DE2642636A1

DE2642636A1 - Niederdrucksteuerung

Info

Publication number: DE2642636A1
Application number: DE19762642636
Authority: DE
Inventors: Kiyokazu Konishi; Hiroshi Yoshida
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-09-22
Publication date: 1977-03-24
Also published as: US4098247A; JPS5752607B2; JPS5239091A; GB1534435A; DE2642636C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederdrucksteuerung, bei der entweder ein konstanter Überdruck oder ein konstanter Unterdruck angeschaltet oder abgeschaltet wird, bevor die Drucke miteinander kombiniert werden.

Eine Drucksteuerung zum Steuern des Druckes eines Gegenstandes im Bereich zwischen einem Unterdruck und einem Überdruck ist bekannt. Es ist bei einer derartigen Steuerung gleichfalls bekannt, daß entweder ein konstanter Überdruck oder ein konstanter Unterdruck an den steuerbaren Gegenstand, und zwar auf eine Abweichung zwischen einem vorher gewählten Druck und einem tatsächlichen Druck hin angelegt wird. Dazu ist daher ein spezieller Rückführungskreis erforderlich, der das Steuersystem kompliziert.

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Ziel der Erfindung ist daher die Steuerung des Druckes eines Gegenstandes ohne Rückführungskreis.

Durch die erfindungsgemäße Steuerung soll weiterhin entweder ein konstanter Überdruck oder ein konstanter Unterdruck gemäß einem vorher festgelegten Wert an-und abgeschaltet werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, das An- und Abschalten eines konstanten Druckes durch ein Ansprechen auf eine Impulskette zu steuern.

Erfindungsgemäß soll weiterhin das Pulsieren des Druckes absorbiert werden, das vom Ein- und Abschalten des konstanten Druckes herrührt.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:

Fig. T zeigt das Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einem Zeitdiagramm verschiedene Einschalt-Ausschaltverhältnissea bis c der bei dem Ausführungsbeispiel verwandten Luftdüse.

Fig. 3 zeigt das elektrische Schaltbild einer digitalen Steuerschaltung, die bei diesem Ausführungsbeispiel verwandt wird.

Fig. 4 zeigt in einem Zeitdiagramm die an den jeweiligen Punkten d bis h in Fig. 3 auftretenden Signalwellenformen d bis h.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Luftkompressor, der die Druckluft mit einem konstanten Überdruck erzeugt, sind mit 2 und 3 Luftregler bezeichnet, die in Reihe geschaltet sind, um die Druckluft dadurch zu stabilisieren, daß der Druck auf einen willkürlichen konstanten Druck herabgesetzt wird, und ist mit 4 eine Luftdüse bezeichnet, die die Schalteinrichtung zum Ein- und Abschalten

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des Überdruckluftstromes auf eine Änderung des Einschalt-Ausschaltverhältnisses hin

Mit der Luftdüse 4 ist eine digitale Steuerschaltung 5 verbunden, die die Steuereinrichtung bildet, die eine konstante Einschalt-Ausschaltwiederholungsperiode der Luftdüse 4 bestimmt und willkürlich das Einschalt-Ausschaltverhältnis der Luftdüse 4 in Abhängigkeit von einem gegebenen, vorher festgelegten Wert festlegt.

Parallel zum Überdruckzweig sind ein Luftklappenventil 6, das die Stärke der Luftströmung auf einen willkürlichen Wert voreinstellt, und ein Unterdruckgenerator 7 geschaltet. Der Generator 7 nutzt die Erscheinung aus, daß dann, wenn Luft durch den geraden Teil eines T-förmigen Leitungsstückes strömt, sich ein konstanter niedriger Unterdruck an dem Seitenkanalteil entwickelt.

Mit 8 ist ein Druckausgleichbehälter bezeichnet, der mit der Luftdüse 4 und dem Unterdruckgenerstor 7 verbunden ist, um Pulsierungen der Luft zu absorbieren, die durch die Luftdüse geliefert werden, um einen Kurzschluß zwischen dem Überdruck und dem Unterdruck zu vermeiden, und um Niederdruckschwankungen des steuerbaren Gegenstandes 10 zu absorbieren. Ein mit dem Druckausgleichbehälter 8 gekoppeltes U-förmiges Rohr 9 ist halb mit Wasser gefüllt, um den Druck des steuerbaren Gegenstandes 10 abzulesen,und an einem Ende zur Außenluft hin offen.

