专利名称：用于监控气缸压力的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于监控柴油机的气缸中的气缸压力的设备，涉及一种带有这种类型的设备的柴油机，并且还涉及一种根据权利要求8前序部分的用于监控柴油机的气缸中的气缸压力的方法。
背景技术：
在燃烧发动机中，特别是在大型柴油机中，尤其是在大型两冲程柴油机中，气缸压力的监控为当前技术发展水平。因此，举例来说，在船舶柴油机的类别中，就需要监控峰值燃烧压力。为了避免由于过高的气缸压力而造成损害，常规型大型柴油机中的气缸带有安全阀，正常情况下安全阀必须在响应之后更换。这种监控方式比较复杂并且不适于连续监控，因为通常在注意到安全阀的响应时已经过去了很长时间，而这可能导致必须更换整个气缸盖。如果气缸压力长期保持过高，则可能会另外对活塞环和轴承产生损害。
为了连续地监控气缸压力，在过去几年中使用了应变仪，它们通常被应用于气缸盖螺柱上。通过这些应变仪，就检测到了气缸盖螺柱中的依赖于气缸压力变化的机械应变。然而，由于测量信号的电子调节具有比较高的成本，因此这就成为使用应变仪来监控气缸压力的障碍。
发明内容
本发明的目的是获得一种用于监控柴油机的气缸中的气缸压力的设备和方法，以及一种带有这种设备的柴油机，其使得可以连续地监控气缸压力，其适用于长期使用并且其可以经济地进行使用。特别地，当与现有技术的解决方案相比时，这种类型的设备的制造、安装和运行成本应当非常有利。
这个目的根据本发明由权利要求1中所限定的设备、由权利要求7中所限定的柴油机以及由权利要求8中所限定的方法来满足。
用于监控柴油机，特别是大型两冲程柴油机的气缸中的气缸压力的根据本发明的设备包括至少一个测量传感器，以便根据气缸压力而检测尺寸改变，其中测量传感器设计成一种位移变换器和/或距离检测器。
待检测的尺寸改变优选地包括两个测量点之间的距离的改变，这两个测量点被提供于柴油机的气缸体处和/或气缸的一个或两个部件处和/或连接于气缸体上和/或气缸部件之一上的一个或两个部件处。这两个测量点之间的距离优选地大于气缸体与提供于气缸上的气缸盖之间的距离的一半，特别是大于该距离的四分之一。
在一个优选实施例中，这种设备包括一长测量部件，其设置于测量点之间以便减少由测量传感器所检测的测量距离，长测量部件的一端特别地与一个测量点保持接触，而测量部件的另一端可沿纵向运动并且与测量传感器配合工作。
尺寸改变优选地位于0.01至2mm的范围内，特别是位于0.05至1mm或者0.1至0.5mm的范围内。
待检测的尺寸改变优选地包括柴油机的气缸体与提供于气缸上的气缸盖之间的距离的改变以及与所述气缸体与气缸盖之间的距离的改变相关联的尺寸改变，特别是与所述气缸体与气缸盖之间的距离的改变成比例的尺寸改变。
这种设备优选地安装于气缸体上和/或一个或更多气缸部件上，特别是安装于气缸插入物上、安装于一冷却套上、安装于气缸盖上或者安装于气缸盖螺柱上、和/或安装于提供于气缸体和/或一个或更多气缸部件上的部件上，这种设备特别地安装于气缸体的外侧和/或一个或更多气缸部件的外侧。
本发明另外还包括一种带有至少一个根据以上描述的设备的柴油机，特别是大型两冲程柴油机，优选一种其中所有气缸都分别带有一个这种设备以便监控所有气缸中的气缸压力的柴油机。
本发明还包括一种用于监控柴油机，特别是大型两冲程柴油机的气缸中的气缸压力的方法，其中依赖于气缸压力而变化的尺寸改变受到检测，其中尺寸改变使用一位移变换器和/或一距离检测器来检测。优选地使用根据以上描述的设备来监控气缸压力，或者使用根据以上描述的柴油机。
在这种方法的一个优选实施例中，对所检测的尺寸改变进行评估以便确定气缸压力的值和/或超过容许峰值压力的情况和/或不点火情况或过低的压力值。所检测到的超过容许峰值压力的情况和/或不点火情况或过低的压力值被传送至一警报系统。
根据本发明的设备、柴油机以及方法具有的优点在于，当与现有技术的解决方案相比时，由于使用了简单的位移变换器和/或距离检测器，因而这种类型的设备的制造、安装和运行具有合理的价格成本。这种类型的位移变换器和距离检测器可以大量地经济地制造并且可以买到。这种位移变换器和距离测量传感器的输出信号经过标准化并且可以直接供向用于进行评估和处理的控制和/或处理单元，特别是在其具有一个或更多模拟输入的情况下。不需要象应变仪所需的对测量信号进行成本昂贵的调节。
根据本发明的设备适用于长期使用并且容许连续地监控气缸压力。通过设备检测到过高的气缸压力并且传送至船舶的警报系统，例如以便于自动减小负载。因此，这种设备可用来代替常规型大型柴油机中常用的安全阀；举例来说，以便满足船舶柴油机的类别要求。而且，这种设备可用于带有电子喷射和电子阀控制的柴油机中以便监控燃烧的峰值压力和/或不点火情况。当超过容许峰值压力时，可以相应地减少燃料量。为了防止如果喷射的未燃烧的燃料在排气歧管中点燃和产生排气歧管着火时连接于柴油机上的涡轮增压机烧坏，对不点火情况的监控非常重要。
