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Stand der Technik
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Für Anwendungen
im Automobilbereich werden heute im Rahmen der Kraftfahrzeugaktuatorik pneumatische
Aktoren eingesetzt. Die pneumatischen Aktoren sind vorwiegend in
der Form von Druckdosen ausgebildet, die sowohl mittels eines Überdruckes
oder mittels eines Unterdruckes betätigbar sind. Die Druckdosen
werden im Allgemeinen nicht elektronisch kontrolliert und sind so
ausgebildet, dass der in den Druckdosen herrschende Druck, so z.
B. ein Ladedruck, direkt auf eine Feder oder eine Membran wirkt.
An Aufladeeinrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen,
insbesondere an Abgasturboladern, eingesetzte Druckdosen wird die Stellposition
des Stellgliedes der Druckdose auf elektronischem Wege dadurch kontrolliert,
indem ein Taktventil mittels eines PWM-Signales von einem Ladedruckregler
angesteuert wird. Das angesteuerte Taktventil stellt den zu einem
Ladedruck-Sollwert- beziehungsweise Ladedruck-Istwert-Abgleich erforderlichen
Druck der Druckdose oder die erforderliche Position des Stellgliedes
der Druckdose ein. Das Taktventil kann sowohl extern, so z. B. in
der Zuleitung zur Druckdose, vorgesehen sein oder auch in die Druckdose
integriert sein. Hinsichtlich einer Zustandsregelung hinsichtlich
der Position des Stellgliedes einer Druckdose sind dabei sehr aufwändige elektronische
Regelungen erforderlich. Insbesondere bei selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschinen, denen z. B. eine Aufladeeinrichtung
zugeordnet ist, die als mit einer verstellbaren Turbinengeometrie ausgelegter
Abgasturbolader beschaffen sein kann, ist jedoch infolge der Kopplung
zwischen einer Abgasrückführung und
der Ladedruckregelung eine Regelung der Position des Stellgliedes
der Druckdose zunehmend zwingend erforderlich. Um dies umzusetzen,
kommen dazu nur relativ kostspielige elektrische Steller mit Positionsrückmeldung
und elektronischer Lageregelung in Frage, die einerseits der Aufladeeinrichtung
mit verstellbarer Turbinengeometrie direkt zugeordnet sein können oder
in das Motorsteuergerät
einer Verbrennungskraftmaschine integriert sind.
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Aus
EP 09 76 919 A2 ist
eine Aufladeeinrichtung bekannt, die als Abgasturbolader ausgeführt ist und
ein Wastegate umfasst. Zur Ladedruckregelung am Abgasturbolader
wird eine Stellstange eingesetzt, die einen ersten Stangenabschnitt
und einen zweiten Stangenabschnitt aufweist. Die beiden Stangenabschnitte
der Stellstange sind verdrehbar miteinander gekoppelt und lassen
sich gegeneinander verdrehen. Mittels der Stellstange wird ein Hebearm betätigt, der
seinerseits mit dem Wastegate des Abgasturboladers gekoppelt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Angesichts
des skizzierten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen pneumatischen Steller bereitzustellen, der als Funktion
eines eingehenden, die Sollposition repräsentierenden Signals die Position
eines Aktuators im Rahmen eines Soll/Ist-Abgleiches pneumatisch
regelt.
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Erfindungsgemäß wird ein
selbstregelnder pneumatischer Steller vorgeschlagen, der ein kolbenstangenförmiges Stellglied
aufweist, welches mit einer Membran zusammenwirkt, wobei die Position des
Stellgliedes präzise
auf elektropneumatischem Wege abgeglichen werden kann. Durch diese
Lösung
lässt sich
eine teure und temperaturempfindliche Elektronik oder Sensorik vermeiden.
Des Weiteren zeichnet sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung durch
einen reduzierten Luftverbrauch aus. An dem kolbenstangenförmig ausgebildeten Stellglied
erforderliche Querschnitte zur Be- und Entlüftung können gleichzeitig geschlossen
werden, so dass der aktuell eingestellte Dosendruck und die Position
des kolbenstangenförmig
ausgebildeten Stellgliedes gehalten werden können. Mit Dosendruck ist nachfolgend
der Druck gemeint, der im Unterdruckbereich des pneumatischen Stellers
herrscht.
