CN101501380B - 带有整合的压力传感器的排气再循环系统和排气再循环阀门 - Google Patents

带有整合的压力传感器的排气再循环系统和排气再循环阀门 Download PDF

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Abstract

一个阀门，具有一个阀体，该阀体带有一个输入端口和一个输出端口以及安置于该输入端口与该输出端口之间的一个阀。一个传感器可运行地与该阀以及该阀体相关联并且测量该阀附近的一个特性。该传感器就所述特性的信息与一个控制单元进行通信，该控制单元向所述阀发送多个位置命令。

Description

带有整合的压力传感器的排气再循环系统和排气再循环阀门
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年8月2日提交的美国临时申请编号60/834,984的权益。
技术领域
本发明涉及一种具有集成传感器的阀门。
背景技术
具有多个位置传感器的阀门通常具有一组预定的阀门位置，这些阀门位置与预定的发动机运行条件相互关联。这些预定条件并不对不是控制单元的程序的要素的运行条件的改变进行补偿。例如，当阀门的这些部件磨损时，污染开始在该阀门内部积累，从而使经过该阀门的气体的流量受到影响。该控制单元无法响应调整运行。因此，需要补偿气流的改变并且调整该阀门的位置。
发明内容
本发明是一种阀门，这种阀门具有一个阀体，该阀体带有一个输入端口和一个输出端口以及安置在该输入端口与该输出端口之间的一个阀。一个传感器可运行地与该阀以及该阀体相关联从而测量附近该阀的一种特性。该传感器将关于所述特性的信息传递给一个控制单元，该控制单元将多个位置命令发送给该阀。
本发明的适用性的进一步的领域将由以下提供的详细说明而变得显而易见。应该理解，详细的说明和多个具体的实例在指示本发明的优选实施方案的同时，仅仅旨在用于说明的目的而并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
由详细的说明和这些附图本发明将得到更加全面地理解，在附图中：
图1是根据本发明的一个发动机进气和排气系统的示意图，该系统结合一个排气回流阀；
图2是根据本发明的一个系统的截面侧视图，该系统带有一个排气再循环(EGR)阀，该阀具有作为一个致动器的一个螺线管；并且
图3是根据本发明的一个排气回流系统，该系统具有结合在该排气再循环(EGR)阀中的一个压力传感器以及位于该进气歧管内的一个压力传感器。
具体实施方式
该(这些)优选实施方案的以下说明本质上仅仅是示例性的，绝非旨在限制本发明、其应用或者使用。
一种排气再循环(EGR)系统在图1中总体上被示为10。该系统10包括具有一个进气歧管14和一个排气歧管16的一台发动机12。该排气歧管16将来自该发动机12的废气送入一个涡轮增压器单元18。该涡轮增压器单元18具有一个涡轮20以及一个压缩机22。该压缩机22包括一个入口管24，该入口导管用于接收来自大气的空气并且将其送入一个中冷器26。该中冷器26连接到一个节流阀28，该节流阀28被用于控制进入该进气歧管14的空气的流量。
该系统10还包括一个排气再循环(EGR)阀30，该阀用于控制从该排气歧管16到该进气歧管14的排气的流量。存在着被连接在该排气歧管14与该排气再循环(EGR)阀30之间的一个第一导管32，以及被连接在该排气再循环(EGR)阀30与该进气歧管14之间的一个第二导管34。该节流阀28与该排气再循环(EGR)阀30均由一个电子控制单元(ECU)36控制。
