JP2008528859A - 内燃エンジンなどの駆動装置の少なくとも可動部分の位置を測定する方法 - Google Patents

Abstract

内燃エンジン・ギア・その他等の駆動装置のテスト中に、又は、他の目的のために、少なくともその可動部分の位置の測定が必要とされる。今日まで、この作業は、例えば、容量的に行われている。しかし、この測定は要件に関連し、必ずしも実行可能であるとは限らない。本発明は、駆動装置の少なくとも可動部分の位置を測定する方法であって、前記可動部分を照射するか、もしくは、該部分を光源に対して露出する工程と、可動部分とそれに対応する部分との間の前記光の通過を測定する工程とを有する方法に関する。前記部分の移動中、前記光の通過は変化するか、短時間、遮断可能であり、それによってそれぞれの部分の現在位置に関する信頼性の高い情報を得ることが可能とされる。本発明の方法は、特に可動部分の位置を容量的に測定する公知の方法よりも、より汎用的に、特に前記部分の材料から独立的に、行うことができる。

Description

本発明は、請求項１の前提部に係る、内燃エンジン・トランスミッション等の駆動アセンブリのその少なくとも可動部分の位置を測定するための方法に関する。

内燃エンジン、トランスミッション、又はその他の駆動アセンブリをテストおよび／又はモニタするために、そのいくつかの可動部分の位置を測定することが必要である。そのような可動部分の位置および／又は連続時間的移動シーケンスが検出される。可動部分の位置を、例えば容量的、磁気的、更にカメラ或いはレーザによって測定することは知られている。これらの公知の測定方法のそれぞれは、使用条件、例えばその部分の自由アクセス性や当該部分の材料の質等に関連している。

従って、本発明は、駆動アセンブリ、特に内燃エンジン・トランスミッション等の、その少なくとも可動部分の位置を測定するための方法を提供し、より汎用的に使用可能で正確な測定値を提供する、という課題に基づくものである。

この課題を達成するための方法は、請求項１の手段を備える。従って、光を使用して、好ましくは前記可動部分と、それに対応する固定部分又は類似の可動部分との間の光の通過および／又は光の通過の遮断を測定することによって、前記可動部分の位置を測定する。
光の通過は前記可動部分の位置の確実なインジケータである。これにより前記可動部分の位置を非常に単純な手段を利用して測定することが可能である。更に、光を使用することにより、本発明による方法は、そのチェック対象部分から非常に大きく独立したものとなる。特に、任意の所望の部分の位置を、それらの部分の材質から独立して、しかも破壊的な副作用無く、確実かつ安全に測定することができる。

前記可動部分の位置は、好ましくは前記部分が、光の通過が全く検出されない又は実質的に全く検出されない、および／又は最大の光通過が検出できる位置にある時に測定される。具体的には、光の通過が全く又は実質的に全く検出されない時に前記可動部分の位置を測定することによって、前記可動部分の位置を驚くほど正確に測定することが可能である。その理由は、可動部分が少なくとも１つの対応の部分に対して部分的に当接することによって、光の通過を妨げる可動部分の位置が瞬間的に発生するような、別の可動部分又は非可動部分に対する前記可動部分の位置が少なくとも１つ存在するからである。

好適方法において、前記可動部分の一方側が照射又は光に対して露出され、他方側、好ましくは影の側において、許容又は前記可動部分によって遮断される光の通過が測定される。前記光は、前記可動部分の片面に、少なくとも１つの外部光源によって照射されるか、若しくは、その周囲に存在する光も利用可能である。後者の場合、外部光源は不用となる。その結果、アクセスが困難な可動部分の位置も、連続的又は少なくとも１つの特定のタイミングで測定することが可能となる。
前記可動部分の光が当てられる面の反対側に位置する面が濃い影になるか、暗くなるか、或いは完全に影になる空間に位置する場合には、外部光源無しで、特に良好な測定結果を得ることができる。その場合、最小の入射光を使用して、前記可動部分の特定位置を確実に測定することができる。但し、前記可動部分と別の（移動又は非移動）部分との間の距離も、例えそれが僅かに変化するものであったとしても、暗空間、暗化空間、又は影にある空間から確実かつ正確に測定することができる。

