CN103328804B - 具有集成传感器的隔离阀 - Google Patents

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Abstract

一种隔离阀（1），具有电致动电磁阀（32）、具有端口延伸部（14a）的至少一个端口（14）以及联接至所述端口延伸部（14a）的传感器组件（13）。所述传感器组件（13）包括印制电路板（40）、设置在该印制电路板（40）上的集成电路（44）和联接至所述端口延伸部（14a）以测量所述端口延伸部（14a）中的蒸气压力的至少一个压力传感器（18）。在一个实施例中，单个传感器组件（13）可监控两个或多个端口（14，16）处的压力。通过将所述传感器组件（13）集成到所述隔离阀（1）中，该阀（1）具有易于安装到蒸气控制系统内的紧凑组件。

Description

具有集成传感器的隔离阀
相关申请的交叉援引
本申请要求于2010年5月20日提交的美国临时专利申请No.61/346,641的权益，此处以引用方式将该专利文献的全部内容并入。
技术领域
本发明涉及一种包括与阀成一体以测量至少一个阀操作特征的传感器的隔离阀组件。
背景技术
阀应用在众多行业中用以控制液体和/或气体的流动。针对这类控制阀的一种应用出现在具有储存燃料的车辆中，以控制由从车辆燃料系统逸出的燃料蒸气导致的车辆蒸发排放。现代车辆的蒸发排放在许多国家受到严格管制。为了防止燃料蒸气直接排放到大气中，自20世纪70年代起制造的大部分车辆都包括特别设计的蒸发排放系统。此外，近年来车辆制造商开始研发完全密封的发动机燃料供给。
在典型的蒸发排放系统中，从燃料系统排出的蒸气被送至含有活性炭的净化罐。用在这类罐中的活性炭是碳形式——该碳已被处理以使其极多孔疏松，形成可用于吸附燃料蒸气和/或化学反应物的很大表面区域。在某些发动机运行模式期间，在特别设计的控制阀的帮助下，所述燃料蒸气被吸附在所述罐中。随后，在其它发动机运行模式下，并且在额外控制阀的帮助下，新鲜空气被吸入通过罐，将燃料蒸气带入到其中燃烧燃料蒸气的发动机内。
具有较高操作压力的排放系统可能需要专门的隔离阀用以处理较大压力范围。然而，存在对能在高压力下监视和控制蒸气流动同时保持紧凑并易于安装的隔离阀的期望。
发明内容
根据本发明一个实施例的隔离阀包括电致动的电磁阀、具有端口延伸部的至少一个端口和联接至所述端口延伸部的传感器组件。所述传感器组件包括印制电路板、设置在该印制电路板上的集成电路和联接至至少一个端口延伸部以测量所述端口延伸部中的蒸气压力的至少一个压力传感器。
根据本发明另一实施例的隔离阀包括：电致动的电磁阀、压力操纵安全阀、具有第一端口延伸部的燃料箱端口，以及在竖直方向和水平方向中的至少一个方向上与所述燃料箱端口偏移并且具有罐端口延伸部的罐端口。所述隔离阀还具有联接至所述燃料箱端口延伸部和所述罐端口延伸部两者的传感器组件。所述传感器组件包括印制电路板、设置在所述印制电路板上的集成电路、温度传感器、联接至所述燃料箱端口延伸部和/或所述罐端口延伸部以测量蒸气压力的至少一个压力传感器、多个端子、以及形成从所述多个端子到控制器的信号通路的连接件。在这个实施例中，所述传感器组件联接至所述燃料箱端口延伸部和所述罐端口延伸部两者，并且所述燃料箱端口延伸部和所述罐端口延伸部基本上平行于彼此地在它们的相应端口和所述传感器组件之间延伸。所述电磁阀和所述压力操纵安全阀选择性地控制介于所述燃料箱端口和所述罐端口之间的蒸气流动。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的具有集成传感器的阀组件的截面视图；
图2是图1中的阀组件的另一截面视图；
图3是图1中所示的阀组件的分解视图；
图4a是待与图1中的阀组件成一体的传感器组件的一个实施例的透视图；
图4b待与图1中的阀组件成一体的传感器组件的一个实施例的俯视图；
图4c待与图1中的阀组件成一体的传感器组件的一个实施例的侧截面视图。
具体实施方式
图1至3示出根据本发明一个实施例的隔离阀1。隔离阀1包括线圈组件2和阀组件3。阀组件3包括以紧凑方式容纳阀组件3内部部件的阀壳体4，而线圈组件2包括容纳线圈组件2内部部件（包括但不限于均可以由控制器6控制的螺线管12和传感器组件13）的线圈壳体5。在一个实施例中，传感器组件13被热熔（heat-staked）进阀壳体4中并被线圈组件2包覆。然而，其它用于将传感器组件13并入到隔离阀1中的方法可被使用而不脱离本发明的范围。
