DE2655064A1

DE2655064A1 - Verfahren und vorrichtung zur festlegung des oberen totpunktes bei kolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2655064A1
Application number: DE19762655064
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Ing Hohenberg; Detlef Ing Grad Kurr
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1976-12-04
Filing date: 1976-12-04
Publication date: 1978-06-08
Also published as: US4147054A

Description

Daimler -Be nz Akt χ enge sei isciiaf t
S tuttgar t--Unter türkheim

Daim 11 3 5*3/4 1 .12.76

Verfahren und Vorrichtung zur Fostle^un^ des oberen Totpunktes bei Ko Lberimaschinöii

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Festlegung des oberen Totpunktes bei Kolbenmaschinen, insbesondere Kolbenbrennkraftmaschinen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Hei frerndange triebenen, idealen, also verlustlosen Kolben-Hiaschinen i«t der Druckverlauf im Zylinder nur von der Vo-1 viniotrhiderung abhängig. Dementsprechend würden dort VoIunienniinimuui, obere Totpunkt stellung des Kolbens und Druckniaximutn gleichzeitig auftreten. Durch niaschinenbedingte Verlust.« ergibt sich aber bei realen Maschinen eine Verschiebung des Druckraaximums gegenüber der oberen Totpunkt-Stellung des Kolbens - Kolbenstellung OT. Deshalb ist bei realen Maschinen nach dem bisherigen Kenntnisstand über eine einfache Druckmessung keine exakte Festlegung des oberen Totpunktes möglich.

809823/0334

Daim 11 353A

Da bei modernen Motoren der genauen Einstellung des Zündzeitpunktes aber immer größere Bedeutung zukommt, diese jedoch nur in bezug auf eine Totpunktsteilung des Kolbens exakt gemessen werden kann, besteht schon aus diesem Grunde in der Praxis großes Interesse an einer einfachen Methode zur exakten und schnellen Bestimmung des oberen Totpunktes.

Durch die Erfindung soll ein Verfahren zur Festlegung des oberen Totpunktes bei Kolbenmaschinen, insbesondere Kolbenbrennkraftmaschinen angegeben sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Festlegung des oberen Totpunktes ist gekennzeichnet durch die Bestimmung des dem maximalen Verdichtungsdruck entsprechenden Kurbelwinkels durch Druckmessung und Addition eines Korrekturfaktors, der dem durch Wärmeübergangs- und Leckageverlust-e bedingten thermodynamisehen Verlustwinkel en tspri <~h t-.

Der thermodynamische Verlustwinkel ist dabei erfindungsgenin'! durch Addition des liärmeübergangsverlus twinkels /A ^S ., und des Leckageverlustwinkels /\ ^j , bestimmbar, wobei aus

809823/0334

¥ ~ ρ C

^Pinax[_R

"■ , _ 1 ,92h . \T . A_T

L -

wcmi mit

bestimmbar ist,

dies pro ICurbelwinkel vom Gas an die Bremiraumwand abgegebene Wärmemenge,

ρ der M aximaldruck,

^x max ' *- - .

Stoffiirert des Gases,-

Γ eine Volumenfuktion,

die Gastemperatur in K,

A_T der wirksame Leckquerschnitt, und IL, die Motordrehzahl

bozeiclinet ist, und wenn K₁ durch die Formel

K₁ = 3.05 . io⁴ . v '- \ +/Lj

ti 1 ei A

bostimmt ist, in der

V das Hubvolumen des Zylinders und

A.. . dus Schubstangenverhältnis

809823/033 4

ORfGiNAL INSPECTED..

Dairn 11 353A

Im Rahmen dor erfindungsgemüßen Lösung kann der thermodynamiscliG Verlustwinkel selbstverständlich auch aus dem gemessenen Vorsatz zwischen Druckniaximum und Kolbenstellung im oberen Totpunkt bestimmt werden. Die zur Bestimmung der Kolbenstellung im oberen Totpunkt notwendige Wegmessung und die zur Bestimmung des Druckmaximums notwendige Druckmessung können dabei im Rahmen der Erfindung gleichzeitig durchgeführt werden. Die gleichzeitige Messung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei erfindungsgemäß bevorzugt mit einer Vorrichtung durchführbar, bei der Druckineßgeber und Wegmeugeber eine zusammengefaßte Einbaueinheit bilden, so daß es möglich ist, die angesprochenen. Werte bei einer herkömmlichen Kolbenbrennkraftmaschine über eine dort bereits vorhandene Bohrung, so beispielsweise die Zündkerzenbohrung oder die Einspritzdüsenbohrung abzugreifen.

