CN102852661A - 执行空气截流位置检测策略的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及执行空气截流位置检测策略的系统和方法，具体地提供了一种空气截流阀系统，其具有改进的传感器，便于检测截流阀的位置。空气截流阀系统可包括：截流阀、指示器、及至少一个固态接近传感器。截流阀可在打开位置与关闭位置之间活动。指示器可操作地与所述截流阀联接。指示器可在正常状态和脱扣状态之间活动，正常状态和脱扣状态分别对应于所述截流阀的打开位置和关闭位置。至少一个固态接近传感器可被构造为检测何时所述指示器处于脱扣状态。

Description

执行空气截流位置检测策略的系统和方法

技术领域

本发明主要涉及一种发动机空气截流阀系统，特别涉及内燃机的进气截流阀系统、方法及设备。

背景技术

使柴油发动机停止的传统方法包括中断流向燃烧室的燃料流。在一些情况下，当柴油发动机进入失控状态时，使发动机停止的方法通常包括取消对于燃烧室的空气供给。这样使得燃烧室缺乏氧气，从而将失控的燃烧熄灭。因此，应用截流机构的发动机会使用安全阀，安全阀切断空气供给，从而在上述不良情况下关闭发动机。

一些大型发动机空气系统可以被设计成需要两个空气截流阀。需要在一些产品中实施可靠的检测策略，这些产品需要通过切断发动机的空气和燃料的进入而进行紧急关闭。如果检测策略不当，那么发动机的一个截流阀打开而另一个截流阀关闭，可能导致发动机出现严重事故，使用者将承受发动机操作的此种风险。

因此，已将此方法改进为对截流阀的状态进行监控。通常对于空气截流的监控使用基于机械和电磁的开关(mechanical andmagnetic based switch)技术。然而，由于疲劳、磨损及其他由于发动机的运行产生的因素，机械构件的使用寿命受到限制。并且，在振动剧烈的环境下，基于机械和电磁的开关容易失灵，从而导致此类开关不安全可靠。例如，当实际上没有发生什么时，机械开关表现出一种产生假阳性故障(false positive failures)的趋势，并发出检测信号。并且，当机械开关与柴油发动机的振动配对时，此机械开关容易发送错误信号。当多个空气截流阀断开(trip)，仅一个空气截流阀被重置时，也会出现错误。

因此，在空气截流系统和组件中使用例如基于机械和电磁的开关技术的传统方法不能有效防止发动机故障。因此，除其他方面以外，需要提供一种改进的空气截流系统及方法。

发明内容

根据一实施例，本发明旨在提供一种空气截流阀系统。空气截流阀系统可包括：截流阀、指示器、及至少一个固态接近传感器。截流阀可在打开位置与关闭位置之间移动。指示器可操作地与所述截流阀联接。指示器可在正常状态和脱扣状态之间移动，正常状态和脱扣状态分别对应于所述截流阀的打开位置和关闭位置。至少一个固态接近传感器可被构造为，检测到何时所述指示器处于脱扣状态。

根据另一实施例，本发明旨在提供一种控制内燃机中的空气截流阀的方法。该方法包括固态接近传感器对与所述截流阀可操作地联接的指示器进行监控。所述指示器可在正常状态和脱扣状态之间移动，正常状态和脱扣状态分别对应于所述截流阀的打开位置和关闭位置。所述固态接近传感器检测所述指示器何时从所述正常状态移至脱扣状态，以测定所述截流阀处于打开位置还是关闭位置。所述固态接近传感器可将所检测的指示器的状态发送至电子控制模块。

根据又一实施例，本发明旨在提供一种空气截流阀组件，以选择性地中断进入到内燃机中的进气流。该组件包括限定气流通道的壳体。空气截流阀设于气流通道内，空气截流阀可在打开位置与关闭位置之间移动，该打开位置允许气流流经该气流通道，该关闭位置阻止气流流经该气流通道。靠近空气截流阀安装有固态接近传感器。固态接近传感器被构造为发出朝向与所述截流阀联接的指示器的电磁场。当指示器从正常状态移至脱扣状态时，固态接近传感器检测出电磁场的幅值出现中断，所述正常状态和脱扣状态分别对应于截流阀的打开位置和关闭位置。

