专利名称：燃油喷射内燃机的节气阀体组件的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种内燃机的电子燃油喷射系统，具体地涉及燃油喷射内燃机集成的电子控制单元的节气阀体组件。
背景技术：
一般地，4冲程内燃机的电子燃油喷射系统(EFI)设有节气阀体来控制流过内燃机头部进气阀并流入内燃机缸体的燃烧室的空气量。EFI的至少一个燃油喷射器直接喷射燃油到节气阀体，或者喷入活塞缸，与流过节气阀体的空气混合。火花塞或点火系统然后点燃燃烧室中的燃油和空气混合物。各个部件的操作和顺序定时由内燃机的不同操作参数来确定，因此要求设有向根据ECU的微处理器的软件指令进行处理的EFI系统的电子控制单元(ECU)输入信号的多种传感器，ECU然后输出信号执行多种功能。
传感器一般包括空气温度传感器、内燃机速度传感器、内燃机温度传感器、压力传感器、空气质量流速传感器和节气阀位置传感器，这些传感器围绕内燃机的不同位置设置。这些传感器向ECU提供输入信号，ECU转而提供输出信号，来控制EFI系统各部件的许多驱动器或功率晶体管，这些部件可包括燃油喷射器、点火线圈和燃油泵。当受到微处理器的输出信号驱动时，功率晶体管产生热量，因此必须进行冷却和/或远距离设置，以防止损坏微处理器。
制造已知的EFI系统很复杂，要求有各种装配电路、连接件和相关的支撑结构，将内燃机连接或定位于通常分布在内燃机周围的适当的传感器和部件。整个系统因此很大或很笨重，一般会对内燃机维修带来麻烦，增加了成本。此外，内燃机周围进行过多的电连接可导致碎屑污染造成的连续性和系统破坏。此外，热量管理很差可造成损坏电子元件，比如ECU的微处理器或印制电路板，因此ECU一般距发热的内燃机有一定距离，驱动器离开微处理器很大距离。这使得内燃机、EFI系统的元件和/或整个产品的包装效果很差。
发明内容
一种集成了电子控制单元(ECU)的节气阀体组件成为内燃机的牢固和紧凑的电子燃油喷射系统(EFI)的一部分。ECU具有内部热敏感的微处理器，其位于导热节气阀体的外表面和ECU的电路板之间形成的ECU的受环境保护的内腔。节气阀体具有空气通道，可使燃气流入内燃机燃烧室。较冷和非层流的空气流过节气阀通过热传导来冷却ECU的内隔室，防止微处理器过热。此外，ECU的导热的热汇件暴露于内隔室，直接接合各发热的晶体管，通过热传导将内部电路的热量传递到节气阀组件外的周围环境中。
ECU最好具有接合到节气阀体的顶盖，形成了受环境保护的空腔，空腔中设有电路板。除了内部隔室，空腔还有电路板的焊接侧和顶盖之间形成的外部隔室，热汇件通过顶盖横向延伸。外隔室的其余部分填充了抗腐蚀材料，以保护电路板的焊接连接。
ECU最好具有一系列传感器，比如节气阀位置传感器，进气温度传感器和空气压力传感器，这些传感器一般设置在内隔室并集成到节气阀体，以提供输入信号到微处理器，来控制各种EFI和内燃机的功能。此外，EFI具有至少一个远距离传感器，其通过装配电路连接输入信号到ECU的微处理器，以控制内燃机的操作参数。
本发明的目的、特点和优点包括受到节气阀体支撑并部分由节气阀体冷却的ECU，从而形成容易安装的模块节气阀体组件，改善了热量管理，有利于保护热敏感的电路。紧凑的节气阀体组件和集成的电子元件减少了FEI系统的复杂性，因此有助于制造、安装和维修。此外，电子连接件和装配电路数量显著减少，有助于得到更牢固和总体成本更低的EFI系统和内燃机。
本发明的这些和其他目的、特点和优点可从下面对优选实施例和测试模式的详细说明介绍、所附权利要求和附图得到清楚的了解，附图中图1是带有本发明的节气阀体组件的内燃机的示意性部分视图；图2是沿图1的剖面2-2的节气阀体组件的透视截面图；图3是节气阀体组件的电子控制单元的内透视图；和图4是沿图3的剖面4-4的电子控制单元的透视截面图。
具体实施例方式