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Das
Regelverhalten des vorgeschlagenen pneumatischen Stellers lässt sich
durch angepasste Öffnungsgeometrien
der Querschnitte zur Be- und Entlüftung optimieren. So lässt sich
z. B. die Geometrie des Querschnittes über den Hubweg von Be- beziehungsweise
Entlüftungsventilen
progressiv ausführen,
so dass im Bereich kleiner Soll/Ist-Abweichungen schwach korrigiert
wird und im Bereich größerer Soll/Ist-Abweichungen eine
starke Korrektur erreicht wird. Dadurch können bei großen Abweichungen
schnelle Stellbewegungen erfolgen, ohne die Gefahr zu laufen, dass
sich im Bereich kleinerer Abweichungen Instabilitäten, wie
z. B. ein Schwingen des pneumatischen Stellers um die Soll-Lage,
ergeben.
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In
einer ersten Ausführungsvariante
des pneumatischen Stellers umfasst dieser ein in einen Steuerschieber
eingeschrumpftes stangenförmiges Stellglied,
welches innen hohl ausgebildet ist. Ein Steuerschieber, der auf
dem stangenförmigen
Stellglied z. B. aufgeschrumpft sein kann, umfasst jeweils ein Belüftungsventil
und ein Entlüftungsventil.
Sowohl das Belüftungsventil
als auch Entlüftungsventil stehen über einen
Kanal mit dem inneren Hohlraum des stangenförmigen Stellgliedes in Verbindung.
Sowohl das Belüftungsventil
als auch das Entlüftungsventil
sind federbelastet ausgebildet und verschließen in einer abgeglichenen
Soll/Ist-Position z. B. über
kugelförmig
ausgebildete Schließkörper die
beiden Ventile. Sobald sich durch Einwirkung äußerer Störgrößen eine Änderung der Position des stangenförmig ausgebildeten
Stellgliedes ergibt, wird eines der beiden Ventile sukzessive so
lange geöffnet
und damit das Druckniveau innerhalb des pneumatischen Stellers korrigiert.
Bei Erreichen einer derart abgeglichenen Position des stangenförmigen Stellgliedes schließen beide
Ventile erneut. Am Umfang des Steuerschiebers kann z. B. ein spulenförmig ausgeführter Elektromagnet
aufgenommen sein, der als Funktion eines anliegenden Tastverhältnisses
des PWM-Steuersignales
eine entgegen der Kraft einer Regelfeder wirkende Magnetkraft auf
einen den Steuerschieber umschließenden Regelschieber aufgibt,
so dass infolge der Trägheit
des Regelschiebers eine definierte Effektivposition, die einem Kräftegleichgewicht
entspricht, erreicht wird. Die Effektivposition definiert den Positions-Sollwert
des rein pneumatisch wirkenden pneumatischen Stellers und führt zu einer
Ausgleichsbewegung des Steuerschiebers relativ zum diesen umschließenden Regelschieber,
so dass die Hubposition des stangenförmig ausgebildeten Stellgliedes
definiert ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann der Steuerschieber auch als eine flachbauende, ein stangenförmig ausgebildetes
Stellglied umschließende
Hülse ausgeführt sein.
Der hülsenförmig beschaffene
Steuerschieber überdeckt
zwei benachbart im Mantel des stangenförmig ausgebildeten Steuerschiebers
angeordnete Öffnungen,
von denen eine der Belüftung
und die andere der Entlüftung
dient. Der hülsenförmig ausgebildete
Steuerschieber umfasst einen Freistich, so dass ein Kurzschluss
der beiden nebeneinander liegenden, im Mantel des stangenförmigen Stellgliedes
ausgebildeten, als Kanäle
dienenden Öffnungen
möglich
ist. Der hülsenförmig ausgebildete
Steuerschieber ist in radiale Richtung gesehen von der Magnetspule
umschlossen und wird durch eine sich am Gehäuse oder einer Lagerbuchse
abstützenden
Druckfeder vorgespannt. Bei einer Axialbewegung entsprechend der
auf das stangenförmige
Stellglied wirkenden Last wird eine der beiden Öffnungen im Mantel des stangenförmig ausgebildeten
Stellgliedes freigegeben, so dass je nach Bewegungsrichtung, d.
h. bei zunehmender oder abnehmender auf das stangenförmig ausgebildete
Stellglied wirkender Last, eine Belüftung oder eine Entlüftung einer
Unterdruckkammer des pneumatischen Stellers erfolgt.
