EP0179221A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des atmosphärischen Aussendrucks - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des atmosphärischen Aussendrucks Download PDF

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EP0179221A2
EP0179221A2 EP85110408A EP85110408A EP0179221A2 EP 0179221 A2 EP0179221 A2 EP 0179221A2 EP 85110408 A EP85110408 A EP 85110408A EP 85110408 A EP85110408 A EP 85110408A EP 0179221 A2 EP0179221 A2 EP 0179221A2
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EP
European Patent Office
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diaphragm
pressure
control
linkage
actuator
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EP85110408A
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Erasmus Dr. Schulte
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
Robert Bosch GmbH
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Application filed by Pierburg GmbH, Robert Bosch GmbH filed Critical Pierburg GmbH
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    • F02M7/18—Other installations, with moving parts, for influencing fuel/air ratio, e.g. having valves with means for controlling cross-sectional area of fuel-metering orifice
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    • F02D2200/70—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle exterior
    • F02D2200/703—Atmospheric pressure
    • F02D2200/704—Estimation of atmospheric pressure

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the atmospheric external pressure by means of an electropneumatic diaphragm can actuator, the movable working diaphragm of which, on the one hand, is subjected to a control pressure in a control pressure chamber that can be changed via control valves and, on the other hand, with a force of a diaphragm can spring that is opposed to this in the actuator extension direction and with a movement stop for an external one Controllable linkage, in particular a throttle linkage of an internal combustion engine, is connected to a linkage spring which acts counter to the diaphragm can spring in the actuator insertion direction.
  • electropneumatic diaphragm socket actuators of the type mentioned in the preamble of claim 1 or 7 are used, which act as a position-variable movement stop for an external link, such as a linkage.
  • the present invention has for its object to provide a method and a device of the type mentioned in the preamble of claim 1 and 7, respectively, such that separate pressure sensors are dispensed with and the electropneumatic t for determining the atmospheric external pressure.
  • 1 em brandose actuator can also be used for pressure determination under multiple use.
  • a method of the type mentioned in the preamble of claim 1 is distinguished according to the invention in that, for each measurement process, the external linkage is relieved with closed control valves of the diaphragm socket actuator in operation up to the spring-based contact with the movement stop and then or previously from the movement stop It is completely clear that for these two operating states the strokes of the working diaphragm or the movement stop, or at least one of these strokes, measured from the zero volume of the control pressure chamber, as well as the stroke distance covered between the operating states, are recorded, and that the external pressure is determined from these stroke quantities, taking into account the spring forces .
  • control valves are used to change the control pressure in the control pressure chamber and thus to achieve a position of the movement stop that is in line with requirements.
  • both control valves are closed, so that the stroke sizes that arise in each case in the equilibrium states loaded and unloaded by the linkage of the diaphragm socket actuator. If, for example, an initially loaded operating state is assumed, in which the linkage rests on the movement stop, the lower the atmospheric external pressure, the more it will move in the extension direction when the linkage is relieved. The extension movement is also greater, the greater the output volume of the control pressure chamber when the control valves are closed; it therefore depends on the stroke size available at the time the measuring process begins.
  • the external pressure p a from the strokes S when the linkage is applied or S 2 when the linkage is lifted off and the spring forces K M of the diaphragm can spring or K G of the external linkage and the resulting area F of the working membrane in a first approximation according to the formula be determined.
  • An external pressure determined in this way is sufficiently approximated for practical use; it is assumed here that the spring forces K M , K G remain approximately constant with the spring deflection. If the changes in the spring forces are also to be taken into account in order to arrive at an even more precise result for the external pressure, the formula for the relationship between the pair of values of the stroke sizes and the external pressure can be refined accordingly. Normally, however, the above-mentioned formula is sufficient, since the stroke ranges relevant for the springs in practical use are relatively small anyway.
  • the values for the stroke sizes or the external pressure resulting from a plurality of successive individual measurements are preferably averaged.
  • the influences of tolerances, incorrect measurements and temporary pressure fluctuations can be easily compensated for, so that unwanted, abrupt changes in the pressure display and / or the control interventions based thereon are avoided.
  • a particularly expedient embodiment variant consists in that the stroke sizes of the two operating states are derived from the signals of a position sensor assigned to the membrane box or integrated into it. Accordingly, the position indicator, which is in any case available for control or regulating processes, is also used for determining the stroke sizes to be taken into account, with multiple use.