根据本发明的设备的一个特殊优点在于其可以简便地安装于柴油机上并且其还适用于以后进行改装，而不需要柴油机上进行机械工作。而且，有利的还有，设备在运行期间不会与热、烟灰或燃烧气体形成接触。在运行期间，设备暴露于已经被证明有利于连续运行的大约为60℃的稳定环境温度中。还有一个优点在于当发动机处于静止不动时设备的功能的控制简单。为此目的，通过一厚度通常为0.2或0.3mm的量隙规来在气缸中模拟相应的峰值压力。
在下文中将参照实施例和附图对本发明进行说明，图中图1示出了穿过一大型柴油机的气缸和气缸体的剖面图，并且还示出了根据本发明的安装于气缸上的设备的一个实施例，图2a放大示出了图1中所示的实施例，图2b为图1中所示的实施例的一种变型，其带有一种不同设置结构的测量传感器，以及图2c为图1中所示的实施例的另一种变型，其中测量传感器设计为一位移变换器。
具体实施例方式
图1示出了穿过一大型柴油机的气缸1和气缸体2的剖面图，并且还示出了根据本发明的安装于气缸1上的设备10的一个实施例。图1中所示的气缸1包括一气缸衬套3、一冷却套4、一气缸盖5以及多个气缸盖螺柱6.1、6.2，这些指定的气缸部件通过气缸盖螺柱连接于气缸体2上。气缸衬套3安放于气缸体2的一相应开口中。气缸盖螺柱6.1、6.2和其余的上述气缸部件受到机械预加应力并且形成为使得冷却套4被压紧在气缸体2上，气缸衬套3被压紧在冷却套上并且气缸盖5被压紧在气缸插入物上。预应力选择成使得在发动机运行期间，这些部件也能可靠地互相压紧在一起并且不会发生泄漏。由燃烧压力沿气缸的纵向产生的力反抗气缸盖螺柱6.1、6.2中的预应力。相应地，气缸体2与气缸盖5之间的距离在发动机运行期间根据发动机中所产生的燃烧压力而改变。在大型柴油机中，气缸体与气缸盖之间的距离的这种改变通常位于0.2至0.4mm的范围内。
在根据本发明的一种设备的如图1中所示的实施例中，设备10被连接于一气缸盖螺柱6.2上。设备10优选地包括两个测量点10.1、10.2，其中一个提供于气缸盖螺柱6.2的下部，而一个提供于上部。测量点之间的距离便利地选择成使得测量点之间的距离ΔD的改变位于从0.01至2mm的范围内，优选地位于位于从0.05至1mm或者0.1至0.5mm的范围内。不用说，下测量点10.2也可提供于气缸体2上或者一气缸部件如冷却套4上，并且/或者，上测量点也可提供于任何所需气缸部件上例如冷却套4、气缸衬套3或者气缸盖5上，而非气缸盖螺柱上。测量点10.1、10.2之间沿气缸的纵向上的距离有利地大于气缸体2与气缸盖5之间的距离的一半，特别地大于该距离的四分之一。
这种设备优选地通过夹持器13、15紧固于气缸盖螺柱6.2上。这样就容许简便地安装设备并且便于甚至在较旧的发动机中毫无问题地实现现代化。当然也可以使用其它类型地紧固方式，例如通过将设备10或者设备的部件拧紧于和/或焊接于气缸体2和/或一个或两个气缸部件4、4、5、6、6.1、6.2上，或者通过将设备10的部件集成于气缸部件上来实现。
图2a放大示出了根据本发明的图1中所示的设备的实施例。在这个实施例中，一夹持器15被提供于下测量点10.2上，其在测量点10.2与一固定于夹持器中的测量杆14之间产生了一种固定连接。测量杆14沿气缸1的纵向设置并且跨过两个测量点10.1、10.2之间的一部分距离，优选地跨过较大部分的距离。一第二夹持器11a被提供于上测量点10.1处，其在测量点10.1与一通过夹持器固定的测量角11之间形成了一种固定连接，其自由肢部优选地设置于测量杆14的延长线上。在这个实施例中，一距离检测器12设置于测量杆14的上端以便检测距离D，或者在发动机运行期间，检测距离检测器12与测量角11之间的距离的改变。在上述设备中，距离检测器12与测量角11之间的距离的改变等于两个测量点10.1、10.2之间的距离ΔD的改变。一导向器13优选地提供于设备10中，其中可将测量杆14安装成可沿纵向移动。
图2b示出图1中所示的实施例的一种变型，其带有一种不同设置结构的测量传感器。在这种变型中，距离检测器12被设置于测量角11上并且检测距离D，或者在发动机运行期间，检测距离检测器12与测量杆14的自由端之间的距离的改变。
图2c示出了图1中所示的实施例的另一种变型，其中测量传感器12设计为一位移变换器。在这个实施例中，位移变换器包括一量针12a，其与测量角11保持接触以便检测距离D，或者在发动机运行期间，检测测量传感器12与测量角11之间的距离的改变。
上述实施例和上述设备10的实施例被看作示例性。本发明所属领域的普通技术人员应当立即认识到，由上述实施例开始，可以由其获得多种其它设置结构，例如，通过将测量传感器设置于测量杆或者长测量部件的下端处，或者设置于两个长测量部件的中间处来获得。
