(57)【要約】  本発明は、自動車用の作動液容器（１）内の作動液の物理的状態を判定するための方法を開示し、作動液容器（１）は、作動液容器（１）の容器壁（１０、２０、３０）に固定され、第１の電極（６１、７１）および該第１の電極の反対側の第２の電極（６２、７２）を有する少なくとも１つのコンデンサ（６０、７０）を有する。本発明による第１の方法は、少なくとも１つのコンデンサ（６０、７０）のインピーダンスの周波数依存位相プロファイルを用いて、作動液の物理的状態を判定する。本発明による別の方法は、少なくとも１つのコンデンサ（６０、７０）の周波数依存静電容量プロファイルを用いて、作動液の物理的状態を判定する。本発明はさらに、本発明による方法を実行するために設計された作動液容器（１）を開示する。
2021509473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用の作動液容器（１）内の水性の作動液の物理的状態を判定するための方法であって、前記作動液容器（１）は、前記作動液容器（１）の容器壁（１０、２０、３０）に固定され、第１の電極（６１、７１）および前記第１の電極の反対側の第２の電極（６２、７２）を有する少なくとも１つのコンデンサ（６０、７０）を有し、前記方法が、次の方法ステップ、
−（Ａ）前記コンデンサ（６０、７０）に少なくとも第１の交流電圧を印加するステップであって、前記第１の交流電圧の第１の周波数は、下限周波数（ｆｍｉｎ）に対応する、印加するステップと、
−（Ｂ）前記第１の周波数について前記コンデンサ（６０、７０）の第１のインピーダンスを判定および記憶するステップと、
−（Ｃ）前記第１のインピーダンスから、第１の位相角（φ１）を判定するステップと、
−（Ｄ）前記第１の位相角（φ１）が第１の臨界角（δ１）より大きい場合に、前記作動液容器（１）に配置された作動液（５０）が固体物理的状態にあると判定するステップと、によって特徴付けられる、方法。
【請求項２】
次の、
−（Ｅ）前記コンデンサ（６０、７０）に第２の交流電圧を印加することであって、前記第２の交流電圧の第２の周波数は、上限周波数（ｆｍａｘ）に対応する、印加することと、
−（Ｆ）前記第２の周波数について前記コンデンサの第２のインピーダンス（６０、７０）を判定および記憶することと、
−（Ｇ）前記第２のインピーダンスから第２の位相角（φ２）を判定することと、
−（Ｈ）前記第１の位相角（φ１）が前記第１の臨界角（δ１）より小さく、前記第２の位相角（φ２）と前記第１の位相角（φ１）との間の差が第２の臨界角（δ２）よりも大きい場合に、前記作動液容器（１）に配置された前記作動液（５０）が部分的に固体、部分的に液体物理的状態であると判定することと、という特徴によって特徴付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
次の方法ステップ、
−（Ｉ）前記第１の位相角（φ１）が、前記第１の臨界角（δ１）より小さく、前記第２の位相角（φ２）と前記第１の位相角（φ１）との間の差が、前記第２の臨界角（δ２）よりも小さい場合、前記作動液容器（１）に配置された前記作動液（５０）が液体物理的状態であると判定するステップによって特徴付けられる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
次の方法ステップ、
−（Ｃ’）前記第１のインピーダンスから前記コンデンサ（６０、７０）の第１の静電容量（Ｃ１）を判定するステップと、
−（Ｇ’）前記第２のインピーダンスから前記コンデンサ（６０、７０）の第２の静電容量（Ｃ２）を判定するステップと、
−（Ｌ）前記第１の静電容量（Ｃ１）からの前記第２の静電容量（Ｃ２）の相対偏差を判定するステップと、
−（Ｄ）前記第１の静電容量（Ｃ１）からの前記第２の静電容量（Ｃ２）の相対偏差が、第１の静電容量偏差（ΔＣ１）よりも大きい場合、前記作動液容器（１）に配置された前記作動液（５０）が固体物理的状態であると判定するステップと、によって特徴付けられる、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
次の方法ステップ、
−（Ｈ）前記第１の静電容量（Ｃ１）からの前記第２の静電容量（Ｃ２）の相対偏差が、前記第１の静電容量偏差（ΔＣ１）より小さく、第２の静電容量偏差（ΔＣ２）より大きい場合、前記作動液容器（１）に配置された前記作動液（５０）が部分的に固体、部分的に液体物理的状態であると判定するステップによって特徴付けられる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
次の方法ステップ、
−（Ｉ）前記第１の静電容量（Ｃ１）からの前記第２の静電容量（Ｃ２）の相対偏差が、第２の静電容量偏差（ΔＣ２）よりも小さい場合、前記作動液容器（１）に配置された前記作動液（５０）が液体物理的状態であると判定するステップによって特徴付けられる、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
自動車用作動液容器（１）内の水性の作動液の物理的状態を判定するための方法であって、前記作動液容器（１）は、前記作動液容器（１）の容器壁（１０、２０、３０）に固定され、第１の電極（６１、７１）および前記第１の電極の反対側の第２の電極（６２、７２）を有する少なくとも１つのコンデンサ（６０、７０）を有し、前記方法が、次の方法ステップ、
−（Ｊ）前記コンデンサ（６０、７０）に少なくとも２つの異なる交流電圧を印加するステップであって、第１の交流電圧の第１の周波数は、下限周波数（ｆｍｉｎ）に対応し、第２の交流電圧の第２の周波数は、上限周波数（ｆｍａｘ）に対応する、印加するステップと、
−（Ｋ）前記第１の周波数についてコンデンサ（６０、７０）の第１の静電容量（Ｃ１）、および前記第２の周波数について前記コンデンサ（６０、７０）の第２の静電容量（Ｃ２）を判定および記憶するステップと、
−（Ｌ）前記第１の静電容量（Ｃ１）からの前記第２の静電容量（Ｃ２）の相対偏差を判定するステップと、
−（Ｍ）前記第１の静電容量（Ｃ１）からの前記第２の静電容量（Ｃ２）の相対偏差が、第１の静電容量偏差（ΔＣ１）より大きい場合、前記作動液容器（１）に配置された前記作動液（５０）が固体物理的状態にあると判定するステップと、によって特徴付けられる、方法。
【請求項８】
次の方法ステップ、
−（Ｎ）前記第１の静電容量（Ｃ１）からの前記第２の静電容量（Ｃ２）の相対偏差が、前記第１の静電容量偏差（ΔＣ１）より小さく、第２の静電容量偏差（ΔＣ２）より大きい場合、前記作動液容器（１）に配置された前記作動液（５０）が部分的に固体、部分的に液体物理的状態にあると判定するステップによって特徴付けられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
次の方法ステップ、
−（Ｏ）前記第１の静電容量（Ｃ１）からの前記第２の静電容量（Ｃ２）の相対偏差が、第２の静電容量偏差（ΔＣ２）より小さい場合、前記作動液容器（１）に配置された前記作動液（５０）が、液体物理的状態にあると判定するステップによって特徴付けられる、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
作動液容器（１）であって、次の、
−前記作動液容器の内部（２）が、天井壁（３０）、底壁（１０）、および底壁（１０）を天井壁（３０）に接続する側壁（２０）によって画定されており、
−前記作動液容器（１）が、第１の電極（６１、７１）および第２の電極（６２、７２）により前記作動液容器（１）の容器壁（１０、２０、３０）に固定された少なくとも１つのコンデンサ（６０、７０）を有し、
−前記作動液容器（１）が、前記第１の電極（６１、７１）および前記第２の電極（６２、７２）に電気的に接続された電子評価器（８０）を有する、という特徴を有し
前記評価器（８０）が、請求項１〜９の少なくとも１項に記載の方法を実行するように設計されていることを特徴とする、作動液容器（１）。
【請求項１１】
前記コンデンサ（６０、７０）が、前記容器壁（１０、２０、３０）に埋設されていることを特徴とする、請求項１０に記載の作動液容器（１）。
【請求項１２】
次の、
−前記底壁（１０）が、前記作動液容器の前記内部（２）に延びる隆起部（１１）を有し、かつ
