CN108700451B - 检测液体贮存器中液体水平的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于连接和断开两个流体端口(21、22)的阀(10)，其包括阀构件(30)，阀构件可在打开位置和第一关闭位置之间移动，在打开位置中，端口(21、22)流体连通，在第一关闭位置中，第一和第二端口(21、22)之间不流体连通，如果阀构件(30)可以移动到第二关闭位置，这可以用来改变被限制在于阀(10)连接的贮存器(5)中的气体(6)的体积，在该第二关闭位置中，阀保持关闭，并且与贮存器(5)流体连通的腔室(23)的体积改变。

Description

检测液体贮存器中液体水平的方法和设备

技术领域

本发明涉及响应于贮存器体积的变化来确定贮存器内的气体压力从而能够确定贮存器内的气体体积的方法。如果先验地知道贮存器体积，则可以计算贮存器内的不可压缩液体的体积。

背景技术

检测贮存器中的流体水平有很多应用。在安全运行燃烧发动机中从贮存器中抽取燃料尤其重要。已经报道了用于检测流体水平的多种变型形式，例如测量浮子量规的浮子水平、电容流体水平检测(例如EP2759812、DE102004047413A1)、微波液位检测(US8,763,453B2、US7,843,199B2)、基于传播时间测量的超声波水平检测(例如US7,010,974B2)。所有这些方法都对贮存器在空间中的取向变化和/或贮存器内液体的晃动(这通常是由于贮存器的加速而引起的)敏感。

DE2953903建议通过改变燃料贮存器的体积来间接测量燃料贮存器的填充水平，并测量由此产生的贮存器内压力的变化。在US7,347,089B1、DE3540768C1、DE4339933A1或DE897331中提出了类似的方法。这种方法基于这样的事实，即贮存器中的燃料基本上是不可压缩的液体(这里简称为“液体”)并且“空的”空间被可压缩气体(这里简称为“气体”)占据，该可压缩气体通常是空气，体积为V_g。气体符合Boyle-Mariott定律(p·V_g＝c；p表示压力，V为体积，c在测量过程中被假定为常数。因此，压力p(V_g)对体积变化的响应

是双射函数，因此，如果可以测量响应于体积

的特定变化的压力

变化，则可以确定贮存器内的气体体积

如果贮存器的总体积V_r先验地已知(即通常通过设计)，则可以计算贮存器内不可压缩液体的体积V_l并因此可以计算贮存器的填充水平(V_l＝V_r-V_g)。仅仅为了完整性，注意到

因为在测量期间液体体积V_l应该至少基本上恒定(和/或至少已知)。至少基本上恒定仅意味着在测量期间气体体积

的变化远大于液体体积V_l变化或数学上

在测量之间，液体可以以任何流速从贮存器抽取或以任何流速重新填充到贮存器。

尽管这种方法已知多年并且具有与贮存器的取向或由于贮存器的加速而导致的液体晃动无关的优点，但是没有商业上可获得的实施方案。简单地，一个缺点是可靠地提供明确限定的体积变化的成本。另一个问题是，随着液体填充水平的降低，气体体积V_g增加，因此压力变化

减小。因此，测量变得越来越不准确，贮存器变得越来越空，即处于对填充水平的了解变得越来越重要的情况下。

发明内容

本发明要解决的问题是响应于贮存器体积的变化精确地确定压力变化，从而增强液体贮存器的填充水平检测，其中在抽吸或重新填充液体时液体与气体交换。

独立权利要求中描述了该问题的解决方案。从属权利要求涉及本发明的改进。

简而言之，本发明提供了一种可能性，具体通过使用改进的阀来优选地周期性地改变贮存器的体积。体积的周期性改变提供了压力的周期性响应。通过将关于气体体积的时间调制的信息(V_g(t)，t表示时间)包括在压力响应信号(t)的信号处理中，可以将压力响应信号与噪声信号区分开来，也就是说，即使压力响应信号只是噪声的数量级并且可以说是“隐藏在噪声中”，该压力响应信号也可以被检索到。如下面将变得明显的，体积的改变不一定需要周期性地进行，但是该实施例是特别有益的。

