用于机动车辆的对可变压力气体燃料进行光谱分析的传感器

摘要

本发明涉及一种用于机动车辆的对可变压力气体燃料进行光谱分析的传感器（1），其设计成安装在将燃料贮存器连接到所述车辆的发动机的用于供应所述燃料的供应回路中。根据本发明，所述传感器（1）包括可变压力气体燃料的流通导管（4）、光流的滑动引导管（8）和移动机构（16、18），所述移动机构（16、18）基于在流通导管（4）中取样的可变压力气体燃料来移动滑动引导管（8），以便根据在流通导管（4）中流动的可变压力气体燃料的压力变化来调适第一窗口（12）与第二窗口（14）间隔开的距离（C1）。

权利要求

1.一种用于机动车辆的对可变压力气体燃料进行光谱分析的传感器（1），所述传感器（1）包括：

•本体（2），其包括可变压力气体燃料的流通导管（4），

•光流（F2）的发射器（6），

•所述光流（F2）的滑动引导管（8），其包括与所述发射器（6）联接的近端（8A）和包括第一窗口（12）的远端（8B），所述第一窗口（12）通向所述流通导管（4）中，并且构造成允许所述光流（F2）通过，•第二窗口（14），其安置成面对所述第一窗口（12），使得允许所述光流（F2）穿过所述流通导管（4），

•所述光流（F2）的接收器（10），其构造成用于接收和分析穿过所述第二窗口（14）所接收到的光流（F2），用于从所述流通导管（4）中对可变压力气体燃料取样的取样通道（28），以及移动机构（16、18），其基于经由所述取样通道（28）从所述流通导管（4）中所取样的可变压力气体燃料来移动所述滑动引导管（8），以便根据在所述流通导管（4）中流动的可变压力气体燃料的压力变化来调适所述第一窗口（12）与所述第二窗口（14）间隔开的距离（C1、C2），用于移动所述滑动引导管的所述移动机构包括安装在所述滑动引导管（8）周围的压缩弹簧（16）和驱动所述弹簧（16）的驱动元件（18），所述驱动元件（18）包括第二冠状部（20），所述第二冠状部（20）紧固到所述滑动引导管（8）并且从所述滑动引导管（8）的外壁径向地延伸，所述传感器的特征在于，所述第二冠状部（20）在一侧界定可变压力气体燃料的接收空间（22），并且在相对的一侧界定解压空间（24），其中所述压缩弹簧（16）在所述解压空间（24）中延伸。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述滑动引导管（8）的远端（8B）包括第一冠状部（11），所述第一窗口（12）安装在所述第一冠状部（11）的中心。

3.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述滑动引导管（8）包括用于保持所述压缩弹簧（16）的圆筒状的保持壁（26），所述保持壁（26）从所述第二冠状部（20）延伸到所述解压空间（24）中。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的传感器，其中，用于对所述可变压力气体燃料取样的取样通道（28）通向所述接收空间（22）中。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的传感器，其中，所述传感器（1）的本体（2）包括空气通过通道（30），所述空气通过通道（30）将所述解压空间（24）连接到所述传感器（1）外部的空间（32）。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的传感器，所述传感器包括安置在所述本体（2）与所述滑动引导管（8）之间的多个密封垫圈（34）。

7.一种车辆，其包括至少一个可变压力气体燃料贮存器，以可变压力气体燃料所供应的至少一个发动机，用于从所述贮存器向所述发动机供应可变压力气体燃料的供应回路，以及根据权利要求1至6中的任一项所述的进行光谱分析的传感器（1），所述传感器安置在所述供应回路中或所述贮存器中，以便确定在所述供应回路中流动的或者在所述贮存器中储存的可变压力气体燃料的组成。

说明书

用于机动车辆的对可变压力气体燃料进行光谱分析的传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及用于机动车辆的电子传感器领域，以及尤其涉及一种用于机动车辆的对可变压力气体燃料进行光谱分析的传感器，以及还涉及一种包括此类传感器的机动车辆。

背景技术

[0002] 在机动车辆中，已知使用传感器对车辆的燃料进行光谱分析。因此，已知用于对例如汽油或柴油等液体燃料进行光谱分析的传感器，以及用于对例如甲烷或氢气等加压的可变压力气体燃料进行光谱分析的传感器。

