CN102066757A - 传感器装置 - Google Patents

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Abstract

一种传感器装置以及一种将该传感器装置用于检测含铁目标的接近度的方法，该传感器装置包括传感器体，其包括磁场源和霍尔效应设备，其中该磁场源是电磁螺线管。本发明对于燃料喷射泵的领域具有特定的效用，但是不因此受限，在该领域中有必要在不影响引擎操作的情况下确定递送给该引擎的汽缸的燃料体积。

Description

传感器装置
技术领域
本发明涉及传感器装置，并且更特别地，涉及用于检测含铁(ferrous)“目标”到该传感器装置的接近度(proximity)的传感器装置。本发明还涉及具有这种传感器装置的内燃机的燃料喷射泵的特定应用。
背景技术
存在其中需要监控对象(所谓的“目标”)的位置的许多应用。一个这样的应用是旋转燃料喷射分配泵，其例如可以被用于压缩点火式内燃机(另外被称为柴油机)。
燃料分配泵的一般结构配置在本领域中是已知的(例如如在申请人的欧洲专利EP1356196中公开的那样)，并且包括可围绕其轴线有角度地移动以控制提供给燃料泵的一个或多个泵送元件的燃料量的入口计量阀。入口计量阀的角位置由控制臂控制，所述控制臂沿着径向从入口计量阀的轴线延伸并且经由控制连杆连接到在其中安装有燃料泵的车辆的节气门和调速器(governor)机构。
为了可靠地控制内燃机，有必要具有确定正被递送给引擎的燃料量以及由此该引擎在其下操作的负载的设施。一种可以确定递送给引擎的燃料量的方式是测量计量阀的位置。
常见的是在燃料喷射泵中泵外壳的内部体积以及因此入口计量阀的直接环境被暴露于燃料，这使得确定入口计量阀的位置特别麻烦。尽管存在一些可以从成品电子设备供应商获得的非接触式位置传感器，例如诸如电容、电感和光学传感器之类的所谓的接近度传感器，但是将这样的技术应用于通常与汽车燃料喷射泵相关联的潮湿、肮脏且化学侵蚀的环境存在困难。
例如，这样的传感器在物理上可能太大而不能被容纳在燃料泵的外壳内，或者传感器的精度可能受到制造该泵的金属材料或甚至在泵外壳内流通的燃料的特性的不利影响。
发明内容
正是在此背景下，本发明的第一方面提供一种用于检测含铁目标的接近度的传感器装置，该传感器装置包括传感器模块，所述传感器模块包括磁场源和霍尔效应设备，其中该磁场源是电磁螺线管。
本发明的优点是电磁螺线管允许使用可变磁场来检测含铁目标以使得由该螺线管生成的磁场强度可适配为适应该传感器装置的周围环境。此外，霍尔效应设备具有快速响应时间并且不会遭受明显的滞后。
尽管对本发明来说不是必不可少的，但是为了最大化感测精度，霍尔效应设备可以被定位成与电磁螺线管的纵向轴线对准，以使得霍尔效应设备被暴露于具有最大磁场强度的区域。此外，尽管电磁螺线管和霍尔效应设备可以被布置成使得它们在物理上彼此分开，但是它们可以被方便地组合到单个封装中以便于安装。
在优选实施例中，该传感器装置包括控制系统，其被配置成使得由霍尔效应设备提供的电输出信号控制流过电磁螺线管的电流。
特别有益的特征是螺线管可以配置有可变电流，以便产生与含铁目标的接近度无关的基本上恒定的磁场强度。以这种方式，磁场强度可以被设定成处于预定水平，以便在含铁目标和霍尔效应设备之间存在相对大的距离时使得该含铁目标的位置能够被精确地感测到，但是当该目标非常接近霍尔效应设备时，磁场强度不会过度地影响该含铁目标的移动。
其结果是传感器装置展示出对信号干扰的较弱敏感性，同时避免了该传感器装置和含铁目标之间的磁引力。
为了将霍尔效应设备和含铁目标之间的磁场强度保持在基本上恒定的水平，该控制系统可以包括闭环电路。
本发明的第二方面包括燃料喷射泵，特别地是旋转分配燃料喷射泵，其包括具有控制臂的入口计量阀并且包括上文所限定的用于检测传感器装置和与控制臂相关联的含铁目标之间的距离的传感器装置。
根据本发明的第三方面，提供一种操作传感器装置的方法，其中由霍尔效应设备检测螺线管和含铁目标之间气隙中的电磁场的强度，该霍尔效应设备输出对应信号电压，比较器将该信号电压与预设电压相比较并且然后向螺线管输出驱动电流，由此如果信号电压小于预设电压，则以增加的水平输出驱动电流，并且如果该信号电压大于预设电压，则以减少的水平输出驱动电流，驱动电流的水平由电流感测设备测量，并且该电流感测设备输出可以被解释成指示含铁目标的位置的信号。
优选地，该方法包括在将信号电压提供给比较器之前放大该信号电压的另一步骤。该比较器可以是运算放大器。
优选地，该方法包括在将驱动电流提供给螺线管之前放大该驱动电流的另一步骤。
优选地，该方法包括将来自电流感测设备的输出提供给引擎管理系统的另一步骤，其中该引擎管理系统将驱动电流转换成含铁目标的位置的指示符。
应该认识到，本发明的第一方面的优选和/或可选特征可以与本发明的第二方面一起使用。
附图说明
