BRPI0903037A2 - dispositivo de mediÇço do nÍvel de combustÍvel sem contato mecÂnico - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE MEDIÇçO DO NÍVEL DE COMBUSTÍVEL SEM CONTATO MECÂNICO. A presente invenção refere-se a um dispositivo de medição sem contato mecânico do nível de combustível contido no interior de um tanque de combustível de um veículo. Uma boia é disposta na extremidade de um eixo pivotável (2) que possui em sua extremidade oposta um ímã (1) que gira com a mudança de nível de combustível, gera um campo magnético com direção variável e interage com um sensor magnético (3). Uma placa de circuito impresso (4) que contém o sensor magnético de posição (3) e um circuito de controle processa o sinal produzido por este sensor (3) sempre que ocorre uma alteração no nível de combustível.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVODE MEDIÇÃO DO NÍVEL DE COMBUSTÍVEL SEM CONTATO MECÂNI-CO".

A presente invenção refere-se a um dispositivo de medição denível submerso no interior de um tanque de combustível que não necessitade contato mecânico para realizar uma aferição.Descrição do Estado da Técnica

Um veículo motorizado precisa de combustível para ser operado.Este combustível é armazenado em um tanque de combustível sensoreadopor um dispositivo de medição, que indica em um painel do veículo uma alte-ração no nível de combustível presente no tanque.

Atualmente, diante da tendência crescente à adoção de veículosbicombustível, torna-se cada vez mais necessário desenvolver dispositivoseletrônicos dispostos no tanque de combustível que sejam imunes às agres-sões causadas pelo álcool, que é um meio bastante agressivo.

A técnica atual engloba dispositivos que compreendem uma par-te móvel e uma parte fixa. A parte móvel muda seu estado de acordo comuma alteração no nível de combustível, alterando a corrente que alimenta aparte fixa.

A parte móvel geralmente inclui uma boia presa a uma primeiraextremidade de uma haste pivotável. Esta boia flutua sobre o combustível nointerior do tanque. Uma segunda extremidade da haste pivotável é mantidaem contato com um resistor variável, e se desloca sobre este resistor à me-dida que a boia também se desloca em conseqüência de uma alteração nonível do combustível. Este deslocamento da segunda extremidade da hasteprovoca uma alteração no valor da resistência proporcionada pelo resistorvariável, consequentemente variando também o valor da corrente sobre esteresistor. Essa variação de corrente corresponde à variação de nível de com-bustível no tanque. A informação de mudança de nível de combustível é en-tão enviada para o painel do veículo.

Contudo, no caso de um dispositivo dotado de uma haste pivo-tável em que sua segunda extremidade está em contato mecânico com umresistor, ocorrem muitos erros de medição ocasionados por contatos corroí-dos ou imperfeitos, bem como pelo fato de que os resistores variáveis nãosão uniformes. A corrosão dos contatos e o desgaste do resistor variável sãoainda mais agravados, quando se utiliza álcool como combustível, que pos-sui um efeito corrosivo maior do que a gasolina.

Alternativamente, também é conhecido do estado da técnica ouso de um ímã fixado à extremidade rotativa da haste, sendo este dispostopróximo de um sensor magnético na parte fixa do dispositivo. O deslocamen-to da boia dentro do tanque decorrente de uma variação do nível de combus-tível faz o ímã se movimentar em relação ao sensor magnético, gerando as-sim uma variação de campo magnético sobre o sensor, e consequentementeuma variação proporcional da corrente elétrica gerada pelo sensor, indican-do assim uma variação do nível de combustível.

O documento US 7.093.485 B2 descreve um sensor de nível decombustível que incorpora um sensor magnético bem como um conjuntoconvencional de um braço rotativo conectado a uma boia na sua extremida-de livre, e a um ímã na sua extremidade rotativa. Este ímã gera um fluxomagnético em função do movimento rotativo do braço. O sensor de fluxomagnético é baseado no efeito Hall, e emite um sinal elétrico que varia emresposta a uma variação de densidade de fluxo magnético gerada pelo ímã,quando este se movimenta. Portanto, baseia-se na intensidade do campomagnético.

