DE3316588A1

DE3316588A1 - Einrichtung zur kontrolle des ventilspiels

Info

Publication number: DE3316588A1
Application number: DE19833316588
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Ing. 8010 Graz Kunzfeld
Original assignee: AVL List GmbH; AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1982-05-12
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1983-11-17
Also published as: JPH0454161B2; IT8321052A0; DE3316588C2; IT8321052A1; GB8313071D0; GB2122350B; FR2526865B1; AT397579B; IT1194233B; US4483185A; GB2122350A; ATA187282A; FR2526865A1; JPS58213208A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kontrolle des Ventilspiels der Ein- und Auslaßventile einer Kolbenmaschine .

Richtig eingestellte Ventilspiele sind für Kolbenmaschinen sehr wichtig, da davon zu einem großen Teil die auftretenden Abnutzungen im Ventiltrieb abhängen, welche bei Überschreitung von gewissen tolerierbaren Werten zu Funktionsstörungen bzw. Leistungseinbußen u.dgl. führen.

Üblicherweise werden die Ventilspiele von Hand aus mittels Lehren, welche aus dünnen Metallblättchen verschiedener Dicke bestehen überprüft, zu welchem Zweck diese Metallblättchen beispielsweise unmittelbar zwischen dem Grundkreis der Nocke und der Betätigungsfläche eines Tassenstößels oder zwischen anderen geeigneten Teilen des Ventiltriebes eingeführt werden. Aus der jeweiligen Dicke des noch oder nicht mehr einführbaren Blättchens läßt sich eine Aussage über das vorhandene Ventilspiel gewinnen. Diese Überprüfung muß natürlich bei außer Funktion befindlicher Kolbenmaschine und vorher zugänglich gemachtem Ventil trieb durchgeführt werden, was einerseits den Nachteil hat, daß unter Umständen im Betrieb der Kolbenmaschine aufgrund von Spannungen bzw. Bewegungseinflüssen in den einzelnen Bauteilen auftretende Änderungen des Ventilspiels nicht erfaßt werden können,und daß andererseits ein relativ großer Aufwand zur Vorbereitung dieser Überprüfung erforderlich ist, was beispielsweise für die routinemäßige Überprüfung von fertigmontierten Kolbenmaschinen unerwünscht ist.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Kontrolle des Ventilspiels der Ein- und Auslaßventile einer Kolbenmaschine zu schaffen, welche auf einfache Weise eine rasche und zuverlässige Aussage über das tatsächlich vorhandene Ventilspiel der einzelnen Ventile erlaubt, wobei zusätzliche Montage- und Demontagearbeiten an der fertigmontierten Kolbenmaschine möglichst vermieden werden sollen.

Die Erfindung geht davon aus, daß die beim öffnen und Schließen der Ventile auftretenden metallischen Geräusche - beim öffnen des Ventils werden diese in der Hauptsache verursacht durch die aufgrund des Ventilspiels endliche Größe der Auftref!"geschwindigkeit zwischen den beiden das Spiel aufweisenden Elementen des Ventiltriebes; beim Schließen des Ventils stammen diese Geräusche in der Hauptsache von der endlichen Auftreffgeschwindigkeit des Ventil tellers auf den zugehörigen Ventilsitz - um eine unmittelbar mit der Größe des Ventilspiels zusammenhängende Zeitspanne gegenüber der aus dem Kurbelwinkeldiagramm und dem Nockendiagramm bekannten theoretischen Öffnungsbzw. Schließzeit verschoben sind. Unter Zugrundelegung dieser Überlegung besteht die vorliegende Erfindung darin, daß die Kolbenmaschine zum Zwecke der überprüfung des Ventilspiels fremdangetrieben ist, daß an einer vorbestimmten Stelle im Bereich des Ventiltriebes zumindest ein Schwingungsaufnehmer zur Aufzeichnung von Körperschallschwingungen an der Oberfläche der Kolbenmaschine angebracht ist, der mit einer Auswerteeinheit in Verbindung steht und dem an seinem Anbringungsort auftretenden Körperschall entsprechende Signale an diese abgibt, daß am Kurbeltrieb

der Kolbenmaschine ein Winkelmarkengeber vorgesehen ist, der mit der Auswerteeinheit in Verbindung steht und in Zusammenarbeit mit dieser zumindest einer definierten Winkelstellung des Kurbeltriebes entsprechende Bezugssignale liefert, daß die Auswerteeinheit eine Torschaltung aufweist, welche ausgelöst von den Bezugssignalen des Winkelmarkengebers zumindest im aus dem Kurbelwinkel-

