KR20170094509A - 2개의 mems 감지 소자를 이용한 차동 및 절대 압력 측정 시스템, 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
유체 시스템 내에서의 유동 유체/가스의 차동 및 절대 압력을 측정하기 위한 시스템 및 방법을 특징으로 한다. 이러한 방법에 따르면, 유체 시스템은 유동 방향으로 제1 압력 탭의 하류에 제2 압력 탭이 있도록 서로 이격된 제1 및 제2 압력 탭을 갖도록 구성된다. 절대 압력 감지 소자와 차동 압력 감지 소자가 구비되며, 절대 압력 감지 소자는 제1 또는 제2 압력 탭 중 하나에 1차 유체적으로 연결되어 유동 유체/가스를 나타내는 절대 압력을 측정하도록 한다. 차동 압력 감지 소자는 제1 및 제2 압력 탭 각각에 2차 유체적으로 연결되어 제1 및 제2 압력 탭 사이의 유동 유체/가스의 차동 압력을 측정하도록 한다.
Description
본 발명은 차동 및 절대 압력을 측정하기 위한 시스템, 기구, 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 2개의 MEMS 감지 소자 및 오일 충전압력 센서(들)을 이용한 이러한 시스템, 기구, 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 더 상세하게는, 본 발명은 질량 유량을 측정하기 위해 온도 감지 소자와 조합하여 사용되는 이러한 시스템, 기구, 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 EGR 시스템 내의 EGR 파이프 내부의 압력 및/또는 유량을 검출하는데 이용될 뿐 아니라 내연 기관(예를 들어, 디젤, 천연 가스)의 흡기에서의 압력 및/또는 유량을 검출하기 위해 이용될 수 있는 이러한 시스템, 기구, 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차 산업에서, 내부 연소 프로세스로 인한 배출을 제한하거나 줄이기 위해 수년에 걸쳐 많은 노력들이 있어 왔다. 특히, 디젤 엔진에 의해 생성되는 NOx 및 입자상 물질(particulate matters: PM)의 배출이 감소 대상이 되어 왔다. 특히, NOx를 감소시키기 위한 시스템으로서 사용하기 위해 고려된 한 가지 기술이 배출 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation: EGR) 시스템이다.
공지된 프로세스는 벤추리, 스로틀, 또는 오리피스와 같은 제한부를 통한 흐름의 측정된 압력을 사용하여, 파이프를 통한 매체의 질량 유량을 계산한다. 이 프로세스의 일반적인 적용은 엔진 내의 배출 가스 재순환 루프 또는 스로틀 시스템 내에 있다. 이는 일반적으로 다음 중 하나를 사용하여 수행된다: 제한부의 맞은 편의 2개의 별개의 절대 압력 센서; 또는 일 측에 별도의 절대 압력 센서가 구비된 제한부를 가로지르는 차동 압력 센서. 이들 구성 모두 두 센서 사이의 오차를 합성함에 의해 질량 유량 계산에 있어 고유한 오차를 야기한다.
이제 도 1을 참조하면, 예를 들어 디젤 엔진과 같은, 예시적인 내연 기관에 사용되는 일반적인 EGR 루프 디자인 또는 EGR 시스템이 도시되어 있다. 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 이러한 EGR 시스템은 EGR 가스의 질량 유량을 결정하기 위한 목적으로 일 측(즉, 상류 측)에 별도의 절대 압력 센서가 구비된 제한부를 가로지르는 차동 압력 센서를 포함한다. 이러한 EGR 시스템에서, 배출 가스의 일부는 엔진의 흡입 측으로 복귀되어 엔진 실린더로 향하는 흡입 가스의 산소 농도를 낮출 뿐 아니라 실린 더 내의 온도를 감소시켜 NOx의 생성을 감소시킨다. 또한, 예를 들어, 디젤 미립자 필터(diesel particulate filter: DPF)와 같이 원하지 않는 배출 생성물을 처리하기 위해 제공되는 예시적인 연료 전달 시스템 및 다른 메커니즘(들)이 도시되어 있다. 또한 도시된 예시적인 엔진의 흡입부는 엔진에 공급되는 흡입 에어를 터보 차지(turbocharge)하는데 사용되는 터빈 및 입축기를 포함한다.
이러한 EGR 시스템에서는, 배출 측으로부터 흡입 측으로의 복귀량을 제어하는 것이 중요하다. 전술한 바와 같이, EGR 질량 유량을 측정하기 위해, EGR 파이프 내에 오리피스 또는 벤추리(예를 들어, 제한 벤추리)를 배치하고, 오리피스 또는 벤추리의 앞 부분과 뒷 부분 사이의 배출 가스의 압력차를 검출하는 것이 통상적이다. 이러한 압력 센서와의 연결부에서의 EGR 파이프의 내부 구성은 오리피스의 상류측 압력(P1)을 배출하기 위한 상류측 압력 배출로와, 오리피스의 하류측 압력(P2)을 배출하기 위한 하류측 압력 배출로를 포함한다. 또한 전술한 바와 같이, 이러한 제한 벤추리를 사용하여 질량 유량을 계산하기 위해, 높은 측 절대 압력, 벤추리를 가로지르는 차동 압력 및 재순환 배출 온도 또는 EGR 온도를 측정한다.
도 2를 참조하면, 이러한 EGR 루프/시스템에 대한 일반적인 배치가 도시되어 있는데, 이는 높은 측 절대 압력의 신호(들)을 측정하고 출력하는 절대 압력 송신기(APT)와, EGR 온도의 신호(들)을 측정하고 출력하는 온도 송신기(TEMP)와, 제한 벤추리를 가로질러 발생된 차동 압력(고압 - 저압)을 나타내는 출력값을 측정하고 제공하는 모듈(HCM)을 포함한다. 이러한 시스템 및 모듈의 추가 설명으로서, (본 발명과 공통으로 소유되는) USP 7,578,194가 참조되며, 이것의 교시는 참조로서 인용된다. 동일 내용에 대하여 이하의 논의 또한 제공될 수 있다.
절대 압력, EGR 온도 및 차동 압력을 나타내는 이러한 출력값들은 엔진 제어 유닛 또는 ECU(마이크로 프로세서, ASIC, 디지털 신호 프로세서 등과 같은 디지털 처리 장치/메커니즘을 구현하는 유닛)에 제공되는데, 이는 EGR 파이프(예를 들어, 벤추리)를 통해 흐르는 배출 가스의 질량 유량을 결정하기 위한 메커니즘(예를 들어, 알고리즘)을 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현한다. 이러한 정보를 이용하여, ECU는 흡입 측으로 복귀되는 배출 가스의 흐름을 적절한 값으로 조정할 수 있다. 또한, 이러한 ECU는 엔진 또는 엔진 제어(예를 들어, 자동 변속기)와 관련된 엔진 또는 자동차의 다른 구성 요소의 작동을 제어하도록 구성 및 배치될 수 있다.
또한, USP 7,578,194에는 감지 소자 모듈이 장착된 하우징을 포함하는 차동 유체 압력 센서 장치가 개시되어 있다. 감지 소자 모듈은 공통 방향으로 바깥쪽을 향하는 제1 및 제2 다이어프램 장착면과, 모듈 내에 형성되고 각 다이어프램 장착면 사이에서 연장되고 각 다이어프램 장착면 내부에 개구를 형성하는 통로를 구비한다. 또한, 각각의 유연성 금속 다이어프램은 각 개구 위의 각 다이어프램 장착면 상에 장착되고, 압력 응답 감지 소자는 통로의 개구들 중 하나 내에 배치된다. 비압축성 유체는 통로를 채우고 다어어프램 및 씰 내에 채워진다. 또한, 압력 응답 감지 소자에 작동 가능하게 연결된 전기 신호 조절 회로부와, 모니터링을 위한 유연성 다이어프램들에 저압과 고압을 각각 제공하는 제1 및 제2 유체 압력 연결 수단이 포함된다. 전술한 바와 같이, 이러한 장치는 차동 압력만을 감지하도록 구성된다.
또한, 이러한 압력 감지 응용에 사용되는 고체 상태 압력 감지 소자(예를 들어, 피에조 저항성 압력 감지 소자)가 배출 가스의 강한 공급으로부터 이러한 감지 소자들을 보호하기 위해, 매체에 대해 견고한 유연성 금속 다이어프램에 의해, 감지되는 매체로부터 격리되는 것이 제공된다. 비압축성 유체, 일반적으로 실리콘 오일은, 감지 소자와 다이어프램 사이에 위치하며, 다이어프램에서 감지 소자로 압력을 전달하는데 사용된다. 이러한 방식으로, 감지 소자는 매체의 압력을 감지하고 측정할 수 있다.
USP 7,197,936에는 배출 가스 재순환(EGR) 파이프 내에 배치된 오리피스를 가로질러 유체적으로 연결되어 오리피스의 전방 또는 상류 부분(고압)과 오리피스의 후방 또는 하류 부분(저압) 사이의 압력 차이를 검출하는 압력차(상대 압력) 검출형 압력 센서가 개시된다. 보다 상세하게, EGR 파이프는 오리피스의 상류측 압력을 제공하는 상류 압력 배출로와 오리피스의 하류측 압력을 제공하는 하류 압력 배출로를 포함하도록 구성된다. 상류 및 하류 압력 배출로들은 압력 센서에 유체적으로 연결되어 압력 센서가 차동 압력을 검출하거나 감지할 수 있도록 한다. 본 특허는 설명된 차동 압력 센서가 엔진의 흡입 파이프 내의 흡입 압력 또는 배출 파이프 내의 배출 압력을 검출하기 위한 센서로서 적용될 수 있음을 시사한다. 또한 센서는 배출 파이프 내에 배치되어 디젤 미립자 필터(DPF)의 압력 손실을 검출할 수 있음을 추가로 시사한다.
이하의 미국 등록 특허 및 미국 특허 출원 공보에 대한 논의는 몇가지 공통된 주제를 나타낸다: 하나의 MEMS 다이 내에 위치한 차동 및 절대 감지 소자; 두 절대 감지 소자를 이용한 차동 및 절대 압력 측정치를 출력하는 센서들; 두 절대 감지 소자를 이용한 차동 및 두 절대 압력 측정치를 출력하는 센서들; 및 다이어프램 플레이트에 장착된 하나의 차동 및 하나의 절대 용량 기반 변형 센서들을 이용한 차동 및 절대 압력 측정치를 출력하는 시스템.
USP 4,131,088에는 내연 기관용 전자 연료 분사 시스템과 조합하여 사용되는 다기능 압력 센서가 개시되어 있다. 이러한 압력 센서는 엔진의 흡입 매니몰드 내의 절대 압력 및 주위 압력 또는 대기압의 절대치를 나타내는 신호를 발생시키는 단일 하우징 내의 두 개의 압력 감지 소자를 포함한다. 또한 대기압값으로부터 엔진의 매니폴드 압력값을 빼고 매니폴드 압력과 대기압 사이의 차를 나타내는 제3 압력 신호를 생성하는 전자 회로가 포함된다. 이들 3개의 압력 신호는 다양한 작동 조건 하에서 엔진의 연료 요구량을 계산하기 위한 전자 연료 분사 시스템에 사용된다.
USP 5,259,248에는 화학 플랜트 등에서의 흐름(또는 유량) 또는 압력을 검출하기 위한 압력 및 차동 압력 송신기에 사용되고 또한 통합 멀티 센서 또는 복합 센서가 개시되며, 이는 이러한 통합 멀티 센서를 사용하는 지능형 차동 압력 송신기 및 플랜트 시스템에 관련된다. 이러한 통합 멀티 센서는 정압 검출 다이어프램 상에 형성된 한 쌍의 정압 게이지와, 차압 검출 다이어프램의 중앙 부근의 고정부 상의 위치에 형성된 다른 한 쌍의 정압 게이지를 포함한다. 브리지 회로를 형성하도록 정압 센서를 구성함으로써, 차압의 영향을 받지 않고 정압값을 검출할 수 있어, 정확한 차압 및 정압을 결정하는 것이 가능해진다.
USP 6,473,711에는 상호 교환 가능한 차동, 절대 및 게이지 타입 압력 송신기가 개시되어 있다. 이러한 압력 송신기는 대응하는 제1 및 제2 프로세스 입구로부터 프로세스 압력을 받아들이는 제1 및 제2 절대 압력 센서를 포함한다. 제1 및 제2 절대 압력 센서에 연결된 송신기 회로는 차압형 출력을 생성한다. 또한 이러한 압력 송신기는 회로에 연결된 제3 절대 압력 센서를 포함하며, 이는 제3 입구로부터 대기압을 받아들인다. 송신기 회로는 게이지 또는 절대 압력형일 수 있는 제2 유형의 송신기 출력을 생성한다. 송신기 회로가 3개의 절대 압력 센서에 연결되고, 송신기 회로가 차동 및 비차동형 출력을 생성하여, 송신기가 차동 및 비차동 설치간에 상호 교환 가능하게 적용될 수 있게 하는 것이 추가로 제공된다.
USP 7,073,375에는 센서 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 이러한 시스템은 마이크로 머시닝된 압력 센서 다이를 이용한 배출 배압 센서를 포함한다. 이러한 배출 배압 센서 시스템의 핵심 기술이 절대 압력 센서 다이라는 점이 추가로 제공된다. 또한 이러한 시스템은 절대 및 차동 측정 둘 다를 위한 신호를 처리하고 출력하는 하나 또는 그 이상의 ASIC를 포함할 수 있는 센서의 전자 회로를 포함한다. 이러한 센서는 차량 가솔린 엔진에 사용되는 배출 가스 재순환(EGR) 시스템의 사용에 적용될 수 있다. 또한 이러한 센서는 디젤 미립자 필터를 가로지르는 차압의 측정 및/또는 시스템 제어 및/또는 모니터링 목적으로 차압이 요구되는 어플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서 설명된 절대 압력 센서는 차량 엔진 및 다른 기계 및/또는 전자 장치 및 기계의 배출 압력을 감지할 수 있다.