−前記コンデンサ（７０）の前記第１の電極（７１）および前記第２の電極（７２）が、前記隆起部（１１）に埋設されている、という特徴によって特徴付けられる、請求項１０または１１に記載の作動液容器（１）。
【請求項１３】
次の、
−前記容器壁（１０、２０、３０）が、前記作動液体容器の前記内部（２）に面する外層（４１）、内層（４５）、およびそれらの間に配置された結合層（４４）を含み、
−前記少なくとも１つのコンデンサ（６０）の前記第１の電極（６１、７１）および前記第２の電極（６２、７２）が、前記外層（４１）と前記結合層（４４）との間に配置されている、という特徴によって特徴付けられる、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の作動液容器（１）。
【請求項１４】
次の、
−前記容器壁（１０、２０、３０）が、遮蔽層（４２）および絶縁層（４３）を有し、
−前記遮蔽層（４２）が、前記外層（４１）と前記第１および第２の電極（６１、６２；７１、７２）との間に配置されており、かつ
−前記絶縁層（４３）が、前記遮蔽層（４２）と前記第１および第２の電極（６１、６２；７１、７２）との間に配置されている、という特徴によって特徴付けられる、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の作動液容器（１）。
【請求項１５】
前記絶縁層（４３）が、前記内層（４５）および／または前記外層（４１）と同じ誘電伝導率を有することを特徴とする、請求項１４に記載の作動液容器（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用の作動液容器内の水性の作動液の物理的状態を判定するための方法に関する。本発明はさらに、この方法を実行するための作動液容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下では、自動車で使用するために設計された水容器として設計された作動液容器も参照するものとする。本発明による作動液容器は、特に、これに限定されないが、例えば、内燃機関の吸気システムに噴射される水を貯蔵するための自動車用の水容器、自動車用の尿素容器、フロントガラス洗浄液容器、追加の液体容器、または添加剤容器である。冒頭で説明したタイプの容器は、押出ブロー成形を使用して頻繁に製造され、その際、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）が、押出ブロー成形容器を製造するのに特に適している。さらに、射出成形プロセスにより、それぞれの作動液容器を製造することが可能である。
【０００３】
水噴射は、内燃機関の性能を向上させる方法である。最高性能で最高温度を超えないようにするために、内燃機関の吸気システムに蒸留水が噴射される。蒸発する液体には冷却効果があり、圧縮の労力を低減する。噴射は、燃焼サイクルの間、蒸気動力を発生させ、排気ガス温度を低下させ、したがって排気ガス背圧を低下させるためにも行われる。水噴射により、燃焼機関の排出ガスの、特に一酸化窒素を低減することができる。発生する蒸発熱により、吸気システムに噴射された水は効果的な中間冷却をもたらし、したがって、エンジンの内部冷却も実現する。より低温の燃焼空気と、その密度の増加により、性能が向上する。
【０００４】
噴射の前提条件は、作動液容器に貯蔵された水が液体物理的状態であることであり、その結果、水をポンプによって輸送することができる。同様のことが、例えば、作動液容器に貯蔵された尿素溶液にも当てはまる。氷点付近の温度では、作動液容器内の水は、部分的に固体、部分的に液体物理的状態になる場合があり、そのため、いくつかの状況では、ポンプを使って水を輸送することができる。氷点下を大幅に下回る温度では、作動液が大部分または完全に凍結するため、水性の作動液を輸送することができない。作動液が部分的な固体物理的状態になるとすぐに、つまり、作動液容器に氷が入るとすぐに、作動液の供給がもはや保証されないため、対策を講じる必要がある。例えば、作動液を輸送できない限り、自動車の作動が阻害される可能性がある。さらに、作動液容器内に配置された作動液を加熱するための加熱装置を作動させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明によって対処される課題は、自動車用の作動液容器内の水性の作動液の物理的状態を判定するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって対処される課題は、請求項１の特徴によって解決される。この方法の有利な実施形態は、請求項１に従属する請求項に記載されている。
【０００７】
より正確には、本発明によって対処される課題は、自動車用の作動液容器内の作動液の物理的状態を判定するための方法であって、作動液容器が、作動液容器の容器壁に固定され、第１の電極および前記第１の電極の反対側の第２の電極を有する少なくとも１つのコンデンサを有する、方法によって解決される。本発明による方法は、次の方法ステップＡ、Ｂ、ＣおよびＤによって特徴付けられる。
Ａ）コンデンサに少なくとも第１の交流電圧を印加するステップであって、第１の交流電圧の第１の周波数は、下限周波数に対応する、印加するステップ、
Ｂ）第１の周波数についてコンデンサの第１のインピーダンスを判定および記憶するステップ、
Ｃ）第１のインピーダンスから、第１の位相角を判定するステップ、かつ
Ｄ）第１の位相角が第１の臨界角より大きい場合に、作動液容器内に配置された作動液が固体物理的状態にあると判定するステップ。
【０００８】
本発明による方法は、作動液容器に貯蔵された作動液が固体の物理的状態であり、したがって氷として存在するかどうかを判定または確認することが、測定装置、この場合は、コンデンサを作動液と直接接触させることなく、信頼できる方法で可能であるため、有利である。少なくとも１つのコンデンサのインピーダンスおよびインピーダンスから生じる位相角は、作動液容器に貯蔵された作動液の物理的状態と相関する。したがって、インピーダンスおよび／またはインピーダンスから生じる位相角を判定することにより、作動液容器内に配置された作動液の物理的状態を推定することができる。
【０００９】
コンデンサの周波数依存インピーダンスおよびインピーダンスから生じる位相角は、第１の電極と第２の電極との間の交流電場が浸透する材料の緩和周波数に依存する。したがって、コンデンサの周波数依存インピーダンスおよびインピーダンスから生じる位相角は、容器壁の材料と作動液容器の内部に配置された作動液に依存する。その結果、コンデンサの周波数依存インピーダンスおよびインピーダンスから生じる位相角は、作動液の水分子の配向分極の緩和周波数に依存する。液体物理的状態の水の緩和周波数は数ＧＨｚの範囲にあるが、固体物理的状態の水の緩和周波数、すなわち氷の緩和周波数は数ｋＨｚの範囲にある。
【００１０】
出願人は、コンデンサのインピーダンスから生じる位相角の周波数依存サイズおよび周波数依存プロファイルが、作動液容器に貯蔵された作動液の物理的状態についての明確な推論を可能にすることを見出した。出願人は、例えば、コンデンサのインピーダンスから生じる位相角は、交流電圧の周波数に対してより大きく、これは、作動液体容器内の作動液体が固体物理的状態にあるときの所定の第１の臨界角よりも低い周波数限界に対応すると判定した。このような場合、コンデンサに印加される交流電圧の下限周波数は、コンデンサの幾何学形状およびコンデンサの電極のサイズ、およびコンデンサの電極間の距離に依存する。
【００１１】
好ましくは、第１の臨界角は−８５°である。下限周波数は、好ましくは１０ｋＨｚである。したがって、コンデンサのインピーダンスから生じる位相角は、コンデンサに印加される交流電圧で少なくとも−８５°であり、これは、作動液容器内の作動液が固体物理的状態にあるとき、すなわち、水性の作動液が凍結して氷として存在するとき、１０ｋＨｚの周波数を有する。
【００１２】
作動液容器は、自動車用の作動液容器であることが好ましい。さらに好ましくは、作動液容器は、自動車の内燃機関に噴射するために提供される水を受容するための自動車用の水容器として設計される。さらに好ましくは、作動液容器は、内燃機関の排気ガスシステムに噴射するために提供される尿素水溶液を受容するための尿素容器として設計される。
