[发明专利]可变磁阻位置传感器

说明书

发明背景

技术领域

本发明通常涉及一种结合有霍耳效应器件的位置传感器，且更具体地说，涉及用于跟踪EGR阀柱塞(valve plunger)位置的系统。

背景技术

排气再循环(EGR)用于通过在燃烧过程中降低气缸内的温度和通过防止提前点火而改进机动车发动机的性能。污染物一氧化二氮(NO_x)趋于在高温下形成。而且在高温下，气缸内的燃油空气混合物在没有火花时趋于在压缩冲程(compression stroke)中而不是燃烧冲程(combustion stroke)中提前点火。

为了降低气缸内的温度，EGR阀在进气冲程中允许少量惰性气体从排气系统进入气缸。EGR阀通常具有柱塞，该柱塞的位置决定了被允许重新进入气缸的废气量。在一些系统中，柱塞连接到由进气歧管(manifold)产生的真空所控制的膜片(diaphragm)。在其他系统中，柱塞由电磁阀或步进电机电子地控制。也可以采用气动控制或液压控制。

当发动机冷却或处于怠速时，EGR阀通常保持闭合，而当发动机升温并以部分油门运行时，EGR阀保持开启。当EGR阀未能正常打开时，NO_x排放增加并可能发生提前点火。如果EGR阀未能正常关闭，则可能发生怠速不稳(rough idling)、迟滞(hesitation)和失速(stalling)。

在许多系统中，排放控制模块(ECM)或其他车载电脑监控EGR阀以确保正常运行。在具有电磁阀或步进电机驱动的EGR阀的系统中，ECM或车载电脑控制EGR阀柱塞的位置。

重要的是，为了向车辆的ECM提供准确的信息，应精确测量柱塞的位置。一些位置传感器使用霍耳效应器件，霍耳效应器件测量在其上的磁场入射(magnetic field incident)中的变化。在一些系统中，霍耳效应器件相对于静止的永磁体或磁体移动，以使霍耳效应器件上的磁场入射随位置而变化。在其他系统中，一个或更多个永磁体相对于静止的霍耳效应器件移动。在这些系统中，在任一情况下，霍耳效应器件包括独立移动的两个不同部分。

这些系统不便于使用。霍耳效应器件和永磁体都受发动机室的恶劣环境的影响。霍耳效应器件通常形成于易于在高温时发生故障的硅片中。典型的铁基铁磁材料将在约1400°F，即深度运行状况下内燃机废气的温度，失去其永磁性。

因为这些零件中任何一个都可能发生故障，所以它们应可易于拆卸以供更换。然而，永磁体和霍耳效应器件的分别安装需要替换两个零件。此外，难以相对于霍耳效应器件准确定位永磁体，因为它们安装到不同的结构，而其中一个结构是可移动的。因此，磁体或霍耳效应器件的替换都需要重新校准位置传感器。

因此，将提供一种将永磁体和霍耳效应器件集成到单个装置中并易于使用和校准的EGR位置传感器，这是现有技术中的进步。

发明内容

本发明被开发以响应技术的目前状态，且特别地，响应现有技术中还未被当前可用的EGR传感器完全解决的问题和需求。因此，本发明被开发来提供一种能克服现有技术中许多或全部上述缺点的检测设备和方法。

一个实施方案中，目标固定到活动构件，该活动构件沿着行进方向的移动是待检测的。行进方向可以是平移的或转动的。该目标调节跨过磁通源(flux source)例如永磁体与磁场传感器例如霍耳效应器件之间间隙的磁通量。

目标配置有沿目标随位置变化而变化的磁通调节特性(flux modulatingproperty)，以使跨过间隙的磁通量帮助识别目标在间隙外或内的部分。在一个实施方案中，磁通调节特性是目标的磁阻(reluctance)。可通过由高磁导率材料构成目标并与沿着目标行进方向的位置成比例地改变目标的截面，来实现磁阻的变化。在一个实施方案中，只改变目标伸到间隙中的距离而不改变目标的宽度。在一些实施方案中，磁通集中器在间隙附近从永磁体延伸到霍耳效应器件以提高磁通的流动。

在一些实施方案中，具有恒定磁通调节特性例如磁阻的第二目标可在具有第二磁场传感器的第二间隙内移动。第二磁场传感器与第一磁场传感器一样可检测来自于相同磁通源的磁通，或者可使用另外的磁通源。第二磁场传感器的输出可用来使第一磁场传感器的输出规范化以减少噪声和其它异常。因为第二磁场传感器的输出中的变化可能由诸如非行进方向上的移动、漂移等因素引起，所以第二磁场传感器的输出提供了用于抵消这些异常对第一磁场传感器的输出所起的影响的测量值。