为了更容易地理解本发明，现在将作为示例参考图1，其中图1是本发明的示意图。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的传感器装置2包括电连接到控制单元6的传感器模块4。尽管未在图1中示出，但是该传感器装置2形成压缩点火式内燃机的一部分，并且为此，控制单元6经由数据连接10与引擎管理系统(EMS)8对接，这意味着EMS8能够从传感器装置2收集用于控制该引擎的传感器数据。
如可以从图1看到的那样，入口计量阀12被分配燃料泵14(在图1仅部分示出)的主体容纳，并且包括沿着径向远离入口计量阀12的纵向轴线A延伸的控制臂16。尽管未在图1中示出，但是控制臂16连接到燃料泵14的节气门和调速器连杆，以使得可以响应于引擎要求的燃料递送水平来控制入口计量阀12的角位置。
传感器模块4还包括霍尔效应设备20，其被安装到电磁螺线管22的一端以使得它被定位成与该螺线管22的纵向轴线B对准。控制臂16的一端可以朝向以及远离霍尔效应设备20移动以便限定它们之间的可变气隙G。控制臂16因此为霍尔效应设备20限定铁磁材料的“目标”。
霍尔效应设备20在操作中检测存在于气隙G中的磁场强度并且经由第一电连接30向控制单元6输出电压，所述电压与气隙G的大小成比例。响应于从霍尔效应设备20输出的电压，该控制单元6经由第二电连接32将螺线管驱动电流提供给螺线管22。
控制单元6包括第一放大器40，其接收从霍尔效应设备20输出的电压，并且将该电压放大到数字电路可接受的电平。此时应该认识到，尽管第一放大器40被示出为图1中控制单元6的一部分，但是可替换地它可以是霍尔效应设备20的整体部分。
控制单元6限定包括运算放大器44的闭环电路，如本领域中已知的那样，该运算放大器44具有反相输入端42和非反相输入端46。从第一放大器40输出的电压被输入到反相输入端42，并且非反相输入端46接收被设定成引发气隙G中预定强度的磁场的电压。在下文中非反相输入端46处的电压被称为“设定点”。
运算放大器44放大存在于反相输入端42和非反相输入端46的电压之间的差，并且经由连接32将经过放大的螺线管驱动电流信号经过电流测量电阻器50输出给电磁螺线管22。该电流测量电阻器50将螺线管驱动电流信号转换成电压，其中经由数据连接10将所述电压作为控制单元6的输出馈送到EMS 8。应该认识到，运算放大器44包括电流放大功能，以便将处于大约0到1安培范围内的足够电流提供给螺线管22。
现在将更详细地描述传感器装置的功能。
电磁螺线管22在气隙G中引发磁场，所述磁场由运算放大器44的非反相输入端46处的设定点电压确定。然而，入口计量阀12的角运动造成控制臂16和霍尔效应设备20之间的距离发生变化，这改变气隙G的大小，以及因此改变气隙G中的磁场强度。
如果控制臂16朝向霍尔效应设备20移动，因此减小了气隙G的大小，则磁场强度将趋于增加，这增加运算放大器44的反相输入端42处的电压。运算放大器44因此用于通过减小经由电连接32馈送到电磁螺线管22的驱动电流信号来降低存在于反相输入端42和非反相输入端46处的电压之间的差。结果，控制单元6使磁场强度减小回到由设定点确定的水平。
以这种方式减小到螺线管22的电流具有下述优点，即如果控制臂16移动得非常靠近霍尔效应设备20，则可以确保磁场强度不会增加到将影响控制臂16的移动的水平。如果使用永磁体的话这一好处将是不能实现的，因为磁场强度将不可控制，并且因此减小的气隙会潜在地导致控制臂16通过磁引力而“粘”到霍尔效应设备20。
另一个优点是，因为当控制臂16移动以便闭合气隙G时驱动电流显著减少，所以有可能通过在燃料泵14的内部环境中可能存在的燃料运动来从霍尔效应设备20清除含铁污染物(例如金属颗粒)。
相反，如果控制臂16移动远离霍尔效应设备20，则磁场强度趋于减小，这减小了运算放大器44的反相输入端42处的电压。运算放大器44因此用于通过增加被馈送给电磁螺线管22的驱动电流信号来减小在反相输入端42和非反相输入端46处的电压之间的差。传感器装置因此适配于增加的气隙G以将磁场强度保持在由设定点确定的水平。在这种情况下增加螺线管电流给传感器装置2提供下述优点，即在对磁干扰具有低敏感性的情况下可以可靠地检测控制臂16的大范围移动。
此外，由于电磁螺线管22的驱动电流信号的闭环控制，所以输出到EMS 8的电压对其直接环境中的温度变化不敏感，该温度变化否则可能扰乱传感器装置2的校准并且因此导致不精确的读数。
作为进一步改进，控制单元6可以被布置成周期性地禁用驱动电流信号，或者可替换地应用具有相反极性的相对较小的电流，这二者进一步促进传感器装置的自清除。
尽管上文没有描述，但是传感器装置可以被布置成安装在燃料泵内的适当容纳空间中，例如，安装在由燃料泵的金属主体限定的孔中，以使得霍尔效应设备20突出到泵中的适当位置，在该位置检测控制臂16的移动。以这种方式安装传感器装置2允许传感器装置2的电连接被便利地路由通过该孔并且路由出该泵，就密封而言，这是有益的。可替换地，传感器装置可以被布置成使得它不暴露于泵的内部环境，而是被布置成“看”穿泵的非含铁外壳来检测含铁控制臂16的移动。
应该认识到，尽管已在上文中具体参考燃料喷射泵的应用描述了传感器装置，但是本发明还可以应用于其中需要检测含铁目标的接近度的任何应用。