[0003] 此类传感器安装在将燃料贮存器连接到发动机的燃料供应回路中，并且已知包括管，燃料流动经过该管。此管包括两个透明的或半透明的部分，称作窗口，这些窗口安置成面朝彼此，以便允许光流穿过在管中流动的燃料。

[0004] 在光流已穿过管并且因此穿过在管中流动的燃料时，光流被接收器所接收，该接收器用已知的方式对其进行光谱分析，以确定燃料的组成。此燃料组成分析能够由车辆的电子控制单元所使用，例如用于优化在发动机中的燃料喷射。

[0005] 在对可变压力气体燃料进行光谱分析的传感器中，两个光流通过的窗口之间隔开的距离（称作光路）取决于待测量的气体的压力。因此，例如，对于低压气体，光路值应当较大，例如10 mm，而对于高压气体，光路值应当较小，例如2 mm。

[0006] 因此，当光路不适合气体的压力时，传感器所生成的信号可能有噪声，即，不精确。这样可能会导致错误的光谱分析结果，这是很严重的缺点。因此，如果气体压力随时间变化，则光路不一定适合在传感器中流动的气体的不同压力值。

发明内容

[0007] 本发明的目标是通过提出一种对于或高或低的不同压力下的气体进行光谱分析的既简单、又可靠、且有效的方案来克服此缺点。

[0008] 为此目的，本发明涉及一种用于机动车辆的对可变压力气体燃料进行光谱分析的传感器，所述传感器包括：

[0009] • 本体，其包括可变压力气体燃料的流通导管，

[0010] • 光流的发射器，

[0011] • 所述光流的滑动引导管，其包括与发射器联接的近端和包括第一窗口的远端，所述第一窗口通向流通导管中，并且构造成允许光流通过，

[0012] • 第二窗口，其安置成面对第一窗口，以便允许光流穿过流通导管，[0013] • 所述光流的接收器，其构造成接收和分析穿过第二窗口所接收的的光流，[0014] • 用于从流通导管中对可变压力气体燃料取样的取样通道，以及[0015] • 移位机构，其基于经由取样通道从流通导管中取样的可变压力气体燃料移动滑动引导管，以便根据在流通导管中流动的可变压力气体燃料的压力变化调适第一窗口与第二窗口间隔开的距离。

[0016] 术语“光流”的意思是允许对可变压力气体燃料进行光谱分析的光波流。

[0017] 根据本发明的传感器设计成安装在将燃料贮存器连接到车辆发动机的燃料供应回路中，或者直接安装在车辆的燃料贮存器中。

[0018] 根据本发明的传感器因此有利地允许根据可变压力气体燃料的压力变化调适光路。因此，无论可变压力气体燃料的压力值如何，传感器均能产生较低的信噪比，这样能明显改进光谱分析的精确度。

[0019] 有利地，滑动引导管的远端包括第一冠状部，并且第一窗口安装在所述第一冠状部的中心处。

[0020] 根据本发明的一个方面，第一窗口和第二窗口是透明的及/或半透明的以便允许光流通过。

[0021] 优选地，第一窗口和第二窗口都采用容易生产的杯的形式，例如由玻璃或塑料材料制成。

[0022] 更优选地，用于移动滑动引导管的移动机构包括安装在滑动引导管周围的压缩弹簧和驱动所述弹簧的驱动元件。

[0023] 根据本发明的一个方面，该驱动元件包括第二冠状部，该第二冠状部紧固到滑动引导管且从滑动引导管的外壁径向地延伸。

[0024] 此第二冠状部在一侧界定可变压力气体燃料的接收空间，并且在相对的一侧界定解压空间，压缩弹簧在该解压空间中延伸。

[0025] 第二冠状部构造成接收由可变压力气体燃料所施加的压力。

[0026] 有利地，滑动引导管包括用于保持压缩弹簧的圆筒状的保持壁，该保持壁从第二冠状部延伸到解压空间中。

[0027] 根据本发明的一个特征，用于对可变压力气体燃料取样的取样通道通向接收空间中。

[0028] 有利地，传感器的本体包括空气通过通道，该空气通过通道将解压空间连接到传感器的外部空间。

[0029] 另外优选地，滑动引导管沿着与流通导管的纵向轴线正交的纵向轴线延伸。

[0030] 根据本发明的另一个特征，传感器包括多个密封垫圈，例如密封环类型，该密封垫圈安置在本体与滑动引导管之间，以便一方面尤其确保接收空间与传感器的外部空间之间的密封，以及另一方面确保解压空间与流通导管之间的密封。

