用于确定作功机械的气体或气溶胶的测量值的设备和方法与流程

本发明涉及一种用于确定作功机械的气体和/或气溶胶的测量值的测量设备，并且涉及一种监控方法，其中，确定作功机械中的气体和/或气溶胶的测量值，尤其是内燃机中的气溶胶浓度的测量值。

背景技术：
监控内燃机的工作室中的来自用于内燃机供给和功率驱动的燃料高压单元的气体和气溶胶浓度，尤其是润滑油雾，对于避免损坏具有重大意义。油雾浓度的快速升高可以即导致损坏，例如润滑膜的撕裂。由于在此产生的摩擦热形成油蒸气，该油蒸气在工作室中凝结为油雾并因此导致油雾浓度的快速升高。若很快识别由此造成的风险，则可以通过相应的对应措施，例如停机或暂停个别的机器构件而避免爆炸并因此避免人员危险和其他对机器的损坏。但也可以通过另外的传感器检查这种工作环境中的一定的气体份额。此外，除了在轴承中润滑膜的撕裂外，对于活塞式发动机在活塞和其气缸壁之间由于有缺陷的活塞环还会出现所谓的窜气，此窜气导致完全损坏活塞/气缸装置(“活塞卡死”)。在由于热的燃烧气体温度升高的同时油雾密度提高可以推断出这种窜气。用于测量油雾浓度的第一种方法由EP-A-0071391中已知。在EP-A-0071391中建议，借助风扇将气溶胶从工作室中通过测量室吸出并且在该处借助辐射源和辐射传感器实施反射测量。在此建议的叶轮风扇应当用于多个平行布置的腔室。已在WO-A-98/11331中展示这种装置的缺点。除了对于装置巨大的结构和运行耗费外，用于抽吸的风扇的使用已表明是有缺陷的，因此应当避免这种解决方案。此外，通过抽吸，还由管道系统吸入脏空气，在此会出现油袋形式的集油，该油袋堵塞管道并且使测量设备难以并且不能实现其功能。而在DD-A-239474和GB-A-2166232中建议，对于内燃机的驱动机构的每个工作室，传感器单元直接地布置在各工作室的内部并且通过光学或电学传输路线与位于内燃机外部的分析单元连接。但这种解决方案的缺点是，油雾和喷油的基本浓度长期污染传感器并因此也导致故障报警。而在已提到的WO-A-98/11331A中建议，在各待监控的工作室中，传感器单元设有借助文丘里喷嘴的吸气装置。这种测量设备不用机械运动的部件工作并因此几乎无磨损。相似地，从JP7/310519A中已知。从其中和之前已从DE2608390A1中已知，具有光学发送器和光学接收器的光学测量路径设有所谓的帘幕，通过该帘幕保持所述的光学元件尽可能无油雾沉积等。迄今这实现为，使得新鲜空气流分别在光学元件附近垂直于光学测量路径形成。但要达到此效果，测量起来费用大。此外，按WO-A-98/11331A所述的设备已表明是不利的，文丘里泵的为将气溶胶混合物从驱动室中通过光学测量路径吸出所用的能耗非常大，尤其是在光学测量路径安设在通过管道与文丘里泵连接的壳体中时。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，建议一种改进的设备，其具有开头所述类型的用于确定作功机械的气体和/或气溶胶的测量值的测量设备。该设备的尤其是耗费和此处尤其是能耗保持比现有技术中的情况更小。本发明所要解决的技术问题通过一种用于确定作功机械的工作室中的气溶胶的测量值的测量设备解决，该测量设备具有吸气装置，该吸气装置将气溶胶-空气混合物从所述作功机械的工作室中吸出并且输送给具有至少一个光学发射器和至少一个光学接收器的光学传感器单元，并且该测量设备具有用于所述光学传感器单元的运行的电子装置，其中，所述吸气装置设计成具有压缩空气供给装置、压缩空气喷嘴、卸压通道和负压区的压缩空气喷射泵，所述压缩空气喷嘴具有基本上指向所述卸压通道方向的喷出方向，所述压缩空气供给装置能与压缩空气源连接并且在所述负压区上连接有能与所述作功机械的工作室连接的吸气管道，其中，所述光学传感器单元具有在所述光学发射器与所述光学接收器之间的光学通道，所述光学通道基本上垂直于所述压缩空气喷嘴的喷出方向定向，并且被导引通过所述负压区。