  • the two operating states for the stroke sizes to be determined can be supplied by the latter ordered operating parameters are recorded.
  • the position of the external linkage (or a signal from a contact switch) can be used to determine whether the linkage is against the movement stop or releases it.
  • the atmospheric external pressure determined during each measurement process is used as an operating control variable, such as for height correction.
  • an operating control variable such as for height correction.
  • the external pressure can only be displayed, for example to make any manual intervention, it is much cheaper to incorporate the determined external pressure into an automatic operating sequence so that the respective pressure conditions are constantly taken into account. This is extremely advantageous, for example, when a motor vehicle operating according to the method according to the invention is operated at constantly changing altitudes.
  • a device for performing the method according to the invention according to the preamble of claim 7 is characterized according to the invention by a measuring element for detecting two stroke sizes of the working diaphragm or the movement stop in the operating states loaded and relieved by the external linkage, by assigning a specific one Pressure size for a pair of values of the two stroke sizes and by an evaluation element for displaying and / or taking into account the pressure size as the operating control variable.
  • a measuring element for detecting two stroke sizes of the working diaphragm or the movement stop in the operating states loaded and relieved by the external linkage, by assigning a specific one Pressure size for a pair of values of the two stroke sizes and by an evaluation element for displaying and / or taking into account the pressure size as the operating control variable.
  • the measuring element is a position feedback sensor integrated in the diaphragm socket actuator.
  • the position indicator is used multiple times so that an additional measuring element can be omitted.
  • the measuring element it is also possible for the measuring element to be a displacement sensor assigned to the movement stop. This can be simple and robust and can work, for example, mechanically, optically or electrically (inductive or ohmic).
  • the assignment is preferably a memory unit with stored values of the stroke size value pairs and the pressure sizes.
  • the pressure values are only read from a stored table in the storage unit, which enables simple and extremely fast access.
  • the assignment it is also possible for the assignment to be an arithmetic unit which determines the external pressure in accordance with a fixed, predetermined relationship with the value pair of the stroke quantities. In both cases, additional factors such as external pressure correction factors can easily be taken into account.
  • the evaluation element is preferably a control device for the control pressure in the control pressure chamber which is assigned to the diaphragm socket actuator and connected to the position indicator.
  • the control device preferably two outputs of the control device can be coupled to the control inputs of two control valves which connect with external pressure and negative pressure.
  • Such a device uses all essential parts of an existing electropneumatic unit several times, on the one hand for nor Male control or regulation processes of the external linkage and on the other hand to determine and simultaneously consider the external pressure.
  • an electro-pneumatic diaphragm actuator 1 has a working pressure chamber 2, which is separated from an externally ventilated outside pressure chamber 3 by a movable working diaphragm 4, which is connected to an end-side movement stop 6 via an outwardly directed diaphragm rod 5 and via one at the Membrane rod 5 attacking Hembrandosenfeder 7 is biased in the actuator extension direction.
  • the control pressure chamber 2 is via an electromagnetic control valve 8 with a valve drive 9 with which also External pressure chamber 3 prevailing external pressure p a and via an electromagnetic control valve 10 with a valve drive 11 with a negative pressure p (such as the intake pressure of an internal combustion engine).
  • the diaphragm socket actuator 1 has a bearing feedback 12 working as a potentiometer, the potentiometer tap of which is mechanically connected to the working membrane 4 and thus slides along a resistance path with voltage supply 27 according to its movement.
  • the signal obtained at the potentiometer tap is thus a measure of the position of the working membrane 4.
  • An external controllable linkage 13, in the present case a throttle linkage, has a pivoting lever 14, the free end of which is pressed by a linkage spring 15 in the direction of contact with the movement stop 6.
  • a control lever 16 articulated to the swivel lever 14 is articulated to an accelerator pedal 17 in such a way that when the accelerator pedal is depressed, the swivel lever 14 is raised from the movement stop 6 against the action of the linkage spring 15.
  • the potentiometer tap of the position indicator 12 is connected via a control line 18 to an input of a control device 19, the outputs 20 and 21 of which are connected to the valve drives 9 and 11.
  • the control unit 19 has further inputs 22 for a load signal, 23 for a speed signal and 24 for a temperature signal.
