CN102137997B - 测量碳氢化合物浓度的装置和内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量管道(100)中气流的碳氢化合物浓度的装置，该装置包括至少一个用于测量碳氢化合物浓度的传感器(101)，该传感器相对于管道(100)后移地布置在一旁。

Description

测量碳氢化合物浓度的装置和内燃机

技术领域

本发明涉及一种用于测量碳氢化合物浓度的装置和一种具有这种装置的内燃机。

背景技术

从燃油中释放的废气可以从机动车的、其中例如存储有汽油的燃油箱中逸出。易挥发的碳氢化合物可以在行驶期间在较高的外部温度时或通过燃油箱的震动而从燃油中释放出来，并且作为气体离开燃油箱。为了对其进行相反地影响，可以气密地封闭燃油箱。挥发的碳氢化合物然后暂时存储在存储器中，并且能传输给内燃机的吸入空气。如果并未或未充分精确地已知多少碳氢化合物溶解在吸入空气中，则不能足够精确地控制必须减少喷射多少燃油，以便获得尽可能最佳的燃油/空气比。这导致了内燃机燃油消耗升高并且在一定条件下也导致较差的排放值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于测量碳氢化合物浓度的装置以及一种内燃机，它们可以实现内燃机的精确运行。

该目的通过一种具有权利要求1所述特征的装置或者一种具有权利要求9所述特征的内燃机来实现。

用于测量管道中气流的碳氢化合物浓度的装置包括至少一个用于测量碳氢化合物浓度的传感器。该传感器相对于管道后移地布置在一旁(zurueckgesetzt angeordnet)。传感器通过该装置可以测量和管道中的体积流分离的碳氢化合物含量。

在一个实施方式中，碳氢化合物传感器布置在传感器腔中，该传感器腔和管道连接。在管道和传感器腔之间可以布置可透气的元件。因此实现了后移地布置在一旁的传感器的尽可能简单的结构。

可透气的元件可以这样可透气，即传感器腔中气体的碳氢化合物浓度取决于管道中气流的碳氢化合物浓度。由此由传感器测定的管道中的碳氢化合物含量代表了管道中气流的碳氢化合物浓度。

可透气的元件可以是火焰阻挡物。由此可以使由于故障而在传感器处出现的火苗不在管道中蔓延。

至少一个传感器可以具有至少一个用于加热气流的加热件和至少一个温度传感器。至少一个传感器可以在另一个实施方式中具有至少一个第一和第二温度传感器，其中，至少一个加热件布置在第一温度传感器和第二温度传感器之间。通过该结构可以相对准确地测定碳氢化合物含量。在另外的实施例中，该传感器包括至少一个半导体元件，其集成在至少一个传感器中并设置用于发出取决于温度的信号。

一种内燃机包括如上所述的、用于测量管道中气流的碳氢化合物浓度的装置。由此确定了气流的碳氢化合物浓度，可以相对精确地控制内燃机。装置的管道可以设计用于在内燃机的油箱通风系统和至少一个气缸之间气体联通。内燃机可以包括用于存储气态碳氢化合物的存储器，该存储器和管道连接。

附图说明

另外的特征、优点和改进方案由以下结合附图1至3说明的实例给出。图中示出：

图1是传感器腔中的传感器的示意性布置，

图2是根据一个实施方式的传感器的示意图，

图3是内燃机的示意图。

具体实施方式

图1示出了管道100，气流106在其中流动。环绕传感器腔103的壳体104和管道100连接。壳体104和管道100这样连接，即在管道中运动的气体至少一部分可以进入传感器腔103中。碳氢化合物107位于传感器腔中。设置用于测量碳氢化合物浓度的传感器101这样布置，即其可感知的区域布置在传感器腔中或者可以接触碳氢化合物107。，可透气的元件102在管道100的方向上布置在传感器腔103上。

例如是内燃机的油箱通风系统一部分的管道100可以利用端部与用于气态碳氢化合物的存储箱连接。气体例如从该存储箱流向内燃机的吸入侧。气体以一定速度流过管道100。通过将传感器101相对于管道100后移地布置一旁，气体在传感器处具有较低的或尽可能没有流速。传感器可以测量与气流106的流速脱离的碳氢化合物浓度。

传感器腔103由壳体104这样环绕，即腔体最小化，从而使管道100中的碳氢化合物浓度尽可能快的改变引起传感器腔103中的碳氢化合物浓度的改变。当传感器腔103体积较小时，气体交换较快地进行。传感器腔103中的碳氢化合物浓度尽可能等于管道100中的碳氢化合物浓度。

