CN101688803B - 用于在液体储箱中安装电容性液面传感器的方法 - Google Patents

Abstract

用于在一个液体储箱内安装一个电容性液面传感器的方法，该液体储箱具有一个底部壁，该传感器具有一个支脚以及一个测量部分，该测量部分包括至少一个电容性元件，该电容性元件被从所述支脚伸出的一个刚性支持件所支撑，其中该支脚通过一个定位件被牢固地紧固到储箱的底部壁上，并且根据本方法，该刚性支持件与该支脚形成一个角度，这样该传感器的测量部分的长度高于在该支脚定位的部分中的储箱高度。

Description

用于在液体储箱中安装电容性液面传感器的方法

本发明涉及一种方法，该方法用于在一个液体储箱中并且更确切地说是旨在用于机动车辆的一个储箱中安装一个电容性液面传感器(量具)。

典型地，汽车燃料系统使用一种旋转式电阻性燃料液面传感器，该传感器被直接安装到燃料泵模件上以测量储箱内剩余的燃料。

随着许多原始设备制造厂(OEM)在将其他部件如电池、排气管以及传动系部件围绕或穿过燃料箱来进行封装，燃料箱正在变得更加复杂。塑料燃料箱的一个主要优点是它为轿车制造商们提供了将可供使用的车辆环境优化并且用于燃料储存的能力。然而，因为这种进步，许多燃料系统正在被设计成带有泵模块，这些泵模块位于满的燃料液面之下。这被称为湿式泵安装。湿式安装经常阻碍旋转式燃料液面传感器覆盖至满的停止燃料液面。改进该测量范围要求一个更长的传感器浮漂件臂杆或者一个延伸支座，以使传感器的安装重新定位或延伸脱离泵模块。这可以增加在储箱内安装泵模块组件的困难并且还会降低测量的准确度。通常即使用一个延伸部分也不可能使该旋转式燃料液面传感器浮漂件臂达到最佳的覆盖。

由于腐蚀性燃料、有限的分辨率、以及移动部分的磨损或损坏，与电阻性旋转燃料液面传感器相关的其他问题是对于该电阻性电路卡的损坏。

因为这些问题，轿车制造商们更喜欢用没有移动零件的液面传感器，顺便提及这不仅是对于燃料储箱而且还是对于所有其他容器，这些容器可存在于机动车辆上，例如像用于SCR(选择性催化还原排气中的NOx)系统的尿素箱。

对于某些无移动零件的液面传感器的一个问题是它们不是参考底部的(是指它们不能测量到底部的空储箱液面)，因为它们通常仅被固定到储箱的顶部而不是底部上。

某些无移动液面传感器或量具包括用于测量的一个电容器以及用于参考的电容器。用于测量的电容器通常存在于该储箱的整个高度上，并且它的电容值根据在储箱中液体的高度而变化。用于参考的电容器被浸在该液体中并且提供该液体的介电常数的一个参考值。一个适当的电子电路确定该储箱中的液体的液面。这些传感器的电容器可以是多个扁平的或圆柱形的板，液体可以在这些板之间下降和上升并且通过集肤效应影响电容值。可替代地，它们可以是多个交叉指形(梳状接合的)电极，这些电极通过干扰作用相互影响；这些电极被附着在一个基质上并且看起来像印刷电路。此外，此类电极可以通过与印刷电路的那些方法相类似的制造方法来制造。因此，它们被称为PCB(印刷电路板)量具或传感器。

美国专利4,296,630披露了带有干扰作用的这类电容性传感器，这些电容性传感器包括通过对附着在一个丝带形状的扁平的并且柔性的基质上的一个金属层进行腐蚀而获得的多个交叉指形的电极。这些传感器优选被放在一个保护的壳体(它可以是仅仅一个塑料管)的内部，值得注意地这是为了避免波动的作用。这个文件是通过使用一个柔性的软管将这个管倾斜固定到储箱的顶部上并用一个弹簧迫使该管的低端到达储箱的底部上来着手解决底部参比的问题。然而，这样一个系统的问题是，倾斜度可以随储箱的变形(由于它内部的液体的重量或者由于内部压力或真空)而变化，这样将影响液面测量的准确度。

