ES2921480T3 - Sensor de detección de fluidos y canal, en particular, para combustibles para automóviles - Google Patents

Abstract

La invención se relaciona con un sensor para detectar las propiedades del combustible de un motor de combustión interna. El sensor comprende al menos un par de electrodos internos (12, 13) que se extienden en una dirección axial relativa. Un electrodo externo más o tercero (14) que los rodea. La invención también relaciona con un riel de combustible (2) al que se puede montar el sensor y un método para detectar las propiedades del fluido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sensor de detección de fluidos y canal, en particular, para combustibles para automóviles

La presente invención se refiere a un dispositivo según la reivindicación 1 y a un método según la reivindicación 15.

Se sabe que las propiedades electroquímicas de un fluido general, particularmente en entornos con alta contaminación electromagnética, son difíciles de medir, a menos que se utilice equipo de laboratorio.

Dicho equipo es complejo y delicado y su utilización práctica, por ejemplo, en un vehículo, tal como un coche habitual, es una solución apenas practicable y poco competitiva.

Además, para compatibilidad electromagnética, el procedimiento de detección no debe interferir con otros equipos cercanos, especialmente en vehículos.

En la patente US 6.803.775, de Sanchez et al., se divulga un sensor para su utilización en tal clase de mediciones.

Este sensor está alojado en una válvula de regulador de presión de combustible.

En el sensor divulgado, la superficie en contacto con combustible de los electrodos, que consiste en conductores dispuestos a lo largo de un conducto de armazón externo, presenta un área maximizada, debido a que se proporcionan dientes en la superficie interna del conducto, para que el sensor presente una función de transferencia apropiada para el tipo de líquido que va a medirse.

Durante el funcionamiento normal, el sensor así divulgado está expuesto a interferencia electromagnética, que puede afectar al procedimiento de medición; esto se debe a que habitualmente se instala en la proximidad de una fuente de interferencia, tal como un motor de combustión.

Además, dicho sensor no es apto para su funcionamiento con líquidos que presentan cambios aparentes de sus propiedades eléctricas, dado que se producirán errores de medición demasiado grandes para líquidos de alta conductancia, porque el sensor funcionará cerca del límite inferior de su intervalo de medición, y por tanto aumentará el error de detección.

Además, en determinadas soluciones de la técnica anterior, tales como la divulgada en la patente US 6.885.199, es decir, que presentan un electrodo cilíndrico externo y un electrodo cilíndrico o en forma de alambre central, los electrodos enfrentados deben estar separados hasta un punto dado, para permitir que fluya fluido entre los mismos sin acumulación de suciedad; no obstante, una separación grande afectará a la propiedad dieléctrica y, por tanto a la capacitancia del condensador de medición y/o la resistencia de medición.

Dicho de otro modo, con un diámetro exterior dado del sensor, si la distancia radial entre los electrodos se aumenta para facilitar el flujo de salida del combustible líquido y evitar la acumulación de suciedad, entonces se cambiarán las propiedades del sensor, cambiando las detecciones de tipos capacitivo a resistivo (o viceversa): esto puede tener un efecto perjudicial, especialmente si el sensor está diseñado para detección dinámica, es decir, para su utilización en un flujo de combustible en movimiento.

Pueden aplicarse consideraciones similares, cambiando lo que sea necesario, a sensores diseñados para grandes depósitos o canales, tal como se describe en la patente US 6.842.017, en la que el líquido se estanca en una cámara asociada con los electrodos. El documento US 4 905 655 divulga un sensor de combustible adicional dispuesto dentro de un sistema de suministro de combustible con dos electrodos cilíndricos concéntricos.

La presente invención tiene el objetivo de resolver estos y otros problemas proporcionando un método según la reivindicación 15 y un dispositivo según la reivindicación 1.

Un objetivo adicional es proporcionar un dispositivo que garantice precisión y fiabilidad en la determinación de las características de un combustible o líquido que está fluyendo o moviéndose, tal como un fluido o combustible que circula en un conducto o en el cuerpo de un dispositivo hidráulico, particularmente un conducto o un cuerpo que presenta un área en sección transversal al flujo de menos de 2 cm2, o con un diámetro de menos de 16 mm.

Otro objetivo es proporcionar un dispositivo y/o un método para mejorar las condiciones de detección y/o medición, y particularmente que proporcione una mayor sensibilidad de medición, al tiempo que evite condiciones anómalas, tales como acumulación de suciedad y/o reducción del flujo que entra en contacto con el sensor.

Todavía otro objetivo es proporcionar un método y/o un dispositivo que permita que se produzca la detección mediante la emisión de una señal de frecuencia o tensión/corriente que pueda realizar mediciones de impedancia y/o simplemente resistivas.

La invención se refiere además a un dispositivo para detectar propiedades de combustible y/o un canal de combustible en el que puede montarse el sensor.

La invención se define mediante las siguientes reivindicaciones.

Estas y otras características, efectos resultantes y ventajas de la presente invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción de algunas formas de realización a título de ejemplo tal como se muestran en los dibujos adjuntos, que solo se proporcionan a título de ejemplo no limitativo, en los que:

la figura 1 es una vista en perspectiva del sensor de la presente invención, que está montado en un canal de suministro de combustible para un motor de combustión interna;

la figura 2 es una vista en perspectiva del sensor de la figura 1, próximo a un extremo del canal de suministro; la figura 3 es una vista en perspectiva explosionada del sensor de la presente invención;

la figura 4 es una vista en perspectiva explosionada del sensor de la presente invención, tomada desde el lado opuesto a la figura anterior;

la figura 5 es una vista en sección longitudinal del sensor de la presente invención, montado en un extremo del canal de suministro;

las figuras 6a, 6b, 6c muestran los diagramas de bloques de diversas formas de realización del circuito que está asociado o puede asociarse con el sensor de las figuras anteriores;

la figura 7 es una vista en perspectiva de una segunda forma de realización del sensor de la invención, montado en su canal de suministro;

la figura 8 es una vista en perspectiva explosionada de la segunda forma de realización del sensor;

la figura 9 es una vista en perspectiva de una tercera forma de realización del sensor de la invención, montado en un canal de suministro de combustible;

la figura 10 es una vista en perspectiva del sensor de la figura 9, separado del canal de suministro;

la figura 11 es una vista en perspectiva de una cuarta forma de realización de un sensor de la invención, montado en un canal de suministro de combustible;

la figura 12 es una vista en perspectiva del sensor de la figura 11, separado del canal de suministro;

las figuras 13a, 13b, 13c son unos respectivos diagramas de cableado para los electrodos del sensor de la invención.