【００１３】
好ましくは、第１の位相角が第１の臨界角より大きいときに停止信号が出力される。停止信号を出力することにより、自動車の運転を阻止することができる。
【００１４】
方法ステップＡでは、下限周波数はコンデンサの幾何学形状および寸法に依存するため、変化する可能性がある。下限周波数は、特に１０ｋＨｚである。
【００１５】
位相角は、コンデンサに印加される電圧とコンデンサを流れる電流との間の角度である。
【００１６】
その結果、電圧と電流との間の位相角は方法ステップＣで判定される。
【００１７】
損失角とは、−９０°とインピーダンスの位相角との間の差を指す。
【００１８】
したがって、方法ステップＣは次のように定式化できる。第１の周波数についてコンデンサの第１の損失角を判定するステップ。その後、方法ステップＤは次のようになる。第１の損失角が第１の臨界損失角より大きい場合、作動液容器内に配置された作動液が固体物理的状態であると判定するステップ。
【００１９】
好ましくは、第１の臨界損失角は５°である。下限周波数は、好ましくは１０ｋＨｚである。したがって、コンデンサのインピーダンスから生じる損失角は、コンデンサに印加される交流電圧で少なくとも５°であり、これは、作動液容器内の作動液が固体物理的状態にあるとき、すなわち、水性の作動液体が凍結して氷として存在するとき、周波数が１０ｋＨｚである。
【００２０】
好ましくは、方法は、次の方法ステップ、
Ｅ）コンデンサに第２の交流電圧を印加するステップであって、第２の交流電圧の第２の周波数は、上限周波数に対応する、印加するステップ、
Ｆ）第２の周波数についてコンデンサの第２のインピーダンスを判定および記憶するステップ、
Ｇ）第２のインピーダンスから第２の位相角を判定するステップ、および
Ｈ）第１の位相角が第１の臨界角より小さく、第２の位相角と第１の位相角との間の差が第２の臨界角より大きい場合、作動液容器に配置された作動液が部分的に固体、部分的に液体物理的状態であると判定するステップ。
【００２１】
対応して設計された方法は、作動液容器に貯蔵された作動液が部分的に固体、部分的に液体物理的状態であるかどうかの判定または確認が、コンデンサと作動液との直接接触なしに信頼できる方法で可能であるという利点を有する。作動液容器に貯蔵された水性の作動液の部分的に液体状態で部分的に凍結状態である状態は、特に作動液の凍結痕の範囲の温度で構成される。
【００２２】
好ましくは、方法ステップＨの間または方法ステップＨの後に警告信号が出力される。このように、作動液容器に貯蔵された作動液が部分的に固体状態で部分的に液体物理的状態で存在する場合に警告信号が出力される。
【００２３】
警告信号を出力することにより、作動液容器が設置されている自動車の使用者は、作動液容器の内部に配置された作動液が少なくとも部分的に凍結されていることを知ることができる。警告信号の出力は、作動液容器に貯蔵された作動液を加熱するための加熱装置を特に作動させることができる。
【００２４】
下限周波数および上限周波数はどちらも、コンデンサの幾何学形状および寸法に依存するため、変化する可能性がある。特に、下限周波数は１０ｋＨｚであり、上限周波数は１００ｋＨｚである。
【００２５】
第２の臨界角は、好ましくは７°である。作動液容器に貯蔵された水性の作動液の部分的に固体、部分的に液体物理的状態の場合、例えば、１００ｋＨｚを有することができる上限周波数での位相角と、例えば、１０ｋＨｚを有することができる下限周波数での位相角の差は、７°より大きい。
【００２６】
好ましくは、少なくとも１つのコンデンサに２つ以上の交流電圧が印加される。少なくとも１つのコンデンサに印加される複数の交流電圧はそれぞれ、周波数下限と周波数上限との間の周波数範囲で異なる周波数を有する。
【００２７】
それぞれが互いに隣接している交流電圧の周波数間隔は、好ましくは可変であり、コンデンサの幾何学形状および寸法、および達成される測定分解能に依存する。異なる交流電圧の周波数間の周波数間隔は、特に１ｋＨｚである。
【００２８】
好ましくは、方法は、次の方法ステップ、
Ｉ）第１の位相角が第１の臨界角よりも小さく、第２の位相角と第１の位相角との間の差が第２の臨界角よりも小さい場合、作動液容器に配置された作動液が液体物理的状態であると判定するステップを有する。
【００２９】
好ましくは、方法ステップＩの間またはその後の方法ステップＩの間に解除信号が出力される。これにより、作動液容器に貯蔵された作動液が物理的状態である場合に、解除信号が出力される。
【００３０】
解除信号を出力することにより、特に、自動車の制御装置に、作動液容器に配置された作動液が液体物理的状態で存在することを信号で伝えることができ、これにより自動車の運転が可能になる。
【００３１】
好ましくは、方法は、次の方法ステップ、
Ｃ’）第１のインピーダンスからコンデンサの第１の静電容量を判定するステップと、
Ｇ’）第２のインピーダンスからコンデンサの第２の静電容量を判定するステップと、
Ｌ）第１の静電容量からの第２の静電容量の相対偏差を判定するステップと、
Ｄ）第１の静電容量からの第２の静電容量の相対偏差が第１の静電容量の偏差より大きい場合、作動液容器に配置された作動液が固体物理的状態であると判定するステップと、を有する。
【００３２】
対応して設計された方法は、さらに増加した精度を有し、したがって、作動液容器に貯蔵された作動液の氷形成を検出する信頼性を有する。これは、対応する方法を実行する作動液容器が設置されている自動車の運転安全性を高める。
【００３３】
出願人は、コンデンサの静電容量が、液体物理的状態の水性の作動液よりも固体物理的状態の水性の作動液の方が、下限周波数と上限周波数との間でより大きく低下することを見出した。この場合、コンデンサに印加される交流電圧の周波数の下限および上限は、コンデンサの幾何学形状とコンデンサの電極のサイズ、およびコンデンサの電極間の距離、および達成される測定分解能に依存する。
【００３４】
出願人は、水性の作動液が固体物理的状態の場合、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲における作動液容器内の水性作動液体のためのコンデンサの周波数依存静電容量が少なくとも２０％減少することを見出した。したがって、第１の容量偏差は２０％である。
【００３５】
しかしながら、周波数範囲は、コンデンサのサイズおよび形状に基づいて変化する可能性がある。
【００３６】
好ましくは、方法は、次の方法ステップ、
Ｈ）第１の静電容量からの第２の静電容量の相対偏差が、第１の静電容量の偏差より小さく、第２の静電容量の偏差より大きい場合、作動液容器内に配置された作動液が部分的に固体、部分的に液体物理的状態にあると判定するステップを有する。
【００３７】
対応して設計された方法は、さらに増加した精度を有し、したがって、作動液容器に貯蔵された作動液の氷形成を検出する信頼性を有する。これは、対応する方法を実行する作動液容器が設置されている自動車の運転安全性を高める。
【００３８】
出願人は、水性の作動液が部分的に固体であり、部分的に液体物理的状態である場合、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲における作動液容器内の水性の作動液のためのコンデンサの周波数依存静電容量が、２０％未満および５％を超えて減少することを見出した。したがって、第１の容量偏差は２０％、第２の容量偏差は５％である。
【００３９】
好ましくは、方法は、次の方法ステップ、
Ｉ）第１の静電容量からの第２の静電容量の相対偏差が第２の静電容量の偏差よりも小さい場合、作動液容器に配置された作動液が液体物理的状態であると判定するステップを有する。
【００４０】
対応して設計された方法は、作動液容器に貯蔵された作動液の液体物理的状態を判定するために、さらに高い精度、したがって信頼性を有する。これは、対応する方法を実行する作動液容器が設置されている自動車の運転安全性を高める。
【００４１】
本発明によって対処される課題は、本発明の請求項７に記載の方法によってさらに解決される。この方法の有利な実施形態は、請求項７に従属する請求項に記載されている。
【００４２】
