(57)【要約】【課題】タンク内の流体の質及び／又は深さを決定するシステムを提供する。【解決手段】システムは、制御器と、１又は２以上のトランスデューサと、温度センサとを含む。固定された距離トランスデューサは、固定された表面に向かって音波を通す。深さトランスデューサは、流体の表面から反射する音波を通す。温度センサは、タンク内の流体の温度を検知し、温度の指標を制御器に提供する。制御器は、固定された距離トランスデューサと固定された表面との間を通る音波の経過時間と、深さトランスデューサと容器内に保持された流体の表面との間を通る音波の経過時間とを測定する。経過時間と流体の温度を用いて、制御器は、流体の質と深さを決定することができる。【選択図】図３
2013543977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク内の流体の質及び／又は量を決定するシステムであって、
音波を生成し当該音波の反響を検知するように構成されたトランスデューサであって、固定された物体に向けて音波が移動するようにタンクの底部付近に配置され、当該固定された物体が当該トランスデューサから既知の距離だけに離れて配置されている、トランスデューサと、
流体の温度を検知するように構成された温度センサと、
制御器であって、
前記トランスデューサを駆動して音波を生成させるための信号を生成し、
検知された反響の指標を前記トランスデューサから受信し、
流体の温度の指標を前記温度センサから受信し、
前記流体の温度、及び、前記音波が生成されるときから前記反響が検知されるときまでの期間に基いて、当該流体内に汚染が存在しているか否かを決定する、ように構成された制御器と、
を備える、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記トランスデューサは、超音波を生成する、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記トランスデューサを駆動する信号の大きさを変えることによって、受信される反響の質を改善するように音波を調節する、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記トランスデューサを駆動する信号のパルスの量を変えることによって、受信される反響の質を改善するように音波を調節する、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記トランスデューサの温度依存の共振振動数に合う振動数で当該トランスデューサを駆動する、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記トランスデューサの前記温度依存の共振振動数を決定するために、参照テーブルを使う、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、反響が所定の時間制限内に前記トランスデューサによって受信されるとき、検知された反響が有効であると判断する、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、反響の大きさが所定の範囲内であるとき、検知された反響が有効であると判断する、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、反響の存続時間が所定の時間範囲内であるとき、検知された反響が有効であると判断する、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、継続する反響間の時間を測定し平均化することによって、決定される反響時間の分解能を増やす、システム。
【請求項１１】
タンク内の流体の質及び／又は量を決定するシステムであって、
音波を生成し当該音波の反響を検知するように構成されたトランスデューサと、
流体の温度を検知するように構成された温度センサと、
制御器であって、
第１の音波を生成するトランスデューサを駆動させるための第１の信号を生成し、
前記トランスデューサから第１の検知される反響の指標を受信し、
前記温度センサから流体の温度の指標を受信し、
前記第１の検知される反響が近接場時間内に受信されたか否かを決定する、ように構成された制御器と、
を備える、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記第１の検知された反響が前記近接場時間内であったとき、第２の反響を検知するようにさらに構成されている、システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記検知された第２の反響の大きさが所定の閾値より小さいとき、前記トランスデューサを駆動させて第２の音波を生成させるために、前記第１の信号とは異なる第２の信号を生成し、
前記制御器は、第２の音波の第１の反響が近接場時間内に検知されるか否かを決定し、当該第２の音波の当該第１の反響が前記近接場時間内にあるとき、当該第２の音波の第２の反響を検知する、システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記閾値より大きい第２の反響が検知されるまで、更に異なる信号を生成する、システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、流体の温度と、前記第１の反響が検知されるときから前記第２の反響が検知されるときまでの期間とに基いて、当該流体内の混入物質の存在と、当該流体の量のうちのいずれか一方を決定する、システム。
【請求項１６】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、超音波トランスデューサの鳴る時間を監視し、当該鳴る時間の終わりに続く所定の期間内に検知される反響を無視するようにさらに構成されている、システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムにおいて、
近接場時間は、多数の前記鳴る時間に基いて計算される、システム。
【請求項１８】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記トランスデューサを駆動する信号の大きさを変えること、当該トランスデューサを駆動する信号のパルスの量を変えることの少なくとも一方によって、音波を調節して受信される反響の質を改善する、システム。
【請求項１９】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記トランスデューサの温度依存の共振振動数に適合する周波数で当該トランスデューサを駆動し、
前記制御器は、参照テーブルを使って、前記トランスデューサの前記温度依存の共振振動数を決定する、システム。
【請求項２０】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記検知された反響が、所定の時間制限内に前記トランスデューサによって受信され、所定の範囲内に収まる大きさを有し、所定の時間範囲内で継続し、或いは、これらの組み合わせを有するとき、前記制御器は、当該反響が有効であると決定する、システム。
