DE2363079A1

DE2363079A1 - Anordnung zum umformen einer unabhaengigen veraenderlichen a nach einer vorgegebenen funktion f(a)

Info

Publication number: DE2363079A1
Application number: DE2363079A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Fuhrmann; Dietrich Gundel
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1973-12-19
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1975-07-03
Also published as: FR2255580A1; FR2255580B1; GB1487957A; DD115202A5; HU171133B; NL7415660A; RO64946A

Description

"Haöchinenfabriic Au^

Aktiengesellschaft

Nürnberg, 30. ücveinber 1973

Anordnung zum Umformen einer unabhängigen Yeränderlichen a nach einer vorgegebenen Funktion f(a)

"Die !Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Umformen der Meßgröße einer unabhängigen Veränderlichen a nach einer vorgegebenen Punktion f(a).

B^i- selbsttätigen Steuerungs- und Regelungssystemen ist es oftmals erforderlich, eine unabhängige Veränderliche bzw. deren Meiügröiie entsprechend einer, z.B. durch vorhergehende Versuche gewonnenen, Optimierungsbestrebungen Rechnung tragenden Gesetzmäßigkeit umzuformen.

Eine sich dem Fachmann ohne weiteres anbietende Lösung könnte darin gesehen werdeii, die Meßgröße der unabhängigen Veränderlichen in einem elektronischen Rechengerät umzu-

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wandeln. Eine solche Lösung ist jedoch einerseits mit einem erheblichen Aufwand verbunden, andererseits sind derartige Rechner relativ teuer und störanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aufwands- und preisgünstige Anordnung, der eingangs genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hallgenerator und mindestens einen Magneten sowie durch eine Führung" des Magneten oder des Hallgenerators auf einer durch einen Vorversuch zu bestimmenden Bahn gelöst.

Durch diese Maßnahmen wird nicht nur die der Erfindung zugrunde liegende Aufgäbe gelöst, sondern darüber hinaus werden noch die Vorteile erzielt, daß durch einfache Eingriffe - entsprechend unterschiedlichen Optimierungsbedingungen zu abweichenden Punktionen f(a) übergegangen werden kann, und daß auf einfache Weise auch noch eine Produktbildung b· f (a) möglich ist, wobei b ebenfalls eine unabhängige Veränderliche ist.

U¹T, die Funktion f(a) mit unterschiedlichen Charakteristi-K .ir. z\x erhalten, wird gemäß v/eiteren Merkmalen der Erfindung der Magnet ( bzw. die i'iagneten ) angephast oder abgeschrägt und/oder - bei Vorhandensein mehrerer Magneten diese nebeneinander angeordnet und/oder dem ( bzw. den ) Magneten und/oder dem Hallgenerator ein jferritkörper parallel geschaltet.

Vorteilhafte Anwendungsmöglichkeixen der erfindüngsgeraäßen Anordnung im Rahmen der Steuerung von geeigneten Drosselorganen, die in gasführenden Leitungen von Brennkraftmaschinen angeordnet sind, sind in den Unteransprüchea 5 bis 7 gekennzeichnet.

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Ausiührungsbeispiele der Erfindung sind zusammen mit erläuternden Darstellungen allgemeiner Art in den Zeichnungen schematises dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm verschiedener möglicher Funktionen

Fig. 2 verschiedene Möglichkeiten der Zuordnung von Magnet und Haligenerator,

Fig. 3 verschiedene Möglichkeiten der Ausbildung der Magneten bzw. des Hallgenerators,

Fig· 4 die erfindungsgeinäße Anordnung im Zusammenhang mit der Regelstange einer Einspritzpumpe einer Brennkraftmaschine, in perspektivischer Darstellung und . , "'

Fig. 5 die erfindungsgemäße Anordnung in Anwendung bei einer Abgasrückführungsein -ichtung bei einer Brennkraftmaschine mit Einspritzpumpe.'

Ii. dem in der^pigur 1 dargestellten Diagramm mit rechtwinkligem Koordinatenkreuz ist auf der Abszisse irgendeine unabhängige Veränderliche a sowie sina auf der Ordinate Werte der Funktionen f(a) aufgetragen. Die dargestellten, voneinander abweichenden Kurvenverläufe <k bis <f - die in diesem Zusammenhang lediglich als Beispiele zu werten β%ηύ ergeben sich aufgrun^d; unterschiedlicher öptimierung'ebedingungen. Die gezeichneten Kurven d. ,bis cT variieren von steilem Durchgang durch Null bis zu langsamer asymptotieelier Annäherung an-die Abzisse, sowie hinsichtlich mehr oder minder ausgeprägtem Scheitel bei kleinen Werten von a.

