包括用於抑制通過質量空氣流傳感器的反向空氣流的一個或多個導流器的質量空氣流傳感器的製作方法

2023-05-05 05:19:02

本公開涉及一種質量空氣流傳感器，並且更具體地涉及一種包括用於抑制反向空氣流通過質量空氣流傳感器的一個或多個導流器的質量空氣流傳感器。

背景技術：

這裡提供的背景描述是為了一般地呈現本公開的上下文的目的。當前署名的發明人的工作就其在該背景部分所描述的以及在提交時可以不另外被作為是現有技術的多個方面的描述而言既不明確地也不隱含地被認可為是本公開的現有技術。

內燃機燃燒氣缸內的空氣和燃料混合物以驅動活塞，這產生驅動扭矩。流入到發動機中的空氣經由節流閥調節。更確切地說，節流閥調節節流閥面積，這增大或減小進入發動機的空氣流。隨著節流閥面積增大，進入發動機的空氣流增多。燃料控制系統調節噴射燃料的速率，以向氣缸提供期望的空氣/燃料混合物和/或實現期望的扭矩輸出。增大提供給氣缸的空氣和燃料的量增大發動機的扭矩輸出。

質量空氣流傳感器用於測量進入發動機的空氣的質量流速率。發動機控制系統在確定輸送至發動機的氣缸的燃料量時、使用所測得的進入空氣的質量流速率，以實現期望的空燃比。所測得的進入空氣的質量流速率中的不準確性可能引起諸如熄火之類的發動機性能問題，並且可能導致發動機損傷。

技術實現要素：

根據本公開的質量空氣流傳感器包括殼體和傳感器元件。殼體限定空氣流通道，該空氣流通道配置成接收沿第一方向流動的空氣。傳感器元件設置在空氣流通道中並且產生信號，該信號指示流過該空氣流通道的空氣的質量流速率。在一個示例中，該質量空氣流傳感器進一步包括導流器，該導流器在傳感器元件下遊設置在空氣流通道中，並且該導流器從空氣流通道的內壁表面延伸且配置成抑制沿第二方向流過空氣流通道的空氣流，該第二方向與第一方向相反。在一個示例中，該質量空氣流傳感器進一步包括多個導流器在傳感器元件的下遊設置在空氣流通道中，並且從空氣流通道的內壁表面朝向空氣流通道的出口延伸。

本公開的其它應用領域將從詳細描述、權利要求以及附圖中變得顯而易見。詳細描述和特定示例僅僅旨在說明的目的並且並不旨在限制本公開的範圍。

附圖說明

本公開從詳細描述和附圖中將變得更易理解，附圖中：

圖1是根據本公開原理的示例發動機系統的功能框圖；

圖2是根據本公開原理的質量空氣流傳感器的側剖視圖；以及

圖3是根據本公開原理的質量空氣流傳感器的分解立體圖。

在附圖中，附圖標記可用於識別類似的和/或相同的元件。

具體實施方式

質量空氣流傳感器典型地包括空氣流通道和設置在該空氣流通道中的傳感器元件，該傳感器元件產生指示流過該傳感器元件的空氣的質量流速率的信號。在一個示例中，該傳感器元件包括導線，該導線具有電阻，該導線隨著導線的溫度升高而增大，反之亦然。當空氣流過導線時，導線冷卻，這會減小導線的電阻，並且進而允許更多電流流過該導線。因此，流過導線的電流增大或減小的量與流過導線的空氣的質量流速率成比例。

在升壓發動機中，質量空氣流傳感器典型地在壓縮機上遊位於發動機的進氣系統中。該壓縮機增大進氣系統中的壓力，這會導致反向空氣流通過質量空氣流傳感器。進而，由質量空氣流傳感器測得的進入空氣的質量流速率可大於進入空氣的實際質量流速率。進入空氣的質量流速率中的這些不準確性可能導致發動機經歷諸如熄火之類的發動機性能問題，並且可能導致發動機損傷。