【請求項２１】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記第１の検知された反響が前記近接場時間内であったとき、第２の反響を検知するようにさらに構成され、
前記制御器は、前記検知された第２の反響の大きさが所定の閾値より小さいとき、前記トランスデューサを駆動させて第２の音波を生成させるために、前記第１の信号とは異なる第２の信号を生成し、
前記制御器は、第２の音波の第１の反響が近接場時間内に検知されるか否かを決定し、当該第２の音波の当該第１の反響が前記近接場時間内にあるとき、当該第２の音波の第２の反響を検知し、
前記制御器は、前記閾値より大きい第２の反響が検知されるまで、更に異なる信号を生成するようにさらに構成されている、システム。
【請求項２２】
タンク内の流体の質及び／又は量を決定するシステムであって、
第１の音波を生成し、当該第１の音波の反響を検知するように構成された第１のトランスデューサと、
第２の音波を生成し、当該第２の音波の反響を検知するように構成された第２のトランスデューサであって、当該第２の音波が当該第２のトランスデューサから既知の距離だけ離間して固定された構造物から反射している、第２のトランスデューサと、
流体の温度を検知するように構成された温度センサと、
制御器であって、
前記第１のトランスデューサを駆動させて第１の音波を生成させる第１の信号を生成し、
前記第１のトランスデューサからの第１の検知された反響の指標を受信し、
前記温度センサから流体の温度の指標を受信し、
前記第１の検知される反響が近接場時間内に受信されたか否かを決定する、ように構成された制御器と、
を備える、システム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記第１の検知された反響が前記近接場時間内であったとき、第２の反響を検知するようにさらに構成され、
前記制御器は、前記検知された第２の反響の大きさが所定の閾値より小さいとき、前記トランスデューサを駆動させて第２の音波を生成させるために、前記第１の信号とは異なる第２の信号を生成し、
前記制御器は、前記第２の音波の第１の反響が近接場時間内に検知されるか否かを決定し、当該第２の音波の当該第１の反響が前記近接場時間内にあるとき、当該第２の音波の第２の反響を検知し、
前記制御器は、前記閾値より大きい第２の反響が検知されるまで、更に異なる信号を生成するようにさらに構成されている、システム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記第２の音波が生成されるときから反響が検知されるときまでの期間に基いて、前記流体内の混入物質の存在を決定し、
前記第１の音波が生成されるときから前記第１の反響が検知されるときまでの期間と、当該第１の反響が検知されるときから前記第２の反響が検知されるときまでの期間のいずれか一方に基いて、前記タンク内の流体の量を決定する、システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、流体内の温度を使用して、当該流体内の混入物質の存在と、前記タンク内の当該流体の量を決定する、システム。
【請求項２６】
請求項２２に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記第１のトランスデューサを駆動する信号の大きさを変えること、当該第１のトランスデューサを駆動する信号のパルスの量を変えることの少なくとも一方によって、第１の音波を調節して受信される反響の質を改善し、
前記制御器は、前記第２のトランスデューサを駆動する信号の大きさを変えること、当該第２のトランスデューサを駆動する信号のパルスの量を変えることの少なくとも一方によって、第２の音波を調節して受信される反響の質を改善する、システム。
【請求項２７】
請求項２２に記載のシステムにおいて、
前記制御器は、前記第１及び第２のトランスデューサの温度依存の共振振動数に適合する周波数で当該第１及び第２のトランスデューサを駆動し、
前記制御器は、参照テーブルを使って、前記第１及び第２のトランスデューサの前記温度依存の共振振動数を決定する、システム。
【請求項２８】
請求項２２に記載のシステムにおいて、
前記第１の音波の前記検知された反響が、所定の時間制限内に前記第１のトランスデューサによって受信され、所定の範囲内に収まる大きさを有し、所定の時間範囲内で継続し、或いは、これらの組み合わせを有するとき、前記制御器は、当該反響が有効であると決定し、
前記第２の音波の前記検知された反響が、所定の時間制限内に前記第２のトランスデューサによって受信され、所定の範囲内に収まる大きさを有し、所定の時間範囲内で継続し、或いは、これらの組み合わせを有するとき、前記制御器は、当該反響が有効であると決定する、システム。
【請求項２９】
請求項２２に記載のシステムにおいて、
前記第２の音波が生成されるときから前記反響が検知されるときまでの期間に基いて、及び、前記第１の音波が生成されるときから前記第１の反響が検知されるときまでの期間と、当該第１の反響が検知されるときから前記第２の反響が検知されるときまでの期間のうちの一方に基いて、前記制御器は、前記タンク内の流体の量を決定する、システム。
【請求項３０】
タンク内の流体の質及び／又は量を決定するシステムであって、
第１の音波を生成し、当該第１の音波の反響を検知するように構成された第１のトランスデューサと、
第２の音波を生成し、当該第２の音波の反響を検知するように構成された第２のトランスデューサであって、当該第２の音波が当該第２のトランスデューサから既知の距離だけ離間して固定された構造物から反射している、第２のトランスデューサと、
流体の温度を検知するように構成された温度センサと、
前記第１のトランスデューサと、前記第２のトランスデューサと、前記温度センサと、に連結され、内蔵された診断機能を有する制御器であって、
流体内を通る不正確な計算された音速に基いてエラー条件を検知し、
前記検知されたエラー条件を示す信号を生成する、ように構成された、制御器と、
を有する、システム。
【請求項３１】
請求項３０に記載のシステムにおいて、
流体を通る前記計算された音速が誤って低く、
前記制御器は、流体の決定された希釈と、希釈に基づいたエラー状態と、流体の液位内の決定された降下とに基いて、前記エラー条件を検知する、システム。
【請求項３２】
請求項３０に記載のシステムにおいて、
流体を通る前記計算された音速が誤って高く、
前記制御器は、最大限を超える流体の決定された液位に基いて、前記エラー状態を検知する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、２０１０年１１月１１日に出願された先願で係属中の米国特許仮出願番号第６１／４１２，６６７号の利益を主張し、参照することですべての内容は本願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]本発明は、水をベースとするタンク内の流体の質や濃度、及び／又は、流体の深さを決定するシステムと方法に関連する。特に、本発明は、タンク内に含まれる尿素水（ディーゼル排気物流体（diesel exhaust fluid））（ＤＥＦ）の質と濃度、及び／又は、タンク内のＤＥＦの深さを決定するシステムと方法に関連する。
