JP5410166B2 - 容器中の流体の充填レベルを検出するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、入口開口部を有するダンピングカップと、このダンピングカップの領域内の超音波振動子とを具備する容器中の流体の充填レベルを検出するための装置に関わる。

このような形式の装置は、例えば、特許文献１と特許文献２とから知られている。装置の中で、超音波振動子、特に圧電素子が、ダンピングカップの底に置かれ、流体の界面で反射される音波を放つ。この反射された音波は、前記超音波振動子によって受けられ、充填レベルの高さが、これらのランタイムから算出される。この超音波振動子は、開いた状態で容器に設置されることは無い。これは、駆動中、油泡と油面の変動とにより、測定に誤差が生じ得るからである。このために、比較的小さな開口部によってこの容器と接続されているダンピングカップが使用されており、この結果、前記開口部を通って、この容器内に広がる液面も、前記ダンピングカップ内に設定される。しかしながら、この効果は、このダンピングカップ内で変動が非常に小さくなり、且つ、表面上での乱れと流れと、更に発泡とが減少することである。

しかしながら、気泡、例えばマイクロバブルの形状の泡が、媒体の中に含まれており、また、これが密度差となり、そこでは水と空気との界面と同様に、音響超音波の反射が生じるという問題がある。したがって、これら気泡は、反射、且つ、散乱物体であり、充填レベル測定の障害となる。
ＤＥ１００５７３９７Ａ１ ＷＯ２００７／０２８３６５Ａ１

本発明は、入口開口部を有するダンピングカップを具備し、このダンピングカップの領域に超音波振動子を有する、容器中の流体の充填レベルを検出するための装置を、気泡が前記ダンピングカップへ入ることを減じるようにして、高精度化するという目的を基礎としている。

この目的は、請求項１の特徴を有する装置によって果たされる。本発明の効果的な高精度化は、従属請求項に説明されている。

入口開口部を有するダンピングカップを具備し、このダンピングカップの領域に超音波振動子を有する、容器中の流体の充填レベルを検出するための装置は、本発明に従えば、この装置が、流体が通って入る入口開口部を有する、前記ダンピングカップの入口開口部に接続された前段の容量室を有することに特徴がある。この前段の容量室は、主要部もしくは大部分が閉ざされた容器として理解されており、前記ダンピングカップの容量に相対的な量のオイルを収容し得るように形成されており、且つ／もしくは、そのような容量を有する。媒体は、この前段の容量室中で、ダンピングプロセスを受け、マイクロバブルは、この領域内で脱ガスし得る。このようにして、すでに沈静され、容器に残っているものと比べて泡の無い状態の媒体は、前記ダンピングカップへと導かれ、この結果、測定が、このダンピングカップ中で、より精度良く行われる。

好ましくは、前記前段の容量室は、前記ダンピングカップと少なくとも同じ大きさの容量を有する。本発明の特に好ましいデザインでは、この前段の容量室は、前記ダンピングカップの少なくとも２倍の容量に相当する。このようにして、レベル変動の場合、例えば、モーターオイルの充填時でさえも、オイルが前段の容量室からダンピングカップへと導かれる間の、とても迅速な反応時間が得られ得る。この前段の容量室内は、沈静され、すでに比較的泡の無い状態であり、この結果、精度の良い測定が可能である。しかしながら、非常に小さな容量を有する、特にダンピングカップよりも小さな容量を有する前段の容量室を形成することも、大いに可能である。このような前段の容量室を用いると、とりわけ動的な駆動の代表的なデザインに対して、効果を得られ得る。