根據本公開的質量空氣流傳感器包括一個或多個導流器，這些導流器配置成抑制反向空氣流通過質量空氣流傳感器。導流器從空氣流通道的內表面延伸並且朝向質量空氣流傳感器的出口成角度。導流器延伸所成的角度以及導流器的形狀、尺寸以及定位允許空氣沿向前(例如，法向)方向流過質量空氣流傳感器，而同時抑制反向空氣流通過該質量空氣流傳感器。

現參見圖1，發動機系統100包括發動機102，該發動機燃燒空氣/燃料混合物以產生用於車輛的驅動扭矩。由發動機102產生的驅動扭矩量基於來自駕駛員輸入模塊104的駕駛員輸入。該駕駛員輸入可基於加速器踏板的位置。該駕駛員輸入也可基於巡航控制系統，該巡航控制系統可以是自適應巡航控制系統，其改變車輛速度以維持預定跟車距離。

空氣通過進氣系統108抽吸到發動機102中。進氣系統108包括進氣歧管110和節流閥112。節流閥112可包括具有可旋轉板片的蝶形閥。發動機控制模塊(ecm)114控制節流閥致動器模塊116，該節流閥致動器模塊調節節流閥112的開度以控制抽吸到進氣歧管110中的空氣量。

來自進氣歧管110的空氣抽吸到發動機102的氣缸中。雖然發動機102可包括多個氣缸，但出於說明的目的而示出單個代表性氣缸118。僅僅例如，發動機102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12個氣缸。ecm114可停用其中一些氣缸，這可在某些發動機操作條件下改進燃料經濟性。

發動機102可使用四衝程循環來操作。下文描述的四個衝程稱為進氣衝程、壓縮衝程、燃燒衝程以及排氣衝程。在曲柄軸(未示出)的每次迴轉期間，四個衝程的兩個發生在氣缸118內。因此，對於氣缸118需要兩個曲柄軸迴轉以經歷所有的四個衝程。

在進氣衝程期間，來自進氣歧管110的空氣通過進氣閥122抽吸到氣缸118中。ecm114控制燃料致動器模塊124，該燃料致動器模塊調節由燃料噴射器125執行的燃料噴射以實現期望的空燃比。燃料可在中心位置處或者多個位置處、例如在氣缸的每個的進氣閥122附近噴射到進氣歧管110中。在各種實施方式中，燃料可直接地噴射到氣缸或者與這些氣缸相關聯的混合腔室中。燃料致動器模塊124可停止向經停用的氣缸噴射燃料。

所噴射的燃料與空氣混合併且在氣缸118中產生空氣/燃料混合物。在壓縮衝程期間，氣缸118內的活塞(未示出)壓縮空氣/燃料混合物。發動機102可以是壓縮點火發動機，在該情形中，氣缸118中的壓縮點燃空氣/燃料混合物。替代地是，發動機102可以是火花點火發動機，在該情形中，火花致動器模塊126基於來自ecm114的信號激活火花塞128以在氣缸118中產生火花，該火花點燃空氣/燃料混合物。火花正時可相對於活塞處於其最上面位置(稱為上死點(tdc))處的時刻來指定。

火花致動器模塊126可由火花正時信號控制，該火花正時信號指定在tdc之前或之後用以產生火花的距離。由於活塞位置與曲柄軸旋轉直接相關，火花致動器模塊126的操作可與曲柄軸角度同步。在各種實施方式中，火花致動器模塊126可停止向經停用的氣缸提供火花。

產生火花可稱為點火事件。火花致動器模塊126可具有針對每個點火事件改變火花正時的能力。當火花正時信號在前一點火事件和下一點火之間之間改變時，火花致動器模塊126可甚至能夠針對下一點火事件改變火花正時。在各種實施方式中，發動機102可包括多個氣缸，且火花致動器模塊126可針對發動機102中的所有氣缸以相同的量來改變相對於tdc的火花正時。

在燃燒衝程期間，空氣/燃料混合物的燃燒向下驅動火花，由此驅動曲柄軸。燃燒衝程可限定為活塞到達tdc和活塞返回至下死點(bdc)時之間的時間。在排氣衝程期間，活塞開始從bdc向上移動並且通過排氣閥130將燃燒副產物排出。燃燒副產物經由排氣系統134從車輛中排出。