【０００３】
[0003]ＤＥＦは、ディーゼルエンジンの排気物中の窒素酸化ガス（ＮＯx）を減らすことに使われている。ＤＥＦは、精製水と、排気物中に霧状に注入される、自動車グレードで３２．５％の尿素（ＵＲＥＡ）との混合物である。霧が排気物と混ざり、排気物中のＮＯxを窒素と水と二酸化炭素とに分解する。ディーゼル燃料や水やエチレングリコール等の混入物質がＤＥＦと混ざると、排気物中のＮＯxを減らすＤＥＦの能力は減少し、及び／又は、回復不可能なダメージがＮＯx還元システムに起こることもある。
【０００４】
[0004]ＤＥＦは、車両のタンクに蓄えられ、燃焼しているディーゼル燃料に対して約１対５０の割合で排気物に注入される。タンク内のＤＥＦの液位は、更なるＤＥＦを追加する必要があるとき、使用者に指標を提供するように決定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]本発明は、沈められた圧電超音波トランスデューサを用いて、タンク内のＤＥＦの液位を検知し（例えばＤＥＦの残りの量の指標を使用者に提供する）、そして、ＤＥＦが含まれているかどうかを決定する（混入物質の種類と量の決定を含む）。ＤＥＦ溶液内のＵＲＥＡの濃度もまた測定される。指標は、必要であれば使用者が是正措置を行うことができるよう、ＤＥＦ流体の質のＤＥＦ制御システムに供給される。
【０００６】
[0006]ある実施形態では、本発明は、タンクと制御器とトランスデューサと温度センサとを含むシステムを提供する。温度センサは、タンク内の流体の温度を検知する。制御器は、検知された温度を用いて、流体内を通る超音波信号のための温度依存の音速を導く。制御器は、トランスデューサに対して第１コマンド信号を生成する。それに応じて、トランスデューサは、固定された表面に向かって超音波を生成し、固定された表面で反射した超音波の反響を受信する。制御器は、トランスデューサによる超音波の通過とトランスデューサによる反響の繰り返しとの間の経過時間を決定する。制御器はまた、経過時間と流体内の検知された温度とに基づいて、タンク内の流体中の混入物質の濃度と存否とを決定する。
【０００７】
[0007]制御器はまた、透過する超音波の大きさを調整することによって、受信する超音波の反響の質を高める。制御器は、トランスデューサに適応されたコマンド信号の電圧パルスの大きさ及び／又は数を変えることによって、超音波を調整する。好ましくは、トランスデューサは、共振周波数で駆動され、共振周波数では、一連の電圧パルスの振動数は、トランスデューサの温度依存の振動数特性に合致している。制御器は、コマンド信号を生成するために、温度に基く情報を含む参照テーブルを利用する。
【０００８】
[0008]制御器は、超音波の反響が有効かどうかも決定する。反響が所定の時間窓内に受信されるとき、超音波の反響は有効であると決定される。反響を示す信号の大きさが所定の範囲内にあるとき、反響は有効であると更に決定される。反響を示す信号の存続時間が所定の範囲内のとき、反響は有効であると更に決定される。制御器は、予測される経過時間窓、予測される反響の大きさの範囲、予測される反響の継続時間範囲のうちの少なくとも１つを生成する。
【０００９】
[0009]制御器は、与えられた超音波の通過の多数の反響反射を記録して、記録される時間測定の分解能を増やす。加えて、温度センサからの情報は、制御器に連結された通信モジュールを通して、他の装置や他の場所に分配される。
【００１０】
[0010]その他の実施形態では、本発明は、タンクと制御器とトランスデューサと温度センサとを含むシステムを提供する。温度センサは、タンク内の流体の温度を検知して、制御器に温度の指標を提供する。制御器は、検知された温度を用いて、流体を通っている超音波信号のために温度依存の音速を導く。制御器は、トランスデューサのために第１コマンド信号を生成し、トランスデューサから第１反響信号を検知し、トランスデューサが近接場時間内で第１反響信号を受信したかどうかを決定する。第１反響信号が近接場時間内で検知されたのであれば、制御器は、所定範囲内の大きさを有する第２反響信号を検知する。第２反響信号が所定の時間内で検知されなければ、制御器は、第１反響信号を無視して、第１コマンド信号とは異なる第２コマンド信号を生成する。制御器は、第２反響信号が検知されるまで、第２コマンド信号を調節する。制御器は、第１反響信号か第１反響信号と第２反響信号との差分のどちらかを、標的に対する距離を表わす値、又は、タンク内の流体の量を体積的に表しているものに変換する。制御器が本当の反響信号と２次的な反響反射とを確実に区別するために、制御器は、トランスデューサの出力がトリガコマンドに連続して続くことを監視することによって、トランスデューサの鳴る時間を測定するようにプログラムされる。制御器は、出力信号が所定の期間よりも高いとき、鳴る時間が完全であると見なす。制御器は、鳴る時間と他の測定される変数に影響し得る温度の変化を補完するようにプログラムされて、それぞれの測定の前にトランスデューサの鳴る時間を決定する。制御器は、近接場時間を、鳴る時間の約２と３分の１倍に設定する。
【００１１】
[0011]制御器はまた、透過する超音波の大きさを調節する多数の駆動パルスを有するコマンド信号を生成して、受信する超音波の反響の質を最適化する。好ましくは、トランスデューサは、一連のパルスと共振して駆動されて、パルス波の振動数がトランスデューサの温度依存の振動数特性に合致させる。制御器は、温度基準のデータを有する参照テーブルを利用して、コマンド信号を生成する。
【００１２】
[0012]制御器はまた、超音波が有効であるかどうかを決定する。反響が所定の時間窓内に受信されるとき、反響を示す信号の大きさが所定の範囲内であるとき、反響を示す信号の存続時間が所定の範囲内であるとき、超音波反響は有効であると決定される。制御器は、予測される経過時間窓、予測される反響の大きさの範囲、予測される反響の継続時間範囲の少なくとも１つを生成する。
【００１３】
[0013]制御器はまた、タンクに取り込まれた混入物質の信頼性を決定する（例えばタンクを満たしている間）。制御装置は、第１反響信号の経過時間と、第１反響信号と第２反響信号との間の差分の経過時間のうちの一方を、標的に対する距離を示す値、あるいは、タンク内の流体の量を体積的に表しているものに変換する。制御器は、計算された距離あるいはタンク内の流体の量の体積がタンクの容量を超えるとき、誤った出力を生成する。
【００１４】