  • the control line 18 can be provided with a separate assignment element 25 to which an evaluation element 26 is connected. In Fig. 2, this connection option is indicated by a dashed connecting line.
  • the output signal can then be used for display purposes and / or other control purposes.
  • a wiper track of the position indicator 12, which is not described in any more detail, is connected to a voltage source, for example the control unit 19, via supply connections 27.
  • the voltage drop at the potentiometer tap, that is to say on the control line 18, is a measure of the position of the working diaphragm 4, that is to say of the stroke position present in each case.
  • the stroke quantities mentioned can also be taken from the position indicator 12 via the line 18 and fed to the control unit 19 and / or the assignment element 25.
  • the measuring process can also be carried out in reverse, by first depressing the accelerator pedal 17 so that the pivot lever 14 in position A releases the position controller 6, which thus operates when the valves 8, 10 are closed takes the stroke S1 in the equilibrium state.
  • the accelerator pedal 17 is then released, the linkage spring 15 pulls the pivot lever 14 against the movement stop 6, which is thus retracted up to the stroke S 2 .
  • the external pressure is then determined in the same way as before, taking into account the two strokes or at least one of the strokes and the stroke distance.
  • the equation for determining the external pressure p a does not contain the internal or control pressure pi in the control pressure chamber 2, so that the same can be dispensed with and the external pressure can be determined at different control pressures.
  • the relationship arises when the spring forces K M and K G are assumed to be constant and in the various operating states (loading and unloading of the movement stop 6) in the equilibrium state a comparison of forces is carried out taking into account the ideal gas equation. In the case of an even more precise pressure determination, the dependence of the spring forces on the deflection can also be taken into account.
  • the method or the device according to the present invention can achieve a sensitivity of, for example, 100 millibars per% travel.

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zum Bestimmen des atmosphärischen Außendrucks mittels eines elektropneumatischen Membrandosenstellers (1), dessen bewegliche Arbeitsmembran (4) einerseits mit einem über Steuerventile (8, 10) veränderbaren Steuerdruck in einem Steuerdruckraum (2) sowie andererseits mit einer hierzu in Stellerausfahrrichtung entgegengerichteten Kraft einer Membrandosenfeder (7) beaufschlagt und mit einem Bewegungsanschlag (6) für ein externes steuerbares Gestänge (13), insbesondere eines Drosselgestänges einer Verbrennungsmaschine, mit einer zur Membrandosenfeder (7) in Stellereinfahrrichtung entgegengerichtet wirkenden Gestängefeder (15) verbunden ist, wird unter Vermeidung eines gesonderten Drucksensors der Membrandosensteller (1) selbst zum Bestimmen des Außendrucks benutzt. Zu diesem Zweck werden die Steuerventile (8. 10) geschlossen und dann die sich bei Belastung sowie Entlastung durch das externe Gestänge (13) ergebenden Hübe gemessen. Hieraus wird anschließend der Außendruck bestimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des atmosphärischen Außendrucks mittels eines elektropneumatischen Membrandosenstellers, dessen bewegliche Arbeitsmembran einerseits mit einem über Steuerventile veränderbaren Steuerdruck in einem Steuerdruckraum sowie andererseits mit einer hierzu in Stellerausfahrrichtung entgegengerichteten Kraft einer Membrandosenfeder beaufschlagt und mit einem Bewegungsanschlag für ein externes steuerbares Gestänge, insbesondere eines Drosselgestänges einer Verbrennungsmaschine, mit einer zur Membrandosenfeder in Stellereinfahrrichtung entgegengerichtet wirkenden Gestängefeder verbunden ist.
  • Es ist bekannt, im Zusammenhang mit der Steuerung bzw. Regelung von Brennkraftmaschinen den atmosphärischen Außendruck für die Höhenkorrektur dadurch zu berücksichtigen, daß gesonderte Drucksensoren eingesetzt werden. Diese zusätzlichen Glieder erhöhen die Kosten und Anfälligkeit des Systems.
