DE102005054627A1

DE102005054627A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung der aktuellen Position des Hubkolbens einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis

Info

Publication number: DE102005054627A1
Application number: DE200510054627
Authority: DE
Inventors: Peter Schulz
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-17
Also published as: DE102005054627B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur Messung der aktuellen Position des Hubkolbens (2) einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis. Die Hubkolbenmaschine umfasst eine Sensoreinheit mit mindestens einem kontaktlos arbeitenden Sensor (6). Der Hubkolben (2) ist zwischen der Stellung "unterer Totpunkt" und "oberer Totpunkt" translatorisch bewegbar. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensor (6) insbesondere an der Kolbenspritzdüse (5) angeordnet ist. Der Sensor (6) ragt zumindest bei der Stellung "unterer Totpunkt" des Hubkolbens (2) in einen Freiraum (7), der durch die Unterseite (8) und das Kolbenhemd (9) des Hubkolbens (2) gebildet wird. Das Kolbenhemd (9) weist eine Markierung (10) auf, so dass durch die translatorische Bewegung des Hubkolbens (2) gegenüber der Zylinderwand (4) in Richtung des Pfeils (3) eine Signaländerung am Sensor (6) auftritt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der aktuellen Position des Hubkolbens einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis. Die Hubkolbenmaschine umfasst eine Sensoreinheit mit mindestens einem kontaktlos arbeitenden Sensor. Der Hubkolben ist zwischen der Stellung „unterer Totpunkt" und „oberer Totpunkt" translatorisch bewegbar.

Stand der Technik

Aus der DE 197 57 871 A1 ist eine Hubkolbenmaschine mit einer Vorrichtung zur Veränderung der Kolbenhubfunktion bekannt. Um den Verstellzustand der Veränderung der Kolbenhubfunktion zu erfassen, ist dabei eine vom Kurbeltrieb nicht bewegte elektrische Spule am Zylinderblock in der Umgebung des Hubkolbens angebracht. Ferner ist zumindest zyklisch entsprechend der Bewegung des Kurbeltriebs eine Kraftwirkung zwischen der Spule und zumindest einem durch den Kurbeltrieb bewegten oszillierenden Bauteil herstellbar.

Beispielsweise ist das Bauteil zumindest einer der Kolbenringe. Die Spule ist dabei radial zur Zylinderlaufbahn angeordnet und erzeugt elektrische Signale aufgrund der Bewegung der aus ferromagnetischem Material bestehenden Kolbenringe. Eine geeignete Auswerteelektronik kann durch den Vergleich der Signale – elektrische Impulse beim Vorbeieilen der Kolbenringe – mit Drehwinkelsignalen der Kurbelwelle den Verstellzustand der zur Veränderung der Kolbenhubfunktion dienenden Vorrichtung feststellen.

Ein Nachteil hierbei ist, dass durch die Anordnung des Sensors in der Zylinderwand es hierfür erforderlich ist, den sich in der Zylinderwand befindlichen Wassermantel gegenüber dem Sensor aufwendig abzudichten.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Messung der aktuellen Position des Hubkolbens einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis derart auszubilden, dass die Vorrichtung keine spezielle Bearbeitung des Zylindergehäuses voraussetzt.

Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1, 3, 4 und 6 gelöst.

Da die meisten Hubkolbenmaschinen eine Kolbenspritzdüse zur Kühlung des Hubkolbens von unten aufweisen, ist ein Gedanke der Erfindung, die Vorrichtung an der Kolbenspritzdüse zu versehen.

Beispielsweise zeigt die WO 01/14699 A1 eine derartige Kolbenspritzdüse.

Zumindest ein Teil der Kolbenspritzdüse ragt bei der Stellung des Hubkolbens „unterer Totpunkt" in den Freiraum, der sich aus der Unterseite des Hubkolbens und des Kolbenhemds bildet.

Vorteile der Erfindung

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass durch die Anordnung der Sensoreinheit an der Kolbenspritzdüse – alternativ an deren Stelle – und der Markierung an dem Kolbenhemd die Vorrichtung nachträglich und ohne ein Bearbeiten des Zylindergehäuses/der Zylinderwand anbringbar ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bildet das freie Ende des Kolbenhemds die Markierung. Dies bietet den Vorteil, dass bereits ein vorhandenes Bauteil – freies Ende des Kolbenhemds – als Markierung herangezogen wird, so dass lediglich noch die Sensoreinheit an der Kolbenspritzdüse – alternativ an deren Stelle – angebracht werden muss.