より正確には、本発明によって対処される課題は、自動車用の作動液容器内の作動液の物理的状態を判定するための方法であって、作動液容器が、作動液容器の容器壁に固定され、第１の電極と、前記第１の電極の反対側の第２の電極と、を有する少なくとも１つのコンデンサを有する、方法によって解決される。本発明による方法は、次の方法ステップＪ、Ｋ、ＬおよびＭによって特徴付けられる。
Ｊ）コンデンサに少なくとも２つの異なる交流電圧を印加するステップであって、第１の交流電圧の第１の周波数は下限周波数に対応し、第２の交流電圧の第２の周波数は上限周波数に対応する、印加するステップ、
Ｋ）第１の周波数についてコンデンサの第１の静電容量、および第２の周波数についてコンデンサの第２の静電容量を判定および記憶するステップ、
Ｌ）第１の静電容量からの第２の静電容量の相対偏差を判定するステップ、および
Ｍ）第１の静電容量からの第２の静電容量の相対偏差が第１の静電容量の偏差より大きい場合、作動液容器に配置された作動液が固体物理的状態であると判定するステップ。
【００４３】
本発明による方法は、作動液容器に貯蔵された作動液が固体物理的状態であり、したがって氷として存在するかどうかを判定または確認することが、測定装置、この場合は、コンデンサを作動液と直接接触させることなく、信頼できる方法で可能であるため有利である。少なくとも１つのコンデンサの静電容量は、作動液容器に貯蔵された作動液の物理的状態と相関する。したがって、コンデンサの周波数依存静電容量を判定することにより、作動液容器内に配置された作動液の物理的状態を推定することができる。
【００４４】
作動液容器に貯蔵された作動液の物理的状態は、コンデンサの静電容量と相関があり、これは、次に、コンデンサの第１の電極と第２の電極との間の交流電場が浸透する媒体に依存する。したがって、コンデンサの周波数依存静電容量を判定することにより、作動液の物理的状態を推定することができる。
【００４５】
コンデンサの周波数依存静電容量は、コンデンサの第１の電極と第２の電極との間の交流電場によって浸透された媒体の電気伝導率に依存する。そのため、コンデンサの周波数依存静電容量は、容器壁の材質や、作動液容器に配置された作動液の物理的状態に依存する。
【００４６】
出願人は、コンデンサの静電容量プロファイルが、印加される交流電圧の周波数を介して、作動液の物理的状態についての明確な推論を可能にすることを見出した。出願人は、例えば、コンデンサの静電容量プロファイルが特定の偏差、例えば、作動液が固体物理的状態にあるときの下限周波数と上限周波数との間の特定の低下を示さなければならないことを判定した。そのような場合、コンデンサに印加される交流電圧の下限周波数および上限周波数は、コンデンサの幾何学形状およびコンデンサの電極のサイズ、ならびにコンデンサの電極の互いの距離に依存する。
【００４７】
出願人は、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲において約１３０μＳ／ｃｍの導電率を有する作動液容器内に貯蔵された水性の作動液用のコンデンサの静電容量が少なくとも２０％逸脱すると判定した。したがって、１００ｋＨｚの周波数におけるコンデンサの静電容量と、１０ｋＨｚの周波数におけるコンデンサの静電容量との間の差は、少なくとも２０％である。しかしながら、周波数範囲は、コンデンサのサイズと幾何学形状に基づいて変化する可能性がある。
【００４８】
作動液容器は、自動車用の作動液容器であることが好ましい。さらに好ましくは、作動液容器は、自動車の内燃機関に噴射するために提供される水を受容するための自動車用の水容器として設計される。さらに好ましくは、作動液容器は、内燃機関の排気ガスシステムに噴射するために提供される尿素水溶液を受容するための尿素容器として設計される。
【００４９】
第１の静電容量からの第２の静電容量の相対偏差を判定するための方法ステップＬでは、以下の計算が実行される。
ｄｅｌｔａ＝｜Ｃｆｍｉｎ−Ｃｆｍａｘ｜／Ｃｆｍｉｎ
式中、
−ｆｍｉｎは下限周波数であり、
−ｆｍａｘは上限周波数であり、
−Ｃｆｍｉｎは、下限周波数を有する交流電圧でのコンデンサの第１の静電容量であり、
−Ｃｆｍａｘは、上限周波数を有する交流電圧でのコンデンサの第２の容量であり、
−ｄｅｌｔａは、第１の静電容量Ｃｆｍｉｎからの第２の静電容量Ｃｆｍａｘの相対偏差である。
【００５０】
第１の最小偏差は、好ましくは０．２より大きい。
【００５１】
例えば、水道水に関して、下限周波数が１０ｋＨｚで上限周波数が１００ｋＨｚの場合、コンデンサの電極が、１００ｍｍの長手方向の延長部、５０ｍｍの幅の延長部、および１０ｍｍの第１の電極から第２の電極までの距離を有するとき、最小偏差は、例えば、約０．２になる。
【００５２】
好ましくは、第１の静電容量からの第２の静電容量の相対偏差が第１の静電容量の偏差よりも大きいときに停止信号が出力される。停止信号を出力することにより、自動車の運転を阻止することができる。
【００５３】
好ましくは、方法は、次の方法ステップ、
Ｎ）第１の静電容量からの第２の静電容量の相対偏差が、第１の静電容量偏差より小さく、第２の静電容量偏差より大きい場合、作動液容器に配置された作動液が部分的に固体、部分的に液体物理的状態にあると判定するステップを有する。
【００５４】
対応して設計された方法は、作動液容器に貯蔵された作動液が部分的に固体、部分的に液体物理的状態であるかどうかの判定または確認が、コンデンサと作動液との直接接触なしに信頼できる方法で可能であるという利点を有する。作動液容器に貯蔵された水性の作動液の一部が液体状態で一部が凍結状態である状態は、特に作動液の凍結痕の範囲の温度で構成される。
【００５５】
好ましくは、方法ステップＮの間またはその後の方法ステップＮの間に警告信号が出力される。このように、作動液容器に貯蔵された作動液が部分的に固体状態で部分的に液体物理的状態で存在する場合に警告信号が出力される。
【００５６】
警告信号を出力することにより、作動液容器が取り付けられている自動車の使用者は、作動液容器に配置された作動液が少なくとも部分的に凍結し、部分的に氷として存在することを知ることができる。警告信号の出力は、作動液容器に貯蔵された作動液を加熱するための加熱装置を特に作動させることができる。
【００５７】
好ましくは、方法は、次の方法ステップ、
Ｏ）第１の静電容量からの第２の静電容量の相対偏差が、第２の静電容量偏差よりも小さい場合、作動液容器に配置された作動液が液体物理的状態にあると判定するステップを有する。
【００５８】
好ましくは、方法ステップＯの間に、または方法ステップＯの後に解除信号が出力される。これにより、作動液容器に貯蔵された作動液が液体物理的状態である場合に、解除信号が出力される。
【００５９】
解除信号を出力することにより、特に自動車の制御装置に作動液容器に配置された作動液が液体物理的状態で存在することを知らせ、自動車の運転を可能にすることができる。
【００６０】
さらに、本発明によって対処される課題は、前記作動液容器内に配置された作動液の物理的状態を判定するように設計された作動液容器を提供することである。
【００６１】
この課題は、請求項１０の特徴を備えた作動液容器によって解決される。作動液容器の有利な実施形態は、請求項１０に従属する請求項に記載されている。
【００６２】
より正確には、本発明によって対処される課題は、作動液容器によって解決され、該作動液容器の内部は、天井壁、底壁、および底壁を天井壁に接続する側壁によって画定されている。作動液容器は、第１の電極および第２の電極により作動液容器の容器壁に固定された少なくとも１つのコンデンサを有する。作動液容器はさらに、第１の電極および第２の電極に電気的に接続された電子評価器を有する。本発明による作動液容器は、評価者が上記の方法の少なくとも１つを実行するように設計されていることを特徴とする。
【００６３】
少なくとも１つのコンデンサは、好ましくは、作動液容器の側壁にまたは側壁中に取り付けられる。さらに好ましくは、少なくとも１つのコンデンサは、それぞれ長手方向の延長部、幅の延長部、および深さの延長部を有する第１の電極および第２の電極がなるように、側壁上または側壁内に配置され、それぞれは、第１の電極および第２の電極の長手方向の延長部が底壁から天井壁の方向に延びるように、側壁に平行に延びる。
【００６４】
