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DE10021152A1 - Messanordnung zur Bestimmung des Ventilhubs - Google Patents

Messanordnung zur Bestimmung des Ventilhubs

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Publication number
DE10021152A1
DE10021152A1 DE10021152A DE10021152A DE10021152A1 DE 10021152 A1 DE10021152 A1 DE 10021152A1 DE 10021152 A DE10021152 A DE 10021152A DE 10021152 A DE10021152 A DE 10021152A DE 10021152 A1 DE10021152 A1 DE 10021152A1
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DE
Germany
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valve
valve stem
measuring
measuring arrangement
electrode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE10021152A
Other languages
English (en)
Inventor
Sven Albrecht
Klaus Horn
Frank Gerken
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE10021152A priority Critical patent/DE10021152A1/de
Publication of DE10021152A1 publication Critical patent/DE10021152A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

Eine Anordnung (1) ist zur kapazitiven Messung des Ventilhubs eines Ventils (2) eines Verbrennungsmotors vorgesehen, dessen Ventilschaft (5) einen Schaftbereich mit einer sprunghaften Schaftveränderung (6) in seiner Geometrie und/oder in seiner dielektrischen Materialbeschaffenheit aufweist. Der Ventilschaft (5) bildet mit einer Messelektrode (3) einen ersten Kondensator und mit einer Vergleichselektrode (4) einen zweiten Kondensator. Der Ventilschaft (5) ist relativ zu den beiden Elektroden (3, 4) in seiner Längsrichtung (8) verschieblich angeordnet. Die sprunghafte Schaftveränderung ist nur in den Bereich der Messelektrode (4) hinein- und/oder herausfahrbar angeordnet. Es wurde eine in den Zylinderkopf integrierbare Messanordnung (1) entwickelt, durch die der Ventilhub im befeuerten Zustand des Motors zuverlässig gemessen werden kann.

Description

Von der Automobilindustrie werden zur Befriedigung der Nachfrage bei gleichzeitig abnehmendem Verbrauch und gegen die Nachweisgrenze gehenden Emissionen immer leistungsstärkere Motoren hergestellt. Bis heute besteht keine sinnvolle Alternative zum Vier-Takt-Verbrennungsmotor. Daher ist es notwendig zur Erfüllung der vorgenannten Anforderungen, den Motor hinsichtlich jedes einzelnen Funktionsaspektes zu optimieren. Einer der wichtigsten Teilaspekte ist dabei die Optimierung der eigentlichen Verbrennung und damit zusammenhängend die Optimierung des Ladungswechsels und des Ventiltriebs. Gefordert wird dabei ein möglichst reibungsarmer Ventiltrieb mit geringen bewegten Massen und hoher Steifigkeit, um hohe Drehzahlen erreichen zu können. Hinsichtlich eines definierten Ladungswechsels und minimalem Verschleiß muß sichergestellt sein, dass die Ein- und Auslaßventile genau der Kontur der Nockenwelle folgen, d. h. der dynamische Ventilhub im Betrieb bei jeder Drehzahl und Last soll dem idealen kinematischen Ventilhub entsprechen.
Damit bestehende Motorkonzepte weiter optimiert werden können, sind immer genauere Meßverfahren nötig, um alle wichtigen Teilaspekte des Motorbetriebs zu erfassen. Die konventionelle Messung des Ventilhubs erfolgt dabei häufig mittels optischer Meßverfahren am geschleppten Zylinderkopf. Um alle realen Einflußfaktoren auf die Ventilbewegungen im befeuerten Motorbetrieb zu erfassen und bei der Entwicklung neuer Motoren zu berücksichtigen, muß auch der Ventilhub am befeuerten Motor gemessen werden. Dies ist mit bestehenden Meßverfahren nur sehr eingeschränkt möglich.
Weiterhin muss beachtet werden, dass nur ein begrenzter Einbauraum für die Messanordnung zur Verfügung steht. Durch die direkte Integration der Messanordnung in den Zylinderkopf muß die Messanordnung an die dort im befeuerten Motorbetrieb herrschenden Betriebsbedingungen angepaßt werden, damit sie zuverlässig arbeitet. Dabei sind einerseits die herrschenden Temperaturen, Relativwege, -geschwindigkeiten und -beschleunigungen von Bedeutung. Andererseits muß die Messanordnung gegenüber allen Betriebsmedien des Motors beständig sein, mit denen Teile der Messanordnung in Berührung kommen können.