Zeichnungen
Es zeigen:
1: einen teilweisen Schnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2: einen teilweisen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3a: einen teilweisen Schnitt des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels mit einem hohen Verdichtungsverhältnis;
3b: einen teilweisen Schnitt des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 teilweise im Schnitt. Die Vorrichtung 1 dient zur Messung der aktuellen Position eines Hubkolbens 2 einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis. Der Hubkolben 2 ist in Richtung des Pfeils 3 zwischen der Stellung „unterer Totpunkt" und „oberer Totpunkt" translatorisch gegenüber einer Zylinderwand 4 der Hubkolbenmaschine bewegbar, wobei die Stellung „oberer Totpunkt" des Hubkolbens 2 in 1 gestrichelt dargestellt ist.
Die Hubkolbenmaschine umfasst ferner eine Kolbenspritzdüse 5, an der ein kontaktlos arbeitender Sensor 6 der Vorrichtung 1 angeordnet ist. Über die Kolbenspritzdüse 5 kann nicht dargestelltes Öl zur Kühlung des Hubkolbens 2 austreten. Der Sensor 6 ist in dem Bereich der Kolbenspritzdüse 5 quer in Richtung des Pfeils 3 angeordnet, wobei der Sensor 6 zumindest bei der Stellung „unterer Totpunkt" des Hubkolbens 2 in einen Freiraum 7 hineinragt. Der Freiraum 7 wird durch die Unterseite 8 des Hubkolbens 2 und das Kolbenhemd 9 gebildet. Der Sensor 6 kann beispielsweise als induktiver Sensor ausgebildet sein.
Aus der 1 ist ersichtlich, dass der Sensor 6 bei der Stellung „oberer Totpunkt" des Hubkolbens 2 – gestrichelt dargestellt – nicht in den Freiraum 7 hineinragt.
Das Kolbenhemd 9 umfasst an seiner Innenseite eine Markierung 10, die beispielsweise Kanten 11 aufweist. Mittels der Markierung 10 und der translatorischen Bewegung des Hubkolbens 2 in Richtung des Pfeils 3 resultiert eine Signaländerung am Sensor 6.
Das in 2 gezeigte weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 unterscheidet sich zu 1 dadurch, dass die Markierung 10 das freie Ende 12 des Kolbenhemds 9 bildet, und zwei Sensoren 6.1, 6.2 an der Kolbenspritzdüse 5 angebracht sind.
Durch die translatorische Bewegung des Hubkolbens 2 gegenüber der Zylinderwand 4 in Richtung des Pfeils 3 und der relativen Lage des freien Endes 12 des Kolbenhemds 9 gegenüber den Sensoren 6.1, 6.2 resultiert jeweils eine Signaländerung an den Sensoren 6.1, 6.2.
Unabhängig, ob eine Kolbenspritzdüse 5 vorhanden ist, kann die Sensoreinheit, die den Sensor 6 umfasst, räumlich auch an anderer Stelle angeordnet werden, sofern der Sensor 6/die Sensoren 6.1, 6.2 der Sensoreinheit zumindest in der Stellung „unterer Totpunkt" des Hubkolbens 2 in den Freiraum 7 hineinragen.
Die 3a und 3b zeigen das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, wobei in 3a die Stellungen „unterer Totpunkt" und „oberer Totpunkt" des Hubkolbens 2 bei einem hohen Verdichtungsverhältnis und in 3b bei einem niedrigen Verdichtungsverhältnis aufgeführt sind.
Die 3a und 3b unterscheiden sich dadurch, dass der Hub H des Hubkolbens 2 konstant ist und der Kompressionsabstand V variabel ist.
Aus 3a ist ersichtlich, dass das freie Ende 12 horizontal mit dem unteren Ende des Sensors 6.1 in der Stellung „unterer Totpunkt" des Hubkolbens 2 auf einer Ebene sich befindet. Hingegen ist aus 3b entnehmbar, dass des freie Ende 12 horizontal auf einer Ebene mit dem Sensor 6.2 in der Stellung „unterer Totpunkt" des Hubkolbens 2 angeordnet ist. Daher ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dafür ausgelegt, diesen variablen Kompressionsabstand V zu messen.