[0031] 本发明还涉及一种车辆，其包括至少一个可变压力气体燃料贮存器，以可变压力气体燃料供应的至少一个发动机，用于从所述贮存器向所述发动机供应可变压力气体燃料的供应回路，以及如上所述的光谱分析传感器，该传感器安置在所述供应回路中或贮存器中，以便确定在供应回路中流动的或者在所述贮存器中储存的可变压力气体燃料的组成。

附图说明

[0032] 通过下面参照附图的说明，本发明的其它特征和优点将显现，这些附图是以非限制性示例的方式提供的，并且附图中相似的物体以相同的标记表示。

[0033] - 图1是处在停用位置的根据本发明的传感器的实施例的纵向剖视图。

[0034] - 图2是处在使用位置的根据本发明的传感器的实施例的纵向剖视图。

[0035] - 图3是图1中示出的实施例的透视图。

[0036] - 图4是图2中示出的实施例的透视图。

具体实施方式

[0037] 下文参照图1至图4说明的传感器设计成安装在可变压力气体燃料供应回路（未示出）中，该回路位于机动车辆的可变压力气体燃料贮存器与发动机之间。但是应注意到，在变型中，根据本发明的传感器可以直接安装在车辆的燃料贮存器中。

[0038] 根据本发明的传感器的目的在于对可变压力气体燃料进行光谱分析。

[0039] 参照图1至图4，传感器1首先包括圆筒状的本体2和可变压力气体燃料流F1的流通导管4（参照图4）。

[0040] 圆筒状的本体2沿着纵向轴线X-X延伸并且包括第一端部2A和第二端部2B。

[0041] 可变压力气体燃料流F1的流通导管4从所述本体2沿着与本体2的纵向轴线X-X正交的纵向轴线Y-Y延伸。应注意到，此流通导管4可以安装在本体2上，或者直接来源于本体2的材料。在此优选示例中，流通导管4安装在本体2的第二端部2B处，但这并不限制本发明的范围。

[0042] 传感器1还包括参照图3和图4的光流F2的发射器6（即，光线流），所述光流F2的滑动引导管8，以及所述光流F2的接收器10。光流F2由发射器6发射穿过滑动引导管8。此类发射器6是本领域技术人员已知的，并且将不赘述。

[0043] 在此示例中，同样参照图1至图4，本体2的纵向轴线Y-Y和滑动引导管8的纵向轴线重合。换言之，滑动引导管8和本体2沿着纵向轴线Y-Y是同轴的。

[0044] 参照图2，滑动引导管8限定内部直径d1和外部直径d2。

[0045] 滑动引导管8包括近端8A和远端8B，该近端8A联接到所述发射器6并且能从本体2向外延伸（如图1和图3所示），以及该远端8B能延伸到流通导管4中，并且包括第一冠状部11，第一窗口12安装在该第一冠状部11的中心。

[0046] 为了清楚起见，由于发射器6与滑动引导管8的联接是本领域技术人员已知的，所以在图中未示出。以示例的方式，将指出发射器6能够例如通过光纤连接到滑动引导管8的近端8A，或者安装在滑动引导管8的近端8A上或近端8A中。

[0047] 第一窗口12采用厚度较小（例如1或2 mm）、直径d3（例如大约6 mm）的圆筒状杯的形式，由例如塑料或玻璃材料等透明或半透明材料制成，并且其旋转轴线与纵向轴线Y-Y重合。

[0048] 此第一窗口12构造成允许光流F2通过，同时防止可变压力气体燃料进入滑动引导管8内。

[0049] 传感器1在本体2的第二端部2B处包括圆形的支撑框架13，在该第二端部2B上安装有流动导管4，在支撑框架13的中心处安装有第二窗口14，该第二窗口14安置成相对于流通导管4的纵向轴线Y-Y面对第一窗口12，使得由发射器6发射的光流F2在滑动引导管8中在到达接收器10之前依次穿过第一窗口12，然后是流通导管4，然后是第二窗口14。

[0050] 与第一窗口12相似，此第二窗口14采用厚度较小（例如1或2 mm）、直径d3（例如大约6 mm）的圆筒状杯的形式，由例如塑料或玻璃材料等透明或半透明材料制成，并且其旋转轴线与纵向轴线Y-Y重合。