USP 7,270,011에는 적어도 제1 매체의 제1 압력을 측정하고, 특히 조합된 절대 압력 및 상대 압력 센서인 마이크로 기계식 센서가 개시되어 있다. 이러한 마이크로 기계식 센서는 적어도 두 개의 센서 소자를 갖는 적어도 하나의 기판을 구비한다. 기판은 적어도 제1 매체의 절대 압력 변수를 측정하기 위한 제1 센서 소자와, 제1 매체의 상대 압력 변수를 측정하기 위한 제2 센서 소자를 구비한다.
USP 7,743,662에는 저차압 변환기가 개시되어 있다. 이러한 압력 변환기는 전방 및 후방 섹션을 갖는 H형 헤더를 포함하고, 여기서 전방 및 후방 섹션은 동일 직경이고 원형으로 형성된다. 전방 및 후방 섹션 각각은 각 함몰부를 커버하는 제1 및 제2 다이어프램을 갖는 함몰부를 구비한다. 각 다이어프램은 동일한 사이즈로 형성되며, 함몰부는 H의 중앙 암 내의 중앙 채널을 통해 서로 연결된다. 압력 센서는 채널과 연결되며, 여기서 압력 센서는 제1 다이어프램에 인가된 제1 압력과 제2 다이어프램에 인가된 제2 압력에 반응한다. 압력 센서는 압력차와 동일한 출력을 생성한다.
USP 8,132,464에는 상호 보완적인 듀얼 절대 압력 센서를 갖는 차압 송신기가 개시된다. 특히 프로세스 유체의 압력을 측정하기 위한 이러한 프로세스 가변 송신기는 제1 프로세스 압력과 연결되도록 구성된 제1포트와 제2 프로세스 압력과 연결되도록 구성된 제2 포트를 구비하는 프로세스 커플링을 포함하는 것이 제공된다. 차압 센서는 제1 및 제2 포트에 연결되고, 제1 압력 및 제2 압력 사이의 차압과 관련된 출력을 제공한다. 제1 및 제2 압력 센서는 각각 제1 및 제2 포트에 연결되고, 제1 및 제2 압력과 관련된 출력을 제공한다. 송신기 회로는 차압 센서로부터 및/또는 제1 및/또는 제2 압력 센서로부터의 출력을 근거로 송신기 출력을 제공하도록 구성된다.
USP 8,171,800에는 듀얼 후면 절대 압력 센싱을 이용한 차압 센서가 개시되어 있다. MEMS 차압 센싱 소자는 실리콘 또는 글라스 스페이서의 마주하는 면에 부착되는 2개의 분리된 실리콘 다이에 의해 제공되며, 스페이서의 면은 리세스되며, 그에 형성된 리세스는 적어도 부분적으로 비워져있다. 실리콘 스페이서가 사용되는 경우 다이는 실리콘 산화물 층에 의해 부분적으로 제공된 실리콘-실리콘 본딩을 이용하여 스페이서에 부착된다. 또한 글라스 스페이서가 사용되는 경우 다이는 양극 본딩을 이용하여 스페이서에 부착될 수 있다.
USP 8,215,176에는 강성 매체 센싱 및 유연 패키징을 위한 압력 센서; 보다 상세하게는, 강성 매체 절대 압력 센싱을 위한 방식을 제공하고 종래 기술에 사용된 겔에 의해 야기되는 부정적인 효과를 제거하는 MEMS 압력 센싱 소자가 개시되어 있다. 이러한 압력 센서는 봉입된 회로를 외부에 전기적으로 연결하기 위해 수직 전도성 비아를 사용하며, 압력 감지를 위해 예를 들어 피에조 저항성 휘트스톤 브리지와 같은 회로를 갖는 장치 다이 위에 임베디드 전도성 비아로 캡을 부착하는 퓨전 본드 방법을 사용한다. 이러한 센서는 2-포켓 하우징 구조를 포함하고 센싱 소자를 볼 그리드 어레이(BGA)에 의해 하나의 포켓 내로 부착하기 위한 표면 실장 방법 및 종래의 다이 부착 및 와이어 본딩을 이용한 단일 포켓 구조를 사용한다. 둘 다 종래 기술에서의 겔에 의해 야기되는 부정적인 효과 없이 강성 매체 압력 센싱을 위해 사용될 수 있다. 또한 센서는 다이어프램 변형이 측정될 압력에 의해 야기되도록 배열되고, 이러한 실시예는 절대 압력 센서로 지칭된다. 대체 실시예에서, 센서는 차압 센서로서 기능하도록 구성될 수 있다.
USP 8,234,927에는 라인 압력 측정을 구비하는 차압 센서가 개시되어 있다. 보다 상세하게는, 프로세스 유체의 압력을 센싱하기 위한 압력 센서 조립체가 개시되는데, 이는 내부에 형성된 공동을 갖는 센서 바디와, 공동에 제1 및 제2 압력을 인가하도록 구성된 제1 및 제2 개구를 포함한다. 공동 내의 다이어프램은 제2 개구로부터 제1 개구를 분리하고, 제1 압력과 제2 압력 사이의 차압에 응답하여 변형하도록 구성된다. 커패시턴스 기반 변형 센서는 센서 바디에 인가된 라인 압력에 응답하여 센서 바디의 변형을 감지하도록 제공되고 구성된다.
U.S. 공개공보 제2014/0165735호에는 차동 오일 충전 다이어프램 상의 배압을 매칭시키기 위해 구성된 차압 변환기가 개시되어 있다. 보다 상세하게는, 이러한 차압 변환기는 다른 구성, 즉, 다른 직경 및/또는 두께의 제1 및 제2 다이어프램을 포함한다. 다이어프램이 상이한 구성일 수 있지만 여전히 실질적으로 유사한 배압을 유지시키는바, 압력 변환기는 종래 기술의 설계에 비해 보다 다양한 기능을 제공한다. 따라서, 일반적으로 배압과 관련된 오차가 제거되며, 이는 센서의 차압 측정에서 다이어프램으로부터의 배압이 궁극적으로 제거되기 때문이다.
WO1995008758에는 프로세스 유체의 차압, 절대 압력 및 프로세스 온도를 감지하는 2-와이어 송신기가 개시되어 있다. 상기 정보는 파이프를 통과하는 유체의 질량 유량을 나타내는 출력을 제공하는데 사용될 수 있다. 송신기는 센서 모듈 하우징에 부착된 전자 모듈 하우징을 구비한다.
WO2005052535에는 차압 측정 및 절대 압력 측정을 통합하여 단일 통합 스케일의 광범위한 압력에 대한 가상 절대 압력 측정치를 제공하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 전술한 목적을 달성하기 위해 챔버 내의 절대 압력을 측정하기 위한 방법 및 장치는 챔버 내에서 절대 압력이 정확하게 측정될 수 있는 압력에서 동시에 획득된 절대 및 차동 압력 사이의 상관 계수를 결정하고, 상관 계수로 차압 측정치를 조정하여 가상 절대 압력 측정치를 제공하는 것을 포함한다.
따라서 2개의 압력 감지 소자를 이용하여 절대 압력과 차동 압력을 결정하기 위한 새로운 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다 할 것이다. EGR 적용 분야에서의 배출 가수의 질량 유량 및/또는 흡입 공기의 질량 유량을 결정하기 위해 다른 장치와 조합하여 사용될 수 있는 이러한 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이 특히 바람직하다 할 것이다. 이러한 시스템 및 장치는 종래 기술의 시스템/장치와 비교하여 정확도를 유지하면서도 보다 간단하거나 덜 복잡한 구조를 바람직하게 도출할 것이다. 또한 이러한 시스템 및 장치는 특히 생산되는 엔진의 수와 관련된 비용 절감을 고려했을 때 종래 기술의 시스템/장치와 비교하여 부품 수 및 설치 비용을 바람직하게 절감한다.
일반적인 측면 및/또는 실시예에서의 본 발명은 차동 및 절대 압력을 측정하기 위한 시스템, 기구, 장치 및 방법을 특징으로 한다. 보다 상세하게는, 이러한 시스템, 기구, 장치 및 방법은 EGR 시스템에서의 EGR 파이프 내부의 압력 및 유량을 측정하는데 사용될 뿐만 아니라 차량 응용분야에서 내연 기관(예를 들어, 디젤)의 흡기에서의 압력 및/또는 유량을 측정하는데 사용될 수 있다. 보다 더 상세하게는, 이러한 시스템, 기구, 장치 및 방법은 2개의 MEMS 감지 소자와, 오일 충전 압력 센서(들)을 사용한다. 보다 더 상세하게는, 이러한 시스템, 기구, 장치 및 방법은 질량 유량을 측정하기 위해 온도 감지 소자와 조합하여 사용된다.
보다 더 상세하게는, 이러한 시스템, 기구, 장치 및 방법은 압력(예를 들어, 절대 또는 차동)이 단독으로 측정 또는 감지되거나, 온도 감지 소자와 같은 다른 감지 소자와 함께 조합되어 감지되는 다수의 응용 중 임의의 것에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명이 압력 감지 및 온도 감지의 조합만을 포함하는 응용에 한정되지 않는다는 것이 인식되어야 할 것이다.
또한 설명되는 바와 같이 본 발명의 다양한 측면 또는 실시예는 유체 시스템에서 유동하는 유체의 유량 또는 질량 유량을 결정하는데 사용되는 것을 나타내지만, 본 발명은 설명된 바와 같은 이들 특정 실시예, 기술, 방법론에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 질량 유량 또는 유량은 당업자에게 공지되거나 이후 개발되는 다수의 기술, 알고리즘, 및/또는 방법론 중 임의의 것을 사용하여 결정될 수 있다. 따라서 본 발명의 압력 감지 기능을 이러한 다른 기술 등에 적합하게 배치하는 것은 본 발명의 범위 내에 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유체 시스템 내의 유동 유체(예를 들어, 가스, 액체)의 절대 및 차동 압력을 측정하는 방법에 특징이 있다. 이러한 방법은 유체 유동 방향으로 제1 압력 탭의 하류에 제2 압력 탭이 있게 서로 이격된 제1 및 제2 압력 탭을 포함하도록 유체 시스템을 구성하는 단계를 포함한다. 더 추가적인 실시예에서, 유체 시스템은 제1 및 제2 압력 탭을 구비하는, 배관 부분, 배관 섹션 또는 구성요소를 포함하도록 구성된다. 보다 상세한 측면/실시예에서, 유동 유체는 차량의 배출 또는 흡입에서 발생하는 것과 같은 가스이다.
또한 이러한 방법은 절대 압력 감지 소자를 제공하고 상기 절대 압력 감지 소자를 상기 제1 또는 제2 압력 탭 중 하나에 1차 유체 연결하여 그것이 유체적으로 연결된 각 압력 탭에서의 유동 유체를 나타내는 절대 압력을 측정하는 단계와, 차동 압력 감지 소자를 제공하고 차동 압력 감지 소자를 제1 및 제2 압력 탭 각각에 2차 유체 연결하여 제1 및 제2 압력 탭 사이의 유동 유체의 차동 압력을 측정하는 단계를 포함한다.
이러한 방법에서, 1차 및 2차 유체 연결 단계는, 절대 및 차동 압력 감지 소자 각각과 제1 및 제2 압력 탭 각각 사이에 비압축성 매체를 배치하는 단계를 더 포함한다. 예시적인 실시예에서, 이러한 비압축성 매체는 실리콘(예를 들어, 실리콘 오일)을 포함한다. 또한, 절대 압력 감지 소자 및 차동 압력 감지 소자 각각은 MEM 감지 소자를 포함한다.
본 발명의 추가적인 측면/실시예에 따르면, 이러한 방법은 유동 유체 또는 유동 매체와 비압축성 매체 및 감지 소자 사이에 배치된 유체 격리 다이어프램을 제공하여 유동 유체로부터 감지 소자와 비압축성 매체를 격리시키는 단계, 즉, 유동 유체를 이루는 구성 성분으로부터 감지 소자를 격리시키는 단계를 포함한다. 이러한 매체 격리 다이어프램은 유동 매체에 대한 압력 배리어를 형성하고, 감지 소자가 유동 유체의 압력(예를 들어, 고압 및 저압)에 반응하게 하도록 구성 및 배치된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이러한 1차 유체 연결 단계는 절대 압력 감지 소자를 제1 압력 탭에 유체적으로 연결하여 제1 압력 탭 위치에서의 유동 유체를 나타내는 절대 압력을 측정하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 이러한 방법은 제2압력 탭과 차동 압력 감지 소자 사이에 유체 채널을 제공하는 단계를 더 포함하며, 여기서 유체 채널은 비압축성 매체를 포함한다. 또한 유체 채널은 제2 압력 탭 위치에서의 유동 유체를 나타내는 제2 압력을 차동 압력 감지 소자에 전달하도록 구성 및 배치된다. 이러한 방법은 제1 압력 탭 위치에서의 유동 유체를 나타내는 제1 압력을 차동 압력 감지 소자에 전달하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 이러한 방법은 제1 압력 탭이 상기 제2 압력 탭보다 높은 압력에 있도록, 유체 시스템 내에 제한 압력 장치를 위치시켜 그것이 제1 및 제2 압력 탭 사이에 배치되거나 위치되도록 하는 단계를 더 포함한다. 이러한 제한 압력 장치는 제한 벤추리, 오리피스, 스로틀 플레이트 중 하나이거나, 유체가 장치를 통해 흐름에 따라 압력 강하 또는 기설정된 압력 강하를 발생시키는 다수의 장치들 중 임의의 것이다.
또 다른 실시예에 따르면, 이러한 방법은 적어도 하나 또는 하나의 디지털 처리 메커니즘을 제공하는 단계를 더 포함한다. 적어도 하나 또는 하나의 디지털 메커니즘은 절대 압력 감지 소자의 동작을 제어하고 차동 압력 감지 소자의 동작을 제어하도록 구성 및 배치된다. 또한 이러한 디지털 처리 메커니즘은 측정된 절대 압력을 나타내는 출력을 제공하고 측정된 차동 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치된다. 또한 적어도 하나의 디지털 처리 메커니즘 각각 또는 하나의 디지털 처리 메커니즘은 ASIC 또는 마이크로프로세서와 같은 다른 디지털 처리 장치이다.