Die Messanordnung soll gleichermaßen zur Bestimmung des Ventilhubs von Einlaß- und Auslaßventilen geeignet sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in den Zylinderkopf integrierbare Messanordnung zu entwickeln, durch die der Ventilhub im befeuerten Zustand des Motors zuverlässig gemessen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zur kapazitiven Messung des Ventilhubs eines Ventils eines Verbrennungsmotors gelöst, dessen Ventilschaft einen Schaftbereich mit einer sprunghaften Schaftveränderung in seiner Geometrie und/oder in seiner dielektrischen Materialbeschaffenheit aufweist. Der Ventilschaft bildet mit einer Meßelektrode einen ersten Kondensator und mit einer Vergleichselektrode einen zweiten Kondensator. Der Ventilschaft ist relativ zu den beiden Elektroden in seiner Längsrichtung verschieblich angeordnet. Die sprunghafte Schaftveränderung ist in den Bereich der Meßelektrode hinein- und/oder herausfahrbar angeordnet.
Der Aufbau der Messanordnung, d. h. eines kapazitiven Ventilhubaufnehmers, besteht aus zwei Kapazitäten, einer Meß- und einer Vergleichskapazität. Die Meßkapazität ist abhängig vom zurückgelegten Weg des Ventils, die Vergleichskapazität ist wegunabhängig. Die Vergleichskapazität durchläuft dieselben Temperaturänderungen und Temperaturdehnungen wie die Meßkapazität. Daher verbessert sie mittels einer verwendeten Auswerteschaltung die Nullpunktstabilität und Temperaturabhängigkeit des Aufbaus. Parasitäre kapazitive Anteile der verwendeten Anschlußkabel und Verbindungen zur Auswerteschaltung sind an beiden Elektroden weitgehend identisch und wirken sich daher nicht auf das Meßsignal aus.
Wenn die Schaftveränderung in Schaftlängsrichtung eine Erstreckung aufweist, die größer oder gleich der Erstreckung der Meßelektrode in Schaftlängsrichtung ist, wird durch das Eintauchen des veränderten Ventilschaftbereichs in die Meßelektrode eine stetige Kapazitätsänderung (ansteigende oder abnehmende Meßkapazität) hervorgerufen, die sich gut auswerten läßt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Elektroden zylindrisch und zum Ventilschaft konzentrisch ausgebildet. Die Anordnung der Kondensatoren erfolgt somit zylindrisch. Daraus ergeben sich nicht nur bauliche, sondern auch meß- bzw. elektrotechnische Vorteile gegenüber einer Anordnung mit Plattenkondensatoren. Der Zylinderkondensator ist am besten für translatorische Wegmessungen geeignet. Zusätzlich hat er den Vorteil, dass die Fertigung der Elektroden und Gehäuse als Drehteile leicht und präzise möglich ist. Er ist die einzige Kondensatorbauart, bei der rotatorische Ventilbewegungen keinerlei Einfluß auf das Meßsignal haben.
Die geometrische Schaftveränderung kann auf einfache und kostengünstige Art und Weise durch eine auf den Ventilschaft aufgebrachte Hülse mit einem größerem Außendurchmesser oder durch eine in den Ventilschaft eingearbeitete Nut ausgebildet sein. Beide Ausführungsformen bewirken eine unterschiedliche Kapazität zwischen der Meßelektrode und dem unbearbeiteten bzw. bearbeiteten Ventilschaftabschnitt. Die Gesamtkapazität zwischen der Meßelektrode und dem Ventilschaft ist dann abhängig davon, wie weit der bearbeitete Abschnitt des Ventilschafts in die Meßelektrode eingetaucht ist. Auf diese Weise erhält man die geforderte wegabhängige Kapazitäts­ änderung beim Öffnen bzw. Schließen des Ventils.
