CN101629523B - 曲轴箱废气传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用尾气排放标准换算成曲轴箱废气的流量来判断内燃机尾气排放是否超标，采用叶板式、叶轮式、卡门涡旋式、热线式或热膜式流量计的结构组成曲轴箱废气传感器。该废气传感器安装在曲轴箱通风系统的前端，当活塞组件磨损严重、密封不良时泄露到曲轴箱的废气压力和量的增多，推动传感器叶板轴带动电子仓的滑删偏转；1、滑删上的电刷与电子板上的电阻组成可变电位器输出随废气量大小变化的模拟电信号。2、滑删的删形与电子板上安装的光偶合元件组成数字门电路，随废气量增大到一定程度，门电路输出通断或翻转的电信号。电子板顺时针调整可将传感器输出的电信号提前，也就是提高燃烧、动力经济性及尾气排放的等级。由内燃机管理系统(EMS)接收传感器的电信息，进行分析管理。

Description

曲轴箱废气传感器

技术领域

本发明涉及一种内燃机管理系统(EMS)的传感器，利用内燃机的尾气排放标准换算成内燃机的曲轴箱废气的流量来判断内燃机尾气排放是否超标，内燃机曲轴箱排出的废气量来检测内燃机的气缸、活塞、活塞环的磨损状况，将该状况转换成模拟的或数字的电信息给内燃机管理系统，由电控系统内的嵌入程序分析运算达到自动控制的目的。称之为曲轴箱废气传感器。

背景技术

现有的内燃机都有曲轴箱通风系统，该系统的作用是将燃烧室泄露到曲轴箱的可燃气和污染气通过油气分离器及单向阀(PVC)引入进气系统。通过内燃机的再次燃烧。减少曲轴箱废气直接排放对大气的污染。新启用的内燃机由于活塞组件(活塞组件包括汽缸桶、活塞、活塞环，以下简称活塞组件。)的装配尺寸精度很高，相对密封性很好。所以在使用初期燃烧室经活塞组件向曲轴箱泄露的气体很少，能量较低。到中期活塞组件存在不同程度的磨损，相对向曲轴箱泄露的气体量和能量增多。到晚期活塞组件磨损的比较严重，内燃机在压缩、爆燃时向曲轴箱泄露的气体量和能量大为增多。同时内燃机的燃烧充分性、动力性、经济性及尾气的排污都很差。通过检测曲轴箱废气量的大小，可以判断活塞组件的磨损程度。从而向内燃机管理系统(EMS)提供一个故障信息。这个信息接口称为曲轴箱废气传感器。内燃机管理系统按内燃机的种类可分为两种：汽油机(奥托机)和柴油机(迪塞尔机)。他们的内燃机电子控制装置或单元(ECU)大同小异，目前均没设置曲轴箱废气传感器，尚属空白。以下简称废气传感器或传感器。

发明内容

本发明的目的在于从内燃机的燃烧室经过活塞组件向曲轴箱泄露的压缩气和爆燃气的增量来判断活塞组件的磨损程度和活塞组件的工作质量。众所周知：内燃机中密封燃烧室的元件有两种，分别是活塞环和气门。活塞环是活塞组件中密封活塞与汽缸之间的间隙。活塞环的密封原理是第一道气环与第二道气环的开口相错120°-180°角，使开口的漏气通过一个迷宫式的通道来减少泄露量。当内燃机经过使用后，汽缸、活塞环、活塞都有不同程度的磨损。所以活塞环在汽缸内的开口端隙、在活塞上环槽内的侧隙都增大，导致内燃机在压缩、爆燃冲程的压缩气和爆燃气从燃烧室经活塞环的开口端隙、环槽侧隙向曲轴箱泄露。泄露的气体中含有大量的未燃烧的和未燃净的可燃碳化物气体及污染气(HC、C、OC、NO_X)。这些泄露的气体经曲轴箱通风系统再进入燃烧室燃烧。由此利用检测曲轴箱通风系统的气体流量和能量的大小来判断活塞组件的工作质量(包括活塞环开口端隙对口破坏密封性。)，也就是利用尾气排放标准换算成曲轴箱废气的流量来判断内燃机尾气排放是否超标，向内燃机管理系统(EMS)提供一个故障信息。