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diagramm bekannten zeitlichen Bereich eines der beiden Endpunkte jeder Ventilbewegung für die aufgenommenen Körperschallsignale offen ist und daß die die Torschaltung passierenden Signale einer mit der Auswerteeinheit in Verbindung stehenden Grenzwertschaltung zugeführt sind, welche durch Pegelvergleich mit zumindest einem Triggerpegel eine Gut-Schlecht-Aussage an einer angeschlossenen Anzeigeeinrichtung bewirkt.

Aus der europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichtungsnummer 31 806 ist eine Einrichtung zur Funktionsprüfung von Ventilen von Kolbenmaschinen bekannt, bei welcher Mikrophone in den Einlaß- und Auslaßleitungen der zum Zwecke dieser Funktionsprüfung fremdange triebenen Kolbenmaschine angeordnet sind, deren hauptsächlich von Zischgeräuschen undichter Ventile stammende Signale einer abhängig vom Kurbelwinkel der Kolbenmaschine gesteuerten Torschaltung zugeführt sind. Aufgrund, der in Zusammenhang mit der Dichtheitsprüfung der Ventile bei dieser bekannten Anordnung vorteilhaften Ausnutzung der Luftschallsignale lassen sich wegen der damit einhergehenden relativ langen Laufzeiten de.r Signale von der Entstehung bis zur Registrierung keine Aussagen über die Größe des Ventilspiels machen. Bereits zur Feststellung der tatsächlichen Steuerzeiten der Ventile - was mit dieser bekannten Anordnung prinzipiell noch möglich ist müssen für jedes Ventil die Zu- bzw. Ableitungsrohre abgenommen und jeweils eigene Mikrophone an den Mündungen am Zylinderkopf mit relativ aufwendigen Adaptern angebracht werden.

Mit den beschriebenen Maßnahmen nach der vorliegenden Erfindung ist es dagegen möglich, bereits mit einem einzelnen Körperschallaufnehmer, der ohne weitere Montagebzw. Demontagearbeit an der Kolbenmaschine anbringbar ist, Körperschallsignale aufzunehmen, die aufgrund ihrer geringen Laufzeit hervorragend auch für die Bestimmung von nur kleinen Zeitdifferenzen, wie sie bei Ventilspielabweichungen auftreten, geeignet sind. Die Fenster an der Torschaltung können dabei so gesetzt werden, daß

die aus dem Kurbelwinkel- bzw. Nockendiagramm unter Hinzunahme des Soll-Ventilspiels bekannten Zeitpunkte am Anfang des Offenbereiches liegen, da damit die zu diesem Zeitpunkt verursachten Geräusche unmittelbar in den offenen Bereich der Torschaltung zu liegen kommen und somit ein relativ hoher Signalpegel registrierbar ist.

An sich ist bereits die überprüfung eines der beiden Endpunkte der Ventilbewegung - also des öffnungs- oder des Schließgeräusches - zur Kontrolle des Ventilspiels ausreichend, da ein schlecht eingestelltes Ventilspiel sich natürlich beim Öffnen und beim Schließen des Ventiles in gleicher Weise auswirkt. Wenn jedoch beide Endpunkte der Ventilbewegung gemäß der vorliegenden Erfindung überwacht werden, läßt sich die Genauigkeit erhöhen bzw. lassen sich Fehler leichter ausschalten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Grenzwertschaltung für jedes Fenster der Torschaltung zwei Triggerpegel aufweist, von denen der erste über dem ohne Ventilgeräusch vorhandenen Grundpegel und der zweite über dem von einem einzelnen Ventil herrührenden Maximalpegel liegt. Damit kann getrennt überprüft werden, ob in dem Kurbelwinkelbereich, in dem bei richtig eingestelltem Ventilspiel das entsprechende Geräusch auftreten sollte überhaupt ein über den Grundgeräuschen liegender Pegel vorhanden ist bzw. ob in diesem Bereich der Geräuschpegel eines einzelnen Ventiles überschritten wird. Soferne die erste Pegelüberprüfung ein negatives Ergebnis bringt, kann daraus geschlossen werden, daß das Ventilspiel des betreffenden Ventiles falsch eingestellt ist, daß also das Öffnungs- oder Schließgeräusch zu früh oder zu spät auftritt. Soferne die zweite Pegelüberprüfung zu einem positiven Ergebnis führt, heißt dies, daß im beobachteten Kurbelwinkelbereich nicht nur das Geräusch eines sondern zumindest eines weiteren Ventiles auftritt, was ebenfalls ein unrichtig eingestelltes Ventilspiel anzeigt. Bei richtig eingestelltem Ventilspiel an der gesamten Kolbenmaschine würde also die erste Pegelüberprüfung an sämtlichen Fenstern der Torschaltung ein positives und die

