DE19913868C1

DE19913868C1 - Position sensor for detecting momentary position of body e.g. in gas exchange valve or fuel injection valve

Info

Publication number: DE19913868C1
Application number: DE19913868A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Renz; Markus Vester; Peter Henninger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2019-03-27

Abstract

The inductance of a coil (8) is changed due to the stroke movement of a body (1). The coil is part of a resonant circuit, whose resonance characteristics provide the position signal. In addition to the inductance, capacitive changes in resonant circuit also take place in response to the stroke movement. The changes in inductance and the changes in capacitance caused by the stroke movement are set in proportion to each other so that the LC product or L/C quotient remains constant.

Description

Zum Stand der Technik gehört der Entwicklungstrend, die Gas wechselventile und/oder die Kraftstoff-Einspritzdüsen, je weils bei Brennkraftmaschinen, betriebsbedingt abhängig va riabel zu steuern, insbesondere um einen höheren Wirkungsgrad und/oder verminderte Schadstoffemission zu erzielen. In Ent wicklung begriffen ist der Ersatz der bisher verwendeten Noc kenwelle für den Ventilantrieb einer Brennkraftmaschine durch Antrieb dieser Ventile mittels elektromagnetischer Aktuato ren. Damit kann jedes einzelne Ventil einen gesonderten Ak tuator erhalten. Dieser kann mittels einer Steuereinheit den Betriebsbedingungen angepaßt so betrieben werden, daß nicht nur zu wählbarem Zeitpunkt sondern auch mit zeitlicher vor gebbarem Verlauf das Öffnen und Schließen des jeweiligen Ven tils erfolgt. Entsprechendes gilt auch für Einspritzventile und deren Steuerung.The state of the art includes the development trend, the gas shuttle valves and / or the fuel injectors, each Weil with internal combustion engines, depending on operational reasons, above all controllable, especially for higher efficiency and / or to achieve reduced pollutant emissions. In Ent The replacement of the previously used Noc kenwelle for the valve drive of an internal combustion engine These valves are driven by means of electromagnetic actuators ren. This means that each individual valve can have a separate Ak receive tuator. This can by means of a control unit Operating conditions adapted to be operated so that not only at a selectable time but also with a time before definable course the opening and closing of the respective Ven tils is done. The same applies to injection valves and their control.

In 2244 Research Disclosure, 352 (August 1993) Emsworth, GB, sind nähere Einzelheiten zur Problematik einer Ventilsteue rung mit elektromagnetischem Antrieb beschrieben, wobei sich diese Veröffentlichung insbesondere mit der mathematischen Funktion der Auslenkung und Steuerung eines derart angetrie benen Ventils befaßt. Es ist dort ein Algorithmus angegeben und auf einen weiteren anderen Algorithmus, beschrieben in der US-A-4761595, hingewiesen.In 2244 Research Disclosure, 352 (August 1993) Emsworth, GB, are more details on the problem of valve timing tion described with electromagnetic drive, where this publication especially with the mathematical Function of the deflection and control of such a drive valve concerned. An algorithm is specified there and another other algorithm described in US-A-4761595.

Für die Ausführung einer solchen Ventilsteuerung ist das Vor handensein eines Positionssensors unabdingbar, mit dem eine augenblickliche Ventilstellung im Ablauf der Steuerung erfaßt werden kann. Solche Positionssensoren und deren Betriebs- und Arbeitsweise sind beschrieben in EP-A-0717172 (= 2), in DE-A- 195 18 056 (= 3), in WO-98/36160 (= 4), in US-A-5570015 (= 5), und z. B. in DE-A-44 38 059 (= 6). For the execution of such a valve control is the front presence of a position sensor with which one instantaneous valve position detected in the control process can be. Such position sensors and their operating and Operation are described in EP-A-0717172 (= 2), in DE-A- 195 18 056 (= 3), in WO-98/36160 (= 4), in US-A-5570015 (= 5), and Z. B. in DE-A-44 38 059 (= 6).

In (2) ist ein Positionssensor beschrieben, der zur Kontrol le, ob ein jeweiliges Ventil tatsächlich geschlossen ist, dient. Einen dagegen diffizileren Aufbau beschreibt (3), und zwar einen Sensor mit speziellen Polnasen eines Magnetsen sors. In (4) ist dagegen ein solcher Sensor beschrieben, der mit dem GMR-(Giant Magnetic Resistance)-Effekt arbeitet. Auch die (5) beschreibt einen magnetoresistiven Sensor für einen Positionssensor, wobei auch hier die Änderung der Richtung eines magnetischen Flusses, bezogen auf die Ebene des magne toresistiven Element als Meßgröße erfaßt wird.In (2) a position sensor is described, which is used for control le whether a respective valve is actually closed, serves. A more difficult structure is described by (3), and a sensor with special pole noses of a magnet sors. In (4), however, such a sensor is described, the works with the GMR (Giant Magnetic Resistance) effect. Also (5) describes a magnetoresistive sensor for one Position sensor, with the change of direction of a magnetic flux related to the level of the magne toresistive element is detected as a measured variable.

