DE2856327A1

DE2856327A1 - Druckaufnehmer

Info

Publication number: DE2856327A1
Application number: DE19782856327
Authority: DE
Inventors: Kenji Okamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1977-12-29
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1979-07-12
Also published as: FR2413649B1; JPS5728891B2; US4195531A; FR2413649A1; GB2011628A; JPS5492382A; DE2856327C2; GB2011628B

Description

Druckaufnehmer

A. GRÜNECKER

CHPL-ING.

H. KINKELDEY

OR-ING.

W. STOCKMAIR

CR-INS. - A»E (CALTECH

K. SCHUMANN

DA RER FMT-DIPL-PHVS

P. H. JAKOB

DIPL-ING.

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

Die Erfindung betrifft einen Druckaufnehmer und insbesondere einen Mittelwert-Druckaufnehmer, der speziell für die Ermittlung der Abgasdrücke von Verbrennungsmotoren mit Abgasrückführung geeignet ist.

Das herkömmliche Verfahren zur Bestimmung des Mittelwertes von rasch sich ändernden Fluiddrücken sieht die Verwendung von einem in der Passage des Testfluids vorgesehenen Akkumulator und einen mit dem Ausgang des Akkumulators verbundenen Druckaufnehmer mit analoger Verschiebung vor. Wegen des Mittelungs-

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telefon (oae) saaaea telex os-aeseo Telegramme monapat telekopierer

effektes des Akkumulators ist das Ausgangssignal vom Druckaufnehmer kennzeichnend für den Mittelwert der Druckänderungen von einem Testfluid.

Um den gegenwärtigen strengen ümweltschutzbestimmungen zu begegnen, wird in Kraftfahrzeugen die Abgasrückführung (EGR) in starkem Umfang als Mittel verwendet, mit dem der Ν_ -Gehalt in den Abgasen verringert werden kann. Verschiedene Arten der Abgasrückführung wurden bislang schon vorgeschlagen. Ein bekanntes Verfahren sieht die Verwendung von einem Druckaufnehmer vor, mit dem der Abgasdruck erfasst wird, um die rückgeführte Abgasmenge proportional zum Druck zu steuern.

Die Verwendung des herkömmlichen Akkumulators in der Abgasdurchlasspassage als Mittel, um die sich rasch ändernden Abgasdrücke zu dämpfen, bedingt jedoch, dass der Abgasströmung ein Widerstand entgegengesetzt wird. Das Vorsehen von einem Akkumulator in einem Abgasrückführsystem einer Bauart, bei der die Abgasrückführmenge oder -rate proportional zum Abgasdruck ist, ist daher unerwünscht. Darüberhinaus erfordert der Akkumulator einen wesentlichen Platzbedarf, was für die Anwendung bei Kraftfahrzeugen, wo mehr Raum höhere Kosten bedeutet, nachteilig ist.

Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Druckaufnehmers, der der Strömung eines Testfluids im wesentlichen keinen Widerstand bietet. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung von einem Druckaufnehmer,der kompakt und wirtschaftlich ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung von einem Druckaufnehmer, der sich für die Anwendung bei Abgasrückf ührsystemen eignet, bei denen die Abgasrückführmenge proportional zum Abgasdruck ist.

Die Erfindung sieht die Verwendung von einer elektrischen Mittelungs- oder Dämpfungsschaltung vor, die in Verbindung mit dem Ausgang von einem Impulsgenerator steht, der auf den Druck

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von einem Testfluid anspricht, um einen elektrischen Impuls zu erzeugen, sobald der Fluiddruck oberhalb eines bestimmten Wertes liegt, so dass die Dauer des Impulses proportional zum erfassten Druckwert ist. Die erzeugten Impulse werden durch eine Mittelungsschaltung in ein Spannungssignal umgewandelt, dessen Stärke proportional zur Impulsdauer und damit zum Mittelwert der Druckänderungen ist.

Insbesondere besteht der Impulsgenerator aus einem Gehäuse und einer darin angeordneten federbelasteten Membran, die eine Druckkammer bildet, in die das Testfluid eingeführt wird. Die Vorspannkraft der Feder wird so eingestellt, dass sie einer bestimmten Druckhöhe entspricht, die zwischen den minimalen und maximalen Druckwerten liegt, so dass die Membran bei Erreichen der Druckhöhe in Bewegung gerät. Ein impulserzeugendes Element ist vorgesehen und spricht auf die Bewegung der Membran unter Abgabe eines elektrischen Impulses an, dessen Dauer proportional zum Druckwert ist.