本发明的目的是这样实现的：利用尾气排放标准换算成曲轴箱废气的流量来判断内燃机尾气排放是否超标，采用叶板式、叶轮式、卡门涡旋式、热线式或热膜式流量计的结构组成曲轴箱废气传感器。安装在曲轴箱通风系统的最前端紧靠曲轴箱壁或气门室盖处，废气传感器的一端与曲轴箱壁或气门室盖(曲轴箱通风系统的入口一般都设在曲轴箱壁或气门室盖上。)的通风出口处连接，连接接口设一密封垫在曲轴箱壁或气门室盖与废气传感器之间起密封作用。另一端与曲轴箱通风系统以管道式软管连接。废气传感器带法兰的一端为传感器座，另一端为传感器管接头。传感器座与传感器管接头以子母扣的形式连接，在连接口内设一叶板仓、叶轮仓、卡门涡旋仓、热线仓或热膜仓。下面以叶板式流量计的传感器来叙述实现本发明的目的：叶板轴的一端伸入电器仓，该轴头设有一段方轴与一滑删的方孔无旋转的轴向套接。在轴上套着一个回位螺旋弹簧钩住滑删，在弹簧的作用下叶板能弹回到垂直传感器座通风管的轴向垂直面的位置。使叶板封堵了通风管。在电器仓设有一个围绕叶板轴心可调的，并能紧固不动的扇形电路板。电路板设置模拟和数字两种电路，模拟电路是可变电位器原理和利用光藕合元件与隔删组成数字电路。他们分别由三芯和四芯防水密封电插头连接，将电信息输向内燃机管理系统。新启用的内燃机因活塞组件的精密度较高，漏气量小，曲轴箱压力较低，推向叶板的力小，叶板的转角小，相应的叶板轴的转角也小。当内燃机使用到中期时，从燃烧室经磨损的活塞组件向曲轴箱泄露的废气量增多，推动废气传感器的叶板偏转量增大。同理可知，设定某一排放标准而确定相应的曲轴箱废气能量所转换的电信号，由内燃机管理系统的中央处理器(CPU)运算判别该内燃机是否停机待修。

附图说明

下面以本发明中叶板式结构的曲轴箱废气传感器叙述实施过程。附图1是叶板式曲轴箱废气传感器座轴向视图。零件(1)是曲轴箱壁或气门室盖壁。图中(2)是设计在曲轴箱废气传感器座上的导线插座。零件(3)是传感器座与零件(1)连接的螺栓。零件(4)是传感器座。零件(5_X)是安装在叶板轴上的滑删(滑刷、隔删简称滑删)。零件(6)是安装在滑删(5_X)上的回位螺旋弹簧。零件(7)是安装在传感器座(4)与传感器管接头(12)之间的叶板轴。图中(8)是设计在传感器上的电器仓。零件(9_X)是可调的扇形电路板。零件(10)是电器仓的仓盖。零件(11)是紧固电路板(9_X)的螺钉。

附图2是本发明废气传感器附图1所示A-A的刨视图。图中所示：零件(12)是子母扣连接在传感器座(4)上的传感器管接头。零件(13)是零件(1)和传感器座(4)之间的密封垫。(K)为曲轴箱内或气门室内的废气流向传感器。(E)为废气流经叶板轴(7)推动叶板的转角。(L)为废气经过传感器管接头(12)流向曲轴箱通风系统。(21)为传感器座(4)内通道靠进叶板轴(7)轴部的柱面，使气流远离轴心产生较大的扭矩。(22)、(23)为半圆拱形门柱体斜贯出的凸台的两个面；(22)为半圆拱形门柱表面(23)的垂直面。

附图3是实施例1模拟信号传感器电器仓(8)刨视图和电插座的局部刨视图。零件(14)是插座(2)中与插头连接的导线。零件(5₁)是套在叶板轴(7)上方轴外的滑删。零件(16)是镶嵌在双面铜箔电路板(9₁)上的滑线电阻。零件(17)是安装在滑删(5₁)上的电滑刷。图中(18)是导线(14)的另一与电路板(9₁)上的印刷电路铜箔导线(9₅)连接的端子。

附图4是滑删(5₁)与电滑刷(17)的装配图。

附图5是实施例1模拟信号电路板(9₁)的结构图。图中(9₄)为电路板(9₁)可以调整的弧形孔。(9₅)是印刷电路铜箔导线。

附图6是实施例2、3单门数字信号传感器电器仓(8)刨视图

和电插座的局部刨视图。零件(5₂、5₃)是单门数字信号滑删。零件(19₁)是安装在单门数字信号电路板(9₂)上的光偶合元件。

附图7是实施例2、3单门数字信号传感器滑删(5₂)的零件图。

附图8是实施例2、3单门数字信号传感器电路板(9₂)的零件图，他示出了光偶合元件(19_I)在电路板(9₂)上的位置，及电路板(9₂)可以调整的弧形孔(9₄)。印刷电路铜箔导线(9₅)。

