(57)【要約】【課題】電極の劣化、並びにノイズによる誤作動及びエミッション性能の劣化を抑制しつつ、簡易な構造で冷却液タンクに貯留される冷却液の液面位置を検出することができるレベル検出装置を提供する。【解決手段】レベル検出装置２０は、冷却液タンク１１に貯留される冷却液Ｌの液面位置が所定位置Ｐよりも高いときに冷却液Ｌに浸って該冷却液Ｌを介して導通する対の電極２１，２２と、振幅の中心が零となる特定周波数を有する正弦波を生成して一方の電極２１に出力する送信機２３と、送信機２３から出力された正弦波を他方の電極２２から入力して前記正弦波を通過させるバンドパスフィルタ４２と、該バンドパスフィルタ４２を通過した前記正弦波に基づいて液面位置を判断するパルス／デジタル変換部４４とを有する受信機２４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷却液タンクに貯留される冷却液の液面位置を検出するレベル検出装置において、
前記液面位置が所定位置よりも高いときに前記冷却液に浸って該冷却液を介して導通する対の電極と、
振幅の中心が零となる所定周波数未満の特定周波数を有する正弦波を生成して、前記対の電極のいずれか一方に出力する送信機と、
前記送信機から出力された前記正弦波を前記対の電極のいずれか他方から入力して前記正弦波を通過させるバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを通過した前記正弦波に基づいて前記液面位置を判断する判断部とを有する受信機とを備えたことを特徴とするレベル検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレベル検出装置において、
前記送信機及び前記受信機の電源は、イグナイタ電源とは独立で生成されていることを特徴とするレベル検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレベル検出装置において、
前記送信機及び前記受信機の電源は、前記内燃機関に駆動連結された発電機及び該発電機の力行時には直流電源をＤＣ／ＡＣ変換して交流電源を生成し前記発電機に供給するインバータ装置を備えるコージェネレーションシステムの前記インバータ装置の電源とは独立で生成されていることを特徴とするレベル検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却液タンクに貯留される冷却液の液面位置を検出するレベル検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、こうしたレベル検出装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このレベル検出装置は、ラジエータ内の冷却液の液面位置に対応して上下動するフロートを備えた、いわゆるフロート式である。レベル検出装置は、冷却液の液面位置が所定位置よりも下がった場合にフロートに内蔵されたマグネットにより接点を作動させて対応する検出信号を生成・出力するもので、該検出信号に基づき燃料電磁弁及びスタータスイッチを電気的に遮断してエンジンを自動的に停止し再始動を防止することが併せて提案されている。これにより、冷却液の液量不足に陥った際、エンジンの保護を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平７−１４１３３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、エンジンの冷却システムでは、冷却液の流路が密閉されているため、エンジンを長時間運転しても冷却液の液量が著しく増減することがなく、従って冷却液の液面位置が著しく変動することがない。このため、特許文献１のようなフロート式のレベル検出装置では、フロートが長時間移動しないために固着する可能性がある。これは、冷却液に含まれる塵、不純物などがフロートの可動部に詰まって動作不能に陥ることによる。この場合、実際に液面位置が低下した際にこれを検出できなくなってしまう。