本発明の別の好ましいデザインでは、前段の容量室は、媒体を導くための幾何学的な構造を有する。この幾何学的な構造は、好ましくは、この前段の容量室の入口開口部から、この前段の容量室の出口および／もしくはダンピングカップの入口開口部までの経路の距離を延長する流れブレーキを与えている。この結果、新たにこの前段の容量室に入った媒体は、ダンピングカップに直接達することができない。このようにして、前記前段の容量室内での媒体の滞留時間が延長されたことによって、マイクロバブルがより良く脱ガスされる。また、この幾何学的構造は、新たに入った媒体と既存の媒体とを、前記前段の容量室内で、完全に混合させる。前記幾何学的構造は、好ましくは、前記前段の容量室の円形の底部を利用して、媒体が、この底部の中心点を中心としておよそ一周するように、設定されている。種々の可能性が、ここでは考えられる。例えば、迷路のような構造、格子状の構造、もしくは水平に導くような構造、即ち、指針状の構造が、形成され得る。この幾何学的な構造は、沈静のための偏向用の外形としても説明されている。これら偏向の外形は、星型、湾曲形状で、もしくは多重の層状で形成され得る。前記前段の容量室の入口開口部と前記ダンピングカップの入口開口部とは、ほぼ３６０度互いにオフセットされていることが好ましい。この目的のために、これら２つの入口開口部間の“短い距離での”接続を防ぐように、連続したバリアが、前段の容量室内に取り付けられ、この結果、媒体は、前記中心部の周りを一周し得る。媒体が前記中心部の周りを一周だけではなく複数周する渦巻状のデザインもまた、考えられる。

本発明の他の好ましい高精度化では、規定の長さと規定の直径とを有するチューブが、前段の容量室からダンピングカップへと通っている。このチューブは、前段の容量室とダンピングカップとの間の連結部、もしくは、このダンピングカップもしくはこの前段の容量室へと突き出したチューブ形状の突出部であり得る。特に、同じようなデザインの別装置では、このチューブ、特にこのチューブの長さを変えることによってダンピングを調整できる。チューブの全長が長いと大きなダンピングとなり、チューブの全長が短いと小さなダンピングとなる。

本発明の、特に前述のチューブとも組み合わせ可能な更なるデザインでは、ダンピングカップが、超音波振動子の設置されている下側の領域に、上部よりも大きな水平のディメンションを有している。これによって、媒体の動きは、特にこの超音波振動子の周りの領域でもたらされ、この結果、沈殿が防がれ、さらに温度が均一化し、この結果、より精度の良い温度測定が果たされ得る。この点において、さらに温度センサー素子が、好ましくは、この装置内に、特に前記超音波振動子に接近して、設置される。前記チューブは、好ましくは、このチューブを通って流れる媒体の流れが前記温度センサー素子に向けられ、このことによって温度変化が非常に迅速に検出されるように、方向設定されている。前記ダンピングカップのこの広がった領域は、ダンピングカップの残りの領域の通常の直径の領域によって、このダンピングカップの上側の領域に接続されている。このダンピングカップは、一般的に、比較的小さく狭いので、この接続部は、流体技術から見れば、下側の領域で分離した容量と見なされ得るほど小さい。このことは、前記ダンピングカップの上側の領域につながっている、垂直チューブとも称される経路が、さらに収縮している場合は特に、当てはまる。前記前段の容量室は、好ましくは、前記ダンピングカップのこの下側の領域に接続されている。本発明の特に好ましいデザインでは、前記前段の容量室は、前記ダンピングカップの広がった下側の領域に位置されており、このダンピングカップの下側の領域を起端とする垂直チューブを囲んでいる。外形のディメンションでは、前記前段の容量室と前記ダンピングカップの広がった下側の領域とは、好ましくは一体を成している。好ましくは、前記前段の容量室は、前記ダンピングカップの上側の領域から、広がった下側の領域へと接続されている。このため媒体の流れは、超音波振動子も設置されているこの下側の領域で生じ、この結果、沈殿が防がれ、媒体は前記超音波振動子の周囲を洗浄し、媒体の温度はこの領域で精度良く測定され得る。

前記広がった領域は、前記前段の容量室と一緒に、前記ダンピングカップの下に設置されたチャンバとして形成され得る。超音波振動子は、この内側のチャンバの底部もしくは前記垂直チューブの底部に設置され得る。前記垂直チューブもしくは前記ダンピングカップの測定距離に直接接続された、前記前段の容量室、そして更なるチャンバ、即ち、広がった領域を用いることによって、前記前段の容量室内でマイクロバブルの無い状態となったオイルが、このダンピングカップと結びついた領域内もしくは関連したチャンバに収容、蓄積され、そして、レベル変動の場合には、そこから前記ダンピングカップへとすばやく排出されるという効果がある。前記前段の容量室を前記ダンピングカップに接続する前記チューブの直径は、好ましくは、このダンピングカップの直径の半分より小さい。このチューブの直径は、好ましくは、このダンピングカップの直径の３０％乃至５０％、特に３５％乃至４５％である。

