CN108979911A - 用于内燃发动机并设有压力传感器和温度传感器的节流阀 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃发动机的节流阀(1)，并且具有：阀体(2)；供给通道(3)，其在阀体(2)中获得并且由内燃发动机吸入的空气流动通过供给通道(3)；腔室(5)，其布置在供给通道(3)的旁边；电子控制单元(7)，其布置在腔室(5)中并包括印刷电路(9)，印刷电路(9)具有外表面(10)和面对供给通道(3)的内表面(11)；压力传感器(20)，其固定到印刷电话(9)的内表面(11)并且设计成测量通过供给通道(3)所吸入的空气的压力；以及温度传感器(23)，其设计成测量通过供给通道(3)所吸入的空气的温度。供给通道(3)的壁具有检测通孔(13)，其在压力传感器(20)的区域中建立供给通道(3)与腔室(5)之间的连通。

Description

用于内燃发动机并设有压力传感器和温度传感器的节流阀

优先权要求

本申请要求于2017年6月1日提交的意大利专利申请第102017000060141号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于内燃发动机并设有压力传感器和温度传感器的节流阀。

本发明在用于小排量内燃发动机(通常是单缸发动机)的节流阀中具有有利的应用，所述小排量内燃发动机适于安装在机动车辆中，在下面的描述中将会明确提及小排量内燃发动机，因为其不丧失一般性。

背景技术

在用于机动车辆的单缸内燃发动机中通常存在节流阀，该节流阀调节供给到气缸的空气的流率。

市场上现有的用于机动车辆的单缸内燃发动机的典型节流阀具有设有管状供给通道的阀体，由内燃发动机吸入的空气流动通过所述管状供给通道；在供给通道内部容纳有可运动的闸门，闸门可在打开位置和关闭位置之间运动以打开和关闭供给通道。闸门的运动由连接到加速器的手柄控制件的鲍登缆线(Bowden cable)以及由将闸门朝向关闭位置推动的关闭弹簧直接控制；换言之，随着加速器的手柄控制件的旋转，鲍登缆线的动作使闸门克服由关闭弹簧产生的弹力而运动，从而压缩关闭弹簧。

电子控制单元估算吸入的空气流动通过节流阀的流率，并且因此根据所吸入的空气的流率来估算要被喷射的燃料量，使得气缸内的燃烧在期望的条件下(即在减少产生污染物的最佳条件下)发生，所述条件通常对应于化学计量条件。

为了满足废气排放方面的最新要求，需要非常精确地估算所吸入的空气的流率，以便实际上允许在期望的条件下发生气缸内的燃烧。为了提高估算所吸入的空气流率的精确度，电子控制单元除了闸门的位置之外必须获知在闸门下游所吸入的空气的压力和温度。因此，最近的节流阀的特征在于压力传感器和温度传感器，它们用于测量闸门下游的空气压力和温度。

在市场上可获得的节流阀中，压力传感器集成到电子控制单元中并固定(焊接)到构成电子控制单元的印刷电路的内侧(面对供给通道)；此外，还存在一个小的测量通道，它建立压力与供给通道之间的连通，使得压力传感器处于与供给通道相同的压力下。

在市场上可获得的节流阀中，温度传感器也集成到电子控制单元中，并固定(焊接)在印刷电路的内侧(面对供给通道)处于压力传感器的旁边，以便布置在测量通道中，并且因此被流动通过供给通道的空气掠过。

然而，在市场上可获得的节流阀中，电子控制单元能够在气缸中燃烧质量受损的情况下以良好但不是理想的精度来估算空气的流率；因此，由最近法律所规定的在发动机所有运转速度下的废气排放方面的限制的实现可能是有问题的。

专利申请US2006231073A1描述了一种用于内燃发动机的节流阀，其包括：阀体；供给通道，其在阀体中获得，并且由内燃发动机吸入的空气流动通过该供给通道；腔室，其布置在供给通道的旁边；电子控制单元，其布置在腔室中并且包括印刷电路，印刷电路具有外表面和内表面，内表面与外表面相对并且面对供给通道；压力传感器，其固定到印刷电路板的内表面，并且设计成测量通过供给通道的所吸入的空气的压力；和温度传感器，其设计成测量通过供给通道的所吸入的空气的温度。