  • Bei vielen technischen Anwendungen, insbesondere bei der Steuerung bzw. Regelung von Brennkraftmaschinen, kommen elektropneumatische Membrandosensteller der im Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 7 genannten Art zur Anwendung, die als stellungsvariabler Bewegungsanschlag für ein externes Glied, wie ein Gestänge, fungieren.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung der im Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 7 genannten Art so auszubilden, daß zum Bestimmen des atmosphärischen Außendrucks auf gesonderte Drucksensoren verzichtet und der elektropneumatische t.1em- brandosensteller unter Mehrfachausnutzung auch zur Druckbestimmung herangezogen werden kann.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art erfindungsgemäß dadurch aus, daß bei jedem Meßvorgang das externe Gestänge bei geschlossenen Steuerventilen des im Betrieb befindlichen Membrandosenstellers bis zur ausschließlich federbedingten Anlage am Bewegungsanschlag entlastet sowie anschließend oder zuvor vom Bewegungsanschlag vollständig abgehoben wird, daß für diese beiden Betriebszustände die vom Nullvolumen des Steuerdruckraums ausgehend gemessenen Hübe der Arbeitsmembran bzw. des Bewegungsanschlags oder zumindest einer dieser Hübe sowie die zwischen den Betriebszuständen überstrichene Hubdistanz erfaßt werden und daß aus diesen Hubgrößen unter Berücksichtigung der Federkräfte der Außendruck bestimmt wird.
  • Normalerweise werden die Steuerventile zum Verändern des Steuerdrucks in dem Steuerdruckraum und damit zum Erzielen einer bedarfsgerechten Stellung des Bewegungsanschlags benutzt. Zum Bestimmen des atmosphärischen Außendrucks werden jedoch beide Steuerventile geschlossen, um dann in den durch das Gestänge belasteten und unbelasteten Gleichgewichtszuständen die sich jeweils einstellenden Hubgrößen des Membrandosenstellers zu ermitteln. Wenn beispielsweise von einem zunächst belasteten Betriebszustand ausgegangen wird, bei dem das Gestänge am Bewegungsanschlag anliegt, wird sich dieser bei Entlastung durch das Gestänge um so weiter in Ausfahrrichtung bewegen, je niedriger der atmosphärische Außendruck ist. Die Ausfahrbewegung ist auch um so größer, je größer das beim Schließen der Steuerventile vorhandene Ausgangsvolumen des Steuerdruckraums ist; sie hängt also von der zum Zeitpunkt des Beginns des Meßvorgangs vorliegenden Hubgröße ab. Entsprechende Verhältnisse gelten auch für den umgekehrten Fall eines Übergangs vom entlasteten zum belasteten Betriebszustand. Demnach müssen für die beiden Betriebszustände die vom Nullvolumen des Steuerdruckraums ausgehend gemessenen Hübe der Arbeitsmembran bzw. des Bewegungsanschlags oder zumindest einer dieser Hübe sowie die zwischen den Betriebszuständen überstrichene Hubdistanz erfaßt werden, da dadurch das zu Beginn des Meßvorgangs vorhandene Ausgangsvolumen des Steuerdruckraums berücksichtigt wird. Dies ist wichtig, weil es beim Verändern der Größe des Steuerdruckraums ein Steigungsmaß für das Ansteigen oder Abfallen des Steuerdrucks in Abhängigkeit von Volumenänderungen ist. Da ein fester Zusammenhang zwischen den Hubgrößen und dem Außendruck besteht, kann dieser durch einfache Zuordnung zu einem entsprechenden Wertepaar der genannten Hubgrößen ermittelt werden. Demnach kann der ohnehin vorhandene elektropneumatische Membrandosensteller unter Mehrfachausnutzung gleichzeitig auch zur Bestimmung des atmosphärischen Außendrucks (Absolutdruck oder Differenzdruck) herangezogen werden.
  • In weiterer Ausgestaltung ist es bevorzugt, daß der Außendruck pa aus den Hüben S bei anliegendem Gestänge bzw. S 2 bei abgehobenem Gestänge und den Federkräften KM der Membrandosenfeder bzw. KG des externen Gestänges sowie der resultierenden Fläche F der Arbeitsmembran in erster Näherung nach der Formel
    Figure imgb0001
    bestimmt werden. Ein derart ermittelter Außendruck ist für den praktischen Gebrauch ausreichend angenähert; es wird hierbei unterstellt, daß die Federkräfte KM, KG mit der Federauslenkung etwa konstant bleiben. Sofern die Änderungen der Federkräfte auch noch berücksichtigt werden sollen, um zu einem noch genaueren Ergebnis für den Außendruck zu gelangen, kann die Formel für den Zusammenhang zwischen dem Wertepaar der Hubgrößen und dem Außendruck entsprechend verfeinert werden. Normalerweise genügt jedoch die oben genannte Formel, da die für die Federn im praktischen Gebrauch maßgeblichen Hubbereiche ohnehin relativ klein sind.