その位置が測定される前記可動部分が、少なくとも相対的に暗い空間に隣接する場合、又は少なくともそのような空間内に部分的に位置する場合、本発明の前記方法によって特に有利な測定結果を得ることができる。もしもこの部分の少なくとも一部が別の（移動又は非移動）部分に対して封止状態で接当するならば、光の通過が瞬間的に遮断され、その結果、可動部分によって、それに隣接する空間が完全に暗くなる。このようにして、可動部分の少なくとも１つの特定位置を特に確実に検出することができる。

本発明の方法は、その遮断を含む光の通過が、所定時間にわたって連続的に、特に好ましくはその位置が測定される前記可動部分の複数の移動サイクルに亘って、測定されるように使用することが可能である。このようにすることで、前記可動部分の移動の時間プロファイルを連続的に表すことが可能となる。例えば、光の通過が起こらない、又は最大の光の通過が検出される前記可動部分の指標位置を確実に測定することができる。但し、前記光の通過の変化又は光の通過の遮断に対する時間プロファイルを介して、前記可動部分の移動および／又は不用な移動の速度を測定することができ、更に選択的な位置も測定することができる。

或いは、選択的に、認識可能な光の通過が存在しない場合、および／又は最大の光の通過が検出可能である場合にのみ、前記可動部分の位置を測定することも可能である。このようにして、可動部分の特定の位置を確実に検出することができる。この特定位置の検出を時間相関的に行って、追加情報、例えばモータ又はトランスミッション、特に自動トランスミッションの回転速度を、この検出値から導くことができるようにすることも可能である。

前記方法は、特に内燃エンジンの少なくとも１つのバルブの位置を測定するのに適している。ここで、前記バルブがその閉じ位置にある時に、光の通過が遮られる。従って、本発明の方法によれば、各バルブの閉じ位置を特に確実に測定することが可能となる。

前記方法を実施するために必要な光は、好ましくは、各バルブに対して、そのバルブステムに向けられた側から当てられる。特にこのために吸気ダクトおよび／又は排気ダクトが適している。間接インジェクション式の内燃エンジンにおいては、バルブステムに向けられたバルブプレートの側に、交互に又は追加的に光を供給するために、取付けられていないインジェクションバルブのシート又は通路を利用することができる。前記光は周囲光又は少なくとも１つの追加の光源とすることができ、その結果、光は前記バルブの上側に特に強くあたる。

更に、本発明の方法によれば、前記バルブが閉じられた時の光の通過又はその遮断は、ピストンの上側のシリンダ空間、特に燃焼室から測定される。具体的には、バルブが閉じられた時、燃焼室は暗くなる。その結果、バルブが閉じられた時を非常に正確に検出することができる。

光の入力および／又は光の通過は、適当なセンサ、特に好ましくは入射光の強度に対して比例する測定信号を出力する感光センサによって測定される。バルブの位置が測定されると、光センサを、各スパークプラグボア（スパークプラグがねじ込まれていない場合）を通して押し込むか、又は、このスパークプラグボアに単に挿入することができる。この点に関して、前記センサは、その挿入状態において、それによってスパークプラグボアを光を通さないように閉じて、その結果、燃焼室内への光の入射が起こらないように構成して、実施することが可能である。燃焼室内への直接インジェクション式の内燃エンジンでは、前記センサを、インジェクションノズル（これはその場合挿入されない）のボアを通して挿入することも可能である。これは、又、インジェクションノズルのボアとセンサとの間の光の通過が遮られるように行うことも可能である。この場合、スパークプラグボアは、挿入されるスパークプラグによって、好ましくは、光を透過しない状態で既に閉じられている。

本発明による方法は、内燃エンジンにおいて、この内燃エンジンが比較的低い回転速度、例えば、２００〜５００ｍｉｎ^−１、特に、約１００ｍｉｎ^−１、で駆動されるオーバーランモードで行われる。その結果、非常に解像度が良好な測定結果を達成することができ、測定を内燃エンジンのコールドテストにおいて、又はコールドテスト中に行うことが可能となる。