可以使用价格比较合理的距离检测器来用作测量传感器，例如在电子长度测量仪器中使用的感应式近程传感器或者位移变换器。测量传感器有利地具有一标准化的输出信号，例如一从0-10伏或从2至10伏的电压信号，或者一从0-20mA或者4-20mA的电流信号。由于测量传感器12和/或整个设备10的老化或者温度变化而引起的零点的任何移位都可在例如评估输出信号时被考虑在内。由于气缸中的压力在每个燃烧循环之后实际上降至零，因此可以通过例如评估输出信号的幅值来将零点移位考虑在内。
在一个优选实施例中，测量传感器的输出信号被送至一电子喷射和/或阀控制和/或被送至一警报系统，例如一船舶的警报系统。对输出信号的评估在电子控制器或在警报系统中进行，并且包括例如监控峰值压力和/或监控不点火情况。如果超过了容许的峰值压力，则可例如起动一警报和/或可将供向相应气缸的燃料自动减少。这种类型的警报系统有利地满足了船舶发动机类别的要求。
权利要求
1.一种用于监控柴油机，特别是大型两冲程柴油机的气缸(1)中的气缸压力的设备，所述设备(10)包括至少一个测量传感器(12、12’)，以便根据气缸压力而检测尺寸改变(ΔD)，其特征在于，测量传感器(12、12’)形成为一种位移变换器和/或距离检测器。
2.根据权利要求1所述的设备，其中待检测的尺寸改变(ΔD)包括两个测量点(10.1、10.2)之间的距离的改变，这两个测量点(10.1、10.2)被提供于柴油机的气缸体(2)处和/或气缸(1)的一个或两个部件(3、4、5、6、6.1、6.2)处和/或连接于气缸体(2)上和/或气缸部件(3、4、5、6、6.1、6.2)之一上的一个或两个部件处。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中两个测量点(10.1、10.2)之间的距离大于气缸体(2)与提供于气缸(1)上的气缸盖(5)之间的距离的一半，特别是大于该距离的四分之一。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，包括一长测量部件(14)，其设置于测量点(10.1、10.2)之间以便减少由测量传感器(12、12’)所检测的测量距离，其中特别地，长测量部件(14)的一端与一个测量点保持接触，而其中测量部件(14)的另一端可沿纵向运动并且与测量传感器(12、12’)配合工作。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中尺寸改变(ΔD)位于0.01mm至2mm的范围内，特别是位于0.05mm至1mm或者0.1mm至0.5mm的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中设备(10)连接于气缸体(2)上和/或一个或更多气缸部件(3、4、5、6、6.1、6.2)上，特别是在外侧连接于气缸衬套(3)、冷却套(4)、气缸盖(5)或气缸盖螺柱(6、6.1、6.2)上和/或连接于设置在气缸体(2)和/或一个或更多气缸部件(3、4、5、6、6.1、6.2)上的部件上。
7.一种带有至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的设备(10)的柴油机，特别是大型两冲程柴油机，特别是一种其中所有气缸(1)都分别带有根据权利要求1至6中任一项所述的设备，以便监控所有气缸中的气缸压力的柴油机。
8.一种用于监控柴油机，特别是大型两冲程柴油机的气缸(1)中的气缸压力的方法，其中依赖于气缸压力而变化的尺寸改变(ΔD)在这种方法中进行检测，其特征在于，尺寸改变(ΔD)使用一位移变换器(12’)和/或一距离检测器(12)来检测。
9.根据权利要求8所述的方法，其中使用根据权利要求1至6中任一项所述的设备(10)或者带有这种设备的柴油机。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中对所检测的尺寸改变(ΔD)进行评估以便确定气缸压力的值和/或超过容许峰值压力的情况和/或不点火情况或过低的压力值，特别是用于将所检测到的超过容许峰值压力的情况和/或不点火情况或过低的压力值传送至一警报系统。
全文摘要
一种用于监控柴油机的气缸(1)中的气缸压力的设备(10)包括至少一个测量传感器(12、12’)，以便根据气缸压力而检测尺寸改变(ΔD)，其中测量传感器设计为一种位移变换器和/或距离检测器。
文档编号G01L7/00GK1609575SQ20041008567
公开日2005年4月27日 申请日期2004年10月15日 优先权日2003年10月16日
发明者K·斯维姆贝尔斯基 申请人:瓦特西拉瑞士有限公司