進氣閥122可由進氣凸輪軸140控制，而排氣閥130可由排氣凸輪軸142控制。在各種實施方式中，多個進氣凸輪軸(包括進氣凸輪軸140)可針對氣缸118控制多個進氣閥(包括進氣閥122)，和/或可控制多排氣缸(包括氣缸118)的進氣閥(包括進氣閥122)。類似地，多個排氣凸輪軸(包括排氣凸輪軸142)可針對氣缸118控制多個排氣閥，和/或可控制多排氣缸(包括氣缸118)的排氣閥(包括排氣閥130)。

打開進氣閥122的時刻可由進氣凸輪相位器148相對於活塞tdc改變。打開排氣閥130的時刻可由排氣凸輪相位器150相對於活塞tdc改變。閥致動器模塊158可基於來自ecm114的信號來控制進氣凸輪相位器148和排氣凸輪相位器150。當實施時，各種閥升程也可由閥致動器模塊158控制。

ecm114可通過指令閥致動器模塊158來停用氣缸118，以禁止進氣閥122和/或排氣閥130打開。閥致動器模塊158可通過將進氣閥122從進氣凸輪軸140解耦來禁止進氣閥122打開。類似地，閥致動器模塊158可通過將排氣閥130從排氣凸輪軸142解耦來禁止排氣閥130打開。在各種實施方式中，閥致動器模塊158可諸如電磁或電液壓致動器之類除了驅動軸以外的裝置來致動進氣閥122和/或排氣閥130。

發動機系統100可包括升壓裝置，該升壓裝置將加壓空氣提供給進氣歧管110。例如，圖1示出包括熱渦輪機160-1的渦輪增壓器，該渦輪增壓器由流過排氣系統134的熱排放氣體提供動力。渦輪增壓器還包括由渦輪機160-1驅動的冷空氣壓縮機160-2，該冷空氣壓縮機壓縮引入到節流閥112中的空氣。在各種實施方式中，由曲柄軸驅動的增壓器(未示出)可壓縮來自節流閥112的空氣並且將經壓縮的空氣輸送至進氣歧管110。

廢氣門162可允許排氣繞過渦輪機160-1，由此減小渦輪增壓器的升壓(進入空氣的壓縮量)。ecm114可經由升壓致動器模塊164控制渦輪增壓器。升壓致動器模塊164可通過控制廢氣門162的位置來調製渦輪增壓器的升壓。在各種實施方式中，多個渦輪增壓器可由升壓致動器模塊164控制。該渦輪增壓器可具有可變幾何形狀，該可變幾何形狀可由升壓致動器模塊164控制。

中間冷卻器(未示出)可消散容納在經壓縮空氣充量中的其中一些熱量，該熱量在壓縮空氣時產生。經壓縮的空氣充量也可已吸收了來自排氣系統134的部件的熱量。雖然出於說明起見單獨地示出，但渦輪機160-1和壓縮機160-2也可彼此附連，從而將進入空氣布置成緊鄰於熱排氣。

排氣系統134可包括排放氣體再循環(egr)閥170，該排放氣體再循環閥將排放氣體選擇性地改向回至進氣歧管110。egr閥170可位於渦輪增壓器的渦輪機160-1的上遊。egr閥170可由egr致動器模塊172控制。

發動機系統100可使用曲柄軸位置(ckp)傳感器180來測量曲柄軸的位置。發動機冷卻劑的溫度可使用發動機冷卻劑溫度(ect)傳感器182來測量。ect傳感器182可位於發動機102內或者冷卻劑循環的其它位置處、例如散熱器(未示出)處。

進氣歧管110內的壓力可使用歧管絕對壓力(map)傳感器184來測量。在各種實施方式中，可測量發動機真空，該發動機真空是環境空氣壓力和進氣歧管110內壓力之間的差值。流入到進氣歧管110中的空氣的質量流速率可使用質量空氣流(maf)傳感器186來測量。在各種實施方式中，maf傳感器186可位於殼體中，該殼體也包括節流閥112。