또 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 디지털 처리 메커니즘이 제공되는 것은 제1 디지털 처리 메커니즘과 제2 디지털 처리 메커니즘을 제공하는 단계를 더 포함한다. 제1 디지털 처리 메커니즘은 절대 압력 감지 소자의 동작을 제어하고 측정된 상기 절대 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치된다. 제2 디지털 처리 메커니즘은 차동 압력 감지 소자의 동작을 제어하고 측정된 차동 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치된다. 또한, 제1 및 제2 디지털 처리 메커니즘 각각은 ASIC 또는 마이크로프로세서와 같은 다른 디지털 처리 장치이다.
또 다른 실시예에 따르면, 이러한 방법은 온도 감지 장치를 제공하고 온도 감지 장치가 유동 가스의 온도를 측정하고 측정된 온도의 출력을 제공하도록 유체 시스템을 구성하는 단계를 더 포함한다. 또한, 절대 압력 감지 소자는 측정된 절대 압력의 출력을 제공하고, 차동 압력 감지 소자는 상기 측정된 차동 압력의 출력을 제공한다. 이러한 방법은 유체 시스템 내의 유동 유체의 질량 유량을 결정하도록 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력의 출력을 사용하는 단계를 더 포함한다. 여기서 지시된 바와 같이, 특정 실시예에서 유동 유체는 차량의 배출 또는 흡입에서 발견되는 바와 같은 가스이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 유체 시스템 내에서의 유동 유체(예를 들어, 액체, 가스)의 질량 유량을 결정하는 방법에 특징이 있다. 이러한 방법은 유체 시스템을 제1 압력 탭, 제2 압력 탭, 제한 압력 장치 및 온도 감지 장치를 포함하도록 구성하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 압력 탭은 유체 유동 방향으로 제2압력 탭이 제1 압력 탭의 하류에 있도록 서로 이격되며, 제한 압력 장치는 제1 압력 탭이 제2 압력 탭보다 높은 압력에 있도록 제1 및 제2 압력 탭 사이에 배치된다. 또 다른 실시예에서, 유체 시스템은 제1 및 제2 압력 탭을 구비하는 배관 부분을 포함하도록 구성된다. 여기서 지시되는 바와 같이, 유동 유체는 차량의 배출 또는 흡입시 발견되는 바와 같은 가스이다. 또한, 흡입 가스는 가스화되거나 분무된 연료일 수 있다.
온도 감지 장치는 온도 감지 장치가 유동 가스의 온도를 측정하고 측정된 온도의 출력을 제공하도록 상기 유체 시스템에 연결 및 내장된다. 보다 상세한 설명적인 실시예에서, 온도 감지 장치는 유동 방향으로 제한 압력 장치의 상류 또는 하류 중 하나의 유동 유체의 온도를 측정하도록 유체 시스템 내에 위치된다. 또 다른 실시예에서, 유체 시스템 배관 부분은 온도 감지 장치가 고정된 포트 등을 구비하도록 구성된다.
이러한 방법은 절대 압력 감지 소자를 제공하고, 절대 압력 감지 소자를 제1 또는 제2 압력 감지 탭 중 하나에 1차 유체 연결하여 그것이 유체적으로 연결된 각 압력 탭에서의 유동 유체를 나타내는 절대 압력을 측정하고, 그 출력을 제공하는 단계를 포함한다. 또한 차동 압력 감지 소자를 제공하고, 차동 압력 감지 소자를 제1 및 제2 압력 탭 각각에 2차 유체 연결하여 제1 및 제2 압력 탭 사이에서의 유동 가스의 차동 압력을 측정하고, 그 출력을 제공하는 단계가 포함된다. 이러한 1차 및 2차 유체 연결 단계는 절대 및 차동 감지 소자 각각과 제1 및 제2 압력 탭 각각 사이에 비압축성 매체를 배치하는 단계를 더 포함한다. 예시적인 실시예에서, 비압축성 매체는 실리콘 오일과 같은 유체를 포함한다.
본 발명의 다른 측면/실시예에서, 이러한 방법은 감지 소자와 비압축성 매체를 유동 유체로부터 고립시키도록 유동 유체 또는 매체와 비압축성 매체 및 감지 소자 사이에 배치된 매체 고립 다이어프램을 제공하는 단계, 즉, 유동 유체를 구성하는 구성 성분으로부터 감지 소자를 격리시키는 단계를 포함한다. 이러한 매체 격리 다이어프램은 유동 매체에 대한 압력 배리어를 형성하며, 감지 소자가 유동 유체의 압력(예를 들어, 고압 및 저압)에 반응하게 하도록 구성 및 배치된다.
또한 이러한 방법은 유동 시스템 내에서의 유동 유체의 질량 유량을 결정하도록 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력의 출력을 사용하는 단계를 포함한다. 이러한 방법의 실시예에서, 유동 유체는 배출 가스 재순환 시스템의 배출 가스 또는 내연 기관의 흡입 시스템의 흡입 공기 중 하나이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 유체 시스템 내에서의 유동 유체(예를 들어, 가스, 액체)의 절대 및 차동 압력을 측정하기 위한 장치에 특징이 있다. 이러한 장치는 하우징 및 감지 모듈을 포함한다. 하우징은 유체 시스템에 대해 이격되게 유체 연결되어 유동 유체에 유체적으로 연결되는 복수의 공동을 포함한다.
감지 모듈은 하우징에 장착된다. 이러한 감지 모듈은 절대 압력 감지 소자 및 차동 압력 감지 소자를 포함한다. 절대 압력 감지 소자는 복수의 공동 중 하나에 1차 유체 연결되어 상기 하나의 공동이 유체적으로 연결되는 유동 유체를 나타내는 절대 압력을 측정하게 한다. 차동 압력 감지 소자는 상기 하나의 공동과 상기 복수의 공동 중 다른 것에 2차 유체 연결되어 상기 첫번째 및 다른 공동이 유체적으로 연결된 유동 유체의 차동 압력을 측정하도록 한다.
또한 이러한 장치는 상기 하나의 공동과 상기 다른 공동에 배치되는 비압축성 유체(예를 들어, 실리콘 오일)을 포함한다. 이러한 방식으로, 비압축성 유체는 절대 및 차동 압력 감지 소자 각각과 유동 유체 사이에 위치되어, 감지 소자가 유동 유체의 압력에 반응하도록 하면서도 감지 소자를 유동 유체로부터 격리(예를 들어, 유동 유체를 구성하는 구성 성분으로 격리)시키도록 한다.
본 발명의 추가적인 측면/실시예에서, 이러한 장치는 감지 소자와 비압축성 매체를 유동 유체로부터 격리, 즉, 감지 소자를 유동 유체를 구성하는 구성 성분으로부터 격리시키도록 유동 유체 또는 유동 매체와 비압축성 매체 및 감지 소자의 사이에 배치되는 매체 격리 다이어프램을 포함한다. 이러한 매체 격리 다이어프램은 유동 유체에 대한 압력 배리어를 형성하고, 감지 소자가 유동 유체의 압력(예를 들어, 고압 및 저압)에 반응하게 하도록 구성 및 배치된다.
보다 상세한 실시예에서, 절대 압력 감지 소자 및 차동 압력 감지 소자 각각은 MEM 감지 소자를 포함한다.
추가 실시예에서, 감지 모듈은 상기 다른 공동과 차동 압력 감지 소자 사이에 유체적으로 연결되도록 배치되는 유체 채널을 더 포함하며, 유체 채널은 비압축성 매체를 포함한다. 유체 채널은 상기 유체 채널은 상기 다른 공동에서의 유동 유체를 나타내는 제2 압력을 차동 압력 감지 소자의 일 측에 전달하도록 구성 및 배치된다.
추가 실시예에서, 유체 시스템은 제한 압력 장치를 포함하고, 하우징은 상기 하나의 공동과 다른 공동이 유동 유체의 방향으로 상기 제한 압력 장치의 상류와 하류에 배치되도록 구성 및 배치된다. 또한, 제한 압력 장치는 제한 벤추리, 오리피스 또는 스로틀 플레이트 중 하나이다.
또 다른 실시예에서, 이러한 장치는 제1 디지털 처리 메커니즘과 제2 디지털 처리 메커니즘을 포함한다. 제1 디지털 처리 메커니즘은 절대 압력 감지 소자의 동작을 제어하고 측정된 절대 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치된다. 보다 상세하게, 제1 디지털 처리 메커니즘은 절대 압력 감지 소자의 동작을 제어하고 측정된 절대 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치되는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다.
제2 디지털 처리 메커니즘은 차동 압력 감지 소자의 동작을 제어하고, 측정된 차동 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치된다. 보다 상세하게, 제2 디지털 처리 메커니즘은 차동 압력 막지 소자의 동작을 제어하고, 측정된 차동 압력을 나타내는 출력을 제공하기 위해 구성 및 배치된다. 또한, 제1 및 제2 디지털 처리 메커니즘 각각은 ASIC 또는 해당 분야에서 공지되고 의도된 용도에 부합하는 다른 디지털 처리 장치를 포함한다.
더 추가적인 실시예에서, 이러한 장치는 하우징에 연결되는 온도 감지 장치를 더 포함하여, 온도 감지 장치가 유동 유체의 온도를 측정하도록 한다. 보다 상세하게, 유동 유체의 온도는 상류 압력 탑의 상류 또는 제한 압력 장치의 상류이다. 대체적으로, 온도 감지 장치는 하우징에 연결되어 온도 감지 장치가 상류 압력 탭의 하류 또는 제한 압력 장치의 하류의 유동 유체의 온도를 측정하도록 한다. 또한, 이러한 온도 감지 장치는 측정된 온도의 출력을 제공한다. 여기서 지시된 바와 같이, 유동 유체는 차량의 배출 또는 흡입에서 발견되는 바와 같은 가스이다.
여기서 지시된 바와 같이, 유체 시스템은 장치가 유체적으로 연결될 수 있는 제1 및 제2 압력 탭을 구비하는 배관 부분, 배관 섹션 또는 구성 요소를 포함하도록 구성된다. 보다 상세하게, 복수의 공동은 유체 시스템에 대해 이격되고 유동 유체에 유체적으로 연결되도록 제1 및 제2 압력 탭에 유체적으로 연결된다. 더 구체적인 실시예에서, 배관 부분, 배관 섹션 또는 구성 요소는 여기서 설명된 바와 같이 온도 감지 장치를 위한 다른 포트를 구비하도록 추가로 구성된다. 추가 실시예에서 더 설명되는 바와 같이, 이러한 온도 감지 장치는 압력 감지 조립체에 작동 가능하게 연결되어 압력 감지 조립체가 절대 압력, 차동 압력 및 온도를 나타내는 신호들을 ECU에 송신하도록 할 수 있다.
추가 실시예에서, 이러한 장치는 제3 디지털 처리 장치를 포함하는데, 제1 및 제2 디지털 처리 메커니즘 및 온도 감지 장치 각각은 제3 디지털 처리 장치에 작동 가능하게 연결된다. 제3 디지털 처리 장치는 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력의 출력이 유동 유체의 유량을 결정하는데 사용되도록 구성 및 배치된다. 예시적인 실시예에서, 제3 디지털 처리 장치는 일반적으로 그것이 작동 가능하게 연결된 내연 기관의 동작을 제어하도록 신호 및/또는 입력을 처리하는 엔진 제어 유닛(ECU) 등을 포함한다. 더 추가적인 실시예에서, 제3 디지털 처리 메커니즘은 ASIC 또는 해당 분야에 공지되고 의도된 용도에 부합하는 디지털 처리 장치(예를 들어, 마이크로프로세서)를 포함한다.
본 발명의 더 추가적인 측면에 따르면, 유동 유체의 적어도 절대 및 차동 압력을 측정하기 위한 시스템에 특징이 있다. 이러한 시스템은 유체 시스템부와 측정 및 신호 출력 장치를 포함한다. 이러한 유체는 유체 시스템부 내에서 유동하고, 유체 시스템부는 유체 유동 방향으로 제2 압력 탭이 제1 압력 탭의 하류에 있도록 서로 이격되는 제1 및 제2 압력 탭을 포함한다. 측정 및 신호 출력 장치는 유체 시스템부 내의 유동 유체의 절대 및 차동 압력을 측정하고, 측정된 절대 및 차동 압력의 츨력을 제공한다.
측정 및 신호 출력 장치는 유체 시스템부에 유체적으로 이격되게 연결되고 유동 유체에 유체적으로 연결되는 복수의 공동을 구비하는 하우징과, 하우징에 장착되는 감지 모듈을 포함한다. 이러한 감지 모듈은 복수의 공동 중 하나에 1차 유체 연결되어 상기 하나의 공동이 유체적으로 연결된 유동 유체를 나타내는 절대 압력을 측정하도록 하는 절대 압력 감지 소자를 포함한다. 또한 감지 모듈은 상기 하나의 공동과 복수의 공동 중 다른 것에 2차 유체 연결된 차동 압력 감지 소자를 포함하여, 상기 차동 압력 감지 소자가 상기 첫번째 공동 및 다른 공동이 유체적으로 연결된 유동 유체의 차동 압력을 측정하도록 한다. 보다 더 상세한 실시예에서, 절대 압력 감지 소자 및 차동 압력 감지 소자 각가은 MEM 감지 소자를 포함한다.
또한, 비압축성 매체는 상기 하나의 공동 및 상기 다른 공동에 배치되어 비 압축성 유체가 절대 및 차동 압력 감지 소자 각각과 유동 유체의 사이에 위치되어 감지 소자가 유동 유체의 압력에 반응토록 하면서도 감지 소자를 유동 유체로부터 격리시키도록 한다. 여기서 지시된 바와 같이, 유체는 가솔린, 디젤 또는 프로판과 같은 탄화수소에 의해 연료가 공급되는 일반적인 내연 기관의 배출 또는 흡입 공기와 같은 액체 또는 가스를 포함한다.
