CN108495987B - 用于内燃机的调节装置 - Google Patents

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Abstract

已知一种用于内燃机的调节装置，其具有流动壳体(10)，在该流动壳体中构造有可通流的通道(12)，该通道具有第一通道区段(32)，第一通道区段具有第一通流横截面，所述通道还具有第二通道区段(34)，在第二通道区段中通流横截面缩小，并且在第二通道区段(34)的下游所述通道还具有第三通道区段(36)，在第三通道区段中，所述通道(12)以缩小的通流横截面延伸，所述调节装置还具有活门体(18)，该活门体可转动地布置在轴(16)上，所述调节装置还具有执行器(24)，所述调节装置还具有位于流动壳体(10)的第一通道区段(32)中的第一压力测量位置(42)和第三通道区段(36)中的第二压力测量位置(44)。为了提高即使在开放的通流横截面较小时质量流的测量精度，按照本发明建议，第二压力测量位置(44)在第三通道区段(36)中、在所述活门体(18)在其转动时经过的轴向区段(50)内布置在所述流动壳体(10)的沿所述壳体壁(14)的周向观察远离所述轴(16)的区域上。

Description

用于内燃机的调节装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的调节装置，其具有流动壳体，在该流动壳体中构造有可通流的通道，该通道由壳体壁限定边界并且具有第一通道区段，第一通道区段具有第一通流横截面，所述通道还具有第二通道区段，在第二通道区段中通流横截面缩小，并且在第二通道区段的下游所述通道还具有第三通道区段，在第三通道区段中，该通道以缩小的通流横截面延伸，所述调节装置还具有活门体，该活门体可转动地布置在轴上并且通过该轴支承在流动壳体中，所述调节装置还具有执行器，所述轴可通过该执行器被操作，所述调节装置还具有流动壳体的第一通道区段中的第一压力测量位置和第三通道区段中的第二压力测量位置。
背景技术
这类活门装置尤其被用在机动车的内燃机中并且在那里例如用于调节输送至气缸中的新鲜空气流或用于调节输送回进气管的废气流以便减少有害物质。
由于为了已知的应用需要根据气体的体积流或质量流调节活门，因此已经设计了不同的调节策略。因此已知通过位置传感器进行调节，应当如此校准该位置传感器，使得活门体或轴的每个位置在相同的环境条件下对应于一种气体流，然而这在运行中会导致不准确的调节，因为不能考虑所有的环境条件。在废气再循环中也已知，根据另外的测量到的发动机特征数据进行调节并且接着再调节废气再循环活门。
尤其为了在发动机的进气区域中使用，也已知，使用按照热膜风速测定技术原理工作的空气质量测量计或者通过压差测量装置确定气体流。
废气领域中的压差测量装置由专利文献US 7 320 220 B1已知，其中，使用文丘里喷嘴，以便借助在喷嘴的收缩部前方和喷嘴的最窄横截面中进行测量的压差传感器确定废气质量流并且利用这样算出的值控制布置在文丘里喷嘴下游的废气再循环活门。以此方式缩短了反应时间并且在多数运行状态中实现了足够的测量和调节值。然而，当希望的废气量较小或废气再循环阀的开口横截面较小时，这种测量装置是有问题的。在这些运行状态中，在文丘里喷嘴的区域中的速度如此小以至于测量错误相对于实际输送的废气量的百分比明显增大。
此外，由专利文献DE 10 2006 001 032 A1已知一种位于布置在空气通道中的节气活门的区域中的体积流测量装置，其中，活门体上游的压力测量位置与布置在通道的在活门体转动时经过的轴向区段中的压力测量位置之间的压差被测量。然而已经表明，尤其当活门体的开放角度较小时，在下游的压力测量位置的区域中出现湍流，该湍流会导致妨碍准确测量的压力波动。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种调节装置，用该调节装置能够在所有运行状态中、尤其当废气流较小时也能精确地确定存在的废气质量流，以便根据废气质量流调节活门的位置，其中，应当满足密封性要求并且获得调节装置的尽可能高的紧凑度。相应地也可以完全省去位置传感器。
所述技术问题通过根据本发明的调节装置解决，即一种用于内燃机的调节装置，具有
