(57)【要約】      （修正有）【課題】流体が汲み上げられる容器やタンク内の流体レベルを検知する流体レベルセンサを提供する。【解決手段】圧力が付加された状態で流体が流れる流体管１６と、圧力パルス誘導体２６と、流体レベル反応部材４６と、圧力センサ１８とを備える。圧力パルス誘導体２６は、流体管１６を流れる流体の少なくとも一部が関与するように流体管内に配置される。流体レベル反応部材４６は、タンク内の流体レベルを示す機能として変化する力を圧力パルス誘導体２６に付与するため、圧力パルス誘導体２６と動作可能に関与する。圧力センサ１８は、流体管１６を流れる流体の圧力を検出し、圧力パルス誘導体２６が流体の圧力変化を流体レベルを示す機能として誘導し、圧力変化が圧力センサ１８によって検出される。【選択図】図１
2013015521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力が付加された状態で流体が流れる流体管と、
該流体管を流れる流体の少なくとも一部が関与するように該流体管内に配置された圧力パルス誘導体と、
該圧力パルス誘導体と動作可能に関与し、タンク内の流体レベルを示す機能として変化する力を前記圧力パルス誘導体に付与する流体レベル反応部材と、
前記流体管を流れる流体の圧力を検出する圧力センサとを備え、前記圧力パルス誘導体が前記流体の圧力変化を前記流体レベルを示す機能として誘導し、該圧力変化が前記圧力センサによって検出されることを特徴とするタンク内の流体レベルを検出するための流体レベルセンサ。
【請求項２】
前記圧力パルス誘導体に作用する流体の力に対して前記圧力パルス誘導体にバイアスを生じさせるバイアス部材を備え、前記流体レベル反応部材が該バイアス部材に作用し、前記バイアス部材が前記圧力パルス誘導体にタンク内の流体レベルを示す機能として付与する力を変化させることを特徴とする請求項１に記載の流体レベルセンサ。
【請求項３】
前記バイアス部材は、一端が前記圧力パルス誘導体に係合するばねであり、前記流体レベル反応部材は、流体に浮いているフロートを備え、第１磁石はフロートの動きに追従して該フロートによって移動し、該第１磁石に磁気的に結合される第２磁石は、前記圧力パルス誘導体に対向する一端において前記ばねによって移動し、前記流体レベルが変化すると、前記フロートと前記第１磁石の位置が変化し、これによって第２磁石の位置も変化し、さらに前記バイアス部材が前記タンク内の前記流体レベルを示す機能として前記圧力パルス誘導体に付与する力が変化することを特徴とする請求項２に記載の流体レベルセンサ。
【請求項４】
前記ばね定数は一定ではないことを特徴とする請求項３に記載の流体レベルセンサ。
【請求項５】
前記圧力パルス誘導体は、前記流体が流れることができる少なくとも一つの開口を備えることを特徴とする請求項３に記載の流体レベルセンサ。
【請求項６】
前記流体レベル反応部材は、タンク内の流体によって作用する潜水部材であり、第１磁石は、該潜水部材によって移動し、前記第２磁石は、前記圧力パルス誘導体によって移動すると共に、前記流体管を通して前記第１磁石と磁気的に結合され、前記潜水部材の流体内に沈んでいる部分が大きくなるにつれて、前記第１と第２の磁石を経由して前記圧力パルス誘導体に作用する有効質量が小さくなり、これによって、前記潜水部材の流体中に沈んでいる部分が小さいときに、前記第１と第２の磁石を経由して前記圧力パルス誘導体に作用する有効質量が大きい場合よりも、前記圧力パルス誘導体が前記流体管を流れる流体によってより容易に移動することを特徴とする請求項１に記載の流体レベルセンサ。
【請求項７】
前記流体管に対する前記潜水部材の動きは、前記潜水部材の一部分が常にタンク内の流体中に沈められるように強制されることを特徴とする請求項６に記載の流体レベルセンサ。
【請求項８】
圧力が付加された状態で流体タンクから流体を汲み上げ、
該汲み上げた流体を流体管を介して送り、
該流体管を流れる流体内に圧力パルスを誘導し、
