DE3036961C2

DE3036961C2 - Drehzahl-Meßsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3036961C2
Application number: DE3036961A
Authority: DE
Inventors: Sigeyuki Okazaki Akita; Katsuhisa Toyota Fujikawa; Yoshiyuki Kago
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1979-10-02
Filing date: 1980-09-30
Publication date: 1983-11-24
Also published as: JPS6020049Y2; US4371835A; JPS5654465U; DE3036961A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehzahl-Meßsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen, die keine Zündanlage zur Fremdzündung aufweisen, ist es bekannt, die Maschinendrehzahl mit Hilfe eines an einer Brennstoffeinspritzpumpe angebrachten und auf Druckänderungen bei der Brennstoffeinspritzung ansprechenden piezoelektrischen Elementes oder mittels eines Differentialübertragers in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung einer in der Brennstoffeinspritzpumpe angebrachten Dosierpumpe zu ermitteln. Im ersteren Fall besteht jedoch eine Tendenz zu Fehlfunktionen im unteren Drehzahlbereich, in dem auch der Brennstoffeinspritzdruck niedrige Werte aufweist, wobei darüber hinaus keine Drehzahlmessung mehr möglich ist, wenn die Brennstoffzufuhr unterbrochen wird und dadurch keine Druckänderungen mehr erfaßt werden können, während im letzteren Fall kein zufriedenstellendes Meßergebnis erzielbar ist, wenn die Meßeinrichtung nicht in einem äußerst geringen Abstand zu einem hin- und herbewegten bzw. schwingenden Teil angeordnet wird, was in der Praxis häufig mit Schwierigkeiten verbunden ist Im übrigen können beide Meßeinrichtungen nur bei Diesel-Brennkraftmaschinen bzw. bei Brennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung Verwendung finden.

Ferner ist aus der US-PS 32 89 077 ein Drehzahl-Meßsystem der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein piezoelektrisches Element an einem Brennstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine angebracht ist und die vom öffnen und Schließen des Brennstoffeinspritzventils verursachten Vibrationen in ein elektrisches Signal umsetzt, das einer Auswertungsschaltung z. B. in Form eines Frequenzzählers zugeführt wird. Eine zuverlässige Anbringung des piezoelektrischen Elements an einem Teil des sehr kleinen Brennstoffeinspritzventils ist jedoch in der Praxis mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Darüber hinaus läßt sich dieses vibrationsabhängige Meßprinzip im wesentlichen nur bei Diesel-Brennkraftmaschinen mit einer Injektoreinheit mit direktem Nockenantrieb realisieren, nicht jedoch bei Verwendung einer z. B. für Ottomotoren geeigneten üblichen Brennstoffeinspritzpumpe.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Drehzahl-Meßsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß bei einfacher Installierbarkeit eine genaue berührungslose Ermittlung der Maschinendrehzahl unabhängig von der Art der jeweils verwendeten Brennkraftmaschine möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst

Erfindungsgemäß ist somit ein Ventilbetätigungselement des Ventilsteuermechanismus zur Betätigung der Einlaß- und Auslaßventile einer Brennkraftmaschine vormagnetisiert und ein Magnetfühler zur Ermittlung von die Bewegung des magnetisieren Ventilbetätigungselementes begleitenden Magnetfeldänderungen im öleinlaß der Zylinderkopfhaube angeordnet. Da der Magnetfühler somit anstelle oder in Verbindung mit dem öleinfülldeckel in dem bei jeder Brennkraftmaschine vorhandenen öleinlaß der Zylinderkopfhaube anbringbar ist und mit einem ebenfalls bei jeder Brennkraftmaschine vorhandenen Ventilbetätigungselement, z. B. in Form eines Ventilkipphebels in Wirkverbindung steht, kann völlig unabhängig vom jeweiligen Brennkraftmaschinentyp bei einfachster Anbringung eine genaue Drehzahlmessung bei weitgehender Konstruktionsfreiheit erzielt werden.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestal-

tungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fi g. la und Ib schematische Ansichten de.; Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine im Längsschnitt bzw. Querschnitt,