In diesem genannten Stand der Technik ist darauf hingewiesen, daß Schwierigkeiten zu bewältigen sind, die durch das Vorhan densein der starken magnetischen Streufelder der elektroma gnetischen Aktuatoren der Ventilantriebe bedingt sind. Die jeweilige Öffnungsstellung eines z. B. Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine festzustellen, d. h. ein exaktes Erfassen der tatsächlichen Position des Ventils zu erreichen, bzw. diesbezüglich erforderlich hohe Meßgenauigkeit zu haben, be darf spezieller Maßnahmen. Es können dies z. B. besonders ent wickelte magnetische Abschirmungen sein. Hohe Meßgenauigkeit ist nämlich insbesondere im Bereich der Ventilstellung erfor derlich, in der sich das Ventil nahe der Position "geschlos sen" befindet. Der Verlauf der Position bzw. der Geschwindig keitsverlauf der Bewegung des Ventils nahe dem Schließen des selben muß insbesondere deshalb besonders exakt gesteuert werden können, um ein "weiches" Aufsetzen des Ventiltellers auf dem Ventilsitz zu erreichen, nämlich wie dies mit dem konventionellen Nockenwellenantrieb bekanntermaßen zur Geräu schminderung und Lebensdauererhöhung des Ventils erzielbar ist.In this prior art it is pointed out that there are difficulties to be overcome by the existing the strong magnetic stray fields of the electroma gnetischen actuators of the valve drives are caused. The respective open position of a z. B. gas exchange valve one Determine internal combustion engine, d. H. an exact detection to reach the actual position of the valve, or in this regard required to have high measurement accuracy, be may take special measures. It can e.g. B. especially ent be wrapped magnetic shields. High measuring accuracy is especially needed in the area of the valve position in which the valve is close to the position "closed sen ". The course of the position or the speed movement of the valve near the closing of the valve The same must therefore be controlled particularly precisely can be a "soft" placement of the valve plate to achieve on the valve seat, namely like this with the conventional camshaft drive is known to make noise The valve can be reduced and the service life increased is.

In der Druckschrift (6) ist ein Sensor zur meßtechnischen Er fassung lediglich der Hubbewegungen, genauer des Hubverlaufs und/oder der Geschwindigkeit, eines jedoch mit (konventionel ler) Nockenwelle angetriebenen Ventils beschrieben. Im we sentlichen ist die dort angegebene Einrichtung dahingehend ausgebildet, den Einfluß der bei einer Brennkraftmaschine auftretenden hohen Temperaturunterschiede auf die Meßergeb nisse zu kompensieren. Der dort für die Erfassung der Hubbe wegung des Nockenwellen-angetriebenen Ventils vorgesehene Sensor umfaßt eine Spule, die mit Gleichstrom zur Erzeugung eines Permanentmagnetfeldes oder mit Wechselstrom impulsweise zu speisen ist, und einen Spulenkern. Dieser Spulenkern ist ein Anteil des Ventilschaftes. Im Bereich der Spule besteht der Ventilschaft aus in Axialrichtung magnetisch oder elekt risch leitend voneinander unterschiedlichen Werkstoffen. Bei der Hubbewegung des Ventils wird die Stelle des Übergangs vom einen zum anderen Werkstoff im Bereich der Spule in Axial richtung hin und her bewegt. Dies ergibt eine wegen sich än dernder magnetischer Flußführung bzw. Flußverdrängung zu mes sende Veränderung der Impedanz der Magnetspule. Um eine Tem peraturkompensation des temperaturabhängigen elektrischen Wi derstandes der Spule entbehrlich zu machen, ist für die aus (6) bekannte Anordnung vorgeschlagen, den Magnetkreis, beste hend aus Spule und Ventilschaft als seinen Ort ändernder Kern der Spule, in Resonanz als Schwingkreis zu betreiben und die auftretende Änderung der Resonanzfrequenz als Maß für den Ventilhub zu erfassen. Der Magnetkreis soll also in Resonanz frequenz betrieben werden und die Änderung der Stellung des Kerns als auftretende Änderung der Resonanzfrequenz ausgewer tet werden. Angaben, einen Kondensator zusätzlich zu verwen den, sind nicht gemacht. Für eine Messung/Feststellung einer momentanen Position des Ventils ist der Druckschrift (6) kein Hinweis zu entnehmen.In the document (6) is a sensor for measuring Er Only the stroke movements, or more precisely the stroke, are recorded and / or the speed, but one with (conventional ler) described camshaft driven valve. In the we The facility specified there is significant trained the influence of an internal combustion engine occurring high temperature differences on the measured results to compensate for. The one there for capturing the hubbe provided movement of the camshaft-driven valve Sensor includes a coil that generates direct current a permanent magnetic field or with alternating current in pulses is to be fed, and a coil core. This coil core is a portion of the valve stem. There is in the area of the coil the valve stem from magnetic or elect in the axial direction materials that are different from each other. At the stroke of the valve becomes the point of transition from one to the other material in the area of the coil in axial moving back and forth. This results in a change changing magnetic flux control or flux displacement to mes send change in the impedance of the solenoid. To a tem temperature compensation of the temperature-dependent electrical Wi To make the coil unnecessary is out of the question (6) known arrangement suggested the magnetic circuit, best consisting of coil and valve stem as the core that changes its location the coil to operate in resonance as a resonant circuit and the occurring change in the resonance frequency as a measure of the Detect valve lift. The magnetic circuit is said to resonate frequency operated and the change in the position of the Kerns as the occurring change in the resonance frequency selected be tested. Information on additionally using a capacitor that are not made. For a measurement / determination of a The current position of the valve is no document (6) Take note.

