DE2724727C3

DE2724727C3 - Vorrichtung zur Steuerung des Strömungsdurchsatzes eines Fluids mit Hilfe einer elektrostatischen oder magnetischen Kraft

Info

Publication number: DE2724727C3
Application number: DE19772724727
Authority: DE
Inventors: Kenji Yokohama Masaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1981-08-20
Also published as: GB1582641A; DE2724727A1; DE2724727B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Strömungsdurchsatzes eines Fluids mit Hilfe einer elektrostatischen oder magnetischen Kraft.

Wenn ein Fluid beispielsweise unter Druck durch eine Leitung oder ein Rohr gefördert wird, wird der Strömungsdurchsatz üblicherweise mit Hilfe einer Dosierungsöffnung und eines geeigneten Betätigungsorgans, wie etwa eines elektromagnetischen Ventils gesteuert. Das Betätigungsorgan wird durch ein Steuersignal geregelt und steuert den Strömungsdurchsatz des Fluids durch Änderung des auf das Fluid ausgeübten Druckes oder eines Querschnittsbereiches des Rohres. Der Strömungsdurchsatz wird jedoch mechanisch gesteuert, so daß plötzliche Änderungen wegen der relativ langen Ansprechzeit eines mechanisch arbeitenden Betätigungs- oder Steuerorgans nicht möglich sind. Im Falle einer Steuerung des Strömungsdurchsatzes durch öffnungs- oder Schließvorgänge des Betätigungsorganes wird in unerwünschter Weise ein pulsierender Strom erzeugt Eine genaue Steuerung des Strömungsdurchsatzes ist daher auf diesem Wege bisher nicht möglich gewesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart auszubilden, daß eine genaue Regelung und ein rasches Ansprechen bei gewünschten Durchsatzänderungen ermöglicht werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs gelöst

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet unter Verwendung einer elektrostatischen oder magnetischen Kraft Eine Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Ladeeinrichtung in einer Strömungsbahn eines Fluids zum Laden des Fluids, eine weitere Einrichtung stromabwärts der Ladeeinrichtung außerhalb der Strömungsbahn, die eine elektrostatische oder eine magnetische Kraft auf das Fluid ausübt, und eine weitere Einrichtung zur Steuerung der Größe der elektrostatischen oder magnetischen Kraft, die auf das geladene Fluid ausgeübt wird und eine Steuerung des Strömungs- « durchsatzes des Fluids ermöglicht.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform ι« der Erfindung;

Fi g. 2a ist ein Querschnitt entlang der Linie A-AMn Fig. 1;

F i g. 2b ist eine Darstellung einer Abwandlung eines Teiles der Fig. 1;

is F i g. 3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;

Fi g. 4 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B' in tu Fig. 4;

F i g. 6 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Strömungsdurchsatzes eines Fluids mit Hilfe einer elektrostatischen Kraft umfaßt folgende Teile: eine erste Einrichtung in einer Fluidstrombahn zum Laden des Fluids; eine zweite Einrichtung außerhalb der Fluidstrombahn zum Aufbringen der elektrostatischen Kraft auf das geladene Fluid; eine dritte Einrichtung, die ■>o elektrisch mit der ersten und zweiten Einrichtung verbunden ist und diesen Ladungen zuführt; und eine vierte Einrichtung, die elektrisch zwischen der zweiten und dritten Einrichtung liegt und die elektrostatische Kraft steuert, die auf das geladene Fluid ausgeübt wird.
F i g. 1 veranschaulicht eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Eine Dosieröffnung 2 befindet sich in einem geeigneten Fluidrohr 4 und dient in bekannter Weise zur Regelung der Menge des Fluidstromes, der durch die Dosieröffnung hindurchgeht. Eine Ladeeinrichtung 5 ist stromabwärts der Dosieröffnung 2 vorgesehen und umfaßt eine Anzahl von Rohren 6, die aus Metall bestehen und kleine Querschnittsflächen aufweisen, Ladeelektroden 8 zwischen jeweils zwei Rohren 6 und Isolatoren 10a und 106 h5 zum Abstützen und Ausrichten der Anordnung aus Rohren 6 und Elektroden 8 in dem Fluidrohr 4 sowie zur lcktrischen Isolierung gegenüber dem Fluidrohr 4. Die dünnen Rohre 6 sind elektrisch mit einer positiven

Klemme 226 einer Hochspannungsquelle 22 verbunden, deren negative Klemme 22a mit einer Maschenelektrode 18 verbunden ist, die fest und elektrisch isoliert in das Fluidrohr 4 mit Hilfe eines Ringes 20 aus isolierendem Material eingebaut ist Zwei Elektroden 12 und 14 befinden sich stromaufwärts der Maschenelektrode und sind elektrisch über einen Steuersignaigenerator 26 mit negativen und positiven Klemmen 246, 24a einer Hochspannungsquelle 24 verbunden. Die Elektroden 12 und 14 sind durch eine Halterung 16 aus isolierendem Material umgeben.

