專利名稱：多路徑空氣質(zhì)量流量傳感器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及空氣質(zhì)量流量傳感器，更具體地說，涉及一種多 路徑空氣質(zhì)量流量傳感器，其具有改進的測量精度。
背景技術(shù)：
10 通常意圖用于客車和貨車的現(xiàn)代內(nèi)燃機，其包括廣泛使用操作傳感器和微處理器來控制發(fā)動機的操作，提高性能和燃料經(jīng)濟性，并減 少排放。事實上，這些方面極大的改進時常與最近幾十年的操作參數(shù) 相沖突，不使用這些系統(tǒng)荻得這些改進是完全不可行的。其中 一種供內(nèi)燃機和電子控制器使用的最常見的傳感器是空氣15 質(zhì)量流量傳感器。通常，空氣質(zhì)量流量傳感器包括電阻元件，其定位 在進氣管道中，時常直接位于空氣過濾器之后，之前該管道被細分為 進氣歧管或其它結(jié)構(gòu)的分支。，經(jīng)過如此設(shè)置，空氣質(zhì)量流量傳感器暴 露于流向發(fā)動機的瞬時的空氣流中。發(fā)動機控制器利用來自傳感器的 數(shù)據(jù)計算瞬時的空氣質(zhì)量流量，其被用于例如，根據(jù)預(yù)定的參數(shù)而調(diào)20整空氣燃料混合物和優(yōu)化發(fā)動機性能。理想地，空氣質(zhì)量流量傳感器將定位在進氣管道中，以確保撞擊 在其上面的空氣代表總的空氣流，從而傳感器的輸出精確地反映流過 管道的總的瞬時的空氣質(zhì)量。這可能是個挑戰(zhàn)，因為時常^ 炎繞的管道 和變化的氣流速度可能產(chǎn)生復(fù)雜的流動模式，其產(chǎn)生了精確測量流量25 的難度。從排放和燃料經(jīng)濟性的觀點來看，這個問題在低流率下特別 尖銳，其代表了最關(guān)鍵的發(fā)動機操作狀態(tài)。雖然減少進氣管道的尺寸 好像是一種解決這個問題的方法，因為進氣管道的尺寸在滿負荷下受 到發(fā)動機氣流要求的約束，減少其在傳感器位置上的尺寸以提高測量精度，其減少了提供給發(fā)動機的空氣體積，增加了流動阻力，并且因 而將對取得最大的發(fā)動機輸出功率形成干擾。然而，較大的進氣管道 減小了流率，并使空氣質(zhì)量流量測量變得更加困難，尤其在低流量狀 態(tài)下-精確地說，是那些對發(fā)動機的最佳操作最為關(guān)鍵的狀態(tài)。 5 前面的討論提出了空氣質(zhì)量流量傳感器組件的設(shè)計上的改進是合乎需求的。發(fā)明內(nèi)容一種用于內(nèi)燃機的多路徑空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其包括進氣 10 管道，其被分隔成至少兩個獨立的管道。第一管道具有以傳統(tǒng)方式設(shè) 置在其里面的空氣質(zhì)量流量傳感器。第二管道包括閘門或閥門，其可 選擇性地、部分地或完全地打開。在低的空氣流率下，關(guān)閉閘門，強 制所有空氣穿過第一管道。隨著發(fā)動機速度增加和空氣流率的增加， 閘門打開，其要么在預(yù)定的流率下完全打開或在預(yù)定的范圍內(nèi)按比例 15 地打開，以容許更大體積的空氣穿過進氣管道。發(fā)動機控制器或其它' 處理器對空氣質(zhì)量流量傳感器的信號進行處理，用以補償流過第二管 道的(旁路)空氣。本發(fā)明還公開了 一種空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其具有被動式彈 簧偏壓的閘門。這里，由于氣漆的增加而打開閘門，并且傳感器提供 20 了信號，其指示閘門對發(fā)動機控制器或其它處理器開放，發(fā)動機控制 器或其它處理器基于打開的閘門和所得的旁路氣流而重新計算空氣 質(zhì)量流量。根據(jù)本發(fā)明的空氣質(zhì)量流量傳感器組件呈現(xiàn)了在低流率下改進 的測量精度，因為傳感器定位在管道中，其比當前可比擬的發(fā)動機所 25 使用的管道更小，同時提供了減少的流動阻力和改進的高的空氣體積 流量。限定了平行和非平行路徑的平行和非平行管道、以及多個分級 的或按順序的旁路管道和具有不同區(qū)域或流率的管道也在本發(fā)明的 范圍內(nèi)。因而本發(fā)明的一個目的是提供一種空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其 具有改進的低流率測量精度。