[0051] 此第二窗口14构造成允许光流通过，同时防止可变压力气体燃料从流通导管4流出。

[0052] 接收器10构造成接收由发射器6在滑动引导管8中所发射的并且依次经过第一窗口12、流通导管4和第二窗口14的光流F2。

[0053] 在此示例中，接收器10还构造成对所接收到的光流F2进行光谱分析，以便确定在流通导管4中流动的可变压力气体燃料流F1的组成。

[0054] 在另一个实施例中，应注意到，光谱分析可以由设在接收器10外部但与接收器10连接的实体进行。此类光谱分析是本领域技术人员已知的，因此将不予赘述。

[0055] 根据本发明，滑动引导管8以滑动方式安装在本体2中，位于在所述本体2内所形成的引导导管15中。

[0056] 更准确地，滑动引导管8构造成在图1和图3中示出的停用位置与传感器的多个使用位置之间滑动，停用位置的特征在于流通导管4中没有燃料流动，使用位置的一个示例在图2和图4中示出，其特征在于加压的可变压力气体燃料通过。

[0057] 为此目的，传感器1包括用于使滑动引导管8移动的移动机构。这些移动机构包括安装在滑动引导管8周围的压缩弹簧16和驱动所述弹簧16的驱动元件18。

[0058] 在图1至图4中示出的实施例中，此驱动元件18包括第二冠状部20，该第二冠状部固定到滑动引导管8，且从滑动引导管8的外壁径向地延伸，并且它的旋转轴线与滑动引导管8的纵向轴线Y-Y是同轴的。

[0059] 此第二冠状部20的外部直径为d4，它在一侧界定可变压力气体燃料的接收空间22，且在另一侧界定供压缩弹簧16在其中延伸的解压空间24。

[0060] 尤其为了保持和压缩该压缩弹簧16，滑动引导管8包括圆筒状形式的保持壁26，该保持壁的外部直径略小于d4，以便能在解压空间24中移动，保持壁26从第二冠状部20抵靠解压空间24的壁、朝向流通导管4且平行于滑动引导管8的纵向轴线Y-Y延伸。

[0061] 第二冠状部20构造成接收由可变压力气体燃料所施加的压力，以便驱动滑动引导管8进行平移。

[0062] 为此目的，根据本发明的传感器1包括用于从流通导管4中对可变压力气体燃料取样的取样通道28，其通往接收空间22中，并且还包括空气通过通道30，其将解压空间24连接到传感器1的外部空间32。

[0063] 最后，传感器1包括多个密封垫圈34，例如密封环类型，该密封垫圈安置在本体2与滑动引导管8之间，以便一方面尤其确保接收空间22与传感器1的外部空间32之间的密封，且另一方面确保解压空间24与流通导管4之间的密封。

[0064] 现在将在本发明的应用中来描述本发明。

[0065] 参照图3和图4，在传感器工作时，发射器6发射光流F2至滑动引导管8中，使得此光流F2从所述滑动引导管8的近端8A穿过到达它的远端8B，在该远端8B处，光流F2穿过第一窗口12，然后横向地穿过流通导管4，接着是第二窗口14，直到到达接收器10。

[0066] 在流通导管4中没有可变压力气体燃料的情况下，即在流通导管4中没有气体流通流F1的情况下，没有可变压力气体燃料在取样通道28中流动，使得在第二冠状部20上并未施加任何压力。

[0067] 在这种情况下，如图1和图3所示，滑动引导管8处在停用位置，滑动引导管8的近端8A在本体2的第一端部2B处延伸到本体2的外部32，弹簧18未被压缩，并且第一窗口12与第二窗口14之间的距离C1是最大的。

[0068] 当加压可变压力气体燃料在流通导管4中流动时，此可变压力气体燃料的一部分以流F3的形式被取样通道28进行取样，然后被供应到接收空间22。

[0069] 参照图2和图4，在可变压力气体燃料的此部分对于支撑在压缩弹簧16上的第二冠状部20上施加的压力下，弹簧16被压缩，使得驱动滑动引导管8在引导导管15中朝向流通导管4的内部滑动，并且因此减小第一窗口12与第二窗口14之间的距离。