Darüber hinaus ist der GB 2 270 384 A ein variables Oszilla torsystem mit Oszillator und Verstärker zu entnehmen, wobei der Verstärker mit einem Resonanzschwingkreis verbunden ist. Dieser Resonanzschwingkreis weist eine Induktivität und eine Kapazität auf. Durch die Induktivität und die Kapazität die ses Resonanzschwingkreises beeinflussende Signale ist die Re sonanzfrequenz veränderbar. Mit dem Oszillatorsystem ist ein Impedanzunterschied eines Impedanzkreises in eine Differenz von zwei Frequenzen umzuwandeln.GB 2 270 384 A is also a variable oscillator gate system with oscillator and amplifier, whereby the amplifier is connected to a resonant circuit. This resonant circuit has one inductance and one Capacity on. Due to the inductance and the capacitance The signal influencing its resonant circuit is the Re changeable resonance frequency. With the oscillator system is a Impedance difference of an impedance circuit into a difference convert from two frequencies.

Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, mit denen bei einem mit Resonanzfrequenz betriebenen Positionssensor eine erhöhte Meßgenauigkeit erzielt werden kann.The object of the invention is to provide measures with which with a position sensor operated with resonance frequency increased measurement accuracy can be achieved.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst und in den Unteransprüchen sind Maßnahmen für Weiter bildungen der Erfindung genannt. This object is achieved with the features of claim 1 resolved and in the subclaims are measures for further called formations of the invention.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die für die Messung des Sen sorwerts relevanten Teile des Resonanzschwingkreises, d. h. den induktiven Anteil einerseits und den kapazitiven Anteil andererseits jeweils konstruktiv derart auszubilden, daß im Verlauf der Hubbewegung des Ventils bzw. im Verlauf eines ausgewählten, interessierenden Bereichs der Hubbewegung des selben der induktive Anteil L und der kapazitive Anteil C des gebildeten Resonanzschwingkreises sich jeweils derart ver laufsbedingt ändern, daß entweder (= Variante 1) die Schwing kreis-Resonanzfrequenz f_R proportional (1/LC)^1/2 innerhalb des vorgesehenen Sensor-Meßbereichs von der jeweiligen Stellung des Hubes unabhängig wenigstens nahezu konstant bleibt, oder daß (= Variante 2) innerhalb dieses Meßbereiches der Reso nanzwiderstand R_R = proportional (L/C)^1/2 konstant bleibt.According to the invention, the parts of the resonant circuit relevant for the measurement of the sensor value, that is to say the inductive component on the one hand and the capacitive component on the other hand, each be designed constructively such that in the course of the lifting movement of the valve or in the course of a selected, interesting region of the lifting movement of the same the inductive portion L and the capacitive portion C of the resonant circuit formed change in each case due to the fact that either (= variant 1) the resonant resonance frequency f _R proportional (1 / LC) ^1/2 within the intended sensor measuring range of the respective position of the stroke remains at least almost constant independently, or that (= variant 2) the resonance resistance R _R = proportional (L / C) ^1/2 remains constant within this measuring range.

Erfindungsgemäß wird bei der ersten Variante der Schwingkreis mit genau dieser Resonanzfrequenz angeregt und die mit dem Positionssensor zu erfassende Position des Hubes des Ventils ergibt sich aus einer Veränderung des Resonanzwiderstandes R_R. Das heißt, daß der Sensor bei konstanter Frequenz ein Hub-abhängiges Amplitudensignal entsprechend der augenblick lichen Ventilposition liefert. Der Vorteil dieser ersten Va riante ist, daß man eine vergrößerte Amplitudenänderung des Signals abhängig von der Positionsveränderung des Ventils er hält.According to the invention, in the first variant the resonant circuit is excited with precisely this resonance frequency and the position of the stroke of the valve to be detected with the position sensor results from a change in the resonance resistance R _R. This means that the sensor delivers a stroke-dependent amplitude signal corresponding to the current valve position at a constant frequency. The advantage of this first variant is that an increased amplitude change of the signal depends on the change in position of the valve.

