CN109073444A - 用于检测柴油燃料过滤器中的水的方法以及用于应用所述方法的水传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于检测柴油燃料过滤器中水的方法，该方法包括：将第一电极和第二电极(1.1；1.2)布置在位于柴油燃料过滤器中的介质中，形成等效并联RC电路；施加注入阶段(A)，在此期间，布置闭合的第一开关(3.1)和断开的第二开关(3.2)使得工作电流被注入第一电极(1.1)中而第二电极(1.2)接地，输送电荷；施加弛豫阶段(B)，在此期间，布置断开的第一开关(3.1)和闭合的第二开关(3.2)使得第一电极(1.1)和第二电极(1.2)均接地，电荷通过介质释放；根据等效并联RC电路的电容分量评估电压；以及通过所述评估确定所述介质。
Description
技术领域
本发明涉及用于柴油发动机的燃料过滤器的领域，并且更具体地涉及柴油发动机的燃料过滤器中的水检测的领域，并且提出了一种用于执行该检测的方法以及用于应用所述方法的水传感器。
背景技术
当前已知需要消除柴油燃料发动机中含有的水以防止所述水与所述发动机的注入系统的敏感元件接触，在所述敏感元件上水可能由于腐蚀而具有有害影响，例如氧化和不溶性盐的沉积。
在柴油燃料过滤器的使用中，水与柴油燃料分离。与柴油发动机燃料分离的水被倾析并收集在特定的合适区域中，由于水比柴油燃料更稠密的事实，该区域通常位于柴油燃料过滤器壳体的下部中。
水传感器被布置在柴油燃料过滤器中。当经倾析的水在柴油燃料过滤器壳体的下部中达到预定的最大水平时，这些传感器发出警告信号。该警告信号指示在对发动机造成损坏之前需要执行对收集的水的提取。为了检测水，这些传感器包括与壳体的前述下部相对应地布置的两个金属电极。
通过使用复杂的水传感器检测已经在柴油燃料过滤器中的水倾析区域中与柴油燃料分离的水的积聚、通过以非连续或间歇的方式在电极中注入电流来延长所述检测的有效性是已知的。水检测随着电阻分量的值而变化，即随着柴油燃料过滤器中的柴油燃料传感器的电极浸没在其中的介质而变化。
尽管通过间歇地在电极中注入电流并分析电阻分量可以在很大程度上获得水传感器的操作寿命的延长，例如与以连续性方式的电流供电的水传感器相比高达40倍，但是长远来看，不可避免地不溶性盐将形成并沉积在电极上。这导致在存在导电介质(例如水)的情况下电阻分量的值缓慢增加，直到达到接近表征为绝缘介质(例如油或柴油燃料)的电阻分量的值的值，使得水传感器不可使用，并且水和柴油或油之间的区分是不可能的。
在某些类型的车辆中，具有以间歇方式的电流注入的水传感器的操作寿命和电阻分量的分析可能在某些情况下是足够的。然而，在其它类型的车辆中，对持续时间的要求更加严格，典型的示例是20,000小时的总操作时间对应于驱动的1,500,000公里的距离，其中在1,000到2,000小时之间的总曝光时间下可能在任何时间处发生1,000至2,000例水的存在。对于这些类型的车辆，尤其需要具有改进的对电极上沉积物的形成的抵抗力的一种方法以及一种水传感器。
因此，需要有一种方法以及一种传感器，用于检测柴油燃料过滤器中水的存在，这增加了防腐蚀的效果。
发明内容
本发明涉及一种用于检测柴油燃料过滤器中的水的方法和一种根据所述方法所使用的水传感器。
用于检测柴油燃料过滤器中的水的方法包括以下步骤：将第一电极和第二电极布置在位于柴油燃料过滤器中的介质中，形成等效并联RC电路；施加注入阶段，在此期间，布置闭合的第一开关和断开的第二开关使得工作电流被注入第一电极中而第二电极接地，输送电荷；施加弛豫阶段，在此期间，布置断开的第一开关和闭合的第二开关使得第一电极和第二电极都接地，电荷通过介质被释放；根据等效并联RC电路的电容分量评估电压；以及通过根据电容分量对电流的评估来确定介质。
根据先前所描述的，当电压具有增加的值时确定介质是导电介质，电容分量可获得。
该方法还包括校准阶段，其中第一电极和第二电极位于受控绝缘介质中，注入测试电流并测量电压达到稳定状态所需的上升时间。
在校准阶段之后，当自注入阶段中的工作电流的注入开始已经过去了上升时间时，执行根据电容分量的对电压的评估。可替代地，当自注入阶段中的工作电流的注入开始除了延迟时间之外还有上升时间已经过去时，执行根据电容分量的对电压的评估。