Beide Varianten werfen aber in der geforderten Konstruktion auch Probleme auf. Ein Teil des bearbeiteten Ventilschaftabschnitts befindet sich immer außerhalb des Gehäuses und der andere Teil innerhalb. Der Durchmesser des bearbeiteten Ventilschaftabschnitts unterscheidet sich vom Durchmesser des unbearbeiteten Abschnitts. Fährt nun der bearbeitete Abschnitt aus dem Gehäuse aus, so kommt es im Gehäuse zu einer Volumenänderung. Dabei wird je nach Bewegungsrichtung entweder ein Unterdruck oder Überdruck im Gehäuse erzeugt, der einen Pumpeffekt auf die Medien außerhalb und innerhalb des Gehäuses ausübt. Daher ist es bevorzugt, dass die Nut bis zur Höhe der Außenumfangsfläche des Ventilschaftes mit einem Dielektrikum ausgefüllt und statt der offenen Nut im Ventilschaft ein Dielektrikum bündig in den Ventilschaft eingelegt ist. Auf diese Weise wird eine wegabhängige Kapazitätsänderung bewirkt, ohne dass sich die Abmaße des Ventilschafts ändern.
Während des befeuerten Betriebs des Motors sind nur drei Medien von Bedeutung, mit denen Teile der Messanordnung in Kontakt kommen können: Motoröl, Ansaugluft und Motorabgase. Das Motoröl steht im Betrieb einige Zentimeter hoch im Zylinderkopf.
Nockenwellen und Rollenschlepphebel werden mit Öl benetzt, das über die Ventile und die Messanordnung in den Zylinderkopf abläuft. Gegen dieses Medium muß eine wirkungsvolle Abdichtung vorgesehen werden. An Stelle einer vollständigen Abdichtung werden erfindungsgemäß zwei Varianten der kapazitiven Messanordnung vorgeschlagen, bei welcher der Innenraum der Anordnung unter Überdruck mit Luft oder Öl beaufschlagt ist. Der Innenraum zwischen dem Ventilschaft und den Elektroden ist somit mit einem Dielektrikum (Luft oder Öl) ausgefüllt. Vorstellbar wäre auch, den Innenraum zwischen dem Ventilschaft und den Elektroden mit einem beliebigen, nichtleitenden Dielektrikum (z. B. Epoxid-Harz, Luft, Öl, usw.) auszufüllen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt, das in den Figuren der beigefügten, schematischen und nicht notwendigerweise maßstäblichen Zeichnung erläutert ist.
Es zeigt:
Fig. 1 der prinzipielle Aufbau einer kapazitiven Messanordnung zur Bestimmung eines Ventilhubs;
Fig. 2 eine Prinzipskizze der Auswerteschaltung;
Fig. 3a eine Ventilschaftführung im Zylinderkopf nach dem Stand der Technik;
Fig. 3b eine erfindungsgemäße Ventilschaftführung im Zylinderkopf;
Fig. 4 ein bearbeitetes Ventil, dessen Ventilhub mit Hilfe der Messanordnung nach Fig. 1 bestimmt werden kann;
Fig. 5 die Einbaulage der Messanordnung nach Fig. 1;
Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt der Messanordnung nach Fig. 5.
Aus der Fig. 1 ist der Aufbau einer Messanordnung 1 zur kapazitiven Messung des Ventilhubs (Ventilhubaufnehmer) ersichtlich. Diese besteht im wesentlichen aus zwei Kapazitäten, einer Meß- und einer Vergleichskapazität. Die Meßkapazität ist abhängig vom zurückgelegten Weg eines Ventils 2, die Vergleichskapazität ist wegunabhängig. Die Vergleichskapazität durchläuft dieselben Temperaturänderungen und Temperaturdehnungen wie die Meßkapazität und verbessert daher mittels der verwendeten Auswerteschaltung gemäß Fig. 2 die Nullpunktstabilität und Temperaturabhängigkeit des Aufbaus.
Damit beim Öffnen des Ventils 2 eine Kapazitätsänderung an der Meßelektrode 3 auftritt, ist am Ventil 2 ein Sprung in der Ventilschaftgeometrie in dem Bereich realisiert, in dem ein Ventilschaft 5 an der Meßelektrode 3 vorbeibewegt wird. In den Ventilschaft 5 ist ein Dielektrikum 6 bündig in den Schaft eingelegt. Auf diese Weise wird eine wegabhängige Kapazitätsänderung bei Bewegung des Ventils 2 in Längsrichtung 8 des Ventilschafts 5 bewirkt, ohne dass sich die Abmaße des Ventilschafts 5 ändern. Man erhält ein komplexes System von jeweils parallel liegenden Kapazitäten. Auf der einen Seite sind dies die Meßkapazitäten C11 und C12 der Meßelektrode 3, sowie die Kapazität C21 der Vergleichselektrode 4 zum Ventilschaft 5. Auf der anderen Seite gibt es außerdem eine Reihe von parasitären Kapazitäten zwischen den Elektroden 3 und 4 und einem in der Fig. 1 lediglich angedeuteten Ventilhubaufnehmergehäuse 7 (C13 und C14 sowie C22 und C23). Zusätzlich gibt es die Kapazität C3 zwischen den beiden Elektroden 3 und 4. Die Elektroden 3 und 4 liegen dabei jeweils auf einem bestimmten Potential, während der Ventilschaft 5 und das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 auf Massepotential liegen.