在此，本发明的措施首先导致，相对现有技术，必要的压缩空气流明显减少。但本发明所述的措施的特别的优点是可以实现非常紧凑的结构。此外，业已表明，通过本发明的措施可以实现比通过现有技术中的测量设备明显更好的结果。有利的是，光学传感器单元设置为，光学发射器与光学接收器之间的光学通道相对压缩空气喷嘴的喷出方向侧向错移。在该方案中，用光学束检测最佳量的抽吸的驱动室气体(气溶胶混合物)，而确实仅用于驱动，也就是说用于抽吸驱动室气体的、主要量的连续压缩空气从测量路径旁边经过，而不会对测量造成很大的影响。为了保持光学元件无油雾沉积，有利的是，阻塞空气喷嘴布置并且设置为，使另一股空气流分别能从光学发射器和光学接收器喷向压缩空气和抽吸大气的混合室。因此，产生朝可能的不期望的油雾扩散方向的逆流。该逆流不必较大的耗费就足够用以避免在光学元件上的任何沉积。通过该措施可以省掉耗费的“帘幕”。阻塞空气喷嘴和由此产生的所述逆流必要时运行的方式可能仅是，压缩空气喷嘴的压缩空气供给与该流动一起运行。但阻塞空气喷嘴一般通过压力管道的支路运行。按本发明的测量设备特别有利的是，从发动机舱中的抽气优选借助阀装置中断并且可以由新鲜空气供给代替。在该情况下，实施完全测量，方式是该阀，优选电磁阀在文丘里喷嘴之前关闭并且测量通道以新鲜空气扫气。本发明的第二方面涉及通过本测量设备实施测量。前述的以及所要求保护的且在下列实施例中描述的按本发明待使用的元件在其大小、形状设计、材料使用和其技术方案上没有特别的例外条件，因此可以不受限地使用各应用领域中已知的选择标准。附图说明本发明的主题的其他细节、优点和特点从所属的附图的下列说明中获得，其中阐述例如按本发明的测量设备。在附图中：图1是按本发明第一实施例的、在内燃机的工作室上的测量设备的示意性立体图以及图2是在按图1的测量设备中的供压装置的开关元件的图示。具体实施方式图1示出测量设备2，该测量设备2以其壳体可拆卸地布置在作功机械的工作室4上。在本实施方式中，作功机械是内燃机，如往复式活塞发动机，例如柴油发动机。测量设备用于确定作功机械的工作室内的气溶胶，此处油雾的测量值。测量设备2包括作为吸气装置的压缩空气喷射泵8，其负压区10通过吸气管道12经由工作室的壁中的开口与工作室的内部连通。垂直于压缩空气喷嘴32的喷出方向并因此也基本上垂直于压缩空气喷嘴32与喇叭口30的中心之间的轴线设有光通道，在该光通道的一端上设有光发射器15，在该光通道的另一端上设有传感器单元的光接收器17，用于确定油雾的测量值。传感器单元包括电子模块。在本实施例中，光发射器15的光束对准光接收器17，其中，光束穿过压力喷射泵的负压区，垂直地但相对于压力束喷嘴的喷出方向侧向略微错移并因此也基本上垂直于压缩空气喷嘴32与喇叭口30的中心之间的轴线。压缩空气喷射泵8与压缩空气供给装置26作用连接，该压缩空气供给装置26通向压缩空气喷嘴32中，该压缩空气喷嘴32将压缩空气束吹入喇叭口30并由此在包围压缩空气喷嘴32与喇叭口30之间的过渡区域的负压区10中产生负压。吸气管道12与负压区10连接。压缩空气喷嘴32的喷出方向在本实施例中大致指向喇叭口30的中心。