  • Ferner werden bevorzugt die sich aus mehreren aufeinanderfolgenden Einzelmessungen ergebenden Werte für die Hubgrößen bzw. den Außendruck gemittelt. Hierdurch lassen sich die Einflüsse von Toleranzen, Fehlmessungen und vorübergehenden Druckschwankungen leicht ausgleichen, so daß ungewollte, abrupte Änderungen der Druckanzeige und/oder der hierauf basierenden Steuereingriffe vermieden werden.
  • Eine besonders zweckmäßige Ausführungsvariante besteht darin, daß die Hubgrößen der beiden Betriebszustände aus den Signalen eines der Membrandose zugeordneten bzw. in diese integrierten Lagerückmelders abgeleitet werden. Demnach wird der für Steuerungs- oder Regelungsvorgänge ohnehin vorhandene Lagerückmelder unter Mehrfachausnutzung gleichzeitig auch für das Bestimmen der zu berücksichtigenden Hubgrößen herangezogen.
  • In weiterer Ausgestaltung können die beiden Betriebszustände für die zu bestimmenden Hubgrößen durch diesen zugeordnete Betriebsparameter erfaßt werden. Dabei kann beispielsweise die Stellung des externen Gestänges (oder auch ein Signal eines Kontaktschalters) benutzt werden, um festzustellen, ob das Gestänge am Bewegungsanschlag anliegt oder diesen freigibt.
  • In weiterer Ausgestaltung wird der bei jedem Meßvorgang ermittelte atmosphärische Außendruck als Betriebssteuergröße, wie zur Höhenkorrektur, benutzt. Abgesehen davon, daß der Außendruck auch lediglich angezeigt werden kann, um dann beispielsweise von Hand irgendwelche Eingriffe vorzunehmen, ist es wesentlich günstiger, den ermittelten Außendruck in einen selbsttätigen Betriebsablauf einzubinden, um so die jeweiligen Druckverhältnisse ständig zu berücksichtigen. Dies ist beispielsweise äußerst vorteilhaft, wenn ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes Kraftfahrzeug in ständig wechselnden Höhenlagen betrieben wird.
  • Ferner zeichnet sich eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7 erfindungsgemäß aus durch ein Meßglied zum Erfassen von jeweils zwei Hubgrößen der Arbeitsmembran bzw. des Bewegungsanschlags in den durch das externe Gestänge belasteten sowie entlasteten Betriebszuständen, durch eine Zuordnung einer bestimmten Druckgröße zu einem Wertepaar der beiden Hubgrößen und durch ein Auswerteglied zum Anzeigen und/oder Berücksichtigen der Druckgröße als Betriebssteuergröße. Eine derartige Vorrichtung ist relativ einfach, da zur Druckbestimmung kein Drucksensor erforderlich ist und stattdessen Hubgrößen ermittelt werden, was sehr genau und preiswert durchgeführt werden kann.
  • Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich bei einer praktischen Ausführungsform dadurch, daß das Meßglied ein in den Membrandosensteller integrierter Lageruckmelder ist. In diesem Fall erfolgt eine Mehrfachausnutzung des Lagerückmelders, so daß ein zusätzliches Meßglied entfallen kann. Stattdessen ist es jedoch auch möglich, daß das Meßglied ein dem Bewegungsanschlag zugeordneter Wegsensor ist. Dieser kann einfach sowie robust aufgebaut sein und beispielsweise mechanisch, optisch oder elektrisch (induktiv oder ohmsch) arbeiten.
  • Ferner ist die Zuordnung bevorzugt eine Speichereinheit mit abgespeicherten Werten der Hubgrößen- Wertepaare und der Druckgrößen. In diesem Fall erfolgt lediglich ein Ablesen der Druckgrößen aus einer abgespeicherten Tabelle der Speichereinheit, was einen einfachen und äußerst schnellen Zugriff ermöglicht. Stattdessen ist es jedoch auch möglich, daß die Zuordnung eine Recheneinheit ist, die den Außendruck gemäß einem festen vorgegebenen Zusammenhang mit dem Wertepaar der Hubgrößen bestimmt. In beiden Fällen können im Bedarfsfall zusätzliche Faktoren, wie Außendruck-Korrekturfaktoren, leicht berücksichtigt werden.