Ein Fluid wird in das Fluidrohr 4 entsprechend dem Pfeil 3 eingeleitet Sodann wird das Fluid in diesem Falle positiv geladen, wenn es durch die Metall-Rohre 6 hindurchgeht, da die Elektroden 8 mit der positiven Klemme 22a der Hochspannungsquelle 22 verbunden sind, deren Ausgangspotential beispielsweise in der Größenordnung von einigen bis einigen 10 Kilo-Volt liegt. Sodann wird der Fluidstrom in Richtung einer Oberfläche ρ der isolierenden Halterung IG geleitet, da der Fluidstrom durch die Elektroden 12 und 14 aufgrund der elektrostatischen Kraft abgestoßen bzw. angezogen wird. Als Ergebnis wird der Strömungsdurchsatz gesteuert entsprechend der an die Elektroden 12 und 14 angebrachten Spannung, und diese Spannung wiederum wird gesteuert durch ein Steuersignal Vs, das dem Steuersignalgenerator 26 zugeführt wird. Die Oberfläche ρ ist uneben ausgebildet, damit der Strömungswiderstand erhöht wird und der Strömungsdurchsatz wirksam gesteuert werden kann. Das geladene Fluid $o wird sodann entladen, wenn es durch die Maschenelektrode 18 hindurchgeht, die mit der negativen Klemme 226 verbunden ist.

Die Ausführungsform der Fig. 1 kann in vielfacher Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann die » Maschenelektrode 18 fortgelassen werden, oder die Steuerung des Strömungsdurchsatzes kann lediglich mit Hilfe der Maschenelektrode 18 und einer der Elektroden 12 und 14 erfolgen. In diesen Fällen sollte selbstverständlich das Steuersignal Vs verwendet ■»<) werden zur Steuerung des Strömungsdurchsatzes, obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Weiterhin befindet sich die Dosieröffnung 2 nicht notwendigerweise in der Position der Fig. 1. Sie kann auch in einem anderen Bereich, beispielsweise stromab- J5 wärts der Ladeeinrichtung 5 oder der Maschenelektrode 18 angeordnet sein. Weiterhin können die dünnen Rohre 6 der Ladeeinrichtung 5 durch nadeiförmige oder maschenförmige Elektroden ersetzt werden.

F i g. 2a ist ein Querschnitt durch die Halterung 16 ^u gemäß Fig. 1, die in diesem Falle eine rechteckige Querschnittsform aufweist Es können jedoch auch andere Einrichtungen zur Aufbringung eines elektrostatischen Feldes verwendet werden.

F i g. 2b ist eine Darstellung einer Einrichtung, die ansteile der Elektroden 12 und 14 verwendet werden kann. Diese Ausführungsform umfaßt eine Einrichtung zur Aufbringung einer magnetischen Kraft, wie beispielsweise Schraubenwicklungen 27a und 28a, die auf Eisenkerne 27b und 286 aufgebracht sind. In diesem ^ho Falle erfolgt die Steuerung des Strömungsdurchsatzes durch Aufbringung einer magnetischen Kraft auf das durch die Ladeeinrichtung 5 geladene Fluid.

F i g. 3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Ein Unterschied zwischen der ersten und ^h"' zweiten Ausführungsform liegt darin, daß die Ladeeinrichtung 5 durch eine andere Ladeeinrichtung 5' ersetzt und die Maschcnelektrode 18 geerdet ist. Diese Ausführungsform ist sehr zweckmäßig zur Steuerung der Menge eines Fluids wie Luft, die nur mit Schwierigkeiten durch die Ladeeinrichtung 5 der F i g. 1 geladen werden kann. Gemäß Fig.3 ist die positive Klemme 226 elektrisch mit einer Nadelelektrode 30 verbunden, und andererseits steht die negative Klemme 22a mit einer Plattenelektrode 32 in Verbindung. Die Elektroden 30 und 32 sind auf Isolatoren 34 und 36 angebracht so daß ein Corona-Entladebcreich zwischen beiden Elektroden zur Aufladung des hindurchströmenden Fluids entsteht