用于改变液体贮存器的体积的设备至少包括阀。该阀至少具有第一端口和第二端口，第一端口与液体贮存器流体连通。第二端口可以例如与另一个贮存器、通风口、燃烧发动机的歧管或类似物连接。该阀具有导管，用于实现第一和第二端口之间的液体连通。可以控制液体连通，即可以通过移动(例如移位或旋转)阀构件来打开或关闭阀。阀构件具有打开位置，在该打开位置中，第一端口和第二端口通过所述导管流体连通。阀构件还具有第一关闭位置，在该第一关闭位置中，第一端口和第二端口之间的流体连通被阀构件阻挡。此外，阀构件可移动到至少第二关闭位置，在该第二关闭位置中，第一端口和第二端口之间的流体连通优选地也被阀构件保持关闭(即阻挡)。在第一和第二关闭位置之间移动阀构件或其一部分改变了与第一端口并因此与贮存器流体连通的腔室的体积。换句话说，通过简单地将阀构件从第一关闭位置到第二关闭位置前后移动，可以反复地改变贮存器内的可压缩气体的体积，并且可以使用可用的压力传感器测量相应的压力响应。很明显，在此运动过程中，阀保持关闭。简而言之，阀构件或其一部分限制例如通过第一端口与贮存器流体连通的腔室。因此，阀构件的移动改变了腔室体积并因此改变了贮存器的有效体积。因此，当阀构件或其至少一部分在从其第一关闭位置移动到其第二关闭位置时而突出的时候，第一端口优选地与腔室流体连通，阀构件突出到该腔室中。

通常，阀构件和/或其可移动部分可以由驱动器(即致动器)操作，该驱动器例如为螺线管驱动器、旋转驱动器或类似物。

简而言之，阀具有可移动地支撑在例如阀壳体中的阀构件，从而使其打开或关闭阀的运动具有至少两个关闭位置。通过将阀构件或其至少一部分从这两个关闭位置中的一个反复移动到另一个关闭位置，可以反复地改变腔室的体积并因此改变贮存器的体积。因此，在这两个关闭位置之间反复地移动阀构件使得能够例如周期性地改变体积V_g(t)并因此改变贮存器内可压缩气体的压力p(t)，该压力为时间t的函数。

压力传感器可以集成在设备中，从而降低制造成本和安装成本。例如，该设备可以包括传感器，所述传感器测量信号，该信号表示克服贮存器中的压力使阀构件从第一关闭位置移动到第二关闭位置和/或从第二关闭位置移动到第一关闭位置所需的力F。由于阀构件的表面A暴露于贮存器中的压力p(t)通过设计是已知的，因此可以使用

简单地计算压力。在特别优选的示例中，表示力F的信号是电压和/或电流，其被馈送到驱动器中，用于使阀构件在第一和第二关闭位置之间移动。

在优选的应用中，贮存器是燃烧发动机的燃料箱。阀可以是例如燃料箱隔离阀(通常是FTIV)，用于控制贮存器和环境之间的流体连通(通常通过过滤器，例如活性炭过滤器，如活性炭罐)，或者可以是燃料箱排气阀，用于控制贮存器和发动机进气口(例如发动机的进气歧管)之间的流体连通。像这样的阀已经成为现代燃烧发动机动力设备的标准，例如汽车、活塞式飞行器、摩托车、发电站。因此，通过简单地更换现有技术的阀，可以容易地确定燃料贮存器的填充水平。如果使用单独的体积调制单元，则不存在额外的电源电缆的额外成本或需要的其它安装成本。此外，根据本发明的阀的成本(如果有的话)仅略高于现有技术阀的成本。在任何情况下，额外的成本都显著低于现有技术的体积调制器。在进一步优选的应用中，贮存器是还原剂贮存器，用于向废气提供还原剂以用于废气的脱氮。典型的还原剂是选择性催化还原氮氧化物所需的无水氨、氨水或尿素水溶液。这样的液体通常被称为例如

(欧洲)或柴油排放流体，简称为DEF(美国)。

例如，导管可以包括阀座，并且阀构件在其第一和第二关闭位置关闭阀座，并且当在其打开位置中移动时打开阀座。弹性衬垫可将阀座密封在关闭位置。换句话说，弹性衬垫定位在阀构件的衬垫面向衬垫的接触表面和阀座之间。阀构件将衬垫压在阀座上。通过将阀构件从第一关闭位置移位到第二关闭位置，弹性衬垫被压缩。如果阀构件定位在第一端口和阀座之间，则压缩衬垫增加了与第一端口流体连通的腔室的体积，从而降低了腔室中的压力，从而降低了气体体积。当阀构件从第二关闭位置移动到第一关闭位置时，衬垫膨胀，因此腔室的体积减小。因此，腔室中的压力以及因此在贮存器中的压力增大。如果阀构件位于另一侧，即位于第二端口和阀座之间，则压缩衬垫导致与第一端口流体连通的腔室(从而贮存器并且从而基本上贮存器)的体积减小。因此，贮存器中的压力增大。将阀构件移回其第一关闭位置，衬垫膨胀；因此，气体体积增大并且压力降低。在该示例中，为简单起见，我们仅假设阀构件不会突出穿过阀座，但当然是可以的。在这种情况下，必须考虑用于接触衬垫的面向衬垫的接触表面的位置，而不是整个阀构件。

