DE19830667A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte eines Ventils - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte eines VentilsInfo
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zur Bestimmung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte eines Ventils mit einem längsgeführten Verschlußglied beschrieben, welche einen elektrischen Stromkreis umfaßt, dem mindestens eine elektrische Größe von der jeweiligen Stellung des Verschlußgliedes beeinflußbar und von einer Auswertungseinheit erfaßbar ist. DOLLAR A Um eine präzise Bestimmung der Ventilstellung zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß das Verschlußglied elektrisch isoliert geführt ist und gemeinsam mit dem Ventilsitz in dem Stromkreis als Kondensator zusammenwirkt, dessen Kapazität von der Auswertungseinheit eingegeben wird. Alternativ wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der ein Ventilstößel des Verschlußgliedes eine elektromagnetische Spule durchsetzt und auf Höhe der Spule eine Markierung trägt. Die Beeinflussung des Magnetfeldes durch die mit dem Stößel bewegbare Markierung erlaubt einen Rückschluß auf die vorliegende Ventilstellung.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der
Öffnungs- und Schließzeitpunkte eines Ventils der im Ober
begriff der Ansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Gattung.
Ventile kontrollieren den Durchfluß eines Fluids und sind
dadurch maßgeblich an der Steuerung von Arbeitsprozessen
beteiligt. Ein längsgeführtes Verschlußglied des Ventils
sitzt in der Schließstellung des Ventils auf einem Ventil
sitz und ist durch Abheben von dem Ventilsitz in die
Öffnungsstellung bringbar. In den meisten Anwendungsfällen
des Ventils ist die Bestimmung der Öffnungs- und Schließ
zeitpunkte und damit der Steuerzeiten von großer Bedeutung.
Äußere Einflüsse beeinflussen die Steuerzeiten des Ventiles
und verursachen gegebenenfalls eine nachteilige Beein
flussung des Arbeitsprozesses. Insbesondere bei Ventilen
für Brennkraftmaschinen beeinflussen die Steuerzeitpunkte
und das individuell möglicherweise unterschiedliche Ventil
spiel viele Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wie
Schadstoffemission und Kraftstoffverbrauch.
Aus der DE 29 25 187 A ist ein Kraftstoffeinspritzventil
für Brennkraftmaschinen bekannt, deren Verschlußglied aus
elektrisch leitendem Werkstoff besteht und in einem
elektrischen Stromkreis mit dem Ventilsitz einen
elektrischen Schalter bildet. Der Schalter zeigt durch sein
Öffnen und Schließen den Spritzbeginn und die Spritzdauer
an.
Die DE 195 41 508 A1 beschreibt ein Kraftstoffeinspritz
ventil, dessen Ventilsitz in einem Stromkreis einen orts
festen Kontakt bildet, an den Erdpotential angelegt wird.
Eine verstellbare Ventilmembran wird mit einer Speise
spannung beaufschlagt, so daß bei geschlossenem Einspritz
ventil und am Ventilsitz anliegender Membran ein Stromkreis
geschlossen ist. Der Stromfluß durch den Stromkreis wird
mittels einer Auswerteschaltung erfaßt. Hebt die Ventil
membran am Beginn der Öffnungshubbewegung vom Ventilsitz
des Zapfens ab, so wird der Stromkreis unterbrochen und
entsprechend der Zeitpunkt des Einspritzbeginns von der
Auswerteschaltung registriert.
Mit den bekannten Vorrichtungen kann zwar eine definitive
Aussage darüber getroffen werden, ob sich das Ventil in der
Schließstellung befindet, wenn nämlich der Stromkreis durch
das aufsitzende Verschlußglied geschlossen ist. Die Ventil
stellung ist jedoch während des geöffneten Zeitintervalls
während des Öffnungs- und Schließhubes zeitlich veränder
lich. In der Praxis ergeben sich immer wieder Anwendungs
fälle, in denen die genaue Kenntnis der Ventilstellung vor
teilhaft oder sogar erforderlich ist, beispielsweise für
präzise Regelung von Arbeitsprozessen, die von der Ventil
stellung maßgeblich beeinflußt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
gattungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Öffnungs- und
Schließzeitpunkte eines Ventils derart weiterzubilden, daß
eine präzise Bestimmung der Ventilstellung möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 oder mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.