節流閥致動器模塊116可使用一個或多個節流閥位置傳感器(tps)190來監控節流閥112的位置。抽吸到發動機102中的空氣的環境溫度可使用進入空氣溫度(iat)傳感器192來測量。ecm114使用來自傳感器的信號來為發動機系統100做出控制決策。

ecm114可與變速器控制模塊(tcm)194連通，以協調變速器(未示出)中的換擋。例如，ecm114可在檔位切換期間減小發動機扭矩。ecm114可與混合控制模塊(hcm)196連通，以協調發動機102和電動機198的操作。電動機198也可用作發電機，並且可用於產生用於由車輛的電氣系統使用的和/或用於存儲在電池中的電能。在各種實施方式中，ecm114、tcm194以及hcm196的各種功能可集成到一個或多個模塊中。

現參照圖2，maf傳感器186的示例實施方式包括傳感器殼體202，該傳感器殼體限定空氣流通道204、傳感器元件206以及導流器208-218。空氣流通道204具有入口220和出口222，並且包括第一部分224、第二部分226以及第三部分228。第一部分224具有第一縱向軸線230並且從空氣流通道204的入口220延伸至第二部分226。第二部分226具有第二縱向軸線232，並且從第一部分224延伸至第三部分228。第三部分228具有第三縱向軸線234，並且從第二部分226延伸至空氣流通道204的出口222。第二縱向軸線232垂直於第一縱向軸線230，而第三縱向軸線234垂直於第二縱向軸線232。第一縱向軸線、第二縱向軸線以及第三縱向軸線230、232和234可統稱為空氣流通道204的縱向中心。

空氣通過空氣流通道204的入口220進入空氣流通道204，並且沿平行於第一縱向軸線230的第一方向236流過空氣流通道204的第一部分224。隨著空氣從空氣流通道204的第一部分224流至空氣流通道204的第二部分226，空氣流改變方向。空氣沿平行於第二縱向軸線232的第二方向238流過空氣流通道204的第二部分226。隨著空氣從空氣流通道204的第二部分226流至空氣流通道204的第三部分228，空氣流再次改變方向。空氣沿平行於第三縱向軸線234的第三方向240流過空氣流通道204的第三部分228。

空氣通過空氣流通道204的出口222離開空氣流通道204。如圖2所示，空氣離開空氣流通道204的一部分沿延伸到紙頁中的第四方向242流動。如圖2所示，空氣離開空氣流通道204的剩餘部分沿從紙頁延伸出的第五方向244流動。空氣流過空氣流通道204所沿的第一方向、第二方向、第三方向、第四方向以及第五方向236-244可統稱為通過空氣流通道204的空氣流的向前方向。

傳感器元件206設置在空氣流通道204的第一部分224中，並且產生指示流過傳感器元件206的空氣的質量流速率的信號。在圖2中示出的一個示例中，傳感器元件206包括導線246，該導線具有電阻，該導線隨著導線246的溫度升高而增大，反之亦然。當空氣流過導線246時，導線246冷卻，這會減小導線246的電阻，並且進而允許更多電流流過該導線246。因此，流過導線246的電流改變的量與流過導線246的空氣的質量流速率成比例。

在各種實施方式(未示出)中，傳感器元件206可包括附連於可變電阻器(例如，電位計)的彈簧加載空氣葉片(例如，襟翼或門)。葉片與空氣流成比例地移動。電壓施加於電位計並且比例電壓與葉片旋轉的角度成比例地出現在電位計的輸出端子上。出現在輸出端子上的電壓是指示流過葉片的空氣的質量流速率的信號。

導流器208-218在傳感器元件206下遊設置在空氣流通道204中，並且配置成抑制空氣流沿反向方向流過空氣流通道204，該反向方向與向前方向相反。導流器208-218包括第一導流器208、第二導流器210、第三導流器212、第四導流器214、第五導流器216以及第六導流器218。雖然質量流傳感器186示作包括六個導流器，但質量流傳感器186也可包括附加的或較少的導流器。例如，質量流傳感器186可包括四個或五個導流器。