专利申请EP2977593A1描述了一种用于内燃发动机的节流阀，其包括：阀体；供给通道，其在阀体中获得，并且由内燃发动机吸入的空气流动通过该供给通道；腔室，其在供给通道的旁边；电子控制单元，其布置在腔室中并且包括印刷电路，所述印刷电路具有外表面和内表面，内表面与外表面相对并且面对供给通道；压力传感器，其不固定到印刷电路的内表面，并且压力传感器设计成测量通过供给通道的所吸入的空气的压力；和温度传感器，其设计成测量通过供给通道的所吸入的空气的温度。

专利申请WO2008001583描述了一种用于内燃发动机的节流阀，其包括：阀体；供给通道，其在阀体中获得，并且由内燃发动机吸入的空气流动通过该供给通道；腔室，其布置在供给通道的旁边；电子控制单元，其布置在腔室中并且包括印刷电路，所述印刷电路具有外表面和内表面，内表面与外表面相对并且面对供给通道；压力传感器，其固定在印刷电路板的内表面上，并设计成测量通过供给通道的所吸入的空气的压力；和温度传感器，其设计成测量通过供给通道的所吸入的空气的温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种节流阀，所述节流阀用于内燃发动机并设有压力传感器和温度传感器，所述节流阀允许高精度地估算所吸入的空气的流率，并且与此同时，制造起来简单而且经济。

根据本发明，提供一种用于内燃发动机的节流阀，其设有压力传感器和温度传感器。

所附权利要求描述了本发明的优选实施例并且形成说明书的一体部分。

附图说明

现在将参考附图来描述本发明，附图示出本发明的非限制性实施例，其中：

·图1是根据本发明的节流阀的立体图；

·图2是图1所示节流阀的主视图；

·图3是沿图1所示节流阀的剖面线III-III所取的纵向剖视图；

·图4是图3细节的放大视图，其示出测量单元，该测量单元设计成检测流动通过供给通道的所吸入的空气的压力和温度；

·图5和图6是图4所示测量单元的两个不同的立体图；以及

·图7，图8和图9分别是图4所示测量单元的平面视图、侧视图和主视图。

具体实施方式

在图1中，附图标记1总体上表示机械控制的节流阀，用于调节由安装在机动车辆中的小排量内燃发动机(通常是单缸发动机)所吸入的空气的流率。

根据图1、图2和图3，节流阀1包括阀体2，在阀体2处获得具有圆形截面的管状供给通道3，由内燃发动机吸入的空气流动通过该管状供给通道3。节流阀1包括闸门(已知且未示出)，闸门接合供给通道3并且在打开位置和关闭位置之间运动(例如通过线性平移)以打开和关闭供给通道3。根据优选(但没有约束性)实施例，阀体2由模制塑料材料制成(例如可以使用填充有玻璃纤维的热塑性材料来增加机械阻力)。

在阀体2中获得具有圆形截面的操作通道4(在图2中更好地示出)，该操作通道4垂直于供给通道3布置，与供给通道3相交，并且以滑动方式容纳闸门(即闸门沿着操作通道4在打开位置和关闭位置之间滑动以便打开和关闭供给通道3)。在操作通道4的内部布置有关闭弹簧(已知且未示出)，该关闭弹簧压靠闸门的基部，以将闸门自身朝向关闭供给通道3的关闭位置推动。此外，闸门连接到鲍登线缆(未示出并连接到加速器的手柄控制件)，闸门通过该鲍登线缆朝向打开位置运动，从而压缩关闭弹簧。

阀体2包括腔室5(图3中示出)，其具有矩形形状，平行于供给通道3本身布置在供给通道3旁边，并且由可移除的盖6封闭(在图1和图2中更好地示出)。节流阀1包括电子控制单元7(在图3中示意性地示出)，该电子控制单元7容纳在腔室5内并且监督内燃发动机2的操作，另外，控制燃料喷射到气缸内以及气缸内混合物的点火(产生火花塞的点火火花)。盖6由模制塑料材料(通常与用于制造阀体2的塑料材料相同)制成并且支撑电连接器8，该电连接器8在控制单元7与内燃发动机2的其他部件(例如燃料喷射器、火花塞和驱动轴的位置传感器)和机动车辆的其他部件(例如电池)之间建立电连接。