作動液容器のさらなる実施形態によれば、少なくとも１つのコンデンサは、底壁上または底壁中に配置され、その結果、第１の電極および第２の電極はそれぞれ、底壁に平行に延在している。
【００６５】
少なくとも１つのコンデンサは、容器壁の外面に配置され、接続され得る。さらに、少なくとも１つのコンデンサが容器壁に一体化または埋設されていることも可能である。そのような場合、コンデンサのそれぞれの第１および第２の電極は、容器の壁によって囲まれる。
【００６６】
作動液容器は、少なくとも１つのコンデンサが容器壁に埋設されるように設計されることが好ましい。
コンデンサの電極が容器壁中に埋設されている場合、電極は容器壁によって囲まれるため、電極の電気接続のみが容器壁から突出している。
【００６７】
作動液容器の容器壁中に少なくとも１つのコンデンサが埋設されているため、対応して設計された作動液容器は、少なくとも１つのコンデンサの第１の電極および第２の電極が作動液容器の内部までの、したがって作動液容器の内部に位置する作動液までの減少した距離を有するという利点を有する。したがって、コンデンサの第１の電極と第２の電極との間に位置する電場は、容器壁の材料とはあまり相互作用せず、作動液容器の内部に位置する作動液とより相互作用する。その結果、作動液容器の内部の作動液の物理的状態をより正確に判定することができる。
【００６８】
少なくとも１つのコンデンサを容器壁中に埋設することのさらなる利点は、少なくとも１つのコンデンサが機械的および化学的に保護され、その結果、本発明による作動液容器は、長期安定性が増大することである。
【００６９】
作動液容器は、特に自動車用の作動液容器として設計されている。
【００７０】
作動液容器は、好ましくは、底壁が作動液容器の内部に延びる隆起部を有するように設計され、コンデンサの第１の電極および第２の電極は、その隆起部に埋設されている。
【００７１】
作動液容器の対応する設計により、底壁の領域における可能な堆積物は、作動液容器の内部に位置する作動液の物理的状態を判定することへの影響が低いため、作動液の物理的状態の判定がさらに高い精度で可能になる。
【００７２】
底壁の隆起部は、好ましくは、作動液容器の内部の折り返し部分として設計される。
【００７３】
隆起部は、底壁の周囲の内面から２ｍｍ〜５ｍｍで立ち上がっていることが好ましい。
【００７４】
好ましくは、作動液容器は、容器壁が外層、作動液容器の内部に面する内層、およびその間に配置された結合層を含み、少なくとも１つのコンデンサの第１の電極および第２の電極が、外層と結合層との間に配置されるように設計される。
【００７５】
したがって、少なくとも１つのコンデンサは、外層と結合層との間に配置される。これにより、内層を作動液と接触させることができる。
【００７６】
作動液容器の対応する設計は、作動液容器の容器壁におけるコンデンサの単純化された構造および簡略化された統合を可能にする。
【００７７】
好ましくは、作動液容器は、容器壁が遮蔽層および絶縁層を有し、遮蔽層が、外層と、第１および第２の電極との間に配置されるように設計され、絶縁層は、遮蔽層と第１および第２の電極との間に配置される。
【００７８】
対応して設計された作動液容器は、金属層として設計されるのが好ましい遮蔽層は、少なくとも１つのコンデンサの電極を妨害電界から遮蔽するため、作動液容器に配置された作動液の物理的状態の判定に関して、精度がさらに向上するという利点を有する。
【００７９】
したがって、遮蔽層は、外層と、基準コンデンサまたはコンデンサとの間に配置される。
【００８０】
遮蔽層は、好ましくは外層と接触している。
【００８１】
したがって、絶縁層は、遮蔽層とコンデンサとの間にサンドイッチ状に配置される。
【００８２】
遮蔽層は金属から構成され、その結果、少なくとも１つのコンデンサは、干渉する電界から保護される。
【００８３】
絶縁層は、少なくとも１つのコンデンサの第１および第２の電極が遮蔽層と電気的に接触しないように、誘電体材料、好ましくはプラスチックから製造される。
【００８４】
好ましくは、作動液容器は、絶縁層が内層および／または外層と同じ誘電伝導率を有するように設計される。
【００８５】
対応して設計された作動液容器は、作動液容器の内部に配置された作動液の物理的状態の判定に関して、さらに高い精度を有するという利点を有する。
【００８６】
好ましくは、作動液容器は、第１および第２の電極の作動液容器の内部までの距離が、１．５ｍｍ〜３．５ｍｍになるように設計される。
【００８７】
対応して設計された作動液容器は、作動液容器の内部に配置された作動液までの各電極の距離が低減されるため、作動液容器に配置された作動液の物理的状態の判定に関して、さらに精度が向上するという利点を有する。
【００８８】
したがって、好ましくは、内層は、１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの厚さを有する。
【００８９】
したがって、少なくとも１つのコンデンサと作動液容器の内部との距離は１．５ｍｍ〜３．５ｍｍにすぎない。
【００９０】
好ましくは、作動液容器は、コンデンサの第１および第２の電極の少なくとも一方がその長手方向の延長部に沿って不均等な幅の延長部を有するように設計される。
【００９１】
電極の幅が広いほど、作動液容器の内部およびその中に配置された作動液に電界が深く浸透するため、作動液は、作動液の物理的状態の判定に対して大きな影響を有する。
【００９２】
好ましくは、作動液容器は、コンデンサの第１および第２の電極の少なくとも一方が、底壁の方向において、その長手方向の延長部に沿って増加する幅の延長部を有するように設計される。
【００９３】
対応して設計された作動液容器は、作動液容器の底部領域のコンデンサによって、物理的状態の判定精度が向上するという利点を有する。
【００９４】
以下では、本発明のさらなる利点、詳細、および特徴が、説明されている実施形態から明らかになるであろう。図面の詳細は次のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施形態による水性の作動液の物理的状態を判定する方法のフローチャート。
【図２】３つの異なる温度の水性の作動液についての、コンデンサのインピーダンスの周波数依存位相プロファイル。
【図３】本発明の第２の実施形態による水性の作動液の物理的状態を判定するための方法のフローチャート。
【図４】３つの異なる温度の水性の作動液についての、コンデンサの周波数依存静電容量プロファイル。
【図５】本発明の第３の実施形態による水性の作動液の物理的状態を判定するための方法のフローチャート。
【図６】本発明による作動液容器の非常に簡略化された空間図。
【図７】本発明のさらなる実施形態による作動液容器の底壁および／または側壁の層構造の非常に簡略化された図。
【図８Ａ】本発明の異なる実施形態による、作動液容器から分離したコンデンサの例の側面図。
【図８Ｂ】本発明の異なる実施形態による、作動液容器から分離したコンデンサの例の側面図。
【図８Ｃ】本発明の異なる実施形態による、作動液容器から分離したコンデンサの例の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００９６】
以下の説明では、同じ参照符号は同じ構成要素または同じ特徴を示すため、図面を参照した構成要素に関する説明は他の図面にも当てはまることから、繰り返しの説明は避けられる。さらに、実施形態に関連して説明された個々の特徴は、他の実施形態において別々に使用することもできる。
【００９７】
図１は、本発明の第１の実施形態による作動液容器１内の水性の作動液の物理的状態を判定する方法のフローチャートを示す。図１に示されるフローチャートによる方法は、図６に示される液体容器１を操作することによって実行される。
【００９８】
図６は、本発明による作動液容器１の非常に簡略化された空間図を示す。作動液容器の内部２は、天井壁３０、底壁１０、および底壁１０を天井壁３０に接続する側壁２０によって境界が画定されている。図６は、側壁２０が連続的であるように設計されていることを示している。
【００９９】
図６に示す作動液容器１は、第１のコンデンサ６０と、第２のコンデンサ７０と、を有する。しかしながら、本発明によれば、作動液容器１は、第１のコンデンサ６０のみ、または第２のコンデンサ７０のみを備えることもできる。さらに、作動液容器１は、図６に示されていないさらなるコンデンサを有することもできる。
