DE9417650U1

DE9417650U1 - Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung von Ventildrehzahlen

Info

Publication number: DE9417650U1
Application number: DE9417650U
Authority: DE
Original assignee: TRW Motor Komponenten GmbH and Co KG
Current assignee: TRW Motor Komponenten GmbH and Co KG
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2004-11-05

Description

DIPL-ING. HELMÜ'T

PATENTANWALT
Bergiusstr. 2c, 30655 Hannover

Anmelder: Firma TRW Motorkomponenten GmbH S Co. KG Hannove rsche Str.
30890 Barsinghausen

Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung von VentiLdrehzahLen

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung der Drehzahl eines Ventils mit einem an dem Ventil befestigten Permanentmagneten als Signalgeber und einem Meßsensor als Signa Inehmer.

Durch die Leistungsdichte moderner Motoren werden sehr große Anforderungen an die Ventile, insbesondere an die Auslaßventile gestellt. Zu den Schwierigkeiten, die zu beherrschen sind, gehören eine ungleichmäßige Erwärmung des Ventilkopfes, Verzug und Undichtigkeit sowie Hochtemperaturkorrosion und Verbrennungsrückstände an den wärmsten Stellen. Zu den Maßnahmen, mit welchen den genannten Schwierigkeiten entgegengetreten wird, gehört das Drehen der Ventile während des Betriebes. Während nicht klemmende MehrriIlen-VentiIkegeIstücke dem Ventil die Möglichkeit geben, sich zu drehen, wird bei klemmenden Ventilkegelstücken die Drehung mit Hilfe von Ventildrehvorrichtungen erzwungen. Die Drehung kann sowohl während des Öffnungshubes als auch in speziellen Anwendungsfällen während des Schließens durchgeführt werden, um Verbrennungsrückstände am Ventilsitz durch sanftes Einschleifen zu entfernen. Durch das leicht rotierende Aufsetzen des Ventils können sich selbst

sehr adhäsive Ablagerungen nicht am Ventilsitz aufbauen. Diese Funktionsfähigkeit von Ventildrehvorrichtungen ist einerseits sicherzustellen, andererseits ist eine Kontrolle von außen ohne besondere Vorkehrungen nicht möglich.

Durch die japanische Patentanmeldung 57-135207 wird eine Meßeinrichtung zur überprüfung der Drehbewegung eines Ventils für Verbrennungskraftmaschinen offenbart. Die Einrichtung verwendet einen am Federteller des Ventils befestigten Permanentmagneten und einen Meßsensor, der außerhalb des Ventildeckels angeordnet und mit einem Signalprozessor verbunden ist, der die Signale vom Meßsensor empfängt. Der Meßsensor registriert durch den Ventildeckel hindurch die Veränderung des magnetischen Flusses des Permanentmagneten. Die bekannte Einrichtung hat den entscheidenden Nachteil, daß sie nur bei Motoren angewendet werden kann, die Ventildeckel aus einem nichtmagnetischen Material besitzen. Die Verwendung der Einrichtung ist somit auf die meisten relativ kleinen Motoren mit mittlerer und hoher Drehzahl beschränkt, die mit Aluminiumdeckel ausgerüstet sind. Gerade die großen, langsamlaufenden Maschinen, beispielsweise Schiffsdiesel, insbesondere Schwerölmotoren, bedürfen einer zwangsweisen Ventildrehung. Die Funktionskontrolle an diesen regelmäßig mit Ventildrehvorrichtungen ausgerüsteten Motoren ist mit der bekannten Ausführung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die eine Bestimmung der Ventildrehzahl auch bei mit VentifcdeckeIn .aus .einem ferromagnetischen Material ausgerüsteten Verbrennungskraftmaschinen gestattet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Meßeinrichtung vorgeschlagen, deren Sensor innerhalb des Zylinderkopfes im Bereich der Bewegungsbahn des Signalgebers angeordnet ist.

