DE4438059C2 - Einrichtung zur meßtechnischen Erfassung von Ventil-Hubbewegungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beispielsweise bei Ladungswechselventilen von Brennkraftmaschinen, die üblicherweise als Hubventile ausgebildet sind, und bei ebenfalls als Ventile zu bezeichnenden Kraftstoff-Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen, die eine axial bewegliche Ventilnadel aufweisen, ist man an Informationen über Verlauf, Größe und Geschwindigkeit der Hubbewegungen interessiert. Beispielsweise in der Fertigung können daraus Rückschlüsse auf Toleranzen, Fertigungsqualität, aber auch auf das Langzeitverhalten der Ventilkonstruktionen gezogen werden.

Gattungsgemäße Einrichtungen sind aus der DE-PS 29 32 480, F02M 65/00, für den Fall von Kraftstoff-Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen bekannt. Bei den dort angegebenen Konstruktionen wird der Magnetkern durch einen zapfenförmigen Fortsatz der Düsennadel und einen eine Aufnahme für ein zugekehrtes Ende desselben bildenden Bereich eines Federtellers gebildet; diese beiden Teile sind zumindest bereichsweise von der Spule aufgenommen. Als Vorteil dieser Konstruktion wird die gedrängte Bauweise einer so ausgerüsteten Einspritzdüse angegeben. Für die Ausnutzung des Schafts eines Ladungswechsel-Hubventils zur Gewinnung eines Magnetkerns ist auf die DE-OS 42 38 861, G01B 7/02, zu verweisen.

Ferner ist aus DE 36 03 950 A1 ein induktiver temperaturkomensierter Stellungsmelder bekannt, der einen Hubsensor beinhaltet.

Bekanntlich unterliegen Einspritzdüsen und Ladungswechselventile von Brennkraftmaschinen im Betrieb relativ großen Temperatur­ unterschieden, so daß ohne zusätzliche Maßnahmen die erforder­ liche hohe Meßgenauigkeit für die Erfassung von Ventil-Hubbewe­ gungen nicht gegeben ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungs­ gemäße Einrichtung zu schaffen, die bei Vorliegen von zwei zu unterschiedlichen Zeiten betätigten Ventilen, wie dies bei Brennkraftmaschinen hinsichtlich der Ladungswechselventile und der Kraftstoff-Einspritzventile der Fall ist, mit minimalem Zusatzaufwand Temperaturabhängigkeiten der Meßergebnisse zumindest weitgehend zu beseitigen gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beinhalten die Unteransprüche.

Der zusätzliche Aufwand wird erfindungsgemäß dadurch sehr klein gehalten, daß die magnetfelderzeugende Spule des jeweils in seiner Ruhestellung befindlichen Ventils (Ventilhub = 0) zur Erzielung einer Temperaturkompensation für die magnetfelder­ zeugende Spule des gerade das Meßobjekt darstellenden Ventils ausgenutzt wird.

Wie in den Unteransprüchen zum Ausdruck gebracht, beeinträch­ tigen diese erfindungsgemäßen Kompensationsmaßnahmen das jeweils gewünschte Meßprinzip - Gleichstromspeisung der Spulen mit Erzeugung eines permanenten Magnetfelds, Wechselstromspeisung einschließlich Impulsspeisung der Spule - nicht. Die Maßnahmen haben auch keinen Einfluß auf die konstruktive Gestaltung der Ventile im Hinblick auf die Gewinnung des Magnetkreises. So kann beispielsweise der Ventilschaft eines Hubventils oder die Ven­ tilnadel einer Kraftstoff-Einspritzdüse aus zwei in Achsrichtung aufeinanderfolgenden Teilen beispielsweise durch Reibschweißen zusammengesetzt sein, von denen eines aus einem ferromagnetischen Werkstoff und das andere aus einem nicht ferromagne­ tischen Werkstoff besteht. Je nach Lage der Stoßstelle der beiden Teile, also der Reibschweißstelle, bezüglich der umge­ benden Spule ergeben sich dann unterschiedliche Verhältnisse in dem Magnetkreis, die die jeweilige Lage der Stoßstelle und damit den Hub des Ventils oder die Hubgeschwindigkeit zu sensieren gestatten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 und 2 senkrechte Schnitte durch den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine im Bereich eines Ladungswechselventils bei geschlossenem bzw. geöffnetem Ventil zeigen, während Fig. 3 schematisch die Schaltung wiedergibt.

Betrachtet zunächst die Fig. 1 und 2, so findet sich bei 1 die Führung des allgemein mit 2 bezeichneten, den Ventilteller 3 und den Ventilschaft 4 aufweisenden Hubventils im Zylinderkopf 5. Im in Fig. 1 dargestellten geschlossenen Zustand liegt der Ventilteller 3 in üblicher Weise auf dem Ventilsitz 6 auf, während im geöffneten Zustand (Fig. 2) der Ventilteller vom Ventilsitz 6 zur Freigabe eines Strömungsquerschnitts für Frischgas oder Abgas abgehoben ist.

