DE102016117269B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung - Google Patents

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Abstract

Die Vorrichtung weist dazu eine erste Einrichtung zur Bestimmung der Kolbenposition und weiter eine zweite Einrichtung zur Bestimmung der Ventilöffnung auf. Die erste Einrichtung zur Bestimmung der Kolbenposition besteht aus einem Gehäuse, in welchem ein Tastelement gegenüber dem Gehäuse elektrisch isolierend gelagert ist. Das Tastelement erstreckt sich in den Brennraum, so dass das Tastelement mit einem Kolben in Kontakt tritt, wenn sich der Kolben im Bereich des oberen Totpunktes befindet. Die zweite Einrichtung zur Bestimmung der Ventilöffnung weist wenigstens einen optischen Sender als Lichtquelle und wenigstens einen optischen Empfänger als Lichtsensor auf. Zur Bestimmung der Ventilöffnung ist einerseits des Ventils der optische Sender und andererseits des Ventils der optische Empfänger angeordnet, so dass mittels des optischen Senders ausgesendetes Licht von dem optischen Empfänger empfangen wird, wenn das Ventil geöffnet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 4.
  • Stand der Technik
  • Bei der Entwicklung von modernen Brennverfahren spielen die Erhöhung des Wirkungsgrades und die Verringerung der Schadgasemissionen eine übergeordnete Rolle. Eine Möglichkeit, diese Ziele zu verfolgen, stellt die Anpassung des Ladungswechsels durch veränderbare Ventilsteuerzeiten dar. Die Ventilsteuerzeiten sind dabei auf die Kurbelwellendrehung bezogen und als Kurbelwellenwinkel angegeben, bei welchem das jeweilige Ventil einen bestimmten Ventilhub eingenommen hat. Häufig wird dabei der Ventilhub von 1mm als Bezug gewählt. Der Kurbelwellenwinkel wiederum ist auf die Kurbelwellendrehung bezogen, bei welcher sich der Kolben in der oberen Totpunktposition befindet.
  • Da die Ventilsteuerzeiten das Brennverfahren beeinflussen und die Anforderungen an die Kenntnis gasdynamischer Verhältnisse während des Ladungswechsels gestiegen sind, ist die genaue Kenntnis der tatsächlichen Kolbenposition und der tatsächlichen Ventilsteuerzeiten von hervorgehobener Bedeutung. Insbesondere bei Brennverfahren, welche sich durch sehr stark verlagerte Öffnungs- und Schließzeiten der Einlassventile auszeichnen, kann eine Abweichung der tatsächlichen Ventilsteuerzeiten von den nominellen Ventilsteuerzeiten zu unzureichenden Ergebnissen führen. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn sich die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlassventile mit hohen Kolbengeschwindigkeiten überlagern. Diese Abweichungen der tatsächlichen Kolbenposition und die darauf bezogenen tatsächlichen Ventilsteuerzeiten von den nominellen Ventilsteuerzeiten begründen sich hauptsächlich auf Fertigungs- und Montagetoleranzen.
  • Bei der Brennverfahrensentwicklung werden daher Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Kolbenposition und der darauf bezogenen tatsächlichen Ventilsteuerzeiten angewendet, um den Anforderungen an die Kenntnis der gasdynamischen Verhältnisse gerecht zu werden.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 14 01 237 A ist eine Messeinrichtung für eine kombinierte Ermittlung der Kolbenposition und der Ventilposition bekannt, welche zur Einstellung der Zünd- und Ventilbetätigungsfolge dienen soll. Die Ermittlung des oberen Totpunktes des Kolbens erfolgt dabei mittels eines Taststabes und der Ventilsteuerzeit mittels eines elektrischen Kontaktes gegenüber dem Massepotential der Brennkraftmaschine.