水传感器又包括第一电极、第二电极、用于将第一电极连接到电流源的到电流的连接、用于将第二电极接地的接地连接、用于将第一电极和第二电极彼此连接的中间连接、布置在到电流的连接中的第一开关以及布置在中间连接中的第二开关。
附图说明
图1以示意性方式示出了开关桥，其包括在本发明的水传感器对象中。
图2以图形示出了水传感器的工作电流的注入信号随时间的变化、绝缘介质中的电流源出口处的电压信号随时间的演变以及导电介质中的电流源出口处的电压信号随时间的演变，对于新的和旧的水传感器均相同。
图3以图形示出了水传感器的工作电流的注入信号随时间的变化、绝缘介质中的两个电极之间的电压信号随时间的演变以及导电介质中的两个电极之间的电压信号随时间的演变，对于新的和旧的水传感器均相同。
具体实施方式
本发明涉及一种水传感器和一种通过使用所述水传感器检测柴油燃料过滤器中的水的方法。关于开关桥的部件的数量及其相对于彼此的布置而言所述传感器包括非常简单的开关桥。开关桥在图1中示出。
在图1中，可以看到水传感器如何包括两个电极(1.1，1.2)：第一电极(1.1)和第二电极(1.2)。另外，水传感器包括用于将第一电极(1.1)连接到电流源(图中未示出)的到电流的连接(2.1)、用于将第二电极(1.2)连接到地的接地连接(2.2)、用于将第一电极(1.1)和第二电极(1.2)彼此连接的中间连接(2.3)、布置在到电流的连接(2.1)中的第一开关(3.1)以及布置在中间连接(2.3)中的第二开关(3.2)。
使水传感器安装在柴油燃料过滤器中并且使两个电极(1.1，1.2)浸没在存储在所述过滤器的水倾析区域中的介质中，两个电极(1.1，1.2)和介质形成系统，由所述系统形成的等效电路是并联RC电路。
第一开关(3.1)和第二开关(3.2)分别由第一控制信号(4.1)和第二控制信号(4.2)控制。上述开关(3.1，3.2)通过所述控制信号(4.1，4.2)断开和闭合。水传感器另外包括控制单元，该控制单元被配置成用于通过第一控制信号(4.1)和第二控制信号(4.2)控制第一开关(3.1)和第二开关(3.2)的断开和闭合。该配置允许水传感器的两种状态：连接状态和放电状态。连接状态和放电状态分别对应于注入阶段(A)和弛豫阶段(B)。
在注入阶段(A)中，第一开关(3.1)闭合而第二开关(3.2)断开，使得第一电极(1.1)注入有工作电流而第二电极(1.2)接地。在弛豫阶段(B)中，第一开关(3.1)断开而第二开关(3.2)闭合，使得第一电极(1.1)和第二电极(1.2)被布置成接地。这样，在第一电极(1.1)中注入工作电流同时第二电极(1.2)接地与第一电极(1.1)和第二电极(1.2)被布置成接地之间存在交替。
在弛豫阶段(B)中，产生等效RC电路的等效电容器“C”的自由放电。换句话说，在工作电流注入第一电极(1.1)中的注入阶段(A)期间，提供电荷，所述电荷在在紧接着的后续弛豫阶段(B)期间在两个电极(1.1，1.2)所处其中的介质中释放。这样，所有与电荷相关的化学反应都被最小化或者甚至被消除。
电流源供应具有特定极性的工作电流的脉冲。然而，在电极(1.1，1.2)的电平下，并且由于在每一个注入阶段(A)之后弛豫阶段(B)的引入，工作电流在两个电极(1.1，1.2)的电平下的方向周期性地反转，提供所期望的效果：交流电中的极化。工作电流具有1至11μa之间标称值。
在图2和图3中，可以看到工作电流的注入信号(i)随时间的变化，使得当工作电流被注入第一电极(1.1)中时该注入信号(i)可感知，由“1”表示，并且当所述电流没有被注入第一电极(1.1)中时，由“0”表示。
在注入阶段(A)中，根据等效RC电路的电容分量确定两个电极(1.1，1.2)浸没在其中的介质中水的存在。当两个电极(1.1，1.2)所处其中的介质是绝缘介质时，电容分量的值是小于当两个电极(1.1，1.2)所处其中的介质是导电介质时的值。