在另一个例子中，阀构件包括导管的至少一部分。如果阀构件处于其打开位置，则导管至少具有位于第一端口前面的第一开口和位于第二端口前面的第二开口，从而提供所述流体连通。当然，导管开口不需要直接位于相应端口的前面，但是端口应该与导管的开口液体连通并因此彼此液体连通。如上所述，当阀构件从其第一关闭位置移动到其第二关闭位置时，第一端口优选地与腔室流体连通，阀构件突出到腔室中。当阀构件从其打开位置移动到其第一关闭位置和/或第二关闭位置时，腔室的边界关闭导管的第一开口和/或第二开口中的至少一个。例如，阀构件可以是或类似于活塞，可移动地支撑在气缸中。导管可以例如垂直地(但当然也可以倾斜地)延伸穿过活塞。第一和第二端口可以由气缸壁中的通孔提供。如果阀构件处于其打开位置，则通孔定位成通过导管连接。如果阀构件前进或缩回(即在气缸中轴向移动)和/或旋转，则通孔被活塞关闭。气缸提供由活塞包围的腔室。所述腔室例如通过管或任何其它种类的导管连接到第一端口。因此，前进(或缩回)阀构件(简而言之，任何轴向运动)改变了腔室的体积并因此改变了气体的体积。压力响应可以通过任何压力传感装置检测到，因此可以确定气体体积V_g。总之，腔室的体积可以增大或减小。例如，通过振动阀构件可以使体积振荡。因此相应的压力相应地振荡。

在另一示例中，阀包括与第一端口流体连通的腔室。阀构件被可旋转地支撑，并且包括用于连接所述第一和第二端口的导管。通过旋转阀构件，将环段插入所述腔室中，从而关闭第二端口。阀构件的进一步旋转减小了腔室的体积，因此能够压缩腔室中的气体并因此压缩贮存器中的气体。如上所述，可以检测压力响应。

上述阀能够根据任意但众所周知的信号S(t)重复压缩和解压缩被限制在贮存器中的气体，其中S(t)表示相对于参考体积V₀的体积变化的测量值，为时间的函数(在最简单的情况下为V_g(t)＝V₀+ΔV·S(t))。该信号随后称为初始信号S(t)或参考信号S(t)。初始信号S(t)可以是周期性的，但不一定是周期性的，但在测量期间不是恒定的。因此，用于确定被限制在贮存器中的气体的压力响应p(t)的方法包括作为时间的函数重复地减小和增加气体体积V_g(t)。例如，可以周期性地更改气体体积，例如：V_g(t)＝V₀+ΔV·sin(ωt)(即在本例中为S(t)＝sin(ωt)，其中ω是角频率，t是时间)。

由此根据初始信号S(t)压缩和/或解压缩气体。在根据初始信号S(t)改变气体体积期间，测量表示贮存器内压力的压力信号p(t)，其为时间t的函数。例如，压力信号p(t)可以是例如在可选的放大之后由压力传感器提供的信号。该压力信号p(t)被解调(例如使用初始信号S(t)作为参考信号)，从而获得解调压力信号p_d(t)。具体地，如果初始信号是周期性的，则先前检测到的压力信号p(t-τ)也可以用于解调压力信号。通常，τ表示时移。随后，解调信号可以经过低通和/或带通滤波器，从而消除了剩余噪声。这样获得的压力信号p_d(t)可用于确定

并因此确定V_g。

由于信号S(t)和压力信号p(t)的相关性，可以高精度地检测远低于噪声水平(i.d.信噪水平低至1至1e6)的压力变化。换句话说，与现有技术相比，压力振幅可以显著地更小。为了产生这些低振幅的体积变化，上述阀就足够了，而根据现有技术，需要大得多的体积调制(当然，如果如上所述改变体积，则仍然可以使用)。换句话说，贮存器体积优选地与上面解释的阀的第一端口流体连通。通过改变阀构件在至少两个所述闭合位置之间的位置，可以根据初始信号S(t)重复改变体积。