Der steuerbare Gegenstand 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Schwimmergehäuse eines Vergasers eines Benzinmotors, wobei das Kraftstoff-Luftverhältnis zwischen der Luftmenge und der Benzinmenge dadurch verändert wird, daß der Druck im Schwimmergehäuse gesteuert wird.

Fig. 2 zeigt in einem Zeitdiagramm verschiedene Einschalt-Ausschaltverhältnisse a bis c der Luftdüse 4 bei drei verschiede-

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nen Arbeitsbedingungen.

In Fig. 3» in der die digitale Steuerschaltung 5 dargestellt ist, ist mit 11 ein Oszillator oder Generator, der eine Impulskette mit einer festen Frequenz erzeugt, und mit 12 ein binärer Zähler bezeichnet, der die Frequenz der Impulse vom Generator 11 in eine für die Anlage passende Frequenz teilt.

Mit der Q₂ -Klemme des Binärzählers 12 sind ein binärer 8-bit-Zähler 13, der aus zwei in Reihe geschalteten binären 4-bit-Zählern 13a und 13b besteht und an der Entnahmeklemme einen Impuls erzeugt, nachdem er 256 Taktimpulse gezählt hat, sowie ein voreinstellbarer 8-bit-Zähler 14 verbunden, der aus zwei in Reihe geschalteten voreinstellbaren 4-bit-Binärzählern 14a und I4b besteht. Der voreinstellbare Zähler 14 unterscheidet den Zählwert derart, daß er die voreingestellten Werte von den ABCD-Klemmen auf dem Empfang eines "O"-Pegelsignals an der Ladeklemme einliest, die voreingestellten Werte auf jeden an der Abzählklemme auf den Empfang eines "1"-Pegelsignals an der Ladeklemme anliegenden Taktimpuls abzählt und einen Unterscheidungsimpuls an der Entnahmeklemme erzeugt, wenn die voreingestellten Werte gleich Null werden.

Mit 15 ist ein 8-bit-Vorwähler bezeichnet, der aus zwei 4-bit-Schaltelementen 15a und 15b besteht, die die ABGD-Klemme des ■voreinstellbaren Zählers 14 mit den voreingestellten Werten versorgen. Mit 16 ist ein RSD-Flip-Flop bezeichnet, das den "O¹¹-Pegelimpuls speichert, der an der Entnahmeklemme des Binärzählers 13 erzeugt wird und das Signal an der Entnahmeklemme des voreinstellbaren Zählers 14 in einer zeitlich gesteuerten Beziehung zur ansteigenden Flanke des Taktimpulses, der um eine Periode vor dem Taktimpuls des Binärzählers 13 und des voreinstellbaren Zählers 14 liegt, der Q-Klemme zuführt.

Mit dem RSD-Flip-Flop 16 ist ein Verstärker verbunden, der einen Pufferverstärker 17 zur Stromverstärkung des Q-Aus-

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gangssignals des RS-Flip-Flop 16, einen Transistor 18 zur Stromverstärkung, einen Leistungstransistor 19 zum Betreiben eines Last 23, Widerstände 20 und 21, die jeweils die Transistoren 18 und 19 mit Basisströmen versorgen, und einen Reihenwiderstand 22 zum Beschleunigen der Arbeit der Last 23 umfaßt. Die Last 23 besteht aus einer elektromagnetischen Spule der Luftdüse 4, die in dem in Fig. 1 dargestellten Gesamtaufbau enthalten ist.

Fig. 4 zeigt in einem Zeitdiagramm die Wellenformen der Signale an verschiedenen Punkten der digitalen Steuerschaltung 5 von Fig. 31 wobei d die Taktimpulse am Ausgang GL₁ des Binärzählers 12 oder am Punkt d, e die Taktimpulse am Ausgang G^ oder an einem Punkt e, die synchron mit der abfallenden Flanke des Ausgangssignals am Ausgang GLj umgeschaltet werden, f die Ausgangssignale an der Entnahmeklemme des Binärzählers 13 oder an einem Punkt f, g die Unterscheidungssignale an der Entnahmeklemme des voreinstellbaren Zählers 14 oder an einem Punkt g und h die Signale am Ausgang Q des RSD-Flip-Flops 16 oder an einem Punkt h zeigen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der obigen Einrichtung beschrieben. Die vom Luftkompressor 1 erzeugte Druckluft wird auf einen konstanten Druck durch den Luftregler 2 geregelt und liegt parallel am Luftregler 3 und am Luftklappenventil 6. Ein Konstanthalten der in den Unterdruckgenerator 7 strömenden Luftmenge durch das Klappenventil 6 bewirkt, daß der Generator 7 an seinem Nebenleitungsteil den konstanten niedrigen Unterdruck erzeugt, der seinerseits an einem Druckeinlaß des Druckausgleichbehälters 8 liegt. Die durch den Luftregler 3 auf einem konstanten Überdruck gehaltene Luft wird dem anderen Druckeinlaß des Druckausgleichbehälters 8 über die Luftdüse 4 geliefert, die die Luftströmungsmenge dem Einsehalt-Ausschaltverhältnis entsprechend steuert, das durch die digitale Steuerschaltung 5 befohlen wird.