电容分量的值根据所使用的两个电极(1.1，1.2)的几何特性而广泛变化，但是对于特定实施例，例如其中两个电极(1.1，1.2)是圆柱形的并且彼此平行布置、间隔开5mm，则绝缘介质中的电容分量的值可以达到100pF，而浸没在导电介质中的两个电极(1.1，1.2)的该相同配置提供约千倍大的电容分量的值，并且因此，两者之间的区分有非常大的余量。反过来，对于电阻分量的情况观察到的值对于绝缘介质为约25MΩ而对于导电介质为约50kΩ。对于导电介质和绝缘介质获得的电容分量的值的差异明显大于电阻分量的值的差异，这提供了对两个电极(1.1，1.2)所处其中的介质的更优的确定。
根据另一个示例性实施例，对应于绝缘介质的电容分量的值在80至120pF之间或更小，而对应于导电介质的电容分量的值在80至120nF之间或更大。优选地，当电容分量的值大于1nF时，确定该介质是导电介质。
测试已经论证，作为不溶性盐的沉积的后果，导电介质的电阻分量的值趋于增加，变得类似于对应于绝缘介质的值。这是由于以下事实：不溶性盐的沉积导致柴油燃料被吸收，导致覆盖两个电极(1.1，1.2)中的至少一个的绝缘层并且因此当两个电极(1.1，1.2)浸没在水中时水传感器从电阻分量获得错误的测量结果。
反过来，电容分量的值是不受影响的，或者至少显著地较少受不溶性盐沉积的影响。因此，即使重复使用该方法和水传感器，本发明也提供了高的水检测能力，并且同时在水传感器的构造上提供了高度简单性。
为了根据电容分量具体确定水的存在，有必要在电压处于过渡状态的时刻评估电压，使得可以获得电容分量的值，因为如果电压进入稳定或永久状态，电容分量的值就不是可获得或可测量的，假定当电压进入稳定状态时，电压的信号变得稳定，并且作为结果，电压的信号变得仅取决于电阻分量。
为了评估电压，优选地在电流源的出口处测量电压，换句话说，在对应于到电流的连接(2.1)的第一点处测量电压。图2以图形和简化的方式示出了：对应于在绝缘介质中在到电流的连接(2.1)中测量的电压的第一电压信号(V.1.a)随时间的演变，水传感器是新的；对应于在导电介质中在到电流的连接(2.1)中测量的电压的第二电压信号(V.1.c.n)随时间的演变，传感器是新的；以及对应于在导电介质中在到电流的连接(2.1)中测量的电压的第三电压信号(V.1.c.v)随着时间的演变，水传感器是旧的(意味着在水传感器已经被使用之后)。
可替代地，为了评估电压，在第一开关(3.1)和第二开关(3.2)之间的第二点处测量电压，换句话说，测量了对应于两个电极(1.1，1.2)之间的电压的电压。图3以图形和简化的方式示出了：对应于在绝缘介质中在两个电极(1.1，1.2)之间测量的电压的第四电压信号(V.2.a)随时间的演变，水传感器是新的；对应于在导电介质中在两个电极(1.1，1.2)之间的电压的第五电压信号(V.2.c.n)随时间的演变，传感器是新的；以及对应于在导电介质中在两个电极(1.1,1.2)之间的电压的第六电压信号(V.2.c.v)随时间的演变，水传感器是旧的(意味着在水传感器已经被使用之后)。
因此，在注入阶段(A)的初始部分中完成了根据电容分量的对电压的评估。换句话说，根据电容分量的对电压的评估可以在自注入阶段(A)中的工作电流的注入开始起已经过去等待时间的时刻执行。等待时间建立在100至250毫秒之间，或者可替代地，等待时间通过校准阶段建立。
该方法包括用于优化该方法的校准阶段。根据校准阶段，水传感器被布置成使得两个电极(1.1，1.2)位于受控(换句话说，已知的)绝缘介质中。为此，水传感器可以被安装或固定在相应的柴油燃料过滤器中。受控绝缘介质优选为柴油燃料。可替代地，通过具有与柴油燃料相似的介电常数，该绝缘介质可以是油或甚至是空气。
随后，将测试电流以脉冲注入第一电极(1.1)中，并且通过控制单元执行在所述条件下电压达到稳定状态所需的时间的测量，该时间被称为上升时间(Ts)。上升时间对应于先前描述的等待时间。因此，优选地在对应于到电流的连接(2.1)的第一点处测量电压。上升时间(Ts)被存储在包括在水传感器中的内部存储器中。对于在电压的校准阶段之后的后续评估，所述上升时间(Ts)被考虑。测试电流优选为1至11μa范围内的标称值，使得测试电流和工作电流可以相同。
柴油燃料具有比水小的电容，并且因此具有比水小的时间常数。换句话说，在绝缘介质的情况下比在导电介质的情况下，电压在时间上显著更早地达到稳定或永久状态。