授予本申请人的WO 2006/064013通过提供一个非常简单的方法解决了这个问题，该方法用于将一个燃料液面传感器(优选一个电容性传感器)固定在一个燃料箱之内，该燃储箱具有一个上壁以及一个下壁，该传感器具有一个支脚以及一个顶部，所述的方法包括：

通过一个模制在内的定位件将该传感器的支脚牢固地紧固到该燃料箱的底部壁上；并且

同样通过一个模制在内的定位件将该传感器的管状顶部弹性地固定到该储箱的顶部壁上。

这种方法优选地应用到多个传感器上，这些传感器被插入穿过该燃料发送模件的安装凸缘或者穿过该储箱壁的任何其他孔中。然而，取决于储箱的几何形状，这类传感器不能到达远离所述凸缘和/或该储箱的任何其他安装开口的一些区域。特别地，如果该燃料发送模件被固定到该储箱的一部分中，其中在该上部壁中存在一个凹陷，这个凹陷之上的燃料液面(并且因此，该储箱的满的液面范围)不能够由这样一个传感器来测量。

本发明的目的在于通过提供一种方法来解决这个问题，该方法用于将一个电容性传感器安装在一个液体储箱内，即使在远离该泵模块安装凸缘的部分中和/或不可能由标准的液体传感器达到的部分中和/或该液面水平可以达到比该安装部分中的更高值的地方允许高精度地测量该液面水平。

为此，本发明涉及用于将一个电容性的液面传感器安装在一个液体储箱内的一种方法，该液体储箱具有一个底部壁，该传感器具有一个支脚以及一个测量部分，该测量部分包括至少一个电容性元件，该元件被从所述支脚中伸出的一个刚性支持件所支撑，其中，该支脚通过一个定位件被牢固地紧固到该储箱的底部壁上，并且根据本方法，该刚性支持件与该支脚形成一个恒定的(固定的)角度，这样该传感器的测量部分的长度高于在该支脚定位的部分中的储箱的高度。

将传感器的测量部分在该储箱中以一个给定的角度来定位的这个事实(通过该支持件的刚度以及该支脚的刚性固定所保证的)使之有可能根据有待测量的液体的液面获得一个线性信号并且以一个高的准确度做到这一点。它还允许到达该储箱的多个位置(像在鞍状储箱中的凹穴)，该储箱具有的一个高度比固定该传感器的位置的高度(即该传感器的支脚被固定的位置处储箱的底部壁与一个顶部壁之间的距离)更重要。因此，该支持件与该传感器的支脚所成的角度以及所述支持件的长度(并且它优选地包括在125与400mm之间)是以该储箱的几何形状为条件的。

“恒定的角度”是指事实上在该储箱的使用寿命的过程中保持不变的一个角度。这个角度总体上包括在45°与90°之间。

本发明可以应用到车辆上的所有储箱上，因为它们的几何形状经常是复杂的(由于在罩盖下的可供使用的位置)，这样它们经常具有如以提及的一个凹陷。对于燃料箱和尿素储存器更加经常是这种情况，尤其是对于燃料箱。

在本发明的框架之内，“燃料箱”旨在说明任何类型的储箱，这些储箱能够在机动车辆内变化的压力以及温度条件下储存一种液态的和/或气态的燃料。术语“机动车辆”旨在包括不仅是轿车而且还包括摩托车以及货车(或卡车)。

该储箱可以由金属或塑料制成。根据本发明的方法是非常适合于一种塑料制成的液体储箱。

“塑料”旨在说明包含至少一种合成树酯聚合物的任何材料。

所有类型的塑料都可能是适合的。特别适合的塑料属于热塑性塑料的类别。

“热塑性塑料”是指任何热塑性聚合物，包括热塑性弹性体以及它们的共混物。术语“聚合物”不但表示均聚物而且还表示共聚物(具体是二元或三元共聚物)。这类共聚物的实例是(毫无暗含的限制)：不规则的共聚物、直链以及其他嵌段共聚物以及接枝共聚物。

