DE2632470C3 - Vorrichtung zum Messen von Augenblickswerten des Druckes jeweils bei verschiedenen vorbestimmten Stellungen des Kolbens in dem zugehörigen Zylinder einer Kolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Augenblickswerten des Druckes, jeweils bei

2» verschiedenen vorbestimmten Stellungen des Kolbens, in dem zugehörigen Zylinder einer Kolben-Brennkraftmaschine — gegebenenfalls unter Berechnung des induzierten mittleren Druckes durch Integration der gemessenen Augenblickswerte über den Kolbenweg —,

2) bestehend aus Meßwertwandlern zum Messen des Zylinderdruckes in Intervallen, die durch t-inen gestellfest angeordneten Fühler im Zusammenwirken mit mehreren Markierungen an einen bewegten Teil des Triebwerks der Maschine bestimmt sind, und einem

ίο elektrischen Rechner, an dem die Ausgänge des Fühlers und der Meßwertwandler angeschlossen sind.

Es ist eine Vorrichtung bekannt, mittels der eine elektrische Anzeige der Verlagerung des Wendepunktes eines hin- und hergehenden Maschinenteils erreicht

s> werden soll, beispielsweise der Wendepunktverlagerung der Kolbenstange einer Kolbenmaschine im Vergleich zu stationären Maschinenteilen (vergl. DE-OS 18 07 406). Bei dieser bekannten Vorrichtung ist jedem Zylinder ein einziger Meßwertgeber zugeordnet. Jeder Meßwertgeber besteht aus einem Differentialtransformator mit gestellfest angeordneten Primär- und Sekundärwicklungen sowie einem bewegten Weicheisenteil. Aufgrund dieser Anordnung wird bei jedem Bewegungszyklus, z. B. der Kolbenstange, ein einziges

4") Signal erzeugt. Dieses Signal weist in seinem auswertbaren Bereich in Höhe des Wendepunktes einen V-förmigen Verlauf auf, wobei die Lage des Scheitelpunktes dieses Verlaufes durch die Lage des gestellfesten Teils des Differentialtransformators unverändert

ίο vorgegeben ist. Zur Messung ausnutzbar sind bei dieser bekannten Vorrichtung die beiden linearen Bereiche des Verlaufs der Differenzspannung, wobei praktisch jedoch nur einer dieser beiden linearen Bereiche für die Feststellung der Wendepunktverlagerung herangezo-

Vi gen werden kann. Zu diesem Zweck wird der Differentialtransformator im Bezug auf die Bewegungskurve des bewegten Teils so angeordnet, daß der ausgewählte Wendepunkt nur in einem der beiden linearen Meßkurvenbereiche zu liegen kommt. Konkret

ho gemessen wird die Änderung der Größe der Amplitude der Meßspannung, bei Verlagerung des Wendepunktes gegenüber der Lage des Transformators.

Das Messen von Augenblickswerten des Druckes ist bei dieser bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen und inch nicht sinnvoll, da sich der Druck in einem Zylinder über einen nennenswerten Winkelbereich der zyklischen Bewegung in der Nähe des Wendepunktes praktisch nicht ändert. Auf der anderen Seite läßt sich

mit der bekannten Vorrichtung der gesamte Bewegungsverlauf des bewegten Teiles nicht erfassen.