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Es wird dabei angenommen, daß der von dem steuerbaren Gegenstand 10 benötigte Druckbereich +5Om Wassersäule beträgt. Unter dieser Annahme wird die digitale Steuerschaltung 5 zunächst abgeschaltet, um die Luftdüse 4 völlig zu schließen, und wird das Klappenventil 6 so eingestellt, daß der Wassersäulenunterschied im U-Rohr 9 50 mm auf der Unterdruckseite beträgt. Die digitale Steuerschaltung 5 wird dann angeschaltet, um das Einschalt-Ausschaltverhältnis der Luftdüse auf 50% einzustellen, wie es im Zeitdiagramm in Fig. 2 unter a dargestellt ist, und der Luftregler 3 wird so eingestellt, daß der Wassersäulenunterschied des U-Rohrs 9 annähernd gleich Null wird.

Bei dieser Einstellung steuert die digitale Steuerschaltung mit einem zur Unterdruckseite eingestellten Voreinstellwert das Einschalt-Ausschaltverhältnis der Luftdüse 4 derart, daß die Einschaltzeitintervalle kürzer werden, wie es in Fig. 2b dargestellt ist. Das hat zur Folge, daß die vom Luftregler 3 dem Druckausgleichbehälter 8 gelieferte Luftmenge geringer als im Fall eines Einschalt-Ausschaltverhältnisses von 50% wird, um den erforderlichen Druck auf der Unterdruckseite zu erreichen.

Bei dem anderen, zur Überdruckseite eingestellten Voreinstellwert wird das Einschaltzeitintervall der Luftdüse 4 verlängert, wie es in Fig. 2c dargestellt ist, um den erforderlichen Druck auf der Überdruckseite zu erzielen.

Die Arbeitsweise der digitalen Steuerschaltung 5 wird im folgenden anhand des Schaltbildes von Fig. 3 und des Zeitdiagramms von Fig. 4 näher erläutert.

Der Binärzähler 13 erzeugt an der Entnahmeklemme einen "0"-Pegelimpuls zu einem Zeitpunkt, an dem er 256 an der Abzählklemme anliegende Taktimpulse gezählt hat. Die Wellenform dieses Signales am Punkt f ist in Fig. 4f dargestellt. Das Aus-

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gangssignal der Entnahmeklemme des Binärzählers 13 liegt am RSD-Flip-Flop 16, dessen Ausgang Q auf den "1"Pegel kommt. Die Wellenform dieses Signals am Punkt h ist in Fig. 4h dargestellt.

Der voreinstellbare Zähler 14 beginnt andererseits mit dem Abzählen zu einem Zeitpunkt, an dem der Signalpegel an der Ladeklemme auf den Wert "1" kommt und erzeugt ein ^HO"-Pegelsignal an der Entnahmeklemme, wenn der Wert gleich Null wird. Die Wellenform dieses Signales am Punkt g ist in Fig. 4g dargestellt. Das Aus gangs signal der Entnahmeklemme des voreinstellbaren Zählers 14 liegt an der D-Klemme des RSD-Flip-Flop 16 und wird anschließend dem Ausgang Q zugeführt, um den Signalpegel synchron mit der ansteigenden Flanke des Taktimpulses d in Fig. 4, der um eine Periode vor dem Taktimpuls e in Fig. 4 am Binärzähler 13 und am voreinstellbaren Zähler 14 liegt, auf den "O"-Wert zu bringen.

Nach der einem Zyklus entsprechenden Zeit, während der der Binärzähler 13 256 Impulse zählt, erzeugt der Binärzähler 13 an der- Eiitnalnaeklemme wieder einen ⁿO^::-Pegelimpuls und wird der Ausgang Q des RSD-Flip-Flop 16 auf den Wert "1" gebracht. Bei einer Wiederholung dieses Vorganges ist das Einschalt-Ausschaltverhältnis der Luftdüse 4 bei einer konstanten Wiederholungsperiode in Abhängigkeit von dem Befehlswert des Vorwählers 15 bestimmt. Das Aus gangs signal des RSD-Flip-Flop treibt über die Transistoren 18 und 19 die elektromagnetische Spule 23 der Luftdüse 4 über den Pufferverstärker 17.