熔点低于分解温度的任何类型的热塑性聚合物或共聚物都是适合的。具有分布在至少10摄氏度上的一个熔化范围的合成热塑性塑料是特别适合的。这些材料的实例是它们的分子量具有一种多分散性的材料。

具体地讲，可以使用聚烯烃类、聚乙烯卤化物类、热塑性聚酯类、聚酮类、聚酰胺类以及它们的共聚物类。也可以使用多种聚合物或共聚物的一种共混物，同样可以使用多种聚合物材料与无机、有机和/或者天然填充剂的一种混合物，例如像(但毫无暗含的限制)碳、盐以及其他无机衍生物、以及天然或聚合纤维。还有可能使用多层结构，这些结构由叠层的、包括如上说明的聚合物或共聚物中的至少一种的多个整体层构成。

在燃料箱的情况下，基于高密度聚乙烯(HDPE)的多个外层以及类似乙烯乙烯基醇共聚物(EVOH)的一种阻碍聚合物的一个内部层的一种多层结构给出了好的结果。

与本申请有关的这些液体液面传感器是基于一种连续的电容测量的多个无移动部分的传感器。存在着许多类型的电容性液体传感器。然而，按其定义，它们均包括至少一个电容性元件。优选地，这个元件包括多个“交叉指形”的电极，即这些电极具有多个线圈的形式、具有彼此梳状接合的多个指状物形式并且被印刷在一个柔性的绝缘支持件上的多个环路，如在上述美国专利中所说明的。优选地，这些指状物沿它们的绝缘支持件垂直地延伸。

有利的是，并且如在上述的美国专利中所说明的，根据本发明的传感器包括一对交叉指式的测量电极以及同样为交叉指形的一对参比电极。参比电极优选位于该支持件的下端处或者在该传感器的支脚中，从而确保它始终浸入在该储箱中存在的液体中。它使之有可能不理会液体的温度、压力、性质、以及其他有可能妨碍测量的干扰因素的变化。优选地，将电子装置连接到传感器上(或者被焊接到其上或者经由一个接头来固定)或甚至将它们优选地一体化到相同的PCB(印刷电路板)上。

根据本发明，该电容性元件具有一个支脚并且它由一个刚性支持件支撑。该支脚以及该刚性支持件可以被模制成一体。然而，优选地，它们是分离的部件。甚至更优选地，它们都是塑料件并且该支脚(它可以具有一个更复杂的形状)优选地是注塑模制的而该刚性支持件可以是挤出的。

优选地，这个支持件是一个空心的结构，其中插入这个或这些电极的柔性绝缘支持件。一个仅仅是空心的塑料管即可以根据本发明起到刚性支持件的作用。优选地，这个塑料管被插入一个空心的圆柱形的部分中，该部分与该支脚模制成一体并且它是倾斜的。

在起刚性支持件作用的一个管或其他任何关闭的壁的情况下，所述结构必须能够被充满液体。这可以优选地仅通过在其底部提供多个开口(孔)来获得。由于为了更好的液压功能优选确保空气循环，有利的是在该传感器的顶部处同样有一个孔。然而，优选将这些孔的尺寸调节为在液体运动上产生一个过滤器。

除了该空心的圆柱形部分外，该支脚可以在底部具有一个孔以允许燃料(或用于SCR应用的尿素、或任何其他汽车液体)找到进入该刚性支持件之中的路径。类似地，该定位件优选地不完全地围绕该支脚，而代替的是存在一个通道以允许液体充满这个区域并且找到穿过该支脚的底部进入该孔之中的路径，并且最终进入该刚性支持件中而到达该传感器。

