DE10214685A1 - Device for measuring a combustion engine valve stroke comprises a fixed magnetic field generating sensor arrangement that interacts with ridges and grooves in the valve shaft surface to generate a position dependent signal - Google Patents
Device for measuring a combustion engine valve stroke comprises a fixed magnetic field generating sensor arrangement that interacts with ridges and grooves in the valve shaft surface to generate a position dependent signalInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung des Wegs von Ventil-Hubbewegungen für Ventile von Verbrennungsmotoren mit einem dem Ventil zugeordneten Magnetsystem, das eine gegenüber dem Ventil ortsfeste, magnetfelderzeugende Einrichtung aufweist. The invention relates to a device for detection the way of valve strokes for valves of Internal combustion engines with a valve associated with Magnetic system, which is a fixed relative to the valve, Has magnetic field generating device.
Es ist bereits eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines axial beweglichen Körpers bekannt (DE 42 38 861 A1), wobei aus der Induktivität einer Spulenanordnung auf die Position des Körpers geschlossen wird, wobei auf den Körper eine Schicht aufgebracht ist, die einen Schichtaufbau mit < 8 Gew.-% P, vorzugsweise mit bis zu 3 Gew.-% Phosphor, bis zu 3 Gew.-% eines Elements der IV- oder V-Hauptgruppe, insbesondere Antimon, und bis zu 5 Gew.-% eines Elements der Übergangsmetalle, insbesondere Cobalt, aufweist, wobei die sich aus der Summe ergebenden Gewichtsprozente mit Nickel zu 100% aufgefüllt werden, so dass eine axiale Bewegung des Körpers, mit dem diese Schicht verbunden ist, den magnetischen Fluss in einer aus wenigstens einer Spule bestehenden Spulenanordnung beeinflusst, so dass die daraus resultierende Änderung der Induktivität erfasst und daraus auf die Position des Körpers geschlossen wird. There is already a device for determining the position an axially movable body known (DE 42 38 861 A1), wherein from the inductance of a coil arrangement on the Position of the body is closed, taking on the body a layer is applied, which has a layer structure with <8 wt .-% P, preferably with up to 3 wt .-% phosphorus, to to 3% by weight of an element of the IV or V main group, in particular antimony, and up to 5% by weight of an element of Transition metals, in particular cobalt, wherein the arising from the sum of weight percentages with nickel too 100%, so that an axial movement of the Body with which this layer is connected, the magnetic River in a consisting of at least one coil Coil arrangement influenced, so that the resulting Change of inductance detected and from this to the position of the body is closed.
Die induktive Differenzialspule befindet sich in der Ventilführung. Das Ventil besteht aus einem nichtmagnetischen Schaft und aus ferromagnetischen Halbschalen als Weggeberkern. Ein mittig an der Ventilführung angebrachtes Thermoelement dient zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit. Ein Trägerfrequenzverstärker speist die Differenzialspule und erzeugt eine Signalspannung, die mit einem Messerfassungssystem gemessen, linearisiert und temperaturkompensiert wird. The inductive differential coil is located in the Valve guide. The valve is made of a non-magnetic Shaft and ferromagnetic half shells as Weggeberkern. A centered on the valve guide thermocouple serves to compensate the temperature dependence. On Carrier frequency amplifier feeds the differential coil and generates a signal voltage coming from a measuring system measured, linearized and temperature compensated.
Durch die Anfertigung und Anbringung von speziellen Messventilführungen und Messventilen, die aus nichtmagnetischen Stählen gefertigt sein müssen, ist eine aufwendige Vorbereitung des Zylinderkopfs notwendig. Im Falle des Einlassventils, das in der Regel aus ferromagnetischen Stählen gebildet ist, kann das Serienteil nicht verwendet werden. Zusätzlich ist ein Thermoelement mittig an der Messventilführung anzubringen. By making and attaching special Metering valve guides and metering valves, which are non-magnetic Steel must be made, is an elaborate Preparation of the cylinder head necessary. In the case of Inlet valve, which is usually made of ferromagnetic steels is formed, the series part can not be used. In addition, a thermocouple is centered on the To install metering valve guide.