Zusammengefasst weist der erfindungsgemässe Druckaufnehmer eine federbelastete in einem Gehäuse angeordnete Membran auf, die eine Druckkammer bildet, in die das Testfluid eingeführt wird. Ein impulserzeugendes Element ist vorgesehen und gibt einen elektrischen Impuls entsprechend der Verlagerung der Membran ab, sobald der Fluiddruck in der Druckkammer einen bestimmten Wert überschreitet. Eine Mittelungsschaltung ist mit dem impulserzeugenden Element verbunden, um die Impulse in ein Signal mit einem Spannungswert umzuwandeln, der für den Mittelwert der Druckänderung kennzeichnend ist.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramra von einem Abgasrückfuhrsystem mit einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform von einem erfindungsgemäss aufgebauten Druckaufnehmer gemäss Fig. 2,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform von einem erfindungsgemäss aufgebauten Druckaufnehmer nach Fig. 1,

Fig. 4a zur Beschreibung der Arbeitsweise des Aufnehmers nach

bis 4 c

Fig. 2 dienliche Wellenformen,

Fig. 5a zur Beschreibung der Arbeitsweise des Aufnehmers nach Fig. 3 dienliche Wellenformen,

Fig. 6 eine grafische Darstellung des Arbeitsverhaltens von einem Druckaufnehmer nach der Erfindung, und

Fig. 7 eine grafische Darstellung des Arbeitsverhaltens der Abgasrückführanordnung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist der erfindungsgemässe Druckaufnehmer 10 angeordnet in einem Steuerkreis für die Abgasrückführung (EGR) von einem Verbrennungsmotor 11 erzeugt. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass sich der Aufnehmer 10 besonders für Anwendungsfälle eignet, bei denen der Mittelwert von rasch sich ändernden Drücken erfasst werden soll. Deshalb zeigt Fig. 1 eine beispielhafte Anwendung des erfindungsgemässen Druckaufnehmers. Der Druckaufnehmer 10 umfasst einen auf Druck ansprechenden Impulsgenerator 12 und eine Mittelungsschaltung 13, die so verbunden ist, dass sie auf das Ausgangssignal vom Impuls<jenerator 12 anspricht. Der auf Druck ansprechende Impulsgenerator 12 ist über eine Leitung 14 mit der EGR-Steuerpassage 15 an einer Stelle aufstromseitig von einem EGR-Steuerventil 16 verbunden- Aus Darstellungsgründen besitzt dieses Steuerventil eine Membran 18, die eine Unterdruckkammer 19 bildet, welche über eine Leitung 21 mit

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einem Unterdrucksteuerventil 20 verbunden ist. Des weiteren ist ein Ventilelement 22 an der Membran 18 befestigt, das die öffnungsweite einer Druchlassoffnung 23 ändert, um die Menge an durch den Verteiler 17 und eine Drosselbohrung 24 rückgeführtem Abgas zu steuern.

Der Impulsgenerator 12 erzeugt jedesmal dann elektrische Impulse, wenn der Druck in der Leitung 14 einen bestimmten Wert übersteigt, so dass die Dauer der Ausgangsimpulse proportional zum Druck in der Leitung 14 ist. Die Mittelungsschaltung erhält die Impulse vom Impulsgenerator 12 und gibt ein Spannungssignal ab, dessen Grosse proportional zum Mittelwert der sich ändernden Impulsbreiten ist. Dieses Spannungssignal wird einer Steuerschaltung 25,z.B. einem Mikrorechner^zugeführt, an dem auch andere Steuersignale anliegen, um ein Steuersignal für die Betätigung des Unterdrucksteuerventils 20 zu erzeugen, mit dem der Unterdruck in der Kammer 19 des EGR-Steuerventils 16 gesteuert wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt, weist der Aufnehmer 10 einen auf Druck ansprechenden Schalter 30 sowie eine Gleichspannungsquelle oder Batterie 31 auf. Der Druckschalter 30 besitzt ein Gehäuse 30a, in dem eine Membran 32 befestigt ist. Die Membran 32 bildet eine Druckkammer 33, die mit der Leitung 14 in Verbindung steht, und eine Kammer 34, die über eine öffnung 35 Anschluss an die Atmosphäre hat. In der Druckkammer 33 ist zwischen der · Membran 32 und der Bodenwand des Schaltergehäuses eine Schraubenfeder 36 angeordnet. In die obere Kammer 34 erstrecken sich Schalterkontakte 37 und 38. Ein beweglicher Kontaktarm 39 ist an einer Feder 40 befestigt und erstreckt sich in freitragender Weise zwischen das untere Ende des Schalterkontaktes 37 und einem angehobenen Kontaktglied 41, das an der Oberseite der Membran 32 befestigt ist. Das freie Ende des einseitig gehaltenen Armes 39 steht zu sämtlichen Zeiten in elektrischer Verbindung mit dem Schalterkontakt 38. Der bewegliche Kontakt

