(57)【要約】【課題】夜間あるいは液量を視認しにくい場所でも給水時に水位の大まかな確認ができ、補充する液体の入れ過ぎを防止することができる液面レベルセンサおよび該センサを備えた液体タンクを提供する。【解決手段】音を発するブザー１０および所定長さの給水口２を備えた、液体が貯水される尿素水タンク１において、給水口２から尿素水タンク１内に液体を入れる際にブザー１０から音を発し、尿素水タンク１内に液体が入れられることで減少する尿素水タンク１内の気体の体積に基づいて変化するヘルムホルツ共鳴周波数と、ヘルムホルツ共鳴周波数の変化の範囲内におけるブザー１０が発する音の周波数と、により決定される前記タンクから発する音の音圧の変化により尿素水タンク１内の液体の量が認識されことを特徴とする。【選択図】図３
2012122784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク本体から所定の長さ突設された給液開口部を備え液体が貯蔵されるタンクの液面レベルセンサにおいて、
タンク本体内部または外部に一定周波数の音を発するブザーを設け、前記給液開口部から前記タンク内に液体を入れる際に前記ブザーから音を発し、前記タンク内に供給される液体によってタンク内の気体体積の減少に基づいて変化するヘルムホルツ共鳴周波数と、前記ブザーが発する音の周波数と、に基づいて決定される前記タンクから発する音の音圧の変化により前記タンク内の液体のレベルを認識することを特徴とするタンクの液面レベルセンサ。
【請求項２】
前記ブザーは、前記タンク内部に取付けられ、且つ前記タンクの満水時に該ブザーが液体で浸される位置に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のタンクの液面レベルセンサ。
【請求項３】
前記タンクは前記タンク内の液体の水位を検知するセンサが備えられ、該センサはタンク内に垂下した柱状電極を有し、前記ブザーは、前記センサの柱状電極部分に取付けられるとともに前記タンクの満水時に浸されることを特徴とする請求項１または２に記載のタンクの液面レベルセンサ。
【請求項４】
前記ブザーは、複数の一定周波数の音を発することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタンクの液面レベルセンサ。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタンクの液面レベルセンサが装着されたことを特徴とする液体タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内の液面を検出する液面レベルセンサおよび該センサを備えた液体タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
必要時に備えて液体を貯蔵するために液体タンクが用いられている。例えば、一般家庭においては、飲料水を入れるタンク、灯油を入れるタンクがある。また、車体においては、燃料タンクをはじめ、様々なタンクが設けられている。このタンク内の液体の残量を確認したい場合、タンクが透明であれば視認できるが、透明でない場合タンクに透明な部位を設けるか液量計を設ける必要がある。
【０００３】
タンク内部に内部の液体の液量を認識するため液量計を設けたものとして以下のものがある。例えば、ウィンドウガラス洗浄用のウォッシャ液を貯水するため、ウォッシャタンクが備えられている。このウォッシャタンクに液量計を設け、ウォッシャタンク内の液量が低下した状態において、ウォッシャ液を発射するためにスイッチが押されたときにのみ液量警告ブザーを発するものが特許文献１に記載されている。
【０００４】
この特許文献１に記載されているものは図７のように構成されている。すなわち、ポンプモータ２００を備えたウォッシャタンク２０１の内部の下方に液量検出スイッチ２０２を取付け、液量検出スイッチ２０２の上方には、ウォッシャ液表面に磁石２０３を組み込んだフロート２０４が浮いている。ウォッシャ液が減少し、液量検出スイッチ２０２とフロート２０４との距離が所定以下になると、液量検出スイッチ２０２がオンになる。この場合にウォッシャ液を発射するためにスイッチが押されたときにのみ液量警告ブザー２０５から警告音を発するようになっている。
【０００５】
また、このような液量計の場合、満水時から警告音を発する直前までの間の液量を知るためにはその液量を表示する表示装置が必要になる。