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Auch
in der zweiten Ausführungsvariante
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung
wird über
einen spulenförmig
ausgebildeten Elektromagneten als Funktion eines anliegenden Tastverhältnisses
des PWM-Signales eine entgegen der Kraft einer Regelfeder wirkende
Magnetkraft auf den Steuerschieber übertragen, so dass sich infolge
der Trägheit
des Steuerschiebers eine definierte Effektivposition, d. h. ein
Kräftegleichgewicht,
am Steuerschieber einstellt. Die dem Kräftegleichgewicht entsprechende Effektivposition
definiert den Sollwert.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
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1 das
Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellers
anhand federbelasteter dichtschließender Ventile,
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2 eine
Ausführungsvariante
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
elektropneumatischen Stellers und
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3 eine
Einsatzmöglichkeit
des erfindungsgemäßen elektropneumatischen
Stellers an einer Verbrennungskraftmaschine zur Betätigung eines
Wastegates einer Aufladeeinrichtung.
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Ausführungsvarianten
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Der
Darstellung gemäß 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
elektropneumatischen Stellers auf Basis federbelasteter dichtschließender Ventile
zu entnehmen.
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Ein
elektropneumatischer Steller 10 umfasst ein Gehäuse 12,
das über
einen Gehäusedeckel 14 mit
einer Bohrung 46 verschlossen ist. Das Gehäuse 12 ist
von einer als Stellglied 16 vorgesehenen Membranstange
durchsetzt, die einen ersten Membranstangenteil 18 sowie
einen zweiten Membranstangenteil 20 umfasst. Am ersten
Membranstangenteil 18 ist eine Öffnung 22 zum Druckausgleich
mit der Atmosphäre
vorgesehen. Das erste Membranstangenteil 18 ist von einem
Belüftungskanal 24 durchsetzt,
das zweite Membranstangenteil 20 ist ebenfalls hohl ausgeführt und
umschließt
einen Entlüftungskanal 26.
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Eine
Führung
der in der Darstellung gemäß 1 zweiteilig
ausgebildeten Membranstange 16 wird einerseits durch einen
Membranteller 42 erreicht, der innerhalb eines Hohlraumes 38 im
Gehäuse 12 verschiebbar
angeordnet ist und mittels einer Spannfeder 64 beaufschlagt
ist. Der Membranteller 42 überträgt die Kraft von der Feder 64 auf
eine mit dem ersten Membranstangenteil 18 verbundene Membran 44,
an die der Membranteller 42 angestellt ist. Die Führung der
zweiteilig ausgebildeten Membranstange innerhalb des Gehäuses 12 wird
andererseits durch einen im Gehäuse 12 ausgebildeten
Stutzen gewährleistet.
Der innere Teil des im Gehäuse 12 ausgebildeten
Stutzens ist durch eine in der Darstellung gemäß 1 nicht
dargestellte Dichtung, zum Beispiel einen O-Ring, zur bewegbar angeordneten, zweiteilig
ausgeführten
Membranstange hin abgedichtet.
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Am
Umfang der zweiteilig ausgebildeten Membranstange gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
befindet sich ein Regelschieber 28. Der Regelschieber 28 umfasst
ein erstes Regelschieberteil 32 und ein zweites Regelschieberteil 34, die
an einer Fügestelle 30 miteinander
verbunden sind. Der relativ zur zweiteilig ausgeführten Membranstange
verschiebbare Regelschieber 28 wird durch eine Feder 36 beaufschlagt,
die sich oberhalb des Stutzens im Gehäuse 12 an diesem abstützt. Der Regelschieber 28 umschließt einen
Steuerschieber 48, in dem seinerseits ein erstes Ventil 54 zur
Belüftung
und ein zweites Ventil 56 zur Entlüftung ausgebildet sind. Das
erste und das zweite Ventil sind federbelastet ausgeführt und
schließen
in einer abgeglichenen Soll/Ist-Position
z. B. über
kugelförmig ausgebildete
Schließkörper dichtend
ab. Am zweiten Regelschieberteil 34 stützt sich eine das kugelförmig ausgebildete
Schließelement
des ersten Ventils 54 beaufschlagende Druckfeder ab. Der
kugelförmig ausgebildete
Schließkörper des
zweiten Ventils 56, welches der Entlüftung des Entlüftungskanals 26 dient,
umfasst einen Einsatz 58, welcher durch das kugelförmig ausgebildete
Schließelement
beaufschlagt ist. Ein an dem Regelschieber festgelegter Vorsprung öffnet und
schließt
das federbeaufschlagte zweite Ventil 56.