Bei der zweiten Variante bleibt der Resonanzwiderstand R_R des Schwingkreises des Sensors konstant und der Schwingkreis wird als freischwingender Oszillator betrieben. Die bei Verände rung der Ventilstellung sich ergebende augenblickliche Schwingungsfrequenz gibt die gleichzeitige Stellung des Ven tils wieder. Vorteilhafterweise erreicht man mit dieser Maß nahme eine größere Frequenzänderung für ein konstruktiv vor gegebenes Maß der Stellungsänderung des Ventils.In the second variant, the resonance resistance R _{R of} the resonant circuit of the sensor remains constant and the resonant circuit is operated as a free-running oscillator. The instantaneous oscillation frequency resulting from the change in the valve position reflects the simultaneous position of the valve. Advantageously, with this measure, a greater frequency change is achieved for a constructively given measure of the change in position of the valve.

Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus der nachfolgen den Beschreibung zu den Figuren hervor.Further explanations of the invention follow from the following the description of the figures.

Fig. 1 zeigt ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausführung. Fig. 1 shows a first example of an embodiment of the invention.

Fig. 1a und 1b zeigen ein Prinzipbild zur ersten und zur zweiten Variante der Erfindung. Fig. 1a and 1b show a schematic image to the first and second variant of the invention.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen jeweilige weitere Ausführungsfor men. Figs. 2 to 5 show respective further Ausführungsfor men.

Fig. 6 zeigt einen prinzipiellen bekannten Aufbau. Fig. 6 shows a basic known structure.

Die Fig. 6 zum Stand der Technik zeigt mit 1 bezeichnet ein Gaswechselventil mit einem Ventilteller 2, dem Ventilschaft 3 und einem Nocken 40 zum Antrieb der Hubbewegung 5 zum Öffnen und Schließen des Ventils. Mit 6 ist die Ventilfeder mit dem Federteller 7 bezeichnet. Mit 8 ist eine für bekannte Positi onssensoren einschlägiger Art verwendete Magnetspule bezeich net. In deren Spuleninneres hinein oder durch dieses hindurch ragt bzw. Verläuft ein Anteil des Ventilschaftes 3, wie dies der Figur zu entnehmen ist. Nach der oben genannten DE-A- 44 38 059 besteht der Ventilschaft materialmäßig, insbesondere einstückig aus einem Anteil 3a und einem Anteil 3b. Die Mate rialien dieser beiden Anteile unterscheiden sich hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit und/oder magnetischen Per meabilität. Der Übergangsbereich zwischen diesen beiden Mate rialien 3a und 3b, mit 3c bezeichnet, befindet sich an vorzu gebendem Ort innerhalb des Spuleninneren. Eine in Hubrichtung 5 im Betrieb des Ventils erfolgende Hin- und Herbewegung der Position dieses Übergangsbereichs führt in der Spule 8 zu ei ner Induktivitätsänderung. Zur Vervollständigung des im Stand der Technik angegebenen Schwingkreises ist zu dieser Spule 8 ein Kondensator 10 parallelgeschaltet (oder auch nicht darge stellt in Reihe geschaltet) hinzugefügt. Die mit einer bei Hubbewegung 5 des Ventils bewirkte Änderung der Induktivität der Spule 8 führt zu einer Veränderung der Resonanz des Schwingkreises aus Spule 8 und Kondensator 10. Diese Reso nanzfrequenzänderung wird als Signal des Hubverlaufs ausge wertet. FIGS. 6 to the prior art is shown with 1 denotes a gas exchange valve with a valve plate 2, the valve shaft 3 and a cam 40 for driving the lifting movement 5 for opening and closing the valve. With 6 the valve spring is designated with the spring plate 7 . 8 with a magnet coil used for known position sensors of the relevant type is designated net. A portion of the valve stem 3 protrudes or extends into or through the coil interior thereof, as can be seen in the figure. According to DE-A-44 38 059 mentioned above, the valve stem is made of material, in particular in one piece from a portion 3 a and a portion 3 b. The materials of these two parts differ in terms of their electrical conductivity and / or magnetic permeability. The transition area between these two mate rials 3 a and 3 b, designated 3 c, is located at a predetermined location within the coil interior. A back and forth movement of the position of this transition region taking place in the stroke direction 5 during operation of the valve leads to a change in inductance in the coil 8 . To complete the resonant circuit specified in the prior art, a capacitor 10 is connected in parallel to this coil 8 (or is not shown in series). The change in the inductance of the coil 8 caused by the stroke movement 5 of the valve leads to a change in the resonance of the resonant circuit comprising the coil 8 and the capacitor 10 . This resonance frequency change is evaluated as a signal of the stroke curve.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß sich mit der Hubbewe gung 5 nicht nur die Induktivität der Spule 8 verändert, z. B. vergrößert, sondern daß sich erfindungsgemäß gleichermaßen auch die Kapazität des Kondensators 10 verändert, z. B. ver mindert. Damit kann hubunabhängig das Produkt aus Induktivi tät L und Kapazität C und damit die Resonanzfrequenz f_R von der Hubbewegung 5 unbeeinflußt konstant gehalten werden. Die in Fig. 1a angegebenen, die Veränderbarkeit anzeigenden Pfeile zur Spule 8 und zum Kondensator 10 verdeutlichen dies. Das bei dieser erfindungsgemäßen ersten Variante zu erhalten de Sensorsignal ist die mit der Hubbewegung 5 einhergehende Änderung des Resonanzwiderstandes R_R, d. h. die Auswertung er gibt ein von der Hubbewegung 5 abhängig amplitudenverändertes Signal mit konstant bleibender (Resonanz-)Frequenz.It is provided according to the invention that not only the inductance of the coil 8 changes with the Hubbewe supply 5 , z. B. enlarged, but that according to the invention also changes the capacitance of the capacitor 10 , z. B. ver reduced. This means that the product of inductivity L and capacitance C and thus the resonance frequency f _R can be kept constant unaffected by the stroke movement 5 regardless of the stroke. The arrows for the coil 8 and the capacitor 10 indicated in FIG. 1 a, which indicate the variability, illustrate this. The sensor signal to be obtained in this first variant according to the invention is the change in the resonance resistance R _R associated with the stroke movement 5 , ie the evaluation gives an amplitude-dependent signal with a constant (resonance) frequency depending on the stroke movement 5 .