Bei der Messanordnung 1 müssen eine Reihe Dielektrika berücksichtigt werden. So ist ε1 die Dielektrizitätszahl der Luft im Spalt zwischen den Elektroden 3 und 4 und dem Ventilschaft 5. Das in den Ventilschaft 5 eingelegte Medium 6 ist ein mineralisch gefülltes Epoxidharz mit der Dielektrizitätszahl ε2. Das Medium 6 mit der Dielektrizitätszahl ε3 ist ebenfalls ein Epoxidharz, das die Meßelektrode 3 vom Ventilhubaufnehmergehäuse 7 isoliert und im Ventilhubaufnehmergehäuse 7 fixiert. ε4 ist die Dielektrizitätszahl eines Klebebandes (Kapton) mit dem die Vergleichselektrode 4 umwickelt wird, bevor sie in das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 eingeklebt wird. Auf diese Weise wird sie vom Ventilhubaufnehmergehäuse 7 isoliert. Um die Elektroden 3 und 4 voneinander und seitlich zum Ventilhubaufnehmergehäuse 7 zu isolieren, kommen Kunststoffscheiben (Polycarbonat) mit der Dielektrizitätszahl ε5 zur Anwendung.
Der Nullpunkt des Ventilweges wird für die Stellung bei vollständig geschlossenem Ventil 2 festgelegt. Für diesen Betriebspunkt werden die Elektroden 3 und 4 konstruktiv so vordimensioniert, dass ihre Kapazitäten gleich groß sind. Dies hat den Vorteil, dass der Nullpunktabgleich der Messanordnung 1 mittels der Auswerteschaltung gemäß Fig. 2 nur noch in sehr geringem Maße für Abweichungen, die durch Fertigungsungenauigkeiten entstanden sind, erfolgen muß. Damit die Gesamtkapazität der Meßelektrode 3 gleich der Gesamtkapazität der Vergleichselektrode 4 ist, muß unter Vernachlässigung der Kapazität C3 und unter Berücksichtigung aller parasitären Kapazitäten folgende Bedingung erfüllt sein:
CMeßelektrode = CVergleichselektrode ⇒ C11 + C12 + C13 + C14 = C21 + C22 + C23
Die einzelnen Kapazitäten lassen sich dabei wie im folgenden beschreiben:
Kapazität C11, zylindrischer Zweischichtkondensator;
Kapazität C12, Zylinderkondensator;
Kapazität C13, Plattenkondensator;
Kapazität C14, Zylinderkondensator;
Kapazität C21, Zylinderkondensator;
Kapazität C22, Plattenkondensator;
Kapazität C23, Zylinderkondensator.
Mittels iterativer Rechnung in einer Tabellenkalkulation ist es nun möglich, die Abmaße der Elektroden 3 und 4 und des Ventilhubaufnehmergehäuses 7 so zu wählen, dass die oben aufgestellte Bedingung erfüllt werden kann. Dabei lassen sich auch konstruktive Belange berücksichtigen.
Durch stark unterschiedliche Spaltmaße zwischen der Meßelektrode 3 zum Ventilhubaufnehmergehäuse 7 (beispielsweise 1,05 mm) bzw. zwischen der Vergleichselektrode 4 zum Ventilhubaufnehmergehäuse 7 (beispielsweise 0,15 mm) wird erreicht, dass die Grundkapazitäten von Meß- 3 und Vergleichselektrode 4 in der Nullstellung trotz stark unterschiedlicher Längen ungefähr gleich groß sind.