本発明の更なるデザインでは、前段の容量室が外面に凹部を有し、入口開口部がこの凹部内に位置されている。この入口開口部は、このため、保護された位置にあり、油泡は容易にはそこに達しないが、一般的に流体の媒体は達する。出口開口部即ち換気口もまた、好ましくは、この領域に位置されている。この入口開口部とこの換気口とは、好ましくは、前記凹部中に向けられており、即ち、この凹部の左右に設置されている。こうして、更なる保護が果たされる。この位置合わせは、くぼんだポケット構造としても説明されている。こうして、これら開口部への直接的な流れが防がれる。

さらに、本発明は、前述した装置を有するエンジン、特に電動機付乗り物のエンジンに係る。特に、このような装置を有する電動機付乗り物もまた、この発明によって高精度化される。

図１は、容器中の、本発明に係る装置を概略的に説明した図である。 図１ａは、図１に示すものの、別の実施形態である。 図２は、本発明に係る装置の第１の実施形態の、横断面図である。 図２ａは、図２に示すものの、別の実施形態である。 図３は、本発明に係る装置の第２の実施形態の、横断面図である。 図３ａは、図３に示すものの、別の実施形態である。 図４は、本発明に係る装置の第３の実施形態の、縦断面図である。 図４ａは、図４に示すものの、別の実施形態である。 図５は、本発明に係る装置の第４の実施形態の、横断面図である。 図５ａは、図５に示すものの、別の実施形態である。 図６ａは、本発明に係る装置の第５の実施形態の、断面図である。 図６ｂは、本発明に係る装置の第５の実施形態の、一部を段面した斜視図である。 図６ｃは、本発明に係る装置の第５の実施形態の、横断面図である。 図６ｄは、図６ａに示すものの、別の実施形態である。 図７は、本発明に係る装置の更なるデザイン全体の、断面図である。 図８は、特に入口開口部を示す、本発明に係る装置の一部の斜視図である。

本発明は、図面、特に種々の概略図に示された好ましい実施形態を基礎として、以下に、詳細に説明されている。

図１は、容器２中の、本発明に係る装置１の横断面図を、概略的に示したものである。この容器２は、媒体、特に電動機付乗り物のエンジンオイルを収容する。この容器２中の媒体の充填レベルを設定することが、装置１の目的である。前記容器２の底の近くに位置された超音波振動子５は、特にこの目的のために使用されており、超音波を上方に射出する。射出された超音波は、前記媒体の空気との界面で、部分的に反射し、そして、前記超音波振動子５によって、再度受けられる。走行距離は、信号のランタイムから確かめられる。媒体の種類もまた、重要である。前記超音波振動子５は、下側の領域に入口開口部７を備え、上側の領域に換気口８を備えたダンピングカップ３、即ち、垂直チューブ中に設置される。このダンピングカップ３は、測定に影響を与える泡の領域が生じることは無く、また、明確な面が、測定される面に与えられるようなデザインによって、測定する領域での媒体の激しい変動を防ぎ、また、油泡もしくは他の泡が入ることを防ぐ。しかしながら、特別な特徴として、前記容器２に対して分離し、シールされた容量室である前段の容量室４が、前記ダンピングカップ３の上流に接続されている。この前段の容量室４は、下側の底領域に入口開口部６を、上側の領域に換気口９を有する。さらに、前記ダンピングカップ３は、前記前段の容量室に接続されているので、このダンピングカップ３の前記入口開口部７は、この前段の容量室４中へと開口しており、媒体が、このダンピングカップ３に、この前段の容量室４から供給される。この前段の容量室４中で、媒体容器２中の媒体の循環の第１の沈静（calming）が行われ、また、この前段の容量室４中で、媒体の脱ガスが生じる。従って、媒体がこの前段の容量室４に留まっている間に、ミクロバブルの数が、かなり減じる。この結果、ほぼ泡の無い媒体が、前記ダンピングカップ中へと入り、そして、非常に都合良く、障害無しに、測定が行われ得る。