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Sobald
sich beim in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
durch Einwirkung äußerer Störgrößen eine Änderung
der Position der zweiteilig ausgeführten Membranstange 16 ergibt,
wird bei unverändert
beibehaltener Position des in axiale Richtung verschiebbar angeordneten
Regelschiebers 28 eines der beiden Ventile 54 beziehungsweise 56 so
lange geöffnet
und damit der Dosendruck vorzeichenrichtig korrigiert, bis beide
Ventile 54 beziehungsweise 56 nach Erreichen einer
erneuten abgeglichenen Soll/Ist-Position schließen.
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Mittels
einer den Regelschieber 28 umschließenden Magnetspule 60 wird
als Funktion eines an dieser anliegenden Tastverhältnisses
eines PWM-Signales (in der Regel einige Hundert Hertz) eine entgegen
der Kraft der Feder 36 wirkende Magnetkraft auf den Regelschieber 28 ausgeübt, so dass
sich infolge der Trägheit
des Regelschiebers 28 ein Kräftegleichgewicht am Regelschieber 28 zwischen
der den Regelschieber 28 beaufschlagenden Magnetkraft einerseits
und der Kraft der Feder 36 und den auf die Ventile 54 beziehungsweise 56 wirkenden
Federkräften
andererseits einstellt. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass
die Magnetspule 60 von einer Umhüllung 66 umschlossen
ist.
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Die
dem Kräftegleichgewicht
des Regelschiebers 28 entsprechende Effektivposition des
Regelschiebers definiert einen Positionssollwert eines rein pneumatisch
wirkenden Positionsreglers und führt
zu einer Ausgleichsbewegung zwischen dem Regelschieber 28 und
dem Steuerschieber 48, so dass die Position der im Ausführungsbeispiel
gemäß 1 zweiteilig
ausgebildeten Membranstange definiert wird. Während das der Belüftung des
Belüftungskanals 24 dienende
erste Ventil 54 über
einen im Steuerschieber 48 ausgebildeten Kanal 50 mit dem
Belüftungskanal 24 in
Verbindung steht, ist das zweite Ventil 56, welches der
Entlüftung
des Entlüftungskanals 26 dient, über einen
ebenfalls im Steuerschieber 48 ausgebildeten Kanal 52 mit
dem Entlüftungskanal 26 verbunden.
Der Entlüftungskanal 26 steht
darüber
hinaus über
eine Öffnung 40 im
Gehäuse 12 mit
einem Druckniveau in Verbindung – in 1 durch
pu bezeichnet. Mit pu ist
ein Unterdruck bezeichnet, der an der Öffnung 40 des elektropneumatischen
Stellers 10 ansteht und welcher den Quelldruck einer Unterdruckpumpe
darstellt. Der Druck pu liegt in der Größenordnung
von < 0,25 bar.
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Mit
Bezugszeichen 62 sind Überströmöffnungen
im ersten Regelschieberteil 32 bezeichnet, welche einen
Druckausgleich zwischen dem Hohlraum 38 und dem Hohlraum
ermöglichen,
der durch den Raum zwischen dem Steuerschieber 48 und dem
Inneren des Regelschiebers 28 gebildet wird. Der Hohlraum 38 und
der Hohlraum, der durch den Raum zwischen dem Steuerschieber 48 und
dem Inneren des Regelschiebers 28 gebildet wird, bilden eine
Druckkammer des Gehäuses 12,
in der ein Druck zwischen dem Unterdruck pu und
dem Atmosphärendruck
patm einstellbar ist. Der Raum zwischen der
Membran 44 und dem Gehäusedeckel 14 bildet eine
Kammer, die über
ein Bohrung 46 mit Atmosphärendruck patm beaufschlagt
ist.
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Der
Darstellung gemäß 2 ist
eine weitere Ausführungsvariante
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
pneumatischen Stellers mit reduziertem Luftverbrauch zu entnehmen.