また、ウォッシャ液の残量を視認したい場合、タンクに透明な部位を設ける等が必要となる。例えば、図８に示す尿素水タンク３００のように、尿素水タンク３００の上方部と下方部とを透過性の中空部材にて連通したレベルゲージ３０１が設けられたものが、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６２−１３７７５５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５０９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなウォッシャタンクにウォッシャ液を補充する場合に限らず、一般的にタンクに液体を補充する場合、タンクに透明な部位を設けても夜間あるいはその透明な部位を視認しにくい場所では水位の確認が難しいことがある。また、タンク内の液体の残量を表示する装置を設けたい場合に、設置場所のスペース等により表示装置を設けることができない場合もある。
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、夜間あるいは液量を視認しにくい場所でも給水時に水位の大まかな確認ができ、補充する液体の入れ過ぎを防止することができる液面レベルセンサおよび該センサを備えた液体タンク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】
【０００８】
本発明はかかる目的を達成するため、タンク本体から所定の長さ突設された給液開口部を備え液体が貯蔵されるタンクの液面レベルセンサにおいて、タンク本体内部または外部に一定周波数の音を発するブザーを設け、前記給液開口部から前記タンク内に液体を入れる際に前記ブザーから音を発し、前記タンク内に供給される液体によってタンク内の気体体積の減少に基づいて変化するヘルムホルツ共鳴周波数と、前記ブザーが発する音の周波数と、に基づいて決定される前記タンクから発する音の音圧の変化により前記タンク内の液体のレベルを認識することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、タンクにブザーを設け、ブザーの周波数を液体の供給にともなう共鳴周波数の変化範囲内に設定することで、共鳴周波数を利用して給水時にタンクから発する音圧の変化に基づいて、タンク内の大まかな水位を認識させることができる。
すなわち、共鳴周波数とブザーが発する周波数とが等しくなった場合、音圧が増してその周波数の音がタンクから放出されるので、ブザーの周波数を予め把握したい水位に関連づけて設定しておくことで、満水前に共鳴周波数により大まかな水位を認識させることができ、満水時までの時間を把握させ満水時の準備をさせることができる。
【００１０】
また、好ましくは、前記ブザーは、前記タンク内部に取付けられ、且つ前記タンクの満水時に該ブザーが液体で浸される位置に取り付けられるとよい。
満水時にブザーから発する音が液体に遮られその音の音圧が減少するため、満水であることを認識させ、入れ過ぎによる液体の溢れを防止することができる。
また、水位の認識は聴覚によりなされ、水位表示装置を確認する必要がないので、夜間でも液体を溢れさせることなく給水させることが可能となる。さらに、水位表示装置は必要ないため、部品点数が減少され、コスト低減が可能となる。
【００１１】
また、好ましくは、前記タンクは前記タンク内の液体の水位を検知するセンサが備えられ、該センサはタンク内に垂下した柱状電極を有し、前記ブザーは、前記センサの柱状電極部分に取付けられるとともに前記タンクの満水時に浸されるとよい。
【００１２】
前記構成によれば、水位検知センサを用いた既存のタンクにもヘルムホルツ共鳴を利用でき、聴覚による液面レベルの認識を簡単な構成で得ることができる。
【００１３】
また、好ましくは、前記ブザーは、複数の一定周波数の音を発するとよい。
このような構成によれば、タンク内の水位が上昇すると共鳴周波数も上昇し、複数の周波数のうち異なる周波数のそれぞれにヘルムホルツ共鳴が発生することになるので、大まかな水位を段階的に把握することができる。
【００１４】
さらに、本発明は、前記タンクの液面レベルセンサが装着された液体タンクを特徴とするものであり、前記液面レベルセンサによる作用効果を備えた液体タンクを得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、タンクにブザーを設け、共鳴周波数を利用して給水時にタンク内の大まかな水位を認識させることができる。このように、満水前に共鳴周波数により大まかな水位を認識させることで、満水時までの時間を把握させ満水時の準備をさせることができる。
また、満水時にブザーから発する音が液体に遮られその音の音圧が減少するため、満水であることを認識させ、入れ過ぎによる液体の溢れを防止することができる。