第一導流器和第二導流器208和210設置在空氣流通道204的第二部分226中。第一導流器208從空氣流通道204的第一內表面248延伸。第二導流器210從空氣流通道204的第二內表面250延伸，該第二內表面與第一內表面248相對。第一導流器和第二導流器208和210沿著空氣流通道204的第二縱向軸線232相對於彼此偏移。

第三導流器、第四導流器、第五導流器以及第六導流器212-218設置在空氣流通道204的第三部分中。第三導流器和第五導流器212和216從空氣流通道204的第三內表面252延伸。第四導流器和第六導流器214和218從空氣流通道204的第四內表面254延伸，該第四內表面與第三內表面252相對。第三導流器和第五導流器212和216可稱為第一組導流器，而第四導流器和第六導流器214和218可稱為第二組導流器。第一組導流器和第二組導流器沿著空氣流通道204的第三縱向軸線234相對於彼此偏移。

導流器208-218從空氣流通道204的內表面248-254朝向空氣流通道204的縱向中心並且朝向空氣流通道204的出口222延伸。因此，導流器208沿向前方向成角度。導流器208-218的每個的下遊側258和內表面248-254的對應一側之間的角度256可以在30度和45度之間，導流器208-218從該對應一側延伸。在一個示例中，角度256等於45度。

現參照圖3，導流器208-218的每個均具有附連於內表面248-254的對應一個的第一端部260、與第一端部260相對的第二端部262以及從第一端部260延伸至第二端部262的長度264。導流器208-218的每個的長度264朝向空氣流通道204的出口222並且朝向空氣流通道204的縱向中心延伸。導流器208-218的每個的長度264可在3.0毫米(mm)和5.8mm之間。

導流器208-218的每個的第二端部262的上遊邊緣266可如圖所示導圓，以減小由導流器208-218所賦予的流限制。導流器208-218的每個具有厚度268，該厚度從空氣流通道204的第一側壁270延伸至空氣流通道204的第二側壁272，該第二側壁與第一側壁270相對。導流器208-218的每個的厚度268可以是大約1.0mm。

導流器208-218的定位、包括導流器208-218之間沿空氣流的向前方向的交錯或相對偏移在導流器208-218之間提供間隙，空氣可流過該間隙。例如，第三導流器和第四導流器212和214之間的第一間隙274允許第三導流器和第四導流器212和214之間的空氣流。第一間隙274的尺寸可以在2.0mm和2.2mm之間。此外，第二導流器210和第一內表面248之間的第二間隙276允許第二導流器210和第一內表面248之間的空氣流。第二間隙276的尺寸可以在2.5mm和5.0mm之間。

在各種實施方式中，第三間隙278限定在限定第一內表面248和第三內表面252的壁之間。第三間隙278通過允許小部分空氣沿向前方向流過空氣流通道204以繞過其第三部分228來用作旁通通道。

導流器208-218的每個延伸所成的角度256以及導流器208-218的形狀、尺寸以及定位允許空氣沿向前方向流過空氣流通道204，同時抑制空氣流沿反向方向流過空氣流通道204。進而，由maf傳感器186測得的進入空氣的質量流速率可比由其它maf傳感器測得的進入空氣品質流速率更精確且更可靠。因此，使用maf傳感器186來測量進入空氣的質量流速率可防止諸如熄火之類的發動機性能問題，並且可防止發動機損傷。

前文描述在本質上僅僅是說明性的並且絕不意圖限制本公開、本公開的應用或用途。本公開的廣泛教導可以通過各種形式來實施。因此，雖然本公開包括特定示例，但是本公開的真實範圍不應局限於此，因為在研讀了附圖、說明書以及以下權利要求書後、其它修改會變得顯而易見。如本文所使用的，術語a、b以及c的至少一個應理解成意指使用非排他性邏輯「或」的邏輯(a或b或c)，並且不應被理解成意指「a的至少一個、b的至少一個，以及c的至少一個)。應理解的是，方法內的一個或多個步驟可以不同的順序(或同時)執行，而不會改變本公開的原理。