本發(fā)明的另一目的是"t是供一種空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其具有改進的高流率能力(high flow rate capability)。 5 本發(fā)明還有另一目的是提供一種空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其具有改進的低流率測量精度和高流率能力。
本發(fā)明還有另一目的是提供一種空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其具 有設(shè)置在管道中的閘門，所述管道平行于包含質(zhì)量空氣流量傳感器的 管道。
本發(fā)明還有另一目的是提供一種空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其具有設(shè)置在管道中的被動式彈簧偏壓的閘門和位置傳感器，所述管道平 行于包含質(zhì)量空氣流量傳感器的管道。
通過參考以下細節(jié)和附圖將明晰本發(fā)明的其它的目的和優(yōu)勢，其 中相似的標號表示相同的構(gòu)件、元件或特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的與內(nèi)燃機的進氣系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的空氣質(zhì)量流量傳感器組件的第 一 實施例的簡圖2是根據(jù)本發(fā)明的空氣質(zhì)量流量傳感器組件的第一實施例的簡 20 圖，其中旁路閘門是打開的;
圖3是根據(jù)本發(fā)明的空氣質(zhì)量流量傳感器組件的另一實施例的簡 圖；且
圖4是顯示在穿過內(nèi)燃機的進氣管道的空氣流量和#4居本發(fā)明的 空氣質(zhì)量流量傳感器組件的閘門開度之間的兩種關(guān)系的圖表。
具體實施例方式
現(xiàn)在參看圖1，圖中顯示了用于內(nèi)燃機的入口或進氣管道組件， 其由標號IO表示。進氣管道組件10包括空氣過濾器組件12，其抽吸環(huán)境空氣，并包括空氣過濾元件14?？諝膺^濾器組件12與空氣入口 或進氣管道16相通，其為內(nèi)燃機18提供燃燒空氣。在才艮據(jù)本發(fā)明的 空氣質(zhì)量流量傳感器組件20的第一實施例中，分隔件或隔板26將空 氣入口或進氣管道16分隔成第一感應(yīng)管道22和第二旁路管道24。雖 5 然所示為平行，但應(yīng)該懂得第一感應(yīng)管道22和第二旁路管道24可以 是例如獨立的非平行的，且彎曲的或旋繞的，以裝配在護罩下可用的 空間內(nèi)，或配合并連接到空氣入口和發(fā)動機構(gòu)件上。設(shè)置在第一感應(yīng)管道22中的是傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量流量傳感器30。 空氣質(zhì)量流量傳感器30配置并設(shè)置成可提供穿過第一感應(yīng)管道22的10 瞬時空氣質(zhì)量流量的精確指示。:通常，空氣質(zhì)量流量傳感器30可包 括電阻元件，例如碳質(zhì)電阻器或繞線電阻器?？諝赓|(zhì)量流量傳感器30 還包括輸出導(dǎo)管或線纜32，其將數(shù)據(jù)信號從空氣質(zhì)量流量傳感器30 攜帶至微處理器，例如發(fā)動機控制器或發(fā)動機控制模塊36。進氣管道 16延伸至，并包括示例性的進氣歧管40。雖然沒有顯示，但是如果15需要，進氣管道組件IO還可包括渦輪增壓器或增壓器。設(shè)置在第二旁路管道24中的是校準孔42,其具有己知的或限定 的面積。校準孔42提高了發(fā)動機控制模塊36承擔的空氣質(zhì)量流量計 算的精度，其將在下面進行更完整的描述。第二旁路管道24還包括 可移動的閘門(damper)、擋板(fl叩)、隔板或閥門44。閘門或閥門4420 大小適合于完全關(guān)閉第二旁路管道24，這時其處于其關(guān)閉位置，與旁 路管道24的壁和空氣流動考向垂直或基本垂直，如圖1中所示。因 而，如果第二旁路管道24在橫減面上是例如方形的或矩形的，那么 就使閘門或閥門44形成相應(yīng)的形狀。位于第二旁路管道24的開口周 邊，并與閘門或閥門44相鄰的位置可設(shè)置密封唇、密封墊圈或密封25 凸緣46，其有助于當閘門或閥門44處于其關(guān)閉位置時，在閘門或閥 門44和第二旁路管道22的壁之間保持緊密密封，如圖1中所示。