流动壳体，在该流动壳体中构造有可通流的通道，该通道由壳体壁限定边界并且具有第一通道区段，第一通道区段具有第一通流横截面，所述通道还具有第二通道区段，在第二通道区段中通流横截面缩小，并且在第二通道区段的下游所述通道还具有第三通道区段，在第三通道区段中，所述通道以缩小的通流横截面延伸；
活门体，该活门体可转动地布置在轴上并且通过所述轴支承在所述流动壳体中；
执行器，所述轴可通过该执行器被操作；和
在所述流动壳体的第一通道区段中的第一压力测量位置和在第三通道区段中的第二压力测量位置，
其中，
第二压力测量位置在第三通道区段中、在所述活门体在其转动时经过的轴向区段内布置在所述流动壳体的沿所述壳体壁的周向观察远离所述轴的区域上，其中，在第二压力测量位置的下游紧邻地有所述活门体的止挡点布置在所述流动壳体上，其中，当活门体转动离开关闭所述通道的位置时，活门体远离第二压力测量位置。
第二压力测量位置在第三通道区段中、在所述活门体在其转动时经过的轴向区段内布置在所述流动壳体的沿所述壳体壁的周向观察远离所述轴的区域上，由此即使气体流较小也能实现质量流的精确测量，因为可供流动使用的横截面较小并且因此在所述区段中存在较高的流动速度。即使当活门几乎关闭时压力测量位置也始终布置在被通流的区域中，在被通流的区域中存在相对较少的由流动阻力引起的漩涡。通道的轴向区段可以理解为活门体的枢转区段，该轴向区段的相对于通道轴线的横截面在活门的任何位置中都被活门区段接触。沿壳体壁的周向远离轴的区域是壳体壁的当活门居中支承时相对于轴心线以90°偏置地布置的区域。在此，第三通道区段可以或者以恒定的横截面继续延伸或者必要时再次扩宽。用这种装置在整个活门调节角度上获得压力测量位置上的非常准确的测量值，这些测量值可以被直接用于调节调节装置的执行器。
优选地，在第二压力测量位置的下游紧邻地有所述活门体的止挡点布置在所述流动壳体上，其中，当活门体转动离开关闭所述通道的位置时，活门体远离第二压力测量位置。这对于居中支承的活门意味着，压力测量位置布置在顺着流动方向被转动后的活门体的侧向，并且压力测量位置相对于轴的支承部以大约90°偏置地构造在壳体壁上。通过这样的构造，即使活门开口较小，压力测量位置也处于最大程度通流的区域中、更准确地说在变窄的横截面中、但在由于活门体产生漩涡之前。取而代之地在所述区域中形成高速的定向流动，由此可以非常精确地进行压力测量。由此减少了测量错误并且确保在较长时间段上在活门的整个调节范围内的可靠压力测量。
在优选的实施方式中，所述压力测量位置构造为所述壳体中的开口，所述开口与至少一个压力传感器流体地连通。通过所述开口可以将压力简单地传导至壳体中或者直接传导至两个单独的或一个压差传感器。
相应地有利的是，在所述流动壳体的开口中布置有两个压力传感器。这点简化了安装。也可以简单地建立开口的无泄漏的封闭。
备选地有利的是，所述至少一个压力传感器是压差传感器，这能够实现仅用一个构件测量和计算质量流。
在特别优选的实施方式中，所述执行器的电子控制设备与所述至少一个压力传感器电气地耦连。相应地可以直接根据至少一个压力传感器的测量值对执行器和以此对活门进行控制，由此可以例如完全舍弃执行器上的附加的位置传感器，因为可以通过希望的待输送气体量进行直接反馈。
此外有利的是，用于由所述至少一个压力传感器的测量值计算气体流的评估单元与所述至少一个压力传感器和所述执行器的电子控制设备电气地耦连。用这种装置可以首先由压力测量值和必要时其它附加的测量值、例如温度确定精确的质量流，该质量流随后作为实际值在调节阀门时提供给执行器，以便与额定值进行比较。因此，直接根据对发动机控制而言重要的质量流作为控制参数进行调节。
因此，对所述执行器的控制有利地根据所述至少一个压力传感器的测量值进行。
在固定在所述流动壳体上或与该流动壳体一体制造的执行器壳体中布置有所述执行器的电子控制设备和所述至少一个压力传感器，由此产生特别简单的安装，通过这样的安装也能够实现整个调节装置的预装配。这意味着，整个电子设备布置在共同的壳体中，并且多个单元可以直接相互耦连，或者可以被构造在共同的电路板上。
为了在质量流的持续计算中获得更好的结果，在所述流动壳体上构造有温度测量位置。
相应地有利的是，所述温度测量位置的温度传感器与所述评估单元电气地连接，从而所述温度传感器的测量值可以直接使用并且用于计算质量流。