参考图1-4，本发明的电子燃油喷射(EFI)系统10最好用于4冲程的内燃机12，其具有节气阀体组件14，组件14的节气阀体18集成有一系列传感器和电子控制单元(ECU)16。节气阀体18具有空气通道20，通道具有入口22，可通过软管连接到空气滤清器(未显示)；和出口24，可通过另一软管连接到内燃机12的进气歧管26。在活塞循环的顺序定时期间，进气歧管26通常连接到内燃机12的燃烧室或活塞缸28。对于4冲程内燃机，如图所示，顺序定时周期期间空气流过打开的进气阀58，直接进入活塞缸28。或者，对于双冲程内燃机，空气一般流过曲柄轴箱(未显示)，然后通过缸壁上的端口进入活塞缸的燃烧室部分，端口由往复的活塞间断地打开。
参考图2，与应用场合是双冲程还是4冲程内燃机无关，通过节气阀体18的空气通道20进入内燃机12的空气流量由旋转板30来控制，旋转板刚性连接到蝶形节气阀32的旋转节气阀轴34，蝶形节气阀通常设置在空气通道20。轴34横向延伸通过空气通道20和节气阀体18，可由连接到杠杆臂的机械连杆或Bowden线36来促动。杠杆臂的一端38连接到轴34，可手动转动轴34，从而打开和关闭节气阀32。
ECU16的微处理器40通过内部的软件指令控制许多功能，指令根据探测到的实际节气阀32的位置，对比内燃机的转速和曲轴的角度位置应用燃油网格地图、矩阵或查寻表，来选择精确的打开时刻，并确定燃油喷射器42的打开持续时间。喷射器最好喷射带压力的燃油到节气阀体18的空气通道20，与空气混合，燃油和空气混合物送到内燃机12的活塞缸28中。
ECU16还接受来自进气温度传感器44、进气压力传感器46、和至少一个远距离内燃机温度传感器48的输入信号，参考这些探测到的参数来改变燃油喷射器42的基本打开持续时间，以提供非常精确变化和控制的燃油与空气的比例。
当施加电流到火花塞50来点燃活塞缸28中的燃料和空气混合物时，通过接收来自节气阀位置传感器52和内燃机速度和曲轴角度传感器54的输入信号，建立微处理器40的另外的网格地图、矩阵或查寻表和软件指令。即点火定时可根据一些参数如内燃机速度和内燃机载荷要求来提前或延后。此外，ECU16还可通过保留节气阀位置和/或内燃机速度的变化率的简单记录，探测内燃机12的快速加速，以改进或延长喷射器打开时间的基本持续时间，提供需要的燃油到内燃机12。
在操作中，4冲程内燃机12的活塞56的冲程顺序形成向下进气冲程，向上压缩冲程，向下工作冲程和向上排气冲程。在向下进气冲程，活塞56以上的活塞缸28的体积扩大，产生真空压力，使空气流过节气阀体18，进入燃烧室28，这时进气阀58通过液压升降机构或机械连杆(未显示)同步打开，机械连杆通过内燃机12的同心连接到飞轮63的分开的凸轮轴或曲轴62促动。在返回或向上压缩冲程，进气阀58一般通过弹簧的偏压来关闭，活塞缸28中的燃油和空气混合物在燃烧之前受到压缩，通过使火花塞50点火点燃混合物产生燃烧。产生的燃烧形成向下的工作冲程，然后就是向上的排气冲程。在排气冲程，结构类似进气阀58的排气阀60通过由单独的凸轮轴或曲轴62促动的连杆打开，废气体从燃烧室排出。
为了简化和减低制造成本，尤其是对于小排量内燃机，节气阀体组件14的ECU16在进气和工作冲程之间没有区别。即，速度传感器54和ECU16探测的只是内燃机12的曲轴62的角度位置。接下来，燃料喷射器42对各向上冲程在其一半确定时间打开，以得到所需要的燃料消耗。因为进气阀58在工作冲程关闭，在工作冲程期间从喷射器42喷出的燃油集中到节气阀体的空气通道20，当进气阀58在进气冲程期间打开时，燃油被流动的空气带走。
紧凑和简单设计的节气阀体组件14对较小排量的4冲程内燃机12非常有优越性，这样的内燃机通常只有一个活塞56，通过一定程度的系统简化来减少重量和尺寸，从而使制造成本降低到最低，带来最大的好处。本发明的节气阀体组件14的优点非常值得小排量内燃机12关注，因为可以通过改进内燃机的包装来减少整个内燃机的尺寸，无须使内燃机的设计和维修复杂化，否则会导致高制造成本。
实现这样的简化可采用模块化设计节气阀体组件14。例如，单个活塞内燃机12的燃油喷射器42不是安装到内燃机的头部来直接喷射到燃烧室。而是将燃油喷射器42安装到节气阀体18，将燃油直接喷入阀体18的空气通道20。燃油和空气混合物然后在进气冲程进入活塞缸28。可使内燃机有更简单和更高效能成本的模块化组装。此外，当燃油喷射器42安装到内燃机进气阀58的上游，速度传感器54不必在进气和排气冲程之间有差别，因此传感器54和微处理器40具有更简单和更具效能成本的设计。