隔离阀1可以构造用于控制蒸气流。在一个应用中，隔离阀1藉由第一端口14和第二端口16控制介于燃料箱和净化罐之间的蒸气流，但是隔离阀1也可以用在其它应用中。仅用于解释目的，第一端口14此处可以指入口端口或燃料箱端口，第二端口16此处可以指出口端口或罐端口，但是本领域普通技术人员会理解端口14，16可具有不脱离本发明范围的任何功能。另外，阀组件3可以包括多个端口和出口并且仍在本发明保护范围内。
如图1和2所示，燃料箱端口14和罐端口16可在竖直方向和水平方向上彼此偏移。尽管图2示出燃料箱端口14在罐端口16的上方和右方，但是还可以使用其它方位而不脱离本发明范围。这种偏移构型容许燃料箱端口延伸部14a和罐端口延伸部16a靠近彼此设置，使得它们都能触到同一传感器组件13，容许单个组件13通过包含位于相同传感器组件13上的多个压力传感器18监控多个压力（诸如燃料箱压力和罐压力）。应注意：端口14，16及它们对应的延伸部14a，16a可具有任何构造和方位，只要端口14，16都触及传感器组件13即可，并且延伸部14a，16a甚至可以弯曲成各种角度以实现此目的。
传感器组件13本身可以设置在盘20中，所述盘可以形成为阀壳体4的一部分。盘20可以构造成容纳包括连接件端子21a的连接件21，所述连接件端子提供在位于传感器组件13上的端子22（如图4a中所示）和位于阀组件3外部的任何部件之间的电连接。端子21a可以任何已知方式布线（route）并可以包括额外的端子以形成所述电连接。
如图2所示，盘20可以容纳一个或多个密封件，诸如设置在传感器组件13和延伸部14a，16a之间的O形环23以确保紧密密封，该密封将来自端口延伸部14a，16a的蒸气引导至传感器18。本领域普通技术人员会理解可以使用其它密封件而不脱离本发明范围。
图1-3中示出的隔离阀1仅是如何并入该创造型结构的一个可能例子。在于2010年3月30日提交的共同待决的普通转让的美国专利申请No.12/749,924中描述有能并入所述创造型结构的一种可能的隔离阀1，在此通过引用将该申请公开内容全部并入。然而，所述偏移构型以及端口14、16、端口延伸部14a、16a和传感器组件13之间的空间关系能够并入任何其中希望监控多个端口的阀组件。
在一个实施例中，燃料箱端口14连接至燃料箱（未示出），罐端口16连接至净化罐（未示出）。阀壳体4容纳有安全阀28，所述安全阀的多个部件可以藉由任何合适的制造工艺（诸如二次成型）结合成一个单元。安全阀28打开和关闭罐端口16内的排气通道30。在一个实施例中，当燃料箱压力在预定压力值之上即表示所述燃料箱处于过压状况时安全阀28打开以形成自所述燃料箱到所述罐的蒸气通路。
线圈组件2可以包括设置在线圈壳体5内部的螺线管12。螺线管12的通电可以由来自控制器16的控制信号触发。在一个实施例中，电磁阀（solenoid-actuatedvalve）32可以响应于螺线管12的通电和断电打开及关闭。在一个实施例中，电磁阀32可以包括由螺线管12的通电和断电控制的衔铁33。衔铁33可控制通过通道34的流量，并且所述线圈组件内电控的衔铁33和安全阀28的压力控制操作的组合操作引导所述蒸气通路中的蒸气流动，使得所述蒸气能以多种方式流动，包括直接从燃料箱端口14到罐端口16，在通道34之上或之下，通过通道34，和/或通过安全阀28。
更具体地，在一个实施例中，当电磁阀32通电且所述燃料箱压力达到预定水平时，衔铁33缩回并打开通道34以打开蒸气通路且容许蒸气从所述燃料箱流至所述罐。流过电磁阀32和/或安全阀28的蒸气所取的具体蒸气通路将取决于所述燃料箱压力和螺线管12通电状态的组合，该螺线管12的通电状态控制电磁阀32的打开/闭合位置。
在图1至3所示的实施例中，线圈壳体5可以藉由形成在线圈壳体5上的突出部37附接至阀壳体4。
图4a，4b和4c示出待与阀组件3成一体的传感器组件13的一个实施例。组件13可以包括支承一个或多个压力传感器18的印制电路板（PCB）40。PCB40具有与压力传感器18对准的一个或多个孔42，所述压力传感器进而又与燃料箱端口延伸部14a和罐端口延伸部16a对准，以提供介于燃料箱端口14、罐端口16和这些端口所对应的压力传感器18之间的蒸气通路。传感器组件13还可以包括专用集成电路（ASIC）44以接收来自压力传感器18的信号，处理这些信号，并生成输出至处理器（未示出）的输出信号。
