検出される電極間の静電容量に基づいて前記液体の誘電率を求め、前記液体の誘電率と前記第１の電極対で検出される電極間の静電容量とに基づいて前記第１の電極対の電極間領域が前記液体の中に浸漬する比率を求めるようにして、前記タンク内に貯留された前記液体の液位を算出する、
請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記第１の電極対を構成する２つの電極部材は、それぞれ、平板形状を呈する、
請求項１又は２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記第１の電極対を構成する２つの電極部材は、それぞれ、絶縁被膜で被覆され、前記液体と非接触の状態で保持される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記液体と同種の参照用の液体を、前記液体とは分離された状態で貯留する参照容器と、前記参照容器内の前記参照用の液体の中に浸漬された第３の電極対と、を更に備え、
前記演算部は、更に、前記第２の電極対で検出された電極間の静電容量と前記第３の電極対で検出される電極間の静電容量とに基づいて、前記タンク内に貯留された前記液体の濃度を算出する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項６】
前記タンクは、車載された尿素水タンクである、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンク内の液体の保管状態（例えば、液体の残量や液体の濃度）を検出する検出装置として、一般に、静電容量式の検出装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７９３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、静電容量式の検出装置は、車輌への搭載の要請もあり、例えば、尿素水タンク内に貯留された尿素水の残量や尿素水の濃度を検出するための使用が検討されている。
【０００５】
しかしながら、静電容量式の検出装置は、周辺の環境状態（例えば、温度）や使用状態（例えば、濃度の変化）に応じて誘電率が変化しやすい検出対象物については、高精度な検出が困難であるという問題がある。特に、尿素水タンク内の尿素水は、異質な液体の混入、水分の蒸発、又は、周辺の温度等に起因して、誘電率が変化しやすく、検出精度の向上が求められている。
【０００６】
本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、タンク内の液体の保管状態（特に、タンク内の液体の残量及び液体の濃度）を高精度に検出することを可能とする検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した課題を解決する主たる本開示は、液体を貯留するタンク内において、前記液体の液面が電極間領域に位置するように、鉛直方向に延在して配設された第１の電極対と、前記タンク内の底部において、電極間領域の上端部が前記第１の電極対の電極間領域の上端部よりも下方に位置するように配設された第２の電極対と、前記第１の電極対で検出される電極間の静電容量と前記第２の電極対で検出される電極間の静電容量とに基づいて、前記タンク内に貯留された前記液体の液位を算出する演算部と、を備える、検出装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、タンク内の液体の保管状態（特に、タンク内の液体の残量や液体の濃度）を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る車輌が搭載するＳＣＲシステムの一例を示す図
【図２】第１の実施形態に係る検出装置の構成の一例を示す図
【図３】第１の実施形態に係る検出装置の動作の一例を示す図
【図４】第２の実施形態に係る検出装置の構成の一例を示す図
【図５】第２の実施形態に係る検出装置の動作の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
［検出装置の構成］
以下、図１〜図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る検出装置の構成について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る車輌Ａが搭載するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムの一例を示す図である。
【００１２】
本実施形態に係るＳＣＲシステムは、排気通路１０に尿素水１５を供給し、排気ガスＱの熱で尿素を加水分解してアンモニアを生成し、当該アンモニアによってＳＣＲ装置１１内のＳＣＲ触媒でＮＯｘを還元浄化するものである。
【００１３】