本発明の一好適実施例を図面を参照しながら説明する。この単一の図面は、内燃エンジンの上方部分の断面を図示している。

以下、本発明を、図面に部分的に図示されている内燃エンジン１１のバルブ１０の位置の測定の実施例を利用して説明する。図は、その中央に燃焼室１３が区画形成されたエンジンブロック１２の上方部分と、その上死点近くに位置する状態のピストン１４の上方部分とを示している。内燃エンジン１１の下方部分、具体的には、接続ロッド・クランクシャフト・オイルサンプは図示されていない。更に、この図には、エンジンブロック１２に取付けられたシリンダヘッド１５の断面が図示されている。このシリンダヘッド１５の断面は、既にその内部に機能可能な状態で取付けられているバルブ１０のシートを通して延出している。図示されているように、バルブ１０のすぐ右側にはスパークプラグボア１６が存在し、このスパークプラグボア１６は、スパークプラグがまだ挿入されていない時に、燃焼室１３への外部からのアクセスを提供する。

ここに図示されている内燃エンジン１１は、間接インジェクション式のものである。この理由に依り、インジェクションバルブ１７がシリンダヘッド１５にねじ込まれている。このインジェクションバルブ１７は、シリンダヘッド１５のスパークプラグボア１６の反対側に位置している。シリンダヘッドは、インジェクションバルブ１７と同じ側（図において左側）に吸気ダクト１８を有している。この吸気ダクト１８には吸気マニホルドがまだ接続されておらず、吸気ダクト１８への吸気開口部１７は外部から開口している。

吸気ダクト１８の開口した空気供給開口部１９を通してバルブ１０のバルブステム２０に接続された上側２１に対して、外側から光を入射させることができる。但し、少なくとも１つの追加の光源、例えばハロゲンランプ（図示せず）が、吸気ダクト１８の空気供給開口部１９の近傍或いは吸気ダクト１８内部に設けられる。ハロゲンランプは、数百ワットまでの出力を有するものとすることができる。このハロゲンランプの出力は、好ましくは、２０〜７５ワットの範囲である。

或いは、又は、それに加えて、インジェクションバルブ１７がそこに存在しないことにより、光を、開口しているインジェクションバルブボア２２を通してバルブ１０の上側２１へと導くことができる。この場合、周囲光で十分である。但し、好ましくは、このインジェクションバルブボア２２に対してランプが割り当てられる。その場合、吸気マニホルドが既にそこに接続されている可能性がある空気供給部１９にランプを割り当てる必要はない。

シリンダヘッド１５のまだ自由状態にあるスパークプラグボア１６に、感光部材が配設される。これは、好ましくは、図示されてない光センサである。この光センサは、それがスパークプラグボア１６を通って延出し、かつ、該ボアに対して、光に対して非透過性となって該光センサによってスパークプラグボア１６を通る光の通過が遮られるように、封止されるように構成して実施することができる。光センサは、その検出ポイントがまだスパークプラグボア１６の領域にある状態で、奥深くスパークプラグボア１６内に挿入することができる。但し、光センサは、好ましくは、ロッド形状タイプのものであって、該センサの感光ポイントがピストン１４自身がその最上位置（上死点）に届かない燃焼室１３の上方領域に位置するようにスパークプラグボア１６を通して押し込まれる。その結果、光センサは、その感光測定ポイントで、バルブ１０のバルブプレート２３の近傍、具体的には、バルブプレート２３の下側２４の近傍において光の通過を検出することができる。

バルブ１０の位置、好ましくは各バルブ１０、特に各バルブの位置を測定する目的のために、本発明による方法は以下のように進められる。

内燃エンジン１１は、その非点火状態において、オーバーランモードで駆動可能な程度に予め取付けられている。従って、本発明による方法は、内燃エンジン１１の所謂、コールドテスト中に行うことができる。具体的には、シリンダヘッド１５にバルブ１０を取付ける。これらのバルブは、又は、内燃エンジン１１が起動される場合と同様に、シリンダヘッド１５内において上下に移動するため、カムシャフトによって作動させることも可能である。図示されている実施例においては、吸気マニホルドのみがまだ吸気ダクト１８に取付けられておらず、スパークプラグは、スパークプラグボア１６にまだ挿入されていない。