优选地，初始信号S(t)是周期函数。在简单的优选实施例中是S(t)＝V₀·sin(ω(t+δt))，其中ω表示角频率，δt表示时移。更一般地，初始信号可以表示为

其中i是整数下标。α_i,β_i,ω_i和δt_i是常量。

优选地，压力信号p(t)在其解调之前被放大，从而简化压力信号p(t)的处理。

解调步骤可以优选地包括将初始信号S(t)与压力信号p(t)相乘，从而获得解调的压力信号。乘法可以是数字的(即是数值的)，也可以是模拟混合器。在优选实施例中，初始信号S(t)可以是方波信号，并且解调可以包括压力信号p(t)的同步放大和随后的积分，从而基本上消除信号中的噪声。

乘积压力信号p_m(t)的积分消除了响应信号中的噪声，因为噪声信号上的积分消失了。

要确定

的估算值，有必要对p(t)进行两次测量，但采用不同的体积变化ΔV₁和ΔV₂。通过简单地计算

即可获得

的估算值，其中p_d,1,p_d,2是分别对应于ΔV₁和ΔV₂的解调压力信号。

在另一个例子中，参考信号S(t)的角频率是变化的。观察解调压力信号的频率依赖性使得能够确定体积调制的共振频率，即压力响应的绝对值显示最大值的频率。该共振频率也能够确定贮存器内的气体体积，例如使用查找表。

在上文中，已经假设没有必要明确地解释阀构件的运动并且因此阀构件的位置可以并且实际上将被电气地控制，例如通过操作驱动器的(微)控制器可操作地连接到阀构件，以根据控制器的命令移动阀构件。

此外，压力和力是矢量，但为了简单起见，它们被视为标量。

对于本领域技术人员明显并且仅为了完整性而提及的是，在改变体积以测量压力的响应时应关闭贮存器。至少，与体积变化相比，泄漏应该较少，或者换句话说，在测量期间，贮存器中的气体和液体的质量应该保持至少几乎恒定。此外，该方法不仅能够确定贮存器的填充水平，而且还能够通过简单地将第一端口连接到贮存器并如上所述地操作设备来确定“空的”封闭贮存器的体积。“空的”意味着在贮存器内只有可压缩流体。这里的连接意味着能够在贮存器和第一端口之间进行流体连通。

附图说明

在下文中，将参考附图的实施例，在不限制本发明的总体发明构思的情况下，通过示例描述本发明。

图1a至1c示出了第一阀，

图2a至2c示出了第二阀，

图3a至3c示出了第三阀，

图4a至4c示出了方法的示例，

图5示出了控制回路图，以及

图6示出了图5中的控制回路图的应用。

具体实施方式

图1示出了具有阀壳体12的阀10，该阀壳体具有第一端口21和第二端口22。至少一个端口可以连接到贮存器5。随后我们假设第一端口21连接到贮存器5，如虚线5所示。贮存器5未按比例绘制，实际上其体积V_r远大于由阀封闭的体积。不可压缩液体7可占据贮存器5内的体积V_l。剩余的体积V_g填充有可压缩气体6。如果阀10打开，如图1a所示，贮存器5与第二端口22流体连通。贮存器5可以具有另外的开口，如第二阀8所示。

阀10具有阀座20，阀座具有开口24，该开口提供具有纵向轴线25的导管。阀构件30可移动地支撑在壳体内，使得能够沿纵向轴线25或至少基本上平行于纵向轴线25移动。阀构件30具有阀座面向侧32，该阀座面向侧支撑弹性衬垫35。平移(即阀构件30的运动)使得衬垫35能够与阀座20接触，从而关闭开口24。因此阀10关闭，阀构件30现在处于第一关闭位置，如图1b所示。优选地，阀构件30以第一力f₁推动衬垫抵靠阀座20，以确保衬垫35和阀座20之间以及阀构件30和衬垫35之间的密封接触。如在图1c中可以看到的，用于将衬垫35压靠在阀座20上的力可以增大到力f₂，直到弹性衬垫变形，如图1c所示。现在，阀构件30处于第二关闭位置。由于相应的运动，即阀构件的行程，气体体积V_g略微增加，例如增加几毫升。因此，可以在贮存器5内部测量轻微的压降，例如使用联接到控制器50的压力传感器51(对于更详细的示例，参见图5)。通过将施加到衬垫上的力减小到第一水平f₁，阀构件往复运动回到其第一关闭位置，导致轻微的压力上升，该压力上升也可由压力传感器51测量。