在压缩空气供给装置26上连接有支路管道106，该支路管道106连通至阻塞空气喷嘴36。一个所述阻塞空气喷嘴布置在光发射器15的附近，另一个阻塞空气喷嘴布置在光接收器的附近，压缩空气在两个阻塞空气喷嘴36处排出，该压缩空气流向由压缩空气喷嘴32和喇叭口30组成的文丘里装置并且(与从压缩空气喷嘴32中流出的压缩空气共同地)借助设计成向发动机舱中的反馈的回流通道38返回。通过该反馈有效地防止从吸气管道12中可能排出的油雾，到达光发射器15或到达光接收器17并且将它们弄脏。这种装置已证实比之前已知的“帘幕方案”更有效。在此处应当注意的是，本实施例中在光通道的一端设有光发射器15，在另一端上设有光接收器17的光学装置设计成在实践中相同地作用，方式是光发射器15和光接收器17均布置在光通道的一端，在光通道的另一端上设有反射器(例如镜面)，所述发射器定向为，使得来自光发射器15的光束在光接收器17上反射，优选分别通过负压区，垂直地但与压力束喷嘴的喷出方向侧向略微错移并因此也基本上垂直于压缩空气喷嘴32与喇叭口30的中心之间的轴线。此外，应当指出的是，在本实施例中虽然光束使用在近红外线(860nm)的频率范围内但规定，可以使用在从红外线至紫外线整个光谱内的波长或它们的混合。传感器单元的电子模块例如通过管道与外部的分析装置连接，该分析装置显示测得的油雾浓度。若油雾浓度高于预先确定的、表示作功机械中发生故障的阈值，则可以发出相应的报警信号或关掉作功机械。在图2中示出本实施例的供压装置。供压装置100借助主节流阀102提供(在本实施例中)3.0bar的压力，该主节流阀102的直径为022毫米，体积流为100升/小时。为了监控供压并因此受调节的流过压缩空气喷嘴32和阻塞空气喷嘴36的体积流，压力传感器104布置在主节流阀102与电磁阀11或阻塞空气节流阀122之间。主支路通过电磁阀110(在本实施例中直径为0.45毫米)导引至压缩空气喷嘴32，其中，压缩空气喷嘴32的体积流为66升/小时。阻塞空气支路通过直径为0.26mm的阻塞空气节流阀112均分质量地通向两个阻塞空气喷嘴36，这两个阻塞空气喷嘴36分别具有17升/小时的空气流。在正常运行中，对于前述的实施例的测量设备，压缩空气从压缩空气供给装置100中流出，流动经过主节流阀102，流动经过打开的电磁阀110，流动通过压缩空气喷嘴32，并且在此产生带走发动机内气体的负压，也流动经过密封节流阀112，经过阻塞空气喷嘴36并因此产生保护光学元件15和17的、从光学元件至喇叭口30的逆流。而在校准运行中，电磁阀110关闭，通过压缩空气喷嘴32的主流中断。光学元件15与17之间的光学通道通过阻塞空气喷嘴36清洁，测量设备可以进行光通道的绝对测量。该过程可以例如偶尔一次规定在白天并允许上述阈值的调节，因为该测量因此可以与发射器元件15的发射效率和光接收器17的敏感度还和另外的干扰无关地设计。应当指出的是，前面描述的装置通过压力传感器104能够监控所有上述喷嘴的可操作性，方式是测量绝对的压力并因此可容易地确定在阻塞空气喷嘴36和两个阻塞空气喷嘴中的故障(通过与各结构的额定压力比较)。附图标记列表2用于确定气溶胶的测量值的测量设备4工作室8吸气装置/压缩空气喷射泵10负压区12吸气管道15光学发射器17光学接收器26压缩空气供给装置30喇叭口32压缩空气喷嘴36阻塞空气喷嘴38回流通道100供压装置102主节流阀104压力传感器106支路110电磁阀112阻塞空气节流阀。