在传感器腔103和管道100之间布置了可透气的元件102。可透气的元件在示出的实施方式中是格栅。输送到管道100中的至少部分气体可以通过格栅进入传感器腔103中。传感器腔103中的气体可以进入管道100中。格栅102这样设计，即其是火焰阻挡物。由于例如在传感器101处断路的故障可以在传感器腔103中点燃碳氢化合物。明火的火焰不能经过格栅102。因此火不能在管道100中蔓延，并且一旦传感器腔103中的碳氢化合物107燃烧完就熄灭。

管道100相对于周围环境具有内侧面105，该内侧面在运行时参照重力在上方水平地定向。壳体104或传感器腔103布置在此内侧面105上。传感器腔103位于管道100上方，从而可以使尽可能少的液体例如通过重力流入腔室中。传感器101这样布置在腔室中，即可以在传感器腔103和管道100之间进行良好的气体交换，并且传感器腔103内部的气体运动在传感器101处尽可能小。

传感器101具有例如用于加热气体的加热件和温度传感器。例如传感器集成在硅片上。含碳氢化合物的气体被加热，并且根据温度传感器的信号可以测定气体的导热性。由此可以测定碳氢化合物的浓度。传感器可以包括评估电路和/或数模转换器和/或其它元件。在另外的实施方式中传感器包括取决于温度工作的元件，例如热导体(负温度系数电热调节器)或二极管。

图2示出了传感器200，其相对于管道206后移地布置一旁。传感器200具有一个温度传感器201和另一个温度传感器203，它们分别布置在加热件202的一侧上。传感器200设置用于测量气体205中的碳氢混合物浓度。传感器200布置在通过格栅204与管路分开的传感器腔207中。在传感器腔207中具有流速尽可能小的气体。

传感器200例如集成在硅片上并且可以包括其它元件，例如评估电路、数模转换器或用于温度均衡的电路。温度传感器201和温度传感器203可以分别具有多个用于测量温度的温度触头。温度传感器201和203与加热件202布置在一个平面上。

温度传感器201测量第一温度，并且温度传感器203测量另一个温度。由通过加热件202加热气体而得到各个温度高度。在加热功率固定时气体取决于碳氢化合物浓度被不同地加热。由温度传感器201测量的温度和由温度传感器203测量的另一个温度可以相加用于评估。相加的温度值取决于代表传感器腔207中的气体的碳氢化合物浓度的已知的加热功率。通过在传感器腔207和管道206之间进行尽可能良好的气体交换，该值也代表气体205的碳氢化合物浓度。

图3示出了内燃机300。内燃机300具有燃油箱304，内燃机312以及油箱通风系统318。在燃油箱304中存储了燃油305，例如汽油。从液态燃油305中挥发气态的碳氢化合物307经过油箱通风系统供给给内燃机312。油箱通风系统318具有与燃油箱304以及碳氢化合物箱306连接的管道308。气态的碳氢化合物可以从燃油箱304导入碳氢化合物箱306中。碳氢化合物箱通过管道309与内燃机312连接，特别是与内燃机的进气道连接。

用于测量碳氢化合物浓度的传感器301后移地布置在管道309一旁。其中布置有传感器301的传感器腔311与管道309连接。格栅、特别是火焰阻挡物可以布置在传感器腔311和管道309之间。也可以布置其它用于测量碳氢化合物浓度的传感器。例如传感器布置在管道308上，这些传感器设置用于测量气体的碳氢化合物含量。传感器301通过电导线310与发动机控制器303连接。发动机控制器303可以评估传感器301的信号并且测定传感器腔中的碳氢化合物浓度。

通过管道309的气流可以由与管道309连接的阀302控制。阀302通过电导线和发动机控制器303连接。发动机控制器303可以评估碳氢化合物传感器的信号并且对阀进行控制。

燃油305可以经过燃油输送单元通过燃油管路导向内燃机312，在此经过至少一个喷射阀315喷射到内燃机的进气道中或喷射到至少一个气缸317中并且在内燃机中燃烧。燃烧过程的废气通过排气系统从发动机排出。在排气管路中布置了兰普达探针316，其可以确定空气相对于燃油的比例。兰普达探针由此测量废气中的剩余氧气含量。

碳氢化合物例如甲烷、丁烷或丙烷从燃油305中挥发。不同的碳氢化合物链具有不同的气化温度，从而使不同的碳氢化合物取决于外部温度由液态的燃油305中脱离。外部温度进而燃油305的温度越高，越多的碳氢化合物转入气态。其中存储有燃油的存储箱304气密地设计，从而尽可能不使气体无意地从存储箱304中泄漏。箱盖为此尽可能气密地封闭燃油箱的注入管接口。在存储箱304中形成的含碳氢化合物的气体混合物经过管道308导入碳氢化合物箱306中。

碳氢化合物箱可以包括活性炭存储件。气化的碳氢化合物由活性炭吸附、存储和在需要时再次给出。当碳氢化合物箱容纳一定量的碳氢化合物时，其可以通过管道309排空。此外在碳氢化合物箱中从外部经过阀313吹入含有碳氢化合物的空气。含有碳氢化合物的空气可以用作用于内燃机312的吸入空气并且进而有利于在发动机中燃烧。

因为通过碳氢化合物将一些能量送入内燃机的吸入空气中，因此经过喷射阀315相应地喷出减少的燃油。为了控制该比例，通过碳氢化合物传感器对输送的空气的碳氢化合物含量进行测量。

由此，即传感器腔311中的碳氢化合物传感器301相对于管道309后移地布置一旁，该碳氢化合物传感器仅仅测量与通过管道309的质量流脱离的气体的碳氢化合物浓度。质量流可以由发动机控制器303通过存储的模型测定，这些模型模拟了通过管道309或阀302的质量流。该质量流也可以直接借助于一个或多个空气质量传感器测定，但该质量流也可以部分地由其它测量值借助于相应的模型推导出。

发动机控制器303评估传感器301的信号，从而确定通过管道309的气流的碳氢化合物浓度。通过存储在发动机控制器303中的特征曲线已知质量流。因此已知的是，给内燃机312供给了多少气态碳氢化合物形式的能量。发动机控制器303相应地控制控制元件，从而使液态燃油相对于气态碳氢化合物的比例尽可能最佳，并且由此使燃油消耗尽可能小。废气由此同样尽可能少地排放。

活性炭过滤器可以相对快速地清空，这是因为控制器、特别是和以兰普达探针316的数据为基础的控制器相比相对更快地工作。经过喷射阀315喷射到内燃机中的燃油量并不仅仅以兰普达探针316的数据为基础，而是直接通过发动机控制器303借助于碳氢化合物传感器确定的数据来控制。不必限制流过管道309的气体量，这特别使碳氢化合物箱306的再生时间相对较短。这在具有混合动力驱动或Start-Stopp技术的机动车中可以是有利的，在混合动力驱动或Start-Stopp技术中，较短的发动机运行时间要求活性炭过滤器必须被快速清空。

Claims (10)

1.一种用于测量管道（100）中气流的碳氢化合物浓度的装置，所述装置包括：

-至少一个用于测量碳氢化合物浓度的传感器（101），所述传感器相对于所述管道（100）后移地布置在一旁，其中所述传感器（101；200）具有至少一个用于加热气流的加热件（202）和至少一个温度传感器（203），并且其中所述传感器（101；200）具有至少一个另外的温度传感器（201），并且在所述装置中至少一个加热件（202）布置在所述温度传感器（203）和另外的所述温度传感器（201）之间，其特征在于，至少一个所述传感器（101；200）包括评估电路，所述评估电路设计为取决于至少一个所述加热件（202）的加热功率和至少一个所述温度传感器（203）和至少一个所述另外的温度传感器（201）的相加的温度的值来测量所述碳氢化合物浓度。

2.根据权利要求1所述的装置（1），其中所述碳氢化合物传感器（101）布置在传感器腔（103）中，所述传感器腔和所述管道（100）连接。

3.根据权利要求2所述的装置，所述装置包括布置在所述管道（101）和所述传感器腔（103）之间的可透气的元件（102）。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述可透气的元件（102）这样透气，即所述传感器腔（103）中气体的碳氢化合物浓度取决于所述管道（100）中气流的碳氢化合物浓度。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其中所述可透气的元件（102）是火焰阻挡物。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中至少一个传感器（101）具有至少一个半导体元件，所述半导体元件集成在至少一个传感器（101）中并设置用于发出取决于温度的信号。

7.根据权利要求5所述的装置，其中至少一个传感器（101）具有至少一个半导体元件，所述半导体元件集成在至少一个传感器（101）中并设置用于发出取决于温度的信号。

8.一种内燃机，包括根据权利要求1至7中任一项所述的装置。

9.根据权利要求8所述的内燃机，其中管道（309）设计用于在所述内燃机的油箱通风系统（318）和至少一个气缸（317）之间气体联通。

10.根据权利要求9所述的内燃机，其中所述内燃机包括用于存储气态碳氢化合物的存储器（306），所述存储器和所述管道（309）连接。

Images