F i g. 4 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen der F i g. 1 und 4 besteht darin, daß die plattenförmigen Elektroden 12 und 14 durch eine zylindrische Elektrode 38 ersetzt sind, die durch eine isolierende Halterung 16' umgeben ist Die Elektrode 38 ist verbunden mit der Steuereinheit oder dem Steuersignalgenerator 26, der das Steuersignal Vs aufnimmt, das die an die Elektrode 38 angelegte Spannung steuert Die Hochspannungsquelle 24 ist mit der Ladeeinrichtung 5 über ihre positive Klemme 24a und mit der Maschenelektrode 18 über ihre negative Klemme 246 verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird das Potential der Hochspannungsquelle 24 eingestellt auf einen Bereich von einigen bis zu einigen 10 Kilo-Volt Bei dieser Ausführungsform kann das Fluid, das durch die zylindrische Elektrode 38 hindurchgeht, durch das Steuersignal Vs gesteuert werden. Wenn die Elektrode 38 positiv geladen ist, stößt sie den Fluidstrom auf der stromaufwärtigen Seite zurück, so daß der Strömungsdurchsatz in Abhängigkeit von der an die Elektrode 38 angelegten positiven Spannung abnimmt. Wenn auf der anderen Seite die Elektrode 38 negativ geladen ist, zieht sie den Fluidstrom auf der stromaufwärtigen Seite an, so daß der Strömungsdurchsatz in Abhängigkeit von der negativen Spannung an der Elektrode 38 zunimmt

F i g. 5 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B' in F i g. 4. In der Darstellung ist der Querschnitt durch die Halterung 16' und die Elektrode 38 zylindrisch, jedoch kommen auch andere Querschnittsformen, beispielsweise ein elliptischer Querschnitt in Betracht.

F i g. 6 ist eine Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsfcrm der Erfindung. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen der F i g. 3 und 6 liegt darin, daß die plattenförmigen Elektroden 12 und 14 durch eine zylindrische Elektrode 38' ersetzt sind, die durch eine Halterung 16' aus isolierendem Material umgeben ist. Die Elektrode 38' ist mit der Hochspannungsquelle 22 über den Steuersignalgenerator 26 verbunden, der das Steuersignal Vs zur Steuerung der der Elektrode 38' zugeführten Spannung aufnimmt. Die Art der Steuerung des Strömungsdurchsatzes ergibt sich aus der Beschreibung der F i g. 3 und 4, so daß weitere Erläuterungen fortgelassen werden können.

Das Steuersignal Vs ist normalerweise eine Gleichspannung, kann jedoch auch durch eine Wechselspannung gebildet werden. Weiterhin kann eine Impulsreihe verwendet werden, und in diesem Falle kann zur Steuerung des Strömungsdurchsatzes ein Arbeitsfaktor der Impulse geändert werden.

Es liegt auf der Hand, daß die Magnetkraft-Steuereinrichtung gemäß F i g. 2b anstelle der Elektroden 12 und 14 in F i g. 3 verwendet werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise zweckmäßig zur Steuerung der Brennstoff- und/oder

Luftmenge, die einer Brennkraftmaschine zugeführt wird. In diesem Falle kann ein elektrisches Signal, das repräsentativ für einen Arbeitsparameter der Brennkraftmaschine ist, wie etwa die durch die Maschine angesaugte Luftmenge, als Steuersignal Vs verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung des Strörnungsdurchsatzes eines Fluids mit Hilfe einer elektrostatischen oder magnetischen Kraft, gekennzeichnet durch eine Ladeeinrichtung (5, 5') in der Strömungsbahn des Fluids zum elektrostatischen oder magnetischen Laden des Fluids, eine Einrichtung (12, 14, 38) außerhalb der Strömungsbahn des Fluids zum Erzeugen eines die Strömungsbahn kreuzenden elektrostatischen oder magnetischen Feldes stromabwärts der Ladeeinrichtung und einer Regeleinrichtung (26) zur wahlweisen Regelung der Stärke des elektrostatischen oder magnetischen Feldes.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei plattenförmige Elektroden (12, 14) zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes, die einander beiderseits der Strömungsbahn des Fluids gegenüberliegen und mit der Regeleinrichtung (26) mit unterschiedlicher Polarität verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden plattenförmigen Elektroden (12,14) in eine isolierende Halterung (16) eingebettet sind und daß die Halterung (16) einen Bereich mit einer unebenen Oberfläche (p) zur Erhöhung des Strömungswiderstandes aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeeinrichtung (5') zwei Elektroden (30, 32) zur Bildung eines Corona-Entladebereichs aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des regelbaren elektrostatischen Feldes eine die Strömungsbahn des Fluids umgebende Elektrode (38) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines regelbaren magnetischen Feldes Magnetspulen (27, 28) beiderseits der Strömungsbahn des Fluids vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen in eine isolierende Halterung eingebettet sind, die wenigstens eine unebene Oberfläche aufweist, die mit dem Fluidstrom in Berührung kommt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Entladeeinrichtung (18, 20) stromabwärts des regelbaren elektrischen oder magnetischen Feldes.