在本申請中，包括下文的定義，術語「模塊」或術語「控制器」可由術語「電路」所替代。術語「模塊」可指代、構成或包括：專用集成電路(asic)；數字、模擬或混合的模擬/數字離散電路；數字、模擬或混合的模擬/數字離散電路；組合邏輯電路；現場可編程門陣列(fpga)；執行代碼的處理器電路(共享、專用或集群)；存儲由處理器電路執行的代碼的存儲器電路(共享、專用或集群)；提供所描述功能的其它合適硬體部件；或者上述的一些或所有的組合，例如片上系統。

該模塊可包括一個或多個接口電路。在一些示例中，接口電路可包括有線或無線接口，這些接口連接於區域網(lan)、網際網路、廣域網(wan)或其組合。本公開的任何給定模塊的功能可分布在經由接口電路連接的多個模塊中。例如，多個模塊可允許負載平衡。在又一示例中，伺服器(也稱為遠程或雲端)模塊可替客戶端模塊實現一些功能。

上文所使用的術語代碼可包括軟體、固件和/或微代碼，並且可指代程序、例程、功能、類別、數據結構和/或對象。術語共享處理器電路包含單個處理器電路，該單個處理器電路執行來自多個模塊的一些或所有代碼。術語集群處理器電路包含處理器電路，該處理器電路與附加的處理器電路組合地執行來自一個或多個模塊的一些或所有代碼。對於多個處理器電路的參考包含在離散管芯上的多個處理器電路、單個管芯上的多個處理器電路、單個處理器電路的多個芯部、單個處理器電路的多個線程或上述的組合。術語共享存儲器電路包含單個存儲器電路，該單個存儲器電路存儲來自多個模塊的一些或所有代碼。術語集群存儲器電路包含存儲器電路，該存儲器電路與附加的存儲器組合地存儲來自一個或多個模塊的一些或所有代碼。

術語存儲器電路是術語計算機可讀介質的子集。如本文所使用的，術語計算機可讀介質並不包含通過介質(例如，在載波上)傳播的瞬態電氣或電磁信號；因此，術語計算機可讀介質可被認為是有形的和非瞬態的。非瞬態、有形計算機可讀介質的非限制示例是非易失性存儲器電路(例如，快閃記憶體存儲器電路、可擦除可編程只讀存儲器電路，或掩模只讀存儲器電路)、易失性存儲器電路(例如，靜態隨機存取存儲器電路或動態隨機存取存儲器電路)、磁存儲介質(例如，模擬或者數字磁帶或硬碟驅動)，以及光存儲介質(例如cd、dvd或藍光光碟)。

本申請中描述的設備和方法可部分地或完全地由專用計算機實施，該專用計算機通過將通用計算機配置成執行嵌入在電腦程式中的一個或多個特定功能來產生。上文描述的功能塊、流程部件以及其它元件用作軟體規範，該軟體規範可由技術人員或程式設計師的例行工作翻譯成電腦程式。

電腦程式包括處理器可執行指令，這些處理器可執行指令存儲在至少一個非瞬態的有形計算機可讀介質上。電腦程式也可包括或依據所存儲的數據。電腦程式可包含與專用計算機的硬體相互作用的基本輸入/輸出系統(bios)、與專用計算機的特定裝置相互作用的裝置驅動器、一個或多個作業系統、用戶應用、後臺伺服器、後臺應用等等。

電腦程式可包括：(i)待解析的描述性文本，例如html(超文本標記語言)或xml(可擴展標記語言)，(ii)組件代碼，(iii)由編譯器從原始碼產生的目標代碼，(iv)用於由解譯器質性的原始碼，(v)用於由即時編譯器編譯和執行的原始碼等等。僅僅作為示例，原始碼可使用來自語言的語法寫入，包括c、c++、c#、objectivec、haskell、go、sql、r、lisp、fortran、perl、pascal、curl、ocaml、html5、ada、asp(活動伺服器頁面)、php、scala、eiffel、smalltalk、erlang、ruby、lua，以及

權利要求中所述的元件都非旨在是在35u.s.c.§112(f)意義內的裝置加功能元件，除非元件使用術語「用於....的裝置」明確地闡述或者在使用術語「用於...的操作」或者「用於...的步驟」的方法權利要求的情形中。