Haciendo referencia a los dibujos anteriores, y particularmente a las figuras 1 a 5, a continuación, se divulgará la presente invención con referencia a un sensor 1 para detectar propiedades químicas y físicas propiedades (por ejemplo, conductividad eléctrica, resistencia dieléctrica, presencia y/o concentración de sustancias, etc.) de un fluido, que está montado en un canal de suministro de combustible 2 de un motor de combustión interna.

El dispositivo de la invención comprende el sensor 1 y un canal de combustible o un canal común, es decir, un tubo que suministra combustible (gasolina, etanol, combustible diésel, etc.) a los inyectores en el motor.

Con este fin, por lo menos parte del sensor 1, preferentemente toda la parte de detección se instala en un alojamiento 24 apropiado del canal de suministro 2, que presenta una entrada de combustible 3 y salidas de combustible 4.

Las salidas 4 proporcionan suministro a unos respectivos inyectores y/o cilindros de un motor de combustión interna, preferentemente de tipo de combustible flexible, es decir, adaptado para que se le suministren diversos combustibles, tales como gasolina o etanol o mezclas de los mismos, con un porcentaje de etanol que oscila preferentemente entre el 25% y el 92%.

Aunque se proporcionan cuatro salidas en el canal de suministro 2 del ejemplo ilustrado, su número puede cambiar según el número de cilindros del motor de combustión u otros; el número de entradas del canal de suministro también puede ser diferente del de la figura, tal como dos o más entradas.

El sensor 1 también incluye una parte insertada en el alojamiento 24 del canal 2, que está diseñada para estar en contacto con el líquido cuyas propiedades tienen que detectarse.

Dicha parte interna del sensor comprende un par de electrodos internos preferentemente axiales 12 y 13, al menos parcialmente rodeados por un electrodo externo preferentemente cilíndrico o ligeramente troncocónico 14, por ejemplo, realizado de una lámina envuelta para dar tal cilindro, electrodos 12 y 13 que están soportados en sus bases por un elemento de soporte 15, tal como un cojinete de centrado 15 realizado de un material eléctricamente aislante. Tal electrodo externo 14, que preferentemente funciona como elemento de protección, particularmente contra ruido eléctrico, también puede presentar otra forma, tal como una forma en sección poligonal y/o presentar o bien un perfil cerrado o bien un perfil parcialmente abierto, por ejemplo, un perfil en C.

Los electrodos 12, 13 y 14 y la parte de sensor dentro del canal 2 se describirán con más detalle a continuación en la presente memoria.

Tal como se muestra en los dibujos, el sensor 1 presenta una parte externa al canal 2, que comprende un recinto 5 para componentes de circuito, que va a describirse con más detalle a continuación en la presente memoria, recinto que está cerrado por una tapa 6; la parte externa del sensor está conectada además al suministro de potencia y/o a la red y/o al circuito de control que controla el funcionamiento del vehículo automóvil, mediante un conector de tres polos 7.

Las figuras 2 y 3 muestran que el recinto 5 del sensor está conformado para contener una placa electrónica o circuito de control 9 y un elemento o material aislante 10 asociado con el mismo.

Este último puede obtenerse ventajosamente mediante colada de resina en el recinto 5, para conferir estanqueidad a los fluidos al mismo; esto sellará de manera apropiada el circuito 9, los diversos componentes electrónicos y los electrodos 12, 13 y 14.

El recinto 5 y/o la tapa 6 pueden comprender posiblemente partes eléctricamente conductoras, particularmente que presentan fines de protección frente a ruido, que se realizan de metal o un polímero eléctricamente conductor.

La placa o circuito 9 presenta al menos el fin de detectar las propiedades y/o el estado del fluido, por medio de electrodos; estos últimos se controlan o se utilizan de cualquier manera para realizar mediciones tal como se explica a continuación.

El circuito 9 también presenta preferentemente el fin de convertir tales propiedades y/o estados detectados en datos y/o valores y/o señales de formato apropiado. Estas señales y/o valores y/o datos se envían o transmiten a uno o más de los terminales 11 del conector 7 y/o al circuito externo adicional para controlar el vehículo que presenta el sensor montado en el mismo. El funcionamiento de la placa electrónica 9 y sus componentes se describirá en más detalle a continuación en la presente memoria.

En el ejemplo en la presente memoria, la tapa 6 cierra el recinto 5 del sensor, al que se fija mediante los apéndices 6a, que se enganchan en protuberancias 5a correspondientes del recinto 5; dado que el recinto 5 y la tapa 6 están formados de material de plástico o polimérico, estas partes pueden cerrarse fácilmente con los apéndices 6a y las protuberancias 5a: evidentemente puede preverse cualquier otra solución para formar el recinto y/o la tapa y/o para cerrar de manera segura el recinto 5 mediante la tapa.

Además, el recinto 5 del sensor y la tapa 6 también pueden comprender unos medios de sellado y/o someterse a procedimientos de soldadura y/o de sellado utilizando resinas o películas de plástico, o presentar medios apropiados para ayudar a la protección de todo el sistema frente a agentes externos, tales como polvo, humedad u otros.

Tal como se mencionó anteriormente, en este ejemplo, la unidad de conector 7 es un conector macho de tres polos, que presenta tres contactos 11 que pueden utilizarse para diversas funciones, por ejemplo, conexión a tierra, suministro de potencia, señal de detección de combustible, en el que tal terminal de conexión a tierra puede ser un terminal que presenta un potencial eléctrico de referencia, tal como un potencial eléctrico común para suministro de potencia al circuito y para la señal detectada y/o procesada.