Ist das Verschlußglied elektrisch isoliert geführt, so bil
det es in dem Stromkreis eine Elektrode eines Kondensators,
dessen andere Elektrode der Ventilsitz ist. Die Kapazität
des Kondensators ändert sich mit dem Ventilhub. Die Kapazi
tät dieses Kondensators wird von der Auswertungseinheit
erfaßt, welche zu jedem Zeitpunkt aus dem veränderbaren ka
pazitiven Widerstand des Stromkreises den entsprechenden
Abstand des Ventilgliedes von seinem Ventilsitz bestimmt.
Bei dem Lösungsvorschlag gemäß Anspruch 2 ist eine elektro
magnetische Spule vorgesehen, welche von einem längsbeweg
lichen Ventilstößel des Ventilgliedes durchsetzt ist. Die
stromdurchflossene Spule erzeugt ein Magnetfeld, welches
bei einer Bewegung des Ventilstößels durch eine Markierung
verändert wird, welche der Ventilstößel auf Höhe der Spule
trägt. Die zeitliche Änderung des induktiven Widerstandes
des Stromkreises infolge der Bewegung der Markierung mit
dem Verschlußglied wird von der Auswertungseinheit erfaßt,
welche mit der Spule über eine elektrische Signalleitung
verbunden ist. Aus der zeitlichen Änderung der Induktion
der Spule ist ein genauer Rückschluß auf die zugehörige
Stellung des Verschlußgliedes möglich. Zweckmäßig ist dabei
die Spule in der Führung des Ventilstößels aufgenommen, so
daß eine einfache Bauweise möglich ist. Die Markierung wird
vorteilhaft umlaufend und von der Oberfläche des Ventil
stößels abweichend ausgebildet, wodurch eine deutliche Be
einflussung des Magnetfeldes der Spule erreicht ist.
Bei Brennkraftmaschinen ist mit der genauen Kenntnis der
Ventilstellung der Gaswechselventile, insbesondere des Ein
laßventils eine Regelung variabler Ventilsteuerungen mög
lich. Vorteilhaft wird auch die erfindungsgemäße Vor
richtung zur Regelung der Gemischbildung bei Brennkraft
maschinen eingesetzt, wobei die Kenntnis der Ventilstellung
der Einlaßventile einer Berechnung des momentanen Luft
durchsatzes der Brennkraftmaschine zugrunde gelegt wird.
Auf die bisher notwendigen Luftmassenmesser kann somit ver
zichtet werden. Denkbar ist auch ein Einsatz der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Ventilstellun
gen von Einspritzventilen zur Ermittlung und gegebenenfalls
zur Regelung der Einspritzmenge.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Zylinder einer
Brennkraftmaschine, dessen Einlaßventil eine erfin
dungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Ventil
stellung zugeordnet ist,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt eines Gaswechsel
ventils mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt eines Gaswechsel
ventils mit einer alternativen Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Zylinder 17
einer Brennkraftmaschine 11. In dem Zylinder 17 ist ein
Kolben 12 längsbeweglich angeordnet, welcher über eine
strichpunktiert angedeutete Pleuelstange 18 auf die Kurbel
welle der Brennkraftmaschine 11 wirkt. Der Kolben 12 be
grenzt in dem Zylinder 17 einen Brennraum 16, dem durch
einen Einlaßkanal 13 Frischgas zuführbar ist. Ein Injektor
14 spritzt in den Einlaßkanal 13 und die darin strömende
Frischluft Kraftstoff ein. Die Kraftstoffeinspritzung kann
jedoch auch direkt in den Zylinder 17 erfolgen. Der Gas
wechsel der Brennkraftmaschine 11 wird von einem oder
mehreren Einlaßventilen 1 und Auslaßventilen gesteuert;
letztere sind in der Zeichnung durch eine strichpunktierte
Ventilachse 19 angedeutet. Das Einlaßventil 1 weist einen
Ventilstößel 4 auf, welcher in einer Führung 8 im Zylinder
kopf längsbeweglich geführt ist. Der Ventilstößel 4 trägt
ein Verschlußglied 2, welches in der Schließstellung des
Ventils 1 auf einem Ventilsitz 3 im Endabschnitt des Ein
laßkanals 13 sitzt und durch Abheben von dem Ventilsitz 3
in die Öffnungsstellung bringbar ist.