F i g. 2 ein teilweise im Schnitt dargestelltes Ausführungsbeispiel des Drehzahl-Meßsystems,

Fig.3 eine elektrische Schaltungsanordnung aes Drehzahl-Meflsystems gemäß F i g. 2,

F i g. 4 den Verlauf von Signalen in verschiedenen Abschnitten der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3,

Fig.5 ein Beispiel für eine Meßkennlinie des Drehzahl-Meßsyste-ns gemäß F i g. 2 und

Fig.G eine Schnittansicht einer bei dem Drehzahl-Meßsystem gemäß Fig.2 verwendeten Magnetisierungsvorrichtung.

Bei einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, wie einer Diesel-Brennkraftmaschine, deren Zylinderkopf in den Fig. la und Ib schematisch in Form einer Längsschnittansicht bzw. einer Querschnittsansicht dargestellt ist, wird nach Entfeinen eines Öleinfülldekkels 12 von einer Zylinderkopfhaube 11 durch einen dann geöffneten Öleinlaß (Gewindeöffnung) 1Γ zumindest ein Ventilkipphebel 13 sichtbar, der sich in Abhängigkeit von der Kurbelwellen-Drehbewegung hin- und herbewegt. Dies trifft auf nahezu alle Arten von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge zu. In F i g. 1 bezeichnet die Bezugszahl 14 den Zylinderkopf, während die Bezugszahl 15 Einlaß- und Auslaßventile bezeichnet, die sich mit der Hin- und Herbewegung der jeweiligen Ventilkipphebel 13 vertikal bewegen.

In den Fig.2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Drehzahl-Meßsystems veranschaulicht. Das Drehzahl-Meßsystem umfaßt ein Gehäuse 20, einen Magnetfühler 21, eine gedruckte Leiterplatte 23 mit einer Auswertungsschaltung 30 (Fig.3), Verbindungsleitungen 24 zwischen dem Magnetfühler 21 und der Leiterplatte 23, über die der Magnetfühler 21 betrieben wird. Zuleitungen 25 zur Zuführung des Ausgangssignals des Magnetfühlers 21 zu der Auswertungsschaltung 30, ein Stromversorgungskabel 26 zur Stromversorgung des Drehzahl-Meßsystems, eine Gummischutzhülle 27 und ein zylindrisches Gummiteil 22, das zur lösbaren Befestigung des Gehäuses 20 im öleinlaß 11' der Zylinderkopfhaube 11 mit einem Außengewinde versehen ist. Der Magnetfühler 21 und die die Auswertungsschaltung 30 tragende Leiterplatte 23 werden bei ihrer Anordnung im Gehäuse 20 zu einer Einheit zusammengefaßt.

Der Magnetfühler 21 weist ein Fluxgate-Magnetometer mit einer Erregerspule 1, einer Fühlerspule 2 und einem Permalloy-Ringkern 3 auf, auf den die Erregerspule 1 und die Fühlerspule 2 gewickelt sind. Die Erregerspule 1 ist gleichförmig auf den Ringkern 3 gewickelt, während die Fühlerspule 2 über einen Haltering 3a aus nichtmagnetischem Material in einer X-Richtung und einer K-Richtung auf die Eiregerspuie 1 gewickelt ist.

Die Auswertungsschaltung 30 weist eine Erregerschaltung 31 zur Speisung des Magnetfühlers 21 und eine Detektorschaltung 32 zur Erfassung des Ausgangssignals des Magnetfühlers 21 auf. Mit 4a ist ein an eine Konstantspannungsschaltung angeschlossener Spannungsversorgungsanschluß bezeichnet, während mit 4i> ein Alisgangsanschluß bezeichnet ist.

Die Erregerschaltung 31 weit! eine astabile Kippstufe mit Invertem 33 und 34, Widerstanden 36 und 37 und einem Kondensator 38, einen weiteren Inverter 35, einen Widerstand 39, einen Transistor 40 und eine Steuerschaltung 41 zur Ansteuerung eines Analogschalters 43 der Detektorschaltung 32 in Abhängigkeit vom Ausga«igssignal der astabilen Kippstufe auf.