【０１００】
第１のコンデンサ６０は、第１の電極６１と、第２の電極６２と、を有する。第１の電極６１および第２の電極６２の両方は、それぞれ、長手方向の延長部Ｌ、幅の延長部Ｂ、および深さの延長部を有する（図８Ａ〜図８Ｃを参照）。この場合、第１の電極６１および第２の電極６２はそれぞれ、第１の電極６１および第２の電極６２の長手方向の延長部Ｌが底壁１０から、天井壁３０の方向において延在するように側壁２０に平行に配置される。この場合、第１の電極６１および第２の電極６２の深さの延長部は、互いに対向して配置される。
【０１０１】
第１のコンデンサ６０は側壁２０に埋設されているため、第１のコンデンサ６０の第１の電極６１および第２の電極６２は側壁２０に埋設されている。したがって、第１のコンデンサ６０は、側壁２０によって囲まれている。その結果、第１のコンデンサ６０の第１の電極６１および第２の電極６２は、作動液５０と直接接触しない（図７を参照）。さらに、第１コンデンサ６０の第１電極６１および第２電極６２も、作動液容器１の周囲に直接接触していない。側壁２０への第１のコンデンサ６０の埋設に関して、以下で説明される図６が参照される。
【０１０２】
しかしながら、本発明は、側壁２０に埋設されている第１のコンデンサ６０に限定されない。本発明による作動液容器１では、第１のコンデンサ６０は、側壁２０の外面に固定することもできる。
【０１０３】
図６は、第１のコンデンサ６０の第１の電極６１および第２の電極６２がそれぞれ、電極６１、６２の幅の延長部Ｂに平行に延在している２つの翼部６３を有することを示している。この場合、各翼部６３は、第１電極６１および第２電極６２の高さが異なるように設計されているので、翼部６３は作動液容器１の異なる高さに配置される。したがって、第１のコンデンサ６０の第１および第２の電極６１、６２は、それらの長手方向の延長部Ｌに沿って不均等な幅の延長部Ｂを有する。しかしながら、本発明は、対応する設計の第１のコンデンサ６０の第１および第２の電極６１、６２に限定されない。例えば、第１のコンデンサ６０の第１および第２の電極６１、６２はまた、それらの長手方向の延長部Ｌに沿って均等な幅の延長部Ｂを有することができる。
【０１０４】
第２コンデンサ７０は、第１電極７１および第２電極７２を有する。第１の電極７１および第２の電極７２は、底壁１０と平行に延在している。この場合、第１の電極７１および第２の電極７２は、それぞれ、第１の電極７１および第２の電極７２の長手方向の延長部および幅の延長部が底壁１０の平面内に延在するように、底壁１０に平行に配置され、その結果、第１の電極７１および第２の電極７２の深さの延長部は、互いに反対側に配置される。
【０１０５】
図６に見られるように、底壁１０は、作動液容器の内部２に延びる隆起部１１を有する。第２のコンデンサ７０は、第２のコンデンサ７０の第１の電極７１および第２の電極７２が底壁１０の隆起部１１に埋設されるように、底壁１０に埋設される。その結果、第２のコンデンサ７０の第１の電極７１および第２の電極７２は、作動液５０と直接接触しない。また、第２のコンデンサ７０の第１の電極７１および第２の電極７２もまた、作動液容器１の周囲に直接接触しない。第１の電極７１および第２の電極７２が底壁１０の隆起部１１に埋設されているため、底壁１０上の生じ得る堆積物は、作動液容器の内部２に位置する作動液５０の物理的状態を判定することに対する影響を減少させ得る。
【０１０６】
第２のコンデンサ７０を底壁１０中に、または底壁１０の隆起部１１中に埋設することに関して、以下で説明する図７を参照する。
【０１０７】
しかしながら、本発明は、底壁１０に埋設された第２のコンデンサ７０に限定されない。本発明による作動液容器１では、第２のコンデンサ７０も底壁１０の外面に固定することができる。
【０１０８】
作動液容器１はさらに、第１のコンデンサ６０および第２のコンデンサ７０に電気的に接続された電子評価器８０を有する。評価器８０は、図６に示されていない電線を介して第１のコンデンサ６０および第２のコンデンサ７０に接続される。
【０１０９】
評価器８０は、以下で説明される図１に示されるフローチャートに従って方法を実行するように設計されている。
【０１１０】
方法ステップＡでは、少なくとも１つの第１の交流電圧が、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０に印加される。この場合、第１の周波数は、図示の実施形態では１０ｋＨｚである下限周波数ｆｍｉｎの第１の交流電圧に対応する。
【０１１１】
方法ステップＢでは、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の第１のインピーダンスが、第１の周波数について判定および記憶される。
【０１１２】
方法ステップＣでは、続いて、第１のインピーダンスから第１の位相角φ１が判定される。
【０１１３】
図２は、３つの異なる温度の水性の作動液５０に対する第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０のインピーダンスの３つの異なる周波数依存位相プロファイルを示す。この場合、プロファイル９１は、−１５℃の温度を有する水性の作動液についてのインピーダンスの位相プロファイルを示す。プロファイル９２は、−２℃の温度を有する作動液についてのインピーダンスの位相角の周波数依存プロファイルを示す。プロファイル９３は、＋３℃の温度を有する作動液についてのインピーダンスの位相角の周波数依存プロファイルを示している。
【０１１４】
図２に示すように、−１５℃の温度の作動液についてのコンデンサ６０、７０のインピーダンスの位相角のプロファイル９１から、１０ｋＨｚの下限周波数ｆｍｉｎでの第１の位相角φ１が、図２にプロットされた第１の臨界角δ１より大きいことがわかり、図示の実施形態では、第１の臨界角δ１は−８５°である。
【０１１５】
図１に示すフローチャートによる方法に戻ると、方法ステップＣの後に、第１の位相角φ１が第１の臨界角δ１より大きいかどうかが確認される。この要件が満たされる場合、方法ステップＤにおいて、作動液容器１内に配置された作動液５０が固体物理的状態にあり、したがって氷として存在すると判定される。−１５℃の温度の作動液についてのコンデンサ６０、７０のインピーダンスの位相角のプロファイル９１から、第１の位相φ１は約−８３°である。しかしながら、第１の臨界角δ１は−８５°である。したがって、第１の位相角φ１が第１の臨界角δ１よりも大きいという要件は、−１５℃の温度を有する作動液について満たされ、その結果、方法ステップＤにおいて、作動液は固体物理的状態にあると判定される。
【０１１６】
第１の位相角φ１が第１の臨界角δ１より大きくない場合、方法ステップＥで第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０に第２の交流電圧が印加され、第２の交流電圧の第２の周波数は、上限周波数ｆｍａｘに対応する。図示の実施形態では、上限周波数は１００ｋＨｚである。方法ステップＦでは、続いて、第２の周波数について、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の第２のインピーダンスが判定および記憶される。方法ステップＦに続いて、方法ステップＧにおいて、第２のインピーダンスから第２の位相角φ２が判定される。
【０１１７】
その後、第２の位相角φ２と第１の位相角φ１との間の差の絶対値が第２の臨界角δ２より大きいかどうかが検証される。この要件が満たされる場合、方法ステップＨで、作動液容器１内に配置された作動液５０が部分的に固体、部分的に液体物理的状態であると判定される。したがって、方法ステップＨは、第１の位相角φ１が第１の臨界角δ１より小さく、第２の位相角φ２と第１の位相角φ１との間の差の絶対値が第２の臨界角δ２より大きい場合にのみ実行される。
【０１１８】