추가적인 측면/실시예에서, 이러한 시스템은 신호 분석 장치를 더 포함한다. 보다 상세하게, 측정 및 신호 출력 장치는 그것이 측정된 절대 및 차동 압력의 신호 출력을 신호 분석 장치에 제공할 수 있게 하는 신호 분석 장치에 작동 가능하게 연결된다. 신호 분석 장치는 이러한 신호 출력 (또는 신호 입력)을 처리하고, 출력 또는 신호(예를 들어, 제어 신호 또는 출력)를 시스템 구성 요소에 제공하여 기능 및 프로세스 파라미터(예를 들어, 유동 유체, 압력 등)를 제어함으로써 관련된 엔진/모터 차량이 요구되는 방식대로 동작되도록 적절하게 구성 및 배치된다.
보다 상세한 측면/실시예에서, 신호 분석 장치는 이러한 신호 입력(예를 들어, 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력의 출력)을 수신 및 처리하고, 유체 시스템의 다른 기능을 제어하는데 사용되는 제어 신호 및/또는 출력을 출력하는 (마이크로프로세서, ASIC 등과 같은) 디지털 처리 장치를 포함한다. 보다 상세하게, 이러한 디지털 처리 장치는 유체 시스템의 동작 및 프로세스 파라미터 및 예를 들어 내연 기관의 동작이 제어되도록 유체 시스템의 제어되는 기능이 어떻게 구성되어야 할지 결정하기 위한 이러한 신호 출력을 처리하기 위한 명령, 기준, 코드 세그먼트를 포함할 수 있다. 보다 구체적인 측면/실시예에서, 신호 분석 장치, 보다 구체적으로 그 디지털 처리 장치는, 유체 시스템 내의 유동 가스의 질량 유량을 결정하여, 결과적으로 유체 시스템 기능이 어떻게 제어되어야 할지 결정하는데 사용될 수 있는, 이러한 입력(예를 들어, 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력)을 처리한다.
예를 들어, 배출 가스 재순환(EGR)에 적용되는 경우, 신호 분석 장치는 엔진의 흡입 측으로 재순환되는 배출 가스량을 제어하기 위한 적절한 EGR 시스템 기능에 제어 신호 또는 제어 출력을 제공하기 위한 입력을 처리할 수 있다. 엔진의 흡입 공기에 적용되는 경우, 신호 분석 장치는 엔진으로 제공되는 흡기량의 제어를 위한 적절한 흡입 기능(예를 들어, 스로틀 밸브)에 제어 신호 또는 제어 출력을 제공할 수 있다. 또한 이러한 신호 분석 장치는 이러한 기능을 제어하기 위한 목적을 위해 다른 장치로부터의 다른 입력 또는 신호(예를 들어, 유체 온도, 엔진 속도, 운전자로부터의 스로틀 입력(예를 들어, 가속 페들의 누름))를 수신할 수 있다.
추가적인 측면/실시예에서, 이러한 감지 모듈은 상기 다른 공동과 차동 압력 감지 소자의 사이에 유체적으로 연결되도록 배치되는 유체 채널을 더 포함하며, 유체 채널은 비압축성 유체를 포함한다. 또한 유체 채널은 상기 다른 공동 위치의 유동 유체를 나타내는 제2 압력을 차동 압력 감지 소자에 전달하도록 구성 및 배치된다. 추가 실시예에서, 절대 압력 감지 소자 및 차동 압력 감지 소자는 상기 하나의 공동 내에 배치된다.
보다 추가적인 측면/실시예에서, 유체 시스템부는 제1 및 제2 압력 탭 사이에 배치되는 제한 압력 장치를 포함하도록 구성되고, 측정 및 출력 장치 하우징은 상기 하나의 공동 및 상기 다른 공동이 제1 및 제2 압력 탭 각각에 연결되어 상기 하나의 공동 및 상기 다른 공동이 유동 가스의 방향으로 제한 압력 장치의 상류와 하류에 배치되도록 구성된다. 더 추가적인 실시예에서, 제한 압력 장치는 제한 벤추리, 오리피스, 스로틀 플레이트 중 하나이다.
더 추가적인 실시예에서, 측정 및 출력 장치는 제1 및 제2 디지털 처리 메커니즘을 더 포함한다. 제1 디지털 처리 메커니즘은 절대 압력 감지 소자의 동작을 제어하고, 측정된 절대 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치된다. 제2 디지털 처리 메커니즘은 차동 압력 감지 소자의 동작을 제어하고, 측정된 차동 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치된다. 더 추가적인 실시예에서, 제1 및 제2 디지털 메커니즘 각각은 ASIC 또는 해당 분야에서 당업자에게 공지되고 의도된 용도에 부합하는 다른 디지털 처리 메커니즘을 포함한다. 더 추가적인 측면/실시예에서, 제1 및 제2 디지털 처리 장치 각각은 신호 분석 장치 디지털 처리 장치에 작동 및 통신 가능하게 연결된다.
더 추가적인 실시예에서, 유체 시스템부는 유체 시스템부 내에 배치된 온도 감지 장치를 더 포함하여, 온도 감지 장치가 유동 유체의 온도를 측정하고, 온도 감지 장치가 측정된 온도의 출력을 제공하도록 한다.
더 추가적인 측먼/실시예에서, 온도 감지 장치는 신호 분석 장치 디지털 처리 장치에 작동 및 통신 가능하게 연결되어 측정된 온도 출력(들)이 신호 분석 장치 디지털 처리 장치에 제공되도록 한다. 추가 실시예에서, 신호 분석 장치 디지털 처리 장치는 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력의 출력을 처리하고, 유체 시스템부 내의 유동 유체의 질량 유량을 결정하도록 구성 및 배치된다.
여기서 설명되는 바와 같이, 벤추리, 스로틀 또는 오리피스와 같은 제한부를 통한 유동 유체(예를 들어, 가스, 액체)의 압력을 측정하고 배관을 통한 매체의 유량을 계산하는 공지된 프로세스는 일측(예를 들어, 유동 방향을 따라 상류 측)에 별도의 절대 압력 센서가 구비된 제한부를 가로질러 차동 압력 센서를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 해당 분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 이러한 구성은 2개의 센서(예를 들어, 차동 및 절대 압력 센서) 사이의 오차를 합산함에 의해 유량 계산에 있어서의 고유한 오차를 초래할 수 있다.
반대로, 본 발명은 절대 및 차동 압력 센서를 하나의 패키지로 통합함으로써 합산된 에러를 제거하거나, 에러를 적어도 실질적으로 최소화한다. 본 발명에 따르면, 절대 감지 소자 및 차동 감지 소자는 고압 측 압력 포트 또는 매체의 탭 내에 장착되며, 격리된 차동 감지 소자는 비압축성 유체로 충전된다. 동일한 압력 포트 또는 탭 내에 이러한 감지 소자들을 함께 위치시킴으로써, 포트 직경 공차와 같은, 센서 공간 및 매체 연결 변동에 기인한 정확도 영향이 제거/실질적으로 최소화될 수 있다. 또한, 매체 격리 다이어프램을 수평 방향으로 향하게 하는 센서 내에 본 발명을 통합시킴에 따라 센서의 정확도에 영향을 미칠 수 있는 그을음 또는 물과 같은 오염 물질의 축적을 감소시킬 수 있다. 또한, 하나의 완전한 센서 포트를 제거함으로써, 두 개의 개별 센서를 사용한 구성과 대비하여, 오염 축적 장소를 감소시키고 계산된 질량 유량의 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면 및 실시예는 아래에서 논의된다.
정의
본 발명은 이하의 정의를 참조하여 가장 명확하게 이해된다:
USP는 미국등록특허 번호를 의미하는 것으로 이해되고, U.S. Publication No.는 미국공개특허 출원번호를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명 및 청구항에 관한 논의에 사용된 "포함하는(comprising)" 및 "포함하는(including)"라는 용어는 개방단 형태로서 사용되고, 따라서 "포함하지만 제한되지 않는"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 또한 "연결되다"라는 용어는 간접 또는 직접 연결 모두를 의미하는 것으로 의도된다. 따라서, 제1 구성요소가 제2 구성요소에 연결되는 경우, 해당 연결은 직접 연결을 통하거나 다른 구성요소, 장치 및 연결부를 통한 간접 연결을 통해 이루어질 수 있다. 또한 "축의" 및 "축 방향으로"라는 용어는 일반적으로 중심축 또는 종축을 따르거나 이에 실질적으로 평행한 것을 의미하는 반면, "반경의" 및 "반경 방향으로"라는 용어는 일반적으로 중심축, 종축에 대해 수직한 것을 의미한다.
또한 "위," "아래," "상부," "하부," 등과 같은 방향을 나타내는 용어는 편의상 첨부된 도면과 관련하여 사용된다. 일반적으로, "위," "상부," "상방' 및 유사한 용어는 기계, 장치, 기구 또는 시스템의 근위 단부(proximal end)를 향하는 방향을 지칭하고, "아래," "하부," "하방," 및 유사한 용어는 기계, 장치, 기구 또는 시스템의 원위 단부(distal end)를 향하는 방향을 지칭하지만, 단지 설명을 위한 것이며, 용어는 개시를 제한하는 것을 의미하지 않는다.
ASIC는 특정 용도의 집적 회로를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
PM은 미립자 물질(들), 특히 디젤 엔진의 내부 연소 과정으로부터 발생하는 미립자 물질(들)을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
EGR은 일반적으로 배출 가스 재순환을 의미하거나 이와 관련된 것으로 이해되어야 하며, EGR 시스템은 배출 가스 재순환 시스템을 보다 상세하게 의미하거나 이와 관련된 것으로 이해되어야 한다. 이러한 EGR 시스템에서, 냉각 후의 배출 가스의 일부는 흡입 측(예를 들어, 흡기 플레넘, 흡입 매니폴드)으로 복귀되어 엔진 실린더로 가는 공기의 산소 농도를 낮추고, 엔진 실린더 내의 흡기 온도를 감소시켜 NOx를 감소시킨다.
ECU는 엔진 제어 유닛 등을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
PEI는 폴리에테르이미드(polyetherimide)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
디지털 처리 장치 또는 메커니즘은 다수의 구성요소, 기구 및/또는 센서, 차량의 구성요소 등으로부터의 입력을 수신 및 처리하고, 차량 및/또는 그 엔진의 동작을 제어하기 위해 차량의 엔진 또는 다른 구성요소로의 제어 출력과 같은 적절한 출력을 제공하는 기능을, 하드웨어 및/또는 소프트웨어(예를 들어, 디지털 프로그램 명령, 데이터, 기준 및/또는 코드 세그먼트)로 갖는, 마이크로프로세서, 특정 용도의 집적 회로(ASIC), 디지털 신호 프로세서 등을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 본질 및 원하는 목적에 대한 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면과 관련하여 행해지는 이하의 상세한 설명이 참조되며, 동일한 도면 부호는 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 나타내며:
도 1은 배출 가스 재순환 어플리케이션에 사용될 때 질량 유량을 결정하는데 사용되는 일반적인 조립체의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2는 일반적인 EGR 루프를 나타내는 일반적인 터보 차지 디젤 엔진의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명에 따른 예시적인 통합 배출 가스 재순환 감지 시스템/조립체의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 4는 유동하는 유체 또는 매체(예를 들어, 액체 또는 가스)에 대한 절대 및 차동 압력 감지 또는 감지 소자들의 유체 커플링을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 압력 감지 조립체의 사시도이다.
도 6 내지 9는 도 5의 압력 감지 조립체의 다양한 도면으로서, 보다 상세하게는, 단면도(도 6), 측면도(도 7), 평면도(도 8) 및 저면도(도 9)이다.
도 10a, b는 고압 측 공동에 배치될 때(도 10a, b)와 저압 측 오일/공동에 유체적으로 연결될 때(도 10b) 절대 및 차동 압력 감지 소자의 배치를 나타내는 다양한 예시적인 개략도이다.
도 10c는 절대 및 차동 압력 감지 소자 및 회로 기판 또는 그 디지털 처리 장치를 포함하지만 이에 한정되지 않는 압력 감지 조립체에 구현된 예시적인 전기 회로 및 기능적인 소자의 관련된 상호 관계의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 11은 도 8의 11-11 단면선을 따르는 도 5의 압력 감지 조립체의 단면도이다.
도 12a, b는 도 8의 11-11 단면선을 따르는 도 5의 압력 감지 조립체의 단면도로서 명료성을 위해 상부 하우징이 없는 경우의 단면도이고, 도 12b는 고압 및 저압측 오일 공동을 보다 상세하게 나타낸다.
도 1은 배출 가스 재순환 어플리케이션에 사용될 때 질량 유량을 결정하는데 사용되는 일반적인 조립체의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2는 일반적인 EGR 루프를 나타내는 일반적인 터보 차지 디젤 엔진의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명에 따른 예시적인 통합 배출 가스 재순환 감지 시스템/조립체의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 4는 유동하는 유체 또는 매체(예를 들어, 액체 또는 가스)에 대한 절대 및 차동 압력 감지 또는 감지 소자들의 유체 커플링을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 압력 감지 조립체의 사시도이다.
도 6 내지 9는 도 5의 압력 감지 조립체의 다양한 도면으로서, 보다 상세하게는, 단면도(도 6), 측면도(도 7), 평면도(도 8) 및 저면도(도 9)이다.
도 10a, b는 고압 측 공동에 배치될 때(도 10a, b)와 저압 측 오일/공동에 유체적으로 연결될 때(도 10b) 절대 및 차동 압력 감지 소자의 배치를 나타내는 다양한 예시적인 개략도이다.
도 10c는 절대 및 차동 압력 감지 소자 및 회로 기판 또는 그 디지털 처리 장치를 포함하지만 이에 한정되지 않는 압력 감지 조립체에 구현된 예시적인 전기 회로 및 기능적인 소자의 관련된 상호 관계의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 11은 도 8의 11-11 단면선을 따르는 도 5의 압력 감지 조립체의 단면도이다.
도 12a, b는 도 8의 11-11 단면선을 따르는 도 5의 압력 감지 조립체의 단면도로서 명료성을 위해 상부 하우징이 없는 경우의 단면도이고, 도 12b는 고압 및 저압측 오일 공동을 보다 상세하게 나타낸다.
