Estructura de sensor en particular para un ambiente hostil en un vehículo automóvil y bujía de precalentamiento que incluye tal sensor.

Estructura de sensor para un ambiente hostil, caracterizada por comprender un cuerpo de sensor (1) queincluye,

en un extremo, un elemento (2) sensible a la magnitud que ha de medirse en el ambiente hostil y, en otroextremo, un circuito de interconexión (3) del mismo, emplazado fuera del ambiente hostil, separados físicamenteentre sí, enlazados mediante unos medios de transmisión de información por corriente portadora a través de unconductor eléctrico (5) del sensor al que están asociados el elemento sensible y el circuito de interconexiónmediante unos medios de acoplamiento inalámbrico y entre los cuales se prevén unos medios de protección (4) delcircuito de interconexión contra la acción del ambiente.

Estructura de sensor en particular para un ambiente hostil en un vehículo automóvil y bujía de precalentamiento que incluye tal sensor.

La presente invención concierne a una estructura de sensor para un ambiente hostil en un vehículo automóvil y a una bujía de precalentamiento que incluye tal estructura.

En este tipo de aplicaciones, un problema principal al que se hace frente es el de poder poner en práctica mediciones en un ambiente hostil, para las cuales las tradicionales tecnologías de sensores no son utilizables por causa de las severas condiciones de ambiente que se dan, ya sean éstas unas condiciones de ambiente térmicas, vibratorias, químicas, etc.

Un enfoque utilizado hasta ahora para realizar tal medida en un difícil ambiente de este tipo es el de colocar un transductor entre la magnitud que ha de medirse y el dispositivo de medida, de tal manera que en el extremo del transductor las condiciones de ambiente sean compatibles con la tecnología del sensor.

Así, la misión del transductor es determinar una pantalla para ciertas componentes físicas entorpecedoras o incompatibles con el sensor, siendo al propio tiempo un transmisor de la magnitud que ha de medirse.

Pero la utilización de este transductor presenta un cierto número de inconvenientes, en particular por causa de deformaciones, de pérdida o de inclusión de información que el mismo puede originar, etc.

Estas alteraciones se caracterizan por ejemplo por imperfecciones en amplitud (falta de precisión o saturación) y/o dentro del ámbito dinámico (ancho de banda limitado en baja y/o en alta frecuencia) .

Un ejemplo de tal medida en ambiente hostil concierne a la medida de la presión del cilindro en un motor térmico de vehículo automóvil.

La medida de tal presión del cilindro en un motor es una necesidad nueva. Se trata entonces de medir, durante los diferentes ciclos del motor (admisión, compresión, combustión, escape) , la variación de presión de los gases con el fin de optimizar el mando de la inyección y el encendido para obtener un mejor rendimiento y disminuir así la contaminación.

Pero, en los ciclos de motor, la temperatura varía desde la temperatura ambiente cuando el motor está parado, a varias centenas de grados C, teniendo presente que la llama en el cilindro se halla a aproximadamente 1800 °C. Ahora bien, un cierto número de materiales utilizados para los sensores no resisten a tales temperaturas. Es el caso, por ejemplo, de los materiales tales como el silicio, que suelen ser utilizados para tales medidas de presión.

Se ha propuesto entonces incluir el sensor de presión del cilindro en una bujía de precalentamiento, por ejemplo para los motores Diésel. La punta de la bujía se encuentra entonces en la parte alta del cilindro en contacto con la llama. Esta se utiliza como transductor para comprimir, en el otro extremo de la bujía, un sensor que se encuentra en un ambiente moderado en contacto con la culata del motor enfriada mediante circulación de agua, por ejemplo.

Pero la transducción efectuada por la punta de la bujía de precalentamiento se halla sometida a una inercia mecánica (masa del transductor) y, según los dispositivos utilizados, plantea problemas de estanqueidad, como asimismo problemas de precisión a los valores pequeños de presión y/o es sensible a las vibraciones. Los documentos US6579498, DE19903049, US5597534, WO97/09567 describen el estado de la técnica anterior de estos sensores.