Bei der verwendeten Auswerteschaltung gemäß Fig. 2 handelt es sich um ein Trägerfrequenzverfahren mit Transformatorbrücke. Das Verfahren macht sich den kapazitätsabhängigen Wechselstromwiderstand der Kondensatoren zunutze. Durch Nutzung eines verseilten Transformators werden die beiden Wechselspannungen US/2 in den beiden Schaltungszweigen erzeugt. Diese sind hinsichtlich Amplitude sowie Frequenz gleich und in der Phase um 180° gegeneinander verschoben. Dann gilt für den Kurzschlußstrom ik, der gegen Masse abfließt:
Mit der Kapazität der Meßelektrode C1 = C0 + ΔC und der Kapazität der Vergleichselektrode C2 = C0 ergibt sich:
Unter der Voraussetzung, dass die Speisespannung und die Frequenz konstant gehalten werden, ist der Kurzschlußstrom also direkt proportional zur Kapazitätsänderung ΔC. Der Operationsverstärker OP gibt eine dem Kurzschlußstrom ik proportionale Spannung UM aus, die als Meßspannung ausgewertet werden kann. Diese Schaltung hat den Vorteil, dass sie eine Spannung ausgibt, die zur reinen Kapazitätsdifferenz proportional ist. Die Gleichtaktverstärkung ist null und die Größe der Grundkapazität geht nicht in die Kennlinie ein. Die Auswertung des Signals geschieht phasenrein, so dass sich Blindanteile und Wirkanteile übersprechfrei und dadurch getrennt voneinander darstellen lassen. Eine separate Schirmmitführung der Anschlußkabel ist nicht notwendig. Der Innenschirm wird an die virtuelle Masse angeschlossen, und damit werden seine parasitären Kapazitäten direkt von der Transformatorspannung umgeladen.
Zusammenfassend hat die Auswerteschaltung folgende Eigenschaften:
Betriebsspannungen: +12 V, -12 V
Auslegungskapazität: ca. 30 pF
Ausgangssignalspanne: ±5 V, linear ±2 V
Eingangssignalspanne (Offset): ±12 V
Filter: Bessel (8. Qrdnung), Grenzfrequenz: 1 kHz
Der Einbauraum, der für die Messanordnung zur Verfügung steht, ist sehr beschränkt. Daher muß die Führungslänge der Ventilschaftführung verringert werden, damit genug Bauraum für die Messanordnung zur Verfügung steht. Desweiteren muß die bekannte Ventilschaftführung so modifiziert werden, dass die Messanordnung an ihr befestigt werden kann. Aus diesen Gründen kann eine bekannte Ventilschaftführung 9 nicht verwendet werden, sondern es wird eine neue vorgeschlagen. Der Zylinderkopf muß für die Aufnahme dieser neuen Ventilschaftführungen modifiziert werden. In Fig. 3a ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Ventilschaftführung 9 und in Fig. 3b ist eine erfindungsgemäß modifizierte Ventilschaftführung 11, jeweils eingebaut in den teilweise dargestellten Zylinderkopf, gezeigt. Zur Aufnahme der modifizierten Ventilschaftführung 11 muß ein Ventilfedersteg 10 eines Zylinderkopfes entfernt werden. Seine Aufgabe übernimmt die neue Ventilschaftführung 11. Es ist eine Nut 12 in die Federauflage 13 des Zylinderkopfes gefräst werden, die dazu dient, die Kabel der Messanordnung unterhalb der in der Fig. 3 nicht gezeigten Ventilfeder hindurchzuführen. Die modifizierte Ventilschaftführung 11 hat innerhalb der Konstruktion der Messanordnung mehrere Aufgaben zu erfüllen: Führung des Ventils innerhalb des Zylinderkopfes, Abdichtung der Messanordnung in Richtung Ansaug-/Abgaskanal, Führung der Ventilfeder anstelle des Zylinderkopf-Federsteges, Zentrierung des Ventilhubaufnehmergehäuses und Befestigungsmöglichkeit für das Ventilhubaufnehmergehäuse.
Zusätzlich zur Ventilschaftführung sind die Ventile 2 nachbearbeitet, von denen eines in der Fig. 4 gezeigt ist. Um eine Kapazitätsänderung zu erreichen, wird eine Nut in einen Ventilschaft 5 eingeschliffen, die mit einem nichtleitenden Epoxidharz 6 als Dielektrikum ausgefüllt wird. Anschließend wird das Harz exakt auf das Schaftmaß abgeschliffen, so dass sich ein fugenloser Übergang ohne Querschnittsprung zum Ventilschaft 5 ergibt.