Die Ventilhubmesskette, bestehend aus Ventilführung, Messventil, Kabel und 50 Khz-Trägerfrequenzverstärker, muss wegen ihrer nichtlinearen Kennlinie durch Betätigen des Ventils mit einer Verfahrensvorrichtung kalibriert werden. Die bisherige Erfahrung zeigt zwar, dass bei Kalibrierung vor Ort am Prüfstand bei komplett montiertem Motor der Messfehler verringert werden kann, jedoch eine verlängerte Prüfstandsbelegung notwendig ist. Weiter muss bei dem bisherigen Verfahren der komplette Nockenwellenantrieb des Motors abgebaut werden, um das Ventil betätigen zu können. The valve stroke measuring chain, consisting of valve guide, Metering valve, cable and 50 Khz carrier amplifier, must because their non-linear characteristic by operating the valve with a process device to be calibrated. The previous Experience shows that when calibrating on site at the Test bench with completely assembled motor reduces measurement errors but an extended test bench occupancy necessary is. Next must in the previous method of complete camshaft drive of the engine to be dismantled to operate the valve.
Wegen der Temperaturempfindlichkeit des Ventilhubsensors muss zur Ermittlung des Temperaturkoeffizienten eine sehr lange Erwärmung des Motors durch Eigenreibung im Schub vorgenommen werden. Auch hieraus ergibt sich eine Verzögerung, bis die eigentliche Messung durchgeführt werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass keine Reparaturmöglichkeit am Prüfstand des Motors besteht. Im Schadensfall muss zum Tausch einer Messventilführung der Zylinderkopf und Motor demontiert werden. Insgesamt beinhaltet das bisherige Verfahren einige Nachteile. Because of the temperature sensitivity of the valve lift sensor must to determine the temperature coefficient a very long time Heating of the engine made by friction in the thrust become. This also results in a delay until the actual measurement can be performed. Another Disadvantage is that no repair on the Test stand of the engine exists. In case of damage must be for exchange a metering valve guide the cylinder head and engine disassembled become. Overall, the previous procedure includes some Disadvantage.
Ferner ist zu beachten, dass im Zusammenhang mit der nichtlinearen Kennlinie und der Temperaturabhängigkeit bei Betrieb des Motors ein Fehler der Wegmessung zu beobachten ist, der in der Regel 2% (0,2 mm) überschreitet. Hierdurch ergibt sich, dass zur eindeutigen Beurteilung der Messergebnisse eine aufwendige Nachbearbeitung und manuelle Korrektur vorzunehmen ist. It should also be noted that in connection with the non-linear characteristic and the temperature dependence at Operation of the motor is a mistake to observe the displacement measurement, which usually exceeds 2% (0.2 mm). This results itself that for the clear evaluation of the measurement results a elaborate post-processing and manual correction is.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetoresistiven Ventilhubsensor derart auszubilden und anzuordnen, dass der Vorbereitungsaufwand des Messobjekts verringert und die Prüfstandsbelegung verkürzt sowie eine bessere Signalqualität bei sehr geringer Temperaturabhängigkeit zur Verfügung gestellt werden kann. The invention is based on the object, a magnetoresistive valve lift sensor in such a form and arrange, that reduces the preparation effort of the DUT and the test bench occupancy shortens as well as a better Signal quality with very low temperature dependence for Can be made available.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die magnetfelderzeugende Einrichtung in einem das Ventil oder seinen Ventilschaft koaxial umgebenden Sensorgehäuse vorgesehen ist und auf dem Ventilschaft mehrere mit der magnetfelderzeugenden Einrichtung zusammenwirkende und Sensorsignale initiierende Elemente wie mit Abstand nebeneinander angeordnete Erhebungen oder Vertiefungen vorgesehen sind, wobei die Sensorsignale bei einer Bewegung des Ventils erzeugt werden. The object is achieved according to the invention that the Magnetic field generating device in a valve or its valve stem coaxially surrounding sensor housing is provided and on the valve stem several with the magnetic field generating device cooperating and sensor signals initiating elements as by far next to each other arranged elevations or depressions are provided, wherein the Sensor signals are generated during a movement of the valve.