Es ist auf dem Markt eine Vorrichtung zum Messen von Augenblickswerten des Druckes bekannt, bei der ein Speicheroszillograph zum Aufzeichnen der Arbeitskurve eines jeden Zylinders vorgesehen ist Diese Arbeitskurve spiegelt den Zusammenhang zwischen dem Druck im Zylinder und dem Kolbenweg wieder. Der Vorrichtung ist eine weitere Anzeigevorrichtung zugeordnet, die wahlweise den von einem elektronischen Rechenwert berechneten induzierten mittleren Druck oder den Druck an vorbestimmten Punkten der Arbeitskurve, z. B. den Kompressionsdruck bzw. den maximalen Verbrennungsdruck zur Anzeige bringt. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind Markierungen, welche diejenigen Zeitpunkte bestimmten, an denen ein Meßwertwandler den Zylinderdruck abtastet, auf einem umlaufenden Band eingeschrieben. Dieses ist an einem Ende der Kurbelwelle um die Kurbelwelle herum festgespannt, so daß das Abtasten bei vorgegebenen Winkelstellungen des betreffenden Endes der Kurbelwelle erfolgt. Eine elektronische Einrichtung dient dazu, um aus der Winkelstellung der Kurbelwelle für jeden Zylinder die jeweilige Kolbenposition zu bestimmen. Dadurch wird die bekannte Vorrichtung relativ kompliziert, teuer und störanfällig. Weiterhin ist bekanm, daß eine Kurbelwelle bei Belastung Torsionsverformungen erfährt. Hierbei handelt es sich z.T. um statische Verformungen. Diese variieren mit der augenblicklichen Belastung der Maschine und nehmen allgemein mit dem Abstand zwischen dem die Markierungen tragenden Teil der Kurbelwelle und demjenigen Zylinder, in dem der Druck gemessen werden soll, zu. Zum anderen Teil handelt es sich um dynamische Verformungen. Diese werden durch Torsionsschwingungen der Kurbelwelle hervorgerufen. Ihre Amplitude ist sowohl von der Höhe der Belastung, als auch von der Drehzahl der Kurbelwelle abhängig.

Die durch die aufgezeigten Unsicherheiten in der Beziehung zwischen der Winkelstellung der Kurbelwelle im Bereich der Markierungen und der Kolbenposition in den einzelnen Zylindern führt zu einer entsprechenden Unsicherheit und Ungenauigkeit der abgelesenen Meßwerte.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die eingangs näher bezeichnete Vorrichtung so weiterzubilden, daß die dargelegten Meßunsicherheiten erheblich reduziert werden können, wobei gleichzeitig ein wesentlich einfacherer Aufbau als im bekannten Falle erzielt werden soil.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedem Zylinder der Maschine ein eigener Satz von mehreren Markierungen zugeordnet ist, daß diese Markierungen jeweils an einem mit dem betieffenden Kolben starr verbundenen und mit diesem synchron mitbewegten Maschinenteil vorgesehen und an diesem wenigstens über einen Abschnitt von dessen — in Bewegungsrichtung gesehen — Länge '.erteilt sind, welche der Länge des Kolbenhubes entspricht, auf der sich der Zylinderdruck merklich ändert.

Dadurch, daß jedem Zy!i,.uu~ aiiekt ein eigener Satz von mehreren Markierungen zugeordnet ist, werden all die Fehlereinflüsse ausgeschaltet, die durch die Verformungen der Kurbelwelle bei der bekannten Vorrichtung ausge'öst werden. Da der mit dem betreffenden Kolben starr verbundene und mit diesem synchron mitbewegte Maschinenteil exakt in seiner eigenen Bewegung die Bewegung des zugehörigen Kolbens wiederspiegelt, kann man mit der neuen Vorrichtung für jeden Zylinder einen exakten Zusammenhang zwischen den zu verschiedenen Zeitpunkten abgetasteten Drücken im Zylinder und des jeweiligen Abtasizeitpunktes herstellen. Die mehr oder weniger unberechenbare Torsionsverformungen der Kurbelwelle bleiben ausgeschaltet. Man erreicht so eine Genauigkeit im Meßergebnis, wie sie mit der bekannten Vorrichtung nicht erreicht werden konnte. Dabei liegt die Meßgenauigkeit deutlich

ίο höher sowohl beim Abtasten des Zylinderdruckes an ausgewählten Punkten des Hubverlaufes als auch bei der Berechnung des induzierten mittleren Druckes während eines gesamten Zyklus. Die Vorrichtung ist auch wesentlich einfacher, da bisher benötigte elektronische Einrichtungen zum Umrechnen der Winkelstellung der Kurbelwelle in Positions« erie des Kolbens der einzelnen Zylinder entfaller, können.