Neben dem grundsätzlichen Vorteil, die Ventildrehzahlen bei allen Verbrennungskraftmaschinen unabhängig vom Material der

VentiI decke L bestimmen zu können, ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine Bestimmung der Drehzahlen auch solcher Ventile ermöglicht wird, die mit einer untenliegenden Drehvorrichtung ausgerüstet sind. Bekanntlich können Ventildrehvorrichtungen sowohl als untenliegende als auch als obenliegende Ausführungen ausgebildet sein. In sehne I laufenden Motoren wird vorzugsweise die untenliegende Ausführung eingebaut, die auf dem Zylinderkopf aufliegt, damit sich die Massenkräfte des Ventiltriebs nicht vergrößern. Bei der obenliegenden Ausführung ersetzt die Drehvorrichtung den Federteller. Sie wird in langsamlaufenden Motoren oder dann angewendet, wenn aus Platzgründen die untenliegende Ausführung nicht untergebracht werden kann.

Wegen der zahlreichen sich addierenden Toleranzen ist es nicht möglich, eine genaue Drehzahl oder einen engen Drehzahlbereich einer Ventildrehvorrichtung oder einer Serie anzugeben. Wesentlich ist, daß unabhängig von der genauen Höhe der Drehzahl eine ständige, von der Drehzahl des Motors abhängige Drehung des Ventils durch die Ventildrehvorrichtung gewährleistet ist. Mit der erfindungsgemäßen Ausführung der Meßeinrichtung ist es möglich, sowohl kontinuierlich als auch zeitweilig die Drehzahlen während des Motorbetriebs zu ermitteln und ggf. eine nicht einwandfrei arbeitende Ventildrehvorrichtung auszutauschen. Dadurch wird der Gefahr einer vorzeitigen Schädigung des Ventils vorgebeugt.

Zur Positionierung des Meßsensors innerhalD des ZyIinderkopfes wird vorgeschlagen, einen stabförmigen Sensorhalter zu verwenden, der durch die Zylinderkopfwand reicht. Dabei befindet U.u sich, depv.-Meßsensor in einem Aufnahmeraum am vorderen, in den Zylinderkopf reichenden Ende des Halters. Dieser ist mit einer zentralen Durchgangsbohrung für eine Kabeldurchführung versehen. Sein Außenumfang ist mit einem Gewinde zur Verschraubung mit einer im Zylinderkopf befestigbaren Justierhülse ausgeführt. Vorzugsweise trägt die Justierhülse ein Außengewinde

und ist in einer durch den Zylinderkopf reichenden Gewindebohrung befestigt. Diese weist einen durch eine Durchmesserverengung gebildeten Sch raubanschLag für die JustierhüLse auf. Um die genaue Lage des SensorhaLters in der ZyLinderkopfbohrung zu fixieren, trägt der Meßsensorhalter zu beiden Seiten der JustierhüLse Gewinderinge, die gegen deren Enden schraubbar sind und dadurch den Halter verspannen. Zusätzlich kann der Meßsensorhalter mit einem Kontrollorgan zur Ausrichtung und optischen Kontrolle der Lagerichtigkeit des Meßsensors versehen sein. Hierfür eignet sich ein auf den Halter aufschraubbarer Ring mit einem daran befestigten KontroLlstab oder einem anderen Zeigerinstrument.

Weitere Befestigungsmöglichkeiten des Meßsensors innerhalb des ZyLinderkopfes sind durch eine unmittelbare Verschraubung oder Verklebung mit dem Zylinderkopf im Bereich der Bewegungsbahn des Signalgebers gegeben.

Zusätzliche, den Erfindungsgegenstand vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den Schutzansprüchen offenbart.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen

Figur 1 die Verwendung eines Meßsensor haLters für eine obenliegende Drehvorrichtung,

Figur 2 einen mit dem Zylinderkopf versch raubten Sensor im Bereich einer oben Liegenden Drehvorrichtung,

Figur 3 einen im Zylinderkopf verklebten Meßsensor im Bewegungsbereich einer oben Liegenden Drehvorrichtung,

Figur 4 einen Meßsensorhalter mit einem Meßsensor im Bereich einer untenliegenden Drehvorrichtung,

Figur 5 einen mit dem Zylinderkopf versch raubten Meßsensor im Bereich einer untenliegenden Drehvorrichtung,

Figur 6 einen mit dem Zylinderkopf verklebten Meßsensor im Bereich einer untenliegenden Drehvorrichtung,

Figur 7 den Meßsensorhalter und

Figur 8 den grundsätzlichen Meßaufbau.