根据图4，控制单元7包括印刷电路9(也称为PCB-印刷电路板)，其支撑控制单元7的不同电子部件并将控制单元7的不同电子部件相互连接。印刷电路9具有外表面10，其面向盖6并支撑控制单元7的电气/电子部件的最大部分；以及内表面11，其与外表面10相对并且面对供给通道3。供给通道3的壁12具有检测通孔13，该检测通孔13在供给通道3本身与腔室5之间建立连通并且通到印刷电路9的内表面11前方的腔室5内(即检测孔13面向印刷电路9的内表面11)。

节流阀1包括机械地限制到印刷电路9的测量单元14，该测量单元14布置在印刷电路9的内表面11的区域中并且与检测孔13接合。

图5-9更好地示出测量单元14包括单件式支撑结构15(即由一个单独的不可分离件构成)，该单件式支撑结构15由模制塑料材料制成并由具有扁平圆柱形形状(即其中直径明显大于厚度)的基部16以及具有细长圆柱形形状(即其中直径明显小于厚度)的附件17构成，附件17从基部16突出并且相对于基部16是偏心的(即不是同轴的)。图4示出支撑结构15的基部16抵靠印刷电路9的内表面11搁置，并且借助于四个支腿18机械地限制到印刷电路9(在图6中更好地示出)，四个支腿18(由于弹性变形)锁定在通过印刷电路9形成的相应通孔中。

支撑结构15的基部16在内部具有测量空腔19，当基部16连接到印刷电路9时，测量空腔19围绕压力传感器20并在内部容纳压力传感器20，压力传感器20安装(固定，焊接)到印刷电路9的内表面11。换言之，压力传感器20物理上直接安装在印刷电路9的内表面11上并且被测量空腔19围绕，测量空腔19完全包围压力传感器20。支撑结构15的基部16设有弹性环形垫圈21，该弹性环形垫圈21完全围绕测量空腔体19并且容纳在其自身的具有圆形形状的座中；环形垫圈21将测量空腔19抵靠印刷电路9的内表面11以紧密的方式密封，使得测量空腔19与腔室5的其余部分气动地隔绝。

根据图4，支撑结构15的附件17在中央是中空的，并且因此在内侧上具有测量通道22，该测量通道22在一侧上通到测量空腔19内(开放到测量空腔19中)，在相对侧上通到供给通道3内(开放到供给通道3中)；结果，测量通道22在供给通道3与测量空腔19之间建立气动连通，并且因此测量空腔19(其围绕压力传感器20)处于与供给通道3相同的压力下。测量通道22容纳温度传感器23，温度传感器23测量供给通道3中存在的空气的温度；温度传感器23具有两个电导体24(在图6-9中部分地示出)，两个电导体24源自于温度传感器23，终止于印刷电路9的区域中，并建立温度传感器23与印刷电路9之间的电连接。

根据优选(但没有约束性)实施例，温度传感器23包括热敏电阻器(即其电阻值随温度以显著的方式变化的电阻器)，其焊接到两个电导体24的端部；换言之，两个电导体24在一侧上焊接到热敏电阻(其将两个电导体24连接到彼此)并且在相对的一侧上焊接到印刷电路9。

根据图2、图3和图4所示的优选(但没有约束性)实施例，支撑结构15的附件17布置成通过检测孔13并且部分地延伸到供给通道3内部；即附件17的终端(即末端)布置在供给通道3内部。根据图4，温度传感器23布置在附件17的终端(末端)区域中，所述附件17的终端(末端)布置在供给通道3的内部，并且因此温度传感器23布置在供给通道3的内部(即温度传感器23不仅靠近供给通道3，而且完全在供给通道3本身的内部)。

根据在此未示出的替代实施例，支撑结构15的附件17布置成通过检测孔13并且终止于检测孔13的端部的区域中以便与供给通道3(大致)齐平；在该实施例中，支撑结构15的附件17不在供给通道3内延伸，因为其端部与检测孔13齐平。