如圖1和圖2中所示，通過電動、電子或氣動促動器48可使閘 門或閥門44從圖1所示的其關(guān)閉位置，穿過中間位置而移動至圖2所示的完全打開位置。促動器48通過導(dǎo)體或線纜52而接受來自發(fā)動 機控制模塊36的信號，其命令閥門移動至完全關(guān)閉位置、完全打開 位置或中間位置。圖3顯示了本發(fā)明的另一實施例20'，其中大多數(shù)構(gòu)件是相同的， 5 但已經(jīng)將閘門促動器48替換為具有雙位置開關(guān)或旋轉(zhuǎn)變換器(rotary transducer)56的組件54，其通過導(dǎo)體或線纜58而將有關(guān)閘門或閥門 44位置的數(shù)據(jù)提供給發(fā)動機控制模塊36。如箭頭所示，組件54包括 彈簧偏壓特征，其推動閘門或閥門44克服密封墊圏或密封凸緣46而 朝著關(guān)閉位置移動。隨著進氣管道16中的空氣體積增加，克服閘門10 或閥門44的壓力增加，其克服彈簧的阻力，并使閘門或閥門44朝著 打開位置移動，如圖3中所示。當閘門或閥門44旋轉(zhuǎn)并打開時，開 關(guān)或變換器56改變狀態(tài)或提供連續(xù)的信號，從而為發(fā)動機控制模塊 36指示閘門或閥門44的位置。圖4是一種圖表，其展現(xiàn)了相對于圖1和圖2中所示的本發(fā)明實15施例，在進氣管道16中的總的瞬時空氣質(zhì)量流量和閘門或閥門44的 開度百分比之間的兩種示例性的操作關(guān)系。下面的線指定為"A"， 其顯示了其中當進氣管道16中的空氣質(zhì)量流量達到或超過某一預(yù)定 的速率時，發(fā)動機控制模塊36命令促動器48,以使閘門或閥門44從 其完全關(guān)閉位置移動至其完全打開位置(沒有任何中間位置)的操作模20 式。換句話說，當總的瞬時空氣質(zhì)量流量低于線"A"時，閘門或閥 門44將關(guān)閉；當其高于線"A"，閘門或閥門44將打開。這個閥值 可由例如內(nèi)燃機18的速度或加速度或來自空氣質(zhì)量流量傳感器30的 數(shù)據(jù)來確定。在圖4中，第二線"B"代表一種備選操作模式，其中空氣質(zhì)量 25流量增加而高于某一預(yù)定的閥值，其造成閘門或閥門44隨著空氣質(zhì) 量流量持續(xù)增加而相應(yīng)地或按比例地打開。應(yīng)該懂得，在空氣質(zhì)量流 量和閘門或閥門44的開度百分比之間的比例關(guān)系由線"B"表示，雖 然其開始于O百分比，但在顯著打開閘門或閥門44之后，其不再按比例有效。這是^艮好地理解控制閘門和閥門特征的結(jié)果，由此在閥門或閘門大約打開2/3之后，沒有實現(xiàn)受控流體的控制或按比例控制。 然而，應(yīng)該懂得75%的值只是示例性的，并且該值可4艮據(jù)特定的應(yīng)用 和操作狀態(tài)而更高或更低。 5 當閘門或閥門44部分或完全打開時，需要發(fā)動機控制模塊36(在閘門或閥門44完全關(guān)閉時，從其承擔的感應(yīng)和計算過程中)修正或重 新校準其對穿過進氣管道16的瞬時空氣質(zhì)量流量的計算結(jié)果，因為 穿過進氣管道16的所有空氣不再穿過第一感應(yīng)管道22。這種^f奮正或 重新校準可在發(fā)動機控制模塊36中通過電子方式進行，或者如果傳10 感器組件10是獨立裝置，那么就在獨立的微處理器(未顯示)中進行。 在根據(jù)線"A"的操作情況下，當閘門或閥門44完全打開時，這種修 正只是簡單地需要將所感應(yīng)的空氣質(zhì)量流量乘以穿過第一感應(yīng)管道 22和進氣管道16的空氣比的倒數(shù)。在根據(jù)線"B"的操作情況下，在 閥門或閘門44的開度百分比和穿過第二旁路管道24的實際流量之間15 的關(guān)系，其首先必須是己知的或已確立的，并且利用該關(guān)系，根據(jù)上 面剛才描述的所感應(yīng)的空氣質(zhì)量流量和總的空氣質(zhì)量流量的反比進 行必要的修正。關(guān)于圖3中所示的本發(fā)明的實施例20',必須進行相似的操作考 慮，特別是修正或重新校準基于穿過第二旁路管道24的流率而由空20 氣質(zhì)量流量傳感器30所感應(yīng)的空氣質(zhì)量流量值，以反映實際的總的 空氣質(zhì)量流量。然而，雙位置開關(guān)或變換器56將與閘門或閥門44的 當前位置相關(guān)的數(shù)據(jù)提供發(fā)動機控制模塊36,該數(shù)據(jù)是由于移動空氣 作用在閘門或閥門44上的力而引起的。