Durch den magnetoresistiven Wegsensor wird die Feldstärkenänderung eines Magnetfelds erfasst. Die Feldstärkeänderung wird durch eine magnetoresistive Oberflächenstruktur auf dem Ventilschaft, beispielsweise Erhöhungen und Vertiefungen und dem zugehörigen Magneten erzeugt. Diese Bauteile sind in vorteilhafter Weise in einem aus Aluminium bestehenden Sensorgehäuse innerhalb einer Ventilfeder untergebracht, das wiederum innerhalb einer Ventilfeder auf dem oberen Ende der Ventilführung anstatt einer Ventilabdichtung angebracht ist. Das Volumen des Ventilhub-Sensorgehäuses ist durch den Innendurchmesser der Ventilfeder begrenzt. In vorteilhafter Weise dient die Oberflächenstruktur, beispielsweise die Zahnstruktur, in Betätigungsrichtung des Ventilschafts als Maßstab. Für einen Ventilhub von ca. 10 mm sind beispielsweise 30 Nuten über einen Bereich von 15 mm auf der Oberfläche des Ventilschafts eingebracht, die sich in einem Abstand von 0,5 mm wiederholen. Diese Vertiefungen bzw. Nuten stellen dann den Maßstab des Messverfahrens dar und sind hierzu mit entsprechender Genauigkeit gefertigt. Die Oberflächenstruktur bzw. die Zahnstruktur verändert den Feldstärkeverlauf eines Magnetfelds, das von einem direkt hinter dem magnetoresistiven Wegsensor angebrachten Magneten hervorgerufen wird. Die Zahnstruktur wird also, wie bereits erwähnt, aus zahlreichen nebeneinander angeordneten, nutenförmigen Rillen in Längsrichtung des Ventilschafts gebildet. Durch einen bestimmten Abstand des Wegsensors zu den einzelnen Vertiefungen der Zahnstruktur, beispielsweise eine halbe Grundperiode, tritt ein mit dieser korrespondierenden Näherungsweise sinusförmiger Verlauf der Magnetfeldstärke auf. In vorteilhafter Weise ist der magnetoresistive Wegsensor zwischen Magneten und Zahnstruktur mit einem Abstand von maximal der halben Grundperiode (0,25 mm) zu dieser vorgesehen, so dass die Änderung der Feldstärke erfasst werden kann. Bei sinngemäßer Betätigung des Ventils bewegt sich der auf der Zahnstruktur aufgeprägte Feldstärkeverlauf am Sensor vorbei. Through the magnetoresistive displacement sensor is the Field strength change of a magnetic field detected. The field strength change is characterized by a magnetoresistive surface structure on the Valve stem, for example, elevations and depressions and generated the associated magnet. These components are in advantageously in an existing aluminum Sensor housing housed within a valve spring, the again inside a valve spring on the top of the Valve guide is mounted instead of a valve seal. The volume of the valve lift sensor housing is through the Inner diameter of the valve spring limited. In an advantageous way serves the surface structure, such as the Tooth structure, in the direction of actuation of the valve stem as Scale. For example, for a valve lift of about 10 mm 30 grooves over a range of 15 mm on the surface of the Valve stem placed at a distance of Repeat 0.5 mm. These depressions or grooves then set the scale of the measurement method and are with this manufactured appropriate accuracy. The surface structure or the tooth structure changes the field strength course of a Magnetic field, that of a directly behind the magnetoresistive Displacement sensor attached magnet is caused. The Tooth structure is therefore, as already mentioned, numerous juxtaposed, groove-shaped grooves in Formed longitudinally of the valve stem. By a certain Distance of the distance sensor to the individual wells of Tooth structure, for example, a half-basic period occurs a sinusoidal with this corresponding approximation Course of the magnetic field strength. In an advantageous way the magnetoresistive displacement sensor between magnets and Tooth structure with a maximum distance of half the basic period (0.25 mm) provided for this, so that the change of Field strength can be detected. With analogous operation of the Valve moves the imprinted on the tooth structure Field strength course past the sensor.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass der in dem Sensorgehäuse vorgesehene Wegsensor zumindest teilweise von dem Permanentmagneten umgeben ist und demgegenüber Sensorsignale initiierende Elemente vorgesehen sind, die als eine am Ventilschaft vorgesehene Vertiefung oder als Zahnelemente ausgebildet sind, die an dem Wegsensor vorbeibewegbar sind. An additional possibility is according to a development, that the provided in the sensor housing displacement sensor at least is partially surrounded by the permanent magnet and in contrast, sensor-signal-initiating elements are provided, as a recess provided on the valve stem or as Toothed elements are formed, which are connected to the displacement sensor are moved past.