这样，通过在建立等待时间之后使用水传感器，当所述时间已经过去并且电压被评估时，如果获得随时间恒定的电压值，则认为电压已达到稳定状态，电容分量的值不可获得，并且确定两个电极(1.1，1.2)所处其中的介质是绝缘介质；而如果获得随时间增加的电压值，则认为电压处于过渡状态，电容分量的值可获得，并且确定两个电极(1.1，1.2)所处其中的介质是导电介质。在该后一种情况下，所获得的电容分量的值较高，换句话说，该电容分量的值是接近1nF而不是1pF的值。为了知道所测量的电压是增加的还是保持恒定，使用为此目的配置的包括在传感器中的装置对所测量的电压信号进行数字处理。
为了对该方法更好的优化，在注入阶段(A)中自工作电流的注入开始已经过去除了额外等待时间之外的等待时间的时刻执行根据电容分量的对电压的评估。该额外等待时间，称作延迟时间(Tr)，是由于例如水传感器在绝缘介质中和在导电介质中达到稳定状态所需的时间均可能根据水传感器的多种特征方面而变化的事实。这些方面中的一些是：水传感器的几何构造和包括在水传感器中的部件的制造公差。延迟时间(Tr)的值优选地包括在15至25毫秒的范围内。
在图2和图3中，还可以看到该方法可以另外包括调节工作电流的注入频率，使得注入阶段(A)的持续时间为使得当处于导电介质(例如水)中时电压始终处于稳定状态。这样，水传感器的可用寿命得以延长。
通过本发明的水传感器，提供了一种非常简单的传感器。该简单性导致关于部件的数量和所需的制造工艺的总成本的降低。通过本方法，在柴油燃料过滤器中的水的检测中提供了高度的有效性，这是由于除了其它原因之外，所使用的水传感器的简单性。此外，由于所述检测基于对等效RC电路的电容分量的测量和分析，因此提供了水传感器的可用寿命的更大延长。
Claims (6)
1.一种用于检测柴油燃料过滤器中的水的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-将第一电极(1.1)和第二电极(1.2)布置在位于柴油燃料过滤器中的介质中，形成等效并联RC电路。
-施加注入阶段(A)，其中布置闭合的第一开关(3.1)和断开的第二开关(3.2)，使得工作电流被注入所述第一电极(1.1)而所述第二电极(1.2)接地，提供电荷。
-施加弛豫阶段(B)，其中布置断开的第一开关(3.1)和闭合的第二开关(3.2)，使得所述第一电极(1.1)和所述第二电极(1.2)均被布置成接地，所述电荷在介质中被释放。
-根据等效并联RC电路的电容分量评估电压；以及
-通过根据所述电容分量对电压的评估来确定所述介质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述电压具有增加的值时，所述电容分量是可获得的，确定所述介质是导电介质。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括校准阶段，其中所述第一电极(1.1)和所述第二电极(1.2)位于受控绝缘介质中，注入测试电流并测量电压达到稳定状态所需的上升时间(Ts)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当在所述注入阶段(A)中自工作电流的注入开始起已经过去了上升时间(Ts)时，执行根据电容分量的对电压的评估。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当在所述注入阶段(A)中自工作电流的注入开始起已经过去了除延迟时间(Tr)之外的上升时间(Ts)时，执行所述根据电容分量的对电压的评估。
6.一种用于应用根据权利要求1至5中任一项所述的方法的水传感器，其特征在于，所述水传感器包括所述第一电极(1.1)、所述第二电极(1.2)、用于将所述第一电极(1.1)连接到电流源的到电流的连接(2.1)、用于将所述第二电极(1.2)接地的接地连接(2.2)、用于使所述第一电极(1.1)和所述第二电极(1.2)彼此连接的中间连接(2.3)、布置在所述到电流的连接(2.1)中的第一开关(3.1)以及布置在所述中间连接(2.3)中的第二开关(3.2)。
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