Die Detektorschaltung 32 umfaßt einen Wechselstromverstärker 42, den Analogschalter 43, einen Kondensator 44, einen OperationsverstSrker 45 und eine Schmitt-Triggerschaltung 46.

Von den Ventilkipphebeln 13 (Fig. 1), die aus Gußeisen oder einem ähnlichen magnetischen Material bestehen, wird nur der in bezug auf den öleinlaß W nächstgelegene Ventilkipphebel magnetisiert

Zu diesem Zweck wird ein Magnetisierungsstab gemäß Fig.6, der aus einem wie ein Rollmaß verbiegbaren und an einem Ende mit einem Permanentmagneten 61 versehenen Griffstück 62 besteht, durch den Öleinlaß 1Γ in das Innere der Zylinderkopfhaube 11 eingeführt und nur mit dem durch den Öleinlaß 11' hindurch sichtbaren Ventilkipphebel 13 in Berührung gehalten. Auf diese Weise wird dieser Ventilkipphebel 13 von dem Permanentmagneten 61 magnetisiert.

Nachstehend wird näher auf die Arbeitsweise des beschriebenen Drehzahl-Meßsystems eingegangen. Das in Fig.4(a) dargestellte Ausgangssignal der aus den Invertern 33 und 34, den Widerständen 36 und 37 und dem Kondensator 38 bestehenden astabilen Kippstufe wird über den Inverter 35, den Widerstand 39 und den

^J0 Transistor 40 der Erregerspule 1 des Magnetfühlers 21 zugeführt. Mit diesem Signal wird in dem Ringkern 3 ein starkes Erregermagnetfeld erzeugt. Wenn in diesem Zustand von außen ein schwaches Signalfeld eingekoppelt wird, wird in der Fühlerspule 2 ein der

Überlagerung des Erregermagnetfeldes mit dem Signalfeld proportionales Signal erzeugt, wie es in Fi g. 4(b) dargestellt ist. Die Amplitude dieses Überlagerungssignals ändert sich in Abhängigkeit von der Amplitude des Signalfeldes. Wenn der magnetisierte Ventilkipphebei 13 im Stillstand der Brennkraftmaschine keine Bewegungen ausführt, gibt die Fühlerspule 2 somit ein Signal mit konstanter Amplitude gemäß dem linksseitig der Linie A in F i g. 4(b) dargestellten Signalverlauf ab, während bei Umdrehungen der Brennkraftmaschine ein

⁴^ Signal abgegeben wird, das gemäß dem rechtsseitig der Linie A in Fig.4(b) dargestellten Signalverlauf in Abhängigkeit von der Intensität des bei der Hin- und Herbewegung des Ventilkipphebels 13 erzeugten Signalfeldes moduliert ist. Das Ausgangssignal der

'" Fühlerspule 2 wird von dem Wechselstromverstärker 42 verstärkt. Eine Abtast/Speicherschaltung, die von dem Analogschalter 43, dem Kondensator 44 und dem Operationsverstärker 45 gebildet wird, speichert das Ausgangssignal des Wechselstromverstärkers 42 in

^D> Abhängigkeit von dem von der Steuerschaltung 41 erzeugten und in Fig.4(c) dargestellten Signal. Die Abtast/Speicherschaltung speichert somit jeweils einen zum Zeitpunkt des Auftretens eines Impulses abgetasteten Wert des Verstärkerausgangssignals für die

Zeitdauer bis zum Auftreten des nächsten Impulses. Auf diese Weise wird ein Signal gemäß Fig.4(d) erhalten. Dieses Signal wird durch die von der Schmitt-Triggerschaltung 46 gebildete Impulsforrr.erschaltung in ein Impu^signal gemäß F i g. 4(e) umgesetzt, das über den

Ausgangsanschluß Ab abgegeben wird. Dieses Ausgangssignal besteht aus einer Folge von Impulsen, die jeweils für zwei Umdrehungen der Brennkraftmaschine abgegeben werden, so daß die Maschinendrehzahl auf

einfache Weise bestimmt werden kann.

