SE532097C2 - Fluiddrivet styrsystem - Google Patents

Description

532 G5? REooGöRELsE FÖR uPPF|NN|NGEN Ett ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla ett system av inledningsvis angi- vet slag som använder en billig, tillförlitlig och robust till-frånventil och ändå förmår styra ställdonet på det önskade sättet.

Enligt en betraktelse av uppfinningen äri systemet sätesventilen av till-fràntypen, och den första porten hos till-frånventilen är uteslutande en fluidinloppsport och den andra porten är uteslutande en fluidutloppsport. Därigenom kommer ventilen att ha ett väsentligen proportionellt reglerområde. “Proportionellt” ska i detta sammanhang förstås som en lätt lutande, enkel styrbar ingångspuls till utgångstryckkaraktäristik med ingångspuls som funktion av utgängstryck, i motsats till den plötsliga, höggradi- enta karaktäristik som annars är utmärkande för till-frånventilen.

Genom att följaktligen enkelt omkasta de tillverkardedicerade portarna hos till- frånventilen, dvs. genom att i stället förbinda den första porten med högtryckssidan och förbinda den andra porten med lågtryckssidan, kommer till-frånventilen på över- raskande sätt att uppvisa den önskade uttalade proportionella karaktäristiken, utan någon omfattande anpassning av styrsystemet.

Den enda modifikationen som kan vara nödvändig på en tlll-frånventil vald från lager, är att ersätta den ursprungliga fjädern som förspänner ventilkroppen mot ventilsätet med en något styvare fjäder, eftersom den omkastade utgångsporten då kommer att utsättas för det högre trycket.

Fjädern väljs för att säkert sätesplacera ventilkroppen mot tryckkällans arbetstryck.

En sådan styvare fjäder kan även väljas i syfte att hindra ventilen från att öppnas oavsiktligt till följd av vibrationer som påverkar ventilen, exempelvis vibrationer från ett lastfordon där systemet är installerat. 532 G5? 3 l en utföringsform av uppfinningen är den första porten förbunden med en tryckkälla för att öka trycket i ställdonet. Därigenom är det proportionella reglerområdet verksamt vid fyllningen av den trycksatta fluiden i ställdonet.

Alternativt kan den första porten vara förbunden med ställdonets ingång för minsk- ning av ett tryck i ställdonet. Därigenom är det proportionella reglerområdet verksamt vid tömningen av den trycksatta fluiden från ställdonet.

Om en ventil enligt uppfinningen uteslutande används för fyllning av ställdonet me- dan en annan ventil enligt uppfinningen uteslutande används för tömning av ställdo- net, är naturligtvis ett proportionellt reglerområde verksamt vid både fyllning och töm- ning av ställdonet.

Vid vissa tillämpningar kan det vara önskvärt att ha en långsam proportionell fyll- ningsoperation och en snabb tömmande ”FRÅN-operation och omvänt. De första och andra portarna hos varje ventil kommer då att vara förbundna med systemet i enlighet därmed genom val av en av de fyra möjliga konfigurationerna när systemet har två ventiler. Inom ramen för uppfinningen kan systemet emellertid ha flera till- frånventiler med motsvarande flera kombinationer av konfigurationer Andra särdrag och fördelar med uppfinningen framgår av bifogade patentkrav och den detaljerade beskrivningen.

KORTFATTAD RlTNlNGSBESKRlVNlNG FIG. 1 är en schematlsk vy av ett fluiddrivet styrsystem enligt uppfinningen; FIG. 2 är ett diagram visande respektive karaktäristiker för tryck som funktion av pulsförhållande för en till-frånventil i ett konventionellt system och för en till-frånventil enligt uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL l utföringsexemplet visati FIG. 1 har detfluiddrivna styrsystemettvå likadana eller väsentligen likadana till-frànventiler av 2/2- typ, en första ventil 10 och en andra ventil 10' för styrning av kolvslag hos ställdon av cylinder-kolvtyp, såsom ett kopp- 532 09? 4 lingsställdon för ett motorfordon, ett ställdon för en EGR-ventil eller ett ställdon för en avgasbroms, vilket ställdon är allmänt betecknat med 40. Vid fall av ett sådant ställ- don 40 för ett motorfordon, är systemet vanligen trycksatt av en tryckluftkälla 30, sä- som antyds i FIG. 1. Vid dessa och andra tillämpningar kan emellertid fluidtryckkällan i ett system enligt uppfinningen likväl vara en hydraulisk tryckkälla. lnflöde av fluid från tryckkällan 30 till ställdonet 40 kommuniceras via den första venti- len 10 genom en inflödesfluidledning 32 för, och utflöde från ställdonet 10 till ett ut- lopp 60 kommuniceras via den andra ventilen 10' genom en utflödesfluidledning 34 förbunden med inflödesfluidlednlngen 32 mellan den första ventilen 10 och ställdonet 40. Med andra ord svarar den första ventilen 10 uteslutande till att öka trycket l ställ- donet 40, medan den andra ventilen 10' svarar uteslutande för att minska trycket i ställdonet 40.