Die Führung 8 des Ventilstößels 4 weist Elemente einer wei
ter unten näher erläuterten Vorrichtung zur Bestimmung der
Ventilstellung des Einlaßventils 1 auf, welche einen
elektrischen Stromkreis umfaßt, in dem mindestens eine
elektrische Größe von der Ventilstellung V beeinflußbar und
von einer Auswertungseinheit 5 erfaßbar ist. Die Auswer
tungseinheit 5 ist Teil einer Reglereinheit 21 für die Ge
mischbildung der Brennkraftmaschine 1. Der Eingang der Reg
lereinheit 1 ist dabei mit einem Drucksensor 15 in der Ein
laßleitung 13 und mit der Auswertungseinheit 5 verbunden.
Aus dem Drucksignal P2 des Drucksensors 15 und der vorlie
genden Ventilstellung V berechnet die Reglereinheit den
augenblicklich in den Brennraum 16 eintretenden Gasmassen
strom. Der Ausgang der Reglereinheit 21 ist über eine
Steuersignalleitung 20 mit dem Injektor 14 verbunden, und
auf der Grundlage des Gasmassenstroms erzeugt die Regler
einheit Stellsignale für den Injektor 14, um einen opti
malen Einspritzvorgang zu gewährleisten.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Ventilstößel
4 des Gaswechselventils 1 elektrisch isoliert geführt. Eine
elektrisch leitende Führungshülse 8 ist mit einer Isolier
hülse 9 aus elektrisch nicht leitfähigem Material in den
Zylinderkopf 23 eingesetzt. Die Führung 8 und der Ventil
stößel 4 sind elektrisch leitfähig über Schleifkontakt ver
bunden. Die Führung 8 und somit der Ventilstößel 4 sind
Teil eines elektrischen Stromkreises 6 und werden von einer
Spannungsquelle 22 mit einem höheren Potential beauf
schlagt, während der Zylinderkopf 23 das niedrigere
Potential bildet. In der Schließstellung des Ventils 1
schließt das Verschlußglied 2 nach Art eines Kontaktschal
ters durch den Kontakt mit dem Ventilsitz 3 den Stromkreis
6. Hebt das Verschlußglied 2 von dem Ventilsitz ab, so bil
den die bewegbaren Ventilteile und der Ventilsitz jeweils
Elektroden eines Kondensators, dessen Kapazität von der
Breite des Luftspalts zwischen dem Verschlußglied 2 und dem
Ventilsitz 3 bestimmt ist. Der kapazitive Widerstand des
Stromkreises 6 ändert sich mit dem Ventilhub und wird von
der Auswertungseinheit 5 erfaßt. Die Auswertungseinheit
ermittelt aus dem eingegebenen Wert der vorliegenden Kapa
zität die zugehörige Ventilstellung. Der Auswertungseinheit
5 ist ein Speicher 10 zugeordnet, in dem Wertepaare der
Kapazität als elektrischer Größe des Stromkreises und der
jeweils entsprechenden Stellung des Verschlußgliedes 2
abgelegt sind.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 durchsetzt der
Ventilstößel 4 eine elektromagnetische Spule 7, welche in
der Führung des Stößels aufgenommen ist. Der Ventilstößel 4
ist auf Höhe der Spule 7 mit einer umlaufenden Markierung
24 versehen, welche bei einer Bewegung des Ventilstößels 4
das Magnetfeld der Spule 7 beeinflußt. Im gezeigten Ausfüh
rungsbeispiel ist die Markierung als Nut ausgebildet. Der
Stößel kann jedoch auch vorteilhaft als Markierung mit
einem Absatz versehen sein, welcher ebenso von der Ober
fläche des Ventilstößels 4 abweicht und das Magnetfeld be
einflußt. Die Nut 24 ist derart angeordnet, daß sie über
den gesamten Ventilhub zwischen den Extremstellungen des
Verschlußgliedes 2 im Magnetfeld der Spule 7 verbleibt. Die
Spule 7 ist über eine elektrische Signalleitung mit der
Auswertungseinheit 5 verbunden, so daß die mit der Stößel
bewegung eintretende Veränderung des Magnetfeldes von der
Auswertungseinheit 5 erfaßbar ist. Die Stößelbewegung ist
proportional einer Änderung des induktiven Widerstandes im