在附图所示的优选实施例中，温度传感器23完全布置在支撑结构15的附件17内；根据此处未示出的不同实施例，温度传感器23至少部分地布置在支撑结构15的附件17的外侧上，即温度传感器23至少部分地从支撑结构15的附件17突出。

根据图4所示的优选实施例，支撑结构15的附件17具有朝向供给通道3的布置在附件17的端部区域中的端部开口25和布置在附件17的侧壁区域中的三个侧部开口26(仅它们中一个在图4中示出)；温度传感器23优选地布置在端部开口25与侧部开口26之间，以便屏蔽(防止)流动通过供给通道3的气流(即温度传感器23浸没在流动通过进给通道3的空气中，但其不会暴露于通过供给通道3产生的“风”)。根据此处未示出的其他(完全等同的)实施例，开口25和26的数量和/或位置可以不同；例如，可能没有端部开口25，可能没有侧部开口26，可能只有两个侧部开口26或只有一个侧部开口26。

根据图4所示的优选实施例，支撑结构15的附件17设有弹性环形垫圈27，弹性环形垫圈27在外侧上围绕附件17并且容纳在其自身的具有圆形形状的座中；环形垫圈27布置在检测孔13的区域中并且以紧密的方式密封附件17外侧上的检测孔13(即环形垫圈27压靠供给通道3的界定检测孔13的壁12)。

本文描述的实施例可以相互组合，因为此原因而不超出本发明的保护范围。

上述节流阀1具有许多优点。

首先，测量单元14在节流阀1中的存在使制造商能够非常精确地测量通过供给通道3的所吸入的空气的压力和通过供给通道3的所吸入的空气的温度。以这种方式，控制单元7可以高精度地估算通过供给通道3的所吸入的空气的流率。具体地，因为温度传感器23布置在供给通道3中(或者至少非常靠近供给通道3布置)并且距印刷电路9相对较远，所以通过供给通道3的所吸入的空气的温度的测量是非常精确的；结果，由温度传感器23测得的温度由通过供给通道3的所吸入的空气的温度唯一确定，而不以任何方式受到由于焦耳效应在印刷电路9的区域中产生的热量(即由通过印刷电路9支撑的所有电气/电子部件在它们的操作期间所产生的热量)的影响。就此而言，重要的是要指出到，压力传感器20的测量不受由于焦耳效应而在印刷电路9的区域中产生的热量的影响，并且因此将压力传感器20直接安装在印刷电路9上的事实对测量质量没有负面影响。

此外，测量单元14制造起来简单而且经济，因为整个支撑结构15可由模制塑料材料制成，并且环形垫圈21和27以及温度传感器23的以下安装容易和快速(温度传感器23也可以与支撑结构15一起二次注塑成型(overmould)以便使安装更容易)。测量单元14在印刷电路9上的安装也是简单的，因为支脚18只需要通过施加相对小的压力而被锁定在通过印刷电路9制成的相应通孔中，以便接着将温度传感器23的导体24的端子焊接到印刷电路9。

最后，测量单元14确保在供给通道3和腔室5之间的有效的气动隔绝，从而防止供给通道3中存在的燃料蒸气和润滑剂进入腔室5(燃料蒸气和润滑剂具有对容纳在腔室5中的控制单元7的电气/电子部件的腐蚀作用)。

附图中的附图标记清单

1 节流阀

2 阀体

3 供给通道

4 操作通道

5 腔室

6 盖

7 电子控制单元

8 连接器

9 印刷电路

10 外表面

11 内表面

12 壁

13 检测孔

14 测量单元

15 支撑结构

16 基部

17 附件

18 支脚

19 测量空腔

20 压力传感器

21 环形垫圈

22 测量通道

23 温度传感器

24 导体

25 端部开口

26 侧部开口

27 环形垫圈

Claims (9)