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Der
in 2 im Halbschnitt bezüglich seiner Symmetrieachse
dargestellte elektropneumatische Steller 10 umfasst das
Gehäuse 12,
innerhalb dessen die Membran 44 an einer Teilungsfuge eingespannt
ist. Am Gehäuse 12 ist
eine Druckkammer 68 ausgeführt, in der ein von patm verschiedener Druck herrscht. Die Druckkammer 68 ist über die
Membran 44 vom übrigen
Innenraum des Gehäuses 12 getrennt.
Die nachfolgenden Ausführungen
betreffen eine Druckkammer 68, in der ein Unterdruck herrscht.
Die Druckkammer 68 kann jedoch auch mit einem über patm herrschenden Druck beaufschlagt sein.
Der Druck in der Druckkammer 68 ist durch p bezeichnet.
Die Membran 44 wird einerseits durch einen Federteller 70 beaufschlagt,
der wiederum durch eine Membranfeder 72 vorgespannt ist.
Die Membranfeder 72 stützt
sich an einer Ausnehmung einer Gehäusehälfte des Gehäuses 12 ab.
Andererseits ist die im Gehäuse 12 eingespannte
Membran 44 durch den Membranteller 42 beaufschlagt.
Der Membranteller 42 ist mittels zweier Seegerringe 84 auf
dem in der Ausführungsvariante
gemäß 2 einteilig
ausgebildeten, als Stellglied anzusehenden Steuerkolben 76 aufgenommen,
welcher im Wesentlichen der im Ausführungsbeispiel gemäß 1 zweiteilig
ausgebildeten Membranstange 16 entspricht.
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Durch
die beiden Seegerringe 84 sind die Axialpositionen des
Federtellers 70 sowie des Membrantellers 42 in
Bezug auf den einteilig ausgebildeten Steuerkolben 76 definiert.
Eine Feder 78 stützt sich
am hülsenförmig ausgebildeten
Steuerschieber 48 ab, der in der Darstellung gemäß 2 in
der dort eingezeichneten Axiallage zwei Öffnungen 50, 52 im Mantel
des einteilig ausgebildeten Steuerkolbens 48 verschließt. Der
Steuerschieber 48 ist in axiale Richtung relativ zum einteilig
ausgebildeten Steuerkolben 76 bewegbar, hülsenförmig ausgeführt und
umfasst einen der Mantelfläche
des Steuerkolbens 76 zuweisenden Freistich 49.
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In
der Darstellung gemäß 2 ist
der Steuerschieber 48 im Gegensatz zum in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
vereinfacht als Hülse
ausgeführt.
Des Weiteren sind die im Ausführungsbeispiel gemäß 1 dargestellten
Kanäle 50, 52 in
der in 2 dargestellten Ausführungsvariante als Öffnungen 50, 52 im
Mantel des Steuerkolbens 76 ausgeführt. Oberhalb des hülsenförmig ausgebildeten Steuerschiebers 48 ist
die Spule 60 dargestellt, die in das Gehäuse 12 eingebettet
ist.
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Der
einteilig ausgebildete Steuerkolben 76 ist in Lagerbuchsen 86, 11,
die ihrerseits ins Gehäuse 12 eingelassen
sind, verschieblich geführt.
Zwischen der Lagerbuche 11 und dem Gehäuse 12 kann eine Dichtung 80 angeordnet
sein. Der analog zum Ausführungsbeispiel
in 1 hohl ausgebildete Steuerkolben 76 umfasst
einen Kugelkopf 74, mit welchem z. B. ein Wastegate 108 einer
Aufladeeinrichtung 94 einer Verbrennungskraftmaschine 90 betätigbar ist (vergleiche 3).
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In
der Position, in welcher der hülsenförmig ausgebildete
Steuerschieber 48 in der Ausführungsvariante gemäß 2 dargestellt
ist, überdeckt
der Freistich 49 den zweiten Kanal 52, erstreckt
sich jedoch noch nicht über
die erste Öffnung 50 in
der Wand des einteiligen Steuerkolbens 76. Zwischen den
Kanälen 50, 52 in
der Wand des Steuerkolbens 76 befindet sich ein Stopfen 82,
welcher den Hohlraum des Steuerkolbens 76 in den Belüftungskanal 24 und
den Entlüftungskanal 26 unterteilt.