在为此进一步的实施方式中，对所述执行器的控制根据所述至少一个压力传感器和所述温度传感器的测量值进行，以此能够实现非常精确的质量流计算。
为此，所述温度测量位置构造为所述流动壳体上的开口，该开口与所述温度传感器流体地连通。该开口可以是已用于压力测量的开口中的一个开口，或者是附加的第三开口。可得出非常准确和直接的温度测量。
在该实施方式中特别有利的是，所述温度传感器同样布置在所述执行器壳体中。如此可以省去附加的壳体并且明显易于与评估单元连接。
备选地，所述温度传感器可以固定在所述流动壳体的开口中。如此能够以简单的方式建立相对于所述通道的密封的封闭，并且能够提高测量精度，因为是直接在气体流中测量。
在本发明的优选的设计方案中，所述流动壳体与所述执行器、所述执行器壳体和具有轴的活门体构成预装配的结构单元，由此可以将整个模块安装或者更换或补装在内燃机的其余部分上。如此，由于明显改善的可接近性显著简化了安装。
由此实现了一种调节装置，该调节装置为待确定的质量流或体积流提供准确的测量值，并且同时结构较小并且紧凑并且可预装配。与已知的实施方式相比减小了部件数量和需要的安装步骤。可以完全借助压力传感器的测量结果对活门进行调节，而不需要使用附加的传感器。这能够实现直接、更快速并且更精确地对发动机控制设备要求的质量流进行调节。
附图说明
按照本发明的调节装置的实施例在附图中示出并且以下说明该实施例。
图1示出按照本发明的调节装置的剖面侧视图。
图2从与图1相反的一侧示出图1中的按照本发明的调节装置的立体图。
具体实施方式
按照本发明的调节装置由流动壳体10构成，在流动壳体10中构造有可被气体通流的通道12，通道12由流动壳体10的环绕在周围的壳体壁14限定边界。在通道12的径向相对置的两侧上在流动壳体10中构造有两个支承位置15，轴16可转动地支承在支承位置15中。在轴16上固定有活门体18，借助活门体18通过通道12中的轴16的转动可以调节气体的质量流或体积流，其中，轴16将活门体18分为第一活门半体20和第二活门半体22。
为了产生转动，轴16的从流动壳体10中伸出的端部例如通过杠杆系统23与执行器24连接，执行器24由电动机26和必要时后置的传动机构构成，电动机26和传动机构与执行器24的电子控制设备28一同布置在执行器壳体30中。
通道12具有三个沿轴向依次布置的通道区段32、34、36，其中，第一通道区段32具有最大的直径或者说最大的通流横截面。在第一通道区段32上接有第二通道区段，第二通道区段构造为收缩部，从而在第二通道区段的延伸中通流横截面连续缩小、更确切地说缩小至最小直径。从该最小直径开始通道12以该被减小的直径以第三通道区段36延伸，在第三通道区段36中布置有活门体18的轴16的支承部。
在通道12中构造有两个开口38、40，开口38、40用作压力测量位置42、44。第一开口38位于第一通道区段32中，而第二开口40构造在第三通道区段36中并且因此位于所述收缩部后方。沿壳体壁14的周向观察，两个开口38、40位于相同高度上、即沿轴向依次布置、更确切地说相对于轴16的支承位置从两侧都以90°偏置，并且因此沿周向观察位于流动壳体10的远离轴16的区域46中。
在图1中示出的位置中，活门体18位于其封闭第三通道区段36的通流横截面的位置中。在该位置中，沿流动方向观察，活门体18在第二开口40的下游紧邻地贴靠在壳体壁14上的止挡点48上。当通流横截面开放时，指向开口40的活门半体20沿流动方向并且因此朝其远离开口40的方向被转动，而另一活门半体22朝向来流、即向上游被转动。因此，第二开口40始终位于最大被通流的区域中，从而即使活门体18的开放角度非常小也能测量压力测量位置44上的压力变化，因为压力测量位置40布置在这样的区域中，在该区域中，当活门体18的开口较小时用于待调节的气体的通流横截面被开放并且因此产生可测量的流动。为此需要，第二压力测量位置44位于第三通道区段36中活门体18的枢转区段50、即当活门体18转动时活门体18经过的轴向区段内，更确切地说位于活门体18的远离轴16的端部的止挡点48的上游，因为在该位置中一直产生具有较少漩涡的定向流动，也就是说这样的流动不依赖于活门体18的位置。