僅かに変更された実施形態が、図１ａに示されている。同じ部材は、同じ参照符号を用いて示されている。図１とは異なり、媒体を前段の容量室４中へと導く入口開口部６は、管状のように形成されている。この入口開口部は、開口として機能するのみではなく、チャネルを形成している。前段の容量室４から出る速度および／もしくは前段の容量室へ入る速度は、このチャネルの全長および／もしくは直径、また、このチャネルの全長によって、精度良く調整され得る。内側のチャンバ３１が、前記前段の容量室４の内部に設けられ、チューブ１２によってこの前段の容量室４に接続されている。このチューブ１２は、規定の長さと規定の直径とを有するように前記内側のチャンバ３１内に延びており、これによって容量の流れを調整する。この内側のチャンバ３１は、これの底面のところで前記超音波振動子５を収容しており、前記内側のチャンバ３１からは、泡の無いオイルが、ダンピングカップ３中へ、特にその測定距離だけ流れる。測定の行われる前記ダンピングカップ３内での充填レベルの変動は、前記チャンバ３１から流れる泡の無いオイルによって急速に補償され得る。

ダンピングカップ３と超音波振動子５とを有する前段の容量室４の、第１の実施形態の横断面図が、図２に示されている。流れブレーキを成し、前記前段の容量室４内の媒体の経路を延長する幾何学的構造１４が、前記前段の容量室４内に設けられている。入口開口部６に加えて、前記前段の容量室４の壁から前記ダンピングカップ３まで断続的に延びている切れ目の無い壁部１５が、この前段の容量室４に設けられている。前記ダンピングカップ３に開いている入口開口部７は、前記入口開口部６に対して、ほぼ３６０度オフセットしている。前記壁部１５は、前記入口開口部６と前記入口開口部７との間に配置され、この結果、媒体は、前記入口開口部６から前記入口開口部７へと直結した経路を通ることは不可能となり、経路全体をほぼ３６０度通らなければならない。更なる延長のために、交互に設けられた複数の流れブレーキがここに与えられている。これらブレーキは、前記前段の容量室４の壁部１７から内側へ一旦延びつつ、経路を開放し、他方で構造２１の形状で前記ダンピングカップ３から外側へ延びつつ、前記前段の容量室４の壁部１７への経路を開放する。この結果、媒体は、迷路のような構造２０および２１それぞれの周りを流れ、こうして入口開口部６から、前記ダンピングカップ３の周りを一周してこのダンピングカップの前記入口開口部７へと続く、比較的長い経路中で導かれる。

図１ａの実施形態と対応する他の実施形態が、図２ａに示されている。内側のチャンバ３１に接続されているチューブ１２は、切れ目の無い壁部１５に隣接して、即ち、沈静ゾーンの端にのみ配置されている。この結果、構造内で沈静化されたオイルは、最終的に、前記チューブ１２を通って、規定の速度で、この沈静構造の下の前記チャンバへと導かれる。

幾何学的構造１４の第２の実施形態が、図３に示されている。入口開口部６と入口開口部７とは、ここでは切れ目の無い壁部１５によって互いに離間されている。これら幾何学的構造１４は、沈静する外形を成すように、互いにオフセットした経路を備えた二重の壁２２、２３を有するグリッドの形状で形成されている。この結果、媒体は、経路を備えた複数の二重の壁２２、２３を通過しなければならない。第１の壁２２の経路は、この少し後ろに設置された壁２３の経路にオフセットした方向にある。この結果、流れの速度は、これら二重の壁２２と２３とのそれぞれによって、効果的に減じられる。図２と図３とに見られる偏向用の外形は、星型を成すように形成されている。

図２ａと同様に図１ａと対応する図３の他の形態が、図３ａに示されている。チューブ１２は、ここでも同様に、切れ目の無い壁部１５に隣接して設置されている。入口開口部６は、管状のように形成されている。