  • Bei einer praktischen Ausführungsform ist das Auswerteglied vorzugsweise ein dem Membrandosensteller zugeordnetes sowie mit dem Lagerückmelder verbundenes Steuergerät für den Steuerdruck im Steuerdruckraum. Dabei können vorzugsweise zwei Ausgänge des Steuergerätes mit den Steuereingängen von zwei mit Außendruck und Unterdruck verbindenden Steuerventilen gekoppelt sein. Eine derartige Einrichtung nutzt alle wesentlichen Teile einer bereits vorhandenen elektropneumatischen Einheit mehrfach aus, und zwar einerseits für normale Steuerungs- oder Regelungsvorgänge des externen Gestänges und andererseits zum Bestimmen sowie gleichzeitigen Berücksichtigen des Außendrucks.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Vorrichtung mit einem elektropneumatischen Membrandosensteller, der einen Lagerückmelder aufweist und bei dem zum Bestimmen des Außendrucks zunächst ein Belasten und dann ein Entlasten des Bewegungsanschlags durch das äußere Gestänge erfolgt; und
    • Fig. 2 die durch weitere äußere Glieder ergänzte Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei jedoch im Unterschied dazu zunächst ein Entlasten und dann ein Belasten des Bewegungsanschlags durch das äußere Gestänge erfolgt.
  • Gemäß den Fig. 1 und 2 weist ein elektropneumatischer Membrandosensteller 1 einen Arbeitsdruckraum 2 auf, der von einem außenbelüfteten Außendruckraum 3 durch eine bewegliche Arbeitsmembran 4 getrennt ist, die über eine nach außen geführte Membranstange 5 mit einem endseitigen Bewegungsanschlag 6 verbunden und über eine an der Membranstange 5 angreifende Hembrandosenfeder 7 in Stellerausfahrrichtung vorgespannt ist.
  • Der Steuerdruckraum 2 ist über ein elektromagnetisches Steuerventil 8 mit einem Ventilantrieb 9 mit dem auch im Außendruckraum 3 herrschenden Außendruck p a und über ein elektromagnetisches Steuerventil 10 mit einem Ventilantrieb 11 mit einem Unterdruck p (wie dem Ansaugdruck einer Brennkraftmaschine) zu verbinden.
  • Ferner weist der Membrandosensteller 1 einen als Potentiometer arbeitenden LagerUckmelder 12 auf, dessen Potentiometerabgriff mechanisch mit der Arbeitsmembran 4 verbunden ist und somit entsprechend ihrer Bewegung längs einer Widerstandsbahn mit Spannungsversorgung 27 gleitet. Das am Potentiometerabgriff erhaltene Signal ist somit ein Maß für die Stellung der Arbeitsmembran 4.
  • Ein externes steuerbares Gestänge 13, im vorliegenden Fall ein Gashebelgestänge, besitzt einen Schwenkhebel 14, dessen freies Ende durch eine Gestängefeder 15 in Richtung einer Anlage am Bewegungsanschlag 6 gedrückt wird. Ein mit dem Schwenkhebel 14 gelenkig verbundener Steuerhebel 16 ist mit einem Gaspedal 17 gelenkig so verbunden, daß beim Niederdrücken des Gaspedals der Schwenkhebel 14 entgegen der Wirkung der Gestängefeder 15 vom Bewegungsanschlag 6 abgehoben wird.
  • Gemäß Fig. 2 ist der Potentiometerabgriff des Lagerückmelders 12 über eine Steuerleitung 18 mit einem Eingang eines Steuergerätes 19 verbunden, dessen Ausgänge 20 sowie 21 an die Ventilantriebe 9 sowie 11 angeschlossen sind. Das Steuergerät 19 hat weitere Eingänge 22 für ein Last-Signal, 23 für ein Drehzahl-Signal und 24 für ein Temperatur-Signal. Für den Fall, daß das Zuordnen und Auswerten des Außendrucks zumindest auch extern vom Steuergerät 19 erfolgen soll, kann die Steuerleitung 18 mit einem separaten Zuordnungsglied 25 versehen sein, an das ein Auswerteglied 26 angeschlossen ist. In Fig. 2 ist diese Anschlußmöglichkeit durch eine gestrichelte Verbindungslinie angedeutet. Das ausgangsseitige Signal kann dann für Anzeigezwecke und/oder andere Steuerungszwecke benutzt werden.