前記流体タンク内の流体レベルを示すように機能する圧力パルスの周波数を測定することを特徴とする流体タンク内の流体レベルの測定方法。
【請求項９】
前記圧力パルスは、少なくとも一部分が流体管内に配置されている圧力パルス誘導体の反対方向に、前記汲み上げられた流体を方向付けることによって誘導されることを特徴とする請求項８に記載の流体タンク内の流体レベルの測定方法。
【請求項１０】
前記圧力パルス誘導体は、前記流体管内で可動であり、該圧力パルス誘導体の動きは、該圧力パルス誘導体と動作可能に結合された流体レベル反応部材によって抑制されることを特徴とする請求項９に記載の流体タンク内の流体レベルの測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
同時係属出願の引用
この出願は、２０１１年６月３０日に出願された米国仮出願番号No. 61/503,308の利益を請求すると共に、この開示の全体を引用して援用するものである。
技術分野
【０００２】
本公開は、一般的に流体が汲み上げられる容器やタンク内の流体レベルを検知することに関する。
背景技術
【０００３】
流体は容器やタンクに貯留される。自動車車両のような流体システムには、車両のエンジンで使用するためなどの目的で、流体をタンクから圧力が付加された状態で供給するためのポンプを備えるものがある。タンク内の流体レベルを検出又は決定し、このタンク内の流体レベルを表示することは公知である。
要約
【０００４】
少なくともいくつかの例では、タンク内の流体レベルを検出するための流体レベルセンサは、圧力が付加された状態で流体が流れる流体管と、圧力パルス誘導体と、流体レベル反応部材と、圧力センサとを備える。圧力パルス誘導体は、流体管を流れる流体の少なくとも一部が該圧力パルス誘導体に関与するように流体管内に配置される。流体レベル反応部材は、タンク内の流体レベルを示す機能として変化する力を圧力パルス誘導体に付与するため、圧力パルス誘導体と動作可能に関与する。圧力センサは、流体管を流れる流体の圧力を検出し、圧力パルス誘導体が流体の圧力変化を流体レベルを示す機能として誘導し、圧力変化が圧力センサによって検出される。
【０００５】
流体タンクと流体レベル検出システムは、内部に流体を貯留する流体タンクと、流体タンクから流体を取り込むと共に、圧力が付加された状態で流体ポンプから流体を放出する流体ポンプと、流体ポンプの下流側に配置され、圧力が付与された状態で流体が流れる流体管とを備えることができる。圧力パルス誘導体は、流体管を流れる流体の少なくとも一部が該圧力パルス誘導体に関与するように流体管内に配置され、流体レベル反応部材は、圧力パルス誘導体と動作可能に関与し、タンク内の流体レベルを示す機能として変化する力を圧力パルス誘導体に付与する。圧力センサは、流体管を流れる流体の圧力を検出し、圧力パルス誘導体が流体の圧力変化を流体レベルを示す機能として誘導し、圧力変化が圧力センサによって検出される。
【０００６】
流体タンク内における流体レベルの測定方法は、圧力が付与された状態で流体タンクから流体を汲み上げ、汲み上げた流体を流体管を介して送り、流体管内を流れる流体中の圧力パルスを誘導し、圧力パルスの周波数を測定することを含む。圧力パルスの周波数は、流体タンク内の流体レベルを示すように機能し、所望の時刻において流体タンク内の流体レベルを測定することが可能となる。
【０００７】
次に、実施例及び最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、流体タンク内の流体レベルセンサを示す。
【０００９】
【図２】図２は、流体タンク及び流体レベルセンサを示す。
【００１０】
現在の好ましい実施形態に関する詳細な説明 
