DE19514969A1 - Hubraum-Messvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestim­ men des Hubraums eines Verbrennungsmotors.

Gegenwärtig besteht insbesondere im Rennsport ein dringendes Bedürfnis für eine schnelle und relativ exakte Hubraummessung, die ohne einen Ausbau des Motors oder Teile des Motors erfolgen kann. Bislang ist es üblich, einen Motor bei Verdacht einer Hubraumüberschreitung "auszulitern". Dies bedeutet, daß der Zy­ linderkopf demontiert werden muß, was eventuell, z. B. bei Bo­ xermotoren, mit einem Ausbau des gesamten Motors verbunden sein kann. Anschließend wird der Kolben auf den unteren Totpunkt ge­ fahren und eine Flüssigkeit in den geöffneten Zylinder einge­ füllt. Die Menge der Flüssigkeit erlaubt einen genauen Rück­ schluß über den Hubraum des Wagens. Diese Methode ist sowohl zeit- als auch kostenaufwendig. Der Ausbau der Motorteile und das Auslitern belaufen sich in etwa auf 3.000 DM. Die Kosten trägt - je nach dem Ergebnis - entweder der Rennleiter oder der Rennteilnehmer falls sich der Verdacht des Rennleiters auf Überschreitung einer bestimmten Hubraumklasse als begründet er­ weist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrich­ tung zu schaffen, die eine schnelle und kostengünstige Bestim­ mung des Hubraums ohne einen Ausbau des Motors oder wesentli­ cher Motorteile gestattet.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ge­ löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche. Anspruch 14 zeigt ein Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zwei Werkzeuge bereit­ gestellt, nämlich eine Vorrichtung zur Bestimmung des Durchmes­ sers und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Hubs des zu mes­ senden Verbrennungsmotors. Für die Messung wird lediglich eine Öffnung in dem Zylinderkopf, d. h. ein Zugang zum Verbrennungs­ raum benötigt. Diese Öffnung ist in der Regel durch die Zünd­ kerzenöffnung gebildet. Bei Dieselmotoren können auch die Öff­ nungen für die Einspritzdüsen verwendet werden.