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die Vertiefungen oder Zahnelemente ganz oder zumindest teilweise den Ventilschaft umgeben. Furthermore, it is advantageous that the wells or Tooth elements completely or at least partially the valve stem surround.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die Vertiefungen oder Zahnelemente oder eine Zahnstruktur ringförmig ausgebildet sind und zumindest ein Drittel der Oberfläche des Ventilschafts umgeben. According to a preferred embodiment of the invention Solution is finally provided that the wells or Tooth elements or a tooth structure ring-shaped are and at least a third of the surface of the Surrounded valve stem.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass die Vorrichtung aus dem magnetoresistiven Wegsensor mit einem Signalverstärker, einem ortsfest an einem Teil des Motors angebrachten Permanentmagneten und der am ferromagnetischen Schaft des Ventils angebrachten, als Wegmaßstab dienenden, sich in Längsrichtung des Ventilschafts erstreckenden Zahnstruktur besteht, wobei die Vorrichtung bzw. ihr zugehöriges Gehäuse koaxial von einer Ventilfeder umgeben und am oberen Ende einer Ventilführung anstelle einer Ventilschaftabdichtung vorgesehen ist. Of particular importance for the present invention, that the device from the magnetoresistive displacement sensor with a signal amplifier, a fixed to a part of the Motors attached permanent magnets and the am ferromagnetic shaft of the valve attached, as a yardstick serving in the longitudinal direction of the valve stem extending tooth structure, wherein the device or their associated housing coaxially surrounded by a valve spring and at the top of a valve guide instead of a Valve stem seal is provided.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es vorteilhaft, dass die Zahnstruktur aus mehreren parallel nebeneinander verlaufenden, rillenförmigen Vertiefungen besteht, die sich derart in Längsrichtung des Ventilschafts aneinanderreihen, dass sie einen annähernd sinusförmigen Verlauf der Magnetfeldstärke hervorrufen, deren Änderungen in einem bestimmten Abstand zum Ventilschaft von dem zwei Vollbrücken aufweisenden Wegsensor erfasst werden, wobei die Feldstärkeänderungen die Bewegung des Ventils repräsentieren. In connection with the embodiment of the invention and Arrangement, it is advantageous that the tooth structure several parallel adjacent, groove-shaped Wells that are in the longitudinal direction of the Line up the valve stem to approximate one cause sinusoidal course of the magnetic field strength whose Changes in a certain distance to the valve stem of the two full bridges path sensor are detected, where the field strength changes the movement of the valve represent.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die Vollbrücken des Wegsensors um ein Viertel des Zahnabstands zueinander positioniert sind und zwei orthogonale sin/cos-Signale erzeugen. Furthermore, it is advantageous that the full bridges of the displacement sensor are positioned at a quarter of the tooth spacing to each other and generate two orthogonal sin / cos signals.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass der Vorrichtung eine Einrichtung zur Auswertung der Sensorsignale A, B zugeordnet ist, wobei die Auswertung der Signale durch eine vervielfachende Digitalisierung der von der Zahnstruktur herrührenden Grundperiode mit Hilfe einer Interpolatorschaltung und anschließender rücksetzbarer Vorwärts-Rückwärtszählung erfolgt und die Ausgabe der Zählergebnisse über eine Digital/Analog-Wandlerstufe vorgenommen wird. In connection with the embodiment of the invention and Arrangement, it is advantageous that the device a Means for evaluating the sensor signals A, B assigned is, whereby the evaluation of the signals by a multiplying digitization of the tooth structure resulting fundamental period by means of an interpolator circuit and then resettable forward-backward counting takes place and the output of the counting results via a Digital / analog converter stage is made.