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Die eingangs der Beschreibung erwähnte Umformung der Veränderlichen a nach der Punktion f(a) erfolgt durch eine Einrichtung, die einen Hallgenerator 1 und mindestens einen Magneten 2 umfaßt. Je nach der Form der zu erzielenden Punktion f(a) wird der Magnet 2 unter einem, in der Regel versuchsmäßig zu ermittelnden Winkel mit einem, in der Regel versuchsmäßig zu ermittelnden Abstand am Hallgenerator vorbeigeführt. Prinzipiell kann man jedoch auch den Hallgenerator aui" einer ( durch Versuche ermittelten ) Bahn am Magneten vorbeibewegen.

Gemäß der Darstellung nach Figur 2a wird der Magnet 2 auf einer Bahn 3 bewegt, die zu der Längsachse des Hallgenerators 1 parallel ist. Bei dieser Bewegung werden zunächst nach oben gerichtete Feldlinien 4» später nach unten gerichtete, dichtere Feldliniengebiete geschnitten. Man erhält auf die-• se Weise Kurven ähnlich denen in Figur 1 mit 4>_tQ bezeichneten. Man kann aber auch - wie· dies in Figur 2b dargestellt ist - den Magneten 2 auf einer Bahn 3¹ bewegen, bei der sich der Abstand zwischen dem'Hallgenerator 1 und dem Magnet 2 ändert. Auf diese Weise lassen sich Kurvenverläufe ähnlich denen in Fig. 1 mit f, d"bezeichneten verifizieren. Dabei fallen die Kurven umso flacher au·, je größer der Abstand zwischen dem Hallgenerator und dem Hagnet iet.

Um die Steigung der Funktion f (a) einerseits in einem bestimmten Bereich möglicnst klein zu halten und andererseits einen möglichst steilen Durchgang durch die/Abszisse (Null-Linie) zu erhalten, wird - wie in Figur 3a dargestellt der Hallgenerator 1 ' an zwei' Magneten 2a, 2b auf einer solchen Bahn 5 vorbeigeführt und sind die Magnete so aueinander angeordnet, daß sich die Magnetfelder in.der gewünschten Weise gegenseitig beeinflussen. Zur Erzielung bestimmter Kurvenverläufe dient auch ein Anphasen oder Abschrägen der Magneten 2a, 2b ( vergleiche Fig. 3a ).

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Eine andere Möglichkeit, einen bestimmten Kurvenverlauf f(a) zu erzielen, ist in der Figur 3b dargestellt. Sie besteht darin, daß dem Magneten 2 eine' Ferritplatte 6 paralleljgeschaltet ist. Auf diese Weise werden die Feldlinien einseitig zusammengedrängt, was die Inhomogenität des Magnetfeldes verstärkt. - Man" kann aber auch dem Hallgenerator 1 eine Ferritplatte 6¹ parallel schalten, z.B. durch Einbetten des Hallplättchens in Ferrit ( Fig· 3c).

Bei dem. in der Fig. 4 dargestellten Anwendungsbeispiel weist der Hallgenerator 1 ein in einem Ferritblock 7 eingebettetes Hallplättchen 8 auf. Zur Messung der Hallspannung sind mit dem Hallplättchen 9 elektrische Leitungen (leitend) verbunden; dabei liegt an den Klemmen 9» 10 eine Spannung an, die in an sich bekannter Weise dem Produkt aus der Feldstärke und einem Speisestrom proportional ist. Der Speisestrom kann entweder eine konstante G-röße aufweisen oder einer veränderlichen Betriebsgröße einer Maschine - z.B. der Drehzahl - proportional sein. Diese veränderliche Betriebsgröße wird mittels eines geeigneten Meßgerätes gemessen und ggf. in einen elektrischen Strom umgewandelt. Dieser Strom wird dein Hallplättchen θ über einen Vorwiderstand oder Anpassungsverstärker 11 una die Leitung 12 zugeführt und läuft anschließend über die Leitung 13 an die Masse 14.