【０００５】
また、特許文献１では、こうした固着のおそれのない静電容量式や超音波式のレベル検出装置を採用してよいことも提案されている。しかしながら、この場合、検出システムの部品点数が増加し、コスト面で不利になってしまう。
【０００６】
一方、コスト面で有利な電極式のレベル検出装置を採用する場合、電極間の電位差に起因する電食等によって電極が劣化してしまう。こうした電食等を回避するため、仮に交流を利用したとしても、例えばイグナイタ電源のノイズや他回路のスイッチングノイズなどによる誤作動、高周波信号を使用することによるエミッション（高周波放射）性能の劣化の問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、電極の劣化、並びにノイズによる誤作動及びエミッション性能の劣化を抑制しつつ、簡易な構造で冷却液タンクに貯留される冷却液の液面位置を検出することができるレベル検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、内燃機関の冷却液タンクに貯留される冷却液の液面位置を検出するレベル検出装置において、前記液面位置が所定位置よりも高いときに前記冷却液に浸って該冷却液を介して導通する対の電極と、振幅の中心が零となる所定周波数未満の特定周波数を有する正弦波を生成して、前記対の電極のいずれか一方に出力する送信機と、前記送信機から出力された前記正弦波を前記対の電極のいずれか他方から入力して前記正弦波を通過させるバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを通過した前記正弦波に基づいて前記液面位置を判断する判断部とを有する受信機とを備えたことを要旨とする。
【０００９】
同構成によれば、例えば前記冷却液タンクの前記液面位置が前記所定位置よりも高いときには、前記対の電極は導通する。従って、前記送信機から前記対の電極のいずれか一方に出力された前記正弦波は、前記冷却液を介して前記対の電極のいずれか他方から入力されて、前記受信機の前記バンドパスフィルタを通過する。このとき、前記判断部において、前記液面位置が前記所定位置よりも高いと判断される。一方、前記冷却液タンクの前記液面位置が前記所定位置よりも低いときには、前記対の電極の導通が切断する。この場合、前記受信機の前記バンドパスフィルタを通過する前記正弦波が皆無又は僅少になり、前記判断部において、前記液面位置が前記所定位置よりも低いと判断される。
【００１０】
このような液面位置の検出に際し、前記送信機及び前記受信機間でやり取りされる前記正弦波は、振幅の中心が零、即ち直流成分が零であることで、電食等による前記電極の劣化を抑制することができる。また、前記正弦波は、前記所定周波数未満の特定周波数を有することで、エミッション性能の劣化を抑制することができる。さらに、前記バンドパスフィルタは、基本的に前記特定周波数の正弦波のみを通過させるため、例えば前記送信機及び前記受信機間で高周波ノイズ（例えばイグナイタ電源のノイズや他回路のスイッチングノイズなど）が重畳されたとしてもこれによる誤作動を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレベル検出装置において、前記送信機及び前記受信機の電源は、イグナイタ電源とは独立で生成されていることを要旨とする。
同構成によれば、前記送信機及び前記受信機の電源は、前記イグナイタ電源のノイズの影響を受けにくくなることで、これによる誤作動を抑制することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレベル検出装置において、前記送信機及び前記受信機の電源は、前記内燃機関に駆動連結された発電機及び該発電機の力行時には直流電源をＤＣ／ＡＣ変換して交流電源を生成し前記発電機に供給するインバータ装置を備えるコージェネレーションシステムの前記インバータ装置の電源とは独立で生成されていることを要旨とする。
【００１３】