优选地，该传感器的支脚以及该刚性支持件是由提供静电屏蔽的一种塑料(优选地一种聚缩醛树脂)制成，例如装填碳黑的一种塑料。

为了确保以上提到的底部参比，该定位件优选地使它的底部与该储箱壁具有连续性(与其在相同的平面中)。根据本发明的一个优选的实施方案，该液体储箱具有一个塑料(优选具有以上定义的热塑性塑料)壁并且用于安装该传感器的支脚的定位件与所述储箱壁被模制成一体。

固定该刚性支持件或与其一体化的支脚优选地具有一种形状，该形状与它所固定的该定位件的形状相配合(相对应)。可代替地或额外地，该定位件可以配备有多个装置(如夹子、燕尾结构......)从而允许该支脚通过滑动或通过一种“卡扣配合”或“快速连接”被固定在那里。

根据本发明的一个优选的实施方案，该传感器的支脚包括一个空心的圆柱形的延伸部分，该延伸部分起一个机械固定杆的作用并且该延伸部分被弹性地固定到该储箱的顶部壁上，优选地正好在该支脚被牢固地固定的位置上方。这个上部壁优选地同样具有一个定位件，该定位件优选地同样被模制在内。这个定位件优选地或者直接包括一个部分(优选是空心的)，其中该杆的顶部可以移动，或者具有适合于接受这样一个部分的一个形状。术语“弹性地固定”以及“移动”是指事实上该杆的顶部可以垂直地滑动，以便在老化过程中容纳该液体储箱的变形。

在一个替代方案中，该机械杆可以是与该支脚分离并且被插入它的一个延伸部分(优选圆柱形)中的一个部件。

优选地，在该杆的顶部与该定位件之间存在一个中间部分。根据相当简单的一个优选实施方案，该中间部分具有一个空心圆柱的形状，该杆的上部末端可以在其中滑动。优选地，该杆具有一个支柱的形状并且一个弹簧被插入所述支柱与中间部分之间。因为密封性不是一个问题，该杆与该中间部分之间的间隙优选地被设计为使得它们不会束缚在一起，这可以限制垂直的行程。

优选地，支脚/传感器/支柱/中间件/弹簧组成一个组装件，该预组装件通过压缩弹簧被插入该储箱之中。在该组件已被固定到该储箱中之后，该弹簧未被解压缩并且该杆的顶部部分滑入该顶部储箱的特征(空心圆柱)之中，因此防止该组件发生松脱。这还将在该组件上保持一个力量以确保该传感器始终非常接近该储箱的底部。这种设计还允许在车辆的整个寿命期间在传感器需要进行维修的情况下将该组件移除。

如已经讲述的，这个或这些定位件优选与该储箱壁是一体的。它们最优选在模制该储箱自身时形成，或者通过该模具中的多个插入件(它们给予该储箱壁一个适当的形状)或通过这些封装多个插入件。然而，它们还可以是多个分离的特征，它们被焊接(或别的方式被固定)到储箱壳的内侧上，还优选地在制造该储箱的过程中，优选地使用之后说明的TSBM方法。

根据本发明的一个优选的实施方案，该液体储箱包括一个液体发送模件，该液体发送模件被插入其壁中的一个开口(总体上由一个凸缘闭合)并且该传感器穿过所述开口被插入该储箱(用于组装/安装)中。

可替代地，它可以在该模制储箱本身的过程中进行固定，例如通过使用带有内芯的一个模具(内部的安置机构)或者一个机械手，以便首先模制或固定这个或这些定位件，并且然后固定该传感器。这样一种方法(它允许这些定位件的形成或固定和/或该传感器的固定)优选地使用两件式的型坯(或挤出的预成形件)，如授予本申请人的在先申请WO 2006/008308、WO 2006/032672以及WO2007/000454中所说明的，它们在此方面的内容通过引用被结合在本申请中。这种方法总体上被称为“TSBM”方法或“双片吹气模制”。