이제 동일 도면 부호가 동일 부품을 지칭하는 도면들의 다양한 도면을 참조하면, 도 3에는 본 발명에 따른 예시적인 통합 배출 가스 재순환(EGR) 감지 시스템(200)의 개략적인 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 이러한 EGR 감지 시스템(200)은 EGR 시스템의 적절한 적용에 의한, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 당업자에게 공지된 임의의 EGR 시스템 또는 EGR 루프에 위치될 수 있다.
예를 들어, EGR 감지 시스템(200)이 그 내에 배치되는 유체 시스템 또는 유체 시스템 배관(예를 들어, EGR 배관(240))은 필요한 압력 탭 또는 포트(242a, b)를 구비하여 EGR 감지 시스템이 거기에 적절하게 결합될 수 있도록 구성 및 배치될 수 있다. 그 대신에, 유체 시스템 배관은 의도된 사용/적용(예를 들어, 배출 가스 또는 흡입 가스)에 적합한, 용접, 볼트 및 플랜지의 사용, 납땜 및 클램프를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 다수의 기술 또는 방법 중 임의의 것을 사용하여 나머지 유체 시스템 배관(240)에 연결되는 배관 섹션(201), 배관 부분 또는 배관 구성 요소를 포함하도록 구성 및 배치될 수 있다. 또한 이러한 배관 섹션(201), 배관 부분 또는 배관 구성 요소는 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이 압력 감지 조립체(300)에 연결되는 압력 탭(242a, b)를 구비하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 EGR 감지 시스템(200) 또는 루프와 관련하여 본 발명에 따른 압력 감지 조립체의 사용뿐만 아니라 질량 유량을 결정하는 데의 특정 사용에 대해서도 설명하지만, 이러한 압력 감지 조립체(300)를 단독으로 또는 온도 감지 소자(220)와 조합하여 사용할 뿐 아니라 내연 기관의 흡입 및/또는 흡기와 관련된 기능과 같은 엔진의 다른 기능과 관련하여 이러한 압력 감지 어셈블리를 사용하는 것이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 제한하여 고려되어서는 안 될 것이다.
추가로, 이러한 본 발명의 시스템, 기구, 장치 및 방법은 압력(예를 들어, 절대 또는 차동)이 단독으로 측정 또는 감지되거나 온도 감지 소자와 같은 다른 감지 소자와 조합되어 감지되는 다수의 응용예 중 임의의 것에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 단지 압력 감지와 온도 감지의 조합만을 포함하는 응용예에 제한되지 않음이 인지되어야 할 것이다.
이하에서 설명되는 바와 같이 본 발명의 다양한 측면 또는 실시예는 유체 시스템에서 유동하는 유체의 유량 또는 질량 유량을 결정하는데 사용되는 것을 나타내지만, 본 발명은 설명된 이들 특정 실시예, 기술 또는 방법론에 한정되지 않는다는 것이 인지되어야 할 것이다. 예를 들어, 질량 유량 또는 유량은 당업자에게 공지되거나 이후에 개발되는 다수의 기술, 알고리즘, 및/또는 방법론 중 임의의 것을 사용하여 결정될 수 있다. 따라서 본 발명의 압력 감지 기능을 이러한 다른 기술 등에 적합하게 배치하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다 할 것이다.
여기서 사용되는 용어인 유동하는 유체는 유동하는 액체 또는 가스를 포함한다. 보다 상세한 측면에서, 유동하는 가스는 차량의 배출 또는 흡입시에 발생하는 가스이다. 또한, 유동하는 가스는 다른 성분을 포함할 수 있는데, 예를 들면, 흡입 가스는 배출 가스의 연소 성분뿐만 아니라 기체 연료(예를 들어, 프로판, 천연 가스) 또는 분무된 연료(예를 들어, 가솔린) 성분을 포함할 수 있다.
이러한 EGR 감지 시스템(200)은 엔진 제어 유닛(ECU, 400) 등에 작동 및 통신 가능하게 연결되는데, 엔진 제어 유닛(ECU, 400) 등은 적어도 그것이 결합된 내연 기관(예를 들어, 디젤 엔진)의 작동을 제어하도록 구성 및 배치된다. 일반적으로 이러한 ECU(400)는 의도된 동작 모니터링 및 제어 기능을 수행하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. EGR에 적용되는 경우, ECU(400)는 EGR 감지 시스템(200)으로부터 다양한 입력을 수신하는데, 이는 배출 가스가 엔진의 흡입 측으로 재순환되어야 하는지 여부 및 얼마의 양이 재순환되어야 하는지를 결정하기 위해 ECU에 의해 사용된다. 흡기에 적용되는 경우, EGR 감지 시스템(200)은 도출된 시스템이 흡입 공기 및 관련된 구성 요소와 함께 사용되도록 적용되어야 할 것이다. 도출된 감지 시스템의 출력은 엔진으로의 흡입 연료-공기 혼합물을 포함하는 흡입 공기의 유동을 제어하는데 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, ECU(400)는 마이크로 프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC), 디지털 신호 프로세서 등을 구현할 수 있는 디지털 처리 장치 또는 메커니즘이다. 또한 이러한 디지털 처리 장치 또는 메커니즘은 차량의 많은 구성 요소, 기구 및/또는 센서로부터 입력을 수신 및 처리하고, 차량 및/또는 그 엔진의 동작을 제어하기 위해 엔진 또는 차량의 다른 구성에 제어 출력을 제공하는 기능을 하드웨어 및/또는 소프트웨어(예를 들어, 디지털 프로그램 명령, 데이터, 기준 및/또는 코드 세그먼트)로 구현한다. 자동차 및 컴퓨터 분야의 당업자의 일반 지식뿐만 아니라 여기서의 설명 및 논의를 근거로 이러한 디지털 프로그램 명령, 데이터, 기준 및/또는 코드 세그먼트를 개발하는 것은 당업자의 기술 범위 내에 있다.
추가로 설명되는 바와 같이, 본 발명의 압력 감지 조립체(300)는 차량 유체 시스템(예를 들어, EGR 또는 흡기)에 대한 절대 압력 및 차동 압력을 감지 및 측정하기 위한 기능 소자를 포함하고 통합하도록 구성 및 배치된다. 이러한 압력 감지 조립체(300)는 당업자에게 공지된 다수의 기술들 중 임의의 것을 사용하고 의도된 용도에 부합하는 유체 시스템(예를 들어, EGR 배관)에 유체적으로 연결된다. 예시적인, 설명적인 실시예에서, 이러한 압력 감지 조립체(300)는 EGR 배관(240)에 구비된 두 개의 압력 탭(242a, b)에 유체적으로 연결된다. 보다 상세한 측면/실시예에서, 압력 감지 조립체(300)를 포함하는 EGR 감지 시스템(200)을 포함하는 EGR 배관의 부분은 EGR 배관 시스템 내에 설치되거나 그에 부착(예를 들어, 연결)되는 별도의 배관 부분(201), 별도의 배관 섹션 또는 배관 구성 요소일 수 있다.
보다 구체적으로, 압력 감지 조립체(300) 또는 장치는 벤추리(제한 벤추리), 오리피스(제한 오리피스), 스로틀/스로틀 플레이트 또는 다른 제한 압력 장치(244) 또는 EGR 배관 또는 배관의 부분 내에 배치되는 공지된 다른 메커니즘의 양 측면 상에 위치된 압력 탭(242a, b)에 유체적으로 연결된다. 해당 분야에 공지된 바와 같이, 이러한 제한 압력 장치(244)는 배관 시스템에서 압력 효과(예를 들어, 압력 강하)를 발생시키며, 이 압력 효과는 차동 압력(차압)으로서 측정될 수 있다. 또한 이러한 차압은 예를 들어 배관 내의 유량 및 질량 유량과 같은 유동 유체/매체(예를 들어, 배출 가스)의 다른 유동 특성을 결정하는데 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 압력 탭 중 하나 또는 고압력 탭(242a)는 제한 압력 장치(244)의 상류(유동 방향으로) 측 또는 고압 측(높은 측 압력) 상에 배치되고, 다른 압력 탭 또는 저압 탭(242b)는 제한 압력 장치(244)의 하류(유동 방향으로) 측 또는 저압 측(낮은 측 압력) 상에 배치된다.
또한 이제 도 4를 참조하면, EGR 배관 내의 유동 매체(즉, 배출 가스), 보다 구체적으로, EGR 루프 내에서 유동하는 매체에 대한 절대 및 차동 압력 감지 소자의 유체 커플링을 나타내는 개략도가 도시되어 있다. 설명된 실시예에서, 압력 제한 장치(244)의 고압 측은 압력 감지 조립체(300) 내의 실리콘 오일과 같은 비압축성 유체(332, 고압측 오일)와 유체적으로 연결되고, 이는 결과적으로 절대 압력 감지 소자(322)와 유체적으로 연결된다. 고압측 오일(332)은 또한 차동 압력 감지 소자(324)와 유체적으로 연결된다. 보다 구체적으로, 고압 측 오일은 차동 압력 감지 소자(324)의 일 측에 유체적으로 연결된다.
또한 설명된 실시예에 따르면, 압력 제한 장치의 저압 측은 압력 감지 조립체 내의 실리콘 오일과 같은 다른 비압축성 유체(334, 저압측 오일)와 유체적으로 연결되고, 이는 결과적으로 차동 압력 감지 소자(324)와 유체적으로 연결된다. 보다 구체적으로, 저압측 오일(334)는 차동 압력 감지 소자(324)의 타 측에 유체적으로 연결되어 감지 소자가 제한 압력 장치(244)의 고압 및 저압측 사이의 차압을 감지하도록 한다. 대체 실시예로서, 절대 압력 감지 소자(322)는 압력 제한 장치(244)의 저압 측에 연결된 비압축성 유체(334)에 유체적으로 연결되도록 위치할 수 있다.
절대 및 차동 압력 감지 소자(322, 324)는 해당 분야에 공지되고 의도된 용도에 부합하는 다수의 압력 감지 장치들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 절대 및 차동 압력 감지 소자는 MEMS 감지 소자이다. 보다 구체적인 실시예에서, MEMS 감지 소자는 집적된 휘트스톤 저항 브리지를 포함한다. 감지/측정되는 압력은 각 감지 소자를 변형시켜 휘트스톤 브리지의 저항을 변경시킨다. 각 감지 소자에 동작 가능하게 연결된 ASIC은 이 저항차를 전압 출력으로 변환하고, 이는 ECU(400)에 전달된다. 또 다른 실시예에서, 감지 소자는 피에조 타입의 장치이다. 두 압력 사이의 차는 감지 소자를 변형시켜, 휘트스톤 브리지의 저항을 변경시킨다. 도시된 예시적인 실시예에서, 절대 압력 감지 소자/장치는 Silicon Microstructures, Melexis, First Sensor, 및 EPCOS에 의해 제조된 절대 압력 감지 장치를 포함하고, 차동 압력 감지 소자/장치는 Silicon Microstructures, Melexis, First Sensor, 및 EPCOS에서 제조된 차동 압력 감지 장치를 포함한다.
도 3에 설명된 실시예에 따르면, 예시적인 EGR 감지 시스템(200)은 ECU(400)에 동작 및 통신 가능하게 연결된 온도 감지 장치/송신기(200)를 또한 포함한다. 이러한 온도 감지 장치/송신기(220)는 해당 분야에 공지되고 의도된 용도에 부합하는 다수의 장치/송신기 중 임의의 것이다. 도시된 예시적인 실시예에 따르면, EGR 적용을 위한 이러한 온도 감지 장치/송신기는 Sensata Technologies에서 제조된 것들을 포함하고, 흡기 적용을 위해 Sensata Technologies에 의해 제조된 온도 감지 장치/송신기 또한 포함한다.
여기서 설명되는 바와 같이, ECU(400)는 온도 감지 장치/송신기(220)로부터 입력을 수신하고, 이는 배출 가스가 엔진의 흡입 측으로 재순환되어야 하는지 여부 및 얼마나 재순환되어야 하는지를 결정하기 위해 ECU에 의해 사용된다. 흡기 적용의 경우, 온도 감지 장치/송신기(220)는 재순환되는 EGR 가스량을 제어하는 것과 유사하게 주어진 엔진의 흡입 측으로 제공되는 흡기량 및/또는 공기-연료 혼합물량을 제어하기 위해 흡기 및 관련된 구성 요소들과 함께 사용하는데 적용될 수 있다.
여기서 지시되는 바와 같이, 본 발명의 이러한 시스템, 기구, 장치 및 방법은 압력(예를 들어, 절대 또는 차동)이 단독으로 감지되거나 온도 감지 소자와 같은 다른 감지 소자와 조합되어 감지되는 다수의 적용들 중 임의의 것에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 압력 감지 및 온도 감지의 조합만을 포함하는 적용들에 한정되지 않는다는 것이 인지되어야 할 것이다.
압력, 차압 및/또는 유체 온도와 같은 유체 파라미터를 사용한 EGR 제어를 수행하기 위한 해당 분야에 공지된 다수의 기술, 방법, 알고리즘이 있음이 인지되어야 할 것이다. 보다 구체적으로, 재순환되는 배출 가스의 유량을 결정하고 그에 따라 배출 가스 재순환을 제어하기 위한 해당 분야에 공지된 기술, 방법 또는 알고리즘이 다수 존재한다. 여기서 더 설명되는 것은 이를 수행하기 위한 하나의 예시적인 기술, 방법 또는 알고리즘이다. 이와 같이, 본 발명은 설명된 기술에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 할 것이다.
여기서 지시된 바와 같이, 배출 가스는 실린더 온도를 감소시키도록 엔진 흡입측으로 도입되거나 재순환되며, 이로 인해 연소 중의 NOx 생성이 감소하게 된다. 이와 관련하여, 흡입 측으로 피드백되는 EGR의 질량 유동은 EGR 시스템 또는 루프를 제어하는데 사용된다. 이러한 제어는 신선한 공기와 EGR의 혼합을 제어하여 배출 및 연료 효율 모두를 조정하도록 수행되며, 이에 따라 ECU와 EGR 밸브 사이의 피드백 루프를 생성한다. 또한 여기서 지시되는 바와 같이, 벤추리 제한은 EGR 질량 유량을 계산하는데 사용될 수 있다.