同構成によれば、前記送信機及び前記受信機の電源は、前記インバータ装置の電源のノイズ（スイッチング周波数のノイズ）の影響を受けにくくなることで、これによる誤作動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、電極の劣化、並びにノイズによる誤作動及びエミッション性能の劣化を抑制しつつ、簡易な構造で冷却液タンクに貯留される冷却液の液面位置を検出することができるレベル検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の電気的構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態の電源回路等を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態に係るレベル検出装置の電気的構成を示すブロック図である。同図に示すように、例えば樹脂製の冷却液タンク１１には、ガスエンジン１０を冷却する冷却液Ｌが貯留されている。冷却液タンク１１は、冷却液Ｌの循環通路、該冷却液Ｌの流れを作る冷却液ポンプ等（図示略）とともに、燃料により駆動される内燃機関としてのガスエンジン１０（図２参照）の冷却システムを構成する。冷却液Ｌは、冷却液タンク１１内での液面位置が、例えば冷却システムの性能を維持し得る液量相当の所定位置Ｐよりも高くなるように充填されている。
【００１７】
そして、レベル検出装置２０は、冷却液タンク１１内に設置された例えばカーボン棒からなる対の電極２１，２２と、送信機２３と、受信機２４とを備えて構成される。なお、両電極２１，２２は、冷却液タンク１１内での冷却液Ｌの液面位置が所定位置Ｐよりも高いときに導電性の冷却液Ｌに浸ることでこれを介して導通状態となり、冷却液Ｌの液面位置が所定位置Ｐよりも低いときに導通の切断状態となる。
【００１８】
送信機２３は、交流電源である三相の交流商用電源ＡＣ（例えば２００Ｖ：図２参照）から生成された、例えば５Ｖの直流電源Ｖ１により電力供給されており、方形波発振回路３１と、該方形波発振回路３１に電気的に接続されたＬＣフィルタ３２と、該ＬＣフィルタ３２に電気的に接続された増幅器３３と、該増幅器３３に電気的に接続された直流成分カット部３４とを有する。方形波発振回路３１は、方形波を生成してこれをＬＣフィルタ３２に出力する。ＬＣフィルタ３２は、方形波発振回路３１からの方形波を入力して特定周波数（例えば１３０ｋＨｚ）ｆｏの正弦波を生成し増幅器３３に出力する。
【００１９】
増幅器３３は、電極２１，２２間を導通する冷却液Ｌのインピーダンスによる減衰を考慮してＬＣフィルタ３２からの正弦波を増幅し直流成分カット部３４に出力する。直流成分カット部３４は、例えばコンデンサからなり、１次側に入力されたＬＣフィルタ３２からの正弦波に含まれる直流成分をカットした正弦波、即ち振幅の中心が零となる正弦波を２次側から出力する。直流成分カット部３４は、一方の電極２１に電気的に接続されており、該電極２１に振幅の中心が零となる前記特定周波数ｆｏの正弦波を出力する。
【００２０】
以上により、送信機２３は、一方の電極２１に振幅の中心が零となる前記特定周波数ｆｏの正弦波を出力（送信）する。なお、一方の電極２１に出力された正弦波は、冷却液Ｌを介して他方の電極２２から入力（受信）される。
【００２１】
受信機２４は、前記直流電源Ｖ１により電力供給されており、他方の電極２２に電気的に接続された正弦波受信部４１と、該正弦波受信部４１に電気的に接続されたバンドパスフィルタ４２と、該バンドパスフィルタ４２に電気的に接続されたコンパレータ４３と、該コンパレータ４３に電気的に接続された判断部としてのパルス／デジタル変換部４４とを有する。正弦波受信部４１は、電極２２から入力された正弦波を受信してこれをバンドパスフィルタ４２に出力する。バンドパスフィルタ４２は、例えばＬＣＲ回路からなり、前記特定周波数ｆｏと共振することで該特定周波数ｆｏ及びその近傍周波数の信号を２次側に通過させてこれをコンパレータ４３に出力する。従って、コンパレータ４３には、基本的に前記特定周波数ｆｏの正弦波が出力される。
【００２２】