Die Durchmessermeßvorrichtung wird einfach in die Öffnung ein­ geführt. Sie besteht am verbrennungsraumseitigen Ende aus Stre­ ben, die zwischen zwei, meist konzentrischen, relativ zueinan­ der bewegbaren Bowdenzugteilen angelenkt sind. Bei einer Rela­ tivbewegung der Bowdenzugteile werden die Streben ausgeklappt. Die Streben sind äquidistant um die Bowdenzugachse angeordnet. Vorzugsweise werden drei oder vier Streben verwendet, die im Winkel von 120° bzw. 90° um die Bowdenzugachse angeordnet wer­ den. Auf diese Weise wird eine ausreichende Zentrierung der Vorrichtung erreicht, ohne daß der Klappmechanismus aufgrund der Vielzahl der Streben zu kompliziert wird. Der Bowdenzug wird mit den zusammengeklappten Streben, die dann in etwa par­ allel zum Bowdenzug verlaufen, durch die Öffnung in den Ver­ brennungsraum eingeführt. Im Verbrennungsraum werden die Stre­ ben synchron durch eine Relativbewegung der beiden Bowdenzug­ teile relativ zueinander aufgespreizt. Der Weg der Verschiebung der beiden Bowdenzugteile relativ zueinander gibt an, wie weit die Streben aufgeklappt werden. Dies wiederum läßt einen direk­ ten Rückschluß auf den Durchmesser des Zylinders zu. Am äußeren Ende des Bowdenzuges ist eine Meßvorrichtung zur Bestimmung des Durchmessers aufgrund der Relativbewegung der beiden Bowdenzug­ teile angeordnet. Nach der Messung werden die Streben wieder eingeklappt und aus der Öffnung herausgezogen. Nun wird ein Einsatz in der Öffnung befestigt, der eine Führung für eine Zugfeder aufweist. Es ließe sich statt einer Zugfeder auch je­ des andere längliche Element verwenden, das sich von selbst in eine lineare Richtung gerade ausrichtet. Es hat sich gezeigt, daß diese Funktion von einer Zugfeder sehr gut erfüllt wird. Am äußeren Ende des Einsatzes kann eine, möglichst flexible, Füh­ rung, z. B. eine Bowdenzugführung angeordnet sein. Am Ende die­ ser Führung ist dann eine Meßvorrichtung angeordnet, die die Bewegung der Zugfeder in der Führung oder dem Einsatz mißt. Die Meßvorrichtung kann jedoch auch direkt an den Einsatz an­ geflanscht sein. Vorzugsweise drückt die Meßvorrichtung leicht gegen das Ende der Zugfeder. Die Zugfeder ragt über die in dem Einsatz ausgebildete Führung in den Verbrennungsraum und zwar in Richtung auf die zentrale Zylinderachse. Die Kurbelwelle des Motors wird nun zwischen dem oberen und unteren Totpunkt be­ wegt, so daß die entsprechende translatorische Bewegung der Zugfeder relativ zum Einsatz oder der Führung genau den Hub des Zylinders wiedergibt. Durch den Andruck der Meßvorrichtung ge­ gen das äußere Ende der Zugfeder wird sichergestellt, daß die Zugfeder immer in Kontakt mit dem Kolbenboden ist. Vorzugsweise ist ein Klemmring zum Festklemmen des Einsatzes vorgesehen, wenn der Einsatz aus zwei längsgeteilten Halbschalen zur Um­ schließung der Zugfeder besteht, die um einen gemeinsamen Schwenkpunkt verspannbar sind. Der Einsatz kann dann in Art ei­ nes Klemmkeils derart verspannt werden, daß er an seinem dem Verbrennungsraum zugewandten Kopfbereich mit seinem Außenumfang gegen die Innenumfang der Öffnung gepreßt wird. Nach der Mes­ sung wird die Zugfeder aus dem Verbrennungsraum herausgezogen und der Einsatz gelöst. Die Zündkerze kann danach wieder einge­ schraubt werden. Nach dem Kontaktieren der Zündkerze ist der Motor startbereit.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Hub­ raummessung sehr schnell und effektiv mit einer ausreichenden Genauigkeit erfolgen kann, wodurch die bislang hohen Kosten bei einer Hubraumüberprüfung entfallen. Die erfindungsgemäße Vor­ richtung ist daher vor allem für den Bereich des Rennsports konzipiert. Die Erfindung ist darüber hinaus aufgrund ihrer einfachen mechanischen Bestandteile ohne großen Kostenaufwand realisierbar, so daß die Anschaffungskosten für eine derartige Vorrichtung sich bereits nach wenigen Messungen amortisiert ha­ ben.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise in der schemati­ schen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine Hubmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Durchmessermeßvorrichtung der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 eine Aufsicht III auf die Durchmessermeßvorrich­ tung aus Fig. 2.

Die erfindungsgemäße Hubraummeßvorrichtung umfaßt eine in Fig. 1 dargestellte Hubmeßvorrichtung und eine in Fig. 2 darge­ stellte Durchmessermeßvorrichtung. Es ist für den Fachmann of­ fensichtlich, daß die Erfindung auch lediglich zur Bestimmung eines Hubraumparameters, nämlich des Durchmessers oder des Hu­ bes verwendet werden kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Hubmeßvorrichtung 10 enthält einen Einsatz 12 bestehend aus zwei längsgeteilten Halbschalen, die über einen Klemmring 14 derart gegeneinander verspannt werden können, daß sich der verbrennungsraumseitige Kopf 16 des Ein­ satzes 12 gegen einen Gewindeadapter 18 verspannt, der in der Öffnung 19 des Zylinderkopf 20 eingeschraubt ist. Am äußeren Ende des Einsatzes 12 ist eine Führung 22 in der Art einer Bow­ denzughülse oder eines Bowdenzugs angeordnet. In dem Einsatz 12 ist eine Zugfeder 24 axial verschiebbar gehalten, welche Zugfe­ der einen Führungskanal 26 im Kopf 16 des Einsatzes 12 durch­ setzt. Der Führungskanal 26 ist verbrennungsraumseitig in Rich­ tung der Zylinderachse, d. h. der Mitte des Kolbenbodens 28 ge­ neigt und erlaubt damit ein gezieltes Austreten der Zugfeder 24 in Richtung auf den Kolbenboden 28. Das äußere Ende der Zugfe­ der endet entweder im Einsatz 12 oder in der Führung 22. An dem äußeren Ende der Zugfeder liegt ein nicht dargestellter Stempel an, der mit einer ebenfalls nicht dargestellten Meßvorrichtung verbunden ist, die die Axialverschiebung der Zugfeder mißt.