具体涉及EFI10，ECU16具有印制电路板64，空气温度传感器44、空气压力传感器46和节流阀位置传感器52结构和电连接到电路板，附近的细长的铝热汇件82固定有微处理器40和部件驱动器90。电路板64从节气阀体18的外表面66向外间隔开，位于受保护的环境或基本由外表面66和ECU16的盘状塑料顶盖70形成的空腔68。顶盖70的周边或壁72从顶盖70的最好是平面的件74的周边整体突出，通过螺栓或固定件76固定到节气阀体18。热敏感的微处理器40位于基本在节气阀体18的外表面66和电路板64之间形成的空腔68的内隔室78。
为了实现总体紧凑的内燃机设计，ECU16设置的稍微靠近发热的内燃机缸体，因此必须进行冷却以保护内部的电子元件，比如微处理器40，防止其过热。将ECU集成到节气阀体18实现了这种冷却，同时提供了牢固和紧凑的模块设计。ECU16的内隔室部分地被内燃机12运转时以湍流方式流过节气阀体18的空气通道20的周围空气冷却。内隔室78内具有的热量(因为ECU16接近热的内燃机缸，因为内部的电子元件如驱动器90产生热量)通过在较冷的外表面66进行的对流发散或吸收，并经由铝或其他导热材料制成的节气阀体18进行热传导，并通过对流传导到空气通道20的较冷的非层流气流。
出于紧凑包装和简化内燃机组装的目的，发热的驱动器90还与热敏感的微处理器40位于相同的隔室78，驱动器90产生的热量以及其对微处理器40负面作用的减少是通过前面介绍的内隔室78中空气的冷却作用，和驱动器90直接通过热汇件82并传递到ECU16外部空气环境中的热传导来实现。
热汇件82横向延伸通过空腔68的外隔室80，外隔室基本在电路板64和顶盖70的平面壁74之间形成。外隔室80最好在制造期间充填凝胶体或环氧树脂充填物81，以密封和保护电路板64的焊接电路连接，防止其氧化、接触水和碎屑进入。细长的热汇件82横向形成于内表面84和外表面86之间。内表面直接位于微处理器40上；而外表面上有一系列冷却肋或翅片88横向穿过顶盖70。相连的电路所形成的热量或热点通过热汇件82的热传导进行传递，并通过肋片88对流传递到周围的空气中。
热汇件82的内表面84也直接设置有各种驱动器或功率晶体管90，包括燃油泵驱动器92，燃油喷射器驱动器94和点火线圈驱动器96。尽管没有显示，微处理器40的电源也直接安装到热汇件82。各晶体管90具有一系列的导线98，电连接到相邻的电路板64，与电路和微处理器电连通。
为了简化组装和减少制造成本，进气温度传感器44、节气阀位置传感器52和进气压力传感器46集成到节气阀体组件14。传感器44、46、52电安装到电路板64。温度和压力传感器44、46分别具有中空的从电路板64突出的管状套管99，安装到节气阀体18上的孔中，提供空气通道20和传感器44、46之间的直接连通，传感器因此密封于ECU16的受保护的空腔68。节气阀位置传感器52最好是电连接到电路板64的电位计，并机械连接或接触到旋转节气阀轴34的端部，该轴从空气通道20可转动地突出到内隔室中。
内燃机温度传感器48和曲轴角度位置和速度传感器54距节气阀体组件14有一段距离。这些传感器直接固定到内燃机12上，通过适当的电缆或装配电路100电连接到固定到ECU16上的连接件102，并电连接到相邻的微处理器40。对于空气冷却内燃机，内燃机温度传感器48固定到活塞缸壁104；对于水冷内燃机(如图1所示)，传感器设置在水套106中，以指示水温。曲轴位置和内燃机速度传感器54一般是设置在内燃机飞轮63的齿附近的电线圈，提供指示内燃机活塞顶端死点位置的信号和指示曲轴62每一转中某点的角度位置的一系列信号。如上所述，对于4冲程内燃机，在活塞56的各工作冲程曲轴有两个完整的回转。