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zweite Pegelüberprüfung ein negatives Ergebnis bringen. Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind vor der Grenzwertschaltung ein Signalgleichrichter und ein anschließender Integrator eingeschaltet, was die Intensität des für den Pegelvergleich zur Verfügung stehenden Signals erhöht und damit die Genauigkeit der Einrichtung verbessert.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Offenbereiche der von den Bezugssignalen des Winkelmarkengebers ausgelösten Torschaltung sowohl in ihrer relativen gegenseitigen Lage als auch, in ihrer jeweiligen Weite an der' Auswerteeinheit einstellbar sind, wobei es insbesonders vorteilhaft ist, wenn die Pegelhöhe der Triggerpegel für jedes Fenster 1.5 der Torschaltung getrennt einstellbar ist. Durch diese Maßnahmen wird die einfache und problemlose Anpassung der erfindungsgernäßen Einrichtung an verschiedene Typen von zu prüfenden Kolbenmaschinen, welche naturgemäß unterschiedliche Steuerzeiten ihres Ventiltriebs aufweisen kennen, ermöglicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 die Kolbenhubkurve eines einzelnen Zylinders der in Fig. 1 dargestellten Kolbenmaschine ,

.. _ Fig. 3 die der Fig. 2 zugehörigen Nockenhubkurven, Fig. 4 die auftretenden Körperschallsignale und Fig. 5 die zur Steuerung der Torschaltung in der Auswerteeinheit nach Fig. 1 dienenden Signale.

Die in Fig. 1'dargestellte Vierzylinderbrennkraftmaschine 1 ist zum Zwecke der Ventilspielprüfung mittels einer angekuppelten Welle 3 von einem Motor 2 fremdangetrieben. An zwei vorbestimmten Stellen im Bereich des Ventiltriebes 4 ist je ein Schwingungsaufnehmer 5 zur

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Aufzeichnung von Körperschallschwingungen an der Oberfläche der Brennkraftmaschine 1 angebracht, der jeweils über eine Leitung 6 mit einer Auswerteeinheit in Verbindung steht und dem an seinem Anbringungsort auftretenden Körperschall entsprechende Signale an diese abgibt. Die dargestellte Position der Schwingungsaufnehmer 5 kann entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten natürlich frei variiert werden; ebenso kann auch unter Umständen mit einem einzelnen oder aber mit mehreren Schwingungsaufnehmern gearbeitet werden.

Am Schwungrad 7 der Brennkraftmaschinen ist ein Winkelmarkengeber 8 vorgesehen, der mit der Auswerteeinheit in Verbindung steht und in Zusammenarbeit mit dieser zumindest einer definierten Winkelstellung des Kurbeltriebes der Brennkraftmaschine entsprechende Bezugssignale liefert.

Die Auswerteeinheit weist eine Torschaltung 9 auf, welche ausgelöst von den Bezugssignalen des Winkelmarkengebers 8 zumindest im aus dem Kurbelwinkeldiagramin der Brennkraftmaschine bekannten zeitlichen Bereich eines der beiden Endpunkte jeder Ventilbewegung für die über die Leitungen 6 ankommenden Körperschallsignale offen ist. Die Offenbereiche der von den Bezugssignalen des Winkelmarkengebers 8 getriggerten Torschaltung 9 sind über eine Stelleinheit 10 sowohl in ihrer relativen gegenseitigen Lage als auch in ihrer jeweiligen Weite einstellbar.