また、水位の認識は聴覚によりなされ、水位表示装置を確認する必要がないので、夜間でも液体を溢れさせることなく給水させることが可能となる。さらに、水位表示装置は必要ないため、部品点数が減少され、コスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】尿素水タンクの外観図である。
【図２】尿素水タンクの給水口の拡大図である。
【図３】ヘルムホルツ共鳴を説明するための尿素水タンクの概略図である。
【図４】実施例１にかかる液面レベルセンサ付き液体タンクの説明図である。
【図５】実施例２にかかる液面レベルセンサ付き液体タンクの説明図である。
【図６】ＳＣＲ（選択触媒還元）付きディーゼルエンジンの全体配置を示す構成図である。
【図７】従来の液量警告装置の取付け例を示す断面図である。
【図８】従来の尿素水タンクの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００１８】
液体タンクは前述したウォッシャ液の貯水以外にも様々な用途に使われるものであり、本発明にかかる液面レベルセンサ付きの液体タンクは、ここでは代表してディーゼルエンジンに用いられる尿素水タンクについて説明する。
【００１９】
ディーゼルエンジンから排出される未燃焼成分等の粒子状物質からなるパティキュレート（ＰＭ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）については、その低減が強く要請されている。
そのため、ディーゼルエンジンの排気系にディーゼルＰＭフィルタ（ＤＰＦ）、選択還元触媒（ＳＣＲ）等を直列に配置した排ガス後処理装置を設けてあり、選択還元触媒においては、排気ガス中のＮＯｘと還元剤である尿素水とを触媒還元反応させＮＯｘを浄化し無害化するため、尿素水を貯水する尿素水タンクが車体に搭載されている。
【００２０】
ここで、ディーゼルエンジンの排気部分について概要を、図６を参照して説明する。
図６において、ディーゼルエンジン（以下エンジン１００という）は、エンジン１００の排気によって駆動される排気タービン１０９と排気タービン１０９によって駆動され燃焼用空気を圧縮するコンプレッサ１０８を有する排気ターボ過給機１１０を備えており、エンジン１００の排気ガスは排気マニホールド１１１ａを通って排気ターボ過給機１１０の排気タービン１０９に到達し、これを駆動する。
【００２１】
コンプレッサ１０８には、空気管１０３からの空気がエアクリーナ１０３ａを通って流入し、コンプレッサ１０８内で圧縮される。コンプレッサ１０８から吐出された空気は、給気管１０４を通って空気冷却器１０６に入り、空気冷却器１０６で冷却される。空気冷却器１０６は、例えば走行風によって冷却する熱交換器である。
【００２２】
空気冷却器１０６で冷却された空気は、給気スロットル弁１０５で開度を制御された後給気管１０４から給気マニホールド１０４ａを通り、シリンダ３ｓ毎に設けられた給気ポートからエンジン１００のシリンダ３ｓに吸入される。
エンジン１００においては、コモンレール１１７に蓄圧された高圧燃料が、噴射時期および噴射量を制御されてシリンダ３ｓ毎に設けられた燃料噴射弁１１０ａから噴射され、噴射された高圧燃料は給気マニホールド１０４ａから吸入された空気との混合によって、燃焼せしめられる。そして、上述したように、この排気ガスが排気マニホールド１１１ａを通って排気タービン１０９に送られる。
【００２３】
また、排気マニホールド１１１ａからＥＧＲ（排ガス再循環）管１１６が分岐されて、排気ガスの一部(ＥＧＲガス)は、ＥＧＲ管１１６内に抽出される。該ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ１１５で降温され、ＥＧＲ弁１１４で流量を制御されて、給気スロットル弁１０５に下流部位にある給気マニホールド１０４ａに投入される。
【００２４】
前記排気タービン１０９を駆動後の排気ガスは、排ガス管１１１を通ってＤＯＣ（前段酸化触媒）で昇温され、その昇温排気ガス中に、尿素水タンク１３０に接続されている尿素水ノズル１２０から尿素水（ユリア水）が噴射され、尿素水を含む排気ガスが、ＳＣＲ（選択触媒還元）１１３に入り、ＳＣＲ１１３にて、尿素水を排気ガスの熱で分解し、放出されるアンモニアと排気ガス中に含まれるＮＯｘを化学反応させ、水と窒素に還元させる。
【００２５】
次に、前記尿素水を貯蔵する尿素水タンクについて説明する。図１において、本発明にかかる尿素水タンク１は樹脂にて形成されている。