尿素水１５は、尿素水タンク１６内に貯留されている。そして、当該尿素水１５は、ポンプ等を有するサプライモジュール１７にて送液ライン１８を通して吸い上げられ、噴射ノズル１２からＳＣＲ装置１１の上流において排気通路１０に噴射される。又、余剰の尿素水１５は、回収ライン１９を通して尿素水タンク１６に戻されるようになっている。
【００１４】
本実施形態に係る検出装置３０は、車輌Ａに搭載された尿素水タンク１６内における尿素水１５の液位Ｌを検出する。尚、検出装置３０の検出値は、例えば、ＥＣＵ２０に入力され、尿素水タンク１６内における尿素水１５の残量を示すものとして車輌Ａの搭乗者等に報知される。
【００１５】
図２は、本実施形態に係る検出装置３０の構成の一例を示す図である。
【００１６】
検出装置３０は、第１の電極対３１、第２の電極対３２、及び演算ユニット３５（「演算部」に相当）を含んで構成される。
【００１７】
第１の電極対３１は、それぞれ平板形状を呈する電極部材３１ａと電極部材３１ｂが、電極間の空間（以下、「第１の電極対３１の電極間領域」と称する）を介して対向するように配設されたものである。又、第２の電極対３２も、同様に、それぞれ平板形状を呈する電極部材３２ａ及び３２ｂが、電極間の空間（以下、「第２の電極対３２の電極間領域」と称する）を介して対向するように配設されたものである。尚、図２では、説明の便宜として、電極部材３１ａ、電極部材３１ｂ、電極部材３２ａ、及び電極部材３２ｂのそれぞれを正面に向けた状態で図示している。
【００１８】
第１の電極対３１は、液位検出用の電極対であり、電極部材３１ａ、電極部材３１ｂ、及び、当該電極部材３１ａと電極部材３１ｂの電極間の誘電体（空気又は尿素水１５）とによって、コンデンサ（以下、「第１のコンデンサ」とも称する）を形成する。第１の電極対３１は、尿素水タンク１６内において、電極部材３１ａ及び３１ｂの電極間領域が鉛直方向に延在するように配設されている。そして、電極部材３１ａ及び３１ｂの電極間領域には、尿素水タンク１６内の尿素水１５の液面が位置するように構成されている。
【００１９】
検出装置３０は、第１のコンデンサの静電容量に基づいて、第１の電極対３１の尿素水１５に浸漬していない部分と第１の電極対３１の尿素水１５に浸漬した部分の比率を求め、尿素水タンク１６内の尿素水１５の液位Ｌを検出する（詳細は後述）。
【００２０】
第２の電極対３２は、キャリブレーション用の電極対であり、電極部材３２ａ、電極部材３２ｂ、及び、当該電極部材３２ａと電極部材３２ｂの電極間の誘電体（尿素水１５）とによって、コンデンサ（以下、「第２のコンデンサ」とも称する）を形成する。第２の電極対３２は、尿素水タンク１６内の尿素水１５の液位Ｌが低下した場合にも、電極部材３２ａ及び３２ｂの対向する空間領域が、尿素水１５に浸漬するように配設されている。
【００２１】
第２の電極対３２は、尿素水タンク１６内の底部付近に配設され、電極間領域の上端部が、第１の電極対３１の電極間領域の上端部よりも低くなるように配設されている。
【００２２】
検出装置３０は、第２のコンデンサの静電容量に基づいて、尿素水タンク１６内の尿素水１５の誘電率を求め、液位Ｌを検出する際のキャリブレーションを行う（詳細は後述）。
【００２３】
尚、電極部材３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂは、電極部材間でショートすることを防止するため、絶縁被膜３３ａ、３３ｂによってコーティングされている。具体的には、電極部材３１ａ及び３２ａは絶縁被膜３３ａ内に埋設され、電極部材３１ｂ及び３２ｂは絶縁被膜３３ｂ内に埋設されている。これによって、電極部材３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂは、尿素水タンク１６内の尿素水１５とは直接接触しない構成となっている。
【００２４】
電極部材３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂのそれぞれには、導電線３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄが接続され、電極部材３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂは、それぞれ、当該導電線３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを介して静電容量検出回路（図示せず）に接続されている。これにより、第１のコンデンサの静電容量及び第２のコンデンサの静電容量が、演算ユニット３５によって検出される。
【００２５】
演算ユニット３５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されるマイコンである。又、本実施形態に係る演算ユニット３５は、上記した静電容量検出回路も内蔵している。
【００２６】
演算ユニット３５は、静電容量検出部３５ａと、液位算出部３５ｂとを備えている。