次に、好ましくは別体の光源からの光が、空気供給開口部１９を通して吸気ダクト１８内に案内される。光はバルブプレート２３の上側２１に向けられ、バルブ１０が完全又は部分的に開けられると、光はバルブプレート２３と、シリンダヘッド１５の上側のバルブシート２５との間の中間空間を通って燃焼室１３に入る。

光センサ又はその他の感光手段を、スパークプラグボア１６に挿入、又はこれを通過させる。これは、好ましくは、該光センサとスパークプラグボア１６との間を光が通過することが出来ないように光を伝達しないように行われる。従って、例えバルブ１０が完全又は部分的に開放されている時においても、光はすでに吸気ダクト１８を通して燃焼室１３内に入ることが可能である。

バルブ１０が漸次開放するにつれて、徐々に多くの光がバルブプレート２３とバルブシート２５との間を通って燃焼室１３内に入ることができるので、燃焼室１３内への光の入射は増大する。バルブ１０が完全に閉じられると、バルブプレート２３とバルブシート２５との間の光の通過、従って、燃焼室１３内への光の入射は、短時間、完全に遮断され、それによって燃焼室１３は完全に暗くなる。バルブ１０が完全に閉じられると、それによって光センサは一意的に定義される信号を受信する。バルブ１０が完全に開放され、燃焼室１３内への光の入射が最大である場合にも、光センサは別の一意的に定義される信号を受信する。

内燃エンジン１１の各バルブ１０の位置は、２００ｍｉｎ^−１以下の回転速度、好ましくは約１００ｍｉｎ^−１以下の回転速度のこの内燃エンジンのオーバーラン駆動モードで測定される。この点に関して、バルブプレート２３とバルブシート２５との間の中間空間を通して燃焼室１３に光が入るか否か、そしてどの程度の光が入るか、が連続的に測定される。燃焼室１３の光強度、及びその完全な暗化の測定は、好ましくはタイミング的に行われ、その結果、燃焼室１３の光の強度又はその短時間の暗化の比例性により、各バルブ１０の位置を、内燃エンジン１１の運転サイクルに対して測定することが可能となる。具体的には、バルブ１０が完全に閉じられた時には燃焼室１３が完全に暗くなるので、これらバルブ１０の閉じ位置についての確実な結論を導き出すことができる。

本発明の方法によれば、内燃エンジン１１の各バルブ１０の位置は、好ましくはそれ自身連続的に測定され、その場合、点火シーケンスと、個々のバルブ１０の完全な閉じ動作間の間隔とを、特に明確に測定することが可能なこれらバルブ１０の閉位置を参照して測定することができる。

上述した方法の別構成として、各バルブ１０を、排気ダクトからの光によって照射したり、或いは、光を排気ダクトと吸気ダクト１８とを介して各バルブ１０に供給することも可能である。

或いは、図示した内燃エンジン１１において行われるもののような間接インジェクションの場合には、光の供給を、インジェクションバルブ１７が取付けられていないときに、インジェクションバルブボア２２を通して追加的に、或いはは、このボアを通してだけ行うことも可能である。

インジェクションバルブボアが燃焼室１３内に直接開口する直接インジェクション式の内燃エンジンにおいては、光センサは、インジェクションバルブボアを通して燃焼室１３の光の強度を測定することもでき、その後に、スパークプラグを取付けることができる。

本発明による方法は、内燃エンジン、トランスミッション、その他の駆動アセンブリの、その少なくとも他の可動部分の位置を測定するにためにも適している。内燃エンジンにおいては、例えば、カムシャフト・クランクシャフト・ピストン等の位置を測定することができる。ここでは、光の通過が暗い又は実質的に暗状態の燃焼室１３において測定されることは必ずしも必要ではない。光の通過は、又、コンポーネントの、光源の反対側で周囲光に対して露出される側で測定することも可能である。