根据又一实施例，本发明旨在提供一种用于控制内燃机的进气流的具有一个进气口的空气截流阀系统。空气截流阀系统包括具有气流通道的壳体。空气截流阀系统还包括至少一个设置于气流通道内的截流阀。所述至少一个截流阀可在打开位置与关闭位置之间移动，该打开位置允许进气气流流经该气流通道，该关闭位置阻止进气气流流经该气流通道。至少一个指示器可操作地与所述至少一个截流阀联接。所述至少一个指示器可在正常状态和脱扣状态之间移动，正常状态和脱扣状态分别对应于所述至少一个截流阀的打开位置和关闭位置。此外，空气截流阀系统可包括至少一个固态接近传感器，固态接近传感器被构造为检测指示器何时处于脱扣状态。并且，电子控制模块构造为与所述至少一个固态接近传感器通信。这种电子控制模块被构造为接收与指示器检测有关的第一信号。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的具有显示为处于正常状态的指示器的空气截流阀系统的示意性主视图，

图2示出了根据另一实施例的具有被显示为处于脱扣状态(tripped state)下的图1中的指示器的空气截流阀系统的示意性主视图，

图3示出了根据一个实施例的用于控制内燃机中的空气截流阀的方法的流程图，

图4示出了用于内燃机的空气截流系统的实施例的方框图。

具体实施方式

以下将参照附图对示例性实施例进行详细说明。在任何可能的情况下，所有附图使用相同的附图标记表示同样或类似的部件。

图1示出了根据一个实施例的具有指示器的空气截流阀系统的示意性主视图，其中，指示器被显示为处于正常状态。空气截流阀系统100可包括指示器102、控制杆150、截流阀组件160、致动器170、固态接近传感器(solid-state proximity sensor)104及电子控制模块110。指示器102包括本体134和分裂部(disruptive portion)132。控制杆150包括铰链152、本体130及L形部140。L形部140包括第一边缘部108和第二边缘部109。截流阀组件160包括壳体122、截流阀126、弹簧112、手柄114及轴144。致动器170包括销轴116和销头118。

截流阀126可在打开位置与关闭位置之间移动。截流阀126可被装在壳体122内，壳体122限定了气流通道124。在打开位置，截流阀126与穿过气流通道124的气流平行。在关闭位置(如图2)，截流阀126与穿过气流通道124的气流垂直。截流阀126可为蝶形阀形式。当然，也可使用其他适当的截流阀，例如球形阀。

指示器102可操作地与截流阀126联接。指示器102可经由贯穿指示器102和截流阀126中心位置的轴144联接于截流阀。指示器102可在正常状态和脱扣状态之间移动，正常状态和脱扣状态分别对应于截流阀126的打开位置和关闭位置。指示器102可由例如铁的金属构成。在正常状态下，指示器102被控制杆150通过第一边缘部108保持在适当位置。第一边缘部108与从伸长的本体130突出的突出部配合，弹簧106与该突出部连接。弹簧106提供使控制杆150保持在与指示器102接合的位置的所需的力。更具体的，当指示器102处于正常状态时，控制杆150的第一边缘部108可与指示器102的分裂部132接合。

致动器170与控制杆150连接，以根据从电子控制模块110接收到的信号控制控制杆150的移动。致动器170可为螺线管的形式。致动器170的销轴116经由第二边缘部109连接于L形部140。致动器170的外形可加长，并包括形成在其远端的加大的头部，即销头118。当然，致动器170也可构造为其他多边形，例如圆柱形等。致动器170可起线圈的作用，当电流从中流过时，其起到磁铁的作用。在另一实施例中，致动器170可为机械开关形式，该机械开关由包括金属芯的线圈构成，该机械开关的运动由电流控制。尽管图中未示出，但是致动器170可与电子控制模块110连接，电子控制模块110起到控制器、计算机或微处理器的作用。电子控制模块110检测各种发动机状态，并决定执行适当的动作。在电子控制模块110测定出流向发动机的气流将被切断的情况下，电子控制模块110向致动器170发出信号(例如电流)。这样使得致动器170迅速跳回，由此使整个控制杆150绕其铰链152转动，使弹簧106压缩。这样导致控制杆150的第一边缘部108与指示器102的分裂部132脱离。由此使得指示器102被置于脱扣状态。可以预见的是，分裂部132可被构造为凹槽状或锯齿状等。

至少一个固态接近传感器104可被构造为，检测指示器102何时处于脱扣状态。固态接近传感器104对于指示器的感测范围被设置为小于或等于6厘米。此感测范围无方向性。作为一种固态传感设备，固态接近传感器104具有整体上由晶体管和集成电路构成的电子元件的特点。固态接近传感器104不具有运动部件。固态接近传感器104可根据指示器102的状态检测截流阀是位于打开位置还是关闭位置。固态接近传感器104可被构成，在不产生任何物理接触的情况下感测邻近的物体的存在。固态接近传感器104可发出电磁场或静电场，或发出一束电磁辐射，然后感应该场内的变化或反馈信号。