Am oberen Ende eines Ventilschaftes 1 ist eine Ventildrehvorrichtung 2 angeordnet, an deren Unterseite eine Ventilfeder 3 direkt anliegt und den nicht dargestellten Ventilteller stets in seiner geforderten Stellung hält. Am Außenumfang der Ventildrehvorrichtung ist ein Permanentmagnet 4 als Signalgeber befestigt.

Innerhalb des vom Zylinderkopf 5 und dessen Ventildeckel 6 gebildeten Raums befindet sich im Bewegungsbereich des Gebers ein Meßsensor 7, der gemäß Figur 1 von einem stabförmigen Meßsensorhalter 8 getragen wird. Der Meßsensor ist im Raum 9 eines im Durchmesser vergrößerten Halterkopfes 10 angeordnet, beispielsweise in einer den Raum 9 ausfüllenden Kunststoffmasse 11 (Figur 7) eingebettet. Eine zentrale, den gesamten Halter in Längsrichtung durchsetzende Bohrung 12 ermöglicht die Führung des den Meßsensor mit einer Auswerteeinheit 20 (Figur 8) verbindenden Kabels 21.

Im eingebauten Zustand befindet sich der Meßsensorhalter 8 in einer mit zwei Durchmesserstufen versehenen Bohrung 13 des Zylinderkopfes. Der übergang zwischen den Bohrungsabschnitten 13a und 13b bildet eine ringförmige Anschlagfläche 14 für eine Justierhülse 14, die mit dem Meßsensorhalter verschraubt ist. Zu diesem Zweck ist der Meßsensorhalter mit einem Außengewinde 16 versehen, das in ein entsprechendes Innengewinde der Justierhülse 15 greift. Zusätzlich trägt die Justierhülse über einen begrenzten Bereich größeren Durchmessers ein Außengewinde 17, mit dem sie in den Bohrungsabschnitt 13b des Zylinderkopfes geschraubt ist.

Die Position der Justierhülse auf dem Meßsensorhalter bestimmt die Lage des Sensors 7 im Magnetfeld des Permanentmagneten 4.

Claims

Zur Fixierung der Lage der JustierhüLse 15 auf dem Sensorhalter 8 sind zwei Gewinderinge 18 und 19 vorgesehen, die mit der JustierhüLse verspannt werden können, so daß eine Änderung der Position auf dem SensorhaLter trotz der ständig durch den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine hervorgerufenen Schwingungen vermieden wird.

Zusätzlich kann ein weiterer Gewindering 22 mit einem daran befestigten, stabförmigen Anzeigeelement oder Richtstab 23 auf den Meßsensorhalter 8 geschraubt werden, um eine optische Ausrichtung und Kontrolle der Lagerichtigkeit des Meßsensors im Zylinderkopf zu ermöglichen.

Befestigungsalternativen für den Meßsensor zeigen die Figuren 2 und 3. Der Meßsensor 7 kann beispielsweise mit Hilfe einer Schraube 24 im Magnetfe Idbereich eines am oberen VentiL schaftende angeordneten Signalgebers am Zylinderkopf 5 befestigt sein. Das Verbindungskabel 21 kann durch eine einfache Bohrung 25 durch den Ventildeckel 6 geführt werden. Diese Möglichkeit nutzt auch die Anordnung des Meßsensors 7 gemäß Figur 3 mit dem Unterschied, daß der Sensor mit dem Zylinderkopf 5 nicht verschraubt sondern verklebt ist.