図２に示すように、−２℃の温度の作動液についてのコンデンサ６０、７０のインピーダンスの位相角のプロファイル９２から、１０ｋＨｚの下限周波数ｆｍｉｎでの第１の位相角φ１は約−８７．５°であり、１００ｋＨｚの上限周波数ｆｍａｘでの第２の位相角φ２は約−７７．５°であることがわかる。したがって、第２の位相角φ２と第１の位相角φ１との間の差の絶対値は１０°である。図示の実施形態では、第２の臨界角δ２は７°である。第１の位相角φ１が第１の臨界角δ１より小さく、第２の位相角φ２と第１の位相角φ１との間の差の絶対値が７°より大きいため、図２に示される位相角のプロファイルについての方法ステップＨにおいて、作動液容器１内に配置された作動液は、部分的に固体であり、部分的に液体物理的状態であり、したがって部分的に凍結していると判定される。
【０１１９】
あるいはまた、方法ステップＥ、Ｆ、およびＧは、方法ステップＣの直後に直接実行することもできる。
【０１２０】
第２の位相角φ２と第１の位相角φ１との間の差の絶対値が臨界角δ２よりも小さい場合、作動液容器１に配置された作動液５０は、液体物理的状態にあると判定される。
【０１２１】
図２に示すように、＋３℃の温度の作動液についてのコンデンサ６０、７０のインピーダンスの位相角のプロファイル９３から、１０ｋＨｚの下限周波数ｆｍｉｎでの第１位相角φ１は約−９０°であり、１００ｋＨｚの上限周波数ｆｍａｘでの第２位相角φ２は約−８５．５°であることがわかる。したがって、第２の位相角φ２と第１の位相角φ１との間の差の絶対値は、４．５°である。図示の実施形態では、第２の臨界角δ２は７°である。第１の位相角φ１が第１の臨界角１より小さく、第２の位相角φ２と第１の位相角φ１との間の差の絶対値が７°より小さいため、図２に示される位相角のプロファイル９３についての方法ステップＩにおいて、作動液容器１に配置された作動液は液体物理的状態にあると判定される。
【０１２２】
図６に示される作動液容器１の評価器８０は、以下で説明される図３に示されるフローチャートに従って方法を実行するようにさらに設計される。
【０１２３】
方法ステップＪでは、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０に、異なる周波数を有する少なくとも２つの異なる交流電圧が印加される。この場合、第１の周波数は、下限周波数ｆｍｉｎの第１の交流電圧に対応する。第２の周波数は、上限周波数ｆｍａｘの第２の交流電圧に対応する。
【０１２４】
方法ステップＫでは、第１のコンデンサおよび／または第２のコンデンサ７０の第１の静電容量Ｃ１が、その後、第１の周波数について判定および記憶される。さらに、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の第２の静電容量Ｃ２が、方法ステップＫにおいて第２の周波数について判定および記憶される。
【０１２５】
方法ステップＬでは、続いて、第１の静電容量Ｃ１からの第２の静電容量Ｃ２の相対偏差が判定される。したがって、方法ステップＬでは、第２の静電容量Ｃ２が第１の静電容量Ｃ１から何パーセント逸脱するかによって判定される。
【０１２６】
図４は、３つの異なる温度の水性の作動液５０についての第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の３つの異なる周波数依存容量プロファイルを示す。この場合、プロファイル１０１は、−１５℃の温度の水性の作動液についての第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の周波数依存静電容量プロファイルを示す。プロファイル１０２は、−２℃の温度の作動液についての第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の周波数依存静電容量プロファイルを示す。プロファイル１０３は、＋３℃の温度の作動液についての第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の周波数依存静電容量プロファイルを示す。
【０１２７】
図４では、−１５℃の温度の水性の作動液５０のコンデンサ６０、７０の周波数依存静電容量のプロファイル１０１が、第１の静電容量Ｃ１から第２の静電容量Ｃ２に低下することがわかる。この場合、図示の実施形態では、１０ｋＨｚである下限周波数ｆｍｉｎのコンデンサ６０、７０は、約１４ｐＦの第１の静電容量Ｃ１を有し、図示の実施形態では、上限周波数ｆｍａｘでは、１００ｋＨｚであり、約１０ｐＦの第２の静電容量Ｃ２を有する。したがって、−１５℃の作動液でのＣ１からＣ２への相対偏差は約２８％である。
【０１２８】
さらに、図４では、−２℃の温度を有する水性の作動液５０についてのコンデンサ６０、７０の周波数依存静電容量が、第１の静電容量Ｃ１から第２の静電容量Ｃ２に低下することがわかる。この場合、下限周波数ｆｍｉｎのコンデンサ６０、７０は、約１４．５ｐＦの第１の静電容量Ｃ１を有し、上限周波数ｆｍａｘでは、約１３ｐＦの第２の静電容量Ｃ２を有する。したがって、−２℃の温度を有する作動液におけるＣ１からＣ２への相対偏差は約１０％である。
【０１２９】
さらに、図４では、＋３℃の温度の水性の作動液５０についてのコンデンサ６０、７０の周波数依存静電容量が、第１の静電容量Ｃ１から第２の静電容量Ｃ２に低下することがわかる。この場合、周波数下限ｆｍｉｎにおけるコンデンサ６０、７０は、約１５ｐＦの第１の静電容量Ｃ１を有し、周波数上限ｆｍａｘにおいて、コンデンサ６０は、約１４．６ｐＦの第２の静電容量Ｃ２を有する。したがって、＋３℃の温度の作動液におけるＣ１からＣ２への相対偏差は約２．６％である。
【０１３０】
図３に示すフローチャートによる方法に戻ると、方法ステップＬの後に、第１の静電容量Ｃ１からの第２の静電容量Ｃ２の相対偏差が第１の静電容量偏差ΔＣ１より大きいかどうかが検証される。より正確には、次の要件が満たされているかどうかが判定される。
【数１】
2021509473.tif 000003
【０１３１】
この要件が満たされる場合、方法ステップＭで、作動液容器１内に配置された作動液が固体物理的状態にあると判定される。
【０１３２】
説明される実施形態では、第１の容量偏差ΔＣ１は、０．２の値を有する。したがって、図４に示す静電容量プロファイル１０１の場合、第１の静電容量Ｃ１からの第２の静電容量Ｃ２の相対偏差が２８％、つまり０．２８であるため、作動液容器１に配置された作動液は固体物理的状態であると判定される。
しかしながら、要件、
【数２】
2021509473.tif 000004
が満たされていない場合、次の要件が満たされているかどうかが検証される。
【数３】
2021509473.tif 000005
【０１３３】
この場合、ΔＣ２は、本実施形態では０．０５である第２の容量偏差である。この要件が満たされる場合、方法ステップＮにおいて、作動液容器の内部２に配置された作動液は、部分的に固体であり、部分的に液体物理的状態であると判定される。したがって、方法ステップＮは、第１の静電容量Ｃ１からの第２の静電容量Ｃ２の相対偏差が、第１の静電容量偏差ΔＣ１と第２の静電容量偏差ΔＣ２との間の値を有する場合に実行され、第２の静電容量偏差ΔＣ２は、第１の静電容量偏差ΔＣ１よりも小さい。
【０１３４】
図４に示す容量プロファイル１０２についてはそれゆえ、方法ステップＮでは、第１の静電容量Ｃ１からの第２の静電容量Ｃ２の相対偏差が０．１であるため、作動液容器１に配置された作動液が部分的に固体で、部分的に液体物理的状態であると判定され、したがって、０．２０＞０．１０＞０．０５の要件が満たされる。
しかしながら、要件、
【数４】
2021509473.tif 000006
が満たされない場合、方法ステップＯにおいて、作動液容器１に配置された作動液が液体物理的状態にあると判定される。
【０１３５】
図６に示される作動液容器１の評価器８０は、以下に説明される図５に示されるフローチャートに従って方法を実行するようにさらに設計される。この場合、図５に示すフローチャートによる方法は、図１に示すフローチャートによる方法と図３に示すフローチャートによる方法とを組み合わせた結果である。
【０１３６】
方法ステップＡでは、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０に少なくとも１つの第１の交流電圧が印加される。この場合、図示の実施形態では、第１の周波数は、１０ｋＨｚである下限周波数ｆｍｉｎの第１の交流電圧に対応する。
【０１３７】