[0014]ある実施形態では、本発明は、タンクと制御装置と２つのトランスデューサと温度センサとを含むシステムを提供する。温度センサは、タンク内の流体の温度を検知し、制御器は、検知された温度を使って、タンク内の流体を通って超音波信号のために、温度依存の音速を導く。制御器は、第１のトランスデューサのための第１コマンド信号を生成し、タンク内に沈んでいる固定された標的に向かって第１のトランスデューサに超音波を生成させる。その波が、固定された標的で反射してトランスデューサに戻るとき、制御器は、一連の超音波の反響を受信する。音波は何回も標的とトランスデューサとの間を往復しながら跳ね返る。制御器はまた、反射した反響の少なくともひとつの受信に必要とされる継続時間と検知された流体の温度とを使って、流体を通る超音波の音速を計算する。計算された音速と検知された温度とに基づいて、制御器は、流体の濃度とタンク内の流体中の混入物質の存否を決定する。
【００１５】
[0015]制御器は、第２のトランスデューサのための第２コマンド信号を生成し、第２のトランスデューサが近接場時間内で反響信号を受信するかどうかを決定する。反響信号が近接場時間内に受信されれば、制御器は、第２のトランスデューサからの所定の強さの第２反響信号を検知する。第２反響信号が所定の時間内に検知されなければ、制御器は、第１反響信号を無視し、第１コマンド信号とは異なる第２コマンド信号を生成する。制御器は、第２反響信号が検知されるまで、第２コマンド信号を調節する。制御器は、第１反響信号を受信するのに必要な時間と、第１反響信号と第２反響信号との間の時間差のいずれかを使って、標的に対する距離を示す値、あるいは、タンク内の流体の量を体積的に表しているものを計算する。制御器が本当の反響信号と２次的な反響反射とを確実に区別するために、制御器は、トランスデューサの出力がトリガコマンドに連続して続くことを監視することによって、トランスデューサの鳴る時間を測定するようにプログラムされる。一度トランスデューサで検知した信号が所定の時間より高いなら、制御器は、鳴る時間が完全であると見なす。温度センサは、制御器に連結され、制御器は、鳴る時間や他の測定された変数に影響し得る温度変化を補完するようにプログラムされる。制御器に連結されている通信モジュールは、温度センサからの情報を他の装置や他の場所に分配する。制御器は、それぞれの測定や、測定された鳴る時間の約２倍に設定された近接場時間を設定する前に、トランスデューサの鳴る時間を決定する。
【００１６】
[0016]コマンド信号は、第１と第２のトランスデューサの透過する超音波の大きさを調節する多数の駆動パルスを含む。制御器は、コマンド信号を調節して、それぞれのトランスデューサからの受信された超音波の反響の質を最適化する。好ましくは、トランスデューサは、共振周波数で駆動され、一連のパルスの振動数は、トランスデューサの温度依存の振動数特性に合致している。制御器は、コマンド信号の特性を決定する温度基準のデータを有する参照テーブルを利用する。
【００１７】
[0017]制御器はまた、第１と第２のトランスデューサから受信される超音波の反響が有効であるかどうかを決定する。超音波の反響は、反響が所定の時間窓内で受信されるとき、有効であると決定される。反響はさらに、受信される反響反射の数が所定の範囲内のとき、有効であると決定される。制御器は、予測される継続時間窓、意図された標的から受信される反響反射の予測される数のうち少なくとも１つを生成する。
【００１８】
[0018]制御器はまた、計算される流体の液位がタンク内のＤＥＦ流体のための最大許容量を超すのであれば、タンク内に取り込まれた混入物質の信頼性を決定し、間違った出力を生成する。
【００１９】
[0019]本システムは、温度センサが故障した場合、正確な液位測定を生成することが可能である。制御器は、第１のトランスデューサから固定された反射物へ行って戻る音波の第１継続時間を決定する。制御器はまた、また第２のトランスデューサからタンク内の流体の表面に行って戻る音波の第２継続時間も決定する。トランスデューサは、第１継続時間（質）に対する第２継続時間（液位）の比に基いて、タンク内の流体の深さを計算する。
【００２０】
[0020]他の実施形態では、本発明は、タンク内の流体の質及び／又は量を決定するシステムを提供する。本システムは、第１のトランスデューサと第２のトランスデューサと温度センサと制御器とを含む。第１のトランスデューサは、第１の音波を生成し、第１の音波の反響を検知するように構成される。第２のトランスデューサは、第２の音波を生成し、第２の音波の反響であって、第２のトランスデューサから既知の距離にある固定された物体で反響する第２の音波を検知するように構成される。温度センサは、流体の温度を検知するように構成される。制御器は、第１のトランスデューサと第２のトランスデューサと温度センサとに連結され、流体を通る不正確に計算された音速に基いたエラー状態を検知し、検知されたエラー状態を示す信号を生成するように構成された内蔵された診断機能を有する。
【００２１】
[0021]本発明の他の特徴は、詳細な説明と添付図とを参照することで、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＤＥＦタンク内の流体の質を検知するシステムの図である[0022]。
【図２】ＤＥＦタンク内の流体の液位を検知するシステムの図である[0023]。
【図３】タンク内のＤＥＦの質と深さを検知するシステムの図である[0024]。
【図４】図１と図２のシステムのブロック図である[0025]。
【図５】図３のシステムのブロック図である[0026]。
【図６】様々なＤＥＦ濃度における音速対温度の図である[0027]。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[0028]本発明の任意の実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、ＤＥＦ即ち流体ベースの尿素への適用に限られないことは理解されるべきであり、また、本発明は、以下の記述で説明され、或いは、以下の図面で示される構造の詳細と構成要素の配置に対する適用に限られないことは理解される。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実践され実現されることが可能である。
【００２４】
[0029]タンク内のＤＥＦの液位は、抵抗型のフロートトランスデューサや（空気結合型の）超音波トランスデューサ等を含む従来の方法によって監視されることがある。超音波トランスデューサは、表面で反射する音波を放出する。トランスデューサは、表面からの音波の反響を受信する受信器として働く。表面に向かい表面から戻ってくる音波の移動時間（the time of flight）に基づき、制御器は、音速を使って、表面までの距離を決定する。（気温により多少変化はあるが）音速は空気中では一定であるため、空気結合型のトランスデューサ内で必要な計算を実行することは簡単である。
【００２５】