  • Aus der Patentschrift US 2 361 462 A ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kolbenposition bekannt, wobei unter Nutzung eines Tasters ein elektrischer Stromkreis geschlossen wird. Der Taster ist dabei als Schalter zusammen mit einer elektrischen Zelle, einem Gehäuse der Vorrichtung und einer Lampe in einem elektrischen Stromkreis angeordnet. Der Taster ist Teil des Stromkreises und gegenüber dem Kolben isoliert. Wird der Taster mittels des Kolbens im Bereich der oberen Totpunktposition bewegt, tritt der Taster mit dem Gehäuse der Vorrichtung in Kontakt und der Stromkreis wird geschlossen. Die Lampe zeigt den geschlossenen Stromkreis durch Aufleuchten an.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 004 248 A1 geht ein Verfahren zur Ermittlung der Position eines Gaswechselventils hervor, bei dem das Gaswechselventil Licht ausgesetzt wird und dabei der Lichtdurchtritt zwischen dem Gaswechselventil und Ventilsitz ermittelt wird. Die Lichtquelle ist dabei im Kanal und der Lichtsensor im Brennraum angeordnet.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 207 016 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum individuellen Ermitteln der Stellung mehrerer Ventile eines Verbrennungsmotors bekannt. Dazu wird der Brennraum beleuchtet und das durch einen Ventilspalt aus dem Brennraum austretende Licht erfasst. Durch die Zuordnung zum Drehwinkel der Kurbelwelle lassen sich die Steuerzeiten der Ventilbetätigung ermitteln.
  • Aus der Patentschrift US 5 814 724 A ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißes eines Pleuellagers und eines Kolbenbolzenlagers bekannt. Die Vorrichtung weist einen Sondenstab auf, welcher in Abhängigkeit von der Bewegung des Kolbens in einem zu prüfenden Zylinder durch den Kolben betätigt wird. Die Position des Sondenstabes wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und zur Ermittlung einer Kolbenposition ausgewertet. Das Verfahren verwendet die Kolbenposition, um den Gesamtverschleiß in dem Pleuellager und dem Kolbenbolzenlager zu berechnen.
  • Mittels dieser Lösungen ist keine ausreichend genaue Ermittlung der tatsächlichen Ventilsteuerzeiten möglich, da einerseits die Ermittlung der Kolbenposition in Bezug auf die Kurbelwellendrehung und andererseits die technische Verknüpfung der Kolbenposition und der Ventilposition zu ungenau ist.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung und ein verbessertes Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung bereitzustellen.
  • Lösung der Aufgabe
  • Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch das Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung nach den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem jeweiligen Ausführungsbeispiel.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt eine erfindungsgemäß vorteilhafte Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung bereit, mittels welcher die Genauigkeit der Kolbenpositionsbestimmung und in Folge dessen die Genauigkeit der Ventilsteuerzeitbestimmung für ventilgesteuerte und als Hubkolbenmaschine ausgeführte Brennkraftmaschinen erhöht wird.
  • Die Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung besteht aus einem Gehäuse, in welchem ein Tastelement gegenüber dem Gehäuse elektrisch isolierend gelagert ist. Das Tastelement besteht aus einem elektrisch leitenden Material. Das Tastelement weist eine veränderbare Gesamtlänge auf oder ist innerhalb des Gehäuses verschiebbar gelagert.
  • Über einen Zugang in den Brennraum der Brennkraftmaschine ist das Tastelement gegenüber dem Kolben positioniert, wobei das Gehäuse mit der Brennkraftmaschine fest verbunden ist. Das Tastelement erstreckt sich in den Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine, so dass das Tastelement mit einem Kolben elektrisch leitend in Kontakt tritt, wenn sich der Kolben im Bereich des oberen Totpunktes befindet. Durch die Bewegung des Kolbens in die Position des oberen Totpunktes wird das Tastelement entsprechend der veränderbaren Gesamtlänge zusammengedrückt oder entsprechend der verschiebbaren Lagerung verschoben. Demnach erstreckt sich das Kontaktelement weiter als ein Abstand in den Brennraum, welcher sich zwischen dem Zugang und dem Kolbenboden des Kolbens ergibt, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet. Das Tastelement und der Kolben sind Teile eines elektrischen Stromkreises, welcher geschlossen wird, wenn das elektrisch leitende Tastelement mit dem elektrisch leitenden Kolben in Kontakt tritt. Das elektrisch leitende Tastelement und der elektrisch leitende Kolben sind über den Stromkreis mit entgegengesetzten Polen einer Spannungsversorgung verbunden, so dass zwischen Tastelement und Kolben eine elektrische Spannung anliegt. Anhand des durch den elektrisch leitenden Kontakt des Tastelementes mit dem Kolben ergebenden Spannungsverlaufs des elektrischen Stromkreises wird die Kolbenposition, insbesondere die Position des Kolbens im oberen Totpunkt in Bezug auf eine Kurbelwellendrehung bestimmt.