在一个实施例中，ASIC44可以放置在PCB40的底面以形成更大的用于压力传感器18的空间。本领域普通技术人员会理解附接至PCB40的部件，包括压力传感器18和ASIC44，能以任何方式构造以构成传感器组件13而不脱离本发明范围。此外，压力传感器18可以设置在覆盖件46的下面。
在一个实施例中，传感器18能以两个范围而不是一个范围测量燃料箱压力以适应在隔离的燃料系统内存在的大操作压力范围。小的压力波动可以用高分辨率测量，而较大的压力波动可以用低分辨率测量。为传感器18选定的具体压力范围和分辨率水平可以基于例如其中使用隔离阀1的特定应用或客户要求。在一个例子中，组件13上的一个传感器18可以测量在从-12kPa到30kPa范围内的压力，而相同组件13上的另一传感器18可以测量在从-4kPa到+4kPa范围内的压力。
ASIC44还可以包括生成反映燃料蒸气温度的信号的温度传感器。在一个实施例中，ASIC44中的温度传感器表明盘20内的温度，其对应于一温度。基于通过ASIC44获得的压力和温度读数，控制器6可判断已知的温度变化是起因于泄漏还是起因于影响燃料蒸发速率的燃料温度变化。在一个实施例中，小范围/高分辨率压力感测、大范围/低分辨率压力感测和温度感测全部藉由上面示出的单个组件13来实施。
例如，如果压力传感器18指示压力下降并且ASIC44内的温度传感器指示温度下降，那么这可以表明所述压力下降起因于减少的燃料蒸发而不是系统泄漏。在一个实施例中，一个压力传感器18在小范围内且以高分辨率测量压力以监控罐压力，另一压力传感器在大范围内且以较低分辨率测量压力以监控燃料箱压力。然而，如果希望则可以使用额外的传感器18和/或不同类型的传感器用以在其它范围内并以其它分辨率测量。此外，单个传感器18可以具有多个范围、多种分辨率和多种功能，消除对多个传感器18的需要。
尽管已经详细描述了用于实施本发明的最佳方式，但是熟悉本发明所涉及领域的技术人员将意识到在所附权利要求的范围内实践本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (17)

1.一种隔离阀(1)，包括：
电磁阀(32)；
至少一个具有端口延伸部(14a，16a)的端口(14，16)；
联接至所述端口延伸部(14a，16a)的传感器组件(13)，其中所述传感器组件(13)包括：
印制电路板(40)，
设置在所述印制电路板(40)上的集成电路(44)，和
至少一个压力传感器(18)，所述至少一个压力传感器附接至所述印制电路板并且联接至至少一个所述端口延伸部(14a，16a)以测量至少一个所述端口延伸部(14a，16a)中的蒸气压力，
其中所述至少一个压力传感器(18)设置在所述印制电路板(40)的第一侧上，所述集成电路(44)设置在所述印制电路板(40)的第二侧上。
2.根据权利要求1所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述至少一个端口(14，16)包括：
具有第一端口延伸部(14a)的第一端口(14)，和
与所述第一端口(14)偏移的第二端口(16)，所述第二端口(16)具有第二端口延伸部(16a)；
其中所述传感器组件(13)联接至所述第一和第二端口延伸部(14a，16a)两者。
3.根据权利要求2所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述至少一个压力传感器(18)是测量所述第一和第二端口延伸部(14a，16a)两者中的蒸气压力的单个压力传感器(18)。
4.根据权利要求2所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述至少一个压力传感器(18)包括测量所述第一端口延伸部(14a)中的蒸气压力的第一压力传感器(18)和测量所述第二端口延伸部(16a)中的蒸气压力的第二压力传感器(18)。
5.根据权利要求2所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述第一端口(14)是燃料箱端口(14)，所述第二端口(16)是罐端口(16)。