Ferner ist es Vorteilhaft, dass die Auswerteeinheit einen Interpolator mit einem Eingang für ein Sinussignal und einem Eingang für ein Cosinussignal sowie je einem Ausgang für die digitalen Signale A und B aufweist, wobei das Signal A über einen Burstfilter und das Signal B über einen zweiten Burstfilter und deren Ausgangssignale A bzw. B über einen Dekoder geleitet werden, wobei die Ausgangssignale des Dekoders als Vor- und Rückwärtssignale zumindest an einen ersten Zähler und entsprechend der Kapazität des ersten Zählers als OFL und UFL (overflow, underflow) Ausgangssignale an einen zweiten Zähler geleitet werden, wobei zumindest ein Ausgang des ersten Zählers und/oder der Ausgang des zweiten Zählers an die Digital/Analog-Stufe geführt wird, die über einen Ausgang mit einer Auswerteeinheit verbunden ist. Furthermore, it is advantageous that the evaluation unit has a Interpolator with an input for a sinusoidal signal and a Input for a cosine signal and one output each for the digital signals A and B, wherein the signal A via a burst filter and the signal B via a second Burstfilter and their output signals A and B via a Decoder are passed, the output signals of the Decoders as forward and backward signals at least to one first counter and according to the capacity of the first Counter as OFL and UFL (overflow, underflow) output signals be passed to a second counter, wherein at least one Output of the first counter and / or the output of the second Counter is led to the digital / analog stage, the over an output is connected to an evaluation unit.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt: Further advantages and details of the invention are in the Claims and explained in the description and in the Figures shown. It shows:
Fig. 1 einen magnetoresistiven Ventilhubsensor, der einen Ventilschaft eines Ventils eines Verbrennungsmotors koaxial umgibt, im Schnitt, Fig. 1 shows a magneto-valve sensor, which surrounds a valve stem of a valve of an internal combustion engine coaxially, in section,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Ventilhubsensors gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a perspective view of the valve lift shown in FIG. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Ventilhubsensors am oberen Ende des Ventilschafts innerhalb der Ventilfeder, Fig. 3 is a schematic representation of the valve lift at the upper end of the valve stem within the valve spring,
Fig. 4 einen Stromlaufplan der Einrichtung zur Auswertung der Sensorsignale, Fig. 4 is a circuit diagram of the device for evaluating the sensor signals,
Fig. 5 ein Flussdiagramm der Eintragrichtung zur Auswertung der Sensorsignale. Fig. 5 is a flow diagram of the entry direction for evaluating the sensor signals.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur mechanischen Erfassung des Wegs - im folgenden als Ventilhubsensor bezeichnet - mit 4 und mit 1 ein magnetoresistiver Wegsensor bezeichnet, der die Feldstärkenänderung eines Magnetfelds erfasst, die durch eine magnetisch passive Zahnstruktur 3 am oberen Ende eines ferromagnetischen Ventilschafts 7 eines Ventils 8 hervorgerufen wird. Die Vorrichtung 4 ist in einem Sensorgehäuse 5 integriert, in dem auch eine Ventilfeder 6 koaxial aufgenommen und zwischen einer Anlage 6.1 und einer Anlage 6.2 angeordnet ist. Die. Ventilfeder 6 drückt das Ventil 8 gemäß Fig. 3 nach oben. In the drawing, a device for mechanical detection of the path - hereinafter referred to as valve lift sensor - 4 and 1 denotes a magnetoresistive displacement sensor which detects the field strength change of a magnetic field by a magnetically passive tooth structure 3 at the upper end of a ferromagnetic valve stem 7 of a Valve 8 is caused. The device 4 is integrated in a sensor housing 5 , in which also a valve spring 6 is accommodated coaxially and is arranged between a system 6.1 and a system 6.2 . The. Valve spring 6 pushes the valve 8 of FIG. 3 upwards.