Die Fig. 1b zeigt das Prinzip, daß sich die Induktivität und die Kapazität bei Hubbewegung 5 gleichsinnig ändern. In die sem Falle kann der Quotient aus der Induktivität L und der Kapazität C konstant gehalten werden und die sich ändernde Resonanzfrequenz f_R ist das Sensorsignal bei konstant blei bendem Resonanzwiderstand. FIG. 1b shows the principle that the inductance and the capacitance at 5 reciprocating motion to change in the same direction. In this case, the quotient of the inductance L and the capacitance C can be kept constant and the changing resonance frequency f _R is the sensor signal with the resonance resistance remaining constant.

Fig. 1 zeigt als Beispiel einen konstruktiven Aufbaus zur vorliegenden Erfindung. Zur Fig. 6 beschriebene Einzelheiten und verwendete Bezugszeichen gelten zumindest sinngemäß auch für die Fig. 1 (und die weiteren Figuren). Für die Ausfüh rung nach Fig. 1 ist ein hinsichtlich seiner Kapazität C mit der Hubbewegung 5 veränderbarer Plattenkondensator 10 ge zeigt. Anstelle eines Plattenkondensators mit gegeneinander bewegbaren Platten kann auch jeglicher anderer von der Hubbe wegung 5 abhängig seine Kapazität C ändernder Kondensator vorgesehen sein, z. B. in der Form eines Kondensators mit topfförmigen, gegeneinander bewegbaren, ineinander greifenden Kondensatorelektroden. Eine erste, mit dem Ventilschaft 3 hub-bewegliche Elektrode des Kondensators 10 ist mit 11 be zeichnet. Die zweite, feststehende (Gegen-)Elektrode ist mit 12 bezeichnet. Wie aus der Figur ersichtlich, ändert sich mit der Hubbewegung 5 des Ventilschafts 3 der Abstand zwischen diesen beiden Elektroden 11 und 12 und damit der Kapazitäts wert C. Wie dargestellt, bilden die Spule 8 und der Kondensa tor 10 lediglich als Beispiel einen Reihenresonanzkreis in Bezug auf das über die Leitungen 13 angeschlossene Meß- und Auswertegerät 14. Fig. 1 shows as an example a constructive structure of the present invention. Details and reference numerals used for FIG. 6 also apply, at least analogously, to FIG. 1 (and the other figures). For exporting tion of FIG. 1 is a variable in the capacitance C with the lifting movement of the plate capacitor 5 shows ge 10. Instead of a plate capacitor with mutually movable plates can also any other depending on the Hubbe 5 movement its capacitance C changing capacitor can be provided, for. B. in the form of a capacitor with cup-shaped, mutually movable, interlocking capacitor electrodes. A first, with the valve stem 3 stroke-movable electrode of the capacitor 10 is 11 be distinguished. The second, fixed (counter) electrode is designated by 12 . As can be seen from the figure, with the stroke movement 5 of the valve stem 3, the distance between these two electrodes 11 and 12 and thus the capacitance value C. As shown, the coil 8 and the capacitor 10 form a series resonant circuit with reference only as an example to the measuring and evaluation device 14 connected via the lines 13 .