阀构件30可以由线性驱动器致动，如图1a至图1c所示。线性驱动器具有驱动器壳体40，该驱动器壳体支撑弹簧41，弹簧联接到阀构件30。弹簧41可以是所示的拉簧或者也可以是推簧。在后一种情况下应该相应地重新定位。此外，至少一个线圈42、43(图示为两个线圈，第一线圈42和第二线圈43)附接到驱动器壳体。阀构件30包括反磁或铁磁材料的柱塞，如附图标记44所示。通过向线圈42、43中的至少一个施加电流I₁，阀构件可克服弹簧力移动到图1b所示的其第一关闭位置。通过将电流增加到第二电流I₂和/或通过将电流施加到两个线圈，由阀构件30施加到衬垫35的力可以增加到更高的值f₂并且因此阀构件平移进入其第二关闭位置(在图1c中可以看到)。通过线圈的电流优选地由控制器50控制，如相应的线所示。将电流减小回到I₁(和/或相应地关掉第二线圈)使得能够将力减小回f₁，即弹簧和弹性衬垫35将阀构件30移回其第一关闭位置(见图1b)。完全关掉线圈42、43导致阀10打开(见图1a)。

图2a至2c示出了根据本发明的设备的另一实施例：阀10具有阀壳体12，阀壳体具有第一端口21和第二端口22。端口21、22中的至少一个可以连接到贮存器5。随后我们假设第一端口21连接到贮存器5，如虚线所示。贮存器5未按比例绘制，实际上其体积V_r远大于由阀封闭的体积。不可压缩液体7可占据贮存器5内的体积V_l。剩余的体积V_g填充有可压缩气体6。如果阀10打开，如图1a所示，贮存器5通过导管31与第二端口22流体连通。同样，贮存器5可具有另外的开口，如第二阀8所示。

阀构件30具有导管31。在如图2a所示的位置中，导管31连接第一和第二端口21、22，或者换句话说，其在第一和第二端口21、22之间提供液体连通。通过在壳体中向前或向后移动阀构件30，可以中断液体连通，如图2b和图2a所示。阀构件30机械地联接到驱动器M，该驱动器用于推动或拉动即根据需要移动阀构件。控制器50控制例如线性驱动器M并因此控制阀构件30的移动。

阀壳体12具有腔室23，该腔室与第一端口21流体连通。当阀构件30在壳体内移动时，腔室23的体积以及由此第一端口21的体积可以减小，如图2b和图2c所示。因此，该减小导致腔室23、第一端口21和贮存器5内的气体压力p的增大。如已经参照图1a至图1c所解释的，可以使用连接到控制器50的压力传感器51来检测这种压力变化。

与图1a至图2c中的阀类似，图3a至图3c中的阀具有阀壳体12，该阀壳体在这里具有第一端口21和第二端口22。与上述示例中一样，第一端口21被构造成连接到贮存器5。第一端口21和第二端口22可以连接，或者换句话说通过将环形段状的阀构件30的导管31定位在端口21、22之间而设置成流体连通，如图3a所示。通过旋转阀构件30，其阻塞第二端口22，如图3b和图3c所示：通过旋转阀构件30，阀构件进入腔室23，腔室与第一端口21流体连通并且因此与贮存器5流体连通。因此，取决于阀构件30的(角度)位置，可以改变体积V_g。腔室23内的压力p(t)以及因此贮存器5的压力成反比地变化(p(t)＝c/V_g(t))，(考虑到贮存器5是连接和闭合的)。可以使用压力传感器51检测压力p(t)，并且可以通过控制器50评估相应的压力信号p(t)。控制器可以另外控制用于移动阀构件的驱动器M。

从上面可以明显看出，术语“端口”不仅指使得例如空间和贮存器或环境之间能够流体连通的某个空间的外壳中的开口，而且还表示封闭空间或者说是导管，其能够实现例如阀壳体内的腔室和贮存器之间的流体连通。

参考图4a，基于示例100解释根据本发明的方法。该方法包括根据参考信号S(t)改变被限制在贮存器中的气体的体积V_g(t)，在数学上说V_g(t)＝V₀+ΔV·S(t)，其中V₀是偏移量并且ΔV是幅度的度量(步骤110)。如上所述，参考信号不一定是周期性的，但优选是周期性的。例如，参考信号S(t)可以是方波信号(例如

)、正弦信号(例如

)或不同信号的叠加。参考信号S(t)甚至可以是噪声信号。在任何情况下，理论压力是p_th(t)＝c/(V₀+ΔV·S(t))。在步骤120中，使用提供第一压力信号p₁(t)的压力传感器测量压力p(t)。(显然，我们在此不区分压力和表示压力的信号。)例如，压力传感器可以提供与压力成比例的电压。根据需要，可以将该电压信号放大和/或滤波和/或提供给模拟数字转换器。在任何情况下，在步骤130中使用参考信号S(t-τ)解调压力信号p₁(t)。可以例如使用混合器或数字地获得解调。解调提供解调压力信号p_d，1(t)，其具有显著增强的信噪比。在数学上，解调的压力信号可以表示为例如

