测定内燃机气缸内运动付状态的方法与装置制造方法及图纸

提出了一种用以测定内燃机气缸（１）内一运动副状态的方法和装置，所述内燃机具有一个其上至少设有一活塞环（３１）的活塞（３），该活塞被设置成能沿气缸（１）内气缸套（２）的运行表面（２３）作往复移动。按照该方法借助于一设置于气缸（１）内的超声波传感器（５），该运动副（２３，３１）受超声波信号冲击，由运动副（２３，３１）反射的回声信号被用于测定运动副（２３，３１）的状态。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机气缸内运动付状态的方法与装置。在内燃机中，尤其在诸如用于船舶驱动机组或固定电站中的大型柴油机中，气缸内的运动付经受自然磨损。运动付是指在活塞冲程运动期间气缸内彼此滑过的那些部件，即尤其是气缸套的运行表面，活塞在运转状态下沿该运行表面运动，活塞环在正常状态下在该运行表面上滑动，而在该运行表面上通常形成润滑油膜。气缸套和活塞环的磨损受不同参数的影响，诸如所用燃料(在大型柴油机中通常为重油)，所用润滑油及发动机的负荷分布。因此，不管用什么方式，仅用理论上或通过试验数据来估计是有困难的。此外，在发动机运转期间能引起异常高的磨损值，从而导致随后严重和代价高的损坏。因此，在内燃机运转期间希望监测活塞运动状态，特别是运动付的状态，即可说是不停产监测，以便例如当出现异常高的磨损时能及时采取对策，以避免更大的随后损坏。对于大型柴油机，已知各种利用感应测量原理在运转期间测定活塞环磨损状态的装置。例如在EP-A-706039中公开了一种设置在气缸套内的监测磨损用的采样装置。该装置包括一条磁路和一条电路，两者偶合在一起。要被监测的活塞环由磁性材料制成，有一非磁性材料的插入物，当沿径向看时它缩短。在活塞冲程运动期间，该活塞通过该采样装置，在采样装置内感应一电压，该电压作为测量信号被测量。该测量信号经非磁性插入物被变换。由于该插入物沿径向缩短，由它产生的信号变换是活塞环磨损的度量。即使在实践中已证明了这类装置的价值，然而它们还有一些限制。由于非磁性插入物的存在，该活塞环须特别地装备。此外，目前所知几种颇抗磨的活塞环材料均不适合与这类感应采样装置配合。而且，至少用这类已知的装置根本不可能得到关于运行表面状态的直接结果。关于这点，本专利技术希望提供一种补救。因此，本专利技术的目的是要提出这样一种方法与装置，借助于它们，在运转期间能测定内燃机气缸内运动付的状态，即尤其是该运行表面和活塞环的状态。尤其是在发动机运转时，本专利技术能测定该运行表面和活塞环的磨损。从该装置和方法的观点看满足这些目的的本专利技术主题是以相应类别的独立权利要求的特点为其特征的。因此，按照本专利技术，提出了一种测定内燃机气缸中运动付状态的方法与装置，所述内燃机有一活塞被配制成能沿气缸内气缸套的运行表面往返移动，该活塞装有至少一个活塞环。按照该方法，借助于设置在气缸内的超声波传感器用超声波信号冲击该运动付，而利用由该运动付反射的回声信号来测定该运动付的状态。该装置包括一个超声波传感器，以这样方式将其设置在气缸内，使其能用超声波信号撞冲该运动付，并接收由该运动付反射的回声信号。因此，本专利技术基于利用超声波测定内燃机气缸内运动付状态的思想。为此，这些运动付，尤其是该运行表面和/或活塞环经受超声波信号的冲击。这些超声波信号在具有不同声波阻力的介质之间的过渡区的界面处，例如在气缸的运行面处和在活塞环面处，被部分地反射和部分地传输。这些被反射的信号作为回声信号返回到超声波传感器，该传感器将这些回声信号转换成电信号。根据声波的传播时间，或相应地根据各别回声信号之间的传播时差，能测定诸如气缸套当前厚度或活塞环当前厚度的参数。利用这一方法，能以简单的方式测定在内燃机运转期间该运行表面和活塞环的状态，尤其是它们的磨损。其优点尤其在于分别用本专利技术的方法和装置来测定这些运动付的状态无需它们特殊的结构。该方法和装置对于各种内燃机，尤其是对于按二冲程或四冲程原理工作并例如以重油、柴油或天然气作为燃料的各种大型柴油机是普遍适用的。本专利技术适于测定所有本身已知的活塞环的状态，尤其还适于等离子喷涂或电镀的活塞环，本专利技术对涂层活塞环产生另外的优点，即也能测定涂层的厚度。