Evidentemente, según se requiera por el diseño y/o la instalación, el experto puede asignar de manera apropiada funciones a los conectores y/o establecer un número diferente de conectores o terminales. Tal como se muestra en los dibujos, la unidad de conector 7 también está convencionalmente conformada para alojar y/o conectarse a un conector hembra (no mostrado), tal como el conector hembra de cables externos y/o dicho circuito externo: según se requiera por el diseño y/o la instalación, el experto puede seleccionar los conectores más apropiados para ese fin. El cojinete de soporte y/o centrado 15 está asociado con el recinto 5 que presenta un sello 16 montado en el mismo, sello que garantiza la estanqueidad a los fluidos para el cuerpo del recinto 5 y evita las fugas de líquido, tal como gasolina o etanol, desde el canal 2 hasta el exterior.

El cojinete de soporte y/o centrado 15 está formado preferentemente por moldeo de un material termoplástico, tal como comoldeo o sobremoldeo con los electrodos 12, 13, 14; particularmente para obtener un producto semiprocesado en el que los electrodos se sujetan en una posición estable. Entonces, se forma preferentemente el recinto 5, mediante moldeo adicional de un material termoplástico, tal como comoldeo o sobremoldeo con el cojinete 15 y los electrodos 12, 13, 14.

Los materiales y/o formas del cojinete 15 y el recinto 5 se seleccionan preferentemente para garantizar un acoplamiento estanco a los fluidos entre los mismos, preferentemente mediante fusión al menos parcial o unión estructural entre sí, al menos en su zona de contacto; preferentemente, el cojinete 15 y el alojamiento 5 se forman con un material termoplástico o un polímero de polipropileno (PP), con la adición de una carga de refuerzo, tal como fibra de vidrio (GF), particularmente el 30% de carga o fibra de vidrio con respecto al polímero o polipropileno. Preferentemente, el canal 2 también se forma con un material termoplástico o un polímero de polipropileno (PP), con la adición de una carga de refuerzo, tal como fibra de vidrio (GF), particularmente el 30% de carga o fibra de vidrio con respecto al polímero o polipropileno.

El canal 2 y el recinto 5 están preferentemente adaptados para acoplarse entre sí de una manera estanca a los fluidos, preferentemente mediante soldadura o refusión en caliente de al menos una de sus partes respectivas, tal como mediante soldadura por láser o vibración; particularmente mediante unión estructural y/o estanca a los fluidos entre sí, al menos en su zona de contacto, tal como la zona del alojamiento 24 del canal 2.

El ejemplo de las figuras 2 a 5 muestra que el electrodo externo 14 presenta, en su extremo, una punta en forma de horquilla 22, a través de la cual se extiende y/o se acopla el extremo libre del electrodo interno más largo (en este caso, el electrodo con la referencia 13); con el sensor 1 en el estado ensamblado, la punta 22 está interpuesta entre un elemento de posicionamiento 17, tal como un disco o elemento aislante, alojado en el electrodo 14 y una arandela de tope 18, de tal manera que el electrodo interno 13 está asociado de manera estable con y/o posicionado con respecto al electrodo externo 14; en esta configuración, los electrodos tanto interno 13 como externo 14 están eléctricamente conectados, por ejemplo, a un potencial de referencia o a la tierra.

Los electrodos 12 y 13 están dispuestos uno al lado del otro, al menos a lo largo de la mayor parte de su longitud dentro del electrodo externo 14, a lo largo del eje longitudinal de este último.

Con este fin, el disco aislante 17 soporta al menos la parte de extremo del electrodo más corto 12 y actúa como apoyo intermedio para el electrodo más largo 13.

Por otro lado, el extremo de base 12a, 13a de los electrodos internos 12, 13 está doblado, por ejemplo, formando ángulos rectos para dar una horquilla, es decir, una sección a lo largo de la cual los electrodos internos están separados a una distancia más larga, enganchándose los dientes o terminales de extremo 12a y 13a en abrazaderas eléctricas hembra 21 respectivas en la palca 9.

Por tanto, las abrazaderas 21 garantizan el contacto eléctrico de los electrodos 12, 13 con el circuito asociado con la placa 9. Se proporcionan anillos de soporte y/o apoyo 19 yjuntas tóricas o elementos de sello 20 en los extremos de base 12a, 13a; estando tales anillos 19 preferentemente adaptados para retener lateralmente dicho elemento de sello 20, mejorando de ese modo su acción de sellado radial.

Los electrodos 12 y 13 son conductores en forma de alambre o de barra, particularmente formados como barras de metal cilíndricas o cualquier otro material eléctricamente conductor apropiado, y están preferentemente realizados de un material o metal resistente a la corrosión y/o reacciones electroquímicas, tal como acero o metales nobles o polímeros o aleaciones eléctricamente conductores. Durante el funcionamiento del sensor, los electrodos 12 y 13 entran directamente en contacto con el combustible líquido que fluye en el canal 2: esto permite la detección resistiva y/o capacitiva y/o ambas por el sensor, según unas enseñanzas posibles de la invención.

Debe observarse que, para cumplir por lo menos unas enseñanzas de la invención, la longitud y el grosor de los electrodos 12 y 14, la separación (es decir, la distancia) entre los mismos y su material, en combinación con otros elementos, tales como el electrodo externo 14, ayudan a definir la función de transferencia o por lo menos una característica del sensor 1, y preferentemente adaptarla al líquido objetivo.

Por ejemplo, si el líquido presenta una alta conductancia eléctrica, los dos electrodos 12, 13 estarán preferentemente separados; a la inversa, si la conductancia del líquido es baja, preferentemente se reducirá la distancia entre dos electrodos 12, 13.

Lo mismo se aplica a la permitividad; por ejemplo, si el líquido presenta una baja permitividad, los electrodos deben estar a una corta distancia, de lo contrario deben estar más separados. Suponiendo una característica igual de la función de transferencia, la distancia entre los electrodos es proporcional a la conductancia y/o la permitividad del líquido que va a medirse.