Δt越大，降噪效果越好。延迟偏移τ_d是表示测量信号由于电子和物理延迟而具有相位偏移的参数。要调整偏移τ以使信噪比最大化。或者换句话说，S(t-τ)和p(t-τ_d)应该同相。由于偏移τ_d通常不是先验的，也不是必须在所有环境参数(例如环境温度或大气压力)上保持恒定，因此对于两个不同的相位偏移τ，利用上述公式进行两次计算是有利的，一次可以利用例如τ₁＝0进行计算，一次可以利用例如τ₂＝π/2进行计算。因此，得到两个正交矢量分量X＝p_d(τ,τ_d＝τ₁)和Y＝p_d(τ,τ_d＝τ₂)，其可以进一步处理为绝对信号值

和相位值

相应的压力简称为p_d,1。

优选地，该方法还包括使用不同的第二ΔV来改变(调制)气体体积，即V_g(t)＝V₀+ΔV₂·S₂(t)，其中ΔV＝ΔV₁≠ΔV₂和S₂(t)是第二参考信号(步骤110'，参见图4b)并测量相应的第二压力信号p₂(t)(步骤120'，见图4b)。相应的压力信号p₂(t)也可以被解调(步骤130')，但是当然必须使用第二参考信号S₂(t)来获得p_d,2。

在特别优选的例子中(参见图4c)，气体体积的第一和第二调制是同时进行的，但利用不同的参考信号S₁(t),S₂(t)，即V_g(t)＝V₀+ΔV₁·S₁(t)+ΔV₂·S₂(t)，其中

和γ是常量(步骤110”)。再次测量相应的压力信号p(t)(步骤120“)，但是解调两次，一次使用第一参考信号S₁(t)(步骤130a)，一次使用第二参考信号S₂(t)(步骤130b)。总之，分别仅使用第一或第二参考信号S_1(t),S₂(t)进行解调，从而获得相应的第一和第二解调压力信号p_d,1,p_d,2。因此，

的估计值可以获得为

即

可以使用根据图5中描绘的简化回路图的回路来实现上述方法。如上所述，该回路包括被构造成用于数字信号处理的控制器50。因此，控制器可以包括微处理器或多个交互式微处理器。控制器50包括信号发生器55，该信号发生器被构造为向驱动器56提供至少第一参考信号S(t)。驱动器56驱动并因此控制阀10的阀构件30的运动。阀10可以是例如图1-3中所示的阀之一。简而言之，阀10包括具有打开位置的可移动阀构件30，在该打开位置中，第一端口21和第二端口22通过导管流体连通。从该打开位置，阀构件30可移动到第一关闭位置，在该第一关闭位置中，第一端口21和第二端口22之间的流体连通被阀构件30阻挡(参见例如图1b、2b和3b)。此外，阀构件可移动到至少第二关闭位置，在该第二关闭位置中，第一端口21和第二端口22之间的流体连通也被阻挡，并且当阀构件30从第一关闭位置移动到第二关闭位置和/或从第二关闭位置移动到第一关闭位置时，与第一端口21液体连通的腔室的体积改变。如上所述，阀构件30的移动使得能够改变连接到阀10的第一端口的贮存器5的体积V_r。实际上，当然，贮存器的体积V_r保持恒定，但是当阀10的第一端口21连接到贮存器体积时，阀构件的运动具有相同的效果，即贮存器内的压力相应地改变。通过与贮存器5流体连通的压力传感器51检测该压力变化。相应的压力信号p(t)由放大器52放大，并且可选地例如通过低通滤波器53滤波，以避免随后在数模转换器54(AD转换器)中数字化信号时的混叠效应。数字化压力信号可以由控制器50处理。在该图中，AD转换器54以及信号发生器55包括在控制器50中，但它们不需要集成到单个芯片中或单个PCB上，而可以是单独的单元。