前記前段の容量室内の幾何学的構造１４の更なる実施形態が、図４に示されている。この断面の側面図では、前記前段の容量室４は、側面から見た図で示されている。この前段の容量室は、他の図と組み合わせて見ると、好ましくは、短い筒もしくは缶のような形状で形成されていることが認識され得る。底部に位置された超音波振動子５を有するダンピングカップは、前記前段の容量室４に突出している。入口開口部６は、下端部に位置されている。幾何学的構造によって形成される沈静用の外形は、ここでは水平方向に延びた壁部２４及び２５によって形成されている。これら壁部は、前記前段の容量室の、対向する側面に交互に位置されており、この結果、媒体は、前記壁部２４に沿って流れ、端部で開いた領域に達し、そして、前記へ壁部２５に沿って、開いた領域を有する反対側の端へと流れる。このようにして、媒体は、前記前段の容量室４の内部で長い距離の経路を通って流れ、この時、媒体は脱ガスし得る。偏向用の外形は、ここでは複数の層のように形成されている。

図４に係る他の実施形態が、図４ａに示されている。内側のチャンバ３１が、前段の容量室４内に位置されており、この前段の容量室４から、測定距離を有するダンピングカップ３が形成されている。規定の長さと規定の直径、および／もしくは規定の断面積を有するチューブ１２は、前記前段の容量室４からこの内側のチャンバ中へと接続されている。図４の実施形態とは異なり、この図では、拡大された容量室が、前記測定距離３の下に与えられており、ここに、前記前段の容量室４を通ったことでマイクロバブルが無い状態のオイルが蓄積される。前記ダンピングカップは、この拡大された容量室及び／もしくは前記チャンバ３１から形成されている。

本発明に係る装置の更なる実施形態が、図５に示されている。前段の容量室は、ここでは、幾何学的構造１４のように、交互に設置された指部２６、２７を有する指針状の構造を有し、これら指針は、前記前段の容量室の外壁部１７の向かい合った側面にそれぞれ位置されている。この構造は、蛇行形状とも称され得る。

前述の実施形態とは異なる実施形態が、図５ａに示されている。この実施形態では、チューブ１２が、前段の容量室４からダンピングカップ３へと、特にこの前段の容量室内の拡大されたチャンバへと通っている。さらに、入口開口部６ａは、チャネル形状のようにも形成され得る。

特に好ましいデザインが、図６ａ乃至図６ｃに示されている。図６ａの断面図では、幾何学的構造１４が、らせん状のコイル２７形状のように形成されている。この結果、この図で示されている実施形態では、媒体は、中心点を有するダンパー３の周りを約４周して、このコイル形状の経路の端部に位置するダンピングカップの入口開口部７に達するということが判り得る。図６ｂでは、渦巻状の幾何学的構造１４を有する前段の容量室４が、一部を断面した別の斜視図で示されている。また、この図では、上部で前記前段の容量室を終端させている上部のカバーが示されている。前記前段の容量室４は、示されている入口開口部６と、前記ダンピングカップの入口開口部７への変わり目と、存在し得る換気口とを除いて、すべて閉ざされた容量室である。横断面図が、さらに図６ｃに示されている。同じ部材は、同じ参照符号を用いて示されている。

図６ａ乃至図６ｃとは異なる実施形態が、図６ｄに示されている。この図では、渦巻形状の端部が、ダンピングカップ３に隣接し、且つ、中心から外れている。この渦巻形状の終端部から、規定の直径と規定の長さとを有するチューブ１２は、前記ダンピングカップ３の入口へと、特に、このカップの広がっているチャンバへとつながっている。

本発明の特に好ましいデザインの縦断面図が、図７に示されている。ダンピングカップと前段の容量室４に加え、更なる容量室、即ち、チャンバ１８が、この図に示されている。これはまた、ダンピングカップ３の広がった部分として理解され得る。前記ダンピングカップ３は、下側の領域で、好ましくは、その上に位置された前段の容量室４と同じ広さまで広げられている。このダンピングカップ３を通して信号を上方へ発信する超音波振動子５は、前記容量室１８の底部に位置されている。前記前段の容量室４は、公知の方法で、入口開口部６と換気口９とを有する。補助の幾何学的構造が、図２乃至図６ａ乃至図６ｄで説明されてきたように、前記前段の容量室４内に設けられている。しかしながら、この前段の容量室は、この端部が前記ダンピングカップ中へと直接入っているのではなく、規定の長さＬ１を有する接続チューブ１２を介して、前記ダンピングカップ３の広がった領域１８中へと接続されている。前記長さＬ１は、システム全体のダンピング性能を直接規定し、従って、前記接続チューブ１２に長さＬ１を適応させることによって、システムのダンピングが設定され得る。前記超音波振動子５のある領域内での、媒体の比較的強い流れと比較的激しい動きとが、前記チャンバ１８が前記ダンピングカップ３よりも大きな広さを持つために、生じ得る。このため、この下側の領域で、沈殿が防がれる。外側から見ると、この広がった下側の領域１８と前記前段の容量室４とは、接合体を成し、この結果、効果的に強固なデザインを得られる。