  • Eine nicht näher bezeichnete Schleiferbahn des Lagerückmelders 12 ist über Versorgungsanschlüsse 27 mit einer Spannungsquelle, beispielsweise dem Steuergerät 19, verbunden. Der am Potentiometerabgriff, also an der Steuerleitung 18, anstehende Spannungsabfall ist ein Maß für die Stellung der Arbeitsmembran 4, also für die jeweils vorliegende Hubposition.
  • Wenn der Fahrer zu Beginn des Meßvorgangs das Gaspedal 17 freigibt (Fig. 1) und die Steuerventile 8, 10 geschlossen sind, nehmen der Bewegungsanschlag 6 und der Schwenkhebel 14 eine Gleichgewichtsstellung ein, die dem Hub S1 entspricht. Dieser bezieht sich auf die Membranstellung bei verschwindendem bzw. Nullvolumen des Steuerdruckraums 2. Wenn dann das Gaspedal 17, bei geschlossenen Steuerventilen 9 und 10, niedergedrückt wird, bewegt sich der Schwenkhebel 14 aus der Position A unter Freigabe des Bewegungsanschlags 6 in die gestrichelte Position B. Dadurch kann sich für den Membrandosensteller ein neues Gleichgewicht einstellen, indem der Bewegungsanschlag 6 bis zu dem Hub S2 (gestrichelt dargestellte neue Position) ausgefahren wird. Wie zuvor besteht auch in dieser Position ein Gleichgewicht zwischen den Wirkungen der Innen- sowie Außendrücke, p1 bzw. pa, und der Federkräfte, KM bzw. KG, der Membrandosenfeder 7 sowie der Gestängefeder 15. Der atmosphärische Außendruck läßt sich dann mit Hilfe der Hübe S1, S2 oder einem dieser Hübe sowie der Hubdistanz Δ S = S2 - S1 und dem festen Zusammenhang mit dem Außendruck bestimmen, gegebenenfalls in erster Näherung nach der Bestimmungsgleichung gemäß Anspruch 2. Wie es sich auch aus Figur 2 ergibt, können die genannten Hubgrößen auch über die Leitung 18 vom Lagerückmelder 12 abgenommen und dem Steuergerät 19 und/ oder dem Zuordnungsglied 25 zugeleitet werden.
  • Alternativ zu Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt, daß der Meßvorgang auch umgekehrt erfolgen kann, indem zunächst das Gaspedal 17 niedergedrückt wird, so daß der Schwenkhebel 14 in der Stellung A den Lageregler 6 freigibt, der somit bei geschlossenen Ventilen 8, 10 im Gleichgewichtszustand den Hub S1 einnimmt. Wenn dann das Gaspedal 17 freigegeben wird, zieht die Gestängefeder 15 den Schwenkhebel 14 gegen den Bewegungsanschlag 6, der somit bis zu dem Hub S2 eingefahren wird. Der Außendruck bestimmt sich dann in der gleichen Weise wie zuvor unter Berücksichtigung der beiden Hübe oder zumindest eines der Hübe und der Hubdistanz.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß in der Bestimmungsgleichung für den Außendruck pa der Innen- oder Steuerdruck pi im Steuerdruckraum 2 nicht enthalten ist, so daß eine Berücksichtigung desselben entfallen kann und ein Bestimmen des Außendrucks bei verschiedenen Steuerdrücken möglich ist. Der Zusammenhang ergibt sich, wenn die Federkräfte KM und KG als konstant angenommen werden und in den verschiedenen Betriebszuständen (Belastung und Entlastung des Bewegungsanschlags 6) im Gleichgewichtszustand ein Kräftevergleich unter Berücksichtigung der idealen Gasgleichung durchgeführt wird. Für den Fall einer noch genaueren Druckbestimmung kann die Abhängigkeit der Federkräfte von der Auslenkung ebenfalls berücksichtigt werden.