Ett hus 11 hos varje till-frånventil 10, 10' har en första port 12 använd som en in- loppsport och en andra port 14 använd som en utloppsport. l systemet enligt uppfin- ningen är därigenom portarna 12 och 14 omkastade jämfört med den konventionella tillverkarspecifikationen: den första porten 12 är ofta märkt "A" för "Actuatof och den andra porten 14 är ofta märkt ”P” för ”Pressure".

En ventilkropp i form av en plunge eller kolv 16 anligger mot ett ventilsäte 18 genom en kraft från en fjäder 20. l detta sätesläge tillsluter ventilkroppen 16 en fluidpassage i ventilen mellan inloppsporten 12 och utloppsporten 14. I detta sätesläge och påver- kad av arbetstrycket, utsätts ventilkroppen 16 även för en öppningskraft genom tryck i inloppsporten 12, och för en stängningskraft genom tryck i utloppsporten 14. Kraften från fjädern 20 kan vara vald för att alltid hälla ventilkroppen 16 säkert sätesplacerad mot varje skillnad l arbetstryck mellan inloppsporten 12 och utloppsporten 14 som strävar att lyfta ventilkroppen 16. l det fall ventilerna 10, 10' är påverkade av vibratio- ner som kan vara l resonans med frekvensen hos elektriska pulser hos en elektronisk styrenhet 50 som senare kommer att beskrivas, exempelvis vibrationer från ett last- fordon där systemet är installerat, kan kraften från fjädern 20 vara vald att hålla ven- tilkroppen 16 säkert sätesplacerad även mot denna påverkan. 532 G9? 5 Ovannämnda elektroniska styrenhet 50 är anordnad för att styra respektive ventiler 10, 10”. Styrenheten 50 förmår selektivt magnetisera en elektromagnet 22 i varje ven- til 10, 10' genom elektriska strömpulser via respektive elledningar 52, 52”. När den är magnetiserad, förmår elektromagneten 22 hos varje ventil 10, 10' att öppna ventilen genom att lyfta ventilkroppen 16 mot den kombinerade kraften från fjädern 20 och ovannämnda tryckskillnad.

Den elektriska strömmen till elektromagneten 22 är pulsad genom en konstant fre- kvens, och pulsförhållandet, dvs. förhållandet mellan varaktigheten hos den elektris- ka strömmen i varje period och den fulla varaktigheten i varje period, varieras.

Exempelvis när ställdonet 40 trycksätts genom styrning av ventilen 10 via styrenhe- ten 50, ger en kort strömpuls (lågt pulsförhållande) upphov till ett lågt tryck/flöde vid utloppsporten 14, medan en utsträckt strömpuls (högt pulsförhållande) ger upphov till ett högt tryck/flöde. Detta gäller även för trycket/flödet av luft ut ur ventilen 10' (och gäller endast för flödet när utloppet 60 är den omgivande atmosfären). Pulsförhål- landet uttrycks ofta som en procentandel av den tidsperiod som ges av en bestämd frekvens. Vid exempelvis en frekvens av 100Hz är perioden 1/100 s = 10 ms. Ett pulsförhållande av 25 % kommer då att resultera i en varaktighet hos den elektriska pulsen av 25/100x10 ms = 2,5 ms.

Vid styrning av tryck/flöde hos exempelvis ett kopplingsställdon 40 är det viktigt att ett reglerområde vid en bestämd frekvens är så stort som möjligt för att kopplingen ska komma mjukt i ingrepp. Reglerområdet definieras vanligen som skillnaden i pulsför- hållande mellan när ventilen börjar öppna och när den betraktas som helt öppen.

Diagrammet i FIG. 2 visar ett exempel på försök A och B gjorda av uppfinnaren, var- vid i försök A användes en konventionell till-frànventil i en konventionell konfiguration (streckad linje), medan i försök B användes den omkastade konfigurationen (heldra- gen linje) enligt uppfinningen. l båda fallen hade den elektroniska styrenheten en bil- lig, konventionell pulsgenerator. l försök B var skruvfjädern 20 (FIG. 1) ersatt av en styvare fjäder än i test A som diskuterats i det föregående. De awikande karaktäristi- kerna är lätt urskiljbara: Det förväntade smala regleromràdet hos till-frånventilen iför- 532 D97 6 sök A bekräftas, liksom det närapå proportionella reglerområdet hos till-frànventilen i försök B enligt uppfinningen.