Die digitale Steuerschaltung 5 erzeugt somit eine Kette von Impulsen, deren Ein-Aus-Verhältnis proportional dem voreingestellten Wert moduliert oder reguliert wird, und die Luftdüse 4 schaltet die Übertragung des Überdrucks darauf ansprechend ein und aus, so daß der Druck im steuerbaren Gegenstand 10 auf dem voreingestellten Wert gehalten wird.

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Obwohl die oben beschriebene Drucksteuerung im vollen Bereich von ± 50 mm ¥assersäule wegen der Totzone oder Ansprechunempfindlichkeit der Luftdüse 4 nicht erreicht werden kann, kann sie dadurch erzielt werden, daß der Voreinstellwert primär etwas weiter gesetzt wird.

Bei Versuchen mit der beschriebenen Einrichtung erwies sich eine Niederdrucksteuerung im Bereich von unter + 10 mm Wassersäule bis ± 200 mm Wassersäule mit einer Genauigkeit von über 5% bezüglich des voreingestellten Wertes als möglich.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine Steuerung dar, bei der der konstante Unterdruck, der am Nebenleitungsteil dadurch erzeugt wird, daß eine konstante Luftmenge durch den geraden Teil eines T-Roh'res geleitet wird, mit einer gewissen Luftmenge versorgt wird, die durch das Einschalt-Ausschaltverhältnis der Luftdüse 4 zugemessen wird, das über die digitale Steuerschaltung 5 gesteuert wird,und bei dem ein Druckausgleichbehälter 8 vorgesehen ist, um Pulsierungen des Druckes der Luftdüse 4 zu absorbieren, um einen Kurzschluß zwischen dem Unterdruckeinlaß und dem Überdruckeinlaß durch eine voneinander getrennte Anordnung zu vermeiden und Schwingungen oder Pulsierungen des steuerbaren Objektes zu vermeiden. Die Anlage ist somit so einfach ohne den speziellen Rückführungskreis aufgebaut, daß sie kompakt, leicht und preiswert wird.

Weiterhin ändert sich das Druckauflösungsvermögen selbst dann nicht, wenn der Drucksteuerbereich enger gewählt wird, da es nur von dem Auflösungsvermögen des Ein-Ausschaltvexhältnisses der Luftdüse 4 abhängt, und wird das Druckauf lö sungs vermö gen trächtlich größer, wenn die digitale Steuerschaltung 5 mit mehr Steuerbits versehen wird.

Aufgrund des Vorteils, daß der Niederdruck präzise über den Bereich vom Unterdruck zum Überdruck gesteuert wird, kann die

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Steuerung beispielsweise für die Drucksteuerung des Schwimmergehäuses eines Vergasers eines Benzinmotors verwandt werden, um das Kraftstoff-Luftverhältnis der Maschine präzise und ohne Schwierigkeiten zu steuern. Bei dieser Anwendung kann ein von der Analyse der von der Maschine abgegebenen Abgasbestandteile abgeleitetes Anzeigesignal zur digitalen Steuerschaltung 5 rückgekoppelt werden.

Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel eine Anlage beschrieben wurde, bei der der Druckausgleichbehälter 8 konstant mit dem niedrigen Unterdruck versorgt wird, der durch den aus einem T-Rohr bestehenden Unterdruckgenerator 7 erzeugt wird,und mit Unterbrechungen mit der unter Überdruck stehenden Luft durch die Luftdüse 4 versorgt wird, kann auch eine andere Anlage vorgesehen werden, bei der der Unterdruck ein- und abgeschaltet wird.

Obwohl die digitale Steuerschaltung 5 als Steuereinrichtung zum Ein- und Abschalten der Luftdüse 4 verwandt wird, kann auch eine analoge Steuerschaltung verwandt werden, die eine Impulsbreitenmodulierung, entsprechend dem voreingestellten Wert durchführen kann, um das Einschalt-Ausschaltverhältnis bei "der konstanten Frequenz zu variieren.

Statt Luft können auch andere Fluide verwandt werden.