また、尿素水タンク１内にはヒーター、さらに尿素水を送り出すためのポンプも内設されている。尿素水ポンプは尿素水タンク１の外部にポンプを設けてもよい。
また、尿素水タンク１には、給水キャップ２ａが嵌められ、尿素水の給水時に使用される給水口２、および尿素水の濃度を計測する濃度センサ３が設けられている。
なお、尿素水タンク１は、樹脂製ではなくステンレス等の金属製でもよく、尿素水タンク１の形状は代表して図１を示しており、これに限定されるものではない。
【００２６】
次に、図２を参照して給水口２を説明する。図２（ａ）は、給水口２の部分の拡大図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。ただし、給水キャップ２ａは取外してある。
給水口２は、尿素水タンク１の本体部分から突設して形成され、尿素水タンク１の表面から給水口２の先端までの長さがＬであり、円形の断面形状を有し、半径ｒでその断面積はＳ（＝πｒ２）である。給水口２についてもこの形状に限定されるものではない。
【００２７】
本発明は、ヘルツホルム共鳴を用いるため、以下簡単に説明する。
ヘルムホルツ共鳴は、フラスコのような長さＬ、断面積Ｓの開口部を有する体積Ｖの容器において、開口部の気体の振動をバネ振動に近似し、状態方程式を用いて導出されるものであり、その共鳴周波数は以下の式（１）により表される。
【数１】
2012122784.tif 000003
【００２８】
ここで、ｖ：音速
Ｖ：タンク内空間容積
Ｓ：給水口断面積
Ｌ：給水口長さ
δ：開口端補正係数（０．６×給水口半径（ｒ））
である。
【００２９】
ヘルムホルツ共鳴は、前記した尿素水タンク１にも当てはめられる。図３は、尿素水タンク１を簡略化した尿素水タンク１ａの外観図である。長さＬ、断面積Ｓ（＝πｒ２）の給水口２が開口部に相当し、尿素水タンク１ａは、矩形の底面の短辺の長さをＷ、長辺の長さをＪ、高さをＨとする体積Ｖの容器である。
ヘルツホルム共鳴の例として、ビール瓶あるいはフラスコ等の容器に息を吹きかけたときに、開口部の気体の振動がその共鳴周波数になると低い大きな音が出ることが挙げられる。
また、応用例として位相反転（バスレフ）型スピーカーが挙げられる。この場合、開口部はスピーカーの前面の内側に、前面と直角方向に所定長さの円筒が形成されている。スピーカーに音声信号が入力されると、開口部の空気も振動し、その振動数がヘルムホルツ共鳴周波数に等しい場合、開口部の空気の振動の位相とスピーカーの音声信号の振動の位相とが同位相となるため、その周波数の音圧が増した音が放出される。
【００３０】
（第１実施形態）
図４を用いて、ヘルツホルム共鳴を用いた第１実施形態の尿素水タンク１を説明する。図４は、給水口２を有する尿素水タンク１を簡略化した断面図である。尿素水タンク１は、所定の一定周波数の音を発し防水機能を備えたブザー１０を側壁に設けており、このブザー１０は、尿素水の満水時に全て浸る位置に設置されている。
当然ながら、ブザー１０が発する音の周波数は一定であり、尿素水タンク１の空間容積の変化に伴う共鳴周波数が変化する範囲内の周波数であり、尿素水の任意の水位における共鳴周波数に設定すればよい。
【００３１】
そして、ブザー１０には、スイッチ１１、防水機能が損なわれた場合のためのヒューズ１２および直流電源１３が直列に接続されている。ブザー１０は図４のように尿素水タンク１の内部ではなく外部に設けてもよい。外部に設置した場合でも、尿素水タンク１の空間容積の変化に伴う共鳴周波数が変化するので水位を認識できる。
また、スイッチ１１は、給水キャップ２ａが給水口２から外された場合に連動してオンになるようにしてもよい。
【００３２】
尿素水タンク１の水位が図４のＡの状態であるとする。スイッチ１１をオンにし、ブザー１０から音を発生させる。この状態から給水口２より尿素水を給水し水位が上昇すると、尿素水タンク１内の空間容積が減少する。すなわち、式（１）のＶが減少することになり、前述した共鳴周波数は上昇する。
【００３３】
この共鳴周波数とブザー１０が発する周波数とが等しくなった場合、音圧が増したその周波数の音が尿素水タンク１から放出される。
この場合、式（１）の開口端補正の値は給水口２の断面の半径ｒに０．６を掛け、δ＝０．６×ｒとする。全ての場合にこの開口端補正の値を用いるというわけではなく、給水時に給水口２へ挿入するノズルを考慮して開口端補正の値を決定してもよい。
【００３４】
その後、さらに給水することにより水位が上昇してブザー１０が尿素水に浸されると、ブザー１０からの音は尿素水に遮られるので、尿素水タンク１から放出される音圧が減少し、満水であることが認識される。
【００３５】