Die Zahnstruktur 3 besteht gemäß Fig. 1 aus zahlreichen Vertiefungen oder Erhebungen und/oder entsprechenden Zahnelementen 9, die ganz oder zumindest teilweise den Ventilschaft 7 umgeben. According to FIG. 1, the tooth structure 3 consists of numerous depressions or elevations and / or corresponding tooth elements 9 which completely or at least partially surround the valve stem 7 .
In der Zeichnung sind in Fig. 1 die Vertiefungen und Zahnelemente 9 insgesamt als Sensorsignale initiierende Elemente mit 3 bezeichnet, die, wie aus Fig. 1 hervorgeht, im oberen Bereich des Ventilschafts 7 angeordnet sind. Die einzelnen Zahnelemente 9 sind in Bewegungsrichtung des Ventilschafts 7, wie bereits erwähnt, auf der Oberfläche des Ventilschafts vorgesehen. Es können jedoch auch ändere Elemente, beispielsweise Streifenelemente, an der Oberfläche des Ventilschafts angeordnet sein, die die gleiche Funktion erfüllen sollen. In the drawing, the depressions and tooth elements 9 are designated in FIG. 1 as a total of sensor-initiating elements with 3, which, as is apparent from Fig. 1, are arranged in the upper region of the valve stem 7 . The individual tooth elements 9 are provided in the direction of movement of the valve stem 7 , as already mentioned, on the surface of the valve stem. However, it is also possible to arrange other elements, for example strip elements, on the surface of the valve stem which are to fulfill the same function.
Für einen Ventilhub von ca. 10 mm sind in etwa 30 ringförmige Nuten 9.1 über einen Bereich von ca. 15 mm entweder spanabhebend oder funkenerosiv aufgebracht, die sich in einem Abstand von 0,5 mm (Grundperiode) wiederholen. Die Vertiefungen 9.1 stellen den Maßstab des Messverfahrens dar und müssen mit großer Genauigkeit gefertigt sein. Die Zahnstruktur 3 verändert den Feldstärkeverlauf eines Magnetfelds, das von einem direkt hinter dem magnetoresistiven Wegsensor 1 angebrachten Magneten 2 hervorgerufen wird, der sich ebenfalls in Längsrichtung des Ventilschafts 7 erstreckt. Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, befindet sich zwischen dem Magneten 2 und der Oberfläche des Ventilschafts bzw. der Zahnstruktur 3 der Wegsensor 1. In einem bestimmten Abstand von der Zahnstruktur 3 (maximal halbe Grundperiode) tritt ein mit dieser korrespondierender, annähernd sinusförmiger Verlauf der Magnetfeldstärke auf. Die Anordnung ist so gewählt, dass der Wegsensor 1 zwischen dem Magneten 2 und der Zahnstruktur 3 mit einem Abstand von maximal der halben Grundperiode (0,25 mm) zur Oberfläche des Ventilschafts 7 angeordnet ist und dadurch die Änderung der Feldstärke erfasst. Bei sinngemäßer Betätigung des Ventils 8 bewegt sich der von der Zahnstruktur aufgeprägte Feldstärkeverlauf am Wegsensor 1 vorbei. Der Wegsensor 1 besteht in vorteilhafter Weise aus zwei mit magnetoresistiven Sensorstreifen aufgebauten Wheatstone'schen Vollbrücken, die um ein Viertel der Grundperiode (0,125 mm) der Zahnstruktur 3 zueinander in Bewegungsrichtung versetzt angeordnet sind. Die Anordnungen der einzelnen Widerstandsstreifen im Wegsensor 1 werden auf den gewählten Maßstab ausgelegt. Hierdurch erzeugt der Wegsensor 1 bei annähernd sinusförmigem Feldstärkeverlauf zwei orthogonale Sinus/- Cosinus-Signale, deren Frequenz direkt mit der Grundperiode der Zahnstruktur im Zusammenhang steht. Die Weginformation befindet sich in der Frequenz der Signale, die Amplitude hingegen ist nur von der Intensität der Feldstärkeschwankung beeinflusst, sie muss jedoch eine auswertbare Größe aufweisen. Die schwachen Brückensignale werden durch zwei Operationsverstärker direkt im Ventilhubsensor verstärkt (Fig. 4), um den Einfluss der Störungen aus der Umgebung des Verbrennungsmotors zu reduzieren. Bei Betriebstemperatur des Motors muss eine Amplitudendämpfung des Wegsensors 1 gegenüber Raumtemperatur infolge des Temperaturkoeffizienten der Sensorwiderstände in Kauf genommen werden. For a valve lift of