阀10的典型应用如图6所示。通常，阀10连接到贮存器5和控制器10，如已经参考图5所解释的。因此，图5的描述也可以在图6中读出。与图5不同的是，贮存器5是例如用于供应燃烧发动机70的燃料箱。阀10的第二端口22连接到过滤器61，例如活性炭过滤器61的入口。因此，如果阀10(在“第一阀10”下方)打开，则来自燃料箱5的气体可以进入活性炭过滤器61。通过所述In活性炭过滤器61基本上除去挥发性有机化合物。离开活性炭过滤器61的清洁气体可以经由第二阀62(和随后的灰尘过滤器63)逸出到环境中，或者经由第三阀64提供到燃烧发动机70的进气系统。如果来自燃料箱5的气体6被提供给燃烧发动机70，则第一阀10和第三阀64均打开。如果将气体提供给燃烧发动机，则可以绕过活性炭过滤器，如虚线所示。如果燃料7从燃料箱5中抽出，则相应的体积将由空气或另一种流体代替，以获得压力补偿。在温度变化的情况下，压力补偿也是必不可少的。对于压力补偿(由双头箭头表示)，第一阀10和第二阀62均打开。根据压力梯度，空气可以通过灰尘过滤器63、第二阀62、活性炭过滤器61和第一阀10进入贮存器5，或者可以逃逸到环境中。在一些法规中，可以省略第二阀62。在该图中，仅第一阀10由控制器10(通过驱动器56)控制，但是当然可以以基本上相同的方式控制其它阀。控制器50优选地被构造成经由总线系统(例如通过CAN总线)、Flexray或类似物与其它控制器(例如发动机控制器)通信。

附图标记列表

5 贮存器

6 气体

7 不可压缩液体

8 阀(可选的)

10 阀

12 阀壳体

20 阀座

21 第一端口

22 第二端口

23 与第一端口流体连通的腔室

24 开口/导管

25 纵向轴线

30 阀构件

31 导管

32 阀座面向侧

35 衬垫

40 驱动器壳体

41 弹簧

42 线圈

43 线圈

44 柱塞

50 控制器

51 压力传感器

52 放大器

53 滤波器(例如低通滤波器/抗锯齿滤波器)，可选的

54 AD转换器

55 信号发生器

56 阀构件驱动器

61 活性炭过滤器

62 第二阀

63 过滤器(例如灰尘过滤器)

64 第三阀

70 燃烧发动机

100 方法

110 方法步骤：体积调制

120 方法步骤：压力测量

130 方法步骤：利用第一和/或第二参考信号的压力信号的解调

130a 方法步骤：利用第一参考信号的压力信号的解调S₁(t)

130b 方法步骤：利用第二参考信号的压力信号的解调S₂(t)

p_i(t) 压力/压力信号(可选的下标i仅仅用来区分不同的信号)

p_d,i(τ) 解调的压力(可选的下标i仅仅用来区分解调的压力)

M 马达/线性驱动器

S_i(t) 初始/参考信号(可选的下标i仅仅用来区分不同的信号)

V_g/V_g(t) 气体体积

V_l 液体体积

Claims (14)

1.一种用于改变贮存器(5)中的气体体积(V_g(t))的设备，其包括至少一个阀(10)，所述阀(10)至少具有第一端口(21)、第二端口(22)、导管(31)和阀构件(30)，所述第一端口与所述贮存器(5)流体连通，所述导管用于实现所述第一端口(21)和所述第二端口(22)之间的液体连通，其中所述阀构件(30)至少能够在打开位置和第一关闭位置之间移动，

在所述打开位置中，所述第一端口(21)和所述第二端口(22)经由所述导管(31)流体连通，

在所述第一关闭位置中，所述第一端口(21)和所述第二端口(22)之间的流体连通被所述阀构件(30)阻挡，

其特征在于，

所述阀构件(30)能够移动到至少第二关闭位置，在所述第二关闭位置中，所述第一端口(21)和所述第二端口(22)之间的流体连通被所述阀构件(30)阻挡，当所述阀构件(30)从所述第一关闭位置移动到所述第二关闭位置和/或从所述第二关闭位置移动到所述第一关闭位置时，改变与所述第一端口(21)液体连通的腔室(23)的体积。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，

所述设备包括传感器，所述传感器提供表示克服所述贮存器(5)中的压力(p)使所述阀构件(30)从所述第一关闭位置移动到所述第二关闭位置和/或从所述第二关闭位置移动到所述第一关闭位置所需的力F的信号。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述贮存器(5)是燃料箱，所述阀(10)是以下阀中的至少一个：

a.燃料箱隔离阀，其用于控制贮存器(5)与环境之间的流体连通，

b.燃料箱排气阀，其用于控制贮存器(5)与发动机进气口和/或与环境流体连通的罐之间的流体连通，

c.燃油箱分离阀，其用于在罐净化期间将贮存器(5)与发动机、罐和环境隔离，

d.大气隔离阀，其用于将罐和/或贮存器(5)与大气隔离，以防止关闭后的气体排放，

e.燃料箱截止阀，其用于控制燃烧发动机和贮存器(5)之间的流体连通。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述导管(31)包括阀座(20)，所述阀构件(30)在其第一关闭位置和第二关闭位置中关闭所述阀座(20)，并在其打开位置中打开所述阀座，其中在所述阀座(20)和所述阀构件(30)之间定位有弹性衬垫(35)，当所述阀构件(30)从其第一关闭位置移动到其第二关闭位置时所述弹性衬垫(35)被压缩，当所述阀构件(30)从其第二关闭位置移动到其第一关闭位置时所述弹性衬垫解除压缩。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述阀构件(30)包括所述导管(31)的至少一部分，其中：