Das dem Hallgenerator 1 zugeordnete Magnetfeld wird durch einen Magneten 20, dem zur !Erzielung einer stärkeren Inhomogenität des Magnetfeldes eine Ferritplatte 15 parallel geschaltet ist, erzeugt. Der Magnet 20 und die Ferritplatte 15 sind auf einer Führung 16 montiert, die entsprechend der Veränderung der Veränderlichen a - beispielsweise der Fördermenge einer Einspritzpumpe bei Brennkraftmaschinen zwangläufig bewegt wird. Diese Verlagerung der Führung bzw. des Magneten ist durch den Zeiger 17 und die Skala 18 an-

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gedeutet. Um Reibungskräfte zu eliminieren, ist die Führung 16 reibungslos oder zumindest reibungsarm gelagert. Dies kann beispielsweise über Rollen 19 erfolgen. Die an den Klemmen 9, 10 anliegende Hallspannung wird über die Leitung 22, ggf. unter Torschaltung eines Verstärkers 21, einem Terbraucher, insbesondere einem Sollwert-Istwert-Vergleichselement einer Regeleinrichtung zugeführt.

Die jeweils gewünschte, insbesondere durch Versuche ermittelte Punktion f(a) wird dadurch erzielt, daß in einfachen Vorversuchen die richtige Zuordnung des Magneten 20 zum Hallplättchen 8 in Bezug auf Abstand und Beeinflussung des Magnetfeldes durch die Ferritplatte 15 ermittelt wird.

In der Folge wird noch eine bevorzugte Anwendung der Erfindung im Rahmen der partiellen Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors geschildert.

Zur Steuerung der in die Ansaugleitung 25 eines Verbrennungsmotors 24, insbesondere Dieselmotors, zurückzuführenden Abjasmenge dient ein Drosselorgan in tform z.B. einer Drosselklappe 25, die in der die Abgasleitung 26 und. die Ansaugleitung 2"ί verbindenden leitung 27 angeordnet ist. Die Di ^ssielklappe 25 wird selbsttätig entsprechend der zurückzufahrenden Abgasmenge verstellt. Die Menge der zurückzuführenden Abgase ist abhängig von dem besonderen Zweck, den die Abgasrückführung erfüllen soll. ( Dabei können auch Kompromißlösungen durch Annäherung an mehrere Ziele erwünscht sein.) Insbesondere hat man neuerdings gefordert, daß das Abgas hinsichtlich Rußgehalt und chemischer Zusammensetzung bestimmten Vorschriften genügen muß.

Im Rahmen der Abgasrückführung ist es bekannt, die Drosselklappe in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerstange der Kraftstoffeinspritzpumpe und/oder der Drehzahl des Mo-

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tors zu verstellen. - Die vorliegende Erfindung baut auf diesen Erkenntnissen auf.

In der Pig. 5 ist die Einspritzpumpe, die über die Kraftstoff zuleitung 29 mit dem Verbrennungamotor 24 verbunden ist, mit 28 bezeichnet. Die jeweilige Lage der Steuerstange 30 der Einspritzpumpe 28 wird in einer elektrischen Einrichtung 31 festgestellt; der entsprechende Wert wird sodann nach der gewünschten, vorher ermittelten !Punktion umgeformt, Das ist möglich, weil die Fördermenge der Einspritzpumpe proportional der Stellung der Steuerstange 30 ist. Die Einrichtung 31 besteht aus der vorbeschrieberien erfindungsgemäßen Anordnung von Magnet ( bzw. Magneten ) und Hallgenerator. Ist die Zuordnung des bzw. der Magneten zum Hallgenerator für einen bestimmten Motortyp und einen bestimmten Treibstoff einmal ermittelt, dann liegt sie für die gesamte weitere Serienproduktion dieses Typs fest. Sind, beispielsweise durch Übergang auf einen anderen Treibstoff, Änderungen erforderlich, so ist dies mit relativ geringem Aufwand durchführbar; denn man braucht lediglich die Zuordnung der Bauteile ( Magnet/Hallgenerator) geringfügig zu korrigieren oder die schon erwähnten Maßnahmen zur Veränderung der Funktion f(a) (Anphasen, Anschr.ägen des Magneten; parallelschalten einer Ferritplatte) verwirklichen.

Erfolgt das Verstellen der Steuerstange 30 durch eine Automatik 50, dann muß die den Magnet ( bzw. die Magnete ) tragende Führung reibungsfrei gelagert sein.