Für die Anbringung der Markierungen kann ein ohnehin vorhandener und starr mit dem Kolben

2D verbundener Teil herangezoger, werden. Beispielsweise können die Markierungen direkt an der Kolbenstange angebracht sein. Es ist jedoch im allgemeinen empfehlenswert einen Teil zu wählen, der normalerweise keinen nennenswerten mechanischen Beanspruchungen bzw. Spannungen ausgesetzt ist. Wenn jedem Zylinder ein teleskopartiges Rohr für ein Kolbenkühlmitiel zugeordnet ist, können die Markierungen mit Vorteil an dem beweglichen Teil des Teleskoprohres angebracht sein. Die Markierungen können dann mit

jo hoher Präzision durch spanabhebende Bearbeitung in der Oberfläche des genannten beweglichen Teils hergestellt werden.

Vorteilhafterweise sind die Markierungen in Form von Zähnen von gleichem Abstand und gleicher Breite

r> auf der Oberfläche des beweglichen Teils des Teleskoprohres der Kühleinrichtung ausgebildet, wobei den Markierungen ein induktiver Fühler zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform erhält man immer dann, wenn sich ein Zahn am Fühler vorbeibewegt, zwei Stellungssignale, wobei jeweils eines von der Vorderkante und das zweite von der Hinterkante eines Zahnes ausgelöst wird. Es können somit Druckmessungen in entsprechend kurzen Zeitabständen vorgenommen werden.
Der Fühler kann zweckmäßigerweise in der Wand

4") einer Dichtungsbuchse angeordnet sein, durch die der bewegliche Teil des Teleskoprohres in die Maschine ragt und die mit Hilfe des beweglichen Teiles zentriert ist. An dieser Stelle der Maschine ist es besonders leicht möglich, den Fühler in unmittelbarer Nähe der Markierungen am Teleskoprohr anzubringen und ohne großen Aufwand und ohne Gefahr eine entsprechende Signalleitung an den Fühler anzuschließen. Die selbsttätige Zentrierung der Buchse in bezug auf das Teleskoprohr sichert die Einhaltung eines festen

-,ι vorgewählten Abstandes zwischen der Oberfläche des Teleskoprohres und dem Fühler.

In bestimmten Fällen kann der Fühler in einem Einsatz in der Wand der Dichtungsbuchse exzentrisch und drehbar montiert sein. Hierdurch erhält man die

w) Möglichkeit, die axiale Stellung des Rjhlers in bezug auf die Markierungen fein einzustellen und so Längentoleranzen in der Placierung der Markierung auf dem Rohr und in der Verbindung zwischen dem Rohr und dem Kolben auszugleichen.

i-.'i Die Grundlage für die Berechnung des induzierten mittleren Druckes ist eine Integration der Fläche des Indikatordiagrammes. Diese Integration erfolgt praktisch in Form einer Aufsummierung der Ordinaten des

Diagrammes, d. h. der Zylinderdrucke, wozu bei jedem Durchgang des Kolbens durch einen seiner Tolpunkte das Vorzeichen geändert wird. Für eine Zweitaktmaschine ist die Anordnung zweckmäßigerweise so getroffen, daß ι ' der Nähe derjenigen Stellung des mit den Markierungen versehenen Maschinenteils, welche dem unteren Totpunkt des Kolbens entsprechen, ein markierungsfreier Bereich vorgesehen ist, während das elektronische Rechenwerk einen Schalter aufweist, der jeweils in Abhängigkeit vom Durchgang des markierungsfreien Bereiches durch den Fühlbereich des Fühlers das Vorzeichen des vom Meßwertwandlcr erhaltenen Meßwertes wechselt, wobei ein Zähler vorgesehen isi, der jeweils in Abhängigkeil vom Empfang einer vorgegebenen Anzahl von Signalen vom Fühler das Vorzeichen des Meßwertes erneut ändert. Hierbei nutzt man mit Vorteil den Umstand aus. daß im Bereich des unteren Totpunktes der Zylinderdruck praktisch konstant bleibt und deshalb zur Fläche des Indikatordiagramms keinen Beitrag leistet. Durch Auslassen der Druckmessung an dieser Stellung entsteht somit höchstens ein ganz unerheblicher Fehler. Auf der anderen Seite erhält man so einen genau definierten Ausgangspunkt für die Messungen im Verlaufe des Kompressionshubes. Damit kann die nächste Änderung des Vorzeichens beim Durchgang durch den oberen Totpunkt mit großer Genauigkeit festgelegt werden, und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl, von Impulsen, die der Fühler an den Zähler überträgt und die der Länge des Kolbenhubes entspricht.

Der Schalter im elektronischen Rechenwerk kann über eine ODER-Schaltung mit zwei Eingängen gesteuert werden, die einerseits an den Zähler und andererseits an eine Vcrzögerungsschaltung ange schlossen sind. Beim Durchgang durch den unteren Totpunkt wird dann ein Signal zum Wechseln des Vorzeichens gegeben, sofern vor Ablauf der Verzögerungszeit kein Signal vom Fühler angelangt ist. was bedeutet, daß dieser sich im Bereich des m.irkicrungsfreien Abschnittes befindet. Beim Durchgang durch den oberen Totpunkt kann dann das erneute Wechseln des Vorzeichens allein über den Zähler erfolgen. Zur Erhöhung der Sicherheit kann die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine veränderbar sein.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die teilweise schematische Zeichnung näher erklärt. Es zeigt

Fig. 1 einen lotrechten Querschnitt durch einen Zweitakt-Dieselmotor, der mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ausgerüstet ist,

F i g. 2 in wesentlich größerem Maßstab einen lotrechten Schnitt durch ein mit Markierungen für den Kolbenhub versehenes Teleskoprohr und eine zugehörige Stopfbuchse, in welche ein Fühler zum Abtasten der Markierungen eingebaut ist,

F i g. 3 ein Blockschaltbild der Vorrichtung und

Fig.4 ein Indikatordiagramm für einen der Zylinder des Motors.

In Fig. 1 ist eine Zylindersektion des Motors dargestellt, die eine Zylinderbuchse 1 mit zugehörigem Zylinderdeckel 2 und Kolben 3 umfaßt, welcher durch eine Kolbenstange 4 mit einem Kreuzkopf 5 verbunden ist. Durch eine Pleuelstange 6 ist der Kreuzkopf 5 mit der Kurbelwelle 7 des Motors verbunden. Ein Ko'ibenkühlmittel wird von einem stationären Verteiler 8 durch ein lotrechtes Teleskoprohr 9 zugeführt, das mit dem Kreuzkopf 5 fest verbunden ist, und durch Kanäle im Kreuzkopf und in der Kolbenstange 4 zum Kolben 3 weitergeleitet.

In den Zylinderdeckel 2 ist ein als Meßwertwandler ^r) ausgebildeter Druckaufnehmer 10 eingebaut, der den Druck in der über dem Kolben 3 befindlichen Brennkammer 11 mißt und ein analoges Spannungssignal, dessen Amplitude dem Arbeitsdruck in der Kammer 11 proportional ist, an ein elektronisches

ίο Rechenwerk 12 abgibt. Der Druckaufnehmer ist vorzugsweise ein piezoelektrischer Aufnehmer, doch es können auch andere geeignete Typen von Aufnehmern, beispielsweise solche, die nach dem Dehnungsmeßstreifen-Prinzip arbeiten, Anwendung finden.

π Die äußere Oberfläche des Teleskoprohres 9 ist mit Markierungen 13 in der Form von querverlaufenden »Zähnen« versehen, die durch eingefräste äquidistante Rillen 14 voneinander getrennt sind. Es befinden sich Zähne 13 und Rillen 14 auf einem Stück des Teleskoprohres, das etwas kurzer als der Hub des Kolbens 3 ist, und zum Abtasten der Zähne 13 ist ein Fühler 15, bevorzugterweise ein induktiver Fühler, vorgesehen. Der Fühler 15 ist auf nicht näher gezeigte Weise in einer waagerechten Büchse 16 befestigt, die

:-) wiederum von einer äußeren Buchse 17 drehbar unterstützt ist, welche in die Wand einer lotrechten Dichtungsbuchse 18 eingeschraubt ist, die das Teleskoprohr 9 umgibt. Die Dichtungsbuchse 18 ist mit radialem Spielraum in einem äußeren Rohr 19 montiert, so daß

in sie eventuelle Verschiebungen des Teleskoprohres 9 in Querrichtung ungehindert mitmachen kann. Das Rohr 19 ist in bezug auf ein Teil 20 des Gestells des Motors mit Hilfe von Dichtungsringen 21 abgedichtet, und mit Hilfe eines weiteren Dichtungsringes 22 ist die

'Λ waagerechte Buchse 17 in bezug auf das Gestellteil 20 abgedichtet. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist die Achse des Fühlers 15 in bezug auf die Achse für die Paßfläche /wischen den Buchsen 16 und 17 exzentrisch angeordnet. Durch Drehen der Buchse 16 kann man somit eine

-o Feineinstellung der lotrechten Position des Fühlers 15 in bezug auf die Markierungen 13 am Teleskoprohr 9 vornehmen. Es sind nicht eingezeichnete Riegelelemcntc zum Arretieren der Buchse 16 im Anschluß an ihre Einstellung vorgesehen.

Gleichzeitig mit der Auf- und Abbewegung des Kolbens 3 im Motorzylinder führt das Teleskoprohr 9 eine damit synchrone Bewegung aus, während welcher sich die Markierungszähne 13 dicht am Fühler 15 vorbeibewegen. Jedesmal, wenn sich ein Zahn am Fühler vorbeibewegt, werden zwei elektrische Impulse ausgelöst, und zwar der erste impuls durch die Vorderkante und der zweite Impuls durch die Hinterkante des Zahnes. Diese Impulse werden zur Steuerung des Abtastens des Druckes in der Brennkammer 11 benutzt. Um die Erzeugung der genannten zwei Steuerimpulse sicherzustellen, muß die Tiefe der Rillen 14 nur so groß sein, daß die Spannungspegelumerschiede bzw. die Impulsamplituden im Ausgangssignal des Fühlers 15 mit Sicherheit erkennbar werden. In der Praxis kann die Rillentiefe ca. 1,5 mm sein, während die Breite der Zähne 13 ca. 2 mm und die Breite der Rillen 14 ca. 4 mm betragen kann. Dies bedeutet, daß alle 3 mm der Kolbenwanderung ein Steuerimpuls erzeugt wird.

Wie in F i g. 3 wiedergegeben, wird das Impulssignal vom Kolbenhubfühler 15 über einen Verstärker 23 zu einem Impulsformer 24 geführt, der als Ausgangssignal ein Rechtecksignal liefert Das vom Druckaufnehmer 10 gelieferte Signal gelangt über einen Verstärker 25 zu

einem Analog/Digital-Umsetzer 26, der das analoge Spannungssignal des Aufnehmers in ein dipi'ales Ausgangssignal umsetzt. Der Umsetzer 26 ist mit dem Ausgang des Impulsformers 24 verbunden, so daß jedesmal, wenn der Impulsformer 24 einen Impuls abgibt, d. h. wenn der Kolben sich um ein Stück weiterbewegt hat, das der halben Teilung für die Zähne 13 entspricht, der vom Druckaufnehmer 10 gemessene Druck digitalisiert wird.

Die Ziffernsignale vom Umsetzer 26 gelangen über einen elektronischen Schalter 27 zu einer zentralen Verarbeitungseinheit 28, in der die Signale akkumuliert und in Übereinstimmung mit dem in die Einheit eingelesenen Programm verarbeitet werden. Derartige Einheiten sind allgemein bekannt und sollen deshalb hier nicht näher beschrieben werden.

Die Einheit 28 hat zwei Eingänge, und zwar den einen für die Ziffernsignale, die sich während des Kompressionshubes des Kolbens 3 ergeben, und den zweiten für die Ziffernsignale, die sich während des Expansionshubes ergeben. Bei der Berechnung des induzierten mittleren Druckes müssen die erstgenannten Signale mit negativem Vorzeichen und die letztgenannten Signale mit positivem Vorzeichen verarbeitet werden. Der elektronische Schalter 27 muß somit jedesmal, wenn sich der Kolben in einem seiner beiden Totpunkte befindet, eine Änderung des Vorzeichens veranlassen, und dies geschieht folgendermaßen.

Der Ausgang des Impulsformers 24 ist mit einer Verzögerungsschallung 29 und einem Zähler 30 verbunden, deren respektive Ausgänge auf je einen Eingang einer ODER-Schaltung 31 mit zwei Eingängen geschaltet sind, deren Ausgang an den Schalter 27 angeschlossen ist. Der Ausgang der Verzögerungsschaltung 29 ist außerdem mit der Einheit 28 verbunden, die von dem von der Verzögerungsschaltung kommenden Signal taktgesteuert wird.

Wie bereits erwähnt, befinden sich Kolbenhubmarkierungen in der Form von Zähnen 13 und Rillen 14 auf einem Stück des Teleskoprohres 9, das etwas kurzer als der Hub des Kolbens 3 ist. Der unterste Zahn 13 befindet sich in Höhe des Fühlers 15, wenn der Kolben unmittelbar unter seinem oberen Totpunkt steht. Am entgegengesetzten Ende des Teleskoprohres ist somit ein Bereich ohne Markierungen, der in der Praxis einer Winkeldrehung der Kurbelwelle 7 von ca. 25° zu beiden Seiten des unteren Totpunktes entsprechen kann. In diesem Bereich des Kolbenhubes gibt der Fühler 15 demnach keine Signale ab. Dieser Bereich entspricht im Indikatordiagramm in Fig.4 der Kolbenbewegung zwischen dem unteren Totpunkt 32 und einem Punkt 33, d. h. einem Bereich in welchem der Druck in der Brennkammer 11 praktisch konstant ist, da die Spülöffnungen 34 (siehe F i g. 1) des Zylinders während des Expansionshubes etwas vor dem Punkt 33 vom Kolben geöffnet und während des Kompressionshubes entsprechend erst ein Stück nach dem Punkt 33 geschlossen werden. Bei der Berechnung des induzier ten mittleren Druckes entsteht deshalb kein Fehler, wenn man im Diagramm den Bereich zwischen den Punkten 32 und 33 wegläßt

Die Verzögerungsschaltung 29 wird so eingestellt daß sie eine zeitliche Verzögerung bewirkt die größer ist als das maximale Zeitintervall zwischen zwei Positionssignalen vom Fühler 15 in demjenigen 3ereich des Teleskoprohres, der mit Markierungszähnen 13 versehen ist Während dieses Teiles des Kolbenhubes erzeugt die Schaltung 29 somit kein Ausgangssignal. Im markierungsfreien Bereich zwischen den Punkten 32 und 33 im lndikatordiagramm liefert die Schaltung 29 dagegen ein Signal an die ODER-Schaltung 31, die dadurch ein Ausgangssignal abgibt und den Schalter 27 auf den entgegengesetzten Eingang der Einheit 28 umschaltet. Das Umschalten im oberen Totpunkt erfolgt dadurch, daß der Zähler 30 ein Ausgangssignal abgibt, wenn er vom Impulsformer 24 eine Anzahl von Signalimpulsen empfangen hat, die dem Doppelten der

ίο Anzahl der Zähne 13 am Teleskoprohr 9 entspricht (da der Fühler, wie bereits erwähnt, zwei Positionssignale je Zahn abgibt). Der Zähler 30 startet beim vorherigen Umschalten im unteren Totpunkt, und sobald er sein Ausgangssignal an die ODER-Schaltung 31 abgegeben hat, wird er wieder auf Null gestellt.

Die Einheil 28 verarbeitet, wie bereits erwähnt, die in ihren Speichern akkumulierten Werte für den Druck in der Brennkammer 11 und liest einmal in jedem Arbeitszyklus, z. B. in Verbindung mit <*iner der Änderungen des Vorzeichens, das Ergebnis der Berechnung aus, das durch das zur Vorrichtung gehörende Anzeige- und Sichtgerät 36 zur Anzeige gebracht wird. Gleichzeitig wird die Einheit 28 zurückgestellt und ist somit für den nächsten Arbeitszyklus bereit.

Da bis unmittelbar zu der Stelle des Teleskoprohres 9, die dem oberen Totpunkt des Kolbens entspricht, Markierungszähne 13 vorgesehen sind und da man außerdem die Möglichkeit hat, eine Feinjustierung der Stellung des Fühlers 15 in bezug auf die Zähne vorzunehmen, ist es möglich, den Druck in der Brennkammer 11 bis dicht an den oberen Totpunkt heran abzutasten. Der maximale Positionsfehler wird hier ca. eine halbe Zahnteilung, was bei einem Motor mit einem Kolbenhub von 1600 mm und der obengenannten Zahnteilung von 6 mm einem Fehler von maximal ca.

2 Promille des induzierten mittleren Druckes entspricht.

Beim soeben erwähnten Motor mit einem Kolbenhub

von 1600 mm entspricht ein markierungsfreier Bereich von 3 mm auf jeder Seite des oberen Totpunktes einem Kurbelwinkel von ca. 8,8°, d.h. wesentlich weniger als dem Winkel von ca. 50° am unteren Totpunkt, wo die Änderung des Vorzeichens durch Steuerung seitens der Verzögerungsschaltung 29 erfolgt. Unter der Voraussetzung, daß die beschriebene Meßvorrichtung innerhalb eines Intervalls der Drehzahl des Motors funktionieren können soll, in welchem die maximale Drehzahl rund dem Dreifachen der minimalen Drehzahl entspricht, kann man durch die Wahl eines Wertes für die durch die

so Schaltung 29 bewirkte zeitliche Verzögerung, der bei der höchsten Drehzahl größer ais drei mal 8,8", <J. h. ca. 27° Kurbelwinkel — und gleichzeitig kleiner als 50° — ist, mit Sicherheit erreichen, daß die Verzögerungsschaltung 29 beim Durchgang des oberen Totpunktes keine

Änderung des Vorzeichens bewirkt, sondern nur beim Durchgang des unteren Totpunktes. Soll die Vorrichtung in Verbindung mit Drehzahlen innerhalb eines wesentlich größeren Intervalls Anwendung finden, kann die zeitliche Verzögerung von der Drehzahl des Motors

abhängig gemacht werden, und zwar z. B. dadurch, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 23 mit Hilfe eines Frequenz/Spannungs-Umsetzers in eine frequenzabhängige Spannung umgeformt wird, deren Spitzenwert in der Verzögerungsschaltung benutzt wird.

Der Wechsel des Vorzeichens am oberen Totpunkt könnte in ähnlicher Weise durch eine gesonderte Verzögerungsschaltung gesteuert werden. Die zeitliche Verzögerung dieser Schaltung muß wesentlich kürzer

sein als am unteren Totpunkt, weil für den Wechsel ein kleinerer Kurbelwinkel zur Verfügung steht, und es wird deshalb in der Regel notwendig sein, diese Verzögerung drehzahlabhängig zu machen. Die Verwendung einer Verzögerungsschaltung statt eines Zählers macht das Wechseln des Vorzeichens am oberen Totpunkt unabhängig von der Genauigkeit mit der die Markierungen ausgeführt und angebracht sind.

Es ist einleuchtend, daß die Einheit 28 auf im übrigen bekannte Weise so eingerichtet werden kann, daß sie gewünschte, ausgewählten Punkten des Arbeitsdiagramms nach Fig.4 entsprechende Augenblickswerte des Druckes in der Zylinderkammer anzeigen kann, beispielsweise den Kompressionsdruck und den maximalen Verbrennungsdruck. Normalerweise ist die Verarbeitungseinheit 28 der Vorrichtung mit den unmittelbar angeschlossenen elektronischen Bauteilen für den gesamten Motor gemeinsam, während für jeden Zylinder ein Druckaufnehmer 10 und ein Fühler 15 vorgesehen sind, die manuell an die übrige Vorrichtung angeschlossen bzw. von dieser abgeschaltet werden können.

Bei der Berechnung des induzierten mittleren Druckes kann man gegebenenfalls die Integration (Summation) der Zylinderdrücke über mehrere sukzessive Umdrehungen der Kurbelwelle — anstatt, wie beschrieben, nur über eine Umdrehung — vornehmen und anschließend in der Verarbeitungseinheit 28 einen Mittelwert ausrechnen. Die Einheit 28 und die Anzeige — und Sichteinheit 36 können auch so eingerichtet sein,

ίο daß sie z. B. die Größe der Expansionsarbeit (der Fläche unter der Expansionskurve in Fig. 4) und der Kompressionsarbeit getrennt darstellen. Die Einheit kann auch mit einem Oszillographen kombiniert werden, der direkt ein Indikatordiagramm aufzeichnet, welches den Zylinderdruck als Funktion der Kolbenbewegung oder als Funktion der Zeit während eines Arbeitszyklus darstellt. Die Vorrichtung läßt sich auch so ausbilden, daß sie im Falle eines Auftretens von Fehlern, z. B. bei Registrierung sinnloser Meßwerte usw., Alarm schlägt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1
Patentansprüche:

!. Vorrichtung zum Messen von Augenblickswerten des Druckes jeweils bei verschiedenen vorbestimmten Stellungen des Kolbens in den zugehörigen Zylindern einer Kolben-Brennkraftmaschine — gegebenenfalls unter Berechnung des induzierten mittleren Druckes durch Integration der gemessenen Augenblickswerte über den Kolbenweg —, bestehend aus Meßwertwandlern zum Messen des Zylinderdruckes in Intervallen, die durch einen gestellfest angeordneten Fühler im Zusammenwirken mit mehreren Markierungen an einen bewegten Teil des Triebwerks der Maschine bestimmt sind, und einem elektrischen Rechner, an dem die Ausgänge des Fühlers und der Meßwertwandler angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zylinder der Maschine ein eigener Satz von mehreren Markierungen (13, 14) zugeordnet ist, daß die Markierungen (13, 14) jeweils an einem mit dem betreffenden Kolben (3, 4) starr verbundenen und mit diesem synchron mitbewegten Maschinenteil (9) vorgesehen und an diesem wenigstens über einen Abschnitt von dessen — in Bewegungsrichtung gesehen — Länge verteilt sind, die der Länge des Kolbenhubes entspricht, auf der sich der Zylinderdruck merklich ändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen direkt an der Kolbenstange angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jedem Zylinder ein teleskopartiges Rohr für ein Kolbenkühlmittel zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen (13) an dem beweglichen Teil des Teleskoprohres (9) angebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen in Form von Zähnen (13) von gleichem Abstand unJ gleicher Breite auf der Oberfläche des beweglichen Teils des Teleskoprohres (9) ausgebildet sind und diesen ein induktiver Fühler (15) zugeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (15) in der Wand einer Dichtungsbuchse (18) angeordnet ist, durch die der bewegliche Teil des Teleskoprohres (9) in die Maschine ragt und die mit Hilfe des beweglichen Teils zentriert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (15) in einem Einsatz (17) in der Wand der Dichtungsbuchse (18) exzentrisch und drehbar montiert ist.

7. Vorrichtungen nach einem oder mehrerer, der Ansprüche 1 bis 6 für eine Zweitaktmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe derjenigen Stellungen des mit den Markierungen (13) versehenen Maschinenteils (9), die dem unteren Totpunkt (32) des Kolbens entspricht, ein markicrungsfreier Bereich vorgesehen ist, und daß das elektronische Rechenwerk einen Schalter (27), der jeweils in Abhängigkeit vom Durchgang des markierungsfreien Bereiches durch den Fühlbereich des Fühlers das Vorzeichen des vom Meßwertwandler (10) erhaltenen Meßwertes wechselt, und einen Zähler (30) aufweist, welcher jeweils in Abhängigkeit vom Empfang einer vorgegebenen Anzahl von Signalen vom Fühler (15) das Vorzeichen des Meßwertes erneut ändert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

zeichnet, daß der Schalter (27) über eine ODER-Schaltung (31) mit zwei Eingängen gesteuert ist, die an den Zähler (30) bzw. an eine Verzögerungsschaltung (29) angeschlossen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung (29) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine veränderbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,

ίο dadurch gekennzeichnet, daß der markierungsfreie Bereich (32 bis 33) einem Winkelbereich von etwa 25 Kurbelwellengraden beiderseits des unteren Totpunktes entspricht.