Claims (12)

1.一种用于检测含铁目标的接近度的传感器装置，该传感器装置包括传感器模块，所述传感器模块包括磁场源和霍尔效应设备，其中该磁场源是电磁螺线管。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述电磁螺线管能够控制成引发可变磁场以使得该磁场的强度能适配为适应该传感器装置的周围环境。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中所述霍尔效应设备与电磁螺线管的纵向轴线对准。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器装置，其中所述霍尔效应设备和电磁螺线管被布置成单个封装。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器装置，其中所述传感器装置包括控制单元，所述控制单元从霍尔效应设备接收电输出信号并且将驱动电流信号提供给电磁螺线管。
6.根据权利要求5所述的传感器装置，其中所述控制单元包括闭环控制电路，其被布置成接收霍尔效应设备的电输出信号并且在操作中调制电磁螺线管的驱动电流信号以便将霍尔效应设备和含铁目标之间的区域中的磁场强度保持在基本上恒定的水平。
7.根据权利要求5或6所述的传感器装置，其中所述控制系统被布置成周期性地禁用到电磁螺线管的驱动电流信号。
8.一种燃料喷射泵，其包括具有控制臂的入口计量阀，并且包括根据权利要求1至7中任一项所述的用于检测与该控制臂相关联的含铁目标的位置的传感器装置。
9.一种用于操作权利要求1至8中所述的传感器装置的方法，其中由霍尔效应设备检测螺线管和含铁目标之间气隙中的电磁场强度，该霍尔效应设备输出对应信号电压，比较器将该信号电压与预设电压相比较并且然后向螺线管输出驱动电流，由此如果该信号电压小于预设电压，则以增加的水平输出驱动电流，并且如果该信号电压大于预设电压，则以减小的水平输出驱动电流，驱动电流的水平由电流感测设备测量，并且该电流感测设备输出可以被解释成指示含铁目标的位置的信号。
10.根据权利要求9所述的方法，包括在将信号电压提供给所述比较器之前放大该信号电压的附加步骤。
11.根据权利要求9或10所述的方法，包括在将驱动电流提供给螺线管之前放大该驱动电流的附加步骤。
12.根据权利要求9、10或11中任一项所述的方法，包括将来自电流感测设备的输出提供给引擎管理系统的附加步骤，其中该引擎管理系统将驱动电流转换成含铁目标的位置的指示符。
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