汽缸盖组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于内燃机的汽缸盖(10)，该汽缸盖具有：一个壳体(12)，该壳体被指配了多个元件(18)；以及一个光学的通道(20)，该光学的通道被形成在该壳体(12)中并且被指配给这些元件(18)中的至少一个元件，其中该光学的通道(20)被指配有热成像摄相机(26)，该热成像摄相机被设计成通过该光学的通道(20)检测来自该至少一个元件(28)的红外辐射(28)以便获得该至少一个元件(18)的红外图像(52)。
【专利说明】
汽缸盖组件
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于内燃机的汽缸盖组件，该汽缸盖组件具有壳体以及一光学的通道，该壳体被指配了多个元件，该光学的通道被形成在该壳体中并且被指配给这些元件中的至少一个元件。
[0002]本发明还涉及一种用于测量内燃机的元件的温度的方法。
[0003]本发明最后涉及一种用于机动车辆的内燃机，该内燃机具有一个发动机缸体，该发动机缸体至少具有汽缸和活塞。
【背景技术】
[0004]在机动车辆技术的领域中，法律的要求和客户的要求已经导致了具有不断增大的额定发动机功率的低消耗的内燃机。这种增大的功率密度导致作为废热从燃烧室排出到冷却系统和周围环境中的热能量增加。作为这种增大的废热的结果，还增大了内燃机的大量部件的热负载，其中，尤其是例如活塞、节气门、汽缸盖、排气和涡轮增压器的多个元件经受了增大的热负载。
[0005]通常是借助于增大的冷却、结构措施和通过使用相对较高质量的材料来应对增大的热负载以确保发动机的可靠性。在此背景下，总体上涉及更加成本低廉的结构措施和相对较高质量的昂贵材料，但需要的设计复杂度更低。
[0006]在内燃机的开发过程中，因此必须将所述元件在实际发动机运行中的受热以及尤其是活塞在实际发动机运行中的受热纳入考虑，以便避免超过特定的温度限制。由于任何结构的变化还可能导致某些部件在运行期间的温度变化，在开发阶段中必须连续确定某些部件的温度。
[0007]为了确定某些元件(例如像活塞)在实际发动机运行中的温度，通常使用了特定的材料，对于该材料而言，能从其材料硬度的变化推断出运行温度。此外，还将热电元件集成到内燃机的多个特定元件中，以便能够测量运行期间的温度变化。
[0008]已知方法的缺点是，温度测量范围小、测量精度低并且涉及测量温度的技术复杂度高，然而其中在某些情况下，温度测量不能在实际条件下进行，并且因此进而就所测量的运行温度而言存在不确定性。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的目的是提供一种汽缸盖组件，其中元件的温度可以在实际条件下精确测量。本发明的目的还在于提供一种用于测量内燃机中元件的温度的相应改进方法。
[0010]这一目的是通过在开篇处提及的汽缸盖组件由此实现，S卩，光学的通道被指配有热成像摄相机，该热成像摄相机被设计成通过该光学的通道检测至少一个元件的红外辐射，以便获得该至少一个元件的红外图像。
[0011]这一目的是通过在开篇处指明的方法由此实现，S卩，通过光学的通道来检测元件的红外辐射，其中该光学的通道被形成在该汽缸盖组件的壳体中，以及其中是借助于热成像摄相机来提供该至少一个元件的红外图像。
[0012]本发明的目的在开篇处提及的内燃机中是借助于根据本发明的汽缸盖组件来实现的。
[0013]由热成像摄相机通过汽缸盖组件的光学的通道来检测待测量的元件的红外辐射并且由该热成像摄相机来获得对应的红外图像，就可以用无接触的方式来确定待测量元件的温度，并且通过将该红外辐射成像到该热成像摄相机上就可以检测并且必要时减少由于侧向残余辐射或经反射的红外辐射的影响，并且因此允许在实际条件下对汽缸盖组件的元件和/或对内燃机的燃烧室的元件进行精确的温度测量。此外，高温测量在提供高精确度水平的同时可以确定元件温度的大的温度范围，其结果是有可能在实际发动机运行模式下进行精确的温度测量并且同时可以在实际发动机运行模式下确定温度分布。