  • Bei einem typischen Anwendungsfall kann mit dem Verfahren bzw. der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine Empfindlichkeit von beispielsweise 100 Millibar pro % Stellweg erzielt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Bestimmen des atmosphärischen Außendrucks mittels eines elektropneumatischen Membrandosenstellers, dessen bewegliche Arbeitsmembran einerseits mit einem über Steuerventile veränderbaren Steuerdruck in einem Steuerdruckraum sowie andererseits mit einer hierzu in Stellerausfahrrichtung entgegengerichteten Kraft einer Membrandosenfeder beaufschlagt und mit einem Bewegungsanschlag für ein externes steuerbares Gestänge, insbesondere eines Drosselgestänges einer Verbrennungsmaschine, mit einer zur Membrandosenfeder in Stellereinfahrrichtung entgegengerichtet wirkenden Gestängefeder verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Meßvorgang das externe Gestänge bei geschlossenen Steuerventilen des im Betrieb befindlichen Membrandosenstellers bis zur ausschließlich federbedingten Anlage am Bewegungsanschlag entlastet sowie anschließend oder zuvor vom Bewegungsanschlag vollständig abgehoben wird, daß für diese beiden Betriebszustände die vom Nullvolumen des Steuerdruckraums ausgehend gemessenen Hübe der Arbeitsmembran bzw. des Bewegungsanschlags oder zumindest einer dieser Hübe sowie die zwischen den Betriebszuständen überstrichene Hubdistanz erfaßt werden und daß aus diesen Hubgrößen unter Berücksichtigung der Federkräfte der Außendruck bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendruck pa aus den Hüben S1 bei anliegendem Gestänge bzw. S2 bei abgehobenem Gestänge und den Federkräften KM der biembrandosenfeder bzw. KG des externen Gestänges sowie der resultierenden Fläche F der Arbeitsmembran in erster Näherung nach der Formel
Figure imgb0002
bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aus mehreren aufeinanderfolgenden Einzelmessungen ergebenden Werte für die Hubgrößen bzw. den Außendruck gemittelt werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubgrößen der beiden Betriebszustände aus den Signalen eines der Membrandose zugeordneten bzw. in diese integrierten Lagerückmelders abgeleitet werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Betriebszustände für die zu bestimmenden Hubgrößen durch diesen zugeordnete Betriebsparameter erfaßt werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bei jedem Meßvorgang ermittelte atmosphärische Außendruck als Betriebssteuergröße, wie zur Höhenkorrektur, benutzt wird.
7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 mit einem elektropneumatischen Membrandosensteller (1), dessen bewegliche Arbeitsmembran (4) einerseits mit einem über Steuerventile (8, 10) veränderbaren Steuerdruck in einem Steuerdruckraum (2) sowie andererseits mit einer hierzu in Stellerausfahrrichtung entgegengerichteten Kraft einer Membrandosenfeder (7) beaufschlagt und mit einem Bewegungsanschlag (6) für ein externes steuerbares Gestänge (13), insbesondere eines Drosselgestänges einer Verbrennungsmaschine, mit einer zur Membrandosenfeder in Stellereinfahrrichtung entgegengerichtet wirkenden Gestängefeder (15) verbunden ist, gekennzeichnet durch ein Meßglied (12) zum Erfassen von jeweils zwei Hubgrößen (S1, S2) der Arbeitsmembran (4) bzw. des Bewegungsanschlags (6) in den durch das externe Gestänge (13) belasteten sowie entlasteten Betriebszuständen, durch eine Zuordnung (19;25) einer bestimmten Druckgröße zu einem Wertepaar der beiden Hubgrößen und durch ein Auswerteglied (19;26) zum Anzeigen und/oder Berücksichtigen der Druckgröße als Betriebssteuergröße.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (12) ein in den Membrandosensteller (1) integrierter Lagerückmelder ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (12) ein dem Bewegungsanschlag (6) zugeordneter Wegsensor ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung (19;25) eine Speichereinheit mit abgespeicherten Werten der Hubgrößen-Wertepaare und der Druckgrößen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung (19;25) eine Recheneinheit ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerteglied (19) ein dem Membrandosensteller (1) zugeordnetes sowie mit dessen Lagerückmelder (12) verbundenes Steuergerät (19) für den Steuerdruck im Steuerdruckraum (2) ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ausgänge (20;21) des Steuergerätes (19) mit den Steuereingängen von zwei mit Außendruck und Unterdruck verbindenden Steuerventilen (8, 9; 10, 11) gekoppelt sind.
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