コンパレータ４３は、バンドパスフィルタ４２からの信号（正弦波）の電圧と所定電圧（例えば０Ｖ）とを大小比較した結果に応じて２値化した信号レベル（Ｈレベル又はＬレベル）を有する信号（パルス）を生成してパルス／デジタル変換部４４に出力する。従って、バンドパスフィルタ４２からの信号が前記特定周波数ｆｏの正弦波で支配的な場合には、コンパレータ４３からは当該特定周波数ｆｏに相関して信号レベルの切り替わる方形波が出力される。一方、バンドパスフィルタ４２からの信号が前記特定周波数ｆｏの正弦波を含まない場合には、コンパレータ４３からは基本的にＬレベルで推移する信号が出力される。パルス／デジタル変換部４４は、コンパレータ４３からの信号をデジタル信号に変換してこれを検出信号として外部機器（マイコンなど）に出力する。すなわち、パルス／デジタル変換部４４は、例えば信号レベルに基づき、コンパレータ４３からの信号が前記方形波であると判断されるときにはＬレベルとなる検出信号を生成・出力し、Ｌレベルで推移等すると判断されるときにはＨレベルとなる検出信号を生成・出力する。
【００２３】
このような構成にあって、冷却液タンク１１内での冷却液Ｌの液面位置が所定位置Ｐよりも高く（水位正常）両電極２１，２２が導通状態にあるとき、送信機２３から一方の電極２１に出力された振幅の中心が零となる特定周波数ｆｏの正弦波は、冷却液Ｌを介して他方の電極２２に伝達される。そして、受信機２４は、他方の電極２２から入力された前記正弦波に基づいてＬレベルとなる検出信号を生成し、これを外部機器に出力する。
【００２４】
一方、冷却液タンク１１内での冷却液Ｌの液面位置が所定位置Ｐよりも低く（水位異常）両電極２１，２２の導通が切断状態にあるとき、送信機２３から一方の電極２１に出力された前記正弦波は、冷却液Ｌを介して他方の電極２２に伝達されることはない。そして、受信機２４は、他方の電極２２から入力されたＬレベルで推移等する信号に基づいてＨレベルとなる検出信号を生成し、これを外部機器に出力する。
【００２５】
以上により、レベル検出装置２０は、冷却液タンク１１内での冷却液Ｌの液面位置に応じた両電極２１，２２間での前記正弦波の伝達・非伝達の切り替わりによって、当該液面位置と前記所定位置Ｐとの位置関係を判断する。なお、外部機器は、前記検出信号がＨレベルであるとき、即ち前記液面位置が所定位置Ｐよりも低く冷却液不足に陥っているときには、例えばガスエンジン１０の駆動を強制的に停止するなどしてこれに対処する。
【００２６】
次に、前記直流電源Ｖ１等を生成する電源回路及びその周辺構造について図２に基づき説明する。
同図に示すように、前記交流商用電源ＡＣは、３本の交流電線５１ａ，５１ｂ，５１ｃを介して三相ダイオードブリッジ５２に電気的に接続されている。この三相ダイオードブリッジ５２は、６個のダイオードを有しており、交流商用電源ＡＣの交流電圧を整流する。三相ダイオードブリッジ５２は、プラス側の直流電線５３ａ及びマイナス側の直流電線５３ｂをそれぞれ介して平滑用の電解コンデンサ５４に電気的に接続されている。従って、両直流電線５３ａ，５３ｂ間には、電解コンデンサ５４での平滑化によって生成された直流電圧（つまり、三相ダイオードブリッジ５２及び電解コンデンサ５４でＡＣ／ＤＣ変換された直流電圧）が供給されている。
【００２７】
また、両直流電線５３ａ，５３ｂ間には、接続点ＣＰ，ＣＮにおいて高周波トランスＴの一次コイルＬ１及び例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＱの直列回路が電気的に接続されている。すなわち、一次コイルＬ１は、一方の端子が接続点ＣＰに電気的に接続されるとともに、他方の端子がトランジスタＱのドレインに電気的に接続されている。そして、トランジスタＱのソースは、接続点ＣＮに電気的に接続されている。トランジスタＱは、例えば自励発振部や発振器の生成するパルスがゲートに供給されることで、その信号周波数に応じたデューティ比でスイッチング（オン・オフ）動作する。なお、トランジスタＱのゲートに供給されるパルスの信号周波数は、前記特定周波数ｆｏとは異なる周波数に設定されている。
【００２８】