现参见这些图的全部，示出了该排气再循环(EGR)阀30的一个截面图。该排气再循环(EGR)阀30由一个致动器38致动。这个实施方案中的致动器38是一个螺线管。该排气再循环(EGR)阀30具有一个阀体40，该阀体带有一个输入端口42以及一个输出端口44。具有一个阀杆52以及一个阀构件54的一个阀50位于该输入端口42与该输出端口44之间。当该阀50处于闭合位置时，该阀构件54停靠在该阀座56上。该输入端口42与该第一导管32处于流体连通，并且该输出端口44与该第二导管34处于流体连通。
在该阀体40中还包括一个第一通道46以及一个第二通道48；该阀座56具有一个第一侧58以及一个第二侧60。该第一通道46连接到该阀座56的第二侧60上并且该第二通道48连接到该阀座56的第一侧58上。该第一通道46和该第二通道48通过该阀体可运行地连接到该流动路径。在这个实施方案中是一个压力传感器的一个传感器62被集成在该阀体40中、并且位于该第一通道46以及该第二通道48内。在该第一通道46和该第二通道48中放置传感器62以允许该传感器62在该阀50的两侧上取得压力读数。此外，该传感器62可以在该阀50的流动路径中取得最小侵扰的读数。
该阀杆52被连接到该螺线管38上，该螺线管作用于该阀杆52以在断开与闭合位置之间或它们之间的任何其他希望的位置使该阀构件54相对于该阀座56移动。当该阀构件54从该阀座56移位时，由该阀构件54和该阀座56产生的空间的数量被称作一个有效孔64。该有效孔64是当排气在阀构件54与阀座56之间流动时用于排气流经的可用区域的数量。该有效孔64产生了该排气流量的一种限制以及横跨该阀构件54和该阀座56的一个压降。该有效孔64的大小将取决于该阀构件54相对于该阀座56的位置而改变。该有效孔64的大小可以从零(当阀50关闭时)到等于或大于该阀座56的大小(当该阀完全打开时)范围内变动。
该致动器38还包括一个位置传感器66，该位置传感器给该电控单元(ECU)36提供一个信号以指示该阀构件54的位置。这允许该电控单元(ECU)36同时比较该阀50的位置以及该阀50上的压力。不需要使用一个位置传感器66来确定该阀50的适当位置。相反地由该传感器62收集的数据对于该电控单元(ECU)36能足够做出该阀50需要被如何调整的确定。
如图2所示的实施方案还示出了一个线束68，该线束用来将该传感器62连接到该电控单元(ECU)36上。然而，图2中的实施方案包括具有该传感器62的概念，该传感器具有一个替代的连接70，该连接将允许传感器62的这些连接包括在该连接器72中。具有既用于该螺线管38又用于该传感器62的该单一的连接器72恰好进一步简化了本发明。
本发明的当前实施方案所示的致动器38是一个螺线管。对于使用的几乎任何其他类型的致动器是在本发明的范围之内，这些致动器响应来自传感器62以及该位置传感器66(如果可应用)的信号将引起该阀50的希望的受控的运动。其他类型的致动器38的实例包括但不限于直流电动机、步进电机、气压致动器、液压致动器或其组合。由该电控单元(ECU)36产生的到该致动器的控制信号的类型将取决于被使用的致动器的类型。例如，该控制信号可以是阶梯电脉冲、幅值调制信号、脉冲宽度调制信号或其他电子信号。
当图1-2所示的系统10以及阀50运行时，新鲜的空气被送入该进气管24并且被压缩机22压缩，从而被送入该中冷器26。然后空气被该中冷器26冷却并且流经该节流阀28、经过该进气歧管14从而进入该发动机12。流入该进气歧管14的空气的量由该节流阀28控制。
该压缩机22由涡轮20供以动力。一旦由发动机12接收的新鲜空气与燃料组合、压缩、燃烧并且被转化为排气。该涡轮20接收来自该排气歧管16的排气，并且来自该排气的能量被用来给该涡轮20供以动力。该动力被转移到该压缩机22，该压缩机使新鲜空气压缩。
排气的一部分不流到涡轮20。该排气中的一些被再循环反向进入该进气歧管并且被送入该发动机12。排气的这部分将从排气歧管16流入该第一导管32从而进入该排气再循环(EGR)阀30。一旦该气体流经该排气再循环(EGR)阀30，它将流入该第二导管34，并且进入该进气歧管14。