In der Querschnittsdarstellung eines Zylinderkopfs 21 gemäß Fig. 5 ist ein im Zylinderkopf 21 bewegliches Einlaßventil 2 in der geöffneten Ventilstellung zu erkennen. Der gesamte Aufbau der Messanordnung besteht aus drei Bauteilen. Der Aufbau wird im Detail durch die Ausschnittsvergrößerung nach Fig. 6 deutlich. Das Kernbauteil ist das Ventilhubaufnehmergehäuse 7, in das voneinander und dem Ventilhubaufnehmergehäuse 7 isoliert die beiden zylindrischen Elektroden 3 und 4 (siehe Fig. 1) eingeklebt sind. Auf das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 ist ein Deckel 24 aufgesetzt, der das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 nach außen verschließt und abdichtet.
Das dritte Bauteil ist die modifizierte Ventilschaftführung 11 (siehe Fig. 3b), die in den Zylinderkopf 21 eingepreßt ist und an der das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 befestigt und zentriert ausgerichtet ist. Die Messanordnung befindet sich in ihrer Einbaulage im Zylinderkopf innerhalb einer Ventilfeder 25.
Mittels des Ventilhubaufnehmergehäuses 7 werden die Meß- 3 und die Vergleichselektrode 4 befestigt, ausgerichtet und zum Ventilschaft des Einlaßventils 2 positioniert. Zwei von sechs Durchgangslöchern, die zur Aufnahme von Schrauben dienen, mit denen das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 an der Ventilschaffführung 11 befestigt ist, sind in Fig. 6 zu erkennen. Zusätzlich verfügt das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 über drei Gewindebohrungen, mit denen der Gehäusedeckel 24 am Ventilhubaufnehmergehäuse 7 festgeschraubt ist. Wie bereits die Ventilschaftführung 11 verfügt auch das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 über eine Ausfräsung, die der Kabelführung dient.
Der Außendurchmesser des Ventilhubaufnehmergehäuses 7 ist an den Außendurchmesser der Ventilschaffführung 11 angepaßt, so dass sich eine verlängerte Ventilfederführung ergibt. Am unteren Ende verfügt das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 über einen Zentrierbund, mit dem es auf der modifizierten Ventilschaftführung 11 zentriert wird. Die stark unterschiedliche Form der beiden Elektroden 3 und 4 liegt wie oben beschrieben in der Dimensionierung der Kapazitäten begründet.
Der Gehäusedeckel 24 hat die Aufgabe, das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 zum Zylinderkopf 21 hin zu verschließen und abzudichten. Der Außendurchmesser des Gehäusedeckels 24 ist an das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 angepaßt und der Innendurchmesser an den Innendurchmesser der Elektroden 3 und 4. Weiterhin ist der Gehäusedeckel 24 mit einer Nut zur Aufnahme eines Runddichtrings 26 versehen, der das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 nach oben abdichtet. Der Gehäusedeckel 24 hat einen Zentrierbund, der in das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 eingreift und den Gehäusedeckel 24 auf diesem zentriert. Es ist notwendig, die Messanordnung einerseits gegen Motoröl aus dem Zylinderkopf 21 und andererseits gegen Abgase aus dem Abgaskanal abzudichten. Dazu wird die Messanordnung in sich als geschlossene Konstruktion ausgeführt, d. h. es gibt keinerlei offene Durchführungen, Nuten oder Spalte. Zusätzlich muß die Durchführung des Ventilschafts durch die Messanordnung abgedichtet werden (Runddichtring 27). Hier ist eine dynamische Abdichtung nötig, da sich die Bauteile im Betrieb zueinander bewegen.
Sämtliche Bohrungen, die für die Verdrahtung der Messanordnung notwendig sind, sind nach dem Anschluß der Kabel wieder mit Epoxidharz verschlossen. Mit den so getroffenen Maßnahmen wird, vorbehaltlich der hermetischen Dichtheit der Runddichtringe 26 und 27 eine hermetische Abdichtung der Messanordnung erreicht. Bei einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann zusätzlich eine Zuleitung vorgesehen sein, um den Innenraum zwischen Ventilschaft und den beiden Elektroden mit Druckluft oder Öl oder einem anderen geeigneten Dielektrikum zu beaufschlagen, um konstante stationäre dielektrische Bedingungen innerhalb der Anordnung zu erzeugen.