Bekanntlich können Ventildrehvorrichtungen als obenliegende (Figuren 1 bis 3) oder untenliegende Ausführungen (Figuren 4 bis 6) eingebaut werden. Die untenliegende Ausführung kommt vorzugsweise in sehne I lauf enden Motoren zum Einsatz. Während bei der obenliegenden Ausführung die Drehvorrichtung 2 den Ventilfederteller ersetzt ist. Bei einer untenliegenden Ausführung ist am oberen VentiI schaft ende ein Teller 26 zur Abstützung der Ventilfeder 3 notwendig. Die untenliegende Ventildrehvorrichtung 27 ist analog den Ausführungen nach den Figuren 1 bis 3 wieder mit einem Permanentmagneten 4 ausgerüstet. Hierbei ist in gleicher Weise die Halterung des Meßsensors 7 durch einen stabförmigen Meßsensor ha lter 8 (Figur 4) sowie die Verschraubung mit dem Zylinderkopf 5 (Figur 5) und die Verklebung (Figur 6) möglich. Im Gegensatz zu den letztge-

nannten Befestigungsarten ermöglicht der SensorhaLter 8 bei Bedarf die Entfernung des Meßsensors 7 aus dem ZyLinderkopf. Nach dem Herausschrauben kann mit einem einfachen Schraubstopfen die ZyLinderkopföffnung geschlossen werden. In vielen Fällen reicht eine diskontinuierliche Messung der Ventildrehung aus, so daß für die Messungen nacheinander an verschiedenen Ventilen ein im Meßsondenhalter befestigter Sensor genügt.

D I P L-I N G. H E L M UT A"R E WE

PATENTANWALT
Bergiusstr. 2c, 30655 Hannover

Anmelder: Firma TRW Motorkomponenten GmbH S Co. KG Hannove rsche Str.
30890 Barsinghausen

Schutzansprüche

1. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung der Drehzahl eines Ventils mit einem an dem Ventil befestigten Permanentmagneten als Signalgeber und einem Meßsensor als SignaInehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (7) innerhalb des Zylinderkopfes (5) im Bereich der Bewegungsbahn des Signalgebers (4) angeordnet ist.
2. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsensor am vorderen Ende eines stabförmigen, durch die Zy I inderkopfwand (5) reichenden, auswechselbaren Meßsensorhalters (8) angeordnet ist.
3. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsensorhalter mit einer zentralen Durchgangsbohrung (12) für eine Kabeldurchführung versehen ist, am vorderen Ende einen Kopf (10) mit einem Aufnahmeraum (9) für den Meßsensor (7) und dessen Befestigung aufweist und mit einem Außengewinde (16) zur Verschraubung mit einer in dem Zylinderkopf befestigbaren Justierhülse (15) ausgerüstet ist.
4. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierhülse mit

einem Außengewinde (17) in einer den Zylinderkopf durchsetzenden, mit einem Innengewinde versehene Bohrung (13) befestigt ist.
5. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die ZyLinderkopfbohrung (13) einen durch eine Durchmesserverengung gebildeten Schraubanschlag (14) für die JustierhüLse aufweist.
6. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsensorhalter mit zwei zu beiden Seiten der Justierhülse angeordneten Gewinderingen (18, 19) ausgerüstet ist.
7. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach einem Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsensorhalter ein Kontrollorgan zur Ausrichtung und optischen Kontrolle der Lagerichtigkeit des Meßsensors aufweist.
8. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontrollorgan ein Schraubring (22) mit einem daran befestigten Richtstab ist.
9. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsensor in einer den Aufnahmeraum füllenden Kunststoffmasse (11) eingebettet ist.
10. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsensor im Bereich der Bewegungsbahn des Signalgebers mit dem Zylinderkopf verschraubt ist.
11. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsensor im Bereich der Bewegungsbahn des Signalgebers mit dem Zylinderkopf verklebt ist.
12. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber unmittelbar an einer Ventildrehvorrichtung (2 , 27) befestigt ist.
13. Verbrennungskraftmaschine mit einer Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßsensor wahlweise ein Hall-Sensor, ein Reed-Schalter, ein Wiegand-Sensor, ein Induktionsaufnehmer oder ein Feldplattenaufnehmer eingesetzt und zur Auswertung der Meßsignale mit einer Auswerteeinheit (20) verbunden ist.