固态接近传感器104可被构造为感应传感器、电容传感器或光电传感器。当构造为感应传感器时，固态感应接近传感器(solid-stateinductive proximity sensor)可在不与物体接触的情况下，检测到金属物体。例如，当指示器102为金属物体时，固态感应接近传感器会发出电磁场或静电场，或发出一束电磁辐射，接着感测到由于指示器从正常状态向脱扣状态运动而在该场内的变化或反馈信号。由于固态感应接近传感器被构造为包括感应线圈，因此可通过固态感应接近传感器实现这种感测。感应线圈的感应系数根据感应线圈的内部材料变化，由于金属是远远强于其他材料的感应体，因此，指示器102内部采用金属可增大流经感应线圈的电流。固态感应接近传感器还可包括传感电路，其可随后检测感应线圈内的这种变化。只要检测到金属，此检测信息随后就会被报告至电子控制模块。根据其他可选实施例，指示器102可由其他材料制成，例如塑料等。在此情况下，固态接近传感器104可被构造为电容传感器或光电传感器，以检测塑料对象。

在一示例中，当指示器102处于正常状态时，其位于第一位置，当指示器102处于脱扣状态时，其位于第二位置。第一位置和第二位置分别限定出指示器102至固态接近传感器104的不同距离。固态接近传感器104可发出朝向指示器102的电磁场，以测定指示器102的状态。当指示器102在正常状态与脱扣状态之间运动时，电磁场幅值改变。由于指示器在正常状态与脱扣状态之间运动时，固态接近传感器104与指示器102之间的距离发生改变，因此电磁场会发生改变。由于发出的电磁波从与本体134的碰撞转变为与分裂部132的碰撞，因此固态接近传感器104向指示器102发出的电磁波的运动距离改变。这导致当指示器102在正常状态与脱扣状态之间运动时，电磁场幅值改变。同样，当电磁场的幅值有中断时，固态接近传感器104可检测到指示器102处于脱扣状态。

例如，固态接近传感器104可为固态感应接近传感器，其将指示器102作为对象进行监控。固态感应接近传感器会发出交变电磁感测场。当作为对象的指示器102进入该感测场时，在指示器102中会引起涡电流，使得信号幅值减小，触发固态接近传感器104输出的状态改变(例如脱扣状态)。固态接近传感器104可包括构造为检测电磁场中幅值变化的触发电路。根据一个实施例，空气截流阀系统100还可包括与固态接近传感器104电联接的电子控制模块110。这种电子控制模块110可被构造为接收用于表示截流阀是处于打开状态还是关闭状态的第一信号。

图2示出了根据另一实施例的具有图1中的指示器的空气截流阀系统的示意性主视图，其中，指示器处于脱扣状态。通常，在具有双空气入口的发动机中，当触发一个空气截流阀断开时，能够向发动机的电子控制模块发出通知，使得这样的空气截流方式可作为一种额外的预防措施使用。由此使得发动机关闭另一空气截流阀。这样的策略防止发动机在一个或所有空气截流阀断开/关闭的情况下被启动。

例如，如果发动机遭遇这样的问题，例如燃料燃烧问题，需要关闭进气阀，电子控制模块110会接到通知。电子控制模块110随后会向空气截流阀系统100发出信号(例如螺线管外信号)。螺线管外信号是一种电信号。致动器170会接收该螺线管外信号。致动器170可被构造为，当其接收到该螺线管外信号时，致动器170的销轴116收回。因此，当电子控制模块110发出电信号(例如螺线管外信号)指出发动机存在问题，例如进气阀失灵的问题时，这导致致动器170的销轴116被向右拉离。致动器170的拉离力又使得控制杆150被右拉，当本体130推压弹簧106时，使得弹簧106收缩或被压缩。致动器170的拉动力使得控制杆150向右移，并绕铰链152转动。由此，指示器102的分裂部132开始脱离控制杆150的第一边缘部108。当分裂部132从第一边缘部108脱离接合时，弹簧102中的张力使得指示器102逆时针转动。由此将指示器102置于脱扣状态。由于指示器102可操作地与截流阀126联接，且指示器102能够分别对应于截流阀126的打开位置和关闭位置在正常状态与脱扣状态之间运动，所以截流阀126相应地移动到其关闭位置。并且，在指示器处于脱扣位置时，固态接近传感器被构造为，借助于在脱扣状态下分裂部132与固态接近传感器104的距离不同于正常状态下分裂部132与固态接近传感器104的距离，以及发送至指示器102的电磁波的幅值发生改变或中断，从而检测指示器102在距离方面的变化。