[0030]代わりに、流体結合型の超音波トランスデューサは、タンク内のＤＥＦの質及び／又は液位を監視するのに使われることがある。流体結合型のトランスデューサでは、トランスデューサは、流体内に浸され、タンクの底部に置かれる。ＤＥＦの質を決定するために、超音波は、流体内に浸された固定された標的に向けられ、当該標的で反射される。トランスデューサで生成される音波は、トランスデューサから既知の距離だけ離れて配置された固定された標的（即ち、反射器）で反響し、トランスデューサによって検知される。ＤＥＦの液位を決定するために、トランスデューサからの超音波は、流体の表面に向けられる。トランスデューサで生成される音波は、流体の表面で反響し、トランスデューサによって検知される。これは、仮出願した空気結合型のトランスデューサに類似し、音速は、流体の種類は大いに依存するが、流体の温度にはあまり関わらずに変化する。
【００２６】
[0031]図１は、タンク１１０の中にあるＤＥＦ１０５の質を決定するための質検知システム１００を示している。質検知システム１００は、圧電超音波トランスデューサ１１５や温度センサ１２５（例えばサーミスタ）を有するプリント回路基板１２０やその他の構成要素（不図示）を含んでいる。トランスデューサ１１５とプリント回路基板１２０とは、タンク１１０の底部に置かれている。温度センサ１２５は、温度センサ１２５がタンク１１０の中のＤＥＦ１０５の温度を検出するように置かれる。トランスデューサ１１５は、送信器と受信器の両方として働く。トランスデューサ１１５で生成される超音波１３０は、流体１０５を通って伝播し、反射物１３５で反射して、トランスデューサ１１５に向けて戻る。反射した超音波１３０は、トランスデューサ１１５によって検知され、トランスデューサ１１５で反射して反射物１３５に向けて戻る。超音波１３０は、反射物１３５とトランスデューサ１１５との間を何度も行ったり来たりする。質検知システム１００は、タンク１１０と一体化されることがあり、また、タンク１１０内に取り付けられた別個の組立体となることもある。
【００２７】
[0032]図２は、タンク１１０内のＤＥＦ１０５の表面２０５の液位を検知することで、タンク１１０内のＤＥＦ１０５の量を決定する液位検知システム２００を示している。液位検知システム２００は、圧電超音波トランスデューサ２１０がタンク１１０の底部に置かれ、トランスデューサ２１０で生成される超音波２１５が固定された反射物に代わってＤＥＦ１０５の表面２０５で反射することを除き、質検知システム１００と同じ構成要素を含んでいる。
【００２８】
[0033]図３は、タンク１１０内のＤＥＦ１０５の質と量の両方を検知する結合検知システム３００を示している。結合検知システム３００は、２つの圧電超音波トランスデューサ１１５と２１０とを含んでいる。質トランスデューサ１１５は、超音波１３０が反射物１３５から反射するように置かれ、量（あるいは液位）トランスデューサ２１０は、超音波２１５がＤＥＦ１０５の表面２０５のところで反射するよう置かれている。
【００２９】
[0034]図４は、質検知システム１００及び量検知システム２００のブロック図を示している。トランスデューサ１１５／２１０及び温度センサ１２５に加えて、システム１００／２００は、制御器４００と、信号調整回路４０５と、ドライバ４１０と、動力調整回路４１５と、出力ドライバ４２０とを含んでいる。制御器４００は、プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、ＤＳＰなど）と、メモリ（例えばフラッシュ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭなど）とを含み、それらが、制御器４００の内部にあったり、制御器４００の外部にあったり、またはその組み合わせとなることがある。信号調整回路４０５やドライバ４１０や温度センサ１２５や出力ドライバ４２０の１つかそれ以上が、制御器４００の中に含まれることもあろう。トランスデューサ１１５／２１０は、圧電送信器と圧電受信器の２つの状態で作動する。トランスデューサ１１５／２１０がトランスデューサ１１５／２１０の圧電性結晶の共振周波数の電圧によって刺激を受けるとき、トランスデューサ１１５／２１０は、超音波１３０／２１５を放出する。トランスデューサ１１５／２１０がトランスデューサ１１５／２１０の共振周波数の超音波１３０／２１５（例えば反響）によって刺激を受けるとき、トランスデューサ１１５／２１０は、音波を示す出力信号を生成する。信号調整回路４０５は、受信した超音波１３０／２１５によって刺激を受けることに応じて、圧電トランスデューサ１１５／２１０から受信した低水準の信号を増幅しフィルタリングするように機能する。
【００３０】
[0035]図５は、結合検知システム３００のブロック図を示している。システム３００は、質トランスデューサ１１５と、液位トランスデューサ２１０と、温度センサ１２５とを含んでいる。システム３００はまた、制御器４００と、第１信号調整回路４０５と、第２信号調整回路４０５’と、第１ドライバ４１０と、第２ドライバ４１０’と、動力調整回路４１５と、出力ドライバ４２０とを含んでいる。制御器４００は、プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、ＤＳＰなど）と、メモリ（例えばフラッシュ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭなど）とを含み、それらが、制御器４００の内部にあったり、制御器４００の外部にあったり、またはその組み合わせとなることがある。信号調整回路４０５，４０５’やドライバ４１０，４１０’や温度センサ１２５や出力ドライバ４２０の１つかそれ以上が、制御器４００の中に含まれることもあろう。トランスデューサ１１５と２１０は、圧電送信器と圧電受信器の２つの状態で作動する。トランスデューサ１１５と２１０がトランスデューサ１１５と２１０の圧電性結晶の共振周波数の電圧によって刺激を受けるとき、トランスデューサ１１５と２１０は、超音波１３０と２１５をそれぞれ放出する。トランスデューサ１１５と２１０は、トランスデューサ１１５と２１０の共振周波数の超音波１３０と２１５（例えば反響）によってそれぞれが刺激を受けるとき、トランスデューサ１１５と２１０は、受信した音波を示す出力信号を生成する。第１信号調整回路４０５は、超音波１３０からの受信した反響によって刺激を受けることに応じて、質圧電トランスデューサ１１５から受信した低水準の信号を増幅しフィルタリングするように機能する。第２信号調整回路４０５’は、超音波２１５からの受信した反響によって刺激を受けることに応じて、液位圧電トランスデューサ２１０から受け取った低水準の信号を増幅しフィルタリングするように機能する。
【００３１】
[0036]操作中、制御器４００は、低水準の一連の駆動パルスと駆動パルス振幅コマンド信号とをドライバ４１０に送る。駆動パルスは、トランスデューサ１１５／２１０の共振振動数にしてある。ドライバ４１０は、低水準の信号を増幅し、トランスデューサ１１５／２１０に一連の高電圧のパルスを適用し、トランスデューサ１１５／２１０に適用された共振駆動パルスの数に比例する大きさで、トランスデューサ１１５／２１０が超音波１３０／２１５を放出するように仕向ける。超音波１３０／２１５は、流体中を伝播し、反射物１３５あるいは表面２０５のところで反射し、トランスデューサ１１５／２１０に向かって戻る。戻ってきた超音波の反響は、トランスデューサ１１５／２１０に共振を引き起こさせ、信号調整回路４０５によって増幅されフィルタリングされ整形されて、制御器４００によって検知される低電圧の信号を生成する。超音波１３０／２１５がＤＥＦ１０５を通ってトランスデューサ１１５／２１０から反射物１３５／表面２０５へと伝播するのに必要な時間は、第１反響反射として、制御器４００のメモリ内に蓄えられる。十分な大きさを与えられると、超音波１３０／２１５は、トランスデューサ１１５／２１０と反射物１３５／表面２０５との間を往復して伝播し、一連の反響反射を作り出す。一般に、４回あるいは５回の反射が、所定の伝送に対して受信される。反射は計測され、処理のために制御器４００内のメモリに蓄えられる。