  • In besonders vorteilhafter Weise ist das Tastelement für eine veränderbare Gesamtlänge als Federelement ausgeführt und einseitig fest sowie elektrisch isolierend mit dem Gehäuse verbunden. Alternativ ist das Tastelement als Stift ausgeführt und innerhalb des Gehäuses verschiebbar sowie gegenüber dem Gehäuse elektrisch isolierend gelagert. In besonders vorteilhafter Weise ist das Tastelement mit einem kontaktverbessernden Bereich versehen, mittels welchem die wirksame Kontaktfläche gegenüber einer zu erwartenden Kontaktfläche des Tastelements ohne den kontaktverbessernden Bereich vergrößert ist.
  • In einer vorteilhaften Weiterentwicklung weist die Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung einen Kurbelwellengeber auf, um der konkreten Verdrehung der Kurbelwelle gegenüber der Brennkraftmaschine einen Referenzkurbelwellenwinkel zuzuordnen, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet. In einer vorteilhaften Weiterentwicklung weist die Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung einen Nockenwellengeber auf, um die Position des Kolbens im oberen Totpunkt während des Ladungswechsels zwischen Auslasstakt und Einlasstakt und die Position des Kolbens während der Zündung zwischen Verdichtungstakt und Arbeitstakt voneinander zu unterscheiden, wenn die Brennkraftmaschine als 4-Takt-Brennkraftmaschine ausgeführt ist.
  • In vorteilhafter Weise weist die Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung eine Auswerteeinheit auf, mittels welcher der Spannungsverlaufs des elektrischen Stromkreises erfasst und hinsichtlich der Kolbenposition ausgewertet wird. Dazu ist die Auswerteeinheit mit dem elektrischen Stromkreis signalverbunden. Weiter ist die Auswerteeinheit mit dem Kurbelwellengeber signalverbunden, um der konkreten Verdrehung der Kurbelwelle gegenüber der Brennkraftmaschine den Referenzkurbelwellenwinkel zuzuordnen. Weiter ist die Auswerteeinheit mit dem Nockenwellengeber signalverbunden, um die beiden möglichen Positionen des Kolbens im oberen Totpunkt der 4-Takt-Brennkraftmaschine voneinander zu unterscheiden.
  • Die Erfindung stellt weiter ein erfindungsgemäß vorteilhaftes Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung bereit, wobei mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung die Genauigkeit der Kolbenpositionsbestimmung und in Folge dessen die Genauigkeit der Ventilsteuerzeitbestimmung für ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen erhöht wird.
  • Das Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung umfasst dazu die Bestimmung des Referenzkurbelwellenwinkels in Bezug auf die Brennkraftmaschine, bei welchem sich der Kolben in der Position des oberen Totpunktes befindet. Dazu wird das mittels der Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung bereitgestellte Spannungssignal des Stromkreises mittels der Auswerteeinheit ausgewertet. Die durch den Kontakt von Tastelement und Kolben verursachte Spannungsänderung bei geschlossenem Stromkreis wird hinsichtlich der zeitlichen Dauer ausgewertet, wobei die zeitliche Mitte der Dauer dem oberen Totpunkt des Kolbens zugeordnet wird. Die sich am oberen Totpunkt des Kolbens darstellende Kurbelwellenverdrehung wird als Referenzkurbelwellenwinkel definiert.
  • In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung weist die Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung weiter eine Einrichtung zur Ventilöffnungsbestimmung auf. Demnach stellt die Erfindung in einer erfindungsgemäß vorteilhaften Weiterentwicklung der Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung eine Vorrichtung zur Ventilsteuerzeitbestimmung bereit, mittels welcher die Genauigkeit der Kolbenpositionsbestimmung und in Folge dessen die Genauigkeit der Ventilsteuerzeitbestimmung für ventilgesteuerte und als Hubkolbenmaschine ausgeführte Brennkraftmaschinen weiter erhöht wird.