【００２７】
静電容量検出部３５ａは、内蔵する静電容量検出回路を用いて、第１のコンデンサの静電容量及び第２のコンデンサの静電容量を検出する。尚、静電容量検出回路を用いた静電容量の検出方法は、公知の方法であるため、ここでの説明は省略する。
【００２８】
液位算出部３５ｂは、第１のコンデンサの静電容量と、第２のコンデンサの静電容量と、に基づいて、尿素水タンク１６内に貯留された尿素水１５の液位Ｌを算出する。
【００２９】
静電容量検出部３５ａ及び液位算出部３５ｂの機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。
【００３０】
［検出装置の動作フロー］
次に、図３を参照して、本実施形態に係る検出装置３０が、尿素水タンク１６内の尿素水１５の液位Ｌを算出するための動作フローについて説明する。
【００３１】
図３は、本実施形態に係る検出装置３０の動作の一例を示す図である。尚、図３に示す動作フローは、例えば、演算ユニット３５がコンピュータプログラムに従って実行するものである。この動作フローは、例えば、所定間隔（例えば、０．１秒間隔）で繰り返し実行される。
【００３２】
演算ユニット３５（静電容量検出部３５ａ）は、まず、第２の電極対３２の電極間の静電容量（第２のコンデンサの静電容量）を検出する（ステップＳ１）。次に、演算ユニット３５（静電容量検出部３５ａ）は、第１の電極対３１の電極間の静電容量（第１のコンデンサの静電容量）を検出する（ステップＳ２）。そして、演算ユニット３５（液位算出部３５ｂ）は、これらの静電容量から尿素水タンク１６内に貯留する尿素水１５の液位Ｌを算出する（ステップＳ３）。
【００３３】
より詳細には、ステップＳ３において、まず、演算ユニット３５は、第２のコンデンサの静電容量の検出値に基づいて、尿素水タンク１６内の尿素水１５の誘電率を算出する。そして、演算ユニット３５は、当該尿素水１５の誘電率と、第１のコンデンサの静電容量の検出値から、第１の電極対３１の電極間領域が尿素水１５の中に浸漬する比率を算出するようにして、尿素水タンク１６内の尿素水１５の液位Ｌに換算する。
【００３４】
尚、第１のコンデンサの静電容量は、第１の電極対３１の尿素水１５で浸漬している部分における電極間の静電容量と、第１の電極対３１の尿素水１５で浸漬していない部分における電極間の静電容量と、を並列接続したものである。従って、第１のコンデンサの静電容量の検出値から、尿素水タンク１６内の尿素水１５の液位Ｌに換算することができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係る検出装置３０は、尿素水タンク１６内の尿素水１５の誘電率を把握した上で尿素水タンク１６内の尿素水１５の液位を検出するため、周辺の環境（例えば、温度）や使用状態（例えば、濃度の変化）に応じて尿素水１５の誘電率が変化した場合であっても、高精度に尿素水１５の液位Ｌを検出することが可能である。
【００３６】
（第２の実施形態）
本実施形態に係る検出装置３０は、更に、尿素水タンク１６内の尿素水１５の濃度を検出する機能を有する点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る検出装置３０の構成の一例を示す図である。
【００３８】
本実施形態に係る検出装置３０は、第１の電極対３１、第２の電極対３２、及び演算ユニット３５に加えて、参照用の尿素水３８が貯留された参照容器３７、及び参照容器３７内において参照用の尿素水３８に浸漬された状態で配設された第３の電極対３６を備えている。
【００３９】
ここで、参照容器３７は、参照用の尿素水３８を密閉状態で貯留し、当該参照容器３７内の尿素水３８からは水分の蒸発等が生じにくい状態となっている。又、参照容器３７内には、尿素水等が新たに追加されることがないように構成されている。従って、参照容器３７内の尿素水３８は、濃度の変化が生じず、周辺の環境（例えば、温度）のみに起因して誘電率が変化する状態となっている。
【００４０】
尚、参照容器３７は、尿素水タンク１６内の尿素水１５と分離して、参照用の尿素水３８を貯留する構成であれば、尿素水タンク１６外又は尿素水タンク１６内のいずれに設けられてもよい。
【００４１】
第３の電極対３６は、電極部材３６ａ、電極部材３６ｂ、及び、当該電極部材３６ａと電極部材３６ｂの電極間の誘電体（参照用の尿素水）とによって、コンデンサ（以下、「第３のコンデンサ」とも称する）を形成する。尚、電極部材３６ａ、３６ｂのそれぞれには、導電線３４ｅ、３４ｆが接続され、電極部材３６ａ、３６ｂは、それぞれ、当該導電線３４ｅ、３４ｆを介して静電容量検出回路（図示せず）に接続される。
【００４２】
本実施形態に係る検出装置３０は、第３のコンデンサの静電容量に基づいて求まる参照容器３７内の参照用の尿素水３８の誘電率を用いて、尿素水タンク１６の尿素水１５の濃度を検出する際のキャリブレーションを行う。
【００４３】