1: Vorrichtung
2: Hubkolben
3: Pfeil
4: Zylinderwand
5: Kolbenspritzdüse
6: Sensor
6.1: Sensor
6.2: Sensor
7: Freiraum
8: Unterseite
9: Kolbenhemd
10: Markierung
11: Kante
12: freies Ende
H: Hub
V: variabler Kompressionsabstand

Claims

Vorrichtung zur Messung der aktuellen Position des Hubkolbens (2) einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, wobei die Hubkolbenmaschine eine Sensoreinheit mit mindestens einem kontaktlos arbeitenden Sensor (6, 6.1, 6.2) umfasst, wobei – der Hubkolben (2) zwischen den Stellungen „unterer Totpunkt" und „oberer Totpunkt" translatorisch bewegbar ist, und – die Hubkolbenmaschine eine Kolbenspritzdüse (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – der Sensor (6, 6.1, 6.2) in dem Bereich der Kolbenspritzdüse (5) angeordnet ist, der zumindest bei der Stellung „unterer Totpunkt" in einen Freiraum (7) hineinragt, wobei der Freiraum (7) durch die Unterseite (8) und das Kolbenhemd (9) des Hubkolbens (2) gebildet wird, und – der Sensor (6, 6.1, 6.2) quer zur translatorischen Bewegung des Hubkolbens (2) gegenüber der Zylinderwand (4) der Hubkolbenmaschine angeordnet ist, und – das Kolbenhemd (9) eine Markierung (10) aufweist, so dass durch die translatorische Bewegung des Hubkolbens (2) eine Signaländerung am Sensor (6, 6.1, 6.2) resultiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (10) das freie Ende (12) des Kolbenhemds (9) ist.
Verfahren zur Messung der aktuellen Position des Hubkolbens (2) einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, wobei die Hubkolbenmaschine eine Sensoreinheit mit mindestens einem kontaktlos arbeitenden Sensor (6, 6.1, 6.2) umfasst, wobei der Hubkolben (2) zwischen den Stellungen „unterer Totpunkt" und „oberer Totpunkt" translatorisch bewegbar ist, und die Hubkolbenmaschine eine Kolbenspritzdüse (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6, 6.1, 6.2) in dem Bereich der Kolbenspritzdüse (5) angeordnet ist, der zumindest bei der Stellung „unterer Totpunkt" in einen Freiraum (7) hineinragt, wobei der Freiraum (7) durch die Unterseite (8) und das Kolbenhemd (9) des Hubkolbens (2) gebildet wird, und der Sensor (6, 6.1, 6.2) quer zur translatorischen Bewegung des Hubkolbens (2) gegenüber der Zylinderwand (4) der Hubkolbenmaschine angeordnet ist, und das Kolbenhemd (9) eine Markierung (10) aufweist, so dass durch die translatorische Bewegung des Hubkolbens (2) eine Signaländerung am Sensor (6, 6.1, 6.2) resultiert.
Vorrichtung zur Messung der aktuellen Position des Hubkolbens (2) einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, wobei die Hubkolbenmaschine eine Sensoreinheit mit mindestens einem kontaktlos arbeitenden Sensor (6, 6.1, 6.2) umfasst, wobei – der Hubkolben (2) zwischen den Stellungen „unterer Totpunkt" und „oberer Totpunkt" translatorisch bewegbar ist, und dadurch gekennzeichnet, dass – der Sensor (6, 6.1, 6.2) zumindest bei der Stellung „unterer Totpunkt" in einen Freiraum (7) hineinragt, wobei der Freiraum (7) durch die Unterseite (8) und das Kolbenhemd (9) des Hubkolbens (2) gebildet wird, und – der Sensor (6, 6.1, 6.2) quer zur translatorischen Bewegung des Hubkolbens (2) gegenüber der Zylinderwand (4) der Hubkolbenmaschine angeordnet ist, und – das Kolbenhemd (9) eine Markierung (10) aufweist, so dass durch die translatorische Bewegung des Hubkolbens (2) eine Signaländerung am Sensor (6, 6.1, 6.2) resultiert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (10) das freie Ende (12) des Kolbenhemds (9) ist.
Verfahren zur Messung der aktuellen Position des Hubkolbens (2) einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, wobei die Hubkolbenmaschine eine Sensoreinheit mit mindestens einem kontaktlos arbeitenden Sensor (6, 6.1, 6.2) umfasst, wobei der Hubkolben (2) zwischen den Stellungen „unterer Totpunkt" und „oberer Totpunkt" translatorisch bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6, 6.1, 6.2) bei der Stellung „unterer Totpunkt" in einen Freiraum (7) hineinragt, wobei der Freiraum (7) durch die Unterseite (8) und das Kolbenhemd (9) des Hubkolbens (2) gebildet wird, und der Sensor (6, 6.1, 6.2) quer zur translatorischen Bewegung des Hubkolbens (2) gegenüber der Zylinderwand (4) der Hubkolbenmaschine angeordnet ist, und das Kolbenhemd (9) eine Markierung (10) aufweist, so dass durch die translatorische Bewegung des Hubkolbens (2) eine Signaländerung am Sensor (6, 6.1, 6.2) resultiert.