Als Druckmeßgeber kann dabei bevorzugt ein Quarzdruckaufriehmer oder ein DeliKmeß^streifengeber vorgesehen sein. Als Wegmeßgeber erweist sich ein kapazitiver Wegmeßgeber als zweckmäßig. Es können jedoch auch induktive Wegmeßgeber im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden. Sind Druckmeßgeber und Wegmeßgeber in einer Einbaueinheit zusammengefaßt, so wird diese Einbaueinheit zweckmäßigerweise anschließend an ihr Einschraubgewinde mit einer dem Druckmeßgeber zugeordneten, quer zur Gewindeachse liegenden Druckanschlußbohrung versehen. Dabei kann zweckmäßigerweise der axial zwischen Wegmeßgeberkuppe und Druckanschlußbohrung liegende Teil als Isolierkörper ausgebildet sein, so daß die erforderlichen großen Isolierwege gewährleistet sind.

809823/0334

Daim 11 353/4

Die Erfindung wird im folgenden anhand dor Zeichnungen näher erläutert, von denen

Fig. 1 dem grundsätzlichen Aurbau einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung zeigt, wahrend in

Fig. Z eine Druckine lieber und Wegmeßgeber umfassende Baueinheit im Schnitt dargestellt ist.

In der ί.)η rs teilung gemäß Fig. 1 ist mi b 1 eine scliematisch dargestellte ü'ubkolbon-Brennkraf twaschine bezeichnet, deren Kolben 2 über eine Pleuelstange 3 mit dc-r Kurbelwelle h verbunden ist. über den Kolben 2, den Zylinder 5 und den Zylinderkoi^f 6 wird ein durch dio Bewegung dos Kolbens volumenvoründerlichor Brennraum 7 bcgrouzt, auf den eine im Zylinderkoi^f 6 vor.je schone Zündkerzenbohrun,.]: ausmündet. In diese Tiohrung ist in dor Darstellung· gemäß Fig. 1 anstelle der Zündkerze eine einen Druckmeßgebor und einen Wogineßgebor um-Idi-soadü K i nb ei ac-i nlieit 8 eingeschraubt, die an ein Aufzoichiiun^öjerüt 0 angeschlobt>en ist, das, gegebenenfalls bereits in Relation zum Kurbelwinkel den Druck (Druckkurve 1o)und Uen Weg fVegkurve 11) aufzeiclmet. Das Aufseichnungsgerät 9 ist seinerseits, wie in Fig. 1 schema tisch dargestellt, mit der F.inbaueinheit " verbunden und hierbei über eine Leitung an den Druckteftgeber und eine Leitung 13 an den Wegmeßgeber angeschlossen. Als Druckraoßgebor dient dabei bevorzugt ein Quarzdruckaufliehmer, dom in der Leitung 12 ein Ladungsverstärker nachgeordnot ist. Die Aufnahme des Weges erfolgt bevorzugt über einen kapazitiven Wegmeßgeber, und es sind diesem im Übergang zum Aufzeichnungsgerät in der Leitung 13 ein Oszillator sowie zur Anpassung der Eingangs- und Ausgangswiderstaude ein Realctanzwandler nachgeordnet.