根據(jù)在閘門或閥門44的位置 和由第 一感應(yīng)管道22中的空氣質(zhì)量流量傳感器30所感應(yīng)的空氣質(zhì)量25 流量之間的己知關(guān)系，發(fā)動機控制模塊36(或其它處理器)從而可計算 穿過入口管道16的實際的瞬時空氣質(zhì)量流量。雖然前面的細節(jié)描述集中于具有兩條路徑或管道的空氣質(zhì)量流 量傳感器組件20:第一主要或感應(yīng)路徑或管道和第二輔助或旁路路徑或管道，但是應(yīng)該懂得，本發(fā)明和其操作原理包含多路徑空氣質(zhì)量流 量傳感器，其具有兩條、三條、四條或更多條操作上與單個感應(yīng)管道 平行的旁路管道。在任何這種,路徑或管道傳感器組件中，感應(yīng)管道 總是打開的，并且響應(yīng)于更高的發(fā)動機速度和負荷而打開一條、兩條 5 或更多條旁路管道。隨著旁路管道順序地且漸次地打開，發(fā)動機控制模塊36或其它控制器修正或重新校準空氣質(zhì)量流量傳感器30的輸 出，以補償穿過感應(yīng)管道而減少的空氣質(zhì)量流量和穿過旁^各管道而增 加的流量。例如，如果組件包括三條相等流率的管道，即， 一條感應(yīng) 管道和兩條旁路管道，并且所有這三條管道都是打開的，那么空氣質(zhì)10 量流量傳感器的輸出將增至三倍，以補償其只感應(yīng)穿過入口管道16 的總的空氣質(zhì)量流量的三分之一這一事實。另外，應(yīng)該懂得，雖然前面的細節(jié)描述集中于具有兩條相等流率 的管道的空氣質(zhì)量流量傳感器組件20上，但是具有兩條或更多條流 率或面積己知但不相等的管道的空氣質(zhì)量流量傳感器組件也在本發(fā)15明的范圍內(nèi)。例如，主感應(yīng)管道'22可具有一個單位的流率或面積， 而旁路管道24和其校準孔42可具有兩個單位或三個單位的流率或面 積。當打開這種旁路管道24時，發(fā)動機控制模塊36或其它控制器按 程序工作，并對空氣質(zhì)量流量傳感器30的輸出應(yīng)用恰當?shù)谋刃拚?重新校準。如果主管道對旁路管道的流率比為1:2，那么當旁路管道20 完全打開時，總的空氣質(zhì)量流量只有三分之一穿過感應(yīng)管道22，發(fā)動 機控制模塊36將空氣質(zhì)量流量傳感器30所感應(yīng)的值增至三倍；如果 主管道對旁路管道的流率比為1:3，那么當旁路管道完全打開時，發(fā) 動機控制模塊36將感應(yīng)值增至四倍。本發(fā)明的前述細節(jié)描述在性質(zhì)上僅僅是示例性的，因而那些沒有25 脫離本發(fā)明要點的變型意味著，并且應(yīng)該處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。這種 變型并不被認為脫離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種空氣質(zhì)量流量傳感器組件，以組合方式包括入口管道，其具有第一通道和第二通道，設(shè)置在所述第一通道中的空氣質(zhì)量流量傳感器，設(shè)置在所述第二通道中的閘門，及控制器，用于在預(yù)定的空氣流量下打開所述閘門，并修正來自所述空氣質(zhì)量流量傳感器的空氣質(zhì)量流量指示，以補償穿過所述第二通道的空氣流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其特征在于，所述控制器是旋轉(zhuǎn)促動器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其特征在 于，所述控制器包括彈簧。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷ft賓氣質(zhì)量流量傳感器組件，其特征在 15于，所述控制器包括傳感器，其用于指示所述閘門的位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其特征在 于，還包括定位在所述第二通道中的孔板。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其特征在 于，所述空氣質(zhì)量流量傳感器包括電阻元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣質(zhì)量流量傳感器組件，其特征在于，還包括位于所述第二通道中，與所述閘門相鄰的密封唇。