Die die Torschaltung 9 passierenden Signale der Schwingungsaufnehmer 5 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Gleichrichterschaltung 11 und einen Integrator 12 einer Grenzwertschaltung 13 zugeführt, welche durch Pegelvergleich mit zwei Triggerpegeln eine Gut-Schlecht-Anzeige an einer angeschlossenen Anzeigeeinrichtung 14 bewirkt. Die Triggerpegel an der Grenzwertschaltung 13 sind an einer Stelleinrichtung 15 in ihrer Pegelhohe für jedes Fenster der Torschaltung 9 getrennt einstellbar.

Zu erwähnen wäre hier auch, daß die Art und Weise wie die im folgenden beschriebene Funktion der einzelnen benannten Baugruppen realisiert wird beliebig ist - der-

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artige Einheiten zählen zum Stand der Technik - auch ist es für die Zwecke der vorliegenden Erfindung belanglos, ob die genannten Einheiten bzw. Schaltungsbaugruppen hardware- oder softwaremäßig realisiert sind. Anhand der erklärenden Diagramme nach den Fig. 2 bis - welche sich zur Vereinfachung der Darstellung sämtliche nur auf einen einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine T nach Fig. 1 beziehen - sei die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung im folgenden näher erläutert. In Fig. 2 ist die Kolbenhubkurve zwischen zwei Zünd-OT (oberer Totpunkt) 16 - also für einen vollständigen Zyklus einer Viertaktmaschine - eingetragen; zwischen den beiden Zünd-OT 16 sind die beiden unteren Totpunkte 17 sowie der Wechsel-OT 18 eingetragen. Aus der Darstellung nach Fig. sind die zugehörigen Hubkurven der die Betätigung der Ventile bewirkenden Nocken eingetragen, wobei mit 19 die dem Auslaßventil zugehörige Hubkurve und mit 20 die dem Einlaßventil zugehörige Hubkurve bezeichnet ist.

Aufgrund des im Ventiltrieb auftretenden Ventilspiels s (Fig. 3) liegen der tatsächliche Öffnungspunkt 21 des Auslaßventils und 22 des Einlaßventils gegenüber dem zugehörigen Beginn der Nockenerhebung etwas später und der tatsächliche Schließpunkt 23 des Auslaßventils und 24 des Einlaßventils gegenüber dem Ende der Nockenerhebung zeitlieh etwas früher. Aus diesem Grund ist einerseits am Beginn der Ventilbetätigung eine endliche Relativgeschwindigkeit zwischen den das Ventilspiel s aufweisenden Teilen vorhanden und andererseits erfolgt auch das Aufsetzen des Ventiltellers auf dem Ventilsitz mit einer endlichen Geschwindigkeit, was durch das Aufeinandertreffen der entsprechenden metallischen Teile zu nachweisbaren Geräuschen führt. Diese sind in Entsprechung zur Darstellung der Fig. 3 in Form der beispielsweise mit den Schwingungsaufnehmer 5 gemäß Fig. 1 nachweisbaren Körperschallsignale in Fig. A eingetragen.

Über die Torschaltung 9, welche in Zusammenarbeit mit dem Winkelmarkengeber 8 beispielsweise mit der Fig. 5 entsprechenden Signalfolgen getaktet, ist, gelangen die

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innerhalb des Offenbereiches ankommenden Signale der Schwingungsaufnehmer 5 zu einer Gleichrichterschaltung 11, wonach die gleichgerichteten Signalamplituden im Integrator 12 während der Offendauer der entsprechenden Fenster aufsummiert werden. Die nach dem Schließen der Fenster auf eine gewisse vorbestimmbare Zeit am Integrator 12 anstehenden Summensignale werden in der Grenzwertschaltung 13 mittels zwei Triggerpegeln untersucht, wobei der untere dieser Triggerpegel beispielsweise über dem ohne Ventilgeräusch vorhandenen Grundpegel und der obere über dem . von einem einzelnen Ventil herrührenden Maximalpegel liegt. Die Grenzwertschaltung 13 liefert also in diesem Falle zwei Aussagen bezüglich der überschrittenen Pegelhöhe an die Anzeigeeinrichtung 14, welche für eine Gut-Schlecht-Aussage hinsichtlich des Ventilspiels ausgenutzt werden können.

Abweichend von der dargestellten Einrichtung wäre auch die überprüfung lediglich eines der beiden Endpunkte jeder Ventilbewegung - also entweder des Öffnungs- oder des Schließzeitpunktes - möglich, da - wie aus Fig. 3 unmittelbar ersichtlich ist - eine Verschiebung der Höhe des Ventilspiels s sich sowohl beim öffnen als auch beim Schliessen des Ventiles in gleicher Weise auswirkt. Durch die vorher besprochene Kontrolle beider Endpunkte der Ventilbewegung ist allerdings eine genauere und Fehler ausschließende Aussage über das Ventilspiel möglich.