如果所述阀构件(30)处于其打开位置，则所述导管(31)至少具有位于所述第一端口(21)前面的第一开口和位于所述第二端口(22)前面的第二开口，从而提供所述流体连通，

当所述阀构件(30)从其第一关闭位置移动到其第二关闭位置时，所述第一端口(21)与腔室(23)流体连通，所述阀构件(30)突出到所述腔室(23)中，

当所述阀构件(30)从其打开位置移动到其第一关闭位置和/或第二关闭位置时，所述腔室(23)的边界关闭所述导管(31)的所述第一开口和/或第二开口中的至少一个。

6.一种用于测量由于限制气体(6)的贮存器(5)的体积变化引起的压力变化的方法，

其中，所述方法包括：

根据第一初始信号(S(t)，S₁(t))通过第一体积变化(ΔV₁)改变所述贮存器(5)的体积，

获得表示贮存器(5)中的压力的压力信号(p₁(t))，所述压力信号是时间(t)的函数，和

使用所述第一初始信号(S(t)，S₁(t))作为参考信号解调所述压力信号(p₁(t))，

其特征在于，

液体贮存器(5)与根据权利要求1至5中任一项所述的设备的第一端口(21)流体连通，并且根据所述第一初始信号(S(t)，S₁(t))通过改变所述阀构件(30)在至少两个所述关闭位置之间的位置来改变体积。

7.根据权利要求6所述的方法，

其特征在于，

解调步骤包括将参考信号(S(t)，S₁(t))与压力信号(p₁(t))相乘，从而获得解调压力信号

8.根据权利要求6或7所述的方法，

其特征在于，

解调步骤包括将相移参考信号(S(t-π/2)，S₁(t-π/2))与压力信号(p₁(t))相乘，从而获得第二解调压力信号

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，解调压力信号由

给出。

10.根据权利要求9所述的方法，

其特征在于，

解调压力信号(p_d，1(t))被积分和/或压力信号在其解调之前被放大。

11.根据权利要求6或7所述的方法，

其特征在于，所述方法还包括：

根据第二初始信号(S₂(t))通过第二体积变化(ΔV₂)，改变贮存器(5)的体积，

获得表示贮存器(5)中的压力的第二压力信号(p₂(t))，所述第二压力信号是时间(t)的函数，和

使用第二初始信号(S₂(t))作为参考信号解调第二压力信号(p₂(t))，从而获得第二解调压力信号(p_a，2(t))。

12.根据权利要求6或7所述的方法，

其特征在于：

根据初始信号(S(t))改变贮存器(5)的体积包括根据第一初始信号(S₁(t))通过第一体积变化(ΔV₁)并且同时根据第二初始信号(S₂(t))通过第二体积变化(ΔV₂)来改变体积，同时通过第一体积变化和第二体积变化(ΔV₁，ΔV2)的叠加来调制体积，

使用第一初始信号(S₁(t))作为参考信号解调压力信号(p(t))，从而获得第一解调压力信号(p_d，1(t))，使用第二初始信号(S₂(t))作为参考信号解调压力信号(p(t))，从而获得第二解调压力信号(p_a，2(t))。

13.根据权利要求12所述的方法，

其特征在于，

贮存器(5)内的气体体积V_g(t)遵循V_g(t)＝V₀+ΔV₁·S₁(t)+ΔV₂(t)·S₂(t)，，其中V₀是常数，ΔV₁，ΔV₂是所述第一体积变化和第二体积变化，S₁(t)，S₂(t)是所述第一初始信号和第二初始信号。

14.根据权利要求12所述的方法，

其特征在于，

对于第一初始信号和第二初始信号，等式S₁(t)≠γ·S₂(t)对于任何常数γ都适用，和/或

至少第一初始信号(S₁(t))是周期性的并具有角频率(ω)，所述方法以不同的角频率(ω)重复，确定压力变化的绝对值变得最大的共振频率，并且基于共振频率确定气体的体积。

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