La placa electrónica 9 está montada en el recinto 5 que va a ubicarse en la parte delantera, para permitir la conexión de los electrodos 12 y 13 con las abrazaderas 21.

Tal como se mencionó anteriormente, los electrodos 12 y 13 se extienden por lo menos a lo largo de parte de su longitud en un electrodo externo 14, que preferentemente presenta una forma sustancialmente tubular o troncocónica, y está abierto al menos en un extremo y/o a lo largo de un lado; el electrodo 14 presenta preferentemente una sección transversal cilíndrica cerrada, pero también puede presentar una sección transversal poligonal u otra (por ejemplo, lobulada), posiblemente abierta en un punto.

Este electrodo 14 comprende una pared cilíndrica de metal eléctricamente conductor, que está perforada y/o parcialmente abierta para permitir que el combustible líquido fluya en el mismo; en este caso, los orificios o las aberturas 14a presentan una forma circular, pero también pueden presentar formas diferentes, por ejemplo, una forma rectangular o de tipo ranura. Además, las aberturas también pueden extenderse de una manera circunferencial, helicoidal y/o curvilínea, además de la extensión axial, tal como se muestra en los dibujos, para facilitar el flujo de líquido hacia y desde el interior del sensor.

Tal como se muestra en la figura 4, el electrodo 14 también presenta un corte o abertura axial 40 que se extiende a lo largo de dicha pared cilíndrica; tal abertura, por ejemplo, que consiste en la zona yuxtapuesta de los dos extremos de una lámina doblada, puede facilitar el flujo de fluido o combustible en el mismo, es decir, hacia los electrodos internos 12 y 13.

Los orificios y/o las aberturas pueden estar previstas generalmente en diversos números y formas, para adaptar mejor los rendimientos del sensor al tipo de líquido cuyas propiedades tienen que detectarse; no obstante, la característica distintiva del electrodo 14 será preferentemente la disposición de aberturas a lo largo de su extensión longitudinal, con vistas a garantizar el flujo axial de combustible dentro del sensor.

Por tanto, estos orificios o aberturas 14a y/o la forma del electrodo 14 se diseñarán para facilitar el flujo de fluido en el electrodo 14, y particularmente el flujo en los electrodos internos 12 y 13.

Se observará en la presente memoria que el extremo distal del sensor está abierto para permitir el paso de líquido. El extremo de base del electrodo externo 14 se ajusta parcialmente en el cojinete de centrado 15; por otro lado, el recinto 5 del sensor está fijado al canal 2 por medio de un clip 8, en este caso, una horquilla de alambre elástico, y la junta tórica 16 garantiza una acción de sellado para el mismo.

Con este fin, una ranura 5b está formada en el lado delantero del recinto 5, es decir, el que va a ajustarse en el canal 2, estando dicho ranura alineada con una hendidura 2b en el canal 2, en la que se engancha el clip 8, con el sensor en el estado ensamblado.

Según una forma de realización preferida, unas hendiduras 14b, 15b están formadas en el extremo de base del electrodo externo 14 y en la pared del cojinete de centrado 15, para permitir la penetración del material de moldeo, es decir, para una mejor fijación del electrodo externo 14 al recinto 5.

En esta forma de realización ejemplificativa de la invención, el electrodo interno más largo 13 está eléctricamente conectado con el electrodo de protección externo 14, y ambos están al mismo potencial eléctrico.

Los electrodos 12 y 13 están preferentemente separados uno de otro y/o del sensor 14 por medio de un disco o elemento aislante 17, que está sustancialmente fijado en el electrodo 14 y presenta agujeros 50 que permiten el flujo de salida axial del combustible líquido; dicho elemento aislante 17 también puede omitirse o presentar una forma que no dificulta el flujo de fluido.

Un soporte 17, preferentemente montado en un extremo de los electrodos 12, 13, es preferible para evitar que estos últimos se muevan hacia y alejándose uno con respecto a otro, como resultado de la presión ejercida por el movimiento del líquido en el que están sumergidos: estos efectos o movimientos pueden cambiar la función de transferencia del sensor y hacer que la detección sea difícil.

En esta forma de realización ejemplificativa, el sensor 1 también detecta la temperatura del fluido en contacto con el mismo; con este fin, la placa electrónica 9 está equipada con una sonda de temperatura 25, preferentemente asociada con un material o recinto 26, tal como un material, resina o gel térmicamente conductor, es decir, adaptado para mejorar la transferencia de calor, que intercambia indirectamente calor con el combustible líquido.

Se observará en la presente memoria que las bases 12a y 13a de los electrodos 12 y 13 no entran en contacto con fluido, dado que están sobremoldeadas, lo cual significa que las bases 12a y 13a de los electrodos 12 y 13 están preferentemente en contacto con el recinto 5 y/o el cojinete 15, e intercambian calor con los mismos; preferentemente tales bases 12a y 13a de los electrodos 12 y 13 están próximas a y/o en contacto con dicha sonda 25, para una detección de temperatura mejorada.

Por tanto, el sensor 25 detecta indirectamente la temperatura, por ejemplo, mediante calentamiento de los electrodos 12 y 13 y/o el recinto 5 y/o el cojinete 15.

Suponiendo que no se produzca ningún cambio repentino de temperatura en el líquido, la posición de la sonda o sensor de temperatura 25 permite que este último proporcione un valor que es adecuadamente indicativo de la temperatura del líquido que va a medirse. El sensor puede ser o bien de tipo activo (por ejemplo, un termopar) o bien de tipo pasivo (por ejemplo, un termistor) u otro.

Evidentemente, el experto en la materia puede seleccionar el sensor de temperatura y su posición según sea apropiado para cumplir de manera optimizada requisitos de diseño y/o instalación.

La figura 5 muestra que el flujo principal 27 del combustible líquido que va a medirse incide sobre el sensor antes de alcanzar la salida 4.