该排气再循环(EGR)阀30控制从该排气歧管16再循环到该进气歧管14的排气的数量。该排气再循环(EGR)阀30与该节流阀28均由车辆的电控单元(ECU)36控制。该电控单元(ECU)36通过使用该节流阀28控制进入该进气歧管14的新鲜空气的数量，并且还通过使用该排气再循环(EGR)阀30控制被再循环的排气的数量。该传感器62测量附近该阀50关于该阀和流动的一个特性。如图2所示的传感器62是一个压力传感器，该压力传感器测量该阀50的第一侧58和第二侧60的压力。该传感器62然后给该电控单元(ECU)36传送一个数据信号。利用来自该信号的信息，该电控单元(ECU)36确定该阀50是否需要改变位置或者维持该位置。该阀50的希望的位置是由该电控单元(ECU)36调整给致动器38的控制信号来实现的。
应该指出，测量的特性不必限于压力；该特性还可以是质量流率、体积流率、温度、空气的微粒含量、污染、密度或可以被用来提供气流指示的任何其他类型的特性。该传感器62可以是任何类型的、被用来测量以上所列出的关于该阀座56的第一侧58和第二侧60的这些具体特性。
该压降50可以被用来计算流经该有效孔64的排气的数量。该传感器62然后将给该电控单元(ECU)36提供一个信号；该电控单元(ECU)36然后将确定该阀50的位置和控制信号是否必须改变从而实现所希望的流经排气再循环(EGR)阀30的排气流。在这个实施方案中，该排气再循环(ECU)36通过发动机12多个运行条件的图谱，或一组预定的用于该阀50的多个运行条件以及用于每个条件的所希望的排气流来编程。对于每个级别的排气流有一个相关联的排气再循环(EGR)阀30控制信号和传感器62信号。该排气再循环(ECU)36将接收来自传感器62和位置传感器66的多个压力输入并且确定所需要的控制信号，以实现阀50以及排气再循环(EGR)阀30的所希望的位置并且提供所需要的排气流的数量。该电控单元(ECU)36将调整该阀50的位置以实现或维持流经该排气再循环(EGR)阀30的适量的排气流。
图3示出了本发明的另一个实施方案，该实施方案包括一个分离的传感器74，该传感器被用来确定该进气歧管14和该阀座56的第二侧60的压力。该传感器62然后将确定该阀座56的第一侧58上的压力的级别。由该传感器62和该分离的传感器74测得的压力还可以提供压力差的指示，并因此确定排气流的数量。
图1用虚位示出了本发明的另一个实施方案。在这个实施方案中，该第一导管32被连接到涡轮20上，而不是排气歧管16，并且该第二导管34被连接到压缩机22的入口管24上。在这种操作方式下，该排气再循环(EGR)阀30是一个“低压”阀，因为它自涡轮20下游定位并且自该压缩机22上游定位。在该排气流经该涡轮20之后，该排气将流经该第一导管32，并且如果该排气再循环(EGR)阀30被打开，该排气将流经该排气再循环(EGR)阀30，经过该第二导管34从而进入该入口管24。如果该排气再循环(EGR)阀被关闭，该第一导管32中的排气将流到一个出口管76外。
本发明具有测量排气流并且相应地调整该有效孔64的大小，以确保该排气流对于这些发动机运行条件中的每一个是正确的优点。通过把一组预定的阀位置用于每台发动机运行参数的排气再循环(EGR)系统而呈现了一个显著的优势，它不考虑污染、磨损、装配公差以及会影响通过该阀50的排气的流量的其他外部因素。这些类型的排气再循环(EGR)阀由该阀的位置推断流量。本发明具有采取气体压力的实际测量的明显的优势，并且调整气体的流量以用来补偿污染、磨损、装配公差以及影响气体的流量的其他因素。必不可少地，该电控单元(ECU)36使用来自传感器62和位置传感器66的反馈从而确保对于每台发动机运行条件存在最理想的排气流量。
应该指出，如有必要可以除去该位置传感器66从而适应特定的应用。该传感器62可用来给该电控单元(ECU)36提供反馈，并且该电控单元(ECU)36将调整该阀50的位置直到实现适量的排气流。该致动器还可以是一种液压致动器(未示出)，其中液体压力将被用来致动该阀50。
除了传感器62被物理地集成到该排气再循环(EGR)阀30中之外，这些传感器62也可以用电集成在其中，可以有一个单一的能用于该排气再循环(EGR)阀30和该传感器62的一个单一的电气连接件。
本发明的说明本质上仅仅是示例性的，并且因此，没有背离本发明主旨的多种变体都旨在本发明的范围之内。这类变体将不被认为背离本发明的精神和范围。

Claims (27)

1.一个阀门，包括：
一个阀体，该阀体具有一个输入端口、一个输出端口、一个第一通道和一个第二通道；
一个阀，该阀安置在所述输入端口与所述输出端口之间，所述阀具有一个第一侧以及一个第二侧，其中第一通道经过该阀体延伸到阀的第一侧，而第二通道经过该阀体延伸到阀的第二侧；
一个压力传感器，该压力传感器被集成在所述阀体中并且位于该第一通道以及该第二通道内；
一个控制单元，该控制单元用于控制所述阀；并且
其中所述压力传感器测量在所述阀的第一侧和第二侧的压力，并且所述压力传感器就所述压力的信息与所述控制单元进行通信，并且所述控制单元给所述阀发送多个位置命令。
2.如权利要求1所述的阀门，进一步包括用于改变所述阀的位置的一个致动器。
3.如权利要求2所述的阀门，其中所述致动器选自下组中的一个，该组包括一台直流电动机、一个螺线管、一台步进电动机、一个气压致动器或者一个液压致动器。
4.如权利要求1所述的阀门，其中所述控制单元通过使用一个控制信号来命令所述阀改变位置，所述控制信号选自一组中的一个，该组包括一个阶梯电脉冲、一个脉冲宽度调制信号、或者一个幅值调制信号。
5.如权利要求1所述的阀门，其中所述控制单元将验证所述阀的位置以便维持在所述阀的第一侧和第二侧的所述压力的量值。
6.如权利要求1所述的阀门，其中当所述压力传感器在所述阀的第一侧和第二侧的所述压力中确定了一个波动时，所述控制单元调整所述阀以便维持所述压力的一个希望的恒定量值。
7.如权利要求1所述的阀门，进一步包括一个有效的孔，该孔由用于将气体从所述输入端口传送到所述输出端口的所述阀的位置来产生。
8.如权利要求1所述的阀门，其中所述阀进一步包括一个阀座以及一个阀构件。
9.如权利要求1所述的阀门，进一步包括一个位置传感器，该位置传感器用于将所述阀的位置提供给所述控制单元。
10.如权利要求9所述的阀门，其中所述控制单元基于由所述压力传感器确定的所述压力的量值的通信以及来自所述位置传感器的所述阀的位置的通信来调整所述阀的位置。
11.如权利要求1所述的阀门，进一步包括：
一个涡轮增压器，该涡轮增压器具有一个涡轮机以及一个压缩机，所述涡轮机可运行地与所述压缩机相关联，其中所述输入端口与所述涡轮机处于流体连通，并且所述输出端口选择地与所述压缩机处于流体连通。
12.如权利要求1所述的阀门，进一步包括一个涡轮增压器，该涡轮增压器具有一个涡轮机以及一个压缩机，所述涡轮机可运行地与所述压缩机相关联，在所述涡轮机的一个上游位置接收排气的所述输入端口，以及在所述压缩机的下游分配排气的所述输出端口。
13.如权利要求11所述的阀门，进一步包括在所述涡轮机的一个下游位置接收排气的所述输入端口，以及在所述压缩机的上游分配排气的所述输出端口。
14.如权利要求8所述的阀门，还包括：
一个有效的孔，该孔由所述阀与所述阀座产生、用于形成协助气体流动的一个通道；
其中该压力传感器进行与所述阀的第一侧相关联的气流压力的至少一次测量，其中所述压力传感器传输一个信号以及该压力传感器进行与所述阀的第二侧相关联的排气流压力的一次测量；
一个致动器，用于将所述阀相对于所述阀座进行定位；以及
其中控制单元也控制所述致动器，所述控制单元接收来自所述压力传感器的所述信号，并且将一个控制信号发送给所述致动器，其中所述控制信号命令所述致动器响应于来自所述压力传感器的所述信号来改变所述阀的位置，或者所述控制信号命令所述致动器维持所述阀的位置。
15.如权利要求14所述的阀门，其中所述致动器是选自下组中的一个，该组包括一台直流电动机、一台步进电动机、一个螺线管、一个气压致动器以及一个液压致动器。
16.如权利要求14所述的阀门，其中所述阀进一步包括一个阀杆以及一个阀构件。
17.如权利要求14所述的阀门，其中所述控制单元进一步包括一组运行条件，并且所述控制单元命令所述致动器调整所述阀的位置以便对于每个所述运行条件实现适当的排气流。
18.如权利要求14所述的阀门，其中所述控制信号是由下组选出的一个，该组包括一个阶梯电脉冲、一个脉冲宽度调制信号或者一个幅值调制信号。
19.如权利要求14所述的阀门，进一步包括一个涡轮增压器单元，该单元具有一个涡轮机以及一个压缩机，所述输入端口与所述涡轮机处于流体连通，并且所述输出端口选择地与所述压缩机处于流体连通。
20.如权利要求14所述的阀门，进一步包括一个涡轮增压器单元，该单元具有一个涡轮机以及一个压缩机，其中所述输入端口在所述涡轮机的一个上游位置接收排气，并且所述输出端口在所述压缩机的下游分配排气。
21.如权利要求19所述的阀门，其中所述输入端口在所述涡轮机的下游与所述涡轮机处于流体连通，并且所述输出端口在所述压缩机的上游选择地与所述压缩机处于流体连通。
22.一种方法，用于控制经过一个阀门的气体的流动，该方法包括以下步骤：
提供一个阀体，该阀体具有一个输入端口、一个输出端口、一个第一通道和一个第二通道；
提供一个阀，该阀可运行地与一个阀座相关联，所述阀和阀座被安置在所述输入端口与所述输出端口之间；
提供一个致动器，该致动器用于定位所述阀；
提供一个被集成在所述阀体中并且位于该第一通道以及该第二通道内的压力传感器，该压力传感器提供在所述阀的第一侧附近的一个第一气体压力测量和提供在所述阀的第二侧附近的一个第二气体压力测量；
提供一个控制单元，用于接收至少一个所述气体压力测量并且控制所述致动器；
用所述阀座以及所述阀产生一个有效的孔；
监视在所述阀附近的气体压力；
将一个信号发送给所述控制单元；并且
从所述控制单元将一个控制信号发送给所述致动器以便基于所述气体压力来改变所述阀的位置。
23.如权利要求22所述的方法，进一步包括以下步骤：
为所述阀配备一个阀杆以及一个阀构件；并且
通过启动所述致动器来改变所述阀杆以及所述阀构件的位置，并且相对于所述阀座移动所述阀构件。
24.如权利要求22所述的方法，进一步包括以下步骤：
提供可运行地与所述阀相关联的一个位置传感器；
将来自所述压力传感器的数据信号发送给到所述控制单元；
将来自所述位置传感器的一个位置信号发送给所述控制单元；
将来自所述控制单元的所述控制信号发送给所述致动器；并且
基于从所述压力传感器接收的所述数据信号以及从所述位置传感器接收的所述位置信号来改变所述阀的位置。
25.如权利要求22所述的方法，进一步包括以下步骤：
提供具有一个涡轮机和一个压缩机的一个涡轮增压器单元；
将所述输入端口置于同所述涡轮机处于流体连通；并且
将所述输出端口置于选择性地与所述压缩机处于流体连通。
26.如权利要求22所述的方法，进一步包括以下步骤：
提供具有一个涡轮机和一个压缩机的一个涡轮增压器单元；
将所述输入端口置于所述涡轮机的一个上游位置接收排气，以及
将所述输出端口置于所述压缩机的下游分配排气。
27.如权利要求25所述的方法，进一步包括以下步骤：
将所述输入端口在所述涡轮机下游的一个位置上置于同所述涡轮机流体连通；并且
将所述输出端口在所述压缩机上游的一个位置上置于同所述压缩机选择性地流体连通。
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