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gelangt in elektrischer Verbindung mit dem Schalterkontakt 37, wenn der Druck in der Kammer 33 einen durch die Feder 36 bestimmten Wert überschreitet.

Die Schalterkontakte 37 und 38 sind elektrisch zu einem Stromkreis über die Gleichspannungsquelle 21 und einem RC-Glied verbunden, das einen Kondensator 42 und einen in Reihe liegenden Widerstand 43 aufweist und die Mittelungsschaltung'13 bildet. Während der Zeit, bei der die Schalterkontakte 37 und 38 durch den beweglichen Kontaktarm 39 in Verbindung miteinander stehen,«wird der Kondensator 42 aufgeladen und entwickelt eine Übergangsspannung, die proportional zur Kontaktzeit ist. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes ist so festgelegt, dass die Spannung am Kondensator 42 für den Mittelwert der Zeitdauer der elektrischen Verbindung zwischen den beiden Schalterkontakten 37 und kennzeichnend ist. Das so vom Kondensator 42 entwickelte Spannungssignal wird an die Steuerschaltung 25 über die Stromleiter 44 angelegt.

Die Arbeitsweise des Druckaufnehmers 10 kann,wie folgt, anhand von Fig. 4a bis 4c veranschaulicht werden. Der Druck in der Kammer 33 ändert sich rasch gemäss Fig. 4a, wobei angenommen wird, dass sich der Mittelwert des Druckes im Laufe der Zeit erhöht. Wenn der erfasste Druck den bestimmten Wert 50 überschreitet, wird eine Folge von Impulsen gemäss Fig. 4b über den Schaltkontakten 37 und 38 entwickelt. Die Wellenform dieser Impulsfolge erfährt eine Glättung durch den Mittelungseffekt des RC-Gliedes, so dass die Spannung am Kondensator 42 einen Verlauf annimmt, wie er schematisch in Fig. 4c gezeigt ist.

Fig. 3 betrifft eine weitere Ausführungsform des Druckaufnehmers 10. Bei dieser Ausführungsform weist der auf Druck ansprechende Impulsgenerator eine so angeordnete Membran 51 auf, dass sie in einem Gehäuse 53 eine Druckkammer 52 bildet, die mit der Leitung 14 in Verbindung steht. Zwischen der Membran 51 und der oberen

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Wand des Gehäuses 53 ist eine Schraubenfeder 54 angeordnet. Ein Permanentmagnet 55 ist an der Membran 51 befestigt und wird durch diese vertikal bewegt. Eine zylindrische Statorwicklung 56 ist um den beweglichen Magneten 55 vorgesehen und entwickelt bei jeder Bewegung des Magneten eine Spannung, sobald der Druck in der Kammer 52 einen bestimmten Wert 60, der durch die Feder 43 (vgl. Fig. 5a) festgelegt ist, durchläuft. Insbesondere wenn der Druck den eingestellten Wert überschreitet, wird ein positiver Impuls bei der Abwärtsbewegung des Magneten erzeugt, während bei einem Abfall des Druckes unter den Wert ein negativer Impuls entsteht, sobald der Druck den eingestellten Wert in entgegengesetzter Richtung gemäss Fig. 5b durchläuft. Das Ausgangssignal von der Wicklung 56 wird einer Impulsformungsschaltung 57 zugeführt, die im wesentlichen aus einer bistabilen Einrichtung bestehen kann und gemäss Fig. 5c eine Folge von Impulsen schafft. Die Impulsdauer ist daher proportional zu der Zeitdauer,innerhalb der der Druck über dem eingestellten Wert liegt. Der Ausgang der Impulsformungsschaltung 57 liegt an der Mittelungsschaltung 13 an, um gemäss Fig. 5d ein Spannungssignal zu erzeugen, das für den Mittelwert der sich ändernden Zeitdauer der Impulsfolge kennzeichnend ist.