  • Die Einrichtung zur Ventilöffnungsbestimmung weist wenigstens einen optischen Sender als Lichtquelle und wenigstens einen optischen Empfänger als Lichtsensor auf. Zur Bestimmung der Ventilöffnung ist einerseits des Ventils der optische Sender und andererseits des Ventils der optische Empfänger angeordnet, so dass mittels des optischen Senders ausgesendetes Licht von dem optischen Empfänger empfangen wird, wenn das Ventil geöffnet ist. Demnach sind der optische Sender im Brennraum und der optische Empfänger im Kanal oder der optische Sender im Kanal und der optische Empfänger im Brennraum angeordnet, so dass die Ventilöffnung des zwischen dem Brennraum und dem Kanal angeordneten Ventils optisch erfasst wird. Der optische Sender und / oder der optische Empfänger können durch eine geeignete Einrichtung in den Brennraum oder den Kanal eingebracht werden.
  • Anhand des vom optischen Empfänger bereitgestellten Signals wird die Ventilöffnung in Bezug auf eine Kurbelwellenverdrehung bestimmt. Als Ventilsteuerzeit wird deshalb insbesondere der Zeitpunkt definiert, wenn sich das Ventil ausgehend vom geschlossenen Zustand aus dem Ventilsitz erhebt und somit eine Verbindung zwischen Kanal und Brennraum freigibt. Alternativ wird als Ventilsteuerzeit der Zeitpunkt definiert, wenn sich das Ventil ausgehend vom geöffneten Zustand auf dem Ventilsitz aufsitzt und somit eine Verbindung zwischen Kanal und Brennraum verschließt. Anhand des Kurbelwellengebers wird die Ventilsteuerzeit des Ventils als Kurbelwellenwinkelversatz bezogen auf den Referenzkurbelwellenwinkel bestimmt.
  • In besonders vorteilhafter Weise ist der optische Sender oder der optische Empfänger im Gehäuse der Vorrichtung der Kolbenpositionsbestimmung integriert. In besonders vorteilhafter Weise ist das Gehäuse in einer Zündkerzenbohrung oder Injektorbohrung fest positioniert. Demnach dient die Zündkerzenbohrung oder die Injektorbohrung als Zugang zum Brennraum.
  • In besonders vorteilhafter Weise ist bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Einlasskanälen und / oder mehreren Auslasskanälen jedem Kanal ein optischer Sender zugeordnet. In vorteilhafter Weise können die optischen Sender der Einlasskanäle unterschiedliche Sendefrequenzen aufweisen und / oder die optischen Sender der Auslasskanäle unterschiedliche Sendefrequenzen aufweisen, und eine kanalindividuelle Auswertung der Ventilsteuerzeit mittels eines frequenzsensitiven optischen Empfängers im Brennraum zu ermöglichen. Die Ventilsteuerzeiten der Ventile der Einlasskanäle und der Auslasskanäle lassen sich voneinander im Allgemeinen über die Werte der zu erwarteten Ventilsteuerzeiten unterscheiden.
  • In einer alternativen, besonders vorteilhaften Ausführung ist bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Einlasskanälen und / oder mehreren Auslasskanälen jedem Kanal ein optischer Empfänger und dem Brennraum ein optischer Sender zugeordnet, um eine kanalindividuelle Auswertung der Ventilsteuerzeit mittels einer kanalindividuellen Auswertung der Sensorsignale der einzelnen optischen Empfänger zu ermöglichen. Hier sind keine unterschiedlichen Sendefrequenzen für eine kanalindividuelle Auswertung notwendig.
  • Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung oder der um die Einrichtung zur Ventilöffnungsbestimmung erweiterten Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung müssen keine konstruktiven Änderungen an der Brennkraftmaschine vorgenommen werden. Des Weiteren sind keine zusätzlichen Antriebsvorrichtungen notwendig, da bereits der ohnehin vorhandene Anlasser zum Betreiben der Brennkraftmaschine ohne Verbrennung im entsprechenden Zylinder und somit zur Bestimmung der Kolbenposition und weiter der Ventilsteuerzeit verwendet werden kann.
  • In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kolbenpositionsbestimmung ist zudem ein Verfahren zur Ventilsteuerzeitbestimmung angeschlossen, wobei die Genauigkeit der Ventilsteuerzeitbestimmung für ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen weiter erhöht wird.
  • Das Verfahren zur Ventilsteuerzeitbestimmung umfasst weiter die Bestimmung des Kurbelwellenwinkelversatzes in Bezug auf den Referenzkurbelwellenwinkel, bei welchem sich das Ventil gerade aus dem Ventilsitz erhebt, oder bei welchem das Ventil gerade auf den Ventilsitz auftrifft. Dazu wird das mittels der zweiten Einrichtung zur Bestimmung der Ventilöffnung bereitgestellte Spannungssignal des optischen Empfängers ausgewertet. Das Spannungssignal des optischen Empfängers wird mit einem vordefinierten Schwellenwert verglichen, mittels welchem der geschlossene Zustand vom geöffneten Zustand des Ventils unterschieden werden kann. Der Schwellenwert kann dabei eine Amplitude für das Spannungssignal oder ein Maß für eine Änderung des Spannungssignals sein. Wird der Schwellenwert vom Verlauf des Spannungssignals des optischen Empfängers überschritten, wird ein sich öffnendes Ventil detektiert. Wird der Schwellenwert vom Verlauf des Spannungssignals des optischen Empfängers unterschritten, wird ein sich schließendes Ventil detektiert.
  • Ist der Ventilhubverlauf bekannt, kann zudem aus dem Vergleich zwischen Ventilhubverlauf und Spannungsverlauf des optischen Empfängers auf den Kurbelwellenwinkelversatz geschlossen werden. Demnach kann der Kurbelwellenwinkelversatz auch zwischen maximalem Ventilhub und Referenzkurbelwellenwinkel definiert sein.
  • Ausführungsbeispiel Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung
  • Beispielhaft wird hier eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung 2 dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigt:
    • 1: eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 4 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Kolbenposition außerhalb des Bereiches des oberen Totpunktes,
    • 2: eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 4 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Kolbenposition innerhalb des Bereiches des oberen Totpunktes, und
  • Die Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung 2, dargestellt in 1, weist ein zur Aufnahme in einer Zündkerzenbohrung 3 der Brennkraftmaschine 4 ausgebildetes Gehäuse 5 und ein aus einem elektrisch leitenden Material bestehendes Tastelement 6 auf, wobei das Tastelement 6 elektrisch isoliert mit dem Gehäuse 5 fest verbunden und für einen elektrisch leitenden Kontakt mit einem Kolben 7 der Brennkraftmaschine 4 ausgebildet ist. Das Tastelement 6 und der Kolben 7 sind zusammen mit einer Spannungsversorgung 8 Teil eines elektrischen Stromkreises 9, welcher durch einen Kontakt zwischen dem Tastelement 6 und dem Kolben 7 geschlossen wird, wenn sich der Kolben 7 im Bereich des oberen Totpunktes befindet, dargestellt in 2.
  • Ausführungsbeispiel weiterentwickelte Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung mit Ventilsteuerzeitbestimmung
  • Beispielhaft wird hier eine weiterentwickelte Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung 2 mit Ventilsteuerzeitbestimmung 1 dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigt:
    • 1: die schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 4 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Kolbenposition außerhalb des Bereiches des oberen Totpunktes,
    • 2: die schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 4 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Kolbenposition innerhalb des Bereiches des oberen Totpunktes, und
    • 3: eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 4 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei geöffnetem Ventil.
  • Die Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung 2, dargestellt in 1, weist eine Einrichtung zur Bestimmung der Kolbenposition 2 auf, welche ein zur Aufnahme in einer Zündkerzenbohrung 3 der Brennkraftmaschine 4 ausgebildetes Gehäuse 5 und ein aus einem elektrisch leitenden Material bestehendes Tastelement 6 aufweist, wobei das Tastelement 6 elektrisch isoliert mit dem Gehäuse 5 fest verbunden und für einen elektrisch leitenden Kontakt mit einem Kolben 7 der Brennkraftmaschine 4 ausgebildet ist. Das Tastelement 6 und der Kolben 7 sind zusammen mit einer Spannungsversorgung 8 Teil eines elektrischen Stromkreises 9, welcher durch einen Kontakt zwischen dem Tastelement 6 und dem Kolben 7 geschlossen wird, wenn sich der Kolben 7 im Bereich des oberen Totpunktes befindet, dargestellt in 2.
  • Die Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung 2 weist weiter eine Einrichtung zur Bestimmung der Ventilöffnung 10 auf, dargestellt in 3, welche einen optischen Sender 11 in einem Kanal 12 der Brennkraftmaschine 4 und einen optischen Empfänger 13 in einem Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 4 aufweist, wobei der Kanal 12 mittels eines Ventils 15 vom Brennraum 14 abgetrennt ist. Der optische Empfänger 13 ist im Gehäuse 5 der Einrichtung zur Bestimmung der Kolbenposition 2 angeordnet und zum Empfang von mittels des optischen Senders 11 ausgesendetem Licht ausgebildet, wenn das Ventil 15 geöffnet ist.
  • Ausführungsbeispiel Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung
  • Beispielhaft wird hier eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kolbenpositionsbestimmung dargestellt. In der dazugehörigen Figur zeigt:
    • 4: eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen 16 des elektrischen Stromkreises 9 in Abhängigkeit einer Kurbelwellenverdrehung 18.
  • Das Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung, dargestellt in 4, umfasst eine Bestimmung eines Referenzkurbelwellenwinkels 19 in Bezug auf die Brennkraftmaschine 4, bei welchem sich der Kolben 7 in der Position des oberen Totpunktes befindet. Dazu wird ein mittels der Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung 2 bereitgestelltes Spannungssignal 16 des Stromkreises 9 ausgewertet. Durch den Kontakt von Tastelement 6 und Kolben 7 wird eine Spannungsänderung 20 verursacht und hinsichtlich einer zeitlichen Dauer ausgewertet. Die zeitliche Mitte der Dauer der Spannungsänderung 20 wird dem oberen Totpunkt des Kolbens 7 zugeordnet und als Referenzkurbelwellenwinkel 19 definiert.
  • Ausführungsbeispiel weiterentwickeltes Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung mit Ventilsteuerzeitbestimmung
  • Beispielhaft wird hier ein weiterentwickeltes Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung mit Ventilsteuerzeitbestimmung dargestellt. In der dazugehörigen Figur zeigt:
    • 4: eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen 16, 17 des elektrischen Stromkreises 9 und des optischen Empfängers 13 in Abhängigkeit einer Kurbelwellenverdrehung 18.
  • Das Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung mit Ventilsteuerzeitbestimmung, dargestellt in 4, umfasst eine Bestimmung eines Referenzkurbelwellenwinkels 19 in Bezug auf die Brennkraftmaschine 4, bei welchem sich der Kolben 7 in der Position des oberen Totpunktes befindet. Dazu wird ein mittels der Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung 2 bereitgestelltes Spannungssignal 16 des Stromkreises 9 ausgewertet. Durch den Kontakt von Tastelement 6 und Kolben 7 wird eine Spannungsänderung 20 verursacht und hinsichtlich einer zeitlichen Dauer ausgewertet. Die zeitliche Mitte der Dauer der Spannungsänderung 20 wird dem oberen Totpunkt des Kolbens 7 zugeordnet und als Referenzkurbelwellenwinkel 19 definiert.
  • Weiter erfolgt eine Bestimmung eines Kurbelwellenwinkelversatzes 21 in Bezug auf den Referenzkurbelwellenwinkel 19, bei welchem sich das Ventil 15 gerade aus dem Ventilsitz erhebt. Ein Spannungsverlauf 17 des optischen Empfängers 13 wird mit einem vordefinierten Schwellenwert 22 verglichen, mittels welchem ein geschlossener Zustand von einem geöffneten Zustand des Ventils 15 unterschieden wird. Wird der Schwellenwert 22 vom Spannungsverlauf 17 des optischen Empfängers 13 überschritten, wird ein offenes Ventil 15 detektiert und die Kurbelwellenverdrehung 18 in Bezug auf den Referenzkurbelwellenwinkel 19 bei Überschreiten des Schwellenwertes 22 als Kurbelwellenwinkelversatz 21 definiert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zur Ventilsteuerzeitbestimmung
    2
    Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung
    3
    Zündkerzenbohrung
    4
    Brennkraftmaschine
    5
    Gehäuse
    6
    Tastelement
    7
    Kolben
    8
    Spannungsversorgung
    9
    Stromkreis
    10
    Einrichtung zur der Ventilöffnungsbestimmung
    11
    optischer Sender
    12
    Kanal
    13
    optischer Empfänger
    14
    Brennraum
    15
    Ventil
    16
    Spannungsverlauf des Stromkreises
    17
    Spannungsverlauf des optischen Empfängers
    18
    Kurbelwellenverdrehung
    19
    Referenzkurbelwellenwinkel
    20
    Spannungsänderung
    21
    Kurbelwellenwinkelversatz
    22
    Schwellenwert

Claims (5)

  1. Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung (2), welche ein zur Aufnahme in einem Zugang zu einem Brennraum (14) der Brennkraftmaschine (4) ausgebildetes Gehäuse (5) und ein aus einem elektrisch leitenden Material bestehendes Tastelement (6) aufweist, wobei das Tastelement (6) elektrisch isoliert in dem Gehäuse (5) gelagert und für einen elektrisch leitenden Kontakt mit einem Kolben (7) der Brennkraftmaschine (4) ausgebildet ist, wobei das Tastelement (6) und der Kolben (7) zusammen mit einer Spannungsversorgung (8) Teil eines elektrischen Stromkreises (9) sind, welcher durch einen Kontakt zwischen dem Tastelement (6) und dem Kolben (7) geschlossen wird, wenn sich der Kolben (7) im Bereich des oberen Totpunktes befindet.
  2. Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung (2) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Ventilöffnungsbestimmung (10) vorgesehen ist, welche einen optischen Sender (11) und einen optischen Empfänger (13) aufweist, wobei zur Bestimmung der Ventilöffnung einerseits des Ventils (15) der optische Sender (11) und andererseits des Ventils (15) der optische Empfänger (13) angeordnet ist, so dass mittels des optischen Senders (11) ausgesendetes Licht von dem optischen Empfänger (13) empfangen wird, wenn das Ventil (15) geöffnet ist.
  3. Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung (2) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sender (11) oder der optische Empfänger (13) im Gehäuse (5) angeordnet ist.
  4. Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung unter Verwendung der Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung (2) gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, mit einer Bestimmung eines Referenzkurbelwellenwinkels (19) in Bezug auf die Brennkraftmaschine (4), bei welchem sich der Kolben (7) in der Position des oberen Totpunktes befindet, wobei eine durch den Kontakt von Tastelement (6) und Kolben (7) verursachte Spannungsänderung (20) eines mittels der ersten Einrichtung zur Bestimmung der Kolbenposition (2) bereitgestellten Spannungssignals (16) des Stromkreises (9) hinsichtlich einer zeitlichen Dauer ausgewertet und die zeitliche Mitte der Dauer der Spannungsänderung (20) dem oberen Totpunkt des Kolbens (7) zugeordnet und als Referenzkurbelwellenwinkel (19) definiert wird.
  5. Verfahren zur Kolbenpositionsbestimmung (2) nach Patentanspruch 4 unter Verwendung der Vorrichtung zur Kolbenpositionsbestimmung (2) gemäß Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass weiter einer Bestimmung eines Kurbelwellenwinkelversatzes (21) in Bezug auf den Referenzkurbelwellenwinkel (19) vorgesehen ist, bei welchem sich das Ventil (15) gerade aus dem Ventilsitz erhebt, wobei der Spannungsverlauf (17) des optischen Empfängers (13) mit einem vordefinierten Schwellenwert (22) zur Unterscheidung eines geschlossenen Zustands des Ventils (15) vom geöffneten Zustand des Ventils (15) verglichen wird, und die Kurbelwellenverdrehung (18) in Bezug auf den Referenzkurbelwellenwinkel (19) bei Überschreiten des Schwellenwertes (22) als Kurbelwellenwinkelversatz (21) definiert wird.
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