[0014]因此完全地实现了本发明的目的。
[0015]在一个优选实施例中，该光学的通道被设计为直的通道并且在轴向末端处具有指配给该至少一个元件的开口。
[0016]结果是，能够精确检测该至少一个元件的红外辐射，而汽缸盖组件的其他部件的红外辐射不影响测量结果。
[0017]还优选的是，该光学的通道配设有透明的密封元件，该透明密封元件以气密的方式相对于该至少一个元件密封该光学的通道。
[0018]因此可以通过小的技术复杂度来测量安排在压力高度波动的区域中的内燃机的燃烧室和/或汽缸盖组件的多个元件。
[0019]还优选的是，在该光学的通道中安排有光学单元，该光学单元被设计成将红外辐射成像到该热成像摄相机上。
[0020]由此，可以通过该热成像摄相机来获得该燃烧室的或在该汽缸盖组件中的该至少一个元件的对应红外图像，其结果是，可以测量在内燃机或汽缸盖组件的区域中的温度分布。
[0021 ]还优选的是，该光学单元具有棒透镜系统\棒状透镜系统(Stablinsensystem)。
[0022]由此，可以在该光学通道中安排类似内窥镜的光学单元，其结果是，可以由该热成像摄相机在相对较大的距离上检测红外图像，因此使红外辐射能穿过该汽缸盖组件成像。由此，可以在实际发动机运行模式下进行红外成像。
[0023]还优选的是，该光学单元具有多个蓝宝石透镜。
[0024]由此，可以通过该光学单元将红外辐射成像到热成像摄相机上。
[0025]还优选的是，该光学的通道被设计为直的管并且具有气密且不漏流体的侧向表面。
[0026]由此，该光学的通道可以穿过多个油室和/或多个冷却水室安排在该汽缸盖中，从而即便在该汽缸盖和/或该内燃机中的难以进入的位置处也能进行红外测量。
[0027]由此，该光学的通道和被容纳在其中的元件以及该热成像摄相机可以被保护而不受来自内燃机的燃烧室的热影响，从而允许可靠的温度测量。
[0028]还优选的是，该冷却组件被连接至该汽缸盖的冷却单元。
[0029 ]由此，可以通过小的技术复杂度对该光学的通道进行连续冷却。
[0030]尤其优选的是，该光学的通道的冷却组件是流体冷却器件。
[0031]由此，可以通过小的技术复杂度对该光学的通道进行有效冷却。
[0032]还优选的是，该热成像摄相机被连接至电子评估单元，该电子评估单元被设计成确定红外图像的至少一个区域的温度。
[0033]由此，可以精确地选择测量范围并且可以观察在燃烧室中和/或在汽缸盖组件中的元件的动态性能，以便精确地确定该至少一个区域的温度。
[0034]在一个优选实施例中，该热成像摄相机具有大于每秒10000张图像的拍摄频率。
[0035]由此，可以尤其在高发动机转速下精确地追踪该内燃机的燃烧室和/或汽缸盖组件中的动态过程。
[0036]总之，本发明的汽缸盖组件、根据本发明的方法以及根据本发明的内燃机允许对该内燃机的燃烧室和/或汽缸盖中的热条件进行精确且详细的确定，其结果是，可以在实际发动机运行模式下进行综合热分析。
[0037]当然，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的那些特征不仅能够在相应的特定组合中使用，而且还可在其他组合中使用或者单独地使用而不脱离本发明的范围。
【附图说明】
[0038]在附图中示出了本发明的多个示例性的实施例并且在以下的说明中对其进行了更详细的说明，其中:
[0039]图1示出了穿过具有光学的通道和用于温度测量的热成像摄相机的汽缸盖组件的示意性截面图；
[0040]图2示出了解释借助于热成像摄相机的温度测量的示意性流程图；并且
[0041]图3示出了燃烧室的红外图像，具有在内燃机的燃烧室中的两个不同区域处的温度曲线。