Versuche wurden durchgeführt, um das Arbeitsverhalten der Vorrichtung nach Fig. 2 unter Verwendung einer 15 V Batterie für die Gleichspannungsquelle 31 bei der Anordnung nach Fig. zu bestimmen. In Fig. 6 sind die Druckänderungen an einer Stelle abstromseitig von der Drosselbohrung 24 in Abhängigkeit von der am Kondensator 42 entwickelten Spannung für verschiedene Motordrehzahlen aufgetragen. Bei diesen Versuchen wurde die Feder 36 so eingestellt, dass die Schaltkontakte 37 und 38 in Verbindung kommen, wenn die Druckhöhe einen Bezugswert von 20 mm Hg erreicht hat. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes wurde mit 0,5 Sekunden festgelegt. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Ausgangsspannung vom Druckaufnehmer 10 eine

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im wesentlichen lineare Funktion des erfassten Drucks über einen wesentlichen Bereich von Drücken. Fig. 7 zeigt das Arbeitsverhalten von dem mittels des erfindungsgemässen Druckaufnehmers EGR-gesteuerten Verbrennungsmotor 11. Wie dargestellt, ändert sich die Abgasrückführmenge proportional zu der erfassten Druckänderung innerhalb des wesentlichen Bereiches von Abgasdrücken.

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Claims

^ ö b b 3 2 PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER DCPL- !Nd H. KINKELDEY OR-INCl W. STOCKMAIR OFL-ING AaEICAl-TBOt K. SCHUMANN g OR REH NAT - QR.-PHYS P. H. JAKOB G. BEZOLD OR BSI NAl · Din.-CH£Kl 8 MÜNCHEN MAXlMlLtANSTRASSE 27. Dez. 1978 P 13 423 Nissan Motor Company, Limited ITo. 2, Takara-cho, Eanagavia-k-j, Yokohama City, Japan Druckaufηehmer PATENTANSPRÜCHE

1.) Druckaufnehmer, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (30a, 53); eine im Gehäuse vorgesehene Membran (32, 51), die in Verbindung mit den Gehäusewänden eine Kammer (34, 52) bildet, welche in Verbindung mit einer Fluidquelle steht; eine Einrichtung (36, 54), die die Membran so beaufschlagt, dass sie sich bewegt, sobald der Fluiddruck in der Kammer einen bestimmten Wert erreicht; eine Einrichtung (31, 37 - 39, 55-57} zur Erzeugung eines elektrischen Impulses bei der Bewegung der Membran, wobei die Impulsdauer proportional zum Fluiddruck in der Kammer ist; und eine Einrichtung (42, 43) , die die elektrischen

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telefon (öse) aaaaβα telex oo-aeaao Telegramme monapat telekopiereb

Impulse in ein Spannungssignal umwandelt, dessen Stärke proportional zum Mittelwert der Impulsdauer ist.

2. Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die impuls er zeugende Einrichtung ein Paar stationäre Kontakte (37, 38)_f einen auf die Bewegung der Membran (32) ansprechenden beweglichen Kontakt (39), der eine elektrische Verbindung zwischen den stationären Kontakten bewirkt, und eine Gleichspannungsquelle (31) umfasst, die über die impulsumwandelnde Einrichtung zwischen den stationären Kontakten angeschlossen ist.

3. Druckaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die impuls umwandelnde Einrichtung einen Widerstand (43) und einen Kondensator (42) aufweist, die über die Gleichspannungsquelle (31) in Reihe mit den stationären Kontakten verbunden sind, so dass am Kondensator eine für den Mittelwert der über den stationären Kontakten entwickelten Spannungen kennzeichnende Spannung erhalten wird.

4. Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die impuls er zeugende Einrichtung einen an der Membran (51) befestigten Magneten (55), eine nahe dem Magneten angeordnete Wicklung (56) , die bei Bewegung des Magneten mit der Membran ein Signal abgibt, und eine bistabile Einrichtung (57) aufweist,die bei aufeinanderfolgenden einzelnen Signalen einen elektrischen Impuls erzeugt.

5. Druckaufnehmer nach Anspruch 1 für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer des Druckaufnehmers in Verbindung mit dem Motorauslassverteiler steht, damit die Umwandlungseinrichtung (13) ein für den Mittelwert der Abgasdrücke im Verteiler kennzeichnendes Spannungssignal schaffen kann, das einem Steuerventil (16) für die Abgasrückführung des Verbrennungsmotors als Rückkopplungssignal zugeführt wird.

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