方法ステップＢでは、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の第１のインピーダンスが、第１の周波数について判定および記憶される。
【０１３８】
方法ステップＣでは、続いて、第１のインピーダンスから第１の位相角φ１が判定される。方法ステップＣ’では、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の第１の静電容量Ｃ１が判定され、第１の周波数について記憶される。
【０１３９】
方法ステップＥでは、続いて、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０に第２の交流電圧が印加され、第２の交流電圧の第２の周波数は、上限周波数ｆｍａｘに対応する。図示の実施形態では、上限周波数は１００ｋＨｚである。方法ステップＦでは、続いて、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の第２のインピーダンスが判定され、第２の周波数について記憶される。方法ステップＦに続き、方法ステップＧで第２のインピーダンスから第２の位相角φ２が判定される。方法ステップＧ’では、第１のコンデンサ６０および／または第２のコンデンサ７０の第２の静電容量Ｃ２が判定され、第２の周波数について記憶される。
【０１４０】
方法ステップＧに続いて、第１の位相角φ１が第１の臨界角δ１より大きいかどうか、および第１の静電容量Ｃ１からの第２の静電容量Ｃ２の相対偏差が第１の静電容量偏差ΔＣ１より大きいかどうかが検証される。これらの要件が満たされている場合、方法ステップＤにおいて、作動液容器１に配置された作動液５０が固体物理的状態にあり、したがって氷として存在すると判定される。
【０１４１】
しかしながら、これらの要件が満たされていない場合、第１の位相角φ１が第１の臨界角δ１より小さいかどうか、第２の位相角φ２と第１の位相角φ１との間の差の絶対値が第２の臨界角δ２より大きいかどうか、および第１の静電容量Ｃ１からの第２の静電容量Ｃ２の相対偏差が、第１の静電容量偏差ΔＣ１より小さく、第２の静電容量偏差ΔＣ２より大きいかどうかが検証される。
【０１４２】
これらの要件が満たされている場合、方法ステップＨで、作動液容器１に配置された作動液５０が部分的に固体、部分的に液体物理的状態であると判定される。しかしながら、これらの要件が満たされない場合、方法ステップＩにおいて、作動液容器１内に配置された作動液が液体物理的状態にあると判定される。
【０１４３】
図７は、作動液容器１の容器壁１０、２０、３０の層構造の非常に簡略化された描写を示す。容器壁は、底壁１０および／または側壁２０および／または天井壁３０であり得る。容器壁１０は多層構造を有することがわかる。
【０１４４】
以下において、容器壁１０、２０、３０の層構造は、底壁１０を参照して、そして第２のコンデンサ７０を参照して説明される。しかしながら、側壁２０および／または天井壁３０は、対応する層構造を有することもできる。さらに、第１のコンデンサ６０も、同様に、容器壁１０、２０、３０に埋設することができる。
【０１４５】
底壁１０は、外層４１、作動液容器の内部２に面する内層４５、および外層４１と内層４５との間に配置された結合層４４を備えることがわかる。第２のコンデンサ７０の第１の電極７１および第２の電極７２は、外層４１と接合層４４との間に配置されている。底壁１０は、さらに、遮蔽層４２および絶縁層４３を有し、遮蔽層４２は、外層４１と、第２のコンデンサ７０の第１の電極７１および第２の電極７２との間に配置される。一方、絶縁層４３は、遮蔽層４２と、第２のコンデンサ７０の第１および第２の電極７１、７２との間に配置される。
【０１４６】
また、底壁１０は、外層４１、作動液容器の内部２に面する内層４５、外層４１と内層４５との間に配置された結合層４４を備えることが分かる。第２のコンデンサ７０の第１の電極７１および第２の電極７２は、外層４１と接合層４４との間に配置されている。底壁１０は、さらに、遮蔽層４２および絶縁層４３を有し、遮蔽層４２は、外層４１と、第２のコンデンサ７０の第１および第２の電極７１、７２との間に配置される。一方、絶縁層４３は、遮蔽層４２と、第２のコンデンサ７０の第１および第２の電極７１、７２との間に配置される。
【０１４７】
図８Ａは、分離状態の第１のコンデンサ６０の側面図を示す。図示の実施形態では、第１のコンデンサ６０の第１の電極６１は、その長手方向の延長部Ｌに沿って均等な幅の延長部Ｂを有することが分かる。対照的に、第１のコンデンサ６０の第２の電極６２は、第２の電極６２の長手方向の延長部に沿って変化された幅の延長部Ｂを有する。第２の電極６２の幅は、底壁１０の方向にその長手方向の延長部Ｌに沿って増加する幅の延長部Ｂを有することがわかる。
【０１４８】
図８Ｂは、作動液容器１のさらなる実施形態による第１のコンデンサ６０のさらなる例を示す。第１の電極６１および第２の電極６２の両方が、それぞれ、高さが異なる、すなわち第１および第２の電極６１、６２の長手方向の延長部Ｌに関して異なる位置に２つの翼６３を有することがわかり、該翼部は、第１および第２の電極６１、６２の幅の延長部Ｂに沿って延在している。それぞれの翼部６３が丸みを帯びていることがわかる。
【０１４９】
図８Ｃはまた、さらなる実施形態による作動液容器１の第１のコンデンサ６０を示す。図８Ｃに示される第１のコンデンサ６０はまた、第１の電極６１および第２の電極６２の両方が、対応する電極６１、６２の幅の延長部Ｂに延在している２つの翼部６３をそれぞれ有するように設計される。この場合、それぞれの翼部６３は、対応する電極６１、６２の異なる高さに配置される。
【０１５０】
しかしながら、本発明は、作動液容器の内部２に延在する第１のコンデンサ６０によって電界が生成されて、水性の作動液５０の物理的状態が、評価器８０によって判定することができる限り、図８Ａ〜図８Ｃに示される第１のコンデンサ６０の実施形態に限定されない。
【０１５１】
符号の説明
１  作動液容器
２  作動液容器の内部
１０  底壁（作動液容器の）
１１  隆起部（底壁の）
２０  側壁（作動液容器の）
３０  天井壁
４１  外層（底壁／側壁）
４２  遮蔽層（底壁／側壁）
４３  絶縁層（底壁／側壁）
４４  接着層（底壁／側壁）
４５  内層（底壁／側壁）
５０  作動液
６０  第１のコンデンサ
６１  第１の電極（第１のコンデンサの）
６２  第２の電極（第１のコンデンサの）
６３  翼部（第１電極および／または第２電極の）
７０  第２のコンデンサ
７１  第１の電極（第２のコンデンサの）
７２  第２の電極（第２のコンデンサの）
８０  評価器
９１  −１５℃の温度の水性の作動液の周波数依存位相プロファイル
９２  −２℃の温度の水性の作動液の周波数依存位相プロファイル
９３  ＋３℃の温度の水性の作動液の周波数依存位相プロファイル
１０１  −１５℃の温度の水性の作動液の周波数依存静電容量プロファイル
１０２  −２℃の温度の水性の作動液の周波数依存静電容量プロファイル
１０３  ＋３℃の温度の水性の作動液の周波数依存静電容量プロファイル
Ｌ  長手方向の延長部（測定コンデンサの電極の）
Ｂ  幅の延長部（測定コンデンサの電極の）
Ｃ１  第１の容量（コンデンサの）
Ｃ２  第２の容量（コンデンサの）
Ｆｍｉｎ  下限周波数
ｆｍａｘ  上限周波数
φ１  第１の位相角
φ２  第２の位相角
δ１  第１の臨界角
δ２  第２の臨界角
ΔＣ１  第１の容量偏差
ΔＣ２  第２の静電容量偏差
【図１】
2021509473.tif 000007
【図２】
2021509473.tif 000008
【図３】
2021509473.tif 000009
【図４】
2021509473.tif 000010
【図５】
2021509473.tif 000011
【図６】
2021509473.tif 000012
【図７】
2021509473.tif 000013
【図８Ａ】
2021509473.tif 000014
【図８Ｂ】
2021509473.tif 000015
【図８Ｃ】
2021509473.tif 000016
【国際調査報告】
2021509473.tif 000017
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