在本专利技术的方法中，最好将回声信号输送到一测算单元，后者在回声信号基础上测定至少下到参数中一个的代表值气缸套的绝对和/或相对磨损；一个或几个活塞环沿相对于气缸轴线径向的厚度；活塞环涂层的径向厚度；在活塞环和运行表面之间空气间隙的径向厚度；在活塞环和运行表面之间油膜的径向厚度。在一个优先的实施例中，产生一个用以补偿由热造成的变化的参照信号，并用以测定该运动付的状态。通过上述措施，考虑了内燃机通常在不同的转速和负荷变化的情况下运转的，因而气缸内的温度是波动的。借助于该参照信号，能补偿该测量信号中由热引起的变化，这意味着在参照信号的基础上能标订测量信号。因此，该装置最好包括产生这种参照信号的装置。按照该实施例，用以产生一参照信号的这些装置包括另一个超声传感器，它以这样方式被配置，使它在一个区域内用超声波信号冲击气缸套的径向内部边界面，该区域处在该活塞冲程运动期间由这些活塞环刷过的区域之外。由于该区域并不经受活塞环运动的磨损，因此在该区域内用超声波测定的壁厚能用作补偿温度波动的参照信号。该超声波传感器最好配置在气缸套的一切口内，它以这样方式被安置，使所有的活塞环在该活塞冲程运动期间通过该超声波传感器。在该结构中，各超声波信号首先通过气缸套壁的一部分，在该运行表面上被部分反射，而穿透部分被输入，取决于该活塞位置，活塞环或该运行表面和活塞之间的气隙。这样，在活塞冲程运动期间所有的活塞环都能被超声波连续地取样。装有超声波传感器的切口最好被配置在气缸套的凸缘内，这就是说，在活塞运动的下止点附近。在这里，活塞速度较低，因此有充分的时间对各活塞环采样。当该切口沿径向延伸时且在超声波传感器和切口的径向内部边界面之间设置一连接件，以便使超声波信号自该超声波传感器传到该运行表面上是有利的。借助于这一措施，将超声波传感器配置在远离气缸套的最热区域，从而避免热损的危险或转换器的故障。本专利技术的方法和装置尤其适于大型柴油机，例如船舶主机。本专利技术的其它有利措施和优选实施例由从属权利要求产生。下面参照示例性实施例和附图，就该装置和方法两个方面更详细地说明本专利技术。附图说明图1以部分简图部分剖视图表示在内燃机气缸套中本专利技术装置的一个示例性实施例。图1以纵剖视图表示大型柴油机的气缸1的剖面，装有用以测定运动付状态的本专利技术的装置。气缸1的气缸轴线以标记A代表。垂直于气缸轴线A的方向在下文中被指定为径向。气缸1包括一气缸套2，其径向内部界面构成活塞3的运行面，活塞3被配置成能在气缸1内来回移动。活塞3的运动方向由双箭头B表示。以实线画出的运动面23代表气缸2的初始状态，即还没有出现磨损的状态。虚线23a表示由于活塞3和运动表面23a之间的相对运动运行表面已产生磨损的状态，它已导致气缸套2缸壁厚度的减薄。气缸套2以本身已知的方式包括一个被设计成厚壁的突缘21和一个被设计成薄壁的裙部22。图1表示活塞3处于上止点。按照图示，气缸1的燃烧室4处在活塞3的上方。在活塞3上没有4个在运转状态下沿运行表面23滑动的活塞环31。这些活塞环31对运行表面23施以偏压，即使由于磨损的结果在气缸套2的壁厚2减薄后，如虚线23a所示，也使它们与后者成密封接触。这些活塞环以本身已知的方式在其径向外部界面上可有一涂层31a，如图1中最上部活塞环31所示。该涂层31在初始状态下例如为0.1至0.3毫米厚度。一润滑油膜处在运行表面23和活塞环31之间的运行表面23上。由于术语运动付是指在正常运转中彼此相互移动和彼此滑过的部件，因此，在本示例性实施例中，运行表面23和活塞环31包含处在它们之间的油膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测定内燃机气缸（１）内运动付状态的方法，该内燃机具有一个其上至少装有一个活塞环（３１）的活塞（３），该活塞被配置成可沿气缸（１）的气缸套（２）的运行表面（２３）往复移动，在所述方法中，借助于一设置在气缸（１）内的超声波传感器（５）用超声波信号冲击该运动付（２３，３１），而由该运动付（２３，３１）反射的回声信号被用来测定运动付（２３，３１）的状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K施维姆伯斯基，
申请(专利权)人：瓦特西拉瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]