【００３２】
[0037]システムにより使われる反響反射の数は、ＤＥＦ濃度水準の間の区別に求められる分解能に依存している。例えば、仮に単一の反響反射がトランスデューサ１１５／２１０から流体を通って伝播し反射物１３５又は表面２０５のところで反射し戻ってくるのに第１の時間を必要とするならば、２番目の反響反射は、伝播するのに第１の時間の２倍を必要とし、３番目の反響反射は、第１の時間の３倍を必要とするなどである。これによれば、２つの反射は、１つの反射の分解能の２倍を提供し、３つの反射は、その分解能の３倍を提供する、などである。典型的な応用では、４回から５回の反射が、求められる分解能とＤＥＦタンクに首尾よく組み込まれることが可能なセンサシステムの実用的な大きさとの間の良好な均衡を提供する。
【００３３】
[0038]ドライバ４１０により電流を流されるとき、トランスデューサ２１０は、駆動電圧が取り除かれた後、一定の時間、反響を続けるか、鳴り続ける。この間、トランスデューサ２１０は、流体１０５の表面２０５のところで反射される反響を検知する受信器として使うことができず、容量検知システム２００により分解されることが可能な最小限の流体の液位を制限する。慎重にデザインすることで、鳴る時間を短くすることはできるが、完全に排除することはできない。タンクが空っぽか或いは殆ど空っぽのとき、タンク内の流体の液位を計測するに代わりとなる取り組みは、流体１０５の表面２０５とトランスデューサ２１０との間における超音波２１５の多数の反射を生成するのに十分な大きさで、液位検知トランスデューサ２１０を動かすことであり、超音波２１５は、トランスデューサ２１０が鳴り止んだ後も、往復して反射を続ける。次に、音波２１５がトランスデューサと流体１０５の表面２０５との間を往復する時間は、例えば２つの継続する反響反射の間の時間差を使うなど、差分法を使って計算することができる。
【００３４】
[0039]制御器４００は、所望の数の反響反射を達成するように、超音波１３５／２１５の大きさを制御し調節するコマンド信号を生成する。制御器４００は、温度依存型トランスデューサに適用される共振電圧パルスの数及び／又は大きさを増減することで、この機能を行う。トランスデューサに適用される共振パルスの数は、他のパルス数も適用されるが、典型的には、低いもので１パルスから高いもので１６パルスかそれ以上まで、範囲は及ぶ。スイッチ式のコンデンサ・チャージポンプは、制御器４００の管理下でドライバ４１０に適用されるトランスデューサ駆動電圧の大きさを増減するのに好んで使われる。駆動電圧は、典型的に、低いもので２ボルトから高いもので３０ボルトにまで変わる。駆動パルスの数と大きさは、受信される反響反射の数に基いて選択される。反響反射の数が予め設定された量（はっきり見分けられる相対距離に基いて計算される）以下に収まれば、制御器４００は、駆動電圧の大きさ及び／又は数を増やす。逆に、反響反射の数が所定の量より大きいのであれば、制御器４００は、トランスデューサ１１５／２１０（望まれない歪みや騒音を減らす）に適用される駆動パルスの大きさ及び／又は数を減らす。このように、閉ループのゲイン制御は、超音波１３５／２１５の反響反射の伝送と検知のために作られる。
【００３５】
[0040]制御器４００は、近接場操作モードを画定し、特定される第１の反響反射が、トランスデューサ２１０の平均的な鳴る時間の２倍と同じかそれより少し長い時間の間に起こるときに、この近接場操作モードは起こる。制御器４００は、非近接場操作モードを画定し、第１の反響反射が、近接場操作モードによって画定された期間から外れて起こるとき、言い換えると、第１の反響反射が、トランスデューサ２１０の平均的な鳴る時間の２倍以上の時間間隔で受けられるのであれば、この非近接場操作モードは起こる。近接場モードでは、制御器４００は、トランスデューサ２１０への動力を調節して、鳴る期間の結論に続いて少なくとも２つの確認された（validated）反響反射が受信されることを確実にしている。非近接場モードでは、制御器４００は、トランスデューサ２１０への動力を調節して、鳴る期間の結論に続いて少なくとも１つの有効な反響反射が受信されることを確実にしている。
【００３６】
[0041]例えばトランスデューサ１１５／２１０のような圧電性結晶の共振振動数は、温度で変化する。超音波１３０／２１５の大きさを調節し制御する能力は、共振振動数でトランスデューサ１１５／２１０を駆動させることに依存している。制御器４００は、温度センサ１２５により検知される温度に基いて、トランスデューサ１１５／２１０に適用されるパルスの振動数を変えることでこの機能を実行する。トランスデューサ１１５／２１０の圧電共振振動数と温度との間の関係は、圧電材料の選ばれたタイプ、大きさ、形状、機械的デザインに特有である。温度依存の関係は、経験的にデザインのために測定され、それから、制御器４００内の参照テーブル（look-up table）の形で明記される。測定された温度のために参照テーブル内で特定された振動数を使って、制御器４００は、トランスデューサ１１５／２１０の駆動振動数を選択して制御する。
【００３７】
[0042]超音波１３０／２１５は、タンク１１０を通って伝播し、タンク１１０の壁の反射と流体内の沈められた他の要素の反射を作り出す。これらの反射は、反射物１３５及び／又は表面２０５のところからの反響反射を妨害することができる。これは、偽の反響反射を作り出すことができ、一連の記録された反響反射に加わり、或いは、一連の反響反射内の所望の反響反射を取り消す。加えて、流体の動き、温度勾配、気泡や他の混入物質は、超音波を妨害し、やがて変化を作り、或いは、受け取られた一連の反響内に雑音を生成する。受け取られた反響が化けていないことを確実にするために、制御器４００は、窓フィルタを適用することで、返ってくる一連の反響を確認する。窓フィルタは、返ってくる反響のそれぞれの時間を、測定のたびに起こりうる変化に対する所定の許容範囲とともに、既知の標準時間に対してチェックする。方法の原理は、測定がされた速度と比べて、流体の特性が比較的遅く変わるという事実に基いている。例えば、タンク１１０がいっぱいであるときを除き、ＤＥＦシステムの操作中に、タンク１１０内の流体１０５の液位は非常にゆっくりと（例えば、数分以上かけて）変化する。現実的な実行では、測定は毎秒２０回なされるのに対し、タンクを満たしたり混入物質を入れたりするのに続けて、流体の特性を変えるのに数１０秒かかる。それ故に、予想される、あるいは許可される時間窓のためのパラメータは、設計され、返ってくるそれぞれの反響反射に適用され得る。画定された時間窓内に収まれば、返ってくる反響時間は有効であると見なされる。逆に、画定された時間窓から外れれば、返ってくる反響時間は無効であると見なされる。有効な反響はタンク１１０内に存在するＤＥＦ１０５の濃度を計算するために使われる一方で、無効の反響時間は制御器４００によって捨てられる。