【具体实施方式】
[0042]图1示出了汽缸盖组件的示意性局部视图，其总体上由10来表示。汽缸盖组件10总体上具有壳体12，该壳体在外侧界定了汽缸盖组件10。汽缸盖组件10被连接至在图1中仅以局部视图示意性示出的发动机缸体14，其中该发动机缸体14具有至少一个汽缸16，至少一个活塞18被容纳在该至少一个汽缸中。作为现代内燃机的高功率密度的结果，热负载、尤其是活塞18的热负载是非常高的，其结果是，必须在开发阶段经常测量活塞及其表面的实际工作温度以便避免在最终产品的运行期间过高的热负载。
[0043]在图1中，汽缸盖组件还具有光学的通道20，该光学的通道被形成在壳体12中并且具有指配给发动机缸体14的燃烧室22的开口 24。光学的通道20总体上被光学地连接至热成像摄相机26，以便总体上检测由活塞18发出的、穿过光学的通道20并且对应地成像的红外福射28。热成像摄相机26总体上被连接至控制单元30，该控制单元被设计成控制热成像摄相机26并且评估所获得的红外图像、并且被设计成基于该红外图像来确定在活塞18处或在燃烧室22中的至少一个温度。
[0044]光学的通道20总体上具有套管32，该套管形成了光学的通道20的外表面并且在该套管中容纳了内管34。内管34具有水冷却器件36，该水冷却器件被设计成冷却内管34和容纳在其中的光学单元38。在开口24的区域中，内管34是用密封元件40以气密方式相对燃烧室22封闭，其中密封元件40对红外光束是可透过或透明的并且优选地由蓝宝石玻璃形成。
[0045]内管34借助于密封环42密封在套管32中，并且光学单元38借助于多个阻尼件/缓冲间44以弹性方式安装在内管34中。套管32在与开口24相对置的一侧借助于包覆螺母46关闭，其中内管34在与该开口 24相对置的端部借助于包覆螺母48封闭。热元件/热电偶49安排在内管34中以便检测光学单元38的温度。
[0046]光学单元38被设计为具有内窥镜特性的棒透镜系统，以便经由细长的光学通道20来将红外辐射28成像到热成像摄相机26上。棒透镜系统具有相应地可透过红外辐射28、并且优选由蓝宝石形成的多个透镜。这些透镜分别具有与红外辐射28的红外光谱中的折射相适应的切割边缘或表面弯曲。棒透镜系统可以通过小开口24将红外辐射28成像到热成像摄相机26上并且获得燃烧室22的相应的红外图像。
[0047]为了将光学单元38的棒透镜系统与燃烧室22并且尤其与燃烧室22中的温度条件和压力条件隔开，在开口 24中优选设置有密封元件40，该密封元件优选地由蓝宝石形成。此外，套管32和/或内管34被连接至流体冷却装置36。因此，整个光学的通道20的所有元件可以被保护而不热过载。
[0048]热成像摄相机26具有检测器并且还具有滤光器，该检测器可以检测整个红外线范围，该滤光器取决于应用来传输红外光谱的特定波长范围。由此，热成像摄相机26的敏感度可以与待测量的材料相适配。在此背景下，对于钢是优选在1.4μπι与1.8μπι之间的波长、并且对于塑料是优选在1.8μπι至2.2μπι的波长。此外，借助于不同的滤光器可以检测和对比多种不同的波长范围。此外，通过适配频谱范围可以适配温度测量范围并且使该测量更加精确。
[0049]热成像摄相机26优选具有最高可能的分辨率(具体是1280χ1024或更高)以及在最高可能的剩余分辨率下的大于每秒10000张图像(FPS)的高拍摄频率。由此，即便在高发动机转速也可以绘制燃烧室22中的动态过程并相应检测温度。
[0050]控制单元30被设计成评估由热成像摄相机26提供的红外图像。在此背景下，可以手动或自动地在红外图像中限定一个或多个测量范围，并且可以借助于检测出的红外辐射28来相应确定在所选择的区域处的温度曲线。由此，就可以精确测量燃烧室22中的温度，其中，可以检测并且必要时通过对测量范围的对应选择来避免遮蔽效应和散射辐射。