1.一种用于内燃发动机的节流阀(1)；所述节流阀(1)包括：

阀体(2)；

供给通道(3)，所述供给通道(3)在阀体(2)中获得，并且由内燃发动机吸入的空气流动通过所述供给通道(3)；

腔室(5)，所述腔室(5)布置在供给通道(3)的旁边；

电子控制单元(7)，所述电子控制单元(7)布置在腔室(5)中并包括印刷电路(9)，所述印刷电路(9)具有外表面(10)和内表面(11)，所述内表面(11)与外表面(10)相对并且面对进料通道(3)；

压力传感器(20)，所述压力传感器(20)固定到印刷电路(9)的内表面(11)并且设计成测量通过供给通道(3)的所吸入的空气的压力；

温度传感器(23)，所述温度传感器(23)设计成测量通过供给通道(3)的所吸入的空气的温度；以及

测量单元(14)，所述测量单元(14)设有支撑结构(15)，所述支撑结构(15)由基部(16)和从基部(16)突出的附件(17)构成；

其中供给通道(3)的壁具有检测通孔(13)，所述检测通孔(13)在压力传感器(20)的区域中建立供给通道(3)与腔室(5)之间的连通；

所述节流阀(1)的特征在于：

支撑结构(15)的基部(16)抵靠印刷电路(9)的内表面(11)搁置并且借助于多个支腿(18)机械地限制到印刷电路(9)，所述支腿(18)锁定在通过印刷电路(9)形成的相应通孔中；

支撑结构(15)的基部(16)在内侧上具有测量空腔(19)，所述测量空腔(19)围绕布置在印刷电路(9)的内表面(11)上的压力传感器(20)并且在内部完全容纳布置在印刷电路(9)的内表面(11)上的压力传感器(20)；

支撑结构(15)的基部(16)设有第一弹性环形垫圈(21)，所述第一弹性环形垫圈(21)完全围绕测量空腔(19)以便气动地隔绝测量空腔(19)；

支撑结构(15)的附件(17)通过检测孔(13)布置并且在内部具有测量通道(22)，该测量通道(22)在一侧上通到测量空腔(19)内并且在相对的一侧上通到供给通道(3)内，以便在供给通道(3)和腔室(5)之间建立连通；

测量通道(22)是在供给通道(3)和腔室(5)之间建立连通的一个且唯一的器件；

支撑结构(15)的附件(17)设有第二弹性环形垫圈(27)，所述第二弹性环形垫圈(27)在外侧围绕附件(17)并且布置在检测孔(13)的区域中以便围绕附件(17)气动地密封检测孔(13)；以及

支撑结构(15)的附件(17)容纳温度传感器(23)。

2.根据权利要求1所述的节流阀(1)，其特征在于：

支撑结构(15)的基部(16)具有扁平的圆柱形形状，所述基部(16)的直径大于厚度；以及

支撑结构(15)的附件(17)具有细长的圆柱形形状，所述附件(17)的直径小于厚度。

3.根据权利要求2所述的节流阀(1)，其特征在于所述支撑结构(15)的附件(17)相对于支撑结构(15)的基座(16)是偏心的。

4.根据权利要求1所述的节流阀(1)，其特征在于所述温度传感器(23)具有两个电导体(24)，所述两个电导体(24)源自温度传感器(23)，终止于印刷电路(9)的区域中，并且建立温度传感器(23)和印刷电路(9)之间的电连通。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的节流阀(1)，其特征在于所述支撑结构(15)的附件(17)部分地在供给通道(3)内部延伸。

6.根据权利要求5所述的节流阀(1)，其特征在于所述温度传感器(23)布置在附件(17)的终端区域中，所述附件(17)的终端区域布置于供给通道(3)内，并且因此温度传感器(23)位于输送通道(3)内部。

7.根据权利要求6所述的节流阀(1)，其特征在于所述支撑结构(15)的附件(17)具有朝向供给通道(3)的布置在附件(17)的端部区域中的端部开口(25)和布置在附件(17)的侧壁区域中的至少一个侧部开口(26)。

8.根据权利要求7所述的节流阀(1)，其特征在于所述温度传感器(23)布置在端部开口(25)与侧部开口(26)之间。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的节流阀(1)，其特征在于所述支撑结构(15)为单件并且由模制塑料材料制成。