附图9是实施例3单门数字信号传感器滑删(5₃)的零件图。

附图10是实施例4、5双门数字信号传感器电器仓(8)刨视图

和电插座的局部刨视图。(9₃)是实施例4、5的电路板。零件(5₄、5₅)是双门数字信号滑删。安装了两个光偶合元件(19₁、19₂)。

附图11是实施例4双门数字信号传感器滑删(5₄)的零件图。

附图12是实施例4、5双门数字信号传感器电路板(9₃)的零件图，他示出了两个光偶合元件(19₁、19₂)在电路板(9₃)上各自的位置，及电路板(9₃)可以调整的弧形孔(9₄)。

附图13是实施例5双门数字信号传感器滑删(5₅)的零件图。

附图14是传感器座(4)的零件图。(4₁)是叶板轴(7)的半个轴承孔。(4₂)是叶板轴(7)在回位空气阻尼仓。(21)为传感器座(4)废气通道靠进叶板轴(7)轴部的压流柱面，使气流远离轴心产生较大的扭矩。(4₃)是传感器座(4)与传感器管接头(12)子母接口的扣舌。

附图15是叶板轴(7)的零件图。(7₁)是叶板轴(7)与各实施例中的滑删(5₁、5₂、5₃、5₄、5₅)的方孔相配合的方轴。(7₂)是叶板。(7₃)是叶板上的半圆拱形门缺槽，用于曲轴箱负压逆气流用。

附图16是传感器管接头(12)的零件图。(12₁)是叶板轴(7)的另外半个轴承孔。(12₂)是传感器座(4)上的扣舌(4₃)相咬合的扣槽。(12₃)是叶板轴(7)的叶板仓。(22、23)为半圆拱形门柱斜贯出凸台的两个面；(22)是半圆拱形门柱外表面(23)的垂直面，用于减少叶板轴(7)上半圆拱形门缺槽(7₃)的气流泄露。(12₄)是电器仓(8)中扇形电路板(9_X)旋转轨道的园凸台，也是螺钉(11)的中心。电路板(9_X)的弧形孔(9₄)在园凸台(12₄)上滑动。

附图17是实施例1的电原理图。

附图18是实施例2、3的电原理图。

附图19是实施例4、5的电原理图。

附图20是实施例4、5由单门数字信号传感器电路板(9₂)与反向器(19₃)组成双门数字信号的电原理图。

具体实施方式

以法兰螺栓的连接结构将曲轴箱废气传感器安装在曲轴箱通风系统的最前端，也就是安装在曲轴箱体或气门室盖(1)上，如附图1、图2所示。传感器管接头(12)接曲轴箱通风系统。随着内燃机在使用中活塞组件的磨损，燃烧室向曲轴箱泄露的废气增多，压力同时增大，废气经传感器座(4)的通道被柱面(21)压向远离轴心的叶板(7₂)，在叶板轴(7)上产生扭矩力，当该扭矩力克服了回位弹簧(6)的回位扭力时使叶板轴(7)旋转，如图2(E)的方向(附图2所示逆时针旋转角度)。同时叶板轴(7)带动滑删(5_X)旋转。当内燃机活塞组件磨损严重时，压缩压力降低，爆燃力下降，燃烧不充分，排污量增高，动力下降，同时泄露的废气量也增多，那麽叶板轴(7)及联动的滑删(5_X)偏转的角度就大。利用该原理选择相应的国家排放标准级别，做出所对应的滑删(5_X)的旋转角度与调整电路板(9_X)的位置，将其转换成模拟的或数字的电信号传输给内燃机管理系统(EMS)。在活塞组件精密度非常好时，其废气泄露几乎为零，曲轴箱废气因各活塞上下运动为脉动压力。在正压力瞬间转换为负压力时叶板轴(7)的叶板(7₂)会撞击传感器座(4)的通道口，产生噪音。为消出脉动压力作用在叶板轴(7)的叶板(7₂)上，设计一个漏气的半圆拱形门槽(7₃)如图13所示，及阻尼槽(4₂)如图12所示。为了提高废气对叶板轴(7)的作用力，在传感器管接头(12)的叶板仓(12₃)内设计一个(22、23)两个面组成的半圆拱形门柱斜贯出的凸台，如图14所示。与叶板轴(7)的半圆拱形门槽(7₃)相配合阻止废气不经叶板(7₂)而流出，如图2所示。下面结合几个实施例分别叙述具体施实方式。