因此，固态接近传感器104可检测到指示器102何时处于脱扣状态，接着通知电子控制模块110截流阀相应处于关闭位置。通过这样的机构，发动机能够启动切断进气的紧急截流动作。当然，此机构可应用于其他领域，如控制例如发动机的燃料流。如此，上述检测策略可应用于进行紧急关闭，以切断进入发动机的空气和燃料。

操作人员可手动顺时针或逆时针旋转手柄114，直到控制杆150的第一边缘部108与指示器102的分裂部132再次接合，从而将指示器102重置于其正常状态。当指示器102被重置时，弹簧112的张力也被设置于适当位置，以便于空气截流阀系统的操作。

图3示出了以附图标记300标示的用于控制内燃机的空气截流阀的方法的流程图。该方法从操作步骤302开始。在操作步骤304中，固态接近传感器104监控指示器102，该指示器102可操作地与截流阀126联接。指示器102可在正常状态和脱扣状态之间移动，正常状态和脱扣状态分别对应于截流阀126的打开位置和关闭位置。固态接近传感器104通过发出朝向指示器102的电磁场，并随后对该电磁场的任何变化进行检测来实现这种监控。在操作步骤306中，当指示器移至指示器102的脱扣状态时，在电磁场的幅值出现中断时，固态接近传感器104会检测出。因此，固态接近传感器可基于指示器102的状态感测到空气截流阀是位于打开位置还是关闭位置。在操作步骤308中，固态感应接近传感器104可向电子控制模块110发出表示检测到电磁场幅值被中断的信号。此方法于操作步骤310结束。可以理解的是，这些操作步骤可以任意适当的顺序执行，并可根据需要应用其他监控和检测技术。

图4示出了用于内燃机的空气截流阀系统400的实施例的示意性方框图。空气截流阀系统400包括至少一个进气截流阀，进气截流阀使用至少一个固态接近传感器，以检测与截流阀位置对应的指示器的位置，再将指示器的位置传送至电子控制模块。

空气截流阀系统400可包括第一固态接近传感器402和第二固态接近传感器404。第一固态接近传感器402和第二固态接近传感器404各被构造为分别监控指示器406和指示器408。第一固态接近传感器402可与第二固态接近传感器404串联地电耦合，以产生代表第一指示器406或第二指示器408的检测状态的信号。电子控制模块410可被构造为接收由第一固态接近传感器402或第二固态接近传感器404产生的信号。当第一指示器406或第二指示器408从其正常状态移至脱扣状态时，这些信号通知电子控制模块410，对应的截流阀已从打开位置移至关闭位置。在此情况下，电子控制模块410可向空气截流阀系统100的致动器170发出电信号。当致动器170接收到此信号时，此信号使得致动器170从其位置收回，从而使第一边缘部108从指示器102的分裂部132移开，这随后使得弹簧112将相应的截流阀412、414转动至关闭位置，且相应的指示器406、408置于脱扣状态。

工业实用性

本发明的空气截流系统可设置在需要对空气截流位置进行检测的任意的机器或发动机中。例如，空气截流阀系统可特别应用于这样的产品中，即，需要紧急关闭，以切断进入发动机的空气。以下将对空气截流阀系统的操作进行说明。

固态感应接近传感器402、404为精密传感装置，其提供了对其特点为具有机械触点、移动部并附带磨损特性的机械和电磁开关的缺陷的具有吸引性的替代方式(attractive alternative)。例如，固态接近传感器402、404可完全相对于大多数恶劣的工业环境密封。固态感应接近传感器402、404可免受振动，并阻隔油、有机清洗剂、蒸汽、水及灰尘。对固态接近传感器402、404通常位置和操作的限制实质上被消除，而这种传感器402、404的使用寿命仍不受与机械磨损相关的问题的影响。

固态接近传感器402、404可包括射频(RF)震荡电路，该射频震荡电路可将线圈(coil)与铁氧体磁心、施密特触发电路、固态输出-开关设备合并。该开关设备设备可为DC型晶体管。在AC类型中，开关设备可为闸流晶体管。震荡电路可产生从固态接近传感器402、404的有效面发射出的电磁场。

第一指示器406和第二指示器408可作为固态接近传感器402、404的对象来使用。当第一指示器406和第二指示器408被引入感测磁场时，第一指示器406和第二指示器408可吸收振荡器的能量，这随后使振荡器的振幅发生改变。当感测电磁场中发生改变时会出现涡电流。该涡电流会分别被导入第一指示器406和第二指示器408中，使信号振幅减小。固态接近传感器402、404的触发电路可设计用于检测电磁场振幅的变化。作为响应，触发电路可产生关闭输出级-开关设备的信号。当第一指示器406或第二指示器408中的任一个从其正常状态离开感测磁场时，例如振荡器进行更新，开关重置。