Una variante de realización de este montaje consiste igualmente en incluir el sensor de presión del cilindro en la bujía de precalentamiento, pero difiere de la anterior solución en que el dispositivo de fijación da apoyo al transductor de presión a ambos lados del espesor de la culata. Se mide entonces una deformación de la culata por efecto de la presión.

Pero esta medida depende del par de apriete de la bujía de precalentamiento en la culata. Además, ésta capta los modos de vibración de la culata, que se superponen a la señal útil. Finalmente, la señal medida se ve afectada por la función de transferencia que depende de la culata y de su ambiente.

Otra solución consiste en utilizar una o varias fibras ópticas para captar la reflexión de un rayo luminoso mediante una membrana sometida a la presión y a la temperatura.

La fibra óptica transporta entonces esta información a un lugar moderado donde se encuentra una electrónica de adquisición y de tratamiento de la señal.

Sin embargo, también la fibra óptica tiene límites de resistencia a la temperatura. La membrana sobre la cual se refleja el rayo luminoso determina la calidad de la medida. Su definición debe tener en cuenta las características mecánicas (modo propio de vibración) y térmicas (dilatación que deforma la membrana) , problemas de envejecimiento mecánico de la membrana, problemas de oxidación sobre su cara reflectante, etc.

Estamos asistiendo por otro lado al surgimiento de tecnologías de telecomunicación que permiten comunicar datos y/o telealimentar dispositivos electrónicos asociados.

Así, por ejemplo, tales medios son utilizados para la medida de presión de un neumático.

Es difícil efectivamente hacer discurrir enlaces eléctricos dentro de una pieza giratoria. Un sensor de presión enlazado con el neumático experimenta entonces dificultades para comunicarse con el vehículo por motivo de sus desplazamientos con relación al mismo.

Una solución consiste en incluir un sensor autoalimentado en el interior del neumático y un emisor/receptor en el vehículo. El sensor puede comunicarse entonces mediante un enlace por radiofrecuencia con el emisor/receptor. En determinados dispositivos, el sensor se puede telealimentar asimismo por inducción o por radiofrecuencia.

Tal estructura puede ser utilizada igualmente para encargarse de una medida de temperatura dentro de un horno.

En efecto, es difícil hacer discurrir enlaces eléctricos en un ambiente demasiado caliente, al ser sensibles a este tipo de ambiente las conexiones que ponen en práctica, por ejemplo, soldaduras con material de aporte, por cuanto que, por ejemplo, tales soldaduras con material de aporte pueden fundirse.

Se utilizan asimismo, en el campo de la industria del automóvil, medios de comunicación por radiofrecuencia para los dispositivos antirrobo de vehículos.

Así, por ejemplo, en una llave de vehículo automóvil se puede integrar un dispositivo de identificación, no necesitando este dispositivo alimentación para reducir al mínimo el mantenimiento.

Se puede incluir entonces en la llave un dispositivo que, como respuesta a una señal de radiofrecuencia, devuelve una señal portadora de una información específica según la llave. Este dispositivo es alimentado entonces merced a la energía de la señal electromagnética recibida.

Otros ejemplos que utilizan medios de comunicación por radiofrecuencia para una identificación por radiofrecuencia de tipo RFID ponen en práctica chips pasivos o activos que combinan captación de energía, procesador, memoria y comunicación por radiofrecuencia, y se desarrollan a gran escala para las identificaciones.

Es la finalidad de la invención proponer una estructura de sensor bien adaptado para una utilización en un ambiente hostil de vehículo automóvil.