approximately 10 mm, approximately 30 annular grooves 9.1 are applied over a range of approximately 15 mm, either by machining or by spark erosion, which repeat at a distance of 0.5 mm (basic period). The depressions 9.1 represent the standard of the measuring method and must be manufactured with great accuracy. The tooth structure 3 changes the field strength curve of a magnetic field which is caused by a magnet 2 mounted directly behind the magnetoresistive displacement sensor 1 , which likewise extends in the longitudinal direction of the valve stem 7 . As is apparent from FIGS. 1 and 2, the displacement sensor 1 is located between the magnet 2 and the surface of the valve stem or tooth structure 3 . At a certain distance from the tooth structure 3 (maximum half basic period) occurs with this corresponding, approximately sinusoidal course of the magnetic field strength. The arrangement is chosen such that the displacement sensor 1 is arranged between the magnet 2 and the tooth structure 3 at a distance of at most half the basic period (0.25 mm) from the surface of the valve stem 7 and thereby detects the change in the field strength. With analogous actuation of the valve 8 , the field strength pattern impressed by the tooth structure moves past the displacement sensor 1 . The displacement sensor 1 consists advantageously of two Wheatstone full bridges constructed with magnetoresistive sensor strips, which are arranged offset by one quarter of the basic period (0.125 mm) of the tooth structure 3 in the movement direction. The arrangements of the individual resistance strips in the displacement sensor 1 are designed to the chosen scale. As a result, the displacement sensor 1 generates two orthogonal sine / cosine signals with an approximately sinusoidal field strength profile whose frequency is directly related to the fundamental period of the tooth structure. The path information is in the frequency of the signals, but the amplitude is only influenced by the intensity of the field strength variation, but it must have an evaluable size. The weak bridge signals are amplified by two operational amplifiers directly in the valve lift sensor ( FIG. 4) in order to reduce the influence of the disturbances from the environment of the internal combustion engine. At operating temperature of the motor, an amplitude attenuation of the displacement sensor 1 relative to room temperature due to the temperature coefficient of the sensor resistors must be accepted.
Die Auswerteschaltung gemäß Fig. 5 liefert die Speisespannung des Ventilhubsensors 4 und besteht aus einer Offsetstufe, einem Interpolatorbaustein 10, einer Richtungserkennung 12, einem rücksetzbaren Vorwärts- und Rückwärtszähler 13 und 14 und einer Analogausgabe des Wegsignals über Ausgänge 16, 17, 18 und einen DA-Wandler 15. Die Offsetstufe ermöglicht ein manuelles Verschieben der beiden Signalspannungen im Hinblick auf eine Bezugsspannung des folgenden Interpolators 10. Der Interpolator 10 nimmt eine Vervielfachung der Grundperiode vor und erzeugt das digitalisierte Interpolatorsignal A und B. Dabei wird das feste Verhältnis der beiden orthogonalen Signalspannungen zum Bezugswert für jeden Zwischenwert der Grundperiode ausgenutzt. The evaluation circuit according to FIG. 5 supplies the supply voltage of the valve lift sensor 4 and consists of an offset stage, an interpolator module 10 , a direction detector 12 , a resettable forward and reverse counter 13 and 14 and an analog output of the path signal via outputs 16 , 17 , 18 and a DA Converter 15 . The offset stage allows manual shifting of the two signal voltages with respect to a reference voltage of the following interpolator 10 . The interpolator 10 multiplies the fundamental period and generates the digitized interpolator signal A and B. Here, the fixed ratio of the two orthogonal signal voltages to the reference value is utilized for each intermediate value of the fundamental period.