当第一指示器406或第二指示器408脱扣时，相应的固态接近传感器402、404可检测到由于第一指示器406或第二指示器408中任一个的位置改变而导致的电磁场中的变化。由此，第一固态接近传感器402和第二固态接近传感器404中的任一个或者两者会向发动机的电子控制模块410发出信号，以表示相关联的指示器已脱扣。接着，电子控制模块410会向任意一个未受影响的截流阀412、414发出信号以使空气截流阀系统400关闭所有流向发动机的进气流。应注意的是，电子控制模块可被设计为，当第一指示器406、第二指示器408被检测出脱扣时，电子控制模块可以被用于控制流向发动机的燃料流。这样，可将上述检测策略应用于紧急断流动作，以切断进入发动机的空气和燃料，防止当发动机的进气被截流，但燃料仍继续流向发动机，而导致发动机可能出现严重事故。电子控制模块410可执行其他功能，例如，接收来自其他传感器的数据，进行计算，以测定燃料点火时间、喷射量等因素。并且，空气截流阀系统400可设计为，当一个或所有空气截流阀断开时，其可助于防止发动机启动。

此外，由于传感器与被感应物体之间不存在机械部件并且没有物理接触，因此，应用这些固态接近传感器402、404的空气截流阀系统可具有高可靠性及较长的使用寿命。此外，空气截流阀系统400应用其特性在于对水、油、灰尘、非金属颗粒、对象颜色或表面抛光度(surface finish)不敏感，且能够承受高冲击和震动环境的固态接近传感器402、404。另外，可在空气截流阀系统的入口出现问题，或遍布灰尘的情况下应用固态接近传感器402、404。可将固态接近传感器402、404的感应范围调整到非常小的范围(例如小于6厘米)，且无方向性。

然而在此公开的内容还包括多个特别的示例，应当理解的是本发明不限于此。本领域技术人员经过研究附图、说明书和所附权利要求书可构想出各种修改、变化、变形、替换或等同结构，而不脱离本发明的精神和范围的情况下。

Claims (10)

1.一种空气截流阀系统，包括：

截流阀，其能够在打开位置与关闭位置之间移动；

指示器，其可操作地与所述截流阀联接，所述指示器能够在正常状态和脱扣状态之间活动，所述正常状态和脱扣状态分别对应于所述截流阀的打开位置和关闭位置；及

至少一个固态接近传感器，其被构造为，检测何时所述指示器处于脱扣状态。

2.如权利要求1所述的空气截流阀系统，其中，所述固态接近传感器被构造为感应接近传感器、电容传感器或光电传感器中的一种。

3.如权利要求1所述的空气截流阀系统，其中，当所述指示器处于正常状态时，其位于第一位置，当所述指示器处于脱扣状态时，其位于第二位置，所述第一位置和第二位置各限定了一个从所述指示器至所述固态接近传感器的不同距离。

4.如权利要求1所述的空气截流阀系统，其中，所述固态接近传感器发出朝向所述指示器的电磁场，以确定所述指示器的状态。

5.如权利要求4所述的空气截流阀系统，其中，当所述指示器在所述正常状态与脱扣状态之间运动时，所述电磁场的幅值发生改变。

6.如权利要求4所述的空气截流阀系统，其中，当所述电磁场的幅值出现中断时，所述固态接近传感器检测出所述指示器处于脱扣位置。

7.如权利要求1所述的空气截流阀系统，还包括：

与所述固态接近传感器电联接的电子控制模块，所述电子控制模块被构造为，经由所述固态接近传感器接收第一信号，所述第一信号指示所述截流阀是处于打开位置还是关闭位置。

8.一种控制内燃机的空气截流阀的方法，包括

对可操作地与所述截流阀联接的指示器进行监控，所述指示器能够在正常状态和脱扣状态之间活动，所述正常状态和脱扣状态分别对应于所述截流阀的打开位置和关闭位置；

经由至少一个固态接近传感器，检测何时所述指示器运动至所述脱扣状态；以及

向电子控制模块发送信号，所述信号指示检测出电磁场的幅值出现中断。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述固态接近传感器被构造为感应接近传感器、电容传感器或光电传感器中的一种。

10.如权利要求8所述的方法，其中，当由所述固态接近传感器朝向所述指示器发出的电磁场的幅值发生改变时，所述固态接近传感器测定所述指示器的处于脱扣位置。

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