【００３８】
[0043]図６は、自動車グレードのＵＲＥＡと精製水との複数の混合物（即ち、ＤＥＦ）における音速対温度のグラフを示している。水の量対ＵＲＥＡに基いて、そして、混合物の濃度に基いて、流体中の音速は、毎秒約１４００メートル（ｍ／秒）から約１６８０（ｍ／秒）まで変わり、質検知システム１００（そして結合検知システム３００）内では、トランスデューサ１１５と反射物１３５との間の物理的距離は、固定される。それ故に、所定の温度では流体中の音速は、関係式によって表される。
【００３９】
[0100]  音速（Ｔ）＝ Ｄ×Ｎ×２／Ｔ
ここで、Ｄは、トランスデューサと反射物との間の距離であり、
Ｔは、多数の反響反射の時間計測であり、
Ｎは、反射の数である。
【００４０】
[0044]この式に基いて、制御器４００は、ＤＥＦ流体を通過する超音波の温度依存の音速を計算し、それから、計算された音速と測定された温度とを図６で示されているような参照テーブルに適用することによって、ＵＲＥＡ溶液の濃度を決定する。見られるように、多数の反射を使用することは、使われる反射の数と同等の要素によって測定の分解能を改善する。かわりに、図６からのデータとセンサシステム１００の既知の物理パラメータを使って参照テーブルを作ることができ、所定数の反射に対して、測定された温度と確認された反響反射の時間とに基いて、制御器４００が、テーブルから流体濃度を直接に補完することを可能にする。参照テーブルを使うことで、制御器４００が必要とするメモリを減らし、制御器４００の処理速度を改善する。
【００４１】
[0045]流体１０５の濃度をデジタル式あるいはアナログ式で表示するものは、制御器４００から出力ドライバ４２０に伝達され、車両のＤＥＦシステムの機能を管理し制御するための外部の制御装置に測定結果を伝達する。出力ドライバ４２０は、、車両のデータバスに直接伝達するためのＪ１９３９やＣＡＮバスのようなデジタルドライバの形態をしていたり、或いは、出力ドライバ４２０は、特定用途の必要性に依存して、他の好適なアナログ式又はデジタル式の信号を生成する。
【００４２】
[0046]混入物質が、タンク内に取り込まれるのは可能である（例えばタンクを満たしているときが該当する）。表１は、ＤＥＦシステムを満たしているとき、特定の３２．５％のＵＲＥＡ溶液よりもむしろ取り込まれ得る数多くの潜在的な混入物質のおおよその音速を示す。表１からも判るように、一般の車両用の液体の音速は、ＤＥＦ溶液とかなり異なる。混入物質をタンク１１０内に取り込むことで、液体１０５の中の音速を変える。そして、このことのために、希ＵＲＥＡのような小さな逸脱のためのＵＲＥＡの濃度の変化として首尾よく検出でき、或いは、ディーゼル燃料の場合にありがちな大きい逸脱のための範囲外の測定として首尾よく検出できる。
【表１】
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【００４３】
[0047]ＤＥＦ溶液１０５に取り込まれた混入物質は、ＤＥＦシステムの能力に影響を与えて、ディーゼル排気物のＮＯxを窒素や水や二酸化炭素に変える。それ故に、ＤＥＦ内に混入物質があるかどうか、そして混入物質が何なのかを決定することが求められている。所定の温度で測定された音速が、ＵＲＥＡ濃度参照テーブル内で画定されている音速を超えているときや下回っているときはいつでも、制御器４００は、出力ドライバ４２０で診断出力信号や範囲外出力信号を生成するように構成されることが可能である。かわりに、制御器４００は、ディーゼル燃料のような特定の混入物質を選択的に特定し、それから、デジタル式のメッセージの形でその情報を出力するように使用されることが可能であり、或いは、将来の質問のための診断イベントとしてその事象を蓄えるのに使用されることが可能である。どちらの場合でも、範囲外の出力は、ＤＥＦシステムが動作を実行してＤＥＦシステムを停止させることを可能とし、或いは、ある場合では、その範囲外の出力は、車両を使用不能にして、ＤＥＦシステムの構成要素に回復不可能なダメージが加えられるのを防ぐ。ＤＥＦシステムはまた、ＵＲＥＡの質のためにディーゼル排気物内のＮＯxが充分に分解できないかどうかを、使用者に通知することもできる（例えば乗り物の計器盤の表示灯を明るくする）。発明の詳細な説明と特許請求の範囲で使われているように、「混入物質」と「混入物」は、混入物質をＵＲＥＡ内へ取り込むこと、そして、ＵＲＥＡを希釈すること（例えば水の取り込み）を表す。
【００４４】
[0048]液位検知システム２００（そして結合検知システム３００）では、トランスデューサ２１０と流体１０５の表面２０５との間の物理的距離は、液体の知られている音速と、トランスデューサ２１０とタンク１１０の底部との間に存在するあらゆる機械的なオフセットとに基いて、以下の関係式によって表されるように、計算され得る。
【００４５】
[0101]  液位＝オフセット＋音速（ｔ）×Ｔ／２
ここで、オフセットは、タンク１１０の底部とトランスデューサ２１０との間の機械的なオフセットであり、
音速（ｔ）は、流体の温度依存の音速であり、
Ｔは、確認された反響反射の時間測定である。
【００４６】
[0049]ＤＥＦタンク内の水の量対ＵＲＥＡと、混合物の温度とに基いて、流体を通る音速は、室温でおおよそ毎秒１５３０メートル（ｍ／秒）から約１６８０ｍ／秒に変化することがある（図５と表１を参照せよ）。通常の操作では、ＤＥＦシステムは、３２．５％のＵＲＥＡ濃度で働き、室温で音速１６３０ｍ／秒に終わる。
【００４７】
[0050]制御器４００は、知られている機械的なオフセットと、反響反射Ｔの測定された時間と、ＤＥＦ流体１０５を通る超音波２１５の温度依存の音速とに基いて、流体の液位を計算する。参照テーブルは、好適には、測定された温度に基いた温度依存の音速を計算するのに使われる。代わりに、検知システム２００の知られている物理的パラメータと流体１０５の温度依存の音速データとを使って、参照テーブルを作ることができ、その結果、測定された温度と確認された反響反射時間Ｔとに基いて、制御器４００が直接テーブル中の流体の液位を補完することを可能にする。そのようなテーブルを使うことで、メモリ領域の容量を減らし、制御器４００の処理速度を改善する。
【００４８】
[0051]液位のデジタル式あるいはアナログ式の表示は、制御器４００から出力ドライバ４２０に連絡され、測定結果は車両のＤＥＦシステムの機能を管理し制御するための外部制御器に伝達される。出力ドライバ４２０は、車両のデータバスに直接伝達するためのＪ１９３９やＣＡＮバスのようなデジタル式ドライバの形態をしていたり、或いは、出力ドライバ４２０は、特定用途の必要性に依存して、他の好適なアナログ式又はデジタル式の信号を生成する。