Die Verwendung einer Zugfeder hat den Vorteil, daß sich diese durch den gebogenen Führungskanal 26 im Kopf 16 des Einsatzes 12 schieben läßt und danach, d. h. nach dem Austritt aus dem Kopf 16, in Richtung auf den Kolbenboden 28 wieder selbsttätig in eine absolut gerade Stellung ausrichtet. Dies ist erforder­ lich, um den Kolbenhub exakt zu messen, was nicht möglich wäre bei einem Element, das bei einem Hub des Kolbens seitlich aus­ weicht. Es lassen sich auch andere längliche Elemente verwen­ den, die nach dem Durchgang durch den gebogenen Führungskanal selbsttätig in eine gerade ausgerichtete Lage zurückkehren. Wenn der Zylinder senkrecht steht, ließe sich das längliche Element sogar durch eine simple Lotseilvorrichtung realisieren.

Nach dem Festklemmen des Einsatzes 12 mittels des Klemmrings 14 und dem Ausfahren der Zugfeder 24 bis auf den Kolbenboden 28 wird die Kurbelwelle zwischen oberem und unterem Totpunkt des Kolbens bewegt, so daß durch die maximale axiale Verschiebung der Zugfeder der Kolbenhub erfaßt werden kann. Nach der Messung wird die Zugfeder wieder aus dem Verbrennungsraum herausgezo­ gen, der Klemmring 14 gelöst und der Einsatz 12 aus der Öffnung 19 des Zylinderkopfes 20 entfernt.

Nun kann die Durchmessermessung gemäß Fig. 2 durchgeführt wer­ den. Identische oder funktionsgleiche Teile zu Fig. 1 sind in Fig. 2 und 3 mit identischen Bezugszeichen wiedergegeben.

Durch die Öffnung 19 des Zylinderkopfes 20 wird ein Bowdenzug 30 bestehend aus einer Bowdenzughülse 32 und einer Bowdenzug­ seele 34, die gegenüber der Hülse 32 axial verschiebbar ist. Am verbrennungsraumseitigen Ende des Bowdenzuges 30 sind Streben 36 über einen ersten Anlenkungspunkt 38 an der Bowdenzughülse 32 und über einen zweiten Anlenkungspunkt 40 mittels einer Hilfsstrebe 42 an der Bowdenzugseele 34 angelenkt. Die Hilfs­ strebe 42 ist zum einen am zweiten Anlenkungspunkt 40, d. h. an dem Ende der Bowdenzugseele 34 und mit ihrem anderen Ende an der Strebe 36 beabstandet zum Bowdenzug 30 angelenkt.

Bei ausgeschobener (oder ganz eingefahrener) Seele liegen die Streben 36, von denen der Übersichtlichkeit halber nur eine dargestellt ist, im wesentlichen parallel zum Bowdenzug und lassen sich somit leicht durch die Öffnung 19 in den Verbren­ nungsraum 42 einführen. Anschließend wird die Bowdenzugseele 34 eingezogen (ausgeschoben), wodurch die Streben 36 mittels der Hilfsstreben 42 solange aufgeklappt werden, bis die äußeren En­ den der Streben 36 an der Zylinderwand 44 des Verbrennungsraums anliegen. Der Bowdenzug wird nun herausgezogen, bis die äußeren Enden der Streben 36 ebenfalls am Zylinderboden 28 anliegen. Hierdurch wird erreicht, daß die Streben 36 achsnormal zur Zy­ linderachse ausgerichtet sind, d. h. sich parallel zur Ebene des Zylinderbodens befinden. Nur hierdurch wird eine exakte Durch­ messermessung gewährleistet. Wie in Fig. 3 als Aufsicht 111 aus Fig. 2 zu sehen ist, sind drei Streben 36 vorgesehen, die im 120° Abstand angeordnet sind. Drei Streben sind einerseits aus­ reichend, um eine genaue Zentrierung der Durchmessermeßvorrich­ tung in dem Zylinder zu gewährleisten und andererseits mit ei­ nem konstruktionsmäßig einfachen Aufwand herzustellen. Selbst­ verständlich können auch mehr Streben verwendet werden. Die Mindestanzahl beträgt in jedem Fall zwei.