Soferne das Ventilspiel s von einem Sollwert, der über die Lage der an der Torschaltung 9 freigegebenen

Fenster (siehe Fig. 5) vorgegeben ist abweicht, wird sich I
I dies! unmittelbar im schließlich in der Grenzwertschaltung

"' 13 njit den vorgegebenen Triggerpegeln verglichenen Signal auswirken, was eine Aussage d'arüber erlaubt, ob dak tatsächlich vorhandene Ventilspiel tolerierbar ist oder nicht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wäre es auch denkbar, wenn innerhalb der ein richtig eingestelltes Ventilspiel anzeigenden Fenster der Torschaltung kein entsprechendes Signal erhalten wird, diese Fenster um einen geringen zeitlichen bzw. kurbelwinkelabhängigen Betrag zu

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verschieben, um damit eine Aussage darüber zu erhalten, ob ein zu kleines oder zu großes Ventilspiel vorliegt. Dies könnte beispielsweise über die Stelleinheit 10 bei Bedarf durchgeführt werden.

Die Anzeigeeinrichtung 14 kann zur Abgabe einer Gesamtbeurteilung des Ventiltriebs auch Speicher für die aus dem Pegelvergleich im Bereich der einzelnen Fenster gewonnenen Informationen aufweisen, was beispielsweise auch nach Durchlauf von mehreren Zyklen des Kurbeltriebs eine Mittelung und damit Erhöhung der Meßgenauigkeit erlaubt.

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Claims

7245 AVL Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH, Prof.Dr.Dr.h,c.Hans List Einrichtung zur Kontrolle des Ventilspiels Patentansprüche

1. Einrichtung zur Kontrolle des Ventilspiels der Ein-■jnd Auslaßventile einer Kolbenmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmaschine (1) zum Zwecke dieser Überprüfung fremdangetrieben ist, daß an einer vorbestimmten Stelle im Bereich des Ventiltriebes (4) zumindest ein Schwingungsaufnehmer (5) zur Aufzeichnung von Körperschallschwingungen an der Oberfläche der Kolbenmaschine (1) angebracht ist, der mit einer Auswerteeinheit in Verbindung steht und dem an seinem Anbringungsort auftretenden Körperschall entsprechende Signale an diese abgibt, daß am Kurbeltrieb der Kolbenmaschine (1) ein Winkelmarkengeber (8) vorgesehen ist, der mit der Auswerteeinheit in Verbindung steht und in Zusammenarbeit mit dieser zumindest einer definierten Winkelstellung des Kurbeltriebes entsprechende Bezugssignale liefert, daß die Auswerteeinheit eine Torschaltung (9) aufweist, welche* ausgelöst von d'en Bezugssignalen des Winkelmarkengebers (8) zumindest im aus dem Kurbelwinkeldiagramm bekannten zeitlichen Bereich eines der beiden Endpunkte jeder Ventilbewegung für die aufgenommenen Körperschallsignale offen ist,und daß die die Torschaltung (9) passierenden Signale einer mit der Auswerteeinheit in Verbindung ste-

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henden Grenzwertschaltung (13) zugeführt sind, welche durch Pegelvergleich mit zumindest einem Triggerpegel eine Gut-Schlecht-Anzeige an einer angeschlossenen Anzeigeeinrichtung (14) bewirkt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwertschaltung (13) für jedes Fenster der Torschaltung (9) zwei Triggerpegel aufweist, von denen der erste über dem ohne Ventilgeräusch vorhandenen Grundpegel und der zweite über dem von einem einzelnen Ventil herrührenden Maximalpegel liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Grenzwertschaltung (13) ein Signalgleichrichter (11) und ein anschließender Integrator (12) eingeschaltet sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Offenbereiche der von den Bezugssignalen des Winkelmarkengebers (8) ausgelösten Torschaltung (9) sowohl in ihrer relativen gegenseitigen Lage als auch in ihrer jeweiligen Weite an der Auswerteeinheit einstellbar sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelhöhe der Triggerpegel für jedes Fenster der Torschaltung (9) getrennt einstellbar ist.

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