图1展示了本发明的一些优选的实施方案并且因此不得被解释为限制其范围。

它示出了一个切开的燃料箱1，该燃储箱包括一个凹陷2，使用2个定位件将一个电容性传感器6固定在该凹陷中，一个定位件3与储箱1的底部壁模制成一体而一个定位件4与储箱1的顶部壁模制成一体。

传感器6包括一个PCB类型的传感器(如以上定义)，该传感器被插入根据本发明起刚性支持件的作用的一个塑料管中。这个支持件被插入一个空心的圆柱形部分5’之中，该部分与传感器6的支脚5一体化(模制成一体)并且它包括用于接纳燃料的一个孔，并且它还与起机械固定杆或支柱的作用的一个空心的圆柱形的延伸部分5”一体化。

传感器6的支脚5、5’、5”被插入下定位件3之中，而上定位件4接受了一个中间部分7，该中间部分处于一种空心圆柱形部分的形状，杆5”的上部部分可以在其中滑动。一个弹簧8被插在所述杆5”的顶部与中间部分7之间。

如此前所说明的，支脚5、5’、5”/传感器6/中间件7/弹簧8的组件经过一个开口(未示出)被插入储箱1之中，该开口旨在用于安装一个燃料发送模件(也未示出，但位于接近该组件的左侧)，这是通过在固定的过程中压缩弹簧8并且在该组件处于适当位置时释放弹簧来进行的。

所展示的系统的优点是：

-就其测量能力而论：高线性度的测量；高准确度的燃料液面测量(典型地，误差＜1％)；测量低液面的能力(典型地，低至2mm)；无滞后；在一个可编程的表中完成的液面到体积的转化，易于针对燃料箱的形式进行适配；与标准的电容性测量相比测量不依赖于燃料类型，

-就该结构而论：用于任何燃料系统构造(可适配的支持件长度)的柔性部件；可以整合在一个TSBM方法中。

Claims (10)

1.用于在一个液体储箱内安装一个电容性液面传感器的方法，该液体储箱具有一个底部壁，该传感器具有一个支脚以及一个测量部分，该测量部分包括至少一个电容性元件，该电容性元件被一个从所述支脚中伸出的刚性支持件支撑，其中，该支脚通过一个定位件被牢固地紧固到该储箱的底部壁上，并且根据该方法，该刚性支持件与该支脚形成一个恒定的角度并且该传感器的该测量部分在该储箱中以一个恒定的角度定位，这样该传感器的测量部分的长度高于在该支脚所定位的部分中的储箱高度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该传感器包括一对交叉指形的测量电极以及一对交叉指形的参比电极，这些电极被印制在一个柔性的绝缘支持件上。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，该刚性支持件是一个空心结构，在该空心结构内插入了这些电极的柔性绝缘支持件。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，该空心结构是一个塑料管，该塑料管被插入与该支脚模制成一体的一个空心的圆柱形部分中，并且该空心结构是倾斜的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，该传感器的支脚包括一个空心的圆柱形延伸部分，该延伸部分起到一个机械固定杆的作用，该机械固定杆被弹性地固定到该储箱的顶部壁上。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，该储箱的顶部壁包括一个定位件以及一个中间部分，该中间部分位于所述定位件与该杆的上部的部分(顶部)之间。

7.根据权利要求6所述的方法，其中该中间部分具有一个空心圆柱的形状，该杆的上部末端可以在其中滑动，其中该杆具有一个支柱的形状并且其中在所述支柱与该中间部分之间插入了一个弹簧。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，该液体储箱具有一个塑料壁并且其中在模制该储箱本身的同时，或者使用模具中的多个插入件或者通过封装多个插入件形成了所述定位件。

9.根据权利要求8所述的方法，其中该液体储箱包括一个液体发送模件，该发送模件经过其壁中的一个开口被插入，并且其中该传感器经过所述开口被插入并且固定在该储箱中。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，该传感器是在该模制储箱本身的过程中通过使用带有一个内芯或一个机械手的模具而被固定，以便首先模制或固定所述定位件并且然后固定该传感器。

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