In F i g. 5 sind Meßdaten graphisch dargestellt, die bei der Drehzahlmessung an einer Diesel-Brennkraftmaschine mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels des Drehzahl-Meßsystems erhalten wurden. Hierbei sind in Fig. 5 über der Ordinate die Frequenz /des Impulsausgangssignals am Ausgangsanschluß 46 und über der Abszisse die Maschinendrehzahl N aufgetragen.

Das Drehzahl-Meßsystem ist zwar vorstehend in Verbindung mit einer Diesel-Brennkraftmaschine beschrieben worden, kann jedoch gleichermaßen auch bei einer üblichen fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wie einem Ottomotor, Verwendung finden. Falls das in der Nähe des öleinlasses 11' der Zylinderkopfhaube 11 befindliche Ventilbetätigungsglied ein Nocken oder dergleichen ist, kann auch ein solcher Nocken oder

<-, dergleichen anstelle des vorstehend beschriebenen Ventilkipphebels 13 magnetisiert werden. Darüber hinaus kann anstelle des vorstehend beschriebenen Magnetfühlers 21 bei Steigerung der Magnetisierung des Ventilkipphebels 13 auch ein anderer Magnetfühler

ίο zur Ermittlung von Magnetfeldänderungen, wie z. B. ein Hall-Element oder ein Magnetwiderstandselement, verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehzahl-Meßsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer einen Öleinlaß aufweisenden Zylinderkopfhaube, unter der ein Ventilsteuermechanismus zur Betätigung zumindest eines Ventils zum Einlaß von Luft oder Auslaß von Abgas angeordnet ist, mit einem Meßfühler zur Bildung eines drehzahlabhängigen elektrischen Signals und einer Auswertungsschaltung zur Verarbeitung des Ausgangssignals des Meßfühlers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilbetätigungselement (13) des Ventilsteuermechanismus vormagnetisiert ist und daß der Meßfahler als Magnetfühler (21) ausgebildet und zur Ermittlung von die Bewegung des magnetisieren Ventilbetätigungselementes (13) begleitendtn Magnetfeldänderungen im Öieinlaß (H) entnehmbar angeordnet ist.

2. Drehzahl-Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfühler (21) ein Gehäuse (20) aufweist, in dem die Auswertungsschaltung (30) angeordnet ist

3. Drehzahl-Meßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilbetätigungselement ein Ventilkipphebel (13) ist

4. Drehzahl-Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfühler (21) und die Auswertungsschaltung (30) in dem Gehäuse (20) zu einer Einheit zusammengefaßt und entnehmbar im öleinlaß (IF) angeordnet sind.

5. Drehzahl-Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfühler (21) ein Fluxgate-Magnetometer mit einem Ringkern (3), einer gleichförmig auf den Ringkern (3) gewickelten Erregerspule (1) und einer in -Y-Richtung und V-Richtung auf die Erregerspule (1) gewickelten Fühlerspule (2) aufweist und daß die Auswertungsschaltung (30) eine Erregerschaltung (31) mit einer mit konstanter Frequenz schwingenden Oszillatorschaltung (34 bis 38) und einer Schaltung (39,40) zur Einspeisung eines Erregungssignals in die Erregerspule (1) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Oszillatorschaltung (34 bis 38) sowie eine Detektorschaltung (32) zur Verstärkung des Ausgangssignals der Fühlerspule (2) und Bildung eines Impulssignals durch Speicherung eines Abtastwertes und Impulsformung aufweist.

6. Drehzahl-Meßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerschaltung (31) eine vom Ausgangssignal der Oszillatorschaltung (34 bis 38) gesteuerte Steuerschaltung (41) aufweist und daß die Detektorschaltung (32) das Fühlerspulen-Ausgangssignal nach erfolgter Verstärkung mittels eines vom Ausgangssignal der Steuerschaltung (41) angesteuerten Analogschalters (43) abtastet und speichert.

7. Drehzahl-Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine Diesel-Brennkraftmaschine ist.