Durch die Erfindung wird somit eine Niederdrucksteuerung geliefert, die einen konstanten Überdruck und einen konstanten Unterdruck miteinander kombiniert, um den Druck in einem steuerbaren Gegenstand zu steuern. Eine elektronische Steuerschaltung erzeugt eine Impulskette, die mit einem voreingestellten Wert moduliert wird. Die beiden konstanten Drucke, von denen einer auf die Impulse hin an- und abgeschaltet wird, liegen an einem Druckausgleichtank, um darin miteinander kombiniert zu werden. Der Druckausgleichtank absorbiert Schwingungen des Druckes, die

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von dem ein- und ausgeschalteten Anlegen des Druckes herrühren, und steuert den Druck in dem steuerbaren Gegenstand, beispielsweise einer halbgeschlossenen Kammer über die elektronische Steuerschaltung auf den vorher festgelegten Wert.

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Claims

- vr - Patentansprüche

1. Niederdrucksteuerung, gekennzeichnet durch einen Kompressor zum Erzeugen eines Überdruckfluids, einen Druckregler, der mit dem Kompressor verbunden ist, um den Druck des Überdruckfluids zu regeln: ein T-Rohr mit einem geraden Teil und einer Abzweigung, wobei der gerade Teil mit dem Druckregler verbunden ist, um dadir ch in der Abzweigung ein Unterdruckfluid zu erzeugen, eine elektronische Steuerschaltung, die ein Steuersignal mit einem vorbestimmten Ein-Ausverhältnis erzeugt, ein Schaltventil, das mit dem Druckregler und elektronischen Steuerschaltung gekoppelt ist, um stoßweise das Fluid mit dem geregelten Überdruck auf das Steuersignal hin durchzulassen, und durch einen Druckausgleichbehälter mit zwei Einlassen und einem Auslaß, wobei die Einlasse jeweils mit der Abzweigung und dem Schaltventil verbunden sind, um dadurch das Fluid mit geregeltemüberdruck und das Unterdruckfluid zu kombinieren und einen Steuerdruck an dessen Ausgang zu erzeugen.

2. Niederdrucksteuerung, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zum Erzeugen eines konstanten Überdrucks, eine zweite Einrichtung zum Erzeugen eines konstanten Unterdrucks, eine dritte Einrichtung, die mit der ersten und der zweiten Einrichtung verbunden ist, um den anliegenden Überdruck und Unterdruck zu kombinieren, eine Steuereinrichtung zum Erzeugen eines Impulssignals, dessen Ein-Ausverhältnis von einem vorbestimmten Schema abhängt,und eine Schalteinrichtung, die elektrisch mit der Steuereinrichtung verbunden ist, um das Anlegen des Überdruckes und/oder Unterdruckes ein- und abzuschalten, wodurch die dritte

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Einrichtung einen Steuerdruck erzeugt, der sich mit dem Ein-Ausverhältnis des Impulssignales ändert.

3. Niederdrucksteuerung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Vergaser mit einer Schwimmerkammer, an die der Steuerdruck von der dritten Einrichtung angelegt wird.

4. Niederdrucksteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen Luftkompressor zum Erzeugen von Überdruckluft, einen ersten Regler, der mit dem Luftkompressor verbunden ist, zum Regulieren des Druckes der vom Luftkompressor anliegenden Luft, und einen zweiten Regler umfaßt, der zwischen den ersten Regler und die Schalteinrichtung geschaltet ist, um den Druck, der vom ersten Regler zugelieferten Luft weiter zu regulieren.

5. Niederdrucksteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung ein Klappenventil, das mit dem ersten Regler gekoppelt ist, um eine konstante,vom ersten Regler gelieferte Luftmenge hindurchzulassen und ein T-förmiges Rohrstück umfaßt, das einen geraden Teil, der mit dem Klappenventil verbunden ist, und eine vertikale Abzweigung aufweist, die von dem geraden Teil abzweigt, wobei die Abzweigung einen konstanten Unterdruck erzeugt.

6. Niederdrucksteuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine elektromagnetisch betätigte Luftdüse aufweist, die zwischen den zweiten Luftregler und die dritte Einrichtung geschaltet ist, um stoßweise den regulierten Überdruck auf das Impulssignal hin an die dritte Einrichtung zu legen.

7. Niederdrucksteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung einen Druckausgleichbehälter mit zwei Einlassen und einem Auslaß aufweist, wobei

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ein Einlaß den konstanten Überdruck empfängt, der stoßweise von der Luftdüse anliegt, und wobei der andere Einlaß den konstanten Unterdruck empfängt, der konstant von dem T-förmigen Rohrstück anliegt.

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