図８には、凹部１９が前段の容量室４の外壁部１７に形成されているような実施形態の斜視図が、示されている。入口開口部６と、出口開口部、即ち脱ガス開口部７とは、狭い凹部内で、この凹部１９の両側壁にそれぞれ与えられている。これら開口部は、この凹部中にそれぞれの開口が向くように設けられている。さらに、前記入口開口部６を上方から覆う突出部３０が設けられている。このようなくぼんだポケット構造によって、これら開口部間の直接の流れが、全体的に防がれる。

小さな直径を有する接続チューブ１２から、広がった領域１８とも称される広域チャンバへと、ほぼ泡の無い状態のオイルが移されるため、媒体は、可能な限り沈静され、また、超音波振動子５に成り立つオイルのレベルは、泡の無い状態である。前記広がった領域１８からダンピングカップ３へと、断面積が急激に減少することで、急速なオイルレベルの検出が為される。種々のスペース４、１８、３の更なる重要な効果は、媒体が連続的に沈静されること、且つ、前記ダンピングカップ３内の測定距離が、前記スペース４、１８の上方に位置されることである。前記超音波振動子５は、下側の領域からエンジン・コンパートメント中へ突出しているので、最低限のスペースが必要である。

Claims (9)

1. 入口開口部（７）を有するダンピングカップ（３）と、このダンピングカップ（３）の領域内の超音波振動子（５）とを具備する、容器（２）中の流体の充填レベルを検出するための装置（１）において、
   入口開口部（６）を有し、ダンピングカップ（３）の入口開口部（７）に接続された、前段の容量室（４）を具備し、
   前記前段の容量室（４）の前記入口開口部（６）を通って流体が前段の容量室（４）の中に入り、
   前記前段の容量室（４）は、少なくとも前記ダンピングカップ（３）と同じ大きさ、もしくは少なくとも前記ダンピングカップ（３）の２倍の大きさであり、
   前記前段の容量室は、換気口（９）を有し、
   前記前段の容量室（４）は、流体を導くための幾何学的構造を有し、
   前記前段の容量室（４）は、円形の底面を有し、前記幾何学的構造は、前段の容量室（４）内の液体が、少なくとも一度、この底面の中心点の周りを通るようにし、
   規定の長さと規定の直径とを有するチューブ（１２）が、前記前段の容量室（４）から前記ダンピングカップ（３）へと通っていることを特徴とする装置。
2. 前記ダンピングカップ（３）は、下側の領域に、チャンバ（３１）もしくは広がった領域（１８）、あるいはそれら両方を有することを特徴とする請求項１の装置。
3. 前記前段の容量室（４）は、前記ダンピングカップ（３）の下側の領域に接続されていることを特徴とする請求項１又は２の装置。
4. 前記チューブ（１２）は、前記前段の容量室（４）から、前記チャンバ（３１）もしくは前記広がった領域（１８）、あるいはこれら両方へとつなげられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の装置。
5. 温度センサー素子が、前記超音波振動子（５）のある領域内に設置されており、また、前記チューブ（１２）は、この温度センサー素子に向けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１の装置。
6. 前記前段の容量室は、外面に凹部を有し、前記前段の容量室（４）の前記入口開口部（６）は、この凹部内に位置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１の装置。
7. 前記前段の容量室（４）の前記入口開口部（６）は、前記凹部中に向けられていることを特徴とする請求項６の装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１の装置を有するエンジンであることを特徴とする電動機付乗り物のエンジン。
9. 請求項１乃至７のいずれか１の装置、もしくは請求項８のエンジンを有することを特徴とする電動機付乗り物。

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