Durante el funcionamiento del sensor 1, es decir, cuando este último detecta las propiedades del líquido en el canal 2, la parte del sensor 1 con los electrodos 12, 13 y 14 está alojada en el canal 2 y, por tanto, sumergida en este líquido.

La señal eléctrica detectada, por ejemplo, obtenida aplicando una diferencia de potencial alternante a los extremos de los electrodos internos 12, 13 y/o el electrodo externo 14, proporciona una indicación sobre las propiedades del fluido o combustible líquido, tal como el fluido contenido en el canal 2.

Particularmente, en el caso de gasolina, etanol y mezclas de los mismos, el sensor puede proporcionar una indicación precisa de cualquier cambio del estado de funcionamiento del sistema.

Por ejemplo, la presencia de cantidades variables de aditivos en la gasolina (por ejemplo, agentes antidetonantes, disolventes, etc.) o agua en etanol provoca cambios en las propiedades electroquímicas del líquido, tales como su conductancia (es decir, la inversa de la resistencia).

El sensor de la invención puede detectar tales cambios de las propiedades electroquímicas del líquido; por ejemplo, según un cambio en la señal, tal como un cambio en la tensión o corriente eléctrica que circula en el circuito asociado con la placa 9, cambio que puede procesarse convenientemente para proporcionar una indicación de la composición de combustible.

Se observará en la presente memoria que los efectos ventajosos anteriormente mencionados pueden obtenerse funcionando con señales de baja frecuencia aplicadas a los electrodos 12, 13 y 14, es decir, por debajo de 100 Hz, preferentemente por debajo de 50 Hz y más preferentemente que oscilan entre 5 y 30 Hz.

Esto se debe a que se ha mostrado que el sensor de la invención presenta un funcionamiento sorprendentemente eficaz incluso con estos valores de frecuencia.

Esto también evita la generación de interferencia electromagnética apreciable con equipos eléctricos ubicados cerca; estas y/o otras características permiten que el sensor de la invención sea particularmente adecuado para la asociación con dispositivos y/o sistemas para suministrar combustible a motores de combustión interna, que se sabe que habitualmente presentan un funcionamiento controlado electrónicamente.

Además, la forma y disposición anteriormente descritas de los electrodos 12, 13 y 14 y sus conexiones confieren una capacitancia eléctrica inherente no despreciable al sensor de combustible 1.

Esta capacitancia puede controlarse ventajosamente para mejorar la detección y/o reducir el ruido electromagnético captado por el sensor 1 y generado por fuentes externas, que, en aplicaciones de automóviles como es el caso en la presente memoria, también pueden consistir en el sistema de inyección y encendido de motor.

Es conocido que un sistema de encendido para un motor de combustión de automóvil genera emisiones electromagnéticas a lo largo de un espectro muy amplio, con frecuencias que está comprendidas entre 100 kHz y 10 GHz.

Según las enseñanzas de la invención, el sensor 1 puede representarse esquemáticamente por un modelo eléctrico que comprende una resistencia y un condensador conectado en paralelo con la misma.

La selección apropiada de los tamaños, formas y materiales de los electrodos 12, 13 y 14 puede proporcionar un valor de capacitancia del condensador que oscila entre 10 pF y 246 pF, y preferentemente entre 91 pF y 165 pF. Este valor cambia según el líquido en el que están sumergidos los electrodos 12, 13 y 14.

El valor de resistencia tal como se mide en los extremos del electrodo 12, 13 oscila entre 1 kOhm y 503 kOhm, y preferentemente entre 14 kOhm y 490 kOhm; este valor también cambia según el líquido en el que se sumergen los electrodos 12, 13 y 14.

Las figuras 6a y 6b muestran un diagrama de bloques de una posible forma de realización de la electrónica de medición y/o control 70, que puede instalarse, por ejemplo, en la placa electrónica 9 que forma parte del sensor 1 o puede diseñarse como un circuito electrónico 70 o una placa 9 independiente del sensor 1.

El circuito 70 comprende por lo menos algunos de estos componentes: un generador o suministro de tensión estabilizada 71; un filtro de suministro de potencia 72, que se utiliza para reducir el ruido de entrada en el circuito 70, un oscilador 73, una interfaz o circuito 74, 74' para medir una magnitud de interés dada, tal como la impedancia; una interfaz o circuito para medir la temperatura 75, preferentemente detectada por el sensor de temperatura 25; un convertidor de señales analógico-digital 76, para convertir señales analógicas de entrada en un formato digital; un microcontrolador o unidad de control lógico 77; una memoria, que posiblemente forma parte del microcontrolador 77; un convertidor de señales digital-analógico, que posiblemente forma parte del microcontrolador 77; un generador de señales de frecuencia, que posiblemente forma parte del microcontrolador 77; un convertidor de señales de PWM (modulación por anchura de pulso) a analógicas. El circuito 70 se alimenta por el generador de tensión estabilizada 71 (por ejemplo, un estabilizador de tensión, una batería, etc.), cuya corriente de entrada se filtra por el filtro de suministro de potencia 72, que generalmente está compuesto por componentes electrónicos pasivos, tales como condensadores y resistencias.

El circuito 70 está conectado al sensor 1, que es excitado por el oscilador 73, y la señal de medición de salida del sensor 1 se introduce en la interfaz 74, 74' para medir la magnitud de interés. Tal como se muestra en la figura 6c, pueden utilizarse dos o más interfaces de medición 74' para realizar dos mediciones independientes, por ejemplo, mediciones capacitivas, para aumentar la fiabilidad del sistema de medición, o para medir la magnitud de interés utilizando dos intervalos de medición diferentes, para extender ventajosamente el intervalo de medición del sistema mientras se mantiene ventajosamente un error de medición bajo.

Más generalmente, el circuito de oscilador 73 y el circuito de medición 74 pueden estar conectados o bien a uno o más electrodos, o bien a un electrodo interno, tal como se muestra en la figura 6a, para un sensor equivalente al de las figuras 1a 5, de lo contrario, el circuito de oscilador 73 y el circuito de medición 74 también pueden estar conectados a otros electrodos internos, tal como en el caso del sensor de las figuras 7 a 8, en el que estos circuitos también pueden estar divididos, es decir, uno para cada electrodo.