In den Fig. 4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Auswerteeinheit wiedergegeben. Über den Interpolator 10 wird das Sinus- und Cosinussignal eingegeben, das an ein digitales Signal A und 8, einen Burstfilter bzw. Störfilter 11.1, 11.2 weitergeleitet wird. Über den Ausgang des Burstfilters 11.1 und 11.2 wird das Signal A bzw. Signal B an den Dekoder 12 weitergeleitet. Das Vor- und Rückwärtssignal, das aus dem Dekoder 12 austritt (Up-Signal, Dn-Signal), geht an den ersten Zähler 13 und wenn die Kapazität des Zählers 13 überschritten wird, an den zweiten Zähler 14. Die Signale OFL (overflow) oder UFL (underflow) sind in Fig. 5 entsprechend veranschaulicht. Der Zähler 13 und/oder Zähler 14 ist an die Digital/Analog-Stufe 15 angeschlossen. Das Ausgangssignal der Stufe 15 gelangt an eine Auswerteeinheit. Der erste Zähler ist ferner über einen Verbindungsstrang 18/WE (write enable) mit der DA-Stufe 15 verbunden. Durch die vorteilhafte Ausbildung des magnetoresistiven Ventilhubsensors 4 in Verbindung mit der Auswerteschaltung wird der Vorbereitungsaufwand des Messobjekts verringert, die Prüfstandsbelegung verkürzt und die Signalqualität bei geringer Temperaturabhängigkeit verbessert und somit die Auswertung der Messergebnisse erleichtert. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Verfahren wegen des Maßstabs am Ventilschaft 7 und der linearen Aufnehmerkennlinie keine Kalibrierung am komplett montierten Motor benötigt. Dadurch ist auch die Aufnehmerempfindlichkeit langzeitig konstant, da die in der Frequenzmodulation des Signals enthaltenen Weginformationen störungsarm ausgewertet werden können. Einflüsse auf die Amplitude des Sensorsignals durch Feldstärkeschwankungen haben nur sehr geringen Einfluss. Ferner kann der Ventilhubsensor 1 separat gefertigt und ohne weiteres auf die Ventilführung montiert werden. FIGS. 4 and 5 show an exemplary embodiment of an evaluation unit. About the interpolator 10 , the sine and cosine signal is input, which is forwarded to a digital signal A and 8, a burst filter or noise filter 11.1 , 11.2 . Via the output of the burst filter 11.1 and 11.2 , the signal A or signal B is forwarded to the decoder 12 . The forward and reverse signal exiting the decoder 12 (Up signal, Dn signal), goes to the first counter 13 and when the capacity of the counter 13 is exceeded, to the second counter 14th The signals OFL (overflow) or UFL (underflow) are illustrated correspondingly in FIG . The counter 13 and / or counter 14 is connected to the digital / analog stage 15 . The output signal of the stage 15 arrives at an evaluation unit. The first counter is further connected via a connection string 18 / WE (write enable) to the DA stage 15 . Due to the advantageous embodiment of the magnetoresistive valve lift sensor 4 in conjunction with the evaluation circuit, the preparation effort of the test object is reduced, the test bench occupancy is shortened and the signal quality is improved while the temperature dependence is less, thus facilitating the evaluation of the measurement results. Furthermore, due to the scale on the valve stem 7 and the linear transducer characteristic curve, no calibration is required on the completely assembled engine by the method according to the invention. As a result, the pickup sensitivity is also constant for a long time, since the path information contained in the frequency modulation of the signal can be evaluated without interference. Influences on the amplitude of the sensor signal due to field strength fluctuations have very little influence. Further, the valve lift sensor 1 can be manufactured separately and easily mounted on the valve guide.
Darüberhinaus könnte bei reiner Offline-Auswertung der Signale auf eine Auswerteschaltung verzichtet werden. Durch Arcustangens-Verknüpfung nach Eliminierung der Mittelwerte der beiden mit einem schnellen Messsystem erfassten Sinus- bzw. Cosinussignale und abschnittsweise Aufsummierung der pro Periode errechneten Weganteile könnte ebenfalls ein Ventilweg ermittelt werden. In addition, with pure offline evaluation of the signals to dispense with an evaluation circuit. By Arctangent link after elimination of the means of the both with a fast measuring system detected sine or Cosine signals and sections summation of the pro Period computed path portions could also be a valve path be determined.
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