[0051]图2示出了用于测量燃烧室22中的温度T的、根据本发明的汽缸盖组件10的测量链的示意图。来自燃烧室22的红外辐射28以类似内窥镜的方式通过光学单元38成像到热成像摄相机26上，其中热成像摄相机26获得红外图像52并且将其传输至控制单元30。控制单元30评估红外图像52，其中控制单元30在红外图像52中限定不同测量范围并且在这些限定的测量范围处检测温度T或温度曲线并且使之可以作为测量值来使用。
[0052]由此，可以在燃烧室22中的不同区域进行精确的温度测量。
[0053]图3示出了可以由热成像摄相机26提供给控制单元30的红外图像52。控制单元30在红外图像52中限定了不同的测量范围(具体是第一范围54和第二范围56)并且借助于在这些范围54、56中的对应的红外辐射28来检测在这些范围54、56中的温度曲线T(t)，如在图3中所示出的。
[0054]由此，可以在燃烧室的任何希望的区域中或任何希望的点处精确地检测和对应地评估温度T。
[0055]总之，通过具有光学的通道20和热成像摄相机26的汽缸盖组件10获得了对机动车辆的汽缸盖组件10的元件18或燃烧室22的精确温度测量。
【主权项】
1.一种用于内燃机的汽缸盖组件(10)，该汽缸盖组件具有: -壳体(12)，该壳体配设有多个元件(18)，以及 -光学的通道(20)，该光学的通道形成在该壳体(12)中并且被指配给这些元件(18)中的至少一个元件， 其特征在于，该光学的通道(20)被指配有热成像摄相机(26)，该热成像摄相机被设计成通过该光学的通道(20)来检测至少一个元件(28)的红外辐射(28)，以便获得该至少一个元件(18)的红外图像(52)。2.如权利要求1所述的汽缸盖组件，其特征在于，该光学的通道(20)被设计为直的通道并且在一轴向末端处具有被指配给该至少一个元件(18)的开口(24)。3.如权利要求1或2所述的汽缸盖组件，其特征在于，该光学的通道(20)配设有透明的密封元件(40)，该密封元件以气密的方式相对于该至少一个元件(18)密封光学的通道(20)。4.如权利要求1至3之一所述的汽缸盖组件，其特征在于，在该光学的通道(20)中设置有光学单元(38)，该光学单元被设计成将该红外辐射(28)成像到热成像摄相机(26)上。5.如权利要求4所述的汽缸盖组件，其特征在于，该光学单元(38)是棒透镜系统。6.如权利要求4或5所述的汽缸盖组件，其特征在于，该光学单元(38)具有多个蓝宝石透镜。7.如权利要求1至6之一所述的汽缸盖组件，其特征在于，该光学的通道(20)被设计为直的管(32)并且具有气密和液体密封的侧面。8.如权利要求1至7之一所述的汽缸盖组件，其特征在于，该光学的通道(20)具有冷却组件，用于冷却该光学的通道(20)。9.如权利要求1至8之一所述的汽缸盖组件，其特征在于，该热成像摄相机(26)与电子评估单元(30)连接，该电子评估单元被设计成确定该红外图像(52)的至少一个区域(54，56)的温度。10.如权利要求1至9之一所述的汽缸盖组件，其特征在于，该热成像摄相机(26)具有大于每秒10000张图像的拍摄频率。11.一种用于检测内燃机的汽缸盖组件(12)的元件(18)的温度的方法，其中通过光学的通道(20)检测至少一个元件(18)的红外辐射(28)，其中，该光学的通道(20)被形成在该汽缸盖组件(10)的壳体(12)中，以及其中借助于热成像摄相机(26)来获得该至少一个元件(18)的红外图像(52)。12.—种用于机动车辆的内燃机，该内燃机具有发动机缸体(14)和如权利要求1至1之一所述的汽缸盖组件(12)，该发动机缸体至少具有汽缸(16)和活塞(18)。
【文档编号】G01J5/00GK106052878SQ201610236707
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】M·菲舍尔
【申请人】保时捷股份公司