Eine Abstandsvergrößerung der Kondensatorelektroden 11 und 12 voneinander führt zu einer Kapazitätsverringerung. Eine In duktivitätsvergrößerung wird erreicht, wenn - hinsichtlich der Permeabilität betrachtet - der höherpermeable Anteil des Ventilschafts 3 tiefer in das Spuleninnere bei der Hubbewe gung 5 eintritt. Die Induktivitätsvergrößerung der Spule 8 hängt also von der hubbedingten Verlagerung des oben erwähn ten Übergangsbereichs 3c zwischen z. B. dem Material mit hoher Permeabilität (z. B. 3a) und dem Material mit niedriger Per meabilität (z. B. 3b) ab. Bei dieser Konstellation wird also bei Bewegung des Ventils 1 in der Figur nach unten mit dem tieferen Eindringen des höherpermeablen Materialanteils 3a die Induktivität der Spule erhöht und gleichzeitig infolge verringerter Nähe der Kondensatorelektroden 11 und 12 zuein ander die Kapazität des Kondensators 10 verringert (Fig. 1a). Bei jeweils so groß bemessener Induktivitätsänderung und Kapazitätsänderung, bei denen das Produkt L . C stets kon stant bleibt, liefert das Meß- und Auswertegerät 14 ein reso nanzfrequenzkonstantes, amplitudenmoduliertes Ausgangssignal.An increase in the distance between the capacitor electrodes 11 and 12 leads to a reduction in capacitance. An increase in ductility is achieved when - in terms of permeability - the more permeable part of the valve stem 3 enters deeper into the coil interior during the stroke movement 5 . The inductance increase of the coil 8 thus depends on the stroke-related shift of the above-mentioned transition region 3 c between z. B. the material with high permeability (z. B. 3 a) and the material with low per meability (z. B. 3 b). In this constellation, when the valve 1 moves downward in the figure with the deeper penetration of the higher permeable material portion 3 a, the inductance of the coil is increased and at the same time the capacitance of the capacitor 10 is reduced due to the reduced proximity of the capacitor electrodes 11 and 12 ( FIG. 1a). With such a large change in inductance and change in capacitance in which the product L. C always remains constant, the measuring and evaluation device 14 delivers a resonance frequency constant, amplitude-modulated output signal.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem topfför migen Kondensator 10' mit hubbewegter Topfelektrode 11' und feststehender Topf-Elektrode 12'. Hier vergrößert sich die Kapazität bei Hubbewegung 5 nach unten (= Öffnen des Ventils) und die Änderungen von Induktivität und Kapazität sind wieder so ausgewählt bemessen, daß bei Hubbewegung der Quotient aus L und C konstant bleibt (Fig. 1b) mit frequenzmoduliertem Ausgangssignal bei konstantem Resonanzwiderstand, d. h. ohne Amplitudenmodulation. Die Fig. 2 zeigt im übrigen eine Par allelschaltung von Kondensator und Spule. Fig. 2 shows an embodiment with a potfför shaped capacitor 10 'with stroke-moving top electrode 11 ' and fixed pot electrode 12 '. Here the capacity increases with stroke movement 5 downwards (= opening the valve) and the changes in inductance and capacity are selected so that the quotient of L and C remains constant during the stroke movement ( Fig. 1b) with frequency-modulated output signal at constant Resonance resistance, ie without amplitude modulation. Fig. 2 shows the rest of a parallel circuit of capacitor and coil.

Durch entsprechende Bemessungen von Spule, Kondensator, Maß der Permeabilität und Eintauchtiefe in der Ausgangsposition läßt sich somit erreichen, daß die quantitative wegabhängige Änderung von L und C entweder hinsichtlich des Quotienten oder hinsichtlich des Produkts aus L und aus C hubunabhängig ist. Bei den Ausführungen der Fig. 1 und 2 beruht die In duktivitätsänderung auf magnetischer Flußführung.Appropriate measurements of the coil, capacitor, degree of permeability and immersion depth in the starting position can thus achieve that the quantitative path-dependent change of L and C is either stroke-independent with regard to the quotient or with respect to the product of L and C. In the embodiments of FIGS. 1 and 2, the change in ductility is based on magnetic flux guidance.