Porém, o uso de um sensor que varia com a intensidade de fluxomagnético também torna este sistema de medição susceptível a erro, pois aintensidade de um campo magnético medida por um sensor localizado dis-tante deste campo magnético está sempre sujeita a pequenas variações de-correntes do ambiente onde é feita esta medição. Principalmente em umambiente com presença de combustível, a probabilidade de haver variaçõesno valor do campo medido aumenta ainda mais. Assim, uma pequena varia-ção na intensidade do campo magnético medido pode levar a uma interpre-tação bastante errada do nível de combustível no tanque, o que não é dese-jado. Portanto, a grande desvantagem do sensor de efeito Hall é que suaoperação é boa somente quando ele encontra-se muito próximo ao ímã, jáque está posicionado em um ambiente agressivo e sujeito a trepidações.Outra desvantagem do sensor Hall é a de que usualmente se utilizam imãsfortes para obter uma boa medição, acarretando com isso o acúmulo de su-jeira (partículas metálicas) ao redor do ímã, o que acaba ao longo do tempobloqueando o movimento da haste.

O documento US 7.201.052 B2 mostra um dispositivo de medi-ção que possui uma boia fixada na extremidade inferior de uma haste pivo-tável. A extremidade oposta desta haste é acoplada de maneira giratória aum alojamento, e possui um ímã fixado a ela, o qual gera um campo magné-tico rotativo, quando a haste gira. Um sensor magnetorresistivo é dispostodistanciado desta extremidade da haste pivotável, mas de maneira a detec-tar o ângulo de rotação do campo magnético rotativo gerado pelo ímã. Estedispositivo inclui ainda uma placa de circuito impresso que envia a informa-ção do nível de combustível no tanque para um painel de exibição para omotorista.

Esta patente norte-americana apresenta o inconveniente de quea parte eletrônica do dispositivo, que inclui o ímã e o sensor, está localizadafora do tanque de combustível. Porém, com todas as inovações tecnológi-cas, faz-se necessária a otimização de espaço, e para este fim, é desejávelque esta eletrônica esteja localizada dentro do tanque. Contudo, esta modifi-cação não é simples, pois exige que a eletrônica fique alojada em um ambi-ente completamente estanque ao combustível líquido ou em vapor, princi-palmente em caso de motores bicombustível utilizando álcool, que é bastan-te agressivo e corrosivo.

Outro problema deste dispositivo da patente norte-americana éque, pelo fato de a extremidade rotativa da haste e parte eletrônica estaremno lado externo do tanque, o dispositivo poderia somente operar em umafaixa angular máxima do braço rotativo de 90°, o que torna necessária umahaste com um comprimento maior para compensar esta faixa angular. Isto,por conseguinte, resulta em um desperdício desnecessário com o materialda haste.Objetivos da invenção

Um primeiro objetivo da invenção é o de proporcionar um dispo-sitivo de medição de nível de combustível em que o sensor magnético e todasua eletrônica estejam imersos no combustível de um tanque de combustívele protegidos contra a corrosão das ligações metálicas. Este dispositivo devetambém operar sem que haja nenhum contato mecânico entre sua parte me-cânica e sua parte elétrica, a fim de evitar corrosão dos contatos, e sendo,portanto, adequado ao uso em veículos bicombustível.

É também objetivo da invenção prover um dispositivo de medi-ção de nível de combustível que apresente maior grau de precisão mesmoquando o sensor é disposto mais distante do eixo pivotável, e que seja com-pletamente integrado com toda a eletrônica do veículo.

