DE19841660A1 - Anordnung zum berührungslosen Messen von Ventilbewegungen bei Brennkraftmaschinen - Google Patents
Anordnung zum berührungslosen Messen von Ventilbewegungen bei BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Bei einer Anordnung zum berührungslosen Messen von Ventilbewegungen bei Brennkraftmaschinen ist ein Wirbelstromsensor (10) vorgesehen, der unmittelbar gegenüber einem Ventilschaft (1) angeordnet ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, den absoluten Ventilhub bzw. die Ventildrehung zu erfassen. Hierfür sind nur geringfügige Änderungen am Ventilschaft (1) notwendig. Die Meßwerterfassung kann auch bei einer Befeuerung der Brennkraftmaschine erfolgen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum berührungslosen Messen von
Ventilbewegungen bei Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Die Kenntnis der Ventilbewegung bei Brennkraftmaschinen ist in vielfacher
Hinsicht von großem Nutzen. Insbesondere bei der Entwicklung neuer
Motorkonzepte mit entsprechenden Ventilsteuerungen ist eine derartige
Kenntnis unbedingte Voraussetzung.
Es sind bereits eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt Ventilbewegungen
zu erfassen. Ein Großteil der hierfür bekannten Sensoren ist jedoch sehr
empfindlich gegenüber Öl, Schmutz sowie elektrischen Störfelder, die
insbesondere durch moderne Zündanlagen verursacht werden.
Probleme bereiten bei den bekannten Sensoren auch Vibrationen und die
Wärmeentwicklung bei der Befeuerung der Brennkraftmaschine. Einige
Meßsysteme sind bei einer Befeuerung prinzipiell nicht einsetzbar.
Zum Teil verlangen die Meßsysteme erhebliche Veränderungen am Ventil
selbst, was sich u. a. in einer Änderung der bewegten Masse auswirkt und
damit das Meßergebnis verfälscht. Zudem sind erhebliche Eingriffe in die
thermodynamischen und strömungstechnischen Verhältnisse im
Ventileinlaßbereich notwendig. Derartige Eingriffe wirken sich immer negativ
auf die Zuverlässigkeit der erhaltenen Meßergebnisse aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Anordnung zum
berührungslosen Messung von Ventilbewegungen bei Brennkraftmaschinen
zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, die
insbesondere gegen Verschmutzung, Öl und elektrische Störfelder
unempfindlich ist, und die sich leicht bei vorhandenen Brennkraftmaschinen
einsetzen läßt und die auch eine Messung unter Befeuerung der
Brennkraftmaschine ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, einen an sich bekannten
Wirbelstromsensor unmittelbar gegenüber eines Ventilschaftes vorzusehen.
Durch Nuten am Ventilschaft selbst lassen sich einfache Markierungen
erzeugen, die vom Wirbelstromsensor erfaßt werden.
Mit Hilfe derartiger Wirbelstromsensoren ist eine hochgenaue Messung der
Ventilbewegung möglich, die nur geringfügige Änderungen am Ventil selbst
notwendig macht. Gleichzeitig sind derartige Wirbelstromsensoren
unempfindlich gegenüber Öl, Schmutz und elektrischer Störfelder.
Aufgrund der Robustheit derartiger Wirbelstromsensoren und aufgrund der
Einfachheit des Meßprinzips lassen sich auch Messungen am befeuerten
Motor durchführen.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 Ventilanordnung einer Brennkraftmaschine mit
erfindungsgemäßen Wirbelstromsensor im Schnitt
Fig. 2 Meßprinzipdarstellung eines Wirbelstromsensors.
In Fig. 1 ist eine Ventilanordnung mit einem Ventilschaft 1, das in einer
Ventilführung 2 geführt wird, dargestellt. Die Ventilführung 2 ist in einem
nicht näher dargestellten Zylinderkopf 3 einer Brennkraftmaschine
angeordnet. Zur Abstützung einer Ventilfeder 5 weist der Zylinderkopf 3 eine
Nut 4 auf. Am oberen Ende des Ventils 1 ist ein Ventilteller 6 angeordnet, an
dem sich die Ventilfeder 5 abstützt. In der Ventilführung 2 verläuft eine
Bohrung 2a, in die ein Wirbelstromsensor 10 eingesetzt ist. Dadurch ist der
Wirbelstromsensor 10 sicher, einfach und zuverlässig am Zylinderkopf
fixiert. Der Wirbelstromsensor 10 ist unmittelbar gegenüber dem Ventilschaft
1 angeordnet. Vom Wirbelstromsensor 10 führt eine Verbindungsleitung 11
zu einer Auswerteeinheit 12.