8. —種改進的空氣質(zhì)量流量傳感器組件，以組合方式包括 進氣管道，其限定第一通道和第二通道； 安裝在所述第一通道中的空氣質(zhì)量流量傳感器；安裝在所述第二通道中的閘門；用于打開和關(guān)閉所述閘門的促動器；及用于提供信號的裝置，所述信號指示所述閘門的位置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的改進的空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于，所述進氣管道包括分隔件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的改進的空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征 在于，所述促動器包括彈簧。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的改進的空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征 5 在于，所述促動器是電動機。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的改進的空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于，所述用于提供信號的裝置包括發(fā)動機控制模塊。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的改進的空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征 在于，所述用于提供信號的裝置是雙位置開關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改進空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于，還包括;夸越所述第二通道而設(shè)置的孔板。
15. —種用于內(nèi)燃機的空氣質(zhì)量流量傳感器組件，以組合方式包括進氣管道，其限定第一感應(yīng)管道部分和第二旁路管道部分， 15 安裝在所述第一感應(yīng)管道部分中的空氣質(zhì)量流量4^感器， 安裝在所述第二旁路管道部分中的閘門， 用于打開和關(guān)閉所述閘門的控制器，及 用于提供信號的裝置，所述信號與所述閘門的位置相關(guān)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于, 20 所述控制器包括促動器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于， 所述控制器包括彈簧。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于， 所述用于提供信號的裝置是變換器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于,所述變換器是雙位置開關(guān)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所逸的空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于, 還包括跨越所述第二旁路管道部分而設(shè)置在所述閘門上游的孔板。
全文摘要
一種多路徑空氣質(zhì)量流量傳感器組件，包括入口管道，其被分隔成至少兩個獨立的管道。第一管道具有以傳統(tǒng)方式設(shè)置在其里面的空氣質(zhì)量流量傳感器。第二管道包括閘門或閥門，其可選擇性地、部分地或完全地打開。在低的空氣流率下，關(guān)閉閘門，強制所有空氣穿過第一管道。隨著發(fā)動機速度增加和空氣質(zhì)量流率的增加，閘門打開，其要么在預(yù)定的流率下完全打開或在預(yù)定的流率范圍內(nèi)按比例地打開，以容許更大體積的空氣穿過入口管道。發(fā)動機控制器調(diào)整來自空氣質(zhì)量流量傳感器的信號，以補償流過第二管道的(旁路)空氣。
文檔編號G01M99/00GK101334304SQ20081012737
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者F·G·雷頓 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司