このように、本実施形態の液面センサ付きタンクは、尿素水タンク１にブザー１０を設け、満水時にブザー１０から発する音が尿素水に遮られその音の音圧が減少するため、満水であることを認識させ、入れ過ぎによる尿素水の溢れを防止することができる。
【００３６】
また、本実施形態の液面センサ付きのタンクは、共鳴周波数を利用して尿素水タンク１内の大まかな水位を認識させることができる。このように、満水前に共鳴周波数により大まかな水位を認識させることで、満水時までの時間を把握させ満水時の準備をさせることができる。
【００３７】
また、水位の認識は聴覚によりなされ、水位表示装置を確認する必要がないので、夜間でも入れ過ぎによる液体の溢れさせることなく給水させることが可能となる。本発明には、レベルゲージを設けてもよく、その場合にはレベルゲージを視認しにくい場所でも尿素水を溢れさせることなく給水させることが可能となる。さらに、水位表示装置は必ずしも設ける必要がないため、部品点数が減少され、コスト低減が可能となる。
【００３８】
なお、ブザー１０から発する音の周波数は、複数含まれていてもよい。例えば、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３のように異なる周波数の音をブザー１０から発し、尿素水タンク１内の水位が低い場合、中間の場合、満水付近の場合のそれぞれの共鳴周波数になるように、ｆ１〜ｆ３を選択する。尿素水タンク１内の水位が上昇すると共鳴周波数も上昇するから、低い水位ではｆ１の音の音圧が、中間の水位ではｆ２の音の音圧が、満水付近の水位ではｆ３の音の音圧が増して聴こえ、作業者は大まかな水位を段階的に把握することができる。
（第２実施形態）
【００３９】
図５を参照して、第２実施形態の尿素水タンク１を説明する。図５は尿素水タンク１の簡略化した断面図の一部である。第１実施形態と異なるのは、尿素水タンク１内の尿素水の水位を検出するレベルセンサ２０が設けられ、レベルセンサ２０は柱状の電極部２０ｂを有し、該電極部２０ｂの部分にブザー１０を取付けていることである。その他の構成は、第１実施形態と同じであり、同様の構成については説明を省略する。
なお、ブザー１０に接続される、スイッチ１１、ヒューズ１２および直流電源１３は図示を省略している。
【００４０】
レベルセンサ２０は、回路基盤を内蔵した基部２０ａが尿素水タンク１の天壁に固定され、基部２０ａから尿素水タンク１の底壁へと電極部２０ｂが垂下される。電極部２０ｂには、横断面円形の内側電極と外側電極とを同心に、すなわち、互いに平行に該両電極が設けられている。レベルセンサ２０は、このような構成により両電極間の静電容量から水位を測定する静電容量式のレベルセンサである。
ブザー１０は、尿素水の満水時に全て浸る位置にレベルセンサ２０の電極部２０ｂに取付けられている。
本実施形態も第１実施形態と同様に、ヘルムホルツ共鳴を利用して水位を聴覚によって認識でき、暗い部分でも液面の状態を認識できるため入れ過ぎによる液体の溢れを防止の効果が得られる。
さらに、レベルセンサを用いた既存の尿素水タンクにも適用できる。したがって、本実施形態では、レベルセンサでの水位検出に加えて、既存の尿素水タンクにも簡単に適用できる効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明では、共鳴周波数を利用してタンク内の大まかな水位を認識させ、入れ過ぎによる液体の溢れを防止することが可能であり、液体を貯蔵するタンクに適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１、１ａ、１３０、３００  尿素水タンク
２  給水口（給液開口部）
２ａ  給水キャップ
３  濃度センサ
１０  ブザー
１１  スイッチ
１２  ヒューズ
１３  直流電源
２０  レベルセンサ
２０ａ  基部
２０ｂ  電極部
１００  エンジン
１０４  給気管
１０６  空気冷却器
１０８  コンプレッサ
１０９  排気タービン
１１０  排気ターボ過給機
１１１  排気管
１１２  ＤＰＦ
１１３  ＳＣＲ
１１４  ＥＧＲ弁
１１５  ＥＧＲクーラ
１１６  ＥＧＲ管
【図１】
2012122784.tif 000004
【図２】
2012122784.tif 000005
【図３】
2012122784.tif 000006
【図４】
2012122784.tif 000007
【図５】
2012122784.tif 000008
【図６】
2012122784.tif 000009
【図７】
2012122784.tif 000010
【図８】
2012122784.tif 000011