Sogar von Vorteil ist es, für die Induktivitätsänderung das Prinzip veränderbarer Flußverdrängung zu nutzen. Anstelle in die Spule 8 permeables Material mehr oder weniger weit hin einzuführen, wird die veränderte Flußverdrängung durch mehr oder weniger tiefes Einführen von elektrisch gut leitendem Material bewirkt, in dem sich entsprechend hochfrequente Wir belströme im Feld der Spule 8, abhängig von der jeweiligen Eintauchtiefe dieses elektrisch leitfähigen Materials in das Spuleninnere, ausbilden und den magnetischen Fluß in der Spu le 8 mehr oder weniger verdrängen. Der erwähnte Vorteil liegt darin, daß dieses physikalische Prinzip praktisch völlig stö rungsfrei ist gegenüber den magnetischen Streufeldern des Ak tuators und entsprechend störungsfreie Meßsignale für die je weilige Position zu erhalten sind.It is even advantageous to use the principle of variable flow displacement for the change in inductance. Instead of introducing permeable material into the coil 8 to a greater or lesser extent, the changed flow displacement is brought about by introducing more or less deep introduction of electrically highly conductive material, in which correspondingly high-frequency We belstromen in the field of the coil 8 , depending on the respective immersion depth of this electrically conductive material in the coil interior, form and displace the magnetic flux in the coil 8 more or less. The advantage mentioned is that this physical principle is practically completely free of interference to the magnetic stray fields of the actuator and corresponding interference-free measurement signals for the respective position can be obtained.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform mit einem Kondensator 10' mit einer feststehenden Elektrode 12' und einer mit dem Schaft 3' des Ventils mitbewegten Elektrode 11', wobei diese beiden Elektroden 11' und 12' z. B. topfförmig ausgebildet sind. Es könnten dies auch plattenförmige Elektroden wie in Fig. 1 sein. Das mit 3' bezeichnete Ende des Ventilschafts 3 besteht hier aus nicht-permeablem, elektrisch gut leitfähigem Material. Wie ersichtlich, taucht dieses Schaftteil 3' zu ei nem Anteil in das Innere der Spule 8 ein. Mit Hubbewegung des Ventils 1 in der durch den Pfeil 5 angegebenen Richtung der Hubbewegung taucht der Schaftanteil 3' tiefer in die Spule 3 und verringert deren Induktivität und gleichzeitig verringert sich auch der Kapazitätswert des Kondensators 10' durch zu nehmende Entfernung der Elektroden 11' und 12' voneinander. Durch ausgewählte Bemessung kann hier wieder der Quotient von L und C unabhängig von der Hubbewegung 5 konstant gehalten werden. FIG. 4 shows an embodiment with a capacitor 10 'with a fixed electrode 12 ' and an electrode 11 'moving with the stem 3 ' of the valve, these two electrodes 11 'and 12 ' being e.g. B. are cup-shaped. These could also be plate-shaped electrodes as in FIG. 1. The end of the valve stem 3 designated 3 'consists here of a non-permeable, electrically highly conductive material. As can be seen, this shaft part 3 'dips a portion into the inside of the coil 8 . With the lifting movement of the valve 1 in the direction of the lifting movement indicated by the arrow 5 , the shaft portion 3 ′ dips deeper into the coil 3 and reduces its inductance and, at the same time, the capacitance value of the capacitor 10 ′ is also reduced by removing the electrodes 11 ′ and 12 'from each other. Through selected dimensioning, the quotient of L and C can again be kept constant regardless of the stroke movement 5 .

Fig. 5 zeigt ein Beispiel mit bewegungsunabhängig konstant bleibendem Produkt L . C mit Flußverdrängung in der Spule 8 durch wiederum eintauchendes elektrisch leitfähiges, jedoch nicht permeables Material des Schaftanteils 3' in die Spule 8. Zur Induktivitätsänderung gilt Dasjenige, was voranstehend zur Fig. 4 gesagt ist. In Fig. 5 ist der Kondensator 10'' mit z. B. wiederum topfförmigen Elektroden, diese axial inein ander angeordnet, ausgeführt. Beim Kondensator 10'' wird die hubabhängige Kapazitätsänderung dadurch bewirkt, daß zwischen die (feststehenden) Elektroden 11'' und 12'' z. B. ebenso topfförmig ausgebildetes Dielektrikum hubabhängig mehr oder weniger tief eingeschoben wird. Dieses Einschieben des Die lektrikums 20 zwischen die einander entgegengesetzt gepolten Kondensatorelektroden bewirkt eine Kapazitätssteigerung. Bei einer Hubbewegung in wie mit dem Pfeil 5 angegebener Richtung des Ventilschaftes 3 kommt es (wie zur Fig. 4 beschrieben) zu einer Induktivitätsverringerung, gleichzeitig aber bei der Ausführungsform der Fig. 5 zu einer Kapazitätserhöhung, so daß das Produkt L . C hubunabhängig konstant bleiben kann. Auch für die Ausführungsform der Fig. 5 gilt der Vorteil des Wegfalls störender Beeinflussung durch magnetische Streufel der insbesondere des Aktuators 4. Fig. 5 shows an example of movement remains constant irrespective product L. C with flow displacement in the coil 8 due to the again electrically conductive, but not permeable material of the shaft portion 3 'immersed in the coil 8 . What applies to the change in inductance applies to what has been said above for FIG. 4. In Fig. 5, the capacitor 10 '' with z. B. again pot-shaped electrodes, these are arranged axially in one another. In the capacitor 10 ", the stroke-dependent change in capacitance is caused by the fact that between the (fixed) electrodes 11 " and 12 "z. B. Pot-shaped dielectric is inserted more or less depending on the stroke. This insertion of the dielectric 20 between the oppositely polarized capacitor electrodes causes an increase in capacity. With a lifting movement in the direction indicated by arrow 5 of the valve stem 3 (as described for FIG. 4) there is a reduction in inductance, but at the same time an increase in capacity in the embodiment of FIG. 5, so that the product L. C can remain constant regardless of the stroke. The embodiment of FIG. 5 also has the advantage of eliminating interfering influences by magnetic stray radiation, particularly of the actuator 4 .