809823/0334

ORIGINAL INSPECTED

2655084

Daim 11 353A

¥io auo Fig. 1 weiter ersichtlich ist, sind die auf dem Aufzeichnungsgerät O dargestellten Kurven, nämlich die Druclckurve 1o und die Wegkurve 11 gegeneinander versetzt, d. h. , daD das Druckmaximuni - Scheitel der Kurve 1o sich nicht bei minimalem Abstand des Kolbens 2 vom Zylinderkopf 6 - oberer Totpunkt des Kolbens und Schoitel der Kurve 11 - einstellt. Bezogen auf den Umlauf der Kurbelwelle und dio entsprechenden Ilubbewogungen des Kolbens ergibt sich also eine Voreilung der Druckkurve gegenüber dem Kolbenweg, und zwar dadurch bedingt, daß innermotorische Verluste auftreten, die auf Wärmeübergang und Leckage zurückzuführen sind. Die GrcK-e dieser Verluste entspricht der Differenz zwischen den Scheitelpunkten der Druckkurve und der Wegkurve 11, dio sielt, in Analogie zum Kurbelt/inkel, als therinodynainischor Verlustwinkel Δ 'Ί darstellt. Die Kenntnis dieses thermodynamischen Verlustwinkels /S."7 ist nun aber nicht nur von theoretischem Interesse, sondern auch von eminent praktischer Bedeutung, da sie allein mit Druckmessungcn κ. P-. die Kontrolle der Zuordnung der üblicherweise der Schwungscheibe zugeordneten Markierung für den oberen Totpunkt zum tatsächlichen oberen Totpunkt ermöglicht und damit die Gewähr für exakte Zündzeitpunktseinstellungen biotet. Bestehen nämlich bereits, was nicht selten in der Praxis der Fall ist, Differenzen zwischen der Jiarkierung des oberen Totpunktes und dem oberen Totpunkt, so kann naturgemäß auch die Einstellung des Zündzeitpunktes zum tatsächlichen oberen Totpunkt bei den bekannten Methoden nicht gewährleistet werden, was sich insbesondere bei den modernen und im Hinblick auf die Zündzeitpunktseinsteilung verhältnismäßig empfixidlichen Motoren nachteilig auswirkt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht es dabei, die exalc-

809823/0334

2655Q64

Daim 11 353Λ

Ah

te Festlegung des oberen Totpunktes nach Kenntnis des tliermodynamirchen Verlustwinkels Δ ¹J^ lediglich aufgrund einer Druckmessung, die sowohl auf dom Prüfstand wie auch im Kundendienst in einfacher Weise und zuverlässig durchgeführt worden kann, vorzunehmen.

Fig. 2 zoigt dio in Fig. 1 zur Erfassung des thermodynamisehen Vorlustwinkels verwendete Einbaueinheit 8 in einem Schnitt, wobei mit \h der Quarzdruckaufnehmer bezeichnet ist, der in bekannter Weise ausgebildet ist. Mit 15 ist der Wegmeßgeber bezeichnet, der in ebenfalls bekannter Weise ausgebildet ist und kapazitiv den Abstand des Kolbens von der im Zylinderkopf fest eingeschraubten Einbaueinheit 8 erfaßt, über das Gewinde 16 ist die Einbauoinheit dabei bevorzugt in eine Zündkerzonbohrung oder eine Einspritzdüsenbohrung eingeschraubt, so daß am Motor vorhandene, bereits gegebene Befestigungsmöglichkeiten genutzt worden können. Um Fehlmessungen insbesondere des Wegmeßgebers 15 zu vormeiden, sind Wegmeßgöber 15 und Quarzdruckaufnehmer 14 unter einem spitzen Winkel zueinander angeordnet, wobei der Quarsdruckaufnehmer 14 zusätzlich ver-

(MeßkuDpeJ hältnismäßig weit gegenüber der Spitze 17/der Elnöaueinheit 3 nach hinten versetzt ist. Der Anschluß an den Brennraum, in den die Einbaueinheit 8 zur Aufnahme von Druck und Weg hineinragt, erfolgt dabei für den Quarzdruckaufnehmer \k übei" wenigstens eine Querbohrung 18, die unterhalb des Gewindes 16 liegt und sich quer zu der Ebene erstreckt, dio von den Mittellinien des Quarzdruckaufneheers 1^ und des Wegmeßgebers 15 aufgespannt wird. Hierdurch verbleibt für den

auch Wegmeßgeber 15 über seine ganze Länge, und insbesondere/xm

809823/0334

Daira 11 35) /4

Bereich der Meßkuppe (Spitze 17) der Einbaueinheit 8 ein ausreichend großes Isoliervolumen, um Fehlmessungen bei sachgerechter Behandlung zu vermeiden. Insbesondere läßt sich auch eine einwandfreie Isolierung der Meßkuppe gegenüber dem das Einschraubgewinde 16 tragenden Grundkörper erreichen. Der Isolierkörper 19 kann dabei als Trägorzapfen für die die Spitze 17 bildende Meßkuppe ausgebildet sein, die bei pilzartiger Grundform über ihren Stiel zentral im Isolierkörper verankert ist und die im Bereich des Haubenrandes auf einem Bund 2o des Trägerzapfens aufliegt, der zwischen dem Haubenrand und dem Rand der buchsenartigen lufnahme 21 des Grundkörpers für den Trägerzapfen (isolierkörper 19) liegt. Am oberen Ende des Isolierkörpers liegt die Querbohrung 13.