En la figura [MB1] 6c el circuito de oscilador 73 forma parte del microcontrolador 77, microcontrolador que genera una salida de frecuencia para el sensor; en este caso también se proporcionan dos salidas independientes, una para una señal de frecuencia y la otra para una señal analógica, que se conectan a dos terminales respectivos de un conector de cuatro vías, con la tierra en común; en esta configuración, la señal de salida puede presentar una frecuencia que cambia en proporción al valor medido y/o procesado, así como una salida que presenta una que cambia en proporción al valor medido y/o procesado.

Con el fin de permitir una compensación de medición utilizando la temperatura del líquido que va a medirse, la señal de salida del sensor de temperatura 25 se introduce en la interfaz de medición de temperatura 75.

Por tanto, las interfaces 74 y 75 envían la señal al convertidor analógico-digital 76, que convierte los datos tal como se miden por los sensores 1 y 25 en un formato digital que puede utilizarse por el microcontrolador 77.

Después, el microcontrolador 77 implementará una lógica apropiada para una detección y/o procesamiento y/o compensación apropiados, también con vistas a hacer que la medición sea independiente de la temperatura mediante compensación numérica.

Con este fin, los medios de memoria pueden almacenar ventajosamente datos útiles para detección de fluido, tales como datos de referencia o tablas de datos o datos que se derivan del procesamiento por el circuito 70, tales como datos por defecto de fábrica del dispositivo 1 o datos almacenados mediante etapas posteriores para pruebas, calibración o regulación del sensor 1 y/o el sistema externo con el que está asociado el sensor 1.

Preferentemente, los medios de memoria son de tipo no volátil y/o regrabable, tales como una EEPROM o memoria Flash; dichos datos se escriben o almacenan preferentemente por el circuito 70 y/o el microcontrolador 77 y/o mediante una conexión con los terminales 11 del conector 7. Por tanto, el método de detección de la invención puede incluir las siguientes etapas adicionales: detectar la temperatura del líquido; utilizar el valor de temperatura así detectado para compensar la estimación del valor de la magnitud del líquido, posiblemente almacenar tal valor de temperatura y/o de la magnitud compensada por la temperatura.

Después, el resultado procesado por el microcontrolador 77 se proporciona a la salida del circuito 70, por ejemplo, mediante modulación PWM, al convertidor PWM-analógico 78, que proporcionará el valor de medición compensado por la temperatura en una de las clavijas 11 de la unidad de conector 11; particularmente tal valor de señal presentará una frecuencia y/o anchura de pulso proporcional a al menos una propiedad del fluido o combustible.

Según requisitos de diseño y/o instalación, el experto puede elegir utilizar un circuito electrónico diferente y/o la representación de medición más apropiada (por ejemplo, tensión, corriente, etc.).

En una o más variantes del circuito de la figura 6a, tal como se muestra en las figuras 6b y 6c, el circuito puede no incluir el circuito de PWM 78, y el circuito de microcontrolador 77 puede estar conectado a dicha clavija 11, es decir, el circuito 70 puede proporcionar una señal de salida digital o analógica proporcional al valor medido y/o procesado. En este último caso, la señal analógica puede generarse utilizando un convertidor digital-analógico 78'.

Pueden obtenerse posibles variantes adicionales del sensor cambiando los patrones de conexión de los electrodos 12, 13 y 14 en el circuito; por ejemplo, se obtiene una posible solución conectando los dos electrodos centrales 12, 13 en serie y manteniendo el electrodo externo 14 independiente y conectado a la tierra (figura 13a).

Alternativamente, el sensor puede conectarse en paralelo, en el que un electrodo interno 12 o 13 también puede conectarse a la tierra, para una única detección (figura 13b); ambos electrodos internos 12, 13 también pueden conectarse a líneas de detección respectivas, para mediciones dobles (figura 13c).

En cuanto a la construcción, se apreciará que el sensor 1 de la invención presenta un pequeño tamaño y puede colocarse fácilmente de manera ventajosa en el canal de combustible, proporcionando de ese modo un flujo de salida regular de combustible a las salidas 4, tal como se muestra en la figura 5, al tiempo que se proporciona un rendimiento de detección optimizado y/o alta sensibilidad.

Esto se debe a la estructura particular del sensor, que también presenta unas aberturas 14a, 40 en el electrodo externo 14, que están dispuestas a lo largo de la mayor parte de su extensión longitudinal, y hasta su extremo distal, que preferentemente también está abierto para permitir el paso del fluido líquido.

Además de estas características, los dos electrodos internos 12 y 13 presentan una configuración delgada, ya que están formados como barras conductoras delgadas.

Por consiguiente, se apreciará que estas características estructurales y funcionales del sensor tanto permiten que presente un perfil delgado y también que se introduzca en canales de pequeño diámetro como facilitan el flujo de salida axial de combustible en el mismo, sin afectara su rendimiento de detección eléctrica, en cuanto a detección tanto resistiva como capacitiva.

Se observará en la presente memoria que el fluido puede fluir o bien de manera continua a lo largo del sensor, es decir, desde un extremo hasta el otro de los electrodos 12, 13, 14, o bien de manera discontinua, tal como se muestra en la figura 5: en el primer caso, el flujo sigue un único trayecto, en el que están ubicados los electrodos 12, 13, 14, mientras que, en el último caso, puede haber dos flujos opuestos, que siguen trayectos respectivos desde los extremos de los electrodos.

Tal como se muestra en la figura 5, el sensor de la invención es adecuado para su utilización tanto cuando hay una salida de fluido 4 adyacente al sensor como cuando el combustible fluye a lo largo de un trayecto en el que entra en contacto con el sensor y fluye en un canal 2 hacia otra salida.

Debe observarse que, en ambos casos, el trayecto de fluido está preferentemente abierto a lo largo de la dirección de referencia definida por los electrodos 12, 13 y 14, mediante lo cual el combustible fluye de manera continua sin estancarse en ningún momento.