Die zeitliche Abfolge der Hub- und Durchmessermessung ist be­ liebig. Statt Bowdenzüge können auch andere Flexible Betäti­ gungselemente verwendet werden, die ein Ausklappen der Streben ermöglichen. Statt zueinander verschiebbarer Teile kann die Be­ tätigungseinrichtung auch durch eine flexible Halterung gebil­ det sein, die an ihrem im Verbrennungsraum angeordneten Ende über einen Aktuator zur elektrischen bzw. motorischen Betäti­ gung der Streben im Verbrennungsraum verfügt.

Der Kopf 16 des Einsatzes ist vorzugsweise kugelrund, so daß die verbrennungsraumseitige Öffnung des Führungskanals 26 durch Schwenken und Drehen des Einsatzes auf die Zylinderachse ausge­ richtet werden kann. Der Führungskanal 26 kann auch durch an­ dere Formen von Führungen, z. B. Rollenführung gebildet sein. Am Ende der Messung wird der Gewindeadapter 18 aus der Öffnung 19 herausgeschraubt und die Öffnung, z. B. durch Eindrehen der Zündkerze, wieder verschlossen.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Bestimmen des Hubraums eines Verbrennungsmo­ tors, umfassend
eine Durchmessermeßvorrichtung und eine Hubmeßvorrichtung; die Durchmessermeßvorrichtung besteht aus

• - einem flexiblen länglichen Element, z. B. einem Bowdenzug (30), zum Einführen in eine Öffnung (19) des Zylinderkopfes, z. B. Zündkerzenöffnung,
• - am verbrennungsraumseitigen Ende des Elements (30) sind Stre­ ben (36) um die Achse des länglichen Elements (30), vorzugs­ weise äquidistant, zueinander angeordnet, welche Streben (36) durch eine Betätigungseinrichtung (32,34) auf- und zuklappbar sind und ein Länge haben, die größer als der Radius des Zylin­ ders ist;

die Hubmeßvorrichtung besteht aus

• - einem Einsatz (12) zum Anordnen in einer Öffnung (19) des Zy­ linderkopfes, z . B. Zündkerzenöffnung,

welcher Einsatz (12) einen Führungskanal (26) für eine Zugfeder (24) oder ein längliches flexibles Element aufweist, das selbsttätig in eine lineare Ausrichtung strebt und zum Kontakt mit dem Kolbenbaden (28) bestimmt ist,