Der am Ausgang der Einrichtung 31 anliegende Meßwert wird in Form eines elektrischen Signals dem Eingang eines SoIlwert-Istwert-Vergleichsgerätes 32 zugeführt und bildet den Sollwert für die Stellung der Drosselklappe 25. Der Istwert .für die Stellung der Drosselklappe 25 wird an einem Wegauf-

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nehmer in Form z.B. eines durch eine Batterie gespeisten Potentiometers 33 mittels eines über ein Gestänge 34 mit; der Drosselklappe 25 verbundenden Schleifes 35 abgegriffen und über die Leitung 36 dem Sollwert-Istwert-Vergleichsgerät 32 zugeführt. Das Sollwert-Istwert-Yergleiohsgerät 32 liegt, über die leitung 37 am Netz an und is χ über die Leitungen 38a, 38b mit Pneumatikveritileii 39, 40, die ihrerseits über Leitungen 41 mit einer Kolbenzviindereinheit 42 in Verbindung stenen, verbunden. Jie Kolbenstange 43 de3 Kolbens 44 stützt sich über eine Jeder 45 an ein.m Festpunkt 48 ab; an der Kolbenstange 43 sind außerdem der Sohleifer 35 des j/otentiometers 33 sowie das Gestänge 34 der Drosselklappe 25 angelenkt. Ist der Soliwert gröüer als der Istwert, dann wird das Ventil 40 geöffnet, wodurch PreiBiuft aus dem Preßluftnetz durch die Leitung in den zylinder 47 strömt. Der Kolben 44 wird unter Zusammendrücken der Jeder 45 nach links verschoben, wobei die Drosselklappe 25 geöffnet wird. Ist der ^ollwert kleiner als der Istwert, aanrx öffnet das andere Ventil 39» wodurch Luft aus dem Zylinder 47 abgelassen v.^rird. Die Feder 45 drückt sodann aen Kolben 44 in den Zylinder 47 hinein, wobei die drosselklappe 25 geschlossen wird. Stinnen 3οliverΐ und Istwert ---erein, so sind beide Ventile 39» 40 geschlossen und an der Stellung der Drosselklappe 25 ändert sich nichts. Auf diese V/eise wird die Stellung der Drosselklappe 25 - innerhalb gewisser Toleranzen der ij llwert laufend nachgeführt. Die Menge der zurückgeführten Abgase wird somit - wie gewünscht - von der Stellung der Steuerstange der Einspritzpumpe bestimmt, ![än^t die Stellung der Drosselklappe 25 - auJ3er von der Menge des eingespritzten Kraftstoffes - auch noch weiteren "Kinflußgrößen, wie z.B. von der Drehzahl des Motor3 oder einer i'ur den -Motiorbetrieb charakteristische ti ■"'ei.-peratur ab, s;· Kann es sich um eine additive oder multipiika"· i.ve überlagerung handeln. Dabei ist die Funktion f(a) entweder zu einem drehsahlabhängigen. V/ert zu addieren oder mit diesem wert zu multiplizieren.

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„nie Addition ist r.ittels der bekannten Mittel vie Widerstandsnetzwerk, Operationsverstärker od. dgl. lösbar. Im PaIIe einer Multiplikation bietet der erfinaungsgemäße Vorschlag ( Hallgenerator /Magnet ) den weiteren Vorteil, daü kein zusätzlicher, teurer Multiplikator erforderlich igt, aa der Hallgenerator statt nit konstantem Strom lediglich mit einem, dein Drehzahl einriuii proportionalen Strom gespeist werden muß.

Analog kann man auch andere Drosselklappen an Verbrennungsmotoren steuern, insbesondere die Drosselklappen zur Steuerung des Druckes in der Abgasleitung oder die Drosselklappen zur Steuerung des Unterdruckes in der Ansaugleitung.

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Claims

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg, 30. Noveaoer 1973

Patentansprüche

[ 1.1 Anordnung zum Uraformen der Meßgröße einer unabhängigen Veränderlichen a nach einer vorgegebenen Punktion f(a),·gekennzeichnet durch einen Hallgenerator (1; 1') und mindestens einen Magneten (2; 20) sowie durch eine Führung (16) des i^viagneten oder des Hallgenerators auf einer durch einen Vorversuch zu bestimmenden Bahn.
2. -Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der i-Iagnet bzw. die Magnete angephast oder abgeschrägt ist bzw. sind.
3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein mehrerer Magnete (2a, 2b) diese nebeneinander angeordnet sina.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem ( 2; 20) bzw. den Magneten und/oder dem Hallgenerator (1) ein Ferritkörper (6; 15) parallel geschaltet ist.

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in
5· Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zum Steuern der Lage einer Drosselklappe (25)_?eines Schiebers, Drosselventils oder dergleichen Drosselkörpers einer Einrichtung zur partiellen Rückführung von Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzpumpe (28) in das Ansaugsystem, wobei die Fördermenge der Einspritzpumpe die unabhängige Veränderliche a ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zur Steuerung einer in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe, eines Drosselventils, Schiebers od. dgl. .

7· Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zur Steuerung einer in der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe od. dgl. Drosselkörpers.

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