다음은 수학적 용어로 질량 유량을 결정하기 위한 하나의 방법을 나타낸다: 여기서 C = 오리피스 유동 계수, Y = 팽창 계수, A2 = 오리피스 면적, P1 = 고압 측 절대 압력, ΔP = 차압, 및 MW = EGR의 분자량.
이러한 압력 감지 조립체(300), 온도 감지 장치/송신기(220) 및 ECU(400) 사이의 작동 가능하고, 통신 가능한 연결은 일반적으로 하나 또는 그 이상의 와이어링 하니스(290a, b)(하나는 압력 감지 조립체(300, INTEGR)에 연결하기 위한 것이고, 하나는 온도 감지 장치/송신기(220, TEMP)에 연결하기 위한 것임)의 형태인 와이어링을 사용하여 이루어진다. 해당 분야에 공지된 바와 같이, 이러한 개별 와이어링 하니스는 추후 다른 차량 내에서 ECU 또는 다른 종단점에 적절하게 라우팅되는 다른 와이어링 하니스에 결합될 수 있다. 또한, 이러한 와이어링 하니스는 일반적으로 적절한 종단 또는 와이어 커플러를 구비하여 소자 또는 와이어링 하니스/하니스들의 와이어를 온도 소자(220), 압력 감지 조립체(300) 및 ECU(400)에 상호 연결하는 것을 용이하게 한다.
여기서 설명되는 바와 같이, 본 발명에서 압력 감지 조립체(300)는 유체 시스템(예를 들어, EGR 또는 흡기)을 위한 절대 압력 및 차동 압력을 감지 및 측정하기 위한 기능 소자를 포함 및 통합하도록 구성 및 배치된다. 이들 절대 및 차동 압력 기능이 압력 감지 조립체(300) 내에 통합됨에 따라, 하나의 와이어링 하니스(290a)는 감지 및 측정된 절대 압력 및 차동 압력 모두를 그로부터 ECU(400)에 전달하도록 구성된다.
일반적인 압력 감지 시스템과 대조적으로, 본 발명의 압력 감지 조립체(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 절대 압력 송신기와 ECU를 이러한 송신기에 통신 가능하게 연결하기 위한 와이어링 하니스를 제공할 필요가 없으므로 부품수를 감소시킨다. 또한 이는 이러한 별도의 송신기를 위해 유체 압력 시스템(예를 들어, EGR 배관, 흡기 배관) 내에 별도의 압력 탭 구성을 제공하고, 이러한 차량 내에 이러한 별도의 송신기를 설치해야 할 필요가 없으므로 비용을 절감한다. 또한 차량의 조립 중 이러한 별도의 하니스를 와이어링할 필요가 없으므로 비용이 절감된다.
여기서 지시된 바와 같이, 배관을 통과하는 매체의 질량 유량을 계산하기 위해 제한부(예를 들어, 벤추리, 스로틀, 또는 오리피스와 같은)를 통과하는 흐름의 측정된 압력을 사용하는 일반적인 두 공정은, 그 일측 상의 별도의 절대 압력 센서 와 함께 제한부를 가로지르는 차동 압력 센서, 또는 제한부를 가로지르는 두 개의 절대 압력 센서의 사용을 포함한다. 그러나, 이러한 구성은 두 센서 사이의 오차를 합산함에 의해 질량 유량 계산에 있어 고유 오차를 발생시킨다.
본 발명은 절대 및 차동 센서를 하나의 패키지로 통합함에 의해 복합 에러를 제거하거나 실질적으로 이를 최소화하며, 여기서 절대 감지 소자 및 차동 감지 소자는 모두 비압축성 유체로 채워진 매체 격리 차동 감지 소자의 고압 측 압력 포트 내에 장착된다. 동일한 압력 포트 내에 감지 요소들을 함께 위치시킴으로써, 센서 간격 및 포트 직경 공차와 같은 매체 연결 변동으로 인한 정확도 영향이 최소화/제거될 수 있다.
또한, 본 발명은 매체 격리 다이어프램을 수평으로 향하게 하여 센서 정확도에 영향을 줄 수 있는 그을음 또는 물과 같은 오염물의 축적을 감소시키도록 하는 센서를 구현한다. 또한, 2개의 개별 센서를 사용한 구성과 비교하여, 하나의 완전한 센서 포트를 제거함으로써 오염물 축적 장소를 감소시키고, 계산된 질량 유량의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 별도의 절대 압력 센서/송신기가 없는 바, 이는 그 결과로서 온도 감지 장치가 압력 감지 조립체(300)에 대해 보다 최적의 위치에 위치될 수 있다는 것을 의미한다.
더 추가적인 실시예에서, 배관, 배관 부분(201), 배관 섹션 또는 구성 요소는 유체 온도를 측정하기 위해 온도 감지 장치(220)가 연결될 수 있는 포트를 구비하도록 구성 가능하다. 더 추가적인 실시예에서, 압력 감지 조립체(300)는 온도 감지 장치에 작동 및/또는 통신 가능하게 연결되어 온도 감지 조립체가 압력 감지 조립체(300)를 통해 ECU(400)에 통신 가능하게 연결되도록 조정될 수 있다. 더 추가적인 실시예에서, 압력 감지 조립체(300)는 배관 시스템에 구비된 적절한 압력 포트에 차례로 연결 가능한 온도 감지 기능 및 감지 소자를 더 구비하도록 조정될 수 있다. 이러한 추가 실시예에 따르면, 압력 감지 조립체는 3개의 온도 출력이 ECU와 적절이 전달되도록 추가로 조정될 수 있다.
이제 도 5 내지 9를 참조하면, 본 발명에 따른 압력 감지 조립체(300)의 다양한 도면, 보다 상세하게는, 사시도(도 5), 단면도(도 6), 측면도(도 7), 평면도(도 8) 및 저면도(도 9)가 도시되어 있다. 또한 도 10a, b에는 고압 측 공동에 배치될 때(도 10a, b)와 고압 측 및 저압 측 오일/공동에 유체적으로 결합될 때(도 10b) 절대 및 차동 압력 감지 소자(322, 324)의 배치를 나타내는 다양한 예시적인 개략도가 도시되어 있다. 또한, 도 11에는 도 8의 11-11 단면선을 따르는 도 5의 압력 감지 조립체의 단면도가 도시되어 있으며, 도 12a, b는 공동을 위한 상부 하우징(340)이 없는 11-11 단면선을 따르는 도 5의 압력 감지 조립체의 추가 단면도이다. 도 12b에서, 단면도는 고압 및 저압 측 오일 공동을 보다 구체적으로 나타내고 있다. 또한 이하에 달리 설명되지 않는 압력 감지 조립체의 세부 사항에 대해서는, 공동 소유되며 그 교시가 참조로 인용되는 USP 7,578,194를 참조해야 할 것이다.
이러한 압력 감지 조립체(300)는 상부 하우징(340)을 포함하며, 이는 커넥터부(342)를 포함하고, 압력 감지 소자 모듈(320)을 그 리세스(344)에 수용한다. 압력 감지 소자 모듈(320)은 여기서 설명되는 바와 같이 차동 압력 감지 소자(324)가 고압 및 저압 측 오일(332, 324) 모두와 유체적으로 연결되고, 절대 압력 감지 소자가 고압 측 오일(332)에 유체적으로 연결되는 바디(321)를 포함한다. 결과적으로, 차동 압력 감지 소자(324)는 제한 장치(244)의 고압 및 저압 측에 유체적으로 연결되고, 절대 압력 감지 소자는 제한 장치(244)의 고압 측에 유체적으로 연결된다. 또한, 압력 감지 조립체(300)는 EGR 유체 시스템 또는 배관(240) 또는 흡입 유체 시스템에 유체적으로 연결되는 제1 및 제2 포트 연결부(352)를 갖는 하부 하우징(350)을 포함하며, 이는 압력 감지 조립체의 하면에 배치된다. 보다 상세한 실시예에서, 하부 하우징(350)은 압력 감지 소자 모듈(320) 아래에 상부 하우징(340) 내의 리세스(344)의 일부에 수용된다 (도 11 참조).
커넥터부(342)는 그 근위 단부가 압력 감지 조립체(300)을 ECU(400)에 작동 및 통신 가능하게 연결하는 복수의 핀(343)을 포함하도록 구성 및 배치된다. 보다 상세한 실시예에서, 커넥터부는 4개의 이러한 핀을 포함하도록 구성 및 배치된다. 커넥터부(342) 및 핀(343)의 근위 단부는 관련된 와이어링 또는 와이어링 하니스(490a)의 종단이 커넥터부 및 핀에 작동 가능하게 연결되어 절대 및 차동 압력 감지 소자(324, 322)와 관련된 출력 신호가 와이어링 하니스를 통해 ECU(400)로 출력될 수 있도록 추가로 구성 및 배치된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 커넥터부(342)와 핀(343)은 2 x 2 핀 레이아웃의 원통형 핀을 갖는 Tyco Ampseal 16 4-핀 커넥터 시스템을 포함한다. 상부 하우징(340)은 커넥터부(342)의 처짐을 방지하도록 배치된 커넥터 지지부(341)를 더 포함한다.
추가적인 도시된 예시적인 실시예에서, 상부 하우징(340)은 하나 또는 그 이상(예를 들어, 복수)의 관통공을 포함하도록 구성 및 배치되며, 관통공은 압력 감지 조립체(300)를 유체 시스템(예를 들어, EGR 루프/시스템(240) 또는 흡기 시스템)에 장착하고 고정하는데 사용된다. 이러한 관통공은 메탈 부싱과 같은 부싱을 포함하도록 추가로 구성될 수 있다. 압력 감지 조립체(300)를 이러한 유체 시스템에 구비된 유체 시스템 배관(240) 또는 배관 부분(201), 배관 섹션 또는 구성 요소에 고정하기 위해 해당 분야의 당업자에게 공지되고 의도된 적용에 적합한 다수의 고정구(예를 들어, 볼트, 스터드, 너트 등) 중 임의의 것이 사용될 수 있다.
또한 하부 하우징(350)은 예를 들어 오-링과 같은 복수의 씰링 장치(354)를 포함하도록 구성 및 배치될 수 있고, 이는 제1 및 제2 포트 연결부(352)의 각각에 대해 배치되어 압력 감지 장치가 유체 시스템(예를 들어, EGR 루프/시스템(240) 또는 흡기 시스템)에 장착 및 고정되었을 때 씰링 장치(354)가 압력 감지 조립체(300)와 유체 시스템 사이의 유체 씰에 유동 유체(예를 들어, 배출 가스, 흡기)의 고압 및 저압 소스를 제공하도록 한다. 보다 상세한 실시예에서, 씰링 장치(354)는 제1 및 제2 포트 연결부(352) 둘레에, 예를 들어 하부 하우징(350)의 저면의 적절한 오-링 시트와 같은 것 내에 배치되어 유체 씰을 제공하는 오-링이다. 추가 실시예로서, 제1 및 제2 포트 연결부(352)는 유체가 그를 통해 흐를 수 있도록 하는 개구를 한정하는 크로스 바와 같은, 그릴형 구조를 포함하도록 추가로 구성된다.
상부 및 하부 하우징(340, 350)은 의도된 용도/적용에 부합하는 다수의 재료(예를 들어, 성형 가능한 재료) 중 임의의 것으로 제조된다. 예시적인 실시예에서, 이러한 재료는 예를 들어 폴리에테르이미드(PEI)를 포함한다.
이러한 압력 감지 소자 모듈(320)은, 절대 압력 감지 소자(322) 및 차동 압력 감지 소자(324)에 추가로, 절대 및 차동 압력 감지 소자에 작동 및 통신 가능하게 연결되는 인쇄 회로 기판(326)을 포함한다. 압력 감지 소자(320)가 상부 하우징(340) 내의 리세스(344) 내에 배치될 때, 회로 기판(326)은 압력 감지 소자 모듈(320)의 상부 또는 상면에 배치되도록 배열된다.
인쇄 회로 기판(326)은 절대 압력 감지 소자(322)를 위한 하나의 ASIC와 차동 압력 감지 소자(324)를 위한 제2 ACIC인, 2개의 ASIC(328) 뿐 아니라 회로 소자를 적절히 상호 접속하는 회로 또는 배선 트레이스를 포함하도록 구성 및 배치된다. 도 10c에는 압력 감지 조립체(300)에 구비된 예시적인 전기 회로 및 기능적인 소자의 관련된 상호 관계의 개략적인 블록 다이어그램이 도시되어 있으며, 보다 구체적으로 압력 감지 소자(320)는 절대 및 차동 압력 감지 소자 및 회로 기판 또는 그 디지털 처리 장치를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 또한 도 10c에 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판은 절대 압력 감지 소자(322)와 차동 압력 감지 소자(324) 모두에 대하여 하나의 ASIC(328)을 구비하도록 구성될 수도 있다.
보다 상세하게, 압력 감지 소자 모듈(320) 및 회로 기판(326)에 구비된 예시적인 전기 회로의 개략적인 블록 다이어그램이 도시되어 있고, 여기서 ABS 또는 절대 압력은 절대 압력 감지 소자(322)와 관련되고, DP 또는 차동 압력은 차동 압력 감지 소자(324)에 관련된다. 여기서 추가로 설명되는 바와 같이, 이러한 ASIC는 각 압력 감지 소자의 동작을 제어하고 ECU(400)에 의한 수신에 적합한 신호 출력을 제공하도록 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 집적 회로이다. 해당 분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 해당 분야에 공지되거나 이후에 개발되는 다수의 디지털 처리 장치 중 임의의 것이 이러한 ASIC의 대체물로서 사용하기 위해 당업자에 의해 용이하게 채택될 수 있다.
또한 도 10c에 도시된 바와 같이, 이러한 전기 회로는 절대 및 차동 압력 감지 소자(322, 324)로부터의 입력 신호를 각각 필터링하기 위한 입력 필터링 네트워크(329a, b)와, ASIC(328)로부터 출력된 신호를 필터링하기 위한 출력 필터링 네트워크(329c)를 포함할 수 있다. 이러한 필터링 네트워크는 해당 분야에서 당업자에게 잘 알려진 기술이므로, 여기서는 더 이상 설명하지 않는다.