809823/0334

Claims

Ansprache

( 1 .·' Vorfahren nur Festlegung des oberen Totpunktes bei Kolbenmaschinen, insbesondere Kolbenbrennkraftmaschinen, g e k ο ii π ζ e i σ h η e t durch die Bestimmung des dem maximalen Verdichtungsdruck entsprechenden Kurbelwinkols durch Druckmessung und Addition eines Korrekturfaktors, der dem durch WärmeÜbergangs- und Lockagoverluste bedingten tlior^iodyii^uiiocliun VerlustwiiikolG^ '^) entspricht.

.'.'. Vor TvU^ron nttcii Anspruch 1 , dadurch g ο k β u a zeichne c , dalJ der thoruodynamischo Verlustwin- :.:el(>-.A })durcli Addition dos WLrueubor^an^SVorlus twinlcols

J ,₇)u2id dos Leckagoverlustwinlcels

woboi aus

Λ Π

P K.

)bos timnibar ist,

A.1

nit

max

1,924 . "fr .

Ti

bestimmbar ist,

die px-o Kurbelwinkel vom Gas an die Brennraumwand abgegebene Wä

der Maximaldruck,

StoTfwert des Gases,

80 9 8 23/0334

ORlGlWAL

2S55064

Daim 11 353/4

K.. eine Volumenfunlction,

T die Gastemjieratur in K,

A₁ dor wirksame Leckquersclmitt, und

η,, die Ho tordrolizahl

bezeichnet isfc, und wenn IZ₁ durch die Formel

K₁ = 3,o5 . 1ο"^μ . V_rr I +λ j

bestimmt it, f , in -ler

V das liubvoluiiien des 2ylindei"s und

/\_ das Scliubs i-an

angibt.

3· Vorralireii nach /aispruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne t , daß der thermodynamisehe VerlustwinJcol ( Z\ Jf ) aus dem gemessenen Versatz zwischen Druckr.iaxiniauil· und oberer To Ipunkts fcollun^ des Kolbens bestimmt wird.

h. VorTnhi-on ü-tc!;. Mispruch j, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kolbenstellung im oberen Totpunkt durch Wejmessunfj,· bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmaximum durch Druckmessung be s timmt wird.

ü. Veri'ahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5> dadurch ς? G Ic ο η η ζ ο ± c h Ii e t , daß Wegmessung und Druckmessung gleichzeitig durchgerührt werden.

809823/0334

Daim 11 353/

·" Vorrichtung zur Festlegung des oberen Totpunktes bei Ivolbenmaschinen, insbesondere Kolbenbrennlcraftmaschinen, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Druckmeßgeber und Wegmeßgeber eine zusammengefaßte Einbaueinheit (8) bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch g e k e η η ζ "e i c h net , daß als Druckmeßgebor ein Quarzdruckaufnehmer (i'l·) vorgesehen ist.

Q-. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß als Druckmeßgeber ein Dehnmeßstreifengeber vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß als Wegmeßgeber ein kapazitiver Wegnießgeber vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß als Wegraeßgeber ein induktiver Wegmeßgeber vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Einbaueinheit (8) anschließend an ihr Einschraubgewinde (ΐό) mit einer den Druckmeßgeber (Quarzdruckaufnehmer 1^) zugeordneten, quer zur Gewindeachse liegenden Druckanschlußbohrung (18) versehen ist.

809823/0334

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der axial zwischen Wegmeßgeberkuppe (Spitze 17) und Druckanschlußbohrung (iö) liegende Teil als Isolierkörper ausgebildet ist.

809823/0334

ORfGiNAL INSPECTED