附加地，在第一通道区段32中构造有第三开口52，第三开口52用作温度测量位置54并且在本实施例中构造为相对于第一开口38以90°偏置。在该开口52上固定有温度传感器56，温度传感器56通过通至执行器壳体30的管路57与同样布置在执行器壳体30内的评估单元58电气连接，评估单元58在执行器壳体30内部与执行器24的电子控制设备28电气连接。
密封的管路59、61分别从第一开口38和第二开口40通至压力传感器60，压力传感器60设计为压差传感器或两个单独的压力传感器62、64，这两个压力传感器62、64与压差传感器60一样固定在执行器壳体30上并且布置在执行器壳体30中。这些传感器如此连接到两个管路59、61上，使得第一压力测量位置42与第二压力测量位置44之间的压差或者被直接测量或者被算出。当然，压力传感器也可以直接布置在开口38、40处，使得仅有通至执行器壳体30的电气的管路。设计为压差传感器的压力传感器60或两个压力传感器62、64在执行器壳体30内部通过电气的管路与温度传感器56一样与评估单元58连接，评估单元58又通过插头66与内燃机的发动机控制设备耦连，通过插头66也为执行器24供电。
压差传感器60或压力传感器62、64和温度传感器56的测量值直接被用于控制和调节活门体18，方式是在评估单元58中由压差传感器60和温度传感器56的数据计算质量流，将计算的质量流与质量流的从发动机控制设备传输来的额定值进行比较。根据存在的差值，随后基于接着在电子控制设备28中产生的调节信号通过执行器24转动活门体18，以便或者进一步节制质量流或者开放额外的通流横截面。通过持续地传递和计算实际的质量流，可以将活门体18非常快速地转动至额定值与计算出的实际值相一致的位置中，而不必为此使用执行器24上的位置信号。
基于测量位置42、44、54在通道12中的布置方式，即使通流横截面较小也能通过传感器60、62、64、56可靠地测量产生的流动。
所述调节装置可靠地提供非常精确的测量结果，这些测量结果可以被用于在最短时间内调节执行器，从而实现非常快速并且直接的调节。即使气体流、例如空气流或废气流较小也能实现测量值的和因此调节的高精度，因为即使开口横截面非常小，在第二压力测量位置的区域中也存在可测量并且整流的不会混有湍流的流动。整个调节装置可以被预装配。电子设备向外的唯一接口是执行器的插头，从而能够实现较高的密封度并且可以显著简化安装，因为用于驱动活门和用于质量流测量的构件都集成在共同的壳体中。
显然，与所述实施例相比，可以在本发明的保护范围内进行各种修改。如此可以取代压差传感器用两个单独的压力传感器工作，或者将评估单元集成在发动机控制设备中。同样地，可以在执行器壳体中为评估单元和电子控制设备使用一个或两个电路板。需要的连接管路可以一同浇注或单独敷设在壳体部件之一中。例如第一开口也可以同时用作第一压力测量位置和温度测量位置，从而可以省去一个开口。这种调节装置尤其也可以设计为双流式，其中，在双流中的每个流动中都含有用于以需要的形式确定质量流的压力传感器。当然同样可以考虑其它结构上的改变、例如布置在活门下游的用于使流动整流和使流动均匀分布的装置，例如可以通过在通道中相应布置的肋条建立流动的均匀分布，并且尤其当活门的开放角度较小时流动的均匀分布起作用。可以考虑作为废气调节活门、空气调节活门或气体混合物调节活门的应用。

Claims (15)

1.一种用于内燃机的调节装置，具有
流动壳体(10)，在该流动壳体(10)中构造有可通流的通道(12)，该通道(12)由壳体壁(14)限定边界并且具有第一通道区段(32)，第一通道区段(32)具有第一通流横截面，所述通道(12)还具有第二通道区段(34)，在第二通道区段(34)中通流横截面缩小，并且在第二通道区段(34)的下游所述通道(12)还具有第三通道区段(36)，在第三通道区段(36)中，所述通道(12)以缩小的通流横截面延伸；
活门体(18)，该活门体(18)可转动地布置在轴(16)上并且通过所述轴(16)支承在所述流动壳体(10)中；
执行器(24)，所述轴(16)可通过该执行器(24)被操作；和
在所述流动壳体(10)的第一通道区段(32)中的第一压力测量位置(42)和在第三通道区段(36)中的第二压力测量位置(44)，
其特征在于，