Die Betätigung des Ventils 2 kann in üblicher und daher nicht zu beschreibender Weise über eine Nockenwelle erfolgen.

Der Ventilschaft 4 enthält zwei in Axialrichtung aufeinander folgende, bei 7 durch Reibschweißung verbundene Bereiche 8 und 9, die aus Materialien unterschiedlicher elektrischer oder magnetischer Leitfähigkeit bestehen. Ein die Verbindungsstelle 7 enthaltender Bereich des Ventilschafts 4 bildet den Kern eines Magnetkreises, der ferner die im Zylinderkopf 5 ortsfest ange­ ordnete magnetfelderzeugende Spule 10 enthält. Der Magnetkreis wird durch die Abschirmung 11 gegen störende Fremdfelder ge­ schützt.

Wie ein Vergleich der Fig. 1 und 2 ohne weiteres zeigt, ändert die Verbindungsstelle 7 ihre Lage bezüglich der magnet­ felderzeugenden Spule 10 während der Hubbewegungen des Ventils 2, so daß die magnetischen Verhältnisse in diesem Magnetkreis signifikant verändert werden; diese Änderungen werden durch entsprechende Ströme bzw. Spannungen im Kreis der Spule 10 meßtechnisch erfaßt.

Betrachtet man nun Fig. 3, so erkennt man bei 10 wiederum die Spule desjenigen Ventils, dessen Ventilhub meßtechnisch erfaßt werden soll. Zur Kompensation von Temperatureinflüssen, die zu einer Nullpunktverlagerung führen, ist diese Spule 10 mit der entsprechenden Spule 20 eines anderen Ventils zu einer Brücke 21 zusammengeschaltet; dieses andere Ventil wird, wie beispiels­ weise bei Ladungswechselventilen von Brennkraftmaschinen üblich, zu einer anderen Zeit als das Ventil 2 betätigt.

Die Brücke 21, die ferner die ohmschen Widerstände 22 und 23 enthält, die bereits Bestandteile des allgemein mit 24 bezeich­ neten Meßverstärkers sind, wird durch den Oszillator 25 mit Wechselspannung gespeist. Das Ausgangssignal an der anderen Brückendiagonale gelangt über den Verstärker 26, den Demodulator 27 und den Tiefpaß 28 zum Endverstärker 29, der mit einer Aus­ werteeinheit für den Hubverlauf des Ventils bzw. die Hubge­ schwindigkeit verbunden ist.

Verständlicherweise ist es, wie im Anspruch 4 angegeben, auch möglich, zwecks Kompensation der Temperaturabhängigkeit der ohmschen Widerstände der Spulen ihnen Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten zuzuordnen. Dies erübrigt sich, wenn gemäß Anspruch 5 die Magnetkreise in Resonanz als Schwingkreise betrieben und Änderungen der Resonanzfrequenz als Maß für den Ventilhub erfaßt werden.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Einrichtung geschaffen, die mit minimalem Aufwand eine Temperaturunabhängig­ keit der erhaltenen Meßwerte sicherstellt.

Claims (6)

1. Einrichtung zur meßtechnischen Erfassung von Hubbewegungen von Ventilen mit an den Ventilen angeordneten Magnetkreisen, von denen jeder eine gegenüber dem betreffenden Ventil orts­ feste magnetfelderzeugende Spule und einen an den Bewegungen des Ventils teilnehmenden und dabei den Magnetkreis beein­ flussenden Magnetkern enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Hubverläufe von zwei zu unterschiedlichen Zeiten betätigten Ventilen ihre Spulen (10, 20) in entgegen­ gesetzt wirkende Zweige einer Brückenschaltung (21) geschal­ tet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (10, 20) mit Wechselstrom gespeist sind und durch Bewegungen des Magnetkerns (4) hervorgerufene Impedanzände­ rungen im Magnetkreis als Maß für den Hubverlauf des betref­ fenden Ventils (2) erfaßt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (10, 20) mit Gleichstrom gespeist sind und durch Bewe­ gungen des Magnetkerns (4) induzierte Spannungen in den Spulen (10, 20) als Maß für die Geschwindigkeit der Hubbewe­ gungen des betreffenden Ventils (2) erfaßt werden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den Spulen (10, 20) NTC-Widerstände zur Kompen­ sation der Temperaturabhängigkeit ihrer ohmschen Widerstands­ werte zugeschaltet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkreise mit Resonanzfrequenz betrieben und durch Ände­ rungen der Stellung der Magnetkerne (4) hervorgerufene Änderungen der Resonanzfrequenz ausgewertet werden.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnetkern durch einen Ventilschaft (4) oder -stößel des betreffenden Ventils (2) gebildet ist, der in einem im Feld der Spule (10) liegenden Bereich einen materialbedingten Sprung (7) zwischen hoher und niedriger Leitfähigkeit besitzt.