Debe añadirse que, tal como se utiliza en esta divulgación y las siguientes reivindicaciones, se pretende que el término flujo presente un sentido amplio, incluyendo flujos turbulentos, flujos laminares o flujos mixtos. Por tanto, la presente invención también proporciona detección de combustible en condiciones dinámicas y no solo en condiciones estáticas, como en la técnica anterior.

Con respecto a esto, se observará que, cambiando la longitud y/o el tamaño de los electrodos 12, 13 y 14, el sensor puede adaptarse a las propiedades físicas y química del fluido y/o a su caudal, velocidad y otros parámetros según puede ser aplicable de vez en cuando. Estas y otras características de la invención evitan particularmente el estancamiento de combustible en el sensor, evitando de ese modo cualquier deposición de impurezas o incrustación sobre el mismo, lo cual podría afectar al funcionamiento y a la fiabilidad de detección con el tiempo.

El sensor puede extraerse posiblemente del canal de combustible 2 con el que está acoplado mediante medios de liberación apropiados, tales como la parte delantera del recinto 5, a la que está fijado mediante el clip 8, por ejemplo, para un fácil mantenimiento y/o pruebas y/o sustitución.

Dicho de otro modo, la configuración del sensor 1 permite la instalación amovible del mismo en un canal de combustible 2.

La configuración particular del sensor también permite montarlo en por lo menos un extremo o un asiento del canal de combustible, en el que habitualmente están ubicados calentadores de combustible, normalmente conocidos como bujías de precalentamiento. Por tanto, se aumentan las aplicaciones del sensor de la invención, tal como se muestra mediante el número de posibles variantes del ejemplo anterior, algunas de las cuales se describirán a continuación con referencia a partes relevantes distintas de las mencionadas anteriormente, con fines de brevedad.

Cuando sea posible, se utilizarán los mismos números para designar partes que son estructural o funcionalmente equivalentes a las ilustradas anteriormente, cuya descripción se encuentra anteriormente, con fines de brevedad; por tanto, puede considerarse que al menos parte de la descripción anterior también se incorpora en los siguientes ejemplos.

Una primera variante, tal como se muestra en las figuras 7 y 8, consiste en un sensor 31 en el que se omite la electrónica de medición, es decir, en el que el circuito 70 puede ser externo al dispositivo de sensor 1.

Tal como se muestra, en este caso hay un recinto 105, que corresponde sustancialmente al recinto 5 anterior, que también incorpora el cojinete de centrado de electrodo; el cuerpo 105 se ajusta parcialmente en el extremo del canal de combustible 2.

Un cable de tres polos 32 conecta una unidad de conector 33 a los contactos electrónicos de un electrodo externo 34 (cuyas formas y/o funciones son similares a las del electrodo externo 14, sin la punta 22).

El electrodo 34 aloja el elemento de soporte aislante 17 y el soporte adicional 35 para los electrodos internos 12, 13; aunque estos elementos aislantes se muestran por simplicidad como elementos en forma de disco, pueden presentar otra forma, particularmente adecuada para permitir la circulación del flujo sobre los electrodos. Un elemento de contacto 36 está ajustado alrededor de la base del electrodo externo 34, formando un extremo 36a, con los extremos doblados 12a, 13a de los electrodos, los tres elementos que van a conectarse al cable de tres polos 32.

Con este fin, están previstos unos elementos de unión eléctrica 37, 38, para garantizar el contacto eléctrico entre los alambres del cable de tres polos 32 y los electrodos 12, 13 y 36; terminales de clavija 39 completan el contacto eléctrico con el extremo opuesto de cada uno de los alambres del cable de tres polos 32, formando de ese modo también los terminales 39 de un conector eléctrico 33.

En funcionamiento (véase la figura 7), parte del sensor 31 se monta en un canal de combustible 2 utilizando el clip 8 como elemento de sujeción, como en la forma de realización principal.

El electrodo externo 34, que puede actuar como electrodo de protección y/o como electrodo de medición, está en contacto eléctrico con uno de los alambres del cable de tres polos 32 a través de uno de los elementos de unión eléctrica 37 y el elemento de contacto 36.

Este último comprende una parta de banda sustancialmente en forma de C, que puede rodear al menos parcialmente el electrodo externo 34, preferentemente mediante interferencia elástica, para garantizar un buen contacto eléctrico.

Los electrodos 12 y 13 están alojados en el electrodo tubular externo 34 y están preferentemente retenidos por los elementos de soporte 17 y 35 dispuestos en ubicaciones separadas.

Se muestra que los elementos de soporte presentan, cada uno, un par de orificios para el paso de los electrodos 12, 13: en esta variante, estos últimos presentan la misma longitud.

Los elementos de unión eléctrica 37, 38 permiten conectar eléctricamente los electrodos 12 y 34 a uno de los dos extremos de los alambres del cable de tres polos 32; particularmente los electrodos se ajustan en, y se ponen en contacto eléctrico con, los elementos elásticos de metal 37 sujetos en elementos de metal rígidos 38, a los que están soldados los alambres del cable 32.

Los otros extremos de los alambres del cable de tres polos 32 se conectan a los terminales de clavija 39, que pueden fijarse en la unidad de conector 33.

En esta forma de realización, cada uno de los terminales 39 está eléctricamente conectado a uno de los tres electrodos 12, 13 y 34.

Esto permite posiblemente una conexión/desconexión mutua de estos contactos eléctricos, utilizando un conmutador (no mostrado y conocido en sí mismo), para cambiar la función de transferencia del sensor, por los motivos anteriormente mencionados. Por tanto, los electrodos pueden conectarse en diversas configuraciones: “en serie”, “en paralelo”, con un electrodo de medición o con dos electrodos de medición, etc., por ejemplo, mediante conexiones previamente establecidas en el circuito o utilizando los conmutadores anteriormente mencionados.

Con este fin, puede utilizarse un circuito (no mostrado), que puede cambiar las conexiones de electrodo y/o conectar/desconectar dos electrodos, preferentemente uno de los electrodos internos 12 y el electrodo externo 34, para conectar posteriormente la combinación de electrodos al agujero de entrada del circuito de medición apropiado (no mostrado y similar a los de la figura 7).