第二压力测量位置(44)在第三通道区段(36)中、在所述活门体(18)在其转动时经过的轴向区段(50)内布置在所述流动壳体(10)的沿所述壳体壁(14)的周向观察远离所述轴(16)的区域上，其中，在第二压力测量位置(44)的下游紧邻地有所述活门体(18)的止挡点(48)布置在所述流动壳体(10)上，其中，当活门体(18)转动离开关闭所述通道(12)的位置时，活门体(18)远离第二压力测量位置(44)。
2.按照权利要求1所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
所述压力测量位置(42、44)构造为所述流动壳体(10)中的开口(38、40)，所述开口(38、40)与至少一个压力传感器(60；62、64)流体地连通。
3.按照权利要求2所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
在所述流动壳体(10)的开口(38、40)中布置有两个压力传感器(62、64)。
4.按照权利要求2或3所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
所述至少一个压力传感器是压差传感器(60)。
5.按照权利要求2或3所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
所述执行器(24)的电子控制设备(28)与所述至少一个压力传感器(60；62、64)电气地耦连。
6.按照权利要求5所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
用于由所述至少一个压力传感器(60；62、64)的测量值计算气体流的评估单元(58)与所述至少一个压力传感器(60；62、64)和所述执行器(24)的电子控制设备(28)电气地耦连。
7.按照权利要求2或3所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
对所述执行器(24)的控制根据所述至少一个压力传感器(60；62、64)的测量值进行。
8.按照权利要求6所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
在固定在所述流动壳体(10)上或与该流动壳体(10)一体制造的执行器壳体(30)中布置有所述执行器(24)的电子控制设备(28)和所述至少一个压力传感器(60；62、64)。
9.按照权利要求8所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
在所述流动壳体(10)上构造有温度测量位置(54)。
10.按照权利要求9所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
所述温度测量位置(54)的温度传感器(56)与所述评估单元(58)电气地连接。
11.按照权利要求10所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
对所述执行器(24)的控制根据所述至少一个压力传感器(60；62、64)和所述温度传感器(56)的测量值进行。
12.按照权利要求10或11所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
所述温度测量位置(54)构造为所述流动壳体(10)上的开口(52)，该开口(52)与所述温度传感器(56)流体地连通。
13.按照权利要求10或11所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
所述温度传感器(56)布置在所述执行器壳体(30)中。
14.按照权利要求12所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
所述温度传感器(56)固定在所述流动壳体(10)上的开口(52)中。
15.按照权利要求8所述的用于内燃机的调节装置，
其特征在于，
所述流动壳体(10)与所述执行器(24)、所述执行器壳体(30)和具有轴(16)的活门体(18)构成预装配的结构单元。
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