BRPI0901060A2 - monitor microcontrolado de temperatura do óleo e tensão do sistema elétrico de motocicletas e outros tipos de veìculos - Google Patents

Abstract

MONITOR MICROCONTROLADO DE TEMPERATURA DO óLEO E TENSãO DO SISTEMA ELéTRICO DE MOTOCICLETAS E OUTROS TIPOS DE VEìCULOS. Compreendido por um sensor de temperatura (3), uma unidade de processamento (2) microcontrolada e por uma interface de apresentação das informações (1), constituída por um display LCD (1a) ou análogo e por LEDs (1lb). O sensor de temperatura (3) é constituído por um termopar, termoresistência, termístor ou por um sensor semicondutivo integrado (10) conectado a um cabo blindado e/ou de compensação (5), alocado em um poço térmico (8) que constitui a vareta de verificação do nível do óleo. A unidade de processamento (2) possui uma fonte de alimentação regulada (14), um circuito de condicionamento de sinais (16) do sensor de temperatura (3) e da tensão e um microcontrolador (15) com um firmware (Fig. 5) capaz de realizar as conversões necessárias para apresentação dos dados numéricos de temperatura e tensão no display (1a), bem como mensagens escritas de alerta condicionadas pela extrapolação dos limites de temperatura e tensão previamente determinados pelo programador no próprio firmware (Fig. 5). A extrapolação desses limites também condiciona o acionamente de LEDs 1lb) para indicação de alguma irregularidade para o condutor.

Description

MONITOR MICROCONTROLADO DE TEMPERATURA DO ÓLEO E TENSÃODO SISTEMA ELÉTRICO DE MOTOCICLETAS E OUTROS TIPOS DEVEÍCULOS

A presente patente de invenção se refere a um dispositivo microcontroladode monitoramento do sistema elétrico e da temperatura do óleo do motor quatrotempos de motocicletas e outros veículos automotores com um "display" e/ou Iedspara apresentação de informações a ser alocado em local visível pelo condutor.Tratando-se de construção original e sem similares no mercado, esse sistemapode ser facilmente instalado em veículos comerciais sem necessidade designificativa alteração de sua estrutura.

As condições do sistema elétrico de veículos automotores berri como atemperatura do óleo de seu motor são fatores determinantes para sua segurançae durabilidade. A permanência de um quadro de subtensão no sistema elétricocom o motor ligado pode denotar uma avaria no alternador que impedirá arecarga da bateria. Com a baixa de tensão, os dispositivos de sinalizaçãoobrigatórios do veículo podem não funcionar adequadamente, reduzindo asegurança ao trafegar, principalmente à noite. Além desse problema, a descargada bateria por defeito inerente a esse dispositivo ou por consumo de cargaexcessivo ocasionado por acessórios (som automotivo, DVD player, GPS eoutros) pode impedir ou dificultar a partida elétrica (em veículos que possuemesse sistema). Também podemos encontrar quadros permanentes desobretensão com o motor do veículo em funcionamento, denotando avarias noregüládor. Esse quadro, muitas vezes assintomático, além de levar à queima delâmpadas, também pode acarretar em dano permanente à bateria, umcomponente de custo relativamente elevado e que contém chumbo, cujo descarteimplica em cuidados especiais para evitar dano ambiental.

A temperatura do óleo do motor, principalmente em motocicletas, tambémdeve ser monitorada por trafegar freqüentemente em condições não favoráveis aoseu arrefecimento (em regimes prolongados de alta rotação, temperaturaambiente elevada e/ou com obstrução de vento nas aletas do cilindro ou radiadorde óleo). O excesso de calor pode acelerar o desgaste de componentes do motorpropriamente dito e transmissão. Isso se deve a perda parcial da capacidade delubrificação do óleo ao extrapolar o limite superior de temperatura especificadopelo fabricante. Em casos de aquecimento severo, pode até ocorrer travamentoou impedimento irreversível de funcionamento do motor por fusão de anéis depistão, válvulas, mancais e rolamentos.

A temperatura do óleo do cárter também é um indicativo do regime decarga do motor, apresentando significativo acréscimo em regimes severos e suavariação, ao contrário da temperatura do fluido de arrefecimento (água) emsistemas com refrigeração líquida, é prontamente verificada (menor inérciatérmica).

A maioria das motocicletas comercializadas atualmente no Brasil,principalmente as de baixa cilindrada, não dispõe de qualquer sistema demonitoramento do sistema elétrico e da temperatura do óleo do motor. Mesmo osveículos que possuem esse sistema, incluindo os automóveis, o monitoramentose restringe a uma mera lâmpada piloto ou LED que se acende quando há sub ousobretensão na rede elétrica e um indicador analógico de temperaturaindependente ou outra lâmpada que é ligada quando o motor está sobreaquecido.Para as motocicletas e demais veículos desprovidos desses indicadores e/ouinstrumentos não há qualquer alternativa comercial integrada para instalação.

A solução para essa carência, objeto dessa patente, trata-se de umdispositivo eletrônico microcontroladoque monitora continuamente a tensão dosistema elétrico do veículo e a temperatura do óleo do cárter através de umsensor integrado semicondutivo, termoresistivo (PTC, NTC ou PT100) outermoelétrico (termopar). A tensão é monitorada entre a bateria e o regulador /retificador, preferencialmente após o interruptor de ignição (principal) do veículopara evitar consumo de carga da bateria desnecessariamente. Desse mesmoponto é retirada a alimentação elétrica do dispositivo. A temperatura do óleo domotor é monitorada, tanto em motocicletas quanto em outros veículos, pelosensor alocado na extremidade inferior da vareta de verificação do nível do óleo("oil dipstick"). O sensor fica imerso no lubrificante (dentro de poço térmico),apresentando as variações de temperatura prontamente (pouca inércia térmica) eos condutores de sinal do sensor e de sua alimentação deverão percorrer a varetade verificação do nível do óleo longitudinalmente. Imerso no óleo, o sensor deveráapresentar maior robustez, sendo elaborado ou recoberto por compostos inertesfrente ao fluido de lubrificação aquecido. A medição através da vareta evita anecessidade de promover aberturas no bloco do motor, mantendo a originalidadedo veículo e facilitando a instalação.

O presente monitor, objeto dessa patente, é composto por três módulosconforme Fig. 1 que serão dispostos independentemente na estrutura do veículo:sensor de temperatura 3, unidade de processamento 2 e interface deapresentação das informações (display e/ou leds) 1.

O sensor 3, como já foi citado, pode conter um termopar, um sensortermoresistivo ou um sensor integrado semicondutivo (visto que a temperatura doóleo raramente excede 120°C) ligado a um cabo blindado ou a um cabo decompensação para que não interfiram no funcionamento da unidade deprocessamento ou compensem a atenuação da intensidade do sinal provido dosensor.

A Fig. 2 e Fig. 3 apresentam os detalhes construtivos do sensor detemperatura utilizado em motocicletas. Esse sensor substitui a vareta deverificação do nível do óleo rosqueada no bloco do motor. Ele é composto por umtubo de cobre ou de outro metal bom condutor de calor com a extremidade inferiorfechada 8 que tem a função de compor o poço térmico para o sensor detemperatura propriamente dito 10. O sensor 10 é termicamente acoplado ao poçotérmico 8 por cimento ou pasta térmica 11. Os condutores isolados 12 do sensorpercorrem o tubo do poço térmico 8 longitudinalmente rumo a extremidade abertado tubo 13 que se encontra embutida no corpo plástico 6 da cabeça de umavareta de medição do nível de óleo da motocicleta. Os condutores 12provenientes do sensor atravessam a cabeça da vareta 6 através da perfuraçãolongitudinal 9 sendo ligados ao conector 4 formando o cabo externo 5. Aperfuração longitudinal 9 bem como o recorte para a extremidade aberta do tubodo poço térmico13 deve ser preenchida com resina ou outro tipo de cola para fixaros elementos constituintes do dispositivo. O tubo do poço térmico 8 deve possuircomprimento análogo ao da vareta verificadora original e possuir marcaçõesexternas para a conferência do nível do óleo e, também, permitir que suaextremidade fique imersa no óleo do cárter do motor. O conector 4 deve serconectado em cabo com conector próprio compatível proveniente da unidademicrocontrolada 2. Essa conexão de fácil desligamento se faz necessária parapermitir o desrosqueamento da vareta para verificação do nível do óleo sempromover torção do cabo. O anél ("O-ring") de borracha 7 se faz necessário,conforme uso original na vareta, para evitar vazamentos de óleo pela junção darosca da vareta com a abertura do bloco do motor.

Os únicos dispositivos empregados para medição da temperatura do óleocom função e instalação semelhante são varetas com termômetro acopladovendido como acessórios para motocicletas Harley-Davidson. Porém, todos sãodispositivos modulares com display incorporado a vareta (analógicos ou digitais).Esses dispositivos modulares não permitem a fácil verificação da temperatura doóleo do motor durante a pilotagem pelo fato do display ficar fora do campo visualabrangido pelo painel, tampouco emitem sinal de alarme caso a temperaturaextrapole o máximo recomendado e nem permitem conexão de equipamentomonitor de temperatura externo.

A unidade de processamento é composta pelos elementos representadospelo diagrama de blocos da Fig. 4. A fonte de alimentação regulada 14, que podeser chaveada ou linear, fornece a tensão de alimentação do monitor e a tensão dereferência para os conversores A/D do microcontrolador 15. O sinal do sensor detemperatura é tratado por um circuito de condicionamento de sinal 16 que podeser circuito de compensação de junção fria (no caso de termopares) e um sistemade amplificação de sinal composto por amplificadores operacionais. Caso sejautilizado um sensor integrado semicondutivo de temperatura que forneça umasaída diretamente proporcional e com variação de tensão suficiente paraconversão direta pelo conversor A/D do microcontrolador (como 1°C/bit emconversão de 8 ou 10 bits de resolução, por exemplo), a etapa decondicionamento do sinal pode ser ignorada, porém é recomendado um filtro deEMI em todos os casos.

A tensão monitorada pela unidade de processamento 15 também devepassar por um filtro de EMI e por um circuito divisor de tensão ou análogo (circuitopertencente ao dispositivo de condicionamento de sinal 16) para limitar a tensãode entrada no conversor A/D do microcontrolador.

Os sinais obtidos do sensor de temperatura 3 e da amostragem de tensãodo sistema elétrico do veículo automotor condicionados são processados pelomicrocontrolador através do firmware representado pelo fluxograma da Fig. 5. Omicrocontrolador lê os dados nos conversores A/D selecionados previamente,ajusta e converte os valores de tensão (em V) e de temperatura (em °C) para abase decimal e, finalmente, converte esses valores em formato ASCII. Esseprocesso é efetuado de forma cíclica dentro de um Ioop eterno (apenasencerrando quando se reinicia o sistema). Dentro do loop, algumas funçõescondicionais são realizadas, comparando o valor da temperatura e tensão comvalores de referência limites definidos pelo programador no firmware. Quando osparâmetros monitorados estão dentro da faixa definida, o microcontrolador enviapara a interface de informação, sob o formato ASCII, uma mensagem de estadonormal de temperatura ou do sistema elétrico do veículo para o display 1a.Estrapolando esses limites, uma mensagem de alerta referente à temperatura outensão do sistema elétrico do veículo é enviada à interface 1a. Essas mensagenspodem informar o condutor se a bateria está descarregada, com pouca carga,normal ou se o regulador de tensão está danificado. Também pode informar se atemperatura do óleo está baixa, normal ou elevada.

A interface de apresentação das informações é composta por um displayLCD ou análogo 1a capaz de apresentar os dados em formato ASCII enviadospelo microcontrolador. Também faz parte dessa interface LEDs (luzes-espia) 1bque podem ser instalados no painel do veículo para indicar quando algumparâmetro monitorado (tensão ou temperatura) está fora da faixa de normalidadedefinida no firmware do microcontrolador. Tais LEDs têm a função de chamar aatenção do condutor, no caso de motocicletas, para a provável irregularidade,levando-o a conferir a informação do "status" do problema no display localizadono painel, na mesa de direção (onde é fixado o guidom) ou sobre o tanque. Alémdo "status", o display apresenta o valor da tensão do sistema e sua unidade (V) eo valor da temperatura e, também, de sua respectiva unidade (0C) em formatoASCII. Em modelos simplificados desse monitor, o display pode ser suprimido,mantendo apenas os dois LEDs indicadores de tensão e temperatura fora de faixaadequada.

Claims (2)

1.

MONITOR MICROCONTROLADO DE TEMPERATURA DO ÓLEO ETENSÃO DO SISTEMA ELÉTRICO DE MOTOCICLETAS E OUTROSTIPOS DE VEÍCULOS compreendido por um sensor de temperatura (3),uma unidade de processamento (2) e uma interface de apresentação dasinformações (1) caracterizado pelo fato de apresentar um sensor detemperatura para motocicletas incorporado a vareta de medição do nível doóleo formado por um poço térmico (8) contendo um sensor de temperatura(10) termoresistivo, termoelétrico ou semicondutivo conectável a unidadede processamento (2) pelo conector (4), por uma unidade deprocessamento (2) na qual se encontra a fonte de alimentação (14) dodispositivo, circuito de condicionamento dos sinais (16) do sensor detemperatura e da tensão do sistema elétrico do veículo, microcontrolador(15) contendo firmware (Fíg. 5) capaz de realizar as conversõesnecessárias para apresentação dos valores medidos bem como capaz derealizar as operações condicionais para envio de mensagens sobre oestado do sistema elétrico do veículo e da temperatura do motor, junto comos respectivos valores numéricos medidos para a interface deapresentação (1) de informações constituída por um display LCD (1a) ouanálogo fixado em local que possibilite a fácil leitura pelo condutor durantea condução do veículo, além de acionar os LEDs (1b) indicativos de sub ousobretensão e de sub ou sobretemperatura.