A presente invenção tem ainda como objetivo proporcionar umsensor de nível de combustível sem contato mecânico que possua um eixopivotável menor do que os eixos conhecidos da técnica. Assim, economiza-se material na montagem do sensor de nível.Sumário da Invenção

A presente invenção atinge esses objetivos através de um dis-positivo de medição do nível de combustível sem contato mecânico no inte-rior de um tanque de combustível de um veículo automotor, o dispositivocompreendendo:

- uma parte fixa dotada de um módulo de interface que possuium sensor magnético;

- uma parte móvel incluindo um eixo pivotável, uma boia acopla-da a uma primeira extremidade livre do eixo pivotável e flutuando sobre ocombustível no tanque, e um dispositivo magnético integrado a uma segun-da extremidade rotativa deste eixo pivotável, sendo que

a parte fixa é disposta dentro de um alojamento estanque locali-zado no interior do tanque de combustível;

o eixo pivotável é preso externamente e de forma giratória ao a-Iojamento estanque através da sua extremidade rotativa, sendo que o movi-mento do eixo pivotável provocado pelo deslocamento da boia devido à vari-ação do nível de combustível no tanque causa um movimento giratório dodispositivo magnético, o qual gera um campo magnético de direção variáveldentro de uma região de alcance do sensor magnético; e

o sensor magnético detecta uma direção do campo magnéticoproduzido pelo dispositivo magnético, identifica o nível de combustível notanque em função da direção do campo magnético, e emite um sinal corres-pondente ao nível de combustível no tanque.

O sensor magnético é preferivelmente um sensor magnetorresis-tivo, e com isso pode ser usado um ímã mais fraco evitando os problemasdo estado da técnica. O eixo pivotável pode atuar girando em uma faixa an-gular de 0o a 180°, e o sensor magnético é capaz de realizar a leitura do ní-vel de combustível do tanque em toda esta faixa angular.

Como o dispositivo de acordo com a presente invenção utilizaum eixo pivotável que pode variar numa faixa de 180°, proporcionando oaumento dessa faixa angular, que antes era de 90°, o custo do eixo é redu-zido já que ele será menor para compensar o aumento da faixa angular. Esteefeito de aumento do ângulo de operação do eixo é possibilitado pelo fato deque a extremidade rotativa do eixo, o sensor e o módulo de interface sãodispostos no interior do tanque de combustível, porém estão vedados aosmais diversos tipos de combustível.

O módulo de interface preferivelmente compreende ainda umaplaca de circuito impresso à qual o sensor magnético está acoplado, sendoque o sensor magnético envia o sinal correspondente ao nível de combustí-vel à placa de circuito impresso, a qual realiza uma troca de informaçõesentre o tanque de combustível e um cluster do veículo. O módulo de interfa-ce pode compreender ainda um circuito de controle acoplado à placa de cir-cuito impresso e conectado ao sensor magnético, sendo que o sensor mag-nético envia o sinal correspondente ao nível de combustível ao circuito decontrole, o qual processa este sinal e emite um sinal isento de erros, propor-cionando uma medição mais precisa e mais imune a ruídos do ambiente,trepidações, acúmulo de sujeiras magnéticas entre outros.

A curva de calibração do sensor magnético pode ser programa-da via software de acordo com cada aplicação específica e é feita na linhade produção do equipamento.

Breve Descrição dos Desenhos

A presente invenção será melhor entendida a partir da descriçãoque se segue, a título de exemplo, de uma concretização preferida, referên-cia sendo feita aos desenhos anexos, nos quais:

A figura 1 é uma vista em perspectiva explodida das peças quecompõem o dispositivo de medição do nível de combustível sem contatomecânico; e

A figura 2 é um diagrama de blocos da parte eletrônica do dispo-sitivo de medição do nível de combustível sem contato mecânico de um veí-culo.

Descrição Detalhada das Figuras

A figura 1 ilustra os componentes do dispositivo de medição donível de combustível e permite um fácil entendimento de como se dá a mon-tagem destas peças.

O dispositivo de medição do nível de combustível sem contatomecânico compreende uma parte móvel composta de um dispositivo magné-tico 1, preferivelmente um ímã, alojado na extremidade rotativa de um eixopivotável 2 que se move de forma giratória com relação ao alojamento 5. Oímã 1 é preferivelmente localizado no interior de uma porção de inserção 7que pode ser estanque, localizada em uma primeira extremidade interna doeixo 2. Em uma segunda extremidade externa livre do eixo 2, está acopladauma boia fixa (não-representada), que pode flutuar sobre o combustível nointerior do tanque. Em função da variação do nível de combustível, a boia sedesloca fazendo o eixo 2 girar em uma faixa angular de até 180°, desde umlimite inferior do nível de combustível presente no tanque de combustível atéum nível superior. Preferivelmente, a rotação de até 180° do eixo 2 ocorresempre para um mesmo lado.

O alojamento 5 encontra-se estático no interior do tanque decombustível, integrando uma parte fixa do dispositivo, e é estanque à entra-da de combustível líquido ou em vapor (álcool e gasolina), a fim de evitardesgaste e corrosão dos dispositivos elétricos e magnéticos no seu interior.Este alojamento é preferivelmente fabricado em polioximetileno (POM) oupolissulfeto de fenileno (PPS). A porção de inserção 7, que engloba o ímã 1,é inserida em um bocal lateral 8 do alojamento 5 e fixada a este por meio deencaixe rotativo, de modo que o ímã 1 esteja interno ao bocal lateral 8 doalojamento 5 e seja capaz de girar juntamente com o eixo 2.

Uma tampa 6 é responsável por vedar o alojamento no lado o-posto ao bocal lateral 8, proporcionando um espaço interno do alojamento 5completamente estanque. Com isso, a parte eletrônica do dispositivo de a-cordo com a presente invenção é disposta no interior do alojamento, ficandovedada contra o contato com os mais diversos tipos de combustível, inclusi-ve os chamados "bad fuels", evitando corrosões metálicas e o conseqüentemau funcionamento do circuito.

Como o alojamento pode ficar disposto dentro do tanque decombustível, isso permite que o eixo possa operar na faixa angular de O0 a180°, possibilitando uma redução do comprimento total do eixo. Normalmen-te, quando a eletrônica fica disposta fora do tanque juntamente com a ex-tremidade giratória do eixo, então, o eixo somente pode operar em uma faixaangular de O0 a no máximo 90°, exigindo que ele possua um comprimentomaior.

Um módulo de interface integra também a parte fixa do dispositi-vo de medição do nível de combustível sem contato mecânico e está locali-zado dentro do tanque de combustível. Nesta modalidade da invenção, estemódulo é disposto no interior do alojamento 5 e compreende uma placa decircuito impresso 4, um sensor magnético 3 e um circuito de controle, estan-do preferivelmente os dois últimos acoplados à placa de circuito impresso 4e conectados entre si. O sensor 3 é preferivelmente um sensor magnetorre-sistivo e é disposto dentro da área de alcance do campo magnético geradopelo ímã 1 dentro do alojamento 5, para que haja a interação do fluxo mag-nético do ímã 1 com o sensor 3. Porém, não é necessário que o sensor fiquemuito próximo ao ímã ou estabeleça contato elétrico com o ímã, pois o sen-sor somente irá detectar a direção do campo magnético e não sua intensida-de. Isso porque a direção do campo magnético sofre menos interferência deruídos decorrentes da distância entre o sensor e o ímã, do que a interferên-cia sofrida pela intensidade deste campo, fazendo com que este dispositivode medição de nível de combustível seja mais preciso e imune a ruído.

A alteração do nível de combustível dentro do tanque faz comque a boia presa na segunda extremidade externa do eixo 2 suba ou desça,ocasionando o movimento pivotante do eixo 2 e consequentemente a rota-ção da extremidade rotativa do eixo, assim como do ímã 1 dentro do seubocal lateral 8. Pelo fato do ímã 1 estar próximo ao sensor 3, ao girar, elegera um campo magnético com uma direção variável que interage com osensor 3. O sensor 3 emite um sinal de tensão em resposta a esta mudançade direção, que é conduzido ao circuito de controle. O sensor 3 é programa-do para ser capaz de identificar o nível de combustível correspondente àvariação do ângulo ou da direção do campo magnético gerado pelo ímã 1.Assim, o sinal gerado pelo sensor 3 contém informações sobre o nível decombustível dentro do tanque.

Pelo fato do sensor 3 ser um sensor magnético que interpretainformações a partir da direção do campo magnético, ele possui uma altasensibilidade e um baixo nível de ruído, com desempenho superior aos sen-sores baseados em efeito Hall. Outra característica notória e vantajosa éque, como ele não precisa estar tão próximo ao ímã quanto um sensor deefeito Hall, isso proporciona maior flexibilidade na montagem deste dispositivo.

O circuito eletrônico de controle do módulo de interface, por suavez, preferivelmente recebe o sinal de tensão produzido pelo sensor 3, eprocessa este sinal a fim de eliminar possíveis erros, imprecisões ou ruídosdo mesmo. Então, o circuito de controle emite na sua saída um sinal isentode erros traduzindo o nível de combustível no tanque. Este sinal é enviadopara o painel do veículo que ajusta o ponteiro indicador do nível de combus-tível. Portanto, em uma modalidade preferida da invenção, o sinal não é dire-tamente enviado do sensor ao painel como em alguns documentos da técni-ca anterior. Isso permite que possíveis erros sejam detectados antes de se-rem retransmitidos para o painel do veículo. Alternativamente, após o pro-cessamento pelo circuito de controle, o sinal pode ser enviado pelo módulode interface ao clusterou a qualquer outro dispositivo eletrônico do veículo.

Este módulo de interface na placa de circuito impresso é aindaresponsável por realizar a troca de informações referentes ao tanque com osdemais equipamentos eletrônicos do veículo, comunicando-se, por exemplo,diretamente com o cluster ou unidades eletrônicas do veículo.

Nenhum dos documentos do estado da técnica prevê esta fun-cionalidade de interface do circuito eletrônico que lê e processa as informa-ções de nível de combustível do sensor com o cluster do veículo. Esta fun-cionalidade é vantajosa, pois permite uma maior integração entre todos osdispositivos eletrônicos do veículo.

A figura 2 ilustra o diagrama de blocos do módulo de interface edo circuito eletrônico de controle do dispositivo de medição integrados à ele-trônica do veículo, de acordo com uma modalidade da invenção. Uma fontede energia do veículo alimenta a placa de circuito impresso 4, preferivelmen-te com uma tensão de 12 Volts. Nesta placa 4, estão presentes um regula-dor de tensão e um conversor, os quais integram o circuito de controle e es-tão conectados ao sensor magnético 3. Outros componentes eletrônicos queauxiliam no processamento dos sinais elétricos do dispositivo de medição denível de combustível, tais como controladores, podem também estar conec-tados à placa de circuito impresso.

Nesta modalidade da invenção, o sensor 3 gera um sinal elétricocorrespondente ao nível de combustível no tanque, e envia o sinal ao con- versor, onde ele é processado, de modo que o conversor emite na saída umsinal isento de erros. Em seguida, este sinal é enviado ao painel e/ou aocluster do veículo, para integração com os demais dispositivos elétricos doveículo. O cluster também é responsável por enviar sinais elétricos para aplaca de circuito impresso 4 com os dados da aplicação.

O dispositivo de medição de nível de combustível sem contatomecânico da presente invenção é um dispositivo programável via softwarede acordo com o tipo de aplicação desejada. Com isso, é possível utilizar omesmo sensor para qualquer tipo de veículo ou aplicação específica, poissua curva de calibração pode ser programada na linha de produção, tornan-do possível determinar os valores de tensão de saída máximo e mínimo emfunção de uma variação determinada do ângulo do campo magnético, a faixaangular do eixo e outras características da curva, tais como se é de subidaou descida. Isso torna desnecessária a implementação de outras variantesdo dispositivo de medição, cortando custos com material adicional, simplifi-cando e barateando a fabricação do dispositivo.

Pelo fato da eletrônica do dispositivo de medição ser completa-mente estanque a combustível, uma possibilidade é a instalação deste cir-cuito eletrônico integrado à carcaça da bomba de combustível no interior dotanque. Com a integração do circuito de controle à carcaça da bomba, e e-ventualmente com sua fiação elétrica, importantes vantagens são alcançadas:

- uma flexibilidade muito alta do produto pode ser atingida por-que a montagem da bomba pode acontecer independentemente do circuitode controle;

- uma redução significativa da altura da bomba devido à reduçãodo tamanho do eixo, o que é desejável para os anseios do mercado de mó-dulos de combustível menores, pois permite que a bomba seja aplicada atanques de menores dimensões, tais como tanques de motocicletas;

- uma redução significativa na altura da tampa da bomba permiti-rá uma maior estabilidade mecânica para os mancais do eixo do rotor; e

- a mesma bomba pode ser usada para diferentes módulos decombustível, e possíveis variantes de mercado são feitas apenas mudando aparte elétrica do circuito de controle.

Embora a invenção tenha sido descrita através de uma concreti-zação acima, deve ser compreendido que muitas mudanças podem ser fei-tas sem se afastar do real escopo da invenção. Portanto, é pretendido que adescrição detalhada precedente seja considerada como ilustrativa, ao invésde limitadora e que as reivindicações seguintes é que irão definir o espírito eo escopo da invenção.

Claims (7)

1. Dispositivo de medição do nível de combustível sem contatomecânico no interior de um tanque de combustível de um veículo automotor,o dispositivo compreendendo:- uma parte fixa dotada de um módulo de interface que possuium sensor magnético (3)- uma parte móvel incluindo um eixo pivotável (2), uma boia aco-plada a uma primeira extremidade livre do eixo pivotável (2) e flutuando so-bre o combustível no tanque, e um dispositivo magnético (1) integrado a umasegunda extremidade rotativa deste eixo pivotável (2),caracterizado pelo fato de quea parte fixa é disposta dentro de um alojamento estanque (5) lo-calizado no interior do tanque de combustível;o eixo pivotável (2) é preso externamente e de forma giratória aoalojamento estanque (5) através da sua extremidade rotativa, sendo que omovimento do eixo pivotável provocado pelo deslocamento da boia devido àvariação do nível de combustível no tanque causa um movimento giratóriodo dispositivo magnético, o qual gera um campo magnético de direção variá-vel dentro de uma região de alcance do sensor magnético (3);o sensor magnético detecta uma direção do campo magnéticoproduzido pelo dispositivo magnético (1), identifica o nível de combustível notanque em função da direção do campo magnético, e emite um sinal corres-pondente ao nível de combustível no tanque.

2. Dispositivo de medição do nível de combustível, de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor magnéticoé um sensor magnetorresistivo (3).

3. Dispositivo de medição do nível de combustível, de acordocom a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o eixo pivotável(2) atua em uma faixa angular de O0 a 180°, e o sensor magnético (3) é ca-paz de realizar a leitura do nível de combustível do tanque em toda esta fai-xa angular.

4. Dispositivo de medição do nível de combustível, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de queo módulo de interface compreende ainda uma placa de circuito impresso (4)à qual o sensor magnético (3) está acoplado, sendo que o sensor magnéticoenvia o sinal correspondente ao nível de combustível à placa de circuito im-presso (4), a qual realiza uma troca de informações entre o tanque de com-bustível e um cluster do veículo.

5. Dispositivo de medição do nível de combustível, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de queo módulo de interface compreende ainda um circuito de controle acoplado àplaca de circuito impresso (4) e conectado ao sensor magnético (3), sendoque o sensor magnético envia o sinal correspondente ao nível de combustí-vel ao circuito de controle, o qual processa este sinal e emite um sinal isentode erros.

6. Dispositivo de medição do nível de combustível, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de quea curva de calibração do sensor magnético (3) é programada via software deacordo com cada aplicação.

7. Dispositivo de medição do nível de combustível, de acordocom a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a programação viasoftware é feita na linha de produção do dispositivo.