高周波トランスＴは、互いに電気的に独立な対の二次コイルＬ２１，Ｌ２２を有する。二次コイルＬ２１は、一方の端子がダイオードＤ１のアノードに電気的に接続されており、他方の端子がガスエンジン１０等のフレームアースＧＮＤとは電気的に独立したアースＧＮＤ１に電気的に接続されている。そして、ダイオードＤ１のカソード及びアースＧＮＤ１間には、平滑用の電解コンデンサＣ１が電気的に接続されている。電解コンデンサＣ１の両端子間には、前記接続点ＣＰ，ＣＮ間の直流電圧が前記デューティ比並びに一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２１間の相互インダクタンスに応じて降圧されることで、前記直流電源Ｖ１が生成される。この直流電源Ｖ１がレベル検出装置２０（送信機２３、受信機２４）に供給されることは既述のとおりである。
【００２９】
同様に、二次コイルＬ２２は、一方の端子がダイオードＤ２のアノードに電気的に接続されており、他方の端子が前記フレームアースＧＮＤに電気的に接続されている。そして、ダイオードＤ２のカソード及びフレームアースＧＮＤ間には、平滑用の電解コンデンサＣ２が電気的に接続されている。電解コンデンサＣ２の両端子間には、前記接続点ＣＰ，ＣＮ間の直流電圧が前記デューティ比並びに一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２２間の相互インダクタンスに応じて降圧されることで、直流電源（例えば１２Ｖ）となるイグナイタ電源Ｖ２が生成される。このイグナイタ電源Ｖ２は、ガスエンジン１０の点火装置（図示略）に供給される。イグナイタ電源Ｖ２が直流電源Ｖ１から独立していることはいうまでもない。
【００３０】
さらに、両直流電線５３ａ，５３ｂ間には、接続点ＣＰ，ＣＮにおいてインバータ装置５５が電気的に接続されている。このインバータ装置５５は、６個のスイッチング素子を有しており、３本の交流電線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを介して三相交流モータからなる発電機５７と電気的に接続されている。インバータ装置５５は、発電機５７の力行時に接続点ＣＰ，ＣＮ間の直流電源をＤＣ／ＡＣ変換して交流電源を生成し、これを発電機５７に供給する。発電機５７は、ガスエンジン１０に駆動連結されており、力行時にはガスエンジン１０のスタータモータ（セルモータ）として機能する。
【００３１】
また、発電機５７は、回生時にはガスエンジン１０に駆動されることで交流電源を生成する。インバータ装置５５は、発電機５７で生成された交流電源をＡＣ／ＤＣ変換して直流電源を生成し、これを接続点ＣＰ，ＣＮ間に供給する。インバータ装置５５の電源（スイッチング電源）が直流電源Ｖ１から独立していることはいうまでもない。また、インバータ装置５５のスイッチング周波数は、前記特定周波数ｆｏとは異なる周波数に設定されている。
【００３２】
なお、インバータ装置５５及び発電機５７は、ガスエンジン１０とともにコージェネレーションシステムを構成するもので、ガスエンジン１０で発電機５７を駆動する際にガスエンジン１０で生じた排熱を冷暖房や給湯に供するように構成されている（詳細な説明は省略）。
【００３３】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、例えば冷却液タンク１１内での冷却液Ｌの液面位置が所定位置Ｐよりも高いときには、対の電極２１，２２は導通する。従って、送信機２３から一方の電極２１に出力された振幅の中心が零となる特定周波数ｆｏの正弦波は、冷却液Ｌを介して他方の電極２２から入力されて、受信機２４のバンドパスフィルタ４２を通過する。このとき、パルス／デジタル変換部４４において、前記液面位置が所定位置Ｐよりも高いと判断されて対応する信号レベル（Ｌレベル）の検出信号が出力等される。一方、冷却液タンク１１内での冷却液Ｌの液面位置が所定位置Ｐよりも低いときには、対の電極２１，２２の導通が切断する。この場合、受信機２４のバンドパスフィルタ４２を通過する前記正弦波が皆無又は僅少になり、パルス／デジタル変換部４４において、前記液面位置が所定位置Ｐよりも低いと判断されて対応する信号レベル（Ｈレベル）の検出信号が出力等される。