【００４９】
[0052]混入物質がＤＥＦ１０５と結合するようになるとき、結合した流体を通る音速は劇的に変化することがある。混入物質は、タンク１１０内に取り入れられるより前に、ＤＥＦ１０５と混ぜられることがあり、或いは、混入物質がＤＥＦ１０５と混ざりながら直接タンク１１０に入れられることがある。表１中の多くの潜在的な混入物質は、３２．５％のＵＲＥＡで構成されているＤＥＦ溶液内の音速より遅い音速を有する。特に、ディーゼル燃料、ブレーキ流体、動力操舵流体、洗浄流体、そして水のすべては、３２．５％のＵＲＥＡ溶液と関連のある１６３０ｍ／秒の音速より遅い音速を有する。より遅い音速のために、特定のＤＥＦ溶液のために生じたそれを超えて、反射した反響のための測定回数の増加という結果となる。それゆえに、タンクを満たしているときに混入物質が取り込まれると、液位検知システム２００は、タンク１１０の容量を超えて液位計測を生成する。これを知っていると、制御器４００は、計算上の液位をタンク１１０の絶対的物理的容量と比較することで、混入物質がタンク１１０に取り込まれたかどうかを決めるための信頼性検査（plausibility check）を行うようにプログラムされることが可能である。
【００５０】
[0053]制御器４００は、測定された液位がＵＲＥＡタンクの容量を超えるときはいつでも、診断出力信号や範囲外出力信号を生成する。この範囲外出力のために、ＤＥＦシステム制御器は動作が可能となり、ＤＥＦシステムを停止し、或いは、特定の場合では車両を停止させて、ＤＥＦシステムの構成要素に回復不可能なダメージが加えられることを防ぐ。ＤＥＦシステムはまた、ＵＲＥＡの質がディーゼル排気物内のＮＯxを十分に分解できないかどうかを使用者に知らせることができる（例えば車両の計器盤の表示灯を点灯させる）。
【００５１】
[0054]ＤＥＦ流体よりも高濃度のエチレングリコールや他のもののような混入物質を取り込むことで、ＤＥＦ内に層を形成することが可能であり、検知システム３００を覆う重い混入物質で層を形成し、その上に軽いＤＥＦの層を形成する。そのような場合、質（濃度）の測定は、混入物質の特性を反映し、検知システム３００は、以前説明したように、適切な出力を生成するであろう。質検知システム１００もまた、高濃度の混入物質を検知する。
【００５２】
[0055]例えばディーゼル燃料、ブレーキ流体、ガソリンやその他のような、ＤＥＦ流体よりも低濃度の混入物質を取り込むことで、ＤＥＦタンク１１０内に層を形成することが可能であり、検知システム３００を覆う重いＤＥＦ流体層で層を形成し、その上に軽い混入物質の層を形成する。そのような場合、質検知トランスデューサ１１５によって生成される濃度測定は、正常であると見られるであろうし、一方、液位検知トランスデューサ２１０からの液位測定は、低濃度の混入物質の層を通過する音波がより長い時間をかけて移動するために、ＤＥＦ１０５のずっと高い液位を示唆するであろう。より遅い音速のために、特定のＤＥＦ溶液のために生じたそれを超えて、反射した音響の測定回数の増加という結果となる。従って、タンクが一杯のときに混入物質が取り込まれると、液位検知機能は、タンク１１０の容量を超えて、液位測定を生成するであろう。制御器４００は、信頼性検査を実行するようにプログラムされており、決定された液位がタンク１１０内の最大液位を超えているどうかを決定する。制御器４００は、測定された液位がタンク１１０の容量を超えるときはいつでも、出力ドライバ４２０を通じて、質センサ出力及び／又は液位センサ出力のための診断メッセージや範囲外出力信号を生成する。
【００５３】
[0056]範囲外出力のために、ＤＥＦシステム制御器は動作が可能となり、ＤＥＦシステムや車両を停止させて、ＤＥＦシステムの構成要素に回復不可能なダメージが加えられるを防ぎ、加えて、ＵＲＥＡの質がディーゼル排気物内のＮＯxを十分に分解できないかどうかを使用者に知らせることができる（例えば車両の計器盤の表示灯を点灯させる）。
【００５４】
[0057]制御器４００はまた、仮にタンク内に残っているＤＥＦ流体１０５の液位が質検知トランスデューサ１１５を沈めるのに十分で、ディーゼル燃料、ブレーキ流体、ガソリンやその他の場合のように、タンク１１０内に取り込まれる混入物質がＤＥＦよりも軽いのであれば、タンク充填中に混入物質の取り込みを特定することもできる。そのような場合、結果として生じる混合物は、タンクの底部上に層を形成している重めのＤＥＦと、そのＤＥＦの上に層を形成している汚れた流体とを階層化する。質モード操作で生成された反響反射の時間に対する液位モード操作で生成された反響反射の時間の間の比に基いた液位計測は、質検知時間測定に使われるＤＥＦ層と、液位検知時間測定に使われるＤＥＦ／混入物質の混合物との間の異なる音速のために、タンクの容量を超えるだろう。
【００５５】
[0058]検知システム３００は、システム３００の様々な構成要素の欠陥を検知することを可能にする内蔵された診断機能を含んでいる。例えば、システム３００は、ＵＲＥＡの液位が減ると同時にＵＲＥＡの濃度水準の減少を検知するとき（例えば希釈されるとき）、エラーがあると決定する。このことは、質トランスデューサ１１５を使用して決定された音速が実際の音速よりも遅いときに引き起こされることがある。ＵＲＥＡが希釈されつつあるとシステム３００が決定するとき、計算される音速は増加する。音速を決定する上でのエラーのため、タンク１１０はＵＲＥＡの希釈を引き起こしながら満たされるが、液位の決定によりＵＲＥＡの液位が実際に減少していることが計算されることを可能となる。ＵＲＥＡの液位が減っているときＵＲＥＡは希釈されることはないので、システム３００は、エラーが存在していると決定する。
【００５６】
[0059]加えて、質トランスデューサ１１５を使って決定している音速が実際の音速より速いのであれば、システム３００は、タンク１１０内のＵＲＥＡの液位が実際より高いと決定する。タンク１１０が満たされるとき、計算された液位が、知られている実際の最高の液位を超えるポイントがある。そのような場合、システム３００は、エラーが存在していると決定する。
【００５７】
[0060]温度センサ１２５の間違いに続いて、検知システム３００は、減少した機能を備えて動作を続ける。温度センサ１２５が機能しないとき、制御器４００は、質モード操作（トランスデューサ１１５）で生成された反響反射の時間に対する液位モード操作（トランスデューサ２１０）で生成された反響反射の時間の間の比に基いて、流体の液位を計算する。質機能が固定された既知の距離（例えば反射物１３５）に矛盾するのであれば、制御器は、受信された反響時間の測定された比で、質検知トランスデューサ１１５と反射物１３５との間の距離を拡大することで、流体の液位を計算することができる。
【００５８】
[0061]このように、本発明は、タンク内の液体の質及び／又は深さを実際に決定するシステムと方法とを提供する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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