又、本実施形態に係る演算ユニット３５は、静電容量検出部３５ａ及び液位算出部３５ｂに加えて、濃度算出部３５ｃを備えている。濃度算出部３５ｃは、第２のコンデンサの静電容量と、第３のコンデンサの静電容量と、に基づいて、尿素水タンク１６内に貯留された尿素水１５の濃度を算出する。
【００４４】
図５は、本実施形態に係る検出装置３０の動作の一例を示す図である。尚、図５に示す動作フローは、例えば、演算ユニット３５がコンピュータプログラムに従って実行するものである。この動作フローは、例えば、所定間隔（例えば、１秒間隔）で繰り返し実行される。
【００４５】
演算ユニット３５（静電容量検出部３５ａ）は、まず、第２の電極対３２の電極間の静電容量（第３のコンデンサの静電容量）を検出する（ステップＳ１１）。次に、演算ユニット３５（静電容量検出部３５ａ）は、第３の電極対３６の電極間の静電容量（第２のコンデンサの静電容量）を検出する（ステップＳ１２）。そして、演算ユニット３５（濃度算出部３５ｃ）は、これらの静電容量から尿素水タンク１６内の尿素水１５の濃度を算出する（ステップＳ１３）。
【００４６】
より詳細には、ステップＳ１３において、まず、演算ユニット３５は、第３のコンデンサの静電容量の検出値に基づいて、参照容器３７内の参照用の尿素水３８の誘電率を算出すると共に、第２のコンデンサの静電容量の検出値から尿素水タンク１６内の尿素水１５の誘電率を算出する。そして、演算ユニット３５は、参照用の尿素水３８の誘電率を用いて、例えば、周辺の環境（例えば、温度）に起因する環境係数を算出し、当該環境係数と尿素水タンク１６内の尿素水１５の誘電率とに基づいて、尿素水タンク１６内の尿素水１５の濃度に算出する。
【００４７】
尚、上記した環境係数は、例えば、予め、環境に応じた参照用の尿素水３８の誘電率の変化を実験等により求めておき、検出装置３０の記憶部に格納しておけばよい。
【００４８】
本実施形態に係る検出装置３０は、このようにして算出した尿素水１５の濃度に基づいて、例えば、尿素水１５の異常状態を検出し、異常状態と判定した場合には報知する。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る検出装置３０は、周辺の環境（例えば、温度）に起因する誘電率への影響を把握した上で、尿素水タンク１６内の尿素水１５の濃度を検出するため、周辺の環境（例えば、温度）に応じて尿素水１５の誘電率が変化した場合であっても、高精度に尿素水１５の濃度を検出することが可能である。
【００５０】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、第１の電極対３１及び第２の電極対３２の一例として、それぞれ、板形状を呈する電極部材が鉛直方向に延在する態様を示した。但し、第１の電極対３１及び第２の電極対３２を構成する電極部材の形状は、任意の形状であってよく、又、鉛直方向から一定の傾度を持った状態で保持されてもよい。
【００５２】
又、上記実施形態では、演算ユニット３５の一例として、ＥＣＵ２０とは別に設けられるコンピュータによって実現されるものとして記載した。演算ユニット３５の機能は、ＥＣＵ２０に内蔵されてもよい。
【００５３】
又、上記実施形態では、演算ユニット３５の構成の一例として、コンデンサの静電容量を検出する処理と、当該静電容量から尿素水タンク１６内の尿素水１５の液位を算出する処理等を一連のフローの中で実行されるものとして示したが、これらの処理の一部が並列で実行されるものとしてもよい。
【００５４】
又、上記実施形態では、検出装置３０が適用される対象の一例として、車載された尿素水タンク１６を示したが、他の液体を貯留するタンクにも適用し得るのは勿論である。
【００５５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。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。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本開示は、尿素水タンクの保管状態を検出する検出装置に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０  排気通路
１１  ＳＣＲ装置
１２  噴射ノズル
１５  尿素水
１６  尿素水タンク
１７  サプライモジュール
１８  送液ライン
１９  回収ライン
２０  ＥＣＵ
３０  検出装置
３１  第１の電極対
３２  第２の電極対
３５  演算ユニット
３６  第３の電極対
３７  参照容器
３８  参照用の尿素水
【図１】
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【図２】
2018138901.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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