특히 각각의 ASIC는 각 압력 감지 소자(322, 324)의 전달 함수, 응답 시간, 및 전기적 성능을 매치시키도록 구성 및 배치된다. 또한, 각각의 ASIC는 절대 및 차동 압력 감지 소자(322) 각각으로부터 나오는 전기 신호(예를 들어, 전압)를 수신하고 ECU(400)로 측정된 압력을 나타내는 신호를 출력하도록 구성 및 배치된다. 또한 이러한 ASIC(328)는 출력되는 신호를 제어할 뿐 아니라 그것이 연결되는 개별 압력 감지 소자의 동작을 제어하도록 구성 및 배치된다. 예를 들면, ASIC는 감지 소자로부터의 출력이 기설정치보다 높거나 낮을 때 기설정된 압력 신호가 출력되도록 구성 및 배치될 수 있다.
복수의 접촉 스프링(326)은 압력 감지 소자 모듈(320)의 상면과 상부 하우징(340)의 사이에서 연장되도록 배치된다. 보다 상세하게, 4개의 접촉 스프링이 구비된다. 구비된 접촉 스프링(326) 각각은 상부 하우징의 벽 내의 적절한 보어 내에 배치되어 상부 하우징 내의 각 단자(343)의 원위 단부와 회로 기판(326)의 각 회로 구조 또는 소자 사이에서 연장된다. 이러한 구조는 각 와이어링 하니스를 통해 회로 기판(예를 들어, ASIC(328))과 ECU(400) 사이의 동작 및 통신 가능한 연결을 허용한다. 추가적인 측면/실시예에서, 보어는, RTV와 같은, 뒤따르는 조립 및 교정과 같은, 적절한 재료로 씰링될 수 있다.
압력 감지 소자 모듈(320)의 상면과 상부 하우징(340)은 주위의 오-링 또는 다른 씰링 장치가 상부 하우징 리세스(344)와 감지 소자 모듈(320)의 상면에 형성된 시트에 배치될 수 있도록 적절하게 구성 및 배치된다. 이러한 씰링 구조는 압력 감지 소자 모듈(320)이 주위의 상태로부터 보호되고 격리되도록 제공된다.
도 10a에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 압력 감지 소자 모듈(320)은 절대 및 차동 압력 감지 소자(322, 324)가 그에 장착되는 베이스 플레이트(323)를 더 포함한다. 이러한 베이스 플레이트(323)는, 예를 들어 폴리페닐렌 설파이드(PPS)와 같은, 적절한 재료로 제조된다. 또한 절대 및 차동 압력 감지 소자(322, 324) 각각은 와이어(360)를 통해 각 전기 단자 핀(362)에 작동 가능하게 연결되고, 거기서 각 ASIC에 연결된다. 보다 상세하게, 절대 압력 감지 소자(322)는 4개의 전기 단자 핀(362)에 연결되고, 차동 압력 감지 소자(324)는 다른 4개의 전기 단자 핀(362)에 연결된다.
설명된 실시예에서, 압력 감지 소자 모듈(320)은 베이스 플레이트(323)의 대응하는 개구에 삽입되는 U형 부재(364)를 더 포함한다. U형 부재는 절대 압력 감지 소자(322)가 그에 적절하게 고정되고 전기 단자 핀(362)을 보유하도록 구성 및 배치된다. 차동 압력 감지 소자(324)는 해당 분야의 당업자에게 알려진 다수의 기술 중 임의의 것을 이용하여 베이스 플레이트에 장착된다. 예시적인 실시예에서, 압축 씰링 또는 납땜은 단자 핀과 주변 재료(예를 들어, 베이스 플레이트, 베이스 플레이트에 연결된 U형 부재 등) 사이에 압력 기밀 씰링을 제공하는데 사용된다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 차동 압력 감지 소자(324)의 일 측과 절대 압력 감지 소자(322)는 고압측 공동(355a)에 유체적으로 연결된 고압 측 오일(322)에 유체적으로 연결되도록 배치된다. 차동 압력 감지 소자의 타 측은 저압 측 공동(355b)에 유체적으로 연결된 저압 측 오일(334)에 채널(327)을 통해 유체적으로 연결된다.
또한 압력 감지 조립체(340)는 하부 하우징(350)과 압력 감지 소자 모듈(320) 사이의 경계면에 개재된 복수의 금속 디스크 또는 유연성 금속 다이어프램(370)을 더 포함한다. 하부 하우징(350)은 다이어프램(370)을 밀봉 가능하게 결합시키는 씰링 메커니즘(예를 들어, 오-링, 접착제 등)을 포함하여 비압축성 유체(즉, 고압 측 오일(322) 및 저압 측 오일(334))를 위한 챔버를 생성하도록 하고, 절대 및 차동 압력 감지 소자를 감지된 매체로부터 격리시키도록 구성 및 배치된다. 또한 다이어프램(370)은 압력 감지 조립체(340) 내에 배치된다.
다이어프램(370)은 예를 들어 장시간 사용시 감지되는 매체에 대해 불침투성 및 강건성을 갖는다. 예를 들면, 감지되는 매체가 산성 배출 가스 매체인 경우, 적합한 재료는 탄탈럼(tantalum), 니오븀(niobium), 티타늄(titanium) 및 스테인레스 스틸을 포함할 수 있다. 흡기 적용에 있어서, 연료-공기 혼합물의 연료는 다이어프램에 대해서도 마찬가지로 강건한 재료를 필요로 하는 성분을 포함할 수 있다. 이상에서 지시된 바와 같이, 또한 다이어프램(370)은 유연성을 가지며, 이에 따라 유동 매체 또는 유체(예를 들어, 배출 가스)에 의해 야기되는 압력 변화에 반응하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 각 비압축성 유체(332, 334)는 감지되는 유체 유동의 압력이 증가 또는 감소함에 따라 적절하게 반응한다.
도 11 내지 12에 도시된 바와 같이, 다이어프램(370)은 압력 감지 조립체(300)가 EGR 루프/시스템 또는 흡기 유체 시스템에 장착될 시 다이어프램이 중력에 대체로 수직한 평면에 놓여 있게 장착된다. 상술한 압력 감지 조립체의 구성은 단지 일 부분인 하부 하우징(350)만이 감지 매체에 강건성을 가질 것을 필요로 하고, 따라서 다른 부분(예를 들어, 상부 하우징(340))은 의도된 용도에 부합하는 덜 비싼 재료를 사용하여 제조될 수 있다.
추가적인 측면/실시예에 있어서, 충전 홀(들)이 베이스 플레이트(323)의 상면에 구비되어, 이는 절대 및 차동 압력 감지 소자(322, 324)를 위한 비압축성 유체(예를 들어 고압 측 오일(332) 및 저압 측 오일(334))를 위한 챔버에 유체적으로 연결되도록 배치된다. 압력 감지 조립체(300)의 조립 중, 비압축성 유체는 절대 및 차동 압력 감지 소자를 위한 각 챔버에 이들 충전 홀을 통해 도입된다. 챔버가 채워진 후, 충전 홀(들)은 볼과 같은 것에 의해 적절히 씰링되고, 그 위치에 납땜이 이루어져 충전 홀이 닫히도록 한다 (예를 들어, 도 11 참조).
여기서 설명되는 바와 같이(도 10b 참조), 채널(327)은 저압 측 오일(334)을 위한 챔버의 일부를 형성하여 차동 압력 감지 소자(334)의 일 측과 유체 연통하는 비압축성 매체/유체가 저압 측 공동(355b)과 유체 연통하는 다이어프램(370)과도 유체 연통되도록 한다. 이와 같은 구성에 따라, 차동 압력 감지 소자(334)는 차동 압력 감지 소자의 일 측에 작용하는 유동 유체/매체의 압력 변화에 대응하거나 관련되는 저압 측 공동(355b)에서의 압력 변화에 반응한다. 이와 대응하여, 차동 압력 감지 소자(334)의 타측은 차동 압력 감지 소자의 다른 일 측에 작용하는 유동 유체/매체의 압력 변화에 대응하거나 관련된 고압 측 공동(355a)에서의 압력 변화에 반응하다. 이러한 방식으로, 차동 압력 감지 소자는 제한 압력 장치(244)를 가로 지르는 차압을 검출 및 측정할 수 있다.
절대 압력 감지 소자는 고압 측 공동(355a)와 유체 연통되는 다이어프램과 또한 유체 연통되는 고압 측 오일(332)과 유체 연통되는바, 절대 압력 감지 소자는 고압 측 공동(355a)에서의 압력 변화에 반응한다. 이러한 방식으로, 절대 압력 감지 소자는 제한 압력 장치(244)의 일 측 상의 절대 압력을 검출 및 측정할 수 있다.
추가 실시예로서, 상부 하우징(340)과 압력 감지 조립체(320)와 같은 압력 감지 조립체(300)의 구성요소들은 여기서 설명된 성형 가능한 플라스틱 이외의 재료로 형성될 수 있다. 그것들은 적절한 금속(예를 들어, 스테인레스 스틸) 또는 세라믹(예를 들어, 알루미나)과 같은, 해당 분야에서 알려지고 의도된 용도에 부합하는 다수의 재료 중 임의의 것으로 제조될 수 있다.
여기서 설명된 바와 같이, 본 발명은 또한 유동 유체의 적어도 절대 및 차동 압력을 측정하기 위한 시스템을 특징으로 한다. 이러한 시스템은 유체 시스템 부분 또는 유체 시스템 배관(240, 도 1에 도시된 바와 같은) 및 측정 및 신호 출력 장치(예를 들어, 압력 감지 조립체(300))를 포함한다. 유체(예를 들어, 액체 또는 가스)는 유체 시스템 배관 내에서 유동하고, 유체 시스템은 제2 압력 탭이 유체 유동 방향으로 제1 압력 탭의 하류에 있도록 서로 이격된 제1 압력 탭(242a) 및 제2 압력 탭(242b)를 포함하도록 구성 및 배치된다. 측정 및 신호 출력 장치(압력 감지 조립체(300))는 유체 시스템 부분 내의 유동 유체의 절대 및 차동 압력을 측정하고, 측정된 절대 및 차동 압력의 신호 출력을 제공한다.
측정 및 신호 출력 장치/압력 감지 조립체(300)는 유체 시스템 배관(예를 들어 제1 및 제2 압력 탭(242a, b))에 대해 이격되게 유체 연결되고 유동 유체 및 하우징에 장착된 압력 감지 소자 모듈(320) 또는 압력 감지 모듈에 유체적으로 연결되도록 하는 복수의 공동을 갖는 하우징(340)을 포함한다. 이러한 압력 감지 소자 모듈(320)은 1차로 복수의 공동 중 하나에 유체적으로 연결되어 상기 하나의 공동이 유체적으로 연결된 유동 유체를 나타내는 절대 압력을 측정하도록 하는 절대 압력 감지 소자(322)를 포함한다. 또한 압력 감지 소자 모듈(320)은 2차로 상기 하나의 공동에 유체적으로 연결되고 복수의 공동 중 다른 공동에 연결되어 차동 압력 감지 소자가 상기 첫번째 및 다른 공동이 유체적으로 연결된 유동 유체의 차압을 측정하도록 하는 차동 압력 감지 소자(324)를 포함한다. 여기서 설명되는 바와 같이, 절대 압력 감지 소자 및 차동 압력 감지 소자 각각은 MEM 감지 소자를 포함한다.
또한, 비압축성 매체(332, 324)는 상기 하나의 공동과 상기 다른 공동 내에 배치되어 비압축성 매체가 절대 및 차동 압력 감지 소자(322, 324) 각각과 유동 유체의 사이에 위치되도록 함으로써 감지 소자가 유동 유체의 압력에 반응하도록 하면서도 압력 감지 소자를 유동 유체로부터 격리되도록 한다. 여기서 지시된 바와 같이, 유동 유체는 유동 액체, 또는 가솔린, 디젤 또는 프로판과 같은 탄화수소에 의해 연료가 공급되는 일반적인 내연 기관의 배기 또는 흡기와 같은 가스를 포함한다.
이러한 시스템은 ECU(400)와 같은 신호 분석 장치를 더 포함한다. 보다 상세하게, 압력 감지 조립체(300)/측정 및 신호 출력 장치는 신호 분석 장치/ECU(400)에 작동 가능하게 연결되며, 이는 압력 감지 조립체가 측정된 절대 및 차동 압력의 신호 출력을 신호 분석 장치/ECU(400)에 제공할 수 있도록 한다. 신호 분석 장치/ECU(400)는 이러한 신호 출력(또는 신호 입력)을 처리하고, 출력 또는 신호(예를 들어, 제어 신호 또는 출력)을 시스템 구성 요소(예를 들어, 엔진 구성 요소)에 추가로 제공하여 기능 및 프로세스 파라미터(예를 들어, 유체 유동, 압력 등)를 제어하여 관련된 엔진/모터 차량을 포함하는 시스템이 요구되는 방식으로 동작되게 한다.
보다 상세하게, 신호 분석 장치/ECU(400)는 디지털 처리 장치(마이크로프로세서, ASIC 등과 같은)를 구비할 수 있으며, 이는 이러한 신호 입력(예를 들어, 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력의 출력)을 수신 및 처리하고, 유체 시스템의 다른 기능을 제어하는데 사용되는 제어 신호 및/또는 출력을 출력하도록 구성 및 배치된다. 보다 상세하게, 이러한 디지털 처리 장치는 이러한 신호 출력을 처리하기 위한 명령, 기준, 코드 세그먼트를 (하드웨어 및/또는 소프트웨어로) 포함하여, 유체 시스템의 제어된 기능이 어떻게 배치되는지를 결정하게 함으로써 유체 시스템 의 동작과 프로세스 파라미터(들) 및 예를 들어 내연 기관의 동작을 제어한다. 보다 구체적으로, 신호 분석 장치/ECU는, 특히, 그 디지털 처리 장치는 이들 입력(예를 들어, 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력의 출력)을 처리하여 유체 시스템에서의 유동 가스의 질량 유량을 결정하도록 하며, 이는 결과적으로 유체 시스템 기능이 어떻게 제어되어야 하는지 결정하는데 사용될 수 있다.