6.根据权利要求2所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述第一和第二端口(14，16)在竖直方向和水平方向中的至少一个方向上相对于彼此偏移。
7.根据权利要求6所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述第一端口延伸部(14a)和所述第二端口延伸部(16a)基本上平行于彼此地在它们的相应端口(14，16)和所述传感器组件(13)之间延伸。
8.根据权利要求1所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述至少一个压力传感器(18)在大压力范围内并以低分辨率测量压力，并且也在小压力范围内并以高分辨率测量压力。
9.根据权利要求1所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述至少一个压力传感器(18)包括：
第一传感器(18)，其在大压力范围内并以低分辨率测量压力；和
第二传感器(18)，其在小压力范围内并以高分辨率测量压力。
10.根据权利要求1所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述传感器组件(13)还包括温度传感器(18)。
11.根据权利要求1所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述传感器组件(13)包括多个端子(21a)，且所述隔离阀(1)还包括形成从所述端子(21a)到控制器(6)的信号通路的连接件(21)。
12.根据权利要求1所述的隔离阀(1)，其特征在于，还包括压力操纵安全阀(28)。
13.一种隔离阀(1)，包括：
电磁阀(32)；
压力操纵安全阀(28)；
具有燃料箱端口延伸部(14a)的燃料箱端口(14)；
在竖直方向和水平方向中的至少一个方向上与所述燃料箱端口(14)偏移的罐端口(16)，所述罐端口(16)具有罐端口延伸部(16a)；
联接至所述燃料箱端口延伸部(14a)和所述罐端口延伸部(16a)两者的传感器组件(13)，其中所述传感器组件(13)包括：
印制电路板(40)，
设置在所述印制电路板(40)上的集成电路(44)，
温度传感器(18)，
至少一个压力传感器(18)，其联接至所述燃料箱端口延伸部(14a)和所述罐端口延伸部(16a)中的至少一个以测量蒸气压力，
多个端子(21a)；和
形成从所述多个端子(21a)到控制器(6)的信号通路的连接件(21)，
其中所述传感器组件(13)联接至所述燃料箱端口延伸部(14a)和所述罐端口延伸部(16a)两者，和
其中所述电磁阀(32)和所述压力操纵安全阀(28)选择性地控制所述燃料箱端口(14)和所述罐端口(16)之间的蒸气流动，
其中所述至少一个压力传感器(18)设置在所述印制电路板(40)的第一侧上，所述集成电路(44)设置在所述印制电路板(40)的第二侧上。
14.根据权利要求13所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述至少一个压力传感器(18)是测量所述燃料箱端口延伸部(14a)和所述罐端口延伸部(16a)两者中的蒸气压力的单个压力传感器(18)。
15.根据权利要求13所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述至少一个压力传感器(18)在大压力范围内并以低分辨率测量压力，并且也在小压力范围内并以高分辨率测量压力。
16.根据权利要求13所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述至少一个压力传感器(18)包括测量所述燃料箱端口延伸部(14a)中的蒸气压力的第一压力传感器(18)和测量所述罐端口延伸部(16a)中的蒸气压力的第二压力传感器(18)。
17.根据权利要求16所述的隔离阀(1)，其特征在于，所述至少一个压力传感器(18)包括：
第一压力传感器(18)，其在大压力范围内并以低分辨率测量压力；和
第二压力传感器(18)，其在小压力范围内并以高分辨率测量压力。
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