Die Druckkammer 68 steht über die Öffnung 22 mit dem
Belüftungskanal 24 in
Verbindung. An der Öffnung 40 des Gehäuses 12 steht
der vom Atmosphärendruck
patm abweichende Druck pu an,
der durch eine Unterdruckquelle erzeugt wird. In demjenigen Teil
des Innenraum des Gehäuse 12 des
elektropneumatischen Stellers 10, der nicht zur Druckkammer 68 gehört, herrscht
Atmosphärendruck
patm. In einer Position, in der der Steuerschieber 48 in 2 ganz
nach rechts bewegt ist, ist der Belüftungskanal 24 über den
Kanal 50 mit dem Atmosphärendruck im Gehäuse 12 verbunden.
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In
der Darstellung gemäß 2 befindet
sich der hülsenförmig ausgebildete
Steuerschieber 48 in einer den zweiten Kanal 52 überdeckenden
Position. In dieser auch als neutrale Lage bezeichneten abgeglichenen
Position sind beide Kanäle 50, 52 voneinander
getrennt, so dass der Druck nicht verändert wird und damit die Position
des einteilig ausgebildeten Steuerkolbens 76 beibehalten
wird. Der Freistich 49 überdeckt
nur den ersten Kanal 50, nicht jedoch den zweiten Kanal 52.
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Bei
Einwirkung äußerer Störkräfte, z.
B. bei einer auf den Kugelkopf 74 wirkenden steigenden Last,
wird der einteilig ausgebildete Steuerkolben 76 nach rechts
verschoben. Aufgrund der Verschiebungsbewegung des einteilig ausgebildeten
Steuerkolbens 76 nach rechts werden die die Kanäle darstellenden Öffnungen 50, 52 vom
Freistich 49 an der Innenseite des hülsenförmig ausgebildeten Steuerschiebers 28 verbunden,
so dass eine Entlüftung (Druckabsenkung)
in der Druckkammer 68 erfolgt und eine Ausgleichsbewegung
des Steuerkolbens 76 bis zur neutralen Lage eingeleitet
wird.
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Bei
abnehmender Last, d. h. einer Verschiebung des Steuerkolbens 76 nach
links, öffnet
sich der zur Belüftung
dienende Querschnitt 50, so dass der Druck im Inneren der
Druckkammer 68 so lange erhöht wird und die Membranfeder 72 stärker entlastet wird,
bis die Sollposition wieder erreicht ist. Über die Kanäle 50 und 52 kann
eine Druckabsenkung, eine Druckerhöhung sowie eine Beibehaltung
des Druckniveaus in der Druckkammer 68 des elektropneumatischen
Stellers 10 erreicht werden. Während die zweite Öffnung 52 der
Entlüftung,
d. h. einer Druckabsenkung in der Druckkammer 68, dient,
dient der vom Steuerschieber 48 überdeckte, über den Freistich 49 mit
dem zweiten Kanal 52 verbindbare erste Kanal 50 sowohl
der Be- als auch der Entlüftung.
Wird der Steuerkolben 76 bei zunehmender auf den Kugelkopf 74 wirkender
Last nach rechts verschoben, so entsteht über den Freistich 49 an
der Innenseite des Steuerschiebers 48 eine Verbindung zwischen
dem ersten Kanal 50 und dem zweiten Kanal 52.
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Gegenüber einem
Umschaltventil, z. B. einem Magnetventil, zeichnet sich der beschriebene elektropneumatische
Steller 10 gemäß der in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsvarianten
durch einen erheblich reduzierten Luftverbrauch aus. Die Reduzierung
des Luftverbrauches wird erreicht, in dem die Querschnitte 50, 52 zur
Be- und Entlüftung gleichzeitig
geschlossen werden können,
so dass der aktuell eingestellte Dosendruck und die Position entweder
der zweiteilig ausgeführten
Membranstange 16 oder des einteilig ausgebildeten Steuerkolbens 76 beibehalten
werden können.