本発明による方法は、すべてのタイプのトランスミッション、具体的にはマニュアルギアボックス、自動トランスミッションにも使用可能である。自動トランスミッションの場合、本発明による方法は、例えばギアシフトプレートの位置を測定するために使用することが可能である。

内燃エンジンの上方部分の断面を示した図

符号の説明

１０ バルブ
１１ 内燃エンジン
１２ エンジンブロック
１３ 燃焼室
１４ ピストン
１５ シリンダヘッド
１６ スパークプラグボア
１７ インジェクションバルブ
１８ 吸気ダクト
１９ 空気供給開口部
２０ バルブステム
２１ 上側
２２ インジェクションバルブボア
２３ バルブプレート
２４ 下側
２５ バルブシート

Claims (14)

1. 内燃エンジン・トランスミッション等の駆動アセンブリの、その少なくとも可動部分の位置を測定し、各可動部分の移動中において位置関連値が測定される方法において、
   前記可動部分が照射又は光に露出され、前記可動部分とそれに対応する部分との間の光の通過および／又は光の通過の遮断が測定されることを特徴とする測定方法。
2. 前記可動部分の位置は、光の通過が全く検出されない時、又は実質的に全く検出されない時、および／又は光の最大の通過が検出できる時に測定される請求項１に記載の測定方法。
3. 前記可動部分の一方側が照射又は光に露出され、当該可動部分の他方側において前記光の通過および／又はその遮断が測定される請求項１又は２に記載の測定方法。
4. 前記可動部分の一方側が少なくとも１つの光源によって照射され、好ましくは、アクセスが容易な側が照射される請求項３に記載の測定方法。
5. 前記光の通過は、好ましくは比較的暗い空間に位置する、および／又は、そのような空間に隣接する比較的暗い位置にある前記可動部分の側において測定される請求項１〜４の何れか一項に記載の測定方法。
6. 前記光の通過、特に前記光の遮断は連続的に、好ましくは前記可動部分の複数の移動サイクル中に測定される請求項１〜５の何れか一項に記載の測定方法。
7. 前記光の通過の欠如および／又は最大の光の通過のみが、選択的に、好ましくは連続的に測定される請求項１〜６の何れか一項に記載の測定方法。
8. 少なくとも１つのバルブ（１０）、好ましくは全てのバルブ（１０）の位置が、内燃エンジン（１０）上での、特に少なくともそのそれぞれの閉じ位置において測定される請求項１〜７の何れか一項に記載の測定方法。
9. 前記光は、バルブステム（２０）に向けられた側（上側２１）から、好ましくは吸気ダクト（１８）、排気ダクトおよび／又はインジェクションノズルボアを通して、前記各バルブ（１０）に供給される請求項１〜８の何れか一項に記載の測定方法。
10. 前記光の通過、特に前記光の遮断は、前記バルブ（１０）がそれぞれ閉じられた時に、好ましくはピストン一端部シリンダ空間（燃焼室１３）に基づいて測定される請求項１〜９の何れか一項に記載の測定方法。
11. 前記燃焼室（１３）内への前記光の通過、好ましくは前記光の通過の遮断の測定は、少なくとも１つのスパークプラグボア（１６）および／又は１つのインジェクションノズルボアを通して行われる請求項１〜１０の何れか一項に記載の測定方法。
12. 少なくとも１つの感光測定部材、特に少なくとも１つの光センサが、前記光の通過の強度の測定、および／又は光の通過の遮断のために使用される請求項１〜１１の何れか一項に記載の測定方法。
13. 前記駆動アセンブリの駆動状態（運転状態）、特に前記内燃エンジン（１１）の非点火、又は運転状態、および／又はコールドテスト中に行われる請求項１〜１２の何れか一項に記載の測定方法。
14. 前記駆動アセンブリ、特に前記内燃エンジン（１１）は、少なくともその可動部分の位置の測定中、２００ｍｉｎ^−１以下、特に約１００ｍｉｎ^−１以下の回転速度で駆動又は運転される請求項１３に記載の測定方法。

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