实施例1、模拟电压信息

请参阅附图3、图4、图5、图17。叶板轴(7)带动与之方轴(7₁)套接的滑删(5₁)逆时针旋转(图面所示的逆时针旋转)，带动安装在滑删(5₁)上的电滑刷(17)随动，电滑刷(17)在模拟信号电路板(9₁)的电阻(16)与铜箔导线(9₅)上滑移，将滑移产生变动的电位信息从Q端输出，如图17电原理图所示。当曲轴箱废气输出通过废气传感器保持某一定值时，调整模拟信号电路板(9₁)顺时针旋转，废气传感器Q端输出的电位增高。反之降低。内燃机管理系统(EMS)用此信息来判断活塞组件是否有故障，并存储故障信息供维修时调用。

实施例2、数字单门负电信息

请参阅附图6、图7、图8、图18。数字单门电子板(9₂)上安装一个光偶合元件(19₁)，在滑删(5₂)没旋进光电偶合元件(19₁)时，光路导通光电偶合元件(19₁)输出为低电位“0”。反之滑删(5₂)旋进光偶合元件(19₁)时光路阻断，光偶合元件(19₁)输出为高电位“1”。同样叶板轴(7)带动与之方轴(7₁)套接的滑删(5₂)逆时针旋转(图面所示的逆时针旋转)。当曲轴箱废气输出通过废气传感器保持某一定值时，调整模拟信号电路板(9₂)顺时针旋转到滑删(5₂)进入光偶合元件(19₁)则数字单门电路提前翻转，向内燃机管理系统(EMS)提供信息来判断活塞组件是否有故障，并存储故障信息供维修时调用。也就是提高尾气排放标准。在单门电子板(9₂)上增加一个反向器(19₃)则构成实施例5的双门负电信息结构，请参阅附图20。

实施例3、数字单门正电信息

请参阅附图6、图8、图9、图18。数字单门电子板(9₂)上安装一个光偶合元件(19₁)，在滑删(5₃)没旋出光偶合元件(19₁)时，阻断了光源，光偶合元件(19₁)输出为高电位“1”。反之滑删(5₃)旋出光偶合元件(19₁)时，光路导通，光偶合元件(19₁)输出为低电位“0”。其余与实施例2相同。在单门电子板(9₂)上增加一个反向器(19₃)则构成实施例4的双门正电信息结构，请参阅附图20。

实施例4、数字双门正电信息

请参阅附图10、图11、图12、图19。数字双门电路板(9₃)上安装两个光偶合元件(19₁、19₂)，有两个输出端分别是Q和Q非。在内燃机初期使用时，滑删(5₄)在光偶合元件(19₁)中，阻断了光源，光偶合元件(19₁)输出为高电位“1”。同时滑删(5₄)没有进入光偶合元件(19₂)中，光路导通，光偶合元件(19₂)输出为低电位“0”，也就是Q＝1、Q非＝0。当滑删(5₄)被叶板轴(7)带动逆时针旋转到脱离光偶合元件(19₁)、并同时进入光偶合元件(19₂)时，光偶合元件(19₁)输出为低电位“0”，光偶合元件(19₂)输出为高电位“1”，Q与Q非翻转。当曲轴箱废气输出通过废气传感器保持某一定值时，顺时针调整电路板(9₃)可以达到废气传感器提前给出数字翻转信息。也就是提高尾气排放标准。

实施例5、数字双门负电信息

请参阅附图10、图12、图13、图19。数字双门电路板(9₃)上安装两个光偶合元件(19₁、19₂)，有两个输出端分别是Q和Q非。利用滑删(5₅)的异形结构达到与实施例4相反的数字门输出，Q＝0、Q非＝1。当滑删(5₅)被叶板轴(7)带动逆时针旋转到脱离光偶合元件(19₁)、并同时进入光偶合元件(19₂)时，光偶合元件(19₁)输出为高电位“1”，光偶合元件(19₂)输出为低电位“0”，Q与Q非翻转。当曲轴箱废气输出通过废气传感器保持某一定值时，顺时针调整电路板(9₃)可以达到废气传感器提前给出数字翻转信息。也就是提高尾气排放标准。