Una segunda variante, tal como se muestra en las figuras 9 y 10, comprende un sensor 41 en el que se ha omitido la electrónica de medición, que solo presenta dos alambres de salida, conectados a los electrodos 12, 13 y 14 respectivamente, como en la primera forma de realización; alternativamente pueden proporcionarse tres alambres, uno para cada electrodo, o el circuito 9. Una parte del sensor 41 está montada en un lado de un canal de combustible 2 que presenta roscas hembra 91, a través de un cuerpo de sensor 44 que presenta roscas macho 92 que se acoplan con las roscas hembra.

Una tercera variante, tal como se muestra en las figuras 11 y 12, comprende un sensor 51 (idéntico al de la forma de realización anteriormente descrita), que presenta roscas hembra (no mostradas). El sensor 51 está montado en el lado de un canal de combustible 2 que presenta roscas macho 94 que se acoplan con las roscas hembra (no mostradas).

Tal como se muestra mediante una vista general de las figuras, las formas de realización a modo de ejemplo anteriormente descritas de la invención se refieren a un sensor montado en un canal de combustible, en una posición distinta de la entrada de combustible 3.

Posiblemente, las diversas partes o características descritas con referencia a los ejemplos anteriores pueden combinarse al menos parcialmente entre sí, para obtener dispositivos que pueden ser diferentes de los mostrados anteriormente a título de ejemplo.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo que comprende:

un canal para alimentar combustible al interior de un motor de combustión interna, que comprende por lo menos una entrada de combustible (3) y una o más salidas de combustible (4), unos medios (2b) para acoplar o fijar un sensor de detección de combustible (1);

un sensor de detección de combustible (1) para detectar las propiedades del combustible, tales como conductividad eléctrica, rigidez dieléctrica, presencia y/o concentración de sustancias que comprenden un primer y un segundo electrodo (12, 13) que se extienden principalmente a lo largo de una dirección de referencia, y un tercer electrodo externo (14) por lo menos parcialmente dispuesto alrededor de dicho primer y segundo electrodos (12, 13), caracterizado por que el primer y segundo electrodos (12, 13) presentan sustancialmente la forma de barras eléctricamente conductoras, y están dispuestos uno al lado del otro a lo largo del eje del tercer electrodo (14), en el que durante el funcionamiento dichos electrodos (12, 13, 14) están en contacto con el combustible.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el primer y segundo electrodos (12, 13) presentan longitudes diferentes.

3. Dispositivo según las reivindicaciones 1 o 2, en el que el tercer electrodo (14, 34) presenta una forma sustancialmente tubular, que se abre preferentemente en conexión con por lo menos un extremo y/o comprende unas aberturas u orificios (14a, 34a) para el paso del combustible.

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la sección transversal del tercer electrodo (14, 34) presenta una forma seleccionada de entre un grupo que incluye: sustancialmente circular, sustancialmente poligonal, lobulada.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tercer electrodo presenta una abertura longitudinal (40) que se extiende en una o más de entre las siguientes maneras: de manera axial, de manera circunferencial, de manera helicoidal.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la capacidad de los electrodos (12, 13, 14) está comprendida entre 10 y 246 pF y/o la resistencia de los electrodos (12, 13, 14) está comprendida entre 1 y 503 kOhm.

7. Dispositivo (1, 31,41) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer y segundo electrodos (12, 13) pueden conectarse en serie entre sí, mientras que el tercer electrodo (14) está conectado a tierra.

8. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que o bien el primer o bien el segundo electrodo (12, 13) puede estar conectado a tierra como el tercer electrodo (14).

9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer y segundo electrodos (12, 13) pueden estar conectados a unas respectivas líneas de detección con el fin de obtener una doble medición.

10. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende unos medios (5b, 8) para fijar el sensor (1), preferentemente de una manera amovible, a un canal de combustible (2).

11. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que los medios de fijación comprenden por lo menos un elemento de fijación (8) amovible, tal como un clip (8), adaptado para acoplarse en unas ranuras (2b, 15b) previstas en un canal de combustible (2) y en un alojamiento (5) adaptado para soportar los electrodos (12, 13, 14).

12. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que funciona con señales de baja frecuencia aplicadas a los electrodos (12, 13, 14) por debajo de 100 Hz, preferentemente por debajo de 50 Hz.

13. Dispositivo según la reivindicación 12, que funciona con señales comprendidas entre 5 y 30 Hz.

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de fijación previstos en el canal y/o en el sensor (1) comprenden una ranura (2b, 5B) adaptada para ser acoplada de manera amovible por un clip (8).

15. Método para detectar las propiedades de un fluido, tales como conductividad eléctrica, rigidez dieléctrica, presencia y/o concentración de sustancias, por medio de un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas siguientes:

- excitar eléctricamente los electrodos (12, 13, 14), en particular, por medio de una corriente o tensión eléctrica;

- detectar un parámetro eléctrico derivado a partir de la excitación de los electrodos, y determinar una característica del fluido dependiendo de dicho parámetro, caracterizado por que la detección se realiza en el fluido que fluye a lo largo de por lo menos una parte de un trayecto en el que se extienden longitudinalmente los electrodos (12, 13, 14).

16. Método según la reivindicación 15, en el que el flujo de fluido está sustancialmente orientado desde un extremo hasta el otro extremo de los electrodos (12, 13, 14).

17. Método según la reivindicación 15, en el que la detección se realiza en flujos que discurren a lo largo de unos respectivos trayectos opuestos o a lo largo de trayectos que pueden variar a lo largo de los electrodos (12, 13, 14).

18. Método según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en el que la fase de excitar eléctricamente los electrodos (12, 13, 14) se lleva a cabo con unas señales de baja frecuencia aplicadas a los electrodos (12, 13, 14) por debajo de 100 Hz, preferentemente por debajo de 50 Hz.

19. Método según la reivindicación 18, en el que las señales están comprendidas entre 5 y 30 Hz.