図面についてより詳細に説明すると、図１は、流体レベルセンサ１０の一実施の形態を示す。この実施の形態において、流体レベルセンサ１０は、車両用燃料タンク１２内の燃料レベルを測定するために用いられる。もちろん、この流体レベルセンサ１０は、他の用途や燃料以外の流体にも利用することができる。図示されるように、この燃料タンク１２は従来と同様の構成を備えることができ、金属やプラスチックで形成することができる。流体ポンプ１４は、タンク１２内、又はその近傍に配置することができると共に、エンジンに供給するため、圧力が付加された状態で燃料を排出する出口を備える。この流体ポンプ１４の出口は、タンク１２内の流体管１６を介して方向付けられ、流体の圧力は、ここに示される圧力センサ１８によって、検知、検出又は測定される。
【００１１】
流体管１６は、入口２０と、出口２２とを備え、タンク１２内の流体の使用に適した金属材料（好適には非磁性）又はプラスチック材料から形成される略々中空円筒管とすることができる。本実施の形態においては、この流体管１６は、出口２２よりも下方に入口２０が位置するように鉛直方向に延設され、流体が重力に反して重力とは逆方向に流れる。停止面又は座２４は、管１６内に位置する。
【００１２】
圧力パルス誘導体２６は、流体管１６内に位置し、座２４に対向する前表面２８を備えると共に、少なくとも流体管１６を流体が流れていないときには、この座と係合することができる。この圧力パルス誘導体２６は、流体管１６を流れる流体の力が付与された状態で、座２４から離れるように移動する。流体管１６を流体が流れるときに、少なくとも一部の流体が圧力パルス誘導体２６内を流れるように、圧力パルス誘導体２６の前表面２８を貫通するように一以上の開口３０が形成される。しかし、流体のすべてが圧力パルス誘導体２６の周囲を流れて圧力パルス誘導体２６を通過しないように、前表面２８を隙間のない状態、すなわち無孔とすることもできる。圧力パルス誘導体２６の周囲と、流体管１６の内側表面３４との間にギャップ３２が設けられているため、所望すれば、一部の流体を迅速に圧力パルス誘導体２６の周囲に流すことができる。この圧力パルス誘導体２６は、ばね３６等のバイアス部材によって座に対してバイアスを生じさせる。この圧力パルス誘導体２６は、圧力パルス誘導体２６に対するバイアス部材３６の保持を促進するための、直立したへりや側壁３８のような保持構造を備えることができる。この保持構造もまた、連結手段、結合手段、接着剤等とすることができる。
【００１３】
バイアス部材は、流体管１６内に収容されたコイルばねとすることができる。ばね３６の一端４０は、圧力パルス誘導体２６に係合されて動作し、他端は、圧力パルス誘導体から下流側に間隔を空けて配置される。このばね３６のばね定数は、少なくとも一実施の形態において、非直線形であるか、一定でないこととする。本実施の形態では、ばね３６の長さが変化すると（例えば、ばねの伸縮によって）、ばねが圧力パルス誘導体２６に付与する力が非線形的に変化する。
【００１４】
流体反応部材４６は、流体管１６の外側において、タンク１２内の流体と接するように配置される。この流体反応部材は、流体中で浮揚性のフロート４６とすることができる。このフロート４６は、使用中は流体管に隣接した状態を維持するように、流体管１６に連結することができる。一実施の形態において、フロート４６は、流体管の全部又は一部を包囲するように、内部を流体管１６が延設される通路４８を備えることができる。このように、フロート４６は、タンク１２内の流体レベルが変化すると、流体管１６に対して上下動する。フロート４６は、第１磁石がフロートと共に移動するように、第１磁石５０を移動させることができる。
【００１５】
流体管が第１磁石の磁場内に位置するように、第１磁石５０を流体管１６に隣接して収容することができる。少なくとも一実施の形態において、この第１磁石５０は環状で、かつ、流体管１６の一部を包囲するように構成することができる。もちろん、この第１磁石５０は、所望すれば、他の形状や構造としてもよく、２個以上用いることもできる。
【００１６】