Die in 1 dargestellte Ausführungsvariante des pneumatischen
Stellers zeichnet sich durch eine hervorragende Dichtigkeit an den
Ventilen 54 beziehungsweise 56 und einen minimalen
Luftverbrauch aus. Bei der in 2 dargestellten
Variante ergeben sich minimale Spaltverluste. In den beiden im Zusammenhang
mit 1 und 2 beschriebenen Ausführungsvarianten
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
elektropneumatischen Stellers 10 kann sich durch Optimieren
der Öffnungsgeometrie,
d. h. durch Optimierung der Kanäle 50, 52 im
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 beziehungsweise
in der Konfiguration der Öffnungen 50, 52 in
der Mantelfläche
des einteilig ausgebildeten Steuerkolbens, das Regelverhalten optimieren
lassen. So kann der Querschnittsverlauf der Kanäle 50, 52 beziehungsweise
der Öffnungen 50, 52 über den Öffnungshub
der Ventile 54, 56 progressiv ausgeführt werden,
so dass im Bereich kleiner Soll/Ist-Abweichungen schwach korrigiert
und im Bereich großer Abweichungen
eine starke Korrektur erzielt werden kann. Damit kann einerseits
bei großen
Abweichungen schnell reagiert werden, ohne dass sich im Bereich
kleiner Abweichungen Instabilitäten,
wie z. B. ein Schwingen des Steuerschiebers 48 um seine Solllage,
einstellen.
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Eine
Wegesensorik zur Diagnose und Überwachung
der Position des Steuerschiebers 48 wird bevorzugt durch
eine Induktivitätsmessung
der Spule 60 erreicht. Dazu bietet sich das Tauchankerprinzip an.
Eine Bewegung des z. B. aus einem ferromagnetischen Material ausbildbaren
Steuerschiebers 48 bewirkt eine Variation der Spuleninduktivität der Spule 60,
die wiederum als Messgröße für die aktuelle Stellposition
des Regelschiebers, d. h. entweder der zweiteilig ausgebildeten
Membranstange 16 oder im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 2 des einteilig
ausgebildeten Steuerkolbens 76, erfasst werden kann.
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Der
Darstellung gemäß 3 ist
in schematischer Übersicht
eine Einbausituation des vorstehend in Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen
pneumatischen Stellers zu entnehmen.
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Der
Darstellung gemäß 3 ist
entnehmbar, dass einer Verbrennungskraftmaschine 90 Frischluft über ein
Saugrohr 92 zugeführt
wird. Der Verbrennungskraftmaschine 90 ist eine Aufladeeinrichtung 94 zugeordnet,
die ein im Saugrohr 92 angeordnetes Verdichterteil und
einen einem Abgaskrümmer 106 nachgeschalteten
Turbinenteil aufweist. Der Verbrennungskraftmaschine ist einlassseitig
eine Drosseleinrichtung 96 vorgeschaltet. Der Drosseleinrichtung 96 wiederum
sind die Einlassventile 98 nachgeordnet, über welche
die angesaugte und vorverdichtete Frischluft in Brennräume 102 der
Verbrennungskraftmaschine 90 eintritt. Abgas verlässt die
Brennräume 102 der
Verbrennungskraftmaschine 90 über geöffnete Auslassventile 100.
Die Brennräume 102 sind
jeweils durch Kolben 104 begrenzt; das verbrannte Abgas
wird im Ausschiebetakt aus den Brennräumen 102 in den Abgaskrümmer 106 geschoben,
innerhalb dessen sich der Verdichterteil der als Turbolader ausgebildeten
Aufladeeinrichtung 94 befindet. Dem Turbinenteil der bevorzugt
als Turbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtung 94 ist
ein Wastegate 108 zugeordnet. Mittels des Wastegates 108 kann
ein Teilstrom des Abgases um den Turbinenteil der Aufladeeinrichtung 54 geführt werden.
Das Wastegate 108 wird über
einen Wastegatesteller 110 betätigt, der wiederum über den
elektropneumatischen Steller 10, wie vorstehend in Zusammenhang
mit den 1 und 2 beschrieben,
angesteuert wird. Der Vollständigkeit
halber sei erwähnt,
dass dem Turbinenteil der Aufladeeinrichtung 94 im Abgastrakt
der Verbrennungskraftmaschine 90 mindestens ein Abgaskatalysator 112 nachgeschaltet
ist.
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Der
erfindungsgemäß vorgeschlagene
elektropneumatische Steller 10 kann für die Realisierung von stetigen
Stellaufgaben, die an Aggregaten einer Verbrennungskraftmaschine
erforderlich werden, eingesetzt werden, so z. B. für Abgasrückführventile oder
variable Saugrohrverstellung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der elektropneumatische Steller 10 des Wastegates 108 gemäß der Darstellung
in 3 beispielhaft erläutert.