• - und eine Meßvorrichtung am äußeren Ende der Zugfeder (24), welche Meßvorrichtung die axiale Bewegung der Zugfeder bei ei­ ner Hubbewegung des Kolbens erfaßt oder anzeigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das längliche Element durch einen Bowdenzug (30) mit zwei relativ zueinander beweglichen Teilen (32, 34) gebildet ist, daß die Streben klappbar an zwei Anlenkungspunkten (38, 40) ge­ halten sind, von denen der eine Anlenkungspunkt (40) mit dem inneren Bowdenzugteil (34) und der andere Anlenkungspunkt (38) mit dem äußeren Bowdenzugteil (32) verbunden sind, so daß die Streben (36) durch eine Relativbewegung der beiden Bowdenzug­ teile (32, 34) klappbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Streben (36) an dem Ende des Bowdenzugs (30) angeord­ net sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (36) über Hilfsstreben (42) mit einem Anlen­ kungspunkt (40) verbunden sind, welche Hilfsstreben (42) im Ab­ stand vom anderen Anlenkungspunkt (38) an den Streben (36) an­ gelenkt sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (12) eine Führung (26) umfaßt, dessen verbren­ nungsraumseitiges Ende in Richtung auf die Zylinderachse ge­ richtet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (12) an seinem äußeren Ende mit einer äußeren Führung (22) für die Zugfeder (24) verbunden ist, und daß eine Meßvorrichtung mit dem Einsatz (12) oder der Führung (22) verbunden ist, welche die Stellung der Zugfeder (24) rela­ tiv zur Führung (22) oder zum Einsatz (12) mißt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eine Andruckkraft auf das äußere Ende der Zugfeder (24) ausübt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (12) über zwei keilförmig zugespitzte Halbscha­ len verfügt, die über einen gemeinsamen Drehpunkt gegeneinander über einen Klemmring (24) gegeneinander derart verspannbar sind, daß die Halbschalen mit ihrem Außenumfang im verbren­ nungsraumseitigen Kopfbereich (16) gegen die Öffnung (19) oder einen in der Öffnung eingesetzten Gewindeadapter (18) preßbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Führung (22) durch die Hülse eines Bowdenzugs gebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (12) zur drehbaren Anordnung in der Öffnung (19) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (12) einen kugelförmigen Kopf (16) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die äußeren Enden der ausgeklappten Streben (36) der Durchmessermeßvorrichtung in axialer Richtung des Bowdenzugs (30) zum verbrennungsraumseitigen Ende hin jenseits des gemein­ samen Anlenkungspunktes (40) der Streben (36) am inneren Bow­ denzugteil (34) erstrecken.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Öffnung (19) des Zylinderkopfes ein Gewindeadapter (18) einschraubbar ist, dessen Innenquerschnitt eine Form auf­ weist, die an den Einsatz (12) angepaßt ist, und der ein Ein­ führen des Bowdenzugs (30) in den Verbrennungsraum erleichtert.

14. Verfahren zur Hubraumbestimmung von Verbrennungsmotoren, unter Zuhilfenahme der Vorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche mit folgenden Verfahrensschritten:

• - die Zündkerze, eine Einspritzdüse oder ein ähnlicher Zylin­ derkopfeinsatz wird von dem Zylinderkopf (20) des Motors ent­ fernt, um eine Öffnung (19) für einen Zugang zum Verbrennungs­ raum (42) zu erhalten,
• a) Hubmessung
• - ein Einsatz (12) wird in der Öffnung (19) befestigt, welcher Einsatz (12) einen Führungskanal aufweist, der verbrennungsraumseitig in Richtung auf die zentrale Zylin­ derachse weist,
• - in den Einsatz (12) wird eine Zugfeder (24) oder ein längliches flexibles Element, das selbsttätig in eine li­ neare Ausrichtung strebt, eingeführt,
• - die Zugfeder (24) wird bis zum Kolbenboden (28) geführt,
• - der Kolben wird durch Drehen des Motors zwischen unterem und oberen Totpunkt verstellt, wobei die Zugfeder (24) zu­ mindest an diesen beiden Punkten mit dem Kolbenboden (28) in Kontakt steht,
• - am nach außen weisenden Ende der Zugfeder wird der Hub aufgrund der axialen Bewegung der Zugfeder bestimmt,
• b) Durchmessermessung
• - durch die Öffnung (19) wird ein Durchmessermeßgerät ein­ geführt, das einen Bowdenzug (30) aufweist, an dessen dem Verbrennungsraum zugewandten Ende zumindest zwei, vorzugs­ weise drei Streben (36) in der Art eines Regenschirms äquidistant zueinander ausklappbar angeordnet sind,
• - beim Einführen liegen die Streben (36) an dem Bowdenzug (30) an, d. h. sind im wesentlichen parallel zum Bodenzug (30) ausgerichtet,
• - im Verbrennungsraum werden die Streben (36) durch eine Relativbewegung zwischen dem inneren (34) und äußeren (32) Teil des Bowdenzuges ausgeklappt, bis die Streben (36) an der Zylinderwand (44) anliegen,
• - die Streben (36) werden vorzugsweise in Richtung auf den Zylinderboden (28) geführt, bis die äußeren Enden der Streben (36) den Kolbenboden (28) berühren,
• - aus der Relativbewegung oder relativen Stellung der bei­ den Teile (32,34) des Bowdenzugs (30) zueinander wird der Durchmesser des Zylinders ermittelt,

die Öffnung (19) wird durch Eindrehen des entfernten Zylinder­ kopfeinsatzes wieder verschlossen.