第２磁石５２は、流体管１６内に位置すると共に、ばね３６の第２端４２と動作可能に関与する。この第２磁石５２は、流体管１６を介して第１磁石５０と磁気的に結合することができる。このようにして、フロート４６と第１磁石５０とが移動すると、第１及び第２磁石５０、５２間の磁気結合に従って、第２磁石５２とばね３６の第２端とが移動する。それに応じて、タンク１２内の流体レベルが変化すると、ばね３６の長さが変化し、ばね３６が圧力パルス誘導体２６に付与する力が変化する。
【００１７】
流体管１６内を流体が流れている間、流体は、圧力パルス誘導体２６の周囲及び／又は内部を流れる。圧力パルス誘導体２６の重量と、ばね３６の力は、流体管内を流れる流体流れに対抗する。圧力パルス誘導体２６は、流体流れによって座２４から離れるように移動することができ、ばね３６の力によって座の方向に戻り、この力は、圧力パルス誘導体２６が座２４から離れるように移動するに従って増加する。このようにして、圧力パルス誘導体２６は、均衡したり停止し続けるよりむしろ流体管１６内を追従又は振動する。この圧力パルス誘導体２６の動きによって、流体管１６内の流体流れの圧力パルスを生じさせたり、流体管１６内の流体流れの圧力の瞬間的な変化を誘導することができる。これらのパルス又は圧力変化は、圧力パルス誘導体２６の下流側に配置される圧力センサ１８によって検出することができる。この圧力センサ１８は、少なくとも車両に適用された既存の流体圧力センサとすることができ、自動車車両の燃料レール上又はその近傍に配置される。この圧力センサ１８もまた、所望すれば、単に流体レベルセンサ１０として用いる目的で設けることもできる。
【００１８】
既知のように、タンク１２内の流体レベルが変化すると、フロート４６と第１磁石５０が移動し、第２磁石５２とばね３６の第２端４２も移動し、ばね３６が圧力パルス誘導体２６に付与する力が変化する。いかなる時刻においても、圧力パルス誘導体の質量（これは一定である）に加え、圧力パルス誘導体２６に作用するばねの剛性は、流体管１６内の流体流れが作用したときに、圧力パルス誘導体が振動する周波数を決定する。それに応じて、タンク１２内の流体レベルが変化したり、圧力パルス誘導体２６に作用するばねの剛性が変化すると、圧力パルス誘導体の振動の周波数が変化すると共に、流体管１６内の圧力パルスの周波数も変化する。流体圧力振動の周波数は、圧力センサ１８によって検出され、所望の時刻にタンクの流体レベルを表示するため、タンク１２内の流体レベルと関連付けられる。いかなる流体レベルにおける圧力パルスの周波数でも、システムにおける既知の変数（例えば、流体の圧力、圧力パルス誘導体の質量、ばね定数）の関数として算出することができるか、又は実験的に決定することができるか、これら両方によって求めることができる。圧力センサ１８は、圧力センサ１８によって検出される圧力パルスの機能として、流体タンク１２内の流体レベルを表示する信号やその他の出力を供給するマイクロコントローラを備えるか、マイクロコントローラに接続されている。
【００１９】
流体レベルセンサ５８の他の実施の形態において、図２に示すように、流体レベル反応部材は、潜水部材６０（少なくとも顕著にタンク内の流体に没することができるもの）や、１）タンク１２内の流体に顕著に浮くものではなく、又は２）十分にシステムを機能させることができる質量を備え、タンク内の流体レベルが上昇した際に、（例え浮いていたとしても）徐々に流体内に没するようにその動きを規制することができるように没することができる他の部材とすることができる。この潜水部材６０は、流体管１６を包囲したり、又は流体管１６の近傍に位置することができる。潜水部材６０は、流体管１６に対して移動可能である。いくつかの実施の形態においては、流体管１６に対する潜水部材６０の移動を最小限としたり、抑制することができる。図２に示す実施の形態において、潜水部材６０は、略々円筒状に形成され、タンク１２の室内高と略々同一の高さを有する。このようにして、流体タンク１２が満たされるか、それに近い状態となるまで、潜水部材６０は完全には没しない。また、流体タンク１２が空やそれに近い状態のときに、潜水部材６０は流体の中に存在する状態を維持する。
【００２０】