Stromkreis der Spule 7, so daß die Auswertungseinheit 5 aus
dem eingegebenen Wert der Induktion die zugehörige Ventil
stellung ermitteln kann. In dem Speicher 10 sind Wertepaare
der induktiven Widerstände und der jeweils entsprechenden
Stellungen des Verschlußgliedes 2 abgelegt und zur be
darfsweisen Entnahme durch die Auswertungseinheit 5 bereit
gehalten.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Bestimmung der Öffnungs- und Schließ
zeitpunkte eines Ventils (1) mit einem längsgeführten
Verschlußglied (2), welches in der Schließstellung des
Ventils (1) auf einem Ventilsitz (3) sitzt und durch
Abheben von dem Ventilsitz (3) in die Öffnungsstellung
bringbar ist, mit einem elektrischen Stromkreis (6), in
dem mindestens eine elektrische Größe von der jeweili
gen Stellung des Verschlußgliedes (2) beeinflußbar und
von einer Auswertungseinheit (5) erfaßbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (2)
elektrisch isoliert geführt ist und eine Elektrode
eines Kondensators bildet, dessen andere Elektrode der
Ventilsitz (3) ist, und dieser Kondensator in dem
Stromkreis (6) derart angeschlossen ist, daß dessen Ka
pazität der Auswertungseinheit (5) eingebbar ist.
2. Vorrichtung zur Bestimmung der Öffnungs- und Schließ
zeitpunkte eines Ventils (1) mit einem längsgeführten
Verschlußglied (2), welches in der Schließstellung des
Ventils (1) auf einem Ventilsitz (3) sitzt und durch
Abheben von dem Ventilsitz (3) in die Öffnungsstellung
bringbar ist, mit einem elektrischen Stromkreis (6), in
dem mindestens eine elektrische Größe von der jeweili
gen Stellung des Verschlußgliedes (2) beeinflußbar und
von einer Auswertungseinheit (5) erfaßbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilstößel (4) des
Verschlußgliedes (2) eine elektromagnetische Spule (7)
durchsetzt und auf Höhe der Spule (7) eine Markierung
(24) trägt, durch die bei Bewegung des Ventilstößels
das Magnetfeld der Spule (7) beeinflußt wird, wobei die
Spule (7) über eine elektrische Signalleitung mit der
Auswertungseinheit (5) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (7) in einer Füh
rung (8) des Stößels (4) aufgenommen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (24) um
laufend und von der Oberfläche des Ventilstößels (4)
abweichend ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung als Nut (24)
ausgeführt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Auswertungseinheit (5)
ein Speicher (10) zugeordnet ist, in dem Wertepaare der
eingegebenen elektrischen Größe und der jeweils ent
sprechenden Stellung des Verschlußgliedes (2) abgelegt
sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Gaswechsel
ventil (1) einer Brennkraftmaschine (11) ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinheit (5)
Teil einer Reglereinheit (21) für einen oder mehrere
Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine ist, welche
von der Ventilstellung beeinflußbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8,
gekennzeichnet durch den Einsatz zur Regelung der Ge
mischzusammensetzung im Zylinder (17) der Brennkraft
maschine (11), wobei die Vorrichtung dem Einlaß-Gas
wechselventil (1) zugeordnet ist und die Reglereinheit
(21) an ihrem Ausgang über eine Steuersignalleitung
(20) mit einem Kraftstoffinjektor (14) und an ihrem
Eingang sowohl mit einem Drucksensor (15) in einer Ein
laßleitung (13) der Brennkraftmaschine (11) als auch
mit der Auswertungseinheit (5) verbunden ist.
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