예를 들면, 적용이 배출 가스 재순환(EGR)인 경우, 신호 분석 장치/ECU는 적절한 EGR 시스템 기능에 제어 신호 또는 제어 출력을 제공하도록 입력을 처리하여 엔진의 흡입 측으로 재순환되는 배출 가스의 양을 제어하도록 한다. 적용이 엔진에 대한 흡입 공기인 경우, 신호 분석 장치는 적절한 흡입 기능(예를 들어, 스로틀 밸브)에 제어 신호 또는 제어 출력을 제공하여 엔진으로 공급되는 흡입 공기의 양을 제어한다. 이러한 신호 분석 장치/ECU는 이러한 기능을 제어할 목적으로 다른 장치로부터의 다른 입력 또는 신호(예를 들어, 센서, 유체 온도, 운전자로부터의 스로틀 입력(예를 들어, 가속 페들의 누름)) 또한 수신할 수 있다.
여기서 설명된 바와 같이, 압력 감지 소자 모듈(300)/감지 모듈은 상기 다른 공동과 차동 압력 감지 소자(324) 사이에 유체적으로 연결되도록 구성된 유체 채널을 더 포함한다. 유체 채널은 비압축성 매체(334) 또한 포함할 수 있다. 또한 유체 채널은 상기 다른 공동 위치에서의 유동 유체를 나타내는 제2 압력을 차동 압력 감지 소자(324)에 전달시키도록 구성 및 배치된다. 여기서 더 설명되는 바와 같이, 절대 압력 감지 소자(322) 및 차동 압력 감지 소자(324)는 상기 하나의 캐비티 내에 배치된다.
더 추가적인 측면/실시예에 따르면, 유체 시스템(200) 또는 배관 부분(201)은 특히 제1 및 제2 압력 탭(242a, b) 사이에 배치된 제한 압력 장치(244)를 포함하도록 구성된다. 또한, 하우징(340)은 상기 하나의 공동 및 상기 다른 공동이 제1 및 제2 압력 탭과 각각 연결되도록 구성되어, 상기 하나의 공동과 다른 공동이 유동 유체(예를 들어, 유동 액체 또는 가스)의 방향으로 제한 압력 장치의 상류와 하류에 배치되도록 한다. 이러한 제한 압력 장치는 제한 벤추리, 오리피스 또는 스로틀 플레이트 중 하나이다.
이러한 압력 감지 소자 모듈(320)/측정 및 출력 장치는 제1 및 제2 디지털 처리 메커니즘을 더 포함한다. 제1 디지털 처리 메커니즘은 절대 압력 감지 소자(322)의 동작을 제어하고 측정된 절대 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치된다. 제2 디지털 처리 메커니즘은 차동 압력 감지 소자(324)의 동작을 제어하고 측정된 차동 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치된다. 더 추가적인 실시예에서, 제1 및 제2 디지털 처리 메커니즘 각각은 ASIC(328) 또는 해당 분야에 당업자에게 공지되고 의도된 용도에 부합하는 다른 디지털 처리 메커니즘을 포함한다. 또한, 제1 및 제2 디지털 처리 장치 각각은 신호 분석 장치 디지털 처리 장치/ECU(400)에 작동 또는 통신 가능하게 연결된다.
여기서 설명되는 바와 같이, 유체 시스템(240) 또는 배관 부분(201)은 유체 시스템 내에 배치되는 온도 감지 장치(220)를 더 포함하여 온도 감지 장치가 유동 유체의 온도를 측정하고, 온도 감지 장치가 측정된 온도의 출력을 제공할 수 있게 한다.
보다 상세하게, 온도 감지 장치(220)는 신호 분석 장치 디지털 처리 장치/ECU(400)에 작동 또는 통신 가능하게 연결되어 측정된 온도 출력(들)이 신호 분석 장치 디지털 처리 장치/ECU에 제공되도록 한다. 또한, 신호 분석 장치 디지털 처리 장치/ECU는 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력의 출력을 처리하고, 유체 시스템 부분 내의 유동 유체의 질량 유량을 결정하도록 구성 및 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시예를 특정 용어를 사용하여 설명하였지만, 이러한 설명은 단지 예시적인 목적을 위한 것이며, 이하의 청구범위의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 변경 및 변형이 이루질 수 있음을 이해해야 할 것이다.
참조에 의한
원용
여기서 개시된 모든 특허, 공개된 특허출원 및 다른 참고 문헌은 참조에 의해 그들 전체로서 명백히 원용된다.
균등물
해당 분야의 당업자는 단지 일상적인 실험을 통해 여기서 설명된 본 발명의 특정 실시예의 많은 균등물을 인식하거나 확인할 수 있다. 이러한 균등물은 이하의 청구범위에 포함되는 것으로 의도된다.
Claims (15)
- 유체 시스템을, 제2 압력 탭이 유동 방향으로 제1 압력 탭의 하류에 있도록 서로 이격된 상기 제1 및 제2 압력 탭을 포함하도록 구성하는 단계;
절대 압력 감지 소자를 제공하고, 상기 절대 압력 감지 소자를 상기 제1 또는 제2 압력 탭 중 하나에 1차 유체 연결하여, 유체적으로 연결된 상기 각 압력 탭에서의 유동 유체를 나타내는 절대 압력을 측정하는 단계;
차동 압력 감지 소자를 제공하고, 상기 차동 압력 감지 소자를 상기 제1 및 제2 압력 탭 각각에 2차 유체 연결하여, 상기 제1 및 제2 압력 탭 사이의 유동 유체의 차동 압력을 측정하는 단계;를 포함하고,
상기 1차 및 2차 유체 연결 단계는, 상기 절대 및 차동 압력 감지 소자 각각과 상기 제1 및 제2 압력 탭 각각 사이에 비압축성 매체를 배치하는 단계를 더 포함하는, 유체 시스템 내에서의 유동 유체의 절대 및 차동 압력을 측정하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 1차 유체 연결 단계는, 상기 절대 압력 감지 소자를 상기 제1 압력 탭에 유체적으로 연결하여 상기 제1 압력 탭 위치에서의 유동 유체를 나타내는 절대 압력을 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 제2 압력 탭과 상기 차동 압력 감지 소자 사이에 상기 비압축성 매체를 포함하는 유체 채널을 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 유체 채널은 상기 제2 압력 탭 위치에서의 유동 유체를 나타내는 제2 압력을 상기 차동 압력 감지 소자에 전달하도록 구성 및 배치되는, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 압력 탭 위치에서의 유동 유체를 나타내는 제1 압력을 상기 차동 압력 감지 소자에 전달하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 압력 탭이 상기 제2 압력 탭보다 높은 압력에 있도록, 상기 제1 및 제2 압력 탭 사이에 배치되도록 유체 시스템 내에 제한 압력 장치를 위치시키는 단계를 더 포함하고,
상기 제한 압력 장치는 제한 벤추리, 오리피스 또는 스로틀 플레이트 중 하나인, 방법. - 제1항에 있어서,
적어도 하나의 디지털 처리 메커니즘을 제공하는 단계를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 디지털 처리 메커니즘 각각은 상기 절대 압력 감지 소자의 동작을 제어하고 상기 차동 압력 감지 소자의 동작을 제어하도록 구성 및 배치되고,
상기 적어도 하나의 디지털 처리 메커니즘 각각은 측정된 상기 절대 압력을 나타내는 출력을 제공하고, 측정된 상기 차동 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치되는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 디지털 처리 메커니즘을 제공하는 단계는 제1 디지털 처리 메커니즘과 제2 디지털 처리 메커니즘을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제1 디지털 처리 메커니즘은 상기 절대 압력 감지 소자의 동작을 제어하고 측정된 상기 절대 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치되며,
상기 제2 디지털 처리 메커니즘은 상기 차동 압력 감지 소자의 동작을 제어하고 측정된 상기 차동 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 유동 유체는 가스이고,
온도 감지 장치를 제공하고, 상기 온도 감지 장치가 유동 가스의 온도를 측정하고 측정된 온도의 출력을 제공하도록 상기 유체 시스템을 구성하는 단계를 더 포함하고,
상기 절대 압력 감지 소자는 상기 측정된 절대 압력의 출력을 제공하고 상기 차동 압력 감지 소자는 상기 측정된 차동 압력의 출력을 제공하며,
상기 유체 시스템 내의 유동 가스의 질량 유량을 결정하도록 상기 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력의 출력을 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법 - 제1항에 있어서,
상기 절대 압력 감지 소자 및 상기 차동 압력 감지 소자 각각은 MEM 감지 소자를 포함하고,
상기 유동 유체는 배출 가스 재순환 시스템의 배출 가스 또는 흡입 시스템의 흡입 공기 중 하나인, 방법. - 유체 시스템을 제1 압력 탭, 제2 압력 탭, 제한 압력 장치 및 온도 감지 장치를 포함하도록 구성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 및 제2 압력 탭은 유동 방향으로 상기 제2 압력 탭이 상기 제1 압력 탭의 하류에 있도록 서로 이격되며,
상기 제한 압력 장치는 상기 제1 압력 탭이 상기 제2 압력 탭보다 높은 압력에 있도록 상기 제1 및 제2 압력 탭 사이에 배치되며,
상기 온도 감지 장치는 상기 온도 감지 장치가 유동 가스의 온도를 측정하고 측정된 온도의 출력을 제공하도록 상기 유체 시스템에 연결 및 내장되며,
절대 압력 감지 소자를 제공하고, 상기 절대 압력 감지 소자를 상기 제1 또는 제2 압력 탭 중 하나에 1차 유체 연결하여, 유체적으로 연결된 상기 각 압력 탭에서의 유동 가스를 나타내는 절대 압력을 측정하고, 그 출력을 제공하는 단계;
차동 압력 감지 소자를 제공하고, 상기 차동 압력 감지 소자를 상기 제1 및 제2 압력 탭 각각에 2차 유체 연결하여 제1 및 제2 압력 탭 사이에서의 유동 가스의 차동 압력을 측정하고, 그 출력을 제공하는 단계를 포함하며,
상기 1차 및 2차 유체 연결 단계는 상기 절대 및 차동 감지 소자 각각과 상기 제1 및 제2 압력 탭 각각 사이에 비압축성 매체를 배치하는 단계를 더 포함하며,
유동 시스템 내에서의 유동 가스의 질량 유량을 결정하도록 상기 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력을 사용하는 단계를 포함하는, 유체 시스템 내에서의 유동 가스의 질량 유량을 결정하는 방법. - 유체 시스템에 대해 이격되게 유체적으로 연결되어 유동 유체에 유체적으로 연결되는 복수의 공동을 포함하는 하우징; 및
상기 하우징에 장착되는 감지 모듈;을 포함하고,
상기 감지 모듈은,
상기 복수의 공동 중 하나에 1차 유체 연결되어 상기 하나의 공동이 유체적으로 연결되는 유동 유체를 나타내는 절대 압력을 측정하게 하는 절대 압력 감지 소자;
상기 하나의 공동과 상기 복수의 공동 중 다른 것에 2차 유체 연결되어 상기 첫째 공동 및 다른 공동이 유체적으로 연결된 유동 유체의 차동 압력을 측정하도록 하는 차동 압력 감지 소자; 및
상기 절대 및 차동 압력 감지 소자 각각과 상기 유동 유체의 사이에 위치하도록 상기 하나의 공동과 상기 다른 공동에 배치되어, 상기 감지 소자가 상기 유동 유체의 압력에 반응하도록 하면서도 상기 유동 유체로부터 상기 감지 소자를 격리시키도록 하는 비압축성 유체를 포함하는, 유체 시스템 내에서의 유동 유체의 절대 및 차동 압력을 측정하는 장치. - 제10항에 있어서,
상기 감지 모듈은 상기 다른 공동과 상기 차동 압력 감지 소자 사이에 유체적으로 연결되도록 배치되는 유체 채널을 더 포함하고,
상기 유체 채널은 비압축성 매체를 포함하며,
상기 유체 채널은 상기 다른 공동에서의 유동 유체를 나타내는 제2 압력을 상기 차동 압력 감지 소자에 전달하도록 구성 및 배치되며,
상기 절대 압력 감지 소자 및 상기 차동 압력 감지 소자는 상기 하나의 공동 내에 배치되는, 장치. - 제10항에 있어서,
상기 유체 시스템은 제한 압력 장치를 포함하고,
상기 하우징은 상기 하나의 공동과 다른 공동이 유동 유체의 방향으로 상기 제한 압력 장치의 상류와 하류에 배치되도록 구성되며,
상기 제한 압력 장치는 제한 벤추리, 오리피스 또는 스로틀 플레이트 중 하나인, 장치. - 제10항에 있어서,
적어도 하나의 디지털 처리 메커니즘을 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 디지털 처리 메커니즘 각각은 상기 절대 압력 감지 소자의 동작을 제어하고 상기 차동 압력 감지 소자의 동작을 제어하도록 구성 및 배치되며,
상기 적어도 하나의 디지털 처리 메커니즘 각각은 측정된 상기 절대 압력을 나타내는 출력을 제공하고 측정된 상기 차동 압력을 나타내는 출력을 제공하도록 구성 및 배치되는, 장치. - 제13항에 있어서,
상기 유동 유체의 온도를 측정하고 상기 측정된 온도의 출력을 제공하도록 상기 하우징에 연결되는 온도 감지 장치를 더 포함하고,
상기 유동 유체는 가스이며,
제3 디지털 처리 장치를 더 포함하며,
상기 제1 및 제2 디지털 처리 메커니즘 각각과 상기 온도 감지 장치는 상기 제3 디지털 처리 장치에 작동 가능하게 연결되고, 상기 제3 디지털 처리 장치는 상기 측정된 온도, 절대 압력 및 차동 압력의 출력이 상기 유체 시스템 내에서의 유동 가스의 질량 유량을 결정하기 위해 사용되도록 구성 및 배치되는, 장치. - 제10항에 있어서,
상기 절대 압력 감지 소자 및 상기 차동 압력 감지 소자 각각은 MEM 감지 소자를 포함하고,
상기 유동 유체는 배출 가스 재순환 시스템의 배출 가스 또는 흡입 시스템의 흡입 공기 중 하나인, 장치.
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