潜水部材６０は、流体管１６に対して、またその内部に磁場を提供する第１磁石６２を移動させることができる。第１磁石６２は、上述の改変例や選択可能な構成を含み、流体レベルセンサ１０の第１磁石５０と同じものとすることができる。
【００２１】
圧力パルス誘導体２６は、先の実施の形態の圧力パルス誘導体と同様に形成することができ、管１６内の流体は、この圧力パルス誘導体の周囲及び／又は内部を流れることができる。本実施形態において、第２磁石６４は、第２磁石６４と圧力パルス誘導体２６との間にバイアス部材を設けることなく、圧力パルス誘導体２６に連結されるか、圧力パルス誘導体２６によって移動することができる。第２磁石６４は、潜水部材６０を圧力パルス誘導体２６に連結させるため、第１磁石６２と磁気的に結合される。圧力パルス誘導体２６は、別個の第２磁石６４を不要とすることができるように、磁石とすることもできる。この構成では、圧力パルス誘導体２６自体を第２磁石６４とし、第１磁石６２と直接磁気的に結合させることができる。
【００２２】
流体タンク１２内の流体レベルが変化すると、流体中に没する潜水部材６０の体積が変化し、潜水部材６０の有効質量が変化する。潜水部材６０の質量は、第１及び第２磁石６２、６４の磁気結合を介して圧力パルス誘導体２６に作用する。そのようにして、流体管１６内を流れる流体によって圧力パルス誘導体２６に付与される力は、圧力パルス誘導体２６に力を付与する潜水部材６０に加わる重力に対抗する。圧力パルス誘導体２６が座２４から離れると、潜水部材６０は持ち上げられ、潜水部材６０の没する量が少なくなるために潜水部材の有効質量が増加し、これによって、圧力パルス誘導体２６が座２４の方に移動し、そのために、より多くの潜水部材６０が再び没するために潜水部材６０の有効質量が減少する。これは、流体が流体管１６内を流れている間、継続的に繰り返し行われる。タンク１２の流体レベルが変化すると、この圧力パルス誘導体２６の移動、すなわち振動の周波数が変化する。所望すれば、この周波数は、計算又は実験によって決定することができ、図１との関連で説明した上記実施形態のように、流体タンク１２内の流体の流体レベルを表示するため、圧力センサ１８によって検出することができる。この磁気結合は、このシステムにある程度の柔軟性を提供することができ、ばねのように振る舞う。この一例として、磁界強度は、一つの磁石が他の磁石との相対位置を変化させた場合に変化する。
【００２３】
従って、流体レベルセンサ１０、５８は、流体流れの中に圧力パルスを提供する圧力パルス誘導体２６を用いることができ、この圧力パルスは、タンク１２の流体レベルの関数として変化する周波数を有する。抵抗に基づかないセンサ素子、これは典型的には、少なくとも自動車燃料等の流体における腐食から守るには困難又は高価になる抵抗パスに沿ったワイパの移動に頼るものであるが、このようなセンサ素子が必要である。少なくともいくつかの実施の形態において、圧力パルス誘導体２６は、タンク１２内に電気回路を必要としない。すなわち、タンク内にワイパ／フォロワ又は抵抗パス／トレース等の電気部品を必要としない。また、圧力パルス誘導体も、流体管を流れる液体の流量とは独立して機能することができる。
【００２４】
ここに開示する本発明の態様は、前述の好適な形態を構成するものであるが、他の多くの形態を構成することもできる。本明細書では、本発明のあらゆる同等の態様や、改変例を述べることを意図しているわけではない。ここで用いられる用語は、限定するためのものではなく、むしろ説明するためのものであり、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは自明である。
【図１】
2013015521.tif 000003
【図２】
2013015521.tif 000004
【外国語明細書】
2013015521000001.pdf
2013015521000002.pdf
2013015521000003.pdf
2013015521000004.pdf