DE19841660C2 - Anordnung zum berührungslosen Messen von Ventilbewegungen bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum berührungslosen Messen von Ven­ tilbewegungen bei Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Die Kenntnis der Ventilbewegung bei Brennkraftmaschinen ist in vielfacher Hinsicht von großem Nutzen. Insbesondere bei der Entwicklung neuer Motor­ konzepte mit entsprechenden Ventilsteuerungen ist eine derartige Kenntnis unbedingte Voraussetzung.

Es sind entsprechend einem intern bekannten, druckschriftlich nicht dokumen­ tierbaren Stand der Technik bereits eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, Ventilbewegungen zu erfassen. Ein Großteil der hierfür bekannten Sensoren ist jedoch sehr empfindlich gegenüber Öl, Schmutz sowie elektrischen Störfel­ dern, die insbesondere durch moderne Zündanlagen verursacht werden. Probleme bereiten bei den bekannten Sensoren auch Vibrationen und die Wärmeentwicklung bei der Befeuerung der Brennkraftmaschine. Einige Mess­ systeme 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 Ventileinlass­ bereich notwendig. Derartige Eingriffe wirken sich immer negativ auf die Zuverlässigkeit der erhaltenen Messergebnisse aus.

Wirbelstromsensoren für kontaktfreie Abstands- und Bewegungsmessungen sind bekannt (DD 252 063 A1) und für unterschiedliche Anwendungen einsetz­ bar, beispielsweise in der Feinwerktechnik der Unterhaltungselektronik (US 58 11 969) oder bei der Erfassung von Ventilstangenbewegungen mit zu­ sätzlichen Hilfsmitteln, wie metallischen Keilen und Kurvenscheiben (DE 42 39 635 A1). Zudem ist eine elektromagnetische Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine bekannt (US 55 96 956) mit einem nicht näher spezi­ fizierten Ventilstellungssensor, der entfernt vom Ventilschaft angeordnet ist und mit einer ventilschaftbetätigten Magnetscheibe zusammenwirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zum berührungslo­ sen Messen 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,

Fig. 3 verschiedene Nutenformen.

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 weit 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 der Bewegungen von Ventilen, die der Befeuerung einer Brennkraftmaschine ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirbelstromsensor (10) unmittelbar gegenüber einem Schaft (1) des Ventils 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.