【００３４】
このような液面位置の検出に際し、送信機２３及び受信機２４間でやり取りされる正弦波は、振幅の中心が零、即ち直流成分が零であることで、電極２１，２２間に電位差が発生せず、電食や電極表面への非電解質の析出による電極２１，２２の劣化を抑制することができる。また、正弦波は、長波領域に含まれる特定周波数ｆｏを有することで、エミッション性能（高調波電流、雑音端子電圧）の劣化を抑制することができる。さらに、バンドパスフィルタ４２は、基本的に特定周波数ｆｏの正弦波のみを通過させるため、例えば送信機２３及び受信機２４間で高周波ノイズ（例えばイグナイタ電源Ｖ２のノイズやインバータ装置５５のスイッチングノイズ、トランジスタＱのスイッチングノイズなど）が重畳されたとしてもこれによる誤作動を抑制することができる。
【００３５】
以上より、長寿命で耐ノイズ性に優れ、且つ、部品点数の比較的少ない低コストなレベル検出装置２０を提供することができる。
（２）本実施形態では、送信機２３及び受信機２４の電源（直流電源Ｖ１）は、イグナイタ電源Ｖ２とは独立で生成されている。このため、送信機２３及び受信機２４の電源は、イグナイタ電源Ｖ２のノイズの影響を受けにくくなり、これによる誤作動を抑制することができる。
【００３６】
（３）本実施形態では、送信機２３及び受信機２４の電源（直流電源Ｖ１）は、インバータ装置５５の電源とは独立で生成されている。このため、送信機２３及び受信機２４の電源は、該インバータ装置５５の電源のノイズ（スイッチング周波数のノイズ）の影響を受けにくくなり、これによる誤作動を抑制することができる。
【００３７】
（４）本実施形態では、送信機２３及び受信機２４の電源（直流電源Ｖ１）は、ガスエンジン１０のフレームアースＧＮＤとは独立のアースＧＮＤ１に電気的に接続されていることで、例えばガスエンジン１０の各種電気回路（例えばイグナイタ電源など）のノイズの影響を緩和することができる。
【００３８】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、レベル検出装置２０等の電源回路の構成は一例である。
・前記実施形態において、三相ダイオードブリッジ５２に代えてスイッチング式のＡＣ／ＤＣ変換器を採用してもよい。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング周波数は、前記特定周波数ｆｏとは異なる周波数に設定することが好ましい。
【００３９】
・前記実施形態において、発電機５７は、力行時にガスエンジン１０の各種補機（例えば冷却液ポンプやファンなど）を駆動するものであってもよい。
・前記実施形態において、特定周波数ｆｏは、１５０ｋＨｚ未満であればよい。
【００４０】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）請求項１〜３のいずれか一項に記載のレベル検出装置において、
前記送信機及び前記受信機の電源は、前記内燃機関のフレームアースとは独立のアースに電気的に接続されていることを特徴とするレベル検出装置。同構成によれば、前記送信機及び前記受信機の電源は、前記内燃機関のフレームアースとは独立のアースに電気的に接続されていることで、例えば前記内燃機関の各種電気回路（例えばイグナイタ電源など）のノイズの影響を緩和することができる。
【００４１】
（ロ）請求項１〜３及び上記（イ）のいずれか一項に記載のレベル検出装置において、
前記特定周波数は、１５０ｋＨｚ未満に設定されていることを特徴とするレベル検出装置。
【符号の説明】
【００４２】
Ｌ…冷却液、１０…ガスエンジン（内燃機関）、１１…冷却液タンク、２０…レベル検出装置、２１，２２…電極、２３…送信機、２４…受信機、４２…バンドパスフィルタ、４４…パルス／デジタル変換部（判断部）、５５…インバータ装置、５７…発電機。
【図１】
2011247806.tif 000003
【図２】
2011247806.tif 000004