A tal efecto, la invención tiene por objeto una estructura de sensor para un ambiente hostil en un vehículo automóvil, caracterizada por comprender un cuerpo de sensor que incluye, en un extremo, un elemento sensible a la magnitud que ha de medirse en el ambiente hostil y, en otro extremo, un circuito de interconexión del mismo, emplazado fuera del ambiente hostil, separados físicamente entre sí, enlazados mediante unos medios de transmisión de información por corriente portadora a través de un conductor eléctrico del sensor al que están asociados el elemento sensible y el circuito de interconexión mediante unos medios de acoplamiento inalámbrico y entre los cuales se prevén unos medios de protección del circuito de interconexión contra la acción del ambiente.

Según otras características de la invención:

-los medios de transmisión de información incluyen además unos medios de alimentación remota del elemento sensible integrados en el circuito de interconexión;

-el elemento sensible incluye un circuito oscilante con al menos un componente que es sensible a la magnitud que ha de medirse;

-el circuito oscilante incluye además una bobina en configuración de inductancia del circuito oscilante y de medios de acoplamiento del elemento sensible con el conductor eléctrico;

-el conductor queda asociado a cualquier otra función... [Seguir leyendo]

1. Estructura de sensor para un ambiente hostil, caracterizada por comprender un cuerpo de sensor (1) que incluye, en un extremo, un elemento (2) sensible a la magnitud que ha de medirse en el ambiente hostil y, en otro extremo, un circuito de interconexión (3) del mismo, emplazado fuera del ambiente hostil, separados físicamente entre sí, enlazados mediante unos medios de transmisión de información por corriente portadora a través de un conductor eléctrico (5) del sensor al que están asociados el elemento sensible y el circuito de interconexión mediante unos medios de acoplamiento inalámbrico y entre los cuales se prevén unos medios de protección (4) del circuito de interconexión contra la acción del ambiente.

2. Estructura según la reivindicación 1, caracterizada porque los medios de transmisión de información incluyen además unos medios de alimentación remota del elemento sensible (2) integrados en el circuito de interconexión (3) .

3. Estructura según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el elemento sensible incluye un circuito oscilante (21, 22) con al menos un componente (22) que es sensible a la magnitud que ha de medirse.

4. Estructura según la reivindicación 3, caracterizada porque el circuito oscilante incluye además una bobina

(21) en configuración de inductancia del circuito oscilante y de medios de acoplamiento del elemento sensible (2) con el conductor eléctrico (5) .

5. Estructura según la reivindicación 4, caracterizada porque el conductor (5) está asociado a un devanado (11) .

6. Estructura según la reivindicación 5, caracterizada por incluir unos medios de acoplamiento magnético (25) del devanado (11) del conductor (5) y de la bobina (21) del elemento sensible (2) .

7. Estructura según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque el devanado (11) y la bobina (21) van dispuestos perpendicularmente entre sí.

8. Estructura según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque el devanado (11) y la bobina (21) van dispuestos coaxialmente.

9. Estructura según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el elemento sensible (2) es un elemento sensible a la presión.

10. Estructura según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el elemento sensible (2) es un elemento sensible a la temperatura.

11. Estructura según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el elemento sensible (2) es un elemento sensible al gas.

12. Estructura según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el elemento sensible (2) es un elemento sensible a las vibraciones, aceleraciones o impactos.

13. Estructura según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el elemento sensible (2) es un elemento sensible a dos o varias magnitudes de entre temperatura, presión, gas, vibración, aceleración o impacto, etc.

14. Estructura según la reivindicación 3 y una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 13, caracterizada porque el componente del circuito oscilante sensible a la magnitud es un condensador (22) en serie con la bobina (21) del mismo.

15. Estructura según la reivindicación 5 y una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 14, caracterizada porque la bobina (21) es una bobina espiral y el devanado (11) , un devanado helicoidal.

16. Estructura según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el ambiente hostil está situado en un vehículo automóvil.

17. Bujía de precalentamiento para motor Diésel de vehículo automóvil, caracterizada por incluir una estructura de sensor según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones.