DE19726163A1

DE19726163A1 - Schaltungsanordnung zur Detektion des Schaltzustandes wenigstens eines pneumatischen Schaltmittels

Info

Publication number: DE19726163A1
Application number: DE1997126163
Authority: DE
Inventors: Erwin Krimmer; Thilo Gleisberg; Christian Lorenz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1998-12-24
Also published as: FR2764980B3; FR2764980A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Detektion des Schaltzustandes wenigstens eines pneu matischen Schaltmittels mit einem, in Abhängigkeit einer Schaltstellung des wenigstens einen pneumati schen Schaltmittels generierten elektrischen Steuer signals.

Stand der Technik

Schaltungsanordnungen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. So ist beispielsweise bei pneumatisch betä tigbaren Hubzylindern bekannt, die Stellung eines Zylinderkolbens über außen an dem Zylinder angeord nete Sensoren zu erfassen. Die Sensoren sind 'bei spielsweise auf induktiver oder magnetischer Grund lage arbeitende Näherungssensoren, die bei Erreichen einer bestimmten Stellung des Zylinderkolbens ein Steuersignal generieren. Die bekannten Schaltungsan ordnungen haben den Nachteil, daß diese sehr aufwen dig sind und nur mittels relativ hochwertiger Senso ren realisierbar sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß in einfacher Weise ein Schaltzustand wenigstens eines pneumatischen Schaltmittels detektierbar ist. Dadurch, daß ein elektrisches Schaltmittel durch ein Betätigungsmittel des pneumatischen Schaltmittels betätigbar ist, und dieses bei Betätigung ein Steuer signal einer Auswerteschaltung liefert, ist es vor teilhaft möglich, das elektrische Schaltmittel als einfachen Ein- beziehungsweise Ausschalter, vorzugs weise als Taster, auszubilden, der unmittelbar durch das Betätigungsmittel des pneumatischen Schaltmittels in seiner Schaltstellung veränderbar ist. Hierdurch kann in einfacher Weise durch eine Änderung der Schaltstellung des elektrischen Schaltmittels die Schaltstellung des pneumatischen Schaltmittels de tektiert werden. Aufgrund der überraschenden Einfach heit der Lösung ist diese sehr kostengünstig.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß bei einer Anordnung mit mehreren pneumati schen Schaltmitteln jedem der pneumatischen Schalt mittel ein elektrisches Schaltmittel zugeordnet ist, und die elektrischen Schaltmittel parallel geschaltet sind. Hierdurch kann in einfacher Weise auch bei mehreren zu überwachenden pneumatischen Schaltmittel der Schaltzustand der pneumatischen Schaltmittel dahingehend überwacht werden, daß bei Betätigung wenigstens eines der pneumatischen Schaltmittel ein Steuersignal der Auswerteschaltung geliefert wird.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jedem der elektrischen Schaltmit tel ein definierter Vorwiderstand in Reihe geschaltet ist, deren Größe vorzugsweise entsprechend einer binären Kodierung festgelegt sind, wobei die Vorwi derstände unterschiedlich dimensioniert sind. Hier durch wird es vorteilhaft möglich, auch bei mehreren überwachten pneumatischen Schaltmittel anhand des einen generierten elektrischen Steuersignals zu er mitteln, welches beziehungsweise welche der pneumati schen Schaltmittel ihren Schaltzustand verändert haben. Somit kann mit einfacher Auswertung nur eines Schaltsignals gleichzeitig die Schaltstellung mehre rer pneumatischen Schaltmittel in einfacher Weise überwacht werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispie len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Ven tilanordnung;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Mem brandeckels eines Abgasrückführungsventi les;

Fig. 3 eine weitere Darstellung des Abgasrück führungsventiles;

Fig. 4 und 5 Schaltungen zur Überwachung eines Schaltzustandes von Unterdrückdosen des Abgasrückführungsventiles und

Fig. 6 eine Schaltung zur Überwachung einer Vielzahl pneumatischer Schaltmittel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachfolgend am Beispiel einer ein Abgasrückführungsventil 10 aufweisenden Ventilanord nung 12 erläutert werden, die beispielsweise in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird.

Aufbau und Wirkungsweise von Abgasrückführungsventi len sind bekannt, so daß hier nur auf die für die Erläuterung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung notwendigen Bestandteile Bezug genommen wird. Das Abgasrückführungsventil 10 ist in einem Ansaugkanal 14 angeordnet, wobei eine in den Ansaugkanal 14 mün dende Ventilhülse 16 mittels eines Schließkörpers 18 verschließbar ist. Der Schließkörper 18 ist mit einer Ventilstange 20 verbunden, die durch eine Betäti gungseinrichtung 22, die als Unterdruckdose 24 ausge bildet ist, bewegbar ist. Das Abgasrückführungsventil 10 bildet ein pneumatisches Schaltmittel 26. Hierzu ist innerhalb eines Gehäuses 28 eine Membran 30 ange ordnet, die einen mit der Ventilstange 20 starr ver bundenen Membranteller 32 aufweist. Der Membranteller 32 stützt sich gegen die Kraft eines elastischen Federelementes 34 an einem Membrandeckel 36 ab. Der Membrandeckel 36 verschließt das Gehäuse 28 druck dicht. Ein Innenraum 38 des Gehäuses 28 ist über einen nicht näher dargestellten Anschluß mit einer Unterdruckquelle verbindbar, während ein Innenraum 40 des Gehäuses 28 mit Normaldruck, das heißt, der Atmo sphäre beaufschlagt ist.

Die Ventilanordnung 12 besitzt ein zweites pneumati sches Schaltmittel 42, das in analoger Weise eben falls als Unterdruckdose aufgebaut ist. Mittels des zweiten pneumatischen Schaltmittels 42 kann eine in dem Ansaugkanal 14 angeordnete Klappe 43 betätigt werden, mittels der ein Durchlaßquerschnitt des An saugkanals 14 variierbar ist. Da der Aufbau der pneu matischen Schaltmittel 26 und 42 identisch ist, wird der weitere Aufbau und die Funktion lediglich anhand des pneumatischen Schaltmittels 26 erläutert.

Zum Betätigen des Abgasrückführungsventiles 10 wird der Innenraum 38 mit der Unterdruckquelle verbunden, so daß der Innenraum 38 evakuiert wird. Hierdurch wird die Membran 30 gegen die Kraft des Federelemen tes 34 in der mit dem Pfeil 45 angegebenen Richtung vorgespannt, so daß der Schließkörper 18 einen Dicht sitz der Ventilhülse 16 öffnet.

Durch das Vorspannen der Membran 30 bewegt sich gleichzeitig der Membranteller 32 gegen die Kraft des Federelementes 34 in Richtung des Membrandeckels 36.

In dem Membrandeckel 36 ist ein elektrisches Schalt mittel 46 integriert, das zwei druckdicht aus dem Gehäuse 28 nach außen geführte Kontakte 48 bezie hungsweise 50 aufweist. Nach weiteren Ausführungsbei spielen ist die Anordnung des elektrischen Schaltmit tels 46 auch an anderen geeigneten Stellen des Gehäu ses 28 möglich. Die Kontakte 48 und 50 sind über eine nicht dargestellte Kontaktbrücke kurzschließbar, so daß eine Schaltfunktion ausführbar ist. Die Kontakt brücke ist mit einem Betätigungselement 52 verbunden, das im Bewegungsweg des Membrantellers 32 liegt.

Mit fortschreitender Evakuierung des Innenraumes 38 erreicht der Membranteller 32 zu einem bestimmten Zeitpunkt das Betätigungselement 52, so daß dieses die Kontaktbrücke des elektrischen Schaltmittels 46 gegen die Kontakte 48 und 50 drückt. Durch eine ge wählte Ausbildung beziehungsweise Anordnung des Betä tigungselementes 52 ist die Auslösestellung des elek trischen Schaltmittels 46 einstellbar. Das elektri sche Schaltmittel 46 löst erst dann aus, wenn der Membranteller 32 in Richtung des Pfeiles 45 eine bestimmte Wegstrecke zurückgelegt hat, so daß eine diesen zurückgelegten Weg proportionale Öffnung des Abgasrückführungsventiles 10 gegeben ist. Über eine Auslösung des elektrischen Schaltmittels 46 kann somit das Erreichen einer bestimmten Offenstellung des Abgasrückführungsventiles 10 detektiert werden.

Ist das elektrische Schaltmittel 46 nicht geschlos sen, ist entweder das Abgasrückführungsventil 10 ebenfalls geschlossen, oder dieses hat eine Zwischen stellung zwischen seiner Zu- beziehungsweise Offen stellung eingenommen, die noch nicht zum Auslösen des elektrischen Schaltmittels 46 führt.

In Fig. 2 ist nochmals die Anordnung des elektri schen Schaltmittels 46 in dem Membrandeckel 36 ver deutlicht. Das Schaltmittel 46 ist hierbei in seiner Baugröße einem Innenraum 54 eines Topfes 56 angepaßt. Der Topf 56 dient der Ausbildung eines Aufnahmeberei ches 58 für das elastische Federelement 34 (in Fig. 2 nicht dargestellt). Das Betätigungselement 52 des Schaltmittel 46 ragt über den Topf 56 hinaus, so daß eine Beaufschlagung mit einem Kontaktdruck durch den Membranteller 32 möglich ist.

Die Kontakte 48 und 50 des Schaltmittels 46 sind druckdicht aus dem Gehäusedeckel 36 herausgeführt. Die Darstellung in Fig. 2 entspricht einer gegenüber der Darstellung in Fig. 1 um 90° gedrehten Darstel lung, so daß die Kontakte 48 und 50 in die Papier ebene hineinbetrachtet hintereinander liegen. Eine Durchführung der Kontakte 48 und 50 durch den Gehäu sedeckel 36 ist durch eine Dichtungseinrichtung 60 gewährleistet, die jeweils einen der Kontakte 48 und 50 ringförmig umschließt. Hierzu kann ein Dichtring in einer entsprechenden Ringnut des Schaltmittels 46 angeordnet sein.

Außerhalb des Membrandeckels 36 sind die Kontakte 48 und 50 mit jeweils einer elektrischen Verbindungslei tung 62 kontaktiert. Die Verbindungsleitungen 62 sind in einem Anschlußmodul 64 geführt. Hierzu ist einer seits ein Dichtelement 66 vorgesehen, das neben einer Abdichtung gleichzeitig einer Zugentlastung der Ver bindungsleitungen 62 dient. Ferner ist ein Siche rungsteil 68, das beispielsweise durch eine Vercrim pung gebildet sein kann, ausgebildet, um einerseits eine definierte Lage zu Verbindungsleitungen 62 zu erreichen und eine zusätzliche Zugentlastung zu bil den. Die Verbindungsleitungen 62 tragen eine Kon taktierungseinrichtung 70 (Fig. 2a), die von einem Kabelschuh 72 gebildet sein kann. Die Kontaktierungs einrichtung 70 besitzt eine Durchgangsöffnung 74, durch die die Kontakte 48 beziehungsweise 50 des Schaltmittels 46 geführt sind.

Fig. 3 verdeutlicht die Einbindung der elektrischen Kontaktierung des elektrischen Schaltmittels 46 in die gesamte Anschlußkonfiguration der Ventilanordnung 12. Bekannterweise besitzt die Ventilanordnung 12 einen gemeinsamen Anschlußstecker 76 zum Verbinden von den pneumatischen Schaltmitteln 26 und 42 zuge ordneten, als Magnetventile ausgebildeten Schaltein richtungen. Mittels der Magnetventile ist der Innen raum 38 (Fig. 1) mit der Unterdruckquelle verbind bar, so daß dieser evakuiert werden kann. Den Schalteinrichtungen ist hierbei ein Anschlußkontakt 78 für das Magnetventil des Abgasrückführungsventiles 10, ein Anschlußkontakt 80 für das Magnetventil zur Betätigung der Klappe 43, und ein Anschlußkontakt 82 für eine gemeinsame Masseleitung der Magnetventile zugeordnet. Der Anschlußstecker 76 weist weitere Anschlußkontakte 84 beziehungsweise 86 auf, die mit den zum elektrischen Schaltmittel 46 führenden Ver bindungsleitungen 62 kontaktiert sind. Hierdurch wird es in einfacher Weise möglich, mittels eines einzel nen Anschlußsteckers 76 gleichzeitig die Magnetven tile mit einer Spannungsversorgung zu verbinden und das Schaltmittel 46 mit einer im einzelnen nicht dargestellten Auswerteschaltung zu verbinden. Der Verbindungsaufwand reduziert sich hierdurch erheb lich. Ist dem weiteren pneumatischen Schaltmittel 42 der Ventilanordnung 12 ebenfalls ein elektrisches Schaltmittel 44 (Fig. 1) zugeordnet, ist dieses parallel zum dem dem Abgasrückführungsventil 10 zuge ordneten elektrischen Schaltmittel 46 geschaltet, so daß sich der Verbindungsaufwand nicht erhöht.

In Fig. 4 ist hierzu ein Schaltbild gezeigt. Der Kontaktstecker 76 weist die Anschlußkontakte 78 bis 86 auf. Der Anschlußkontakt 78 ist mit einem Magnet ventil 88 des pneumatischen Schaltmittels 26 verbun den, während der Anschlußkontakt 80 mit einem Magnet ventil 90 des pneumatischen Schaltmittels 42 verbun den ist. Der Anschlußkontakt 82 ist mit einer gemein samen Masseleitung 92 der Magnetventile 88 und 90 verbunden. Die Anschlußkontakte 84 und 86 sind über die Verbindungsleitungen 62 mit dem parallel geschal teten elektrischen Schaltmitteln 44 und 46 verbunden.

Über die nicht dargestellte Auswerteschaltung werden die Anschlußkontakte 84 und 86 mit einer Meßspannung beaufschlagt. Schließt nun einer der elektrischen Schaltmittel 46 oder 44 beziehungsweise beide Schalt mittel 46 und 44 infolge der Änderung des Schaltzu standes der pneumatischen Schaltmittel 26 beziehungs weise 42 - wie anhand der vorhergehenden Figuren erläutert - werden die Anschlußkontakte 84 und 86 kurzgeschlossen, so daß ein Meßstrom fließen kann. Dieser wird mittels der nicht dargestellten Auswerte schaltung erfaßt und liefert ein Signal dafür, daß eines der pneumatischen Schaltmittel 26 oder 42 betä tigt ist.

In Fig. 5 ist eine abgewandelte Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 gezeigt, bei der ein Anschlußaufwand weiter reduziert ist. Hier ist vorgesehen, daß der Anschlußkontakt 84 ein gemeinsames Versorgungsspan nungspotential, sowohl für die Magnetventile 88 und 90 als auch für die Schaltmittel 44 und 46 aufweist. Hierdurch kann der Kontaktstecker 76 vierpolig ausge bildet werden, ohne daß die Funktion der Magnetven tile 88 und 90 beziehungsweise die Überwachungsaufga be der Schaltmittel 44 und 46 beeinträchtigt ist. Hinsichtlich der Funktion der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 wird auf die Beschreibung der Fig. 4 verwiesen.

Anhand der in Fig. 6 gezeigten Schaltungsanordnung wird eine Ausführungsvariante erläutert, mit der eine exakte Schließstellung der elektrischen Schaltmittel 46, 44 und so weiter, und damit eine Betätigung der den Schaltmitteln 46, 44 zugeordneten pneumatischen Schaltmittel 26, 42 möglich ist. Nachfolgend werden alle elektrischen Schaltmittel mit 46 bezeichnet, obwohl sie unterschiedlichen pneumatischen Schaltmit teln zugeordnet sind.

In Fig. 6 wird davon ausgegangen, daß bei verschie denen Systemanwendungen eine Vielzahl von pneumati scher Schaltmittel gleichzeitig überwacht werden. Hierzu ist jedem pneumatischen Schaltmittel ein elek trisches Schaltmittel 46 zugeordnet, wobei einfach halber davon ausgegangen wird, daß entsprechend der tatsächlichen Anzahl der Schaltmittel 46 diese mit S₁, S₂, S₃ bis S_n bezeichnet sind. Die Schaltmittel S₁ bis S_n sind jeweils parallel geschaltet und über die Verbindungsleitungen 62 mit den Anschlußkontakten 84 und 86 verbunden. An diesen liegt die Meßspannung U_mess an. Jedem der Schaltmittel S₁ bis S_n ist ein Vorwiderstand R₁ bis R_n in Reihe geschaltet. Hier durch ergibt sich für einen Gesamtwiderstand R_G, wenn angenommen wird, daß alle Schaltmittel S₁ bis S_n geschlossen sind:

Wobei S_i den Wert 0 bei offenem Schalter und den Wert 1 bei geschlossenem Schalter annehmen kann.

Über eine binäre Kodierung der Vorwiderstände, bei spielsweise mit der Beziehung R_i = R₀ . 2^i-1, wobei R₀ ein Grundwiderstand ist, und R_i sich aus den ein zelnen Vorwiderständen R₁ bis R_n ergibt, kann eine Größe der Vorwiderstände definiert werden.

Entsprechend des geschlossenen Schaltmittel S₁ bis S_n, wobei hier jede beliebige Kombination möglich ist, das heißt, entweder ist nur einer der Schaltmit tel S₁ bis S_n oder mehrere, das heißt, wenigstens zwei der Schaltmittel S₁ bis S_n geschlossen, ergibt sich die Möglichkeit, aufgrund der bekannten Meßspan nung U_mess und der bekannten, den einzelnen Schalt mitteln S₁ bis S_n zugeordneten Vorwiderstände, anhand eines fließenden Meßstromes exakt zu ermitteln, wel cher der Schalter S₁ bis S_n geschlossen ist. Hier durch läßt sich mit der Auswerteschaltung, die bei spielsweise integraler Bestandteil eines Steuergerä tes eines Kraftfahrzeuges sein kann, exakt bestimmen, welches der Schaltmittel S₁ bis S_n, das heißt, der elektrischen Schaltmittel 46 und somit der den elek trischen Schaltmitteln 46 zugeordneten pneumatischen Schaltmittel 26, betätigt ist und welches nicht. Diese Auswertung kann einer Fehlerdiagnose dienen, wobei eventuelle Fehler, beispielsweise ein Nichtaus lösen eines angesteuerten pneumatischen Schaltmit tels, exakt zuordbar ist. Hierzu kann in einer Rech nereinheit die Information, die aus der Auswertung der geschlossenen Schaltmittel S₁ bis S_n erhalten wird, mit einer weiteren Information verglichen wer den, die aufgrund einer Ansteuerung der dem pneumati schen Schaltmittel 26 zugeordneten Magnetventile 88, 90 und so weiter herleitbar ist.

An Stelle einer Strommessung bei exakt vorgegebener Meßspannung U_mess kann selbstverständlich auch umge kehrt ein exakter Meßstrom vorgegeben werden und eine sich hieraus ergebene Meßspannung U_mess ausgewertet werden. In jedem Fall wird somit in einfacher Weise eine Schaltkonfiguration der Schaltmittel S₁ bis S_n eindeutig bestimmbar. Anstelle der binären Kodierung der Vorwiderstände R₁ bis R_n sind auch andere, nach vollziehbare und eindeutige Kodierungen möglich.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Detektion des Schaltzu standes wenigstens eines pneumatischen Schaltmittels, mit einem, in Abhängigkeit einer Schaltstellung des wenigstens einen pneumatischen Schaltmittels generierten elektrischen Steuersignals, dadurch ge kennzeichnet, daß ein elektrisches Schaltmittel (46) durch eine Betätigungseinrichtung (22) des pneumati schen Schaltmittels (26) betätigbar ist, und dieses bei Betätigung das Steuersignal einer Auswerteschal tung liefert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das elektrische Schaltmittel (46) durch eine Membran (30) des pneumatischen Schaltmit tels (26) betätigbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elek trische Schaltmittel (26) in einem Membrandeckel (36) eines Gehäuses (28) zur Aufnahme der Membran (30) integriert ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Anschlußleitungen (62) des elektrischen Schaltmittels (46) durch den Membrandeckel (36) dichtgeführt sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung mit mehreren pneumatischen Schaltmitteln (26, 42) jedem der pneumatischen Schaltmittel (26, 42) ein elektrisches Schaltmittel (46; S₁ bis S_n) zugeordnet ist, und die elektrischen Schaltmittel (46; S₁ bis S_n) parallel geschaltet sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß jedem der elektrischen Schaltmittel (46; S₁ bis S_n) ein definierter Vorwiderstand (R₁ bis R_n) in Reihe geschaltet ist, wobei die Vorwiderstände (R₁ bis R_n) unterschiedlich dimensioniert sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Größe der Vorwiderstände (R₁ bis R_n) entsprechend einer binären Kodierung festge legt sind.