Das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 der Messanordnung zentriert und positioniert die Meß- 3 und die Vergleichselektrode 4. Mittels des Ventilhubaufnehmergehäuses 7 wird die exakte Position der Messanordnung zur Nut im bearbeiteten Ventilschaft sichergestellt. Zusätzlich werden die Elektroden 3 und 4 im Ventilhubaufnehmergehäuse 7 verdrahtet. Die beiden Elektroden 3 und 4 sind in das Ventilhubaufnehmergehäuse 7 eingeklebt, wobei der Kleber gleichzeitig als Isolierung zum Ventilhubaufnehmergehäuse 7 wirkt. Zusätzlich werden drei Kunststoffscheiben 28 bis 30 aus dem hitzebeständigen Kunststoff Polycarbonat eingelegt. Die erste Isolierscheibe 29 trennt die Meßelektrode 3 vom Gehäusedeckel 24, die zweite Scheibe 30 isoliert die Elektroden 3 und 4 voneinander und die Dritte 28 trennt die Vergleichselektrode 4 von der Ventilschaftführung 11. Die Vergleichselektrode muß sich nicht zwangsläufig oberhalb der Meßelektrode befinden. Darüber hinaus wäre es möglich, dass der mit einem nichtleitenden Epoxidharz ausgefüllte Bereich des Ventilschaftes von der Vergleichselektrode geführt wird. Die Konstruktion ist so gestaltet, dass die untere Elektrode (die Vergleichselektrode 4) in der Einbauposition bündig mit dem Ventilhubaufnehmergehäuse 7 abschließt. Auf diese Weise ist eine einfache und präzise Montage möglich, bei der die richtige Positionierung leicht kontrolliert werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Kapazitive Messanordnung zur Bestimmung des Ventilhubs
2
Ventil
3
Meßelektrode
4
Vergleichselektrode
5
Ventilschaft
6
Dielektrikum
7
Ventilhubaufnehmergehäuse
8
Bewegungsrichtung des Ventils
2
9
Ventilschaftführung
10
Ventilfedersteg
11
Ventilschaftführung
12
Nut
13
Federauflage
21
Zylinderkopf
24
Gehäusedeckel
25
Ventilfeder
26
Dichtring
27
Dichtring
28
Isolierscheibe
29
Isolierscheibe
30
Isolierscheibe

Claims (9)

1. Anordnung (1) zur kapazitiven Messung des Ventilhubs eines Ventils (2) eines Verbrennungsmotors, dessen Ventilschaft (5) einen Schaftbereich mit einer sprunghaften Schaftveränderung (6) in seiner Geometrie und/oder in seiner dielektrischen Materialbeschaffenheit aufweist, wobei der Ventilschaft (5) mit einer Meßelektrode (3) einen ersten Kondensator und mit einer Vergleichselektrode (4) einen zweiten Kondensator bildet, und wobei der Ventilschaft (5) relativ zu den beiden Elektroden (3, 4) in seiner Längsrichtung (8) verschieblich und die sprunghafte Schaftveränderung bei einem Ventilhub nur in den Bereich der Meßelektrode (4) hinein- und/oder herausfahrbar angeordnet ist.
2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaftveränderung in Schaftlängsrichtung (8) eine Erstreckung aufweist, die größer oder gleich der Erstreckung der Meßelektrode (4) in Schaftlängsrichtung (8) ist.
3. Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (3, 4) zylindrisch und zum Ventilschaft (5) konzentrisch ausgebildet sind.
4. Messanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaftveränderung durch eine auf den Ventilschaft (5) aufgebrachte Hülse mit einem größerem Außendurchmesser ausgebildet ist.
5. Messanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaftveränderung durch eine in den Ventilschaft (5) eingearbeitete Nut ausgebildet ist.
6. Messanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut bis zur Höhe der Außenumfangsfläche des Ventilschaftes (5) mit einem Dielektrikum (6) ausgefüllt ist.
7. Messanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum zwischen dem Ventilschaft (5) und den Elektroden (3, 4) mit einem Dielektrikum ausgefüllt ist.
8. Messanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum Druckluft ist.
9. Messanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum Öl ist.
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