[0070] 在图2和图4中示出的示例中，可变压力气体燃料的压力使得弹簧16最大程度上被压缩，这对应于第一窗口12与第二窗口14之间的最小距离C2。

[0071] 滑动引导管8在引导导管15中的此滑动，尤其是通过位于解压空间24中的空气穿过通过通道30朝传感器1的外部32的排出所实现的，其中空气是以流F4的形式。

[0072] 因此，使用根据本发明的传感器，可变压力气体燃料的压力越高，在弹簧16的压缩限度内第一窗口12与第二窗口14之间的距离就越小。

[0073] 因此应当选择第二冠状部20在接收空间22中的接触面积以及弹簧16的压缩率，使得将第一窗口12与第二窗口14之间的距离调适成执行可靠的光谱分析所必需的值。

[0074] 因此，以示例的方式，可以用下述方式调节用于移动滑动引导管8的移动机构的尺寸。

[0075] 可变压力气体燃料的零压力或最小压力阈值Pmin可以对应于第一窗口12与第二窗口14之间的最大距离C1（最长光路）。

[0076] 可变压力气体燃料的最大压力Pma（x 或最大压力阈值）可以对应于第一窗口12与第二窗口14之间的最小距离C2（最短光路）。

[0077] 通过下列等式管理用于移动滑动引导管8的移动机构的机械平衡：

[0078]

[0079] 其中：

[0080] P是从流通导管4流入取样通道28中的可变压力气体燃料的压力，[0081] S1是滑动引导管8的第一冠状部11与流通导管4中所容纳的气体的接触面积，其中第一冠状部11的直径等于滑动引导管8的外部直径d2，

[0082] S2是第二冠状部20与接收空间22中所容纳的气体的接触面积，并且Fr是压缩弹簧16所施加的力。

[0083] 弹簧16的预应力或预载Fr1（滑动引导管4的停用位置下的弹簧16的力）应当大于或等于动态密封组件的摩擦阻力的轴向分量。

[0084] 考虑当由压缩弹簧16所施加的力Fr等于弹簧16的预应力Fr1、弹簧16处在未压缩的预应力状态、并且引导管8处在第一窗口12与第二窗口14之间的距离最大、等于C1的位置时的气体燃料的最小压力Pmin。

[0085] 通过使用平衡等式，P=Pmin，则发现：

[0086]

[0087] 因此：

[0088]

[0089] 其中

[0090] d2是滑动引导管的外部直径，

[0091] π是等于3.14的常数。

[0092] 考虑当压缩弹簧16所施加的力Fr等于被压缩的弹簧16的最大力Fr2、弹簧16压缩、并且引导管8处在第一窗口12与第二窗口14之间的距离最小、等于C2的位置时的气体燃料的最大压力Pmax。

[0093] 通过使用平衡等式，发现：

[0094]

[0095] 其中Pmax是可变压力气体燃料的最大压力值（阈值）。

[0096] 其中

[0097] d2是滑动引导管的外部直径，

[0098] π是等于3.14的常数。

[0099] 弹簧16的刚度Rr于是根据下式定义：

[0100]

[0101] 其中：

[0102] C1是第一窗口12与第二窗口14之间的最大距离，

[0103] C2是第一窗口12与第二窗口14之间的最小距离。

[0104] 当可变压力气体燃料的压力降低时，施加于第二冠状部20上的压力也降低，使得弹簧16的压缩减小，因此再次增大第一窗口12与第二窗口14之间的距离。这一点也是由于通过通道30的存在所实现的，在这种情况下，通过通道30允许外部空气被吸入到解压空间24中。

[0105] 当可变压力气体燃料在流通导管中的流动停止或者燃料不被加压（即它的压力等于大气压）时，弹簧16回到它的最大解压位置，并且滑动引导管于是重新回到如1和图3所示的停用位置。

[0106] 根据本发明的方法因此有利地允许调适第一窗口12与第二窗口14之间的距离，即，根据可变压力气体燃料的压力调适光路的尺寸，使得能对在流通导管4中流动的可变压力气体燃料进行可靠的光谱分析。

[0107] 最后应注意到，本发明不限于上面说明的示例，并且可以用本领域技术人员可获知的许多方式进行改变。尤其是，为了说明本发明的示例性实施例，在附图中示出的本体2、流通导管4、滑动引导管8和用于移动滑动引导管8的移动机构的形式和尺寸不应解释为限制性的。