上述五个实施例都可通过选择某一排放标准，确定传感器的模拟输出电压和数字翻转信息。以此来判断内燃机的排放是否超标。

应当理解，以上结合实施例只是利用叶板式流量计的曲轴箱废气传感器结合尾气排放标准换算成曲轴箱废气的流量来判断内燃机尾气排放是否超标的说明，同理利用叶轮式、卡门涡旋式、热线式或热膜式流量计的曲轴箱废气传感器同样可以达到上述发明的目的，所对应的电路和输出的电信息有所改变。对本发明而言只是说明性而非限制性的，在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明做出许多变更和修改，其都将落在由权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种内燃机曲轴箱废气传感器，其特征是：利用尾气排放标准换算成曲轴箱废气的流量来判断内燃机尾气排放是否超标，采用叶板式、叶轮式、卡门涡旋式、热线式或热膜式流量计结构的曲轴箱废气传感器，设置在曲轴箱通风系统的最前端紧靠曲轴箱壁或者气门室盖处，曲轴箱废气传感器的一端与曲轴箱壁或者气门室盖的通风出口处连接，另一端与曲轴箱通风系统以管道连接：

内燃机废气传感器安装在内燃机的曲轴箱壁或者气门室盖处，由带有法兰连接和导线插座(2)的传感器座(4)与传感器管接头(12)子母扣连接的带电器仓(8)及仓盖(10)组成的壳体，在传感器管接头(12)与传感器座(4)连接的叶板仓(12₃)中设有一个叶板轴(7)，叶板轴(7)上设有一段方轴(7₁)伸向电器仓(8)与滑栅(5)套接，并有一个回位弹簧(6)套在叶板轴(7)的轴上钩住滑栅(5)带动叶板轴(7)回位，电器仓(8)设有扇形电路板(9)，电路板(9)可以顺时针或者逆时针调整，通过螺钉(11)紧固，电路板(9x)与滑栅(5x)分别组合可输出模拟电压信息或者数字的正单门电信息、负单门电信息、正双门电信息、负双门电信息。

2.根据权利要求1所述的内燃机曲轴箱废气传感器，其特征是：传感器座(4)设有叶板轴(7)的半个轴承孔(4₁)、废气通道设有导流柱面(21)、与传感器管接头(12)子母接口扣槽(12₂)咬合的扣舌(4₃)。

3.根据权利要求1所述的内燃机曲轴箱废气传感器，其特征是：传感器管接头(12)分别设有叶板仓(12₃)、叶板轴(7)的半个轴承孔(12₁)、与传感器座(4)子母接口扣舌(4₃)咬合的扣槽(12₂)，在叶板仓(12₃)内斜贯出凸台的两个面；半圆门形柱面(23)和与之垂直面(22)、电器仓(8)、在电器仓(8)中设有电路板(9)的旋转轨道凸台(12₄)。

4.根据权利要求1所述的内燃机曲轴箱废气传感器，其特征是：叶板轴(7)设有一段方轴(7₁)、叶板(7₂)和半圆拱形门缺槽(7₃)。

5.根据权利要求1所述内燃机曲轴箱废气传感器，其特征是：由电路板(9₁)与滑栅(5₁)组合输出模拟电压信息，电路板(9₁)设有滑线电阻(16)、可调弧形孔(9₄)和滑线铜箔导线(9₅)，滑栅(5₁)与电滑刷(17)组装在一起。

6.根据权利要求1所述内燃机曲轴箱废气传感器，其特征是：由电路板(9₂)与滑栅(5₂)组合输出数字负单门电信息，电路板(9₂)设有光偶合元件(19₁)和滑栅(5₂)的栅形。

7.根据权利要求1所述内燃机曲轴箱废气传感器，其特征是：由电路板(9₂)与滑栅(5₃)组合输出数字正单门电信息，电路板(9₂)设有光偶合元件(19₁)和滑栅(5₃)的栅形。

8.根据权利要求1所述内燃机曲轴箱废气传感器，其特征是：由电路板(9₃)与滑栅(5₃)组合输出数字正双门电信息，电路板(9₃)设有两个光偶合元件(19₁和19₂)及滑栅(5₄)的栅形。

9.根据权利要求1所述内燃机曲轴箱废气传感器，其特征是：由电路板(9₃)与滑栅(5₅)组合输出数字正双门电信息，电路板(9₃)设有两个光偶合元件(19₁和19₂)及滑栅(5₅)的栅形。

10.根据权利要求1所述内燃机曲轴箱废气传感器，其特征是：由电路板(9₂)与滑栅(5₂、5₃)与反向器(19₃)组合输出数字正、负双门电信息。

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