对于改进形式，除了节气阀位置传感器52被取消，节气阀体组件14与前面的介绍相同，进气压力传感器46位于关闭的节气阀32的下游，通过探测到的压力改变来指示节气阀的打开范围，并确定4冲程内燃机12的进气冲程(因为进气阀打开产生最大的压降或压力改变)，用于定时燃油喷射动作，使其只发生在进气冲程。通过以探测进气压力的方式来替换探测节气阀位置，如前所述的微处理器40的内部软件指令也改动，使用中的最大压降或压力改变用于指示内燃机进气冲程，使喷射器只在进气冲程打开输入燃油。
节气阀体组件14的改进对较大排量的内燃机非常有优越性，特别是对于有多个活塞56和燃油喷射器42的内燃机，喷射器可固定到内燃机的头部108，便于直接喷射到活塞缸28。消除了在活塞的其他冲程中燃油集中于节气阀体18的情况。在具有较大排量的内燃机的场合，燃料经济性和排放标准是极为重要的。
在系统的两种形式中，点火电流可在压缩和排气冲程供应到火花塞50，如果需要，在第二种形式下，空气压力传感器的信号也可用于使电流供应到火花塞50，这只发生在压缩冲程期间，因为其紧接进气冲程。
尽管本文所介绍的发明形式构成了目前的优选实施例，许多其他形式也可以采用，但本文不包括发明的所有可能的等效形式或变化。应当知道本文所用的用语是只是说明性的，而不是限制性的，各种变化可在不脱离本发明的精神或范围的情况下实现。
权利要求
1.一种内燃机的节气阀体组件，包括节气阀体，具有空气通道和外表面；节气阀，设置在所述空气通道内，以控制气流；集成在所述节气阀体的电子控制单元，其具有接合到所述节气阀体的顶盖，直接在所述顶盖和所述外表面之间形成的空腔；和暴露于所述空腔中的热汇件，其通过所述顶盖突出到外面；其中所述节气阀体是由导热材料制成，可将所述空腔的热量传递到所述空气通道；和其中所述热汇件是由导热材料制成，以通过所述顶盖传递热量。
2.根据权利要求1所述的节气阀体组件，其特征在于，所述组件包括设置在所述空腔的电子控制单元的电路板；所述外表面和所述电路板之间形成的空腔的内隔室；其中所述热汇件暴露于所述内隔室。
3.根据权利要求2所述的节气阀体组件，其特征在于，所述组件包括所述电路板和所述顶盖之间形成的空腔的外隔室；其中所述热汇件通过所述外隔室延伸。
4.根据权利要求3所述的节气阀体组件，其特征在于，所述外隔室填充有防腐蚀材料。
5.根据权利要求2所述的节气阀体组件，其特征在于，所述组件还包括设置在所述内隔室的电子控制单元的微处理器，直接机械接合到所述热汇件和电接合到所述电路板。
6.根据权利要求5所述的节气阀体组件，其特征在于，所述组件包括设置在所述内隔室的节气阀的轴端；设置在所述内隔室和电接合到所述电路板的电子控制单元的位置传感器；其中所述节气阀的位置由微处理器来监控。
7.根据权利要求5所述的节气阀体组件，其特征在于，所述组件包括所述电子控制单元的进气温度传感器，设置成可传感通过所述空气通道的空气的温度；其中，所述进气温度传感器电接合到所述电路板，所述进气的温度由所述微处理器来监控。
8.根据权利要求7所述的节气阀体组件，其特征在于，所述组件包括在所述节气阀体和所述电路板之间接合的套管；其中，所述进气温度传感器设置在与所述空气通道连通的所述套管中。
9.根据权利要求5所述的节气阀体组件，其特征在于，所述组件包括所述电子控制单元的进气压力传感器，设置成可传感所述空气通道中的空气压力；其中，所述进气压力传感器电接合到所述电路板，通过所述微处理器监控空气压力。
10.根据权利要求9所述的节气阀体组件，其特征在于，所述组件包括接合在所述节气阀体和所述电路板之间的套管；其中，所述进气压力传感器设置在与所述空气通道连通的所述套管中。
11.根据权利要求5所述的节气阀体组件，其特征在于，所述组件还包括安装在所述节气阀体的燃油喷射器，所述燃油喷射器由所述微处理器控制，可喷射液体燃油到节气阀下游的所述空气通道中。
12.根据权利要求5所述的节气阀体组件，其特征在于，所述热汇件具有多个细长的肋部，横向突出到所述顶盖的外面，通过对流传递所述热汇的热量。
13.根据权利要求12所述的节气阀体组件，其特征在于，所述组件包括多个设置在所述内隔室并直接接合到所述热汇件的驱动器；其中，所述驱动器电连接到所述电路板。