Durch variierte Kombinationen von Ausführungsformen der hub abhängig induktivitätsveränderbaren Spule 8 und der hubabhän gig kapazitätsveränderbaren Kondensatorausführungen lassen sich viele weitere Spulen-Kondensator-Kombinationen mit hub unabhängig konstantem Produkt oder Quotienten von L und C angeben.Through varied combinations of embodiments of the hub-dependent inductance-variable coil 8 and the hub-dependent capacitance-variable capacitor designs, many other coil-capacitor combinations with a hub-independent constant product or quotients of L and C can be specified.

Eine Weiterbildung der Erfindung bzw. eine besondere Ausge staltung der Ausführungsformen der Erfindung ist, die Ventil feder 6 als bzw. anstelle der separaten Spule 8 als hubabhän gig ihren Induktivitätswert ändernde Induktivität zu verwen den.A further development of the invention or a special embodiment of the embodiments of the invention is to use the valve spring 6 as or instead of the separate coil 8 as a hub-dependent inductance-changing inductance.

Hierzu ist diese Ventilfeder wenigstens an ihrem einen Ende elektrisch isoliert zu lagern. Die sich bei Ventilhub in ih rer Federhöhe ändernde Ventilfeder erfährt dabei eine Ände rung ihrer Induktivität als elektrische Spule. Fig. 3 zeigt lediglich prinzipiell einen Aufbau zu dieser Ausführungsform der Erfindung, bei der gegenüber der Fig. 2 die Spule ent fällt und die Eigenschaft des Ventilschafts 3 zumindest keine entscheidende Rolle spielt. Die Feder 6 ist als Spule mit dem Kondensator 10 in Reihe geschaltet. Beim Zusammendrücken der Feder 6 erfolgt eine Vergrößerung der Induktivität der Feder als Spule und die Vergrößerung des Abstandes der Elektroden 11 und 12 des Kondensators 10 voneinander verringert dessen Kapazität. Dies ist ein Beispiel, daß das Produkt L . C bei Hubbewegung des Ventils konstant gehalten werden kann, was die Variante 1 der Erfindung betrifft, bei der das Sensorsi gnal ein amplitudenverändertes elektrisches Signal als Sen sorsignal ist.For this purpose, this valve spring is to be stored at least at one end in an electrically insulated manner. The valve spring, which changes in spring height when the valve is lifted, experiences a change in its inductance as an electrical coil. Fig. 3 shows only in principle a structure to this embodiment of the invention, in which the coil ent falls compared to Fig. 2 and the property of the valve stem 3 does not play a decisive role. The spring 6 is connected as a coil with the capacitor 10 in series. When the spring 6 is compressed, the inductance of the spring as a coil is increased and the distance between the electrodes 11 and 12 of the capacitor 10 is reduced, reducing its capacitance. This is an example that the product L. C can be kept constant during the stroke movement of the valve, as regards variant 1 of the invention, in which the sensor signal is an amplitude-altered electrical signal as a sensor signal.

Es ist darauf zu achten, daß bei einer erfindungsgemäßen Aus führungsform mit einem Kondensator mit hubabhängiger Kapazi tätsänderung sich dieser Kondensator in einem Medium mit sich nicht (unkontrolliert) ändernder Dielektrizitätskonstanten befindet. Eine sich unkontrolliert ändernde Dielektrizitäts konstante könnte z. B. dann auftreten, wenn sich dieser (Luft)- Kondensator innerhalb eines üblicherweise im Motor vorhandenen Ölnebels befindet. Diese Bedingung läßt sich aber ohne weiteres einhalten, indem der ohnehin vom magnetischen Aktuator ausgehende Ventilantrieb und die Ventilfeder außer halb des eigentlichen Motorblocks angeordnet sind.It is important to ensure that in an off according to the invention embodiment with a capacitor with stroke-dependent capaci this capacitor changes in a medium with it not (uncontrolled) changing dielectric constant located. An uncontrolled change in dielectric constant could e.g. B. occur when this (Air) - condenser inside a usually in the motor existing oil mist. This condition can, however easily adhere to it by the magnetic anyway Actuator outgoing valve drive and the valve spring except are arranged half of the actual engine block.

Claims

1. Position sensor for the instantaneous stroke position of a stroke-moving body ( 1 ) in a device in which, together with the stroke movement ( 5 ), the inductance of a coil ( 8 ) is changed and this coil ( 8 ) is part of an electrical resonant circuit, the each resulting resonance property is the position signal determined by the sensor, characterized in that not only a stroke-dependent ( 5 ) change in the inductance of the coil ( 8 ) but also a stroke-dependent change in the capacitance of the capacitor ( 10 ) of the resonant circuit (L, C) are provided, the entering with the stroke movement ( 5 ) change in inductance and change in capacitance to each other such that with the change in inductance and capacity either the product (L. C) or the quotient (L / C) stroke invariant remains at least substantially constant.

2. Position sensor according to claim 1, characterized in that the lifting body is a gas exchange valve ( 1 ).

3. Position sensor according to claim 2, characterized in that a valve spring ( 6 ) as a coil ( 8 ) of the resonant circuit (L; C) is used.

4. Position sensor according to claim 1, characterized ge indicates that the lifting body of the Kol ben of an injection valve.