De olika karaktäristikerna i försök A och B kan förklaras enligt följande vid en ventil- öppnande operation. En ventilstängande operation kommer att uppträda på ett mot- svarande omvänt sätt.

Kraften från det statiska trycket i utloppsporten 12 som strävar att stänga ventilen i försök A avbryts vid ett bestämt lågt flöde genom ventilen, och den resulterande kraf- ten från den elektriska strömmen på ventilkroppen 16 (den svaga fjäderkraften mins- kad från kraften av elektromagneten 22) blir plötsligt alltför hög, varigenom ventilen kommer att öppna till ett stort flöde utan någon ökning av den elektriska strömmen.

Följaktligen kommer ventilen att bli svår att styra.

Kraften från det statiska trycket i inloppsporten 12 som strävar att öppna ventilen i försök B avbryts vid ett bestämt lågt flöde genom ventilen, och den elektriska ström- men (pulsförhållandet) genom elektromagneten 22 måste successivt ökas för att yt- terligare öppna ventilen. Följaktligen resulterar en ökande elektrisk ström (pulsförhål- lande) i ett motsvarande ökande flöde genom ventilen över reglerområdet.

Som antytts i det föregående, kan i ett system enligt uppfinningen det vara lämpligt att kombinera ventilkonfigurationen enligt uppfinningen med den konventionella kon- figurationen i syfte att få TILL- och FRÅN-slag hos ställdonet att uppvisa olika karak- täristik. Exempelvis kan det vara önskvärt att ett till ingrepp gående TILL-slag hos ställdonet har det mjuka, Iåggradienta proportionella uppträdandet enligt FIG. 2, me- dan ett ur ingrepp gående FRÅN-slag hos ställdonet har det snabba, höggradienta och plötsliga uppträdandet enligt FIG. 2. I detta fall behöver portarna 12, 14 hos ven- tilen 10' i systemet enligt FIG. 1 endast omkastas, och till-frànventilen 10' kan väljas direkt ”från hyllan", dvs. utan att ha den eventuellt modifierade, styvare fjädern 20.

Ovan detaljerade beskrivning är i första hand avsedd att underlätta förståelsen och några begränsningar av uppfinningen ska inte uttolkas därifrån. De modifikationer som blir uppenbara för en fackman vid genomgång av beskrivningen kan genomföras utan awikelse från uppfinningstanken eller omfånget av efterföljande patentkrav.

Claims (1)

1. 532 097 7 PATENTKRAV Fluiddrivet styrsystem innefattande: en sätesventil (10; 10') innefattande: en första port (12); en andra port (14);en ventilkropp (16) förspänd av en fjäder(20) till ett stängt ventilläge och utsatt för en kraft i en öppningsriktning när den första porten är trycksatt; och en elektromagnet (22) med förmåga att förflytta ventilkroppen till ett öppet ventilläge när den är magnetiserad; en tryckkälla (30); ett flulddrivet ställdon (40); en fluidledning (32; 32, 34) för att kommunicera trycksatt fluid från tryckkällan mellan ventilen och ställdonet; och en elektronisk styrenhet (50) för att magnetisera elektromagneten genom elektriska strömpulser med ett varierande pulsförhållande; kännetecknat av att sätesventilen (10; 10') är av till-fråntyp; och att den första porten (12) är uteslutande en fluidinloppsport och den andra porten (14) är uteslutande en fluidutloppsport. System enligt krav 1, varvid fiädern (20) som förspänner ventilkroppen (16) är vald för att säkert hålla ventilkroppen i det stängda läget mot ett arbetstryck i den första porten (12). System enligt krav 1 eller 2, varvid fiädem (20) som förspänner ventilkroppen (16) är vald för att säkert hålla ventilkroppen i det stängda läget mot vibratio ner som påverkar ventilen. System enligt något av föregående krav, varvid den första porten (12) är för bunden med nämnda tryckkälla (30) för att öka trycket i ställdonet (40) vid manövrering av ventilen. System enligt något av föregående krav, varvid den första porten (12) är för bunden med nämnda fluidledning (32, 34) för att minska ett tryck i ställdonet (40) vid manövrering av ventilen. System enligt krav 4 och 5, innefattande två till-frånventiler (10, 10'), varvid en ventil (10) svarar uteslutande för ökning av trycket i ställdonet (40) och den andra ventilen (10') svarar uteslutande för minskning av trycket i 532 057 ständoneimo). System enligt något av föregående krav, varvid ställdønet är ett kopplings- stäildon (40). System enligt något av föregående krav 1-6, varvid ställdonet är ett EGR- ventilställdon (40). System enligt något av krav 1-6, varvid ställdonet är ett avgasbroms- stä||don(40).