14.根据权利要求13所述的节气阀体组件，其特征在于，所述多个驱动器包括点火线圈晶体管、燃油泵晶体管和燃油喷射器晶体管。
15.一种4冲程内燃机的电子燃油喷射系统，所述内燃机设有气缸体，气缸体带有引导接合到曲轴的往复运动活塞的活塞缸、同心接合到所述曲轴的飞轮、和进气阀，在活塞的进气冲程期间顺序地使燃油和空气混合物进入活塞缸的燃烧室；连通到燃烧室的火花塞，可在压缩冲程期间点燃燃油和空气混合物，所述电子燃油喷射系统包括节气阀体，具有通道，当所述进气阀在进气冲程期间打开时，与所述燃烧室连通；节气阀，设置在所述通道中，以控制空气流；接合到所述节气阀体的电路板；内隔室，由所述节气阀体和所述电路板形成；其中，所述节气阀体是由导热材料制成，可通过对流从所述内隔室传递热量到所述节气阀体，利用热传导通过所述阀体，再利用对流进入所述通道；热汇件，暴露于所述内隔室，设置在所述电路板附近；位于所述内隔室的微处理器；和至少一个驱动器，直接接合到所述热汇件，其中所述驱动器产生的热量通过热传导从所述内隔室传入所述热汇件，通过热对流从所述内隔室离开热汇件。
16.根据权利要求15所述的电子燃油喷射系统，其特征在于，所述系统包括由所述微处理器控制的至少一个驱动器的燃油喷射器晶体管；燃油喷射器，安装到所述节气阀体并暴露于空气通道，可喷射液体燃油到所述节气阀下游的通道中；其中，所述燃油喷射器晶体管电驱动所述燃油喷射器。
17.根据权利要求16所述的电子燃油喷射系统，其特征在于，所述系统包括由所述微处理器控制的至少一个驱动器的点火线圈晶体管；其中所述点火线圈晶体管电驱动火花塞。
18.根据权利要求17所述的电子燃油喷射系统，其特征在于，所述系统包括由所述微处理器控制的至少一个驱动器的燃油泵晶体管；燃油泵，设置成可提供可控压力下的液体燃油到所述燃油喷射器；其中，所述燃油泵晶体管电驱动所述燃油泵。
19.根据权利要求15所述的电子燃油喷射系统，其特征在于，所述微处理器直接接合到所述热汇件。
20.根据权利要求15所述的电子燃油喷射系统，其特征在于，所述系统包括设置在所述内隔室的节气阀的旋转轴的端部；电子控制单元的位置传感器，设置在所述内隔室和电接合到所述电路板，其中所述节气阀的位置由所述微处理器来监控；电子控制单元的进气温度传感器，设置成可传感所述空气通道的空气温度，其中，所述进气温度传感器电接合到所述电路板，所述进气温度由所述微处理器来监控；和所述电子控制单元的进气压力传感器，设置成可传感所述空气通道中的空气压力，其中所述进气压力传感器电接合到所述电路板，通过微处理器来监控空气压力。
21.根据权利要求20所述的电子燃油喷射系统，其特征在于，所述系统包括速度传感器，设置成远离所述节气阀体，传感所述飞轮的旋转速度；和装配电路，电接合所述微处理器和所述速度传感器，可通过所述微处理器来监控所述速度传感器输入的速度信号。
22.根据权利要求15所述的电子燃油喷射系统，其特征在于，所述系统包括速度传感器，设置成远离所述节气阀体，传感所述飞轮的旋转速度；内燃机温度传感器，设置成远离所述节气阀体，安装到所述内燃机汽缸体；和装配电路，电连接所述微处理器和所述速度和内燃机温度传感器，通过所述微处理器来监控输入的速度信号。
全文摘要
一种节气阀体组件，具有集成的电子控制单元(ECU)，是内燃机的坚固和紧凑的电子燃油喷射系统的一部分。ECU具有内部热敏感的微处理器，其位于在导热节气阀体的外表面和ECU的电路板之间形成的ECU的受环境保护的内隔室。节气阀体具有可使燃气流入活塞缸的空气通道。较冷的和非层流的气流通过节气阀体来冷却ECU的内隔室，可防止微处理器过热。此外，ECU的导热热汇件暴露于内隔室中，直接接触各发热的晶体管，通过热传导将内部电路的热量传递到节气阀组件外的周围环境中。
文档编号F02M51/00GK1601068SQ20041006420
公开日2005年3月30日 申请日期2004年8月16日 优先权日2003年9月17日
发明者S·马切西尼, R·特尔利兹 申请人:沃尔布罗发动机使用有限责任公司