In Fig. 2 ist das Meßprinzip des Wirbelstromsensors 10 dargestellt. Dem
Kopf 10a des Wirbelstromsensors 10 liegt unmittelbar der Ventilschaft 1
gegenüber. Der Ventilschaft 1 weißt eine Nut 20 auf. Bei einer Bewegung
des Ventilschaftes 1 in Pfeilrichtung ändert sich der Abstand d zwischen
Sensorkopf 10a und Ventilschaft 1. Das Meßsignal des Wirbelstromsensors
10 hängt ab von der Induktivität L einer nicht dargestellten Spule, die sich im
Sensorkopf 10a befindet. Durch die Abstandsänderung ändert sich die
Induktivität L und verursacht so eine Meßsignaländerung, aus der sich der
Abstand d bestimmen läßt.
In Fig. 2 ist auch der Verlauf des Meßsignals, das durch den
Wirbelstromsensor 10 aufgenommen wird, näher dargestellt. Im Bereich der
Kanten 21a bzw. 21b erfolgt eine Änderung des Meßsignals, die mit A bzw.
B bezeichnet ist. Bleibt der Abstand d zwischen Sensorkopf 10a und
Ventilschaft 1 konstant, so ändert sich das Meßsignal nicht. Der Bereich
zwischen den Punkten x1 und x2 im Meßsignal A bestimmt im wesentlichen
die Auflösung des Wirbelstromsensors 10.
In Fig. 3 sind verschiedene Nutformen dargestellt, die dem entsprechend
gewünschten Meßergebnis angepaßt sind. Die Nuten müssen bestimmte
geometrische Bedingungen erfüllen, um ein interpretierbares Meßsignal zu
erhalten. So müssen vor allem Nutbreite und Sensorbreite d. h. die Breite
des Sensorkopfes 10 in einem gewissen Verhältnis stehen. Ist die
Sensorbreite größer als die Nutbreite so läßt sich aus dem Meßsignal nicht
mehr eine Abstandsänderung ermitteln. Fig. 3a zeigt mehrere Ringnuten
R im Ventilschaft 1. Durch Anordnung mehrerer solcher parallelen
Ringnuten R, läßt sich der absolute Ventilhub des Ventilschafts 1
bestimmen. Als Referenzpunkt ist eine Referenznut Rf vorgesehen, die zur
Unterscheidung eine etwas größere Längsausdehnung aufweist.
Fig. 3b zeigt anstatt Ringnuten R Längsnuten L im Ventilschaft 1. Mit Hilfe
derartiger Längsnuten L läßt sich die Ventildrehung um die Längsachse des
Ventilschafts 1 bestimmen.
Fig. 3c zeigt eine Anordnung von zwei gegenüberliegenden
Wirbelstromsensoren 10 und 30. Mit Hilfe einer derartigen Anordnung der
Wirbelstromsensoren läßt sich das Ventilspiel, d. h. Bewegung des Ventils
senkrecht zur Längserstreckung des Ventilschafts 1, aufnehmen.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß
eine Aufnahme der Meßwerte unter realen Betriebsbedingungen bei einer
Befeuerung der Brennkraftmaschine möglich ist.
Die notwendigen Änderungen am Ventilschaft 1 sind so geringfügig, daß sie
die Meßergebnisses nicht beeinträchtigen. Durch einfachen Austausch
eines Ventils mit Längsnuten statt Quernuten kann das gewünschte
Meßergebnis (Ventilhub bzw. Ventildrehung) erhalten werden.
Der Wirbelstromsensor 10 bzw. 30 arbeitet berührungslos, so daß
aufwendige Justageeinstellungen entfallen.
Die Meßwertaufnahme ist somit äußerst einfach und dadurch sehr
zuverlässig.
Claims (5)
1. Anordnung zum berührungslosen Messen von Ventilbewegungen bei
Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Wirbelstromsensor (10) unmittelbar gegenüber einem Ventilschaft (1)
angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wirbelstromsensor (10) in eine Bohrung (2a) einer Ventilführung (2)
eingesetzt ist.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß am Ventilschaft (1) Ringnuten R vorgesehen sind.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß am Ventilschaft (1) Längsnuten L vorgesehen sind.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei Wirbelstromsensoren (10, 30) einander
gegenüberliegend am Ventilschacht (1) angeordnet sind.
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