CN1409815A - 测定和调整活塞发动机上死点位置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一个测定和调整活塞发动机上死点位置的装置，其中活塞(5)的位置借助电动传感器(1)测量。该传感器(1)是一个涡流传感器。燃烧室容积通过使气缸部件相对于曲轴箱部件移动来加以调整。

Description

测定和调整活塞发动机上死点位置的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种测定和调整活塞发动机上死点位置的方法，其中该活塞的位置借助于距离测定来测量。

它也涉及一个测定和调整活塞发动机上死点位置的装置，其中活塞的位置借助于一个电动传感器来测量。

发明背景

顶部间隙是发动机设计中最重要的因素之一。顶部间隙越小，燃料消耗也越小，所谓的驾驶室气体排放也越小。所以，最好能够测定和控制发动机工作时在不同转速、不同负荷和温度下活塞顶或者活塞头和气缸盖之间的距离。

根据相关工作条件下顶部间隙的测量，就可能得到比当代理论模型研究(譬如FEM)更准确的描述顶部间隙的计算模型。

现有技术

美国专利4,147,054公布了一个测定活塞发动机上死点位置的方法和装置。该死点位置的确定基于一种测量传感器和该活塞间距离的距离测定。该传感器或者是一个常规结构的电容式距离测定发送器，或者是一个常规结构的电感式距离测定发送器。

该电容式距离测定发送器对该传感器和该被测表面(即活塞头)之间隙缝内绝缘物中的变化非常灵敏。因为燃烧气体中的介电常数很难测定，并在燃烧过程中发生变化，所以借助于这样的电容式距离测定发送器很难得到可以接受的顶部间隙数值。

该电感式距离测定发送器的缺点是只能应用于铁磁材料的测量，譬如铁。因此它不能用来测量铝制活塞。它也对温度和压力敏感，需要加以防护使其不受该燃烧室环境的影响。对通常可能最大2mm的测量区域，该电感式传感器需要的空间稍大于可能期望的空间。

发明目的

本发明的一个目的是提供能对现有技术方法和装置的缺点予以矫正的一种方法和一件装置。该发明的方法应当能推动基于该上死点位置的某种测量的发动机设计和发动机调整。

该装置应当工作可靠、制造比较便宜、易于操纵、易于插入需要测定和控制其顶部间隙的发动机。

发明概述

通过一开头提到的方法可以达到本发明的目的，该方法的特征是该活塞头的位置借助一个涡流传感器测定。

所以，该活塞头包括一种导电材料，希望能借助在该涡流传感器线圈内产生一个电流的方法来在该材料中感应出涡流。然后测定这些涡流对该涡流传感器线圈电抗的影响。

该上死点位置的测定最好在该发动机的动态工作条件下进行。

借助一开头定义的装置也可以达到本发明的目的，该装置的特征为该传感器是一个涡流传感器。

该装置最好包括一个线圈以及能感应出流经该线圈的电流的部件，该线圈的位置应使该活塞头受该线圈的一个磁场的作用而在该活塞头中感应出一个涡流。

该装置也包括一个其电抗受该活塞头中感应涡流影响的线圈，死点位置的测定取决于该电抗如何受该涡流影响。

能在该活塞头中感应出该涡流的线圈和其电抗受该涡流影响的线圈最好是同一个测量线圈，它构成该涡流传感器的一个部件。

根据实施例，本发明装置至少包括一个显示该涡流传感器所受温度的温度指示器。该温度指示器最好包括一个连接到惠斯登电桥测量线圈的参考线圈。

最好该涡流传感器位于设计在该发动机气缸盖上的一个孔内。

该孔穿过该气缸盖，使得该涡流传感器可以通过该孔从该装配好的气缸盖外部拆卸。所以，如果需要的活，该传感器可以很容易地被拆除并更换上一个孔塞。

最好，该装置连接到一个根据该涡流传感器对该上死点位置的测定来影响该发动机压缩的设备。

根据实施例，该影响发动机压缩的设备包括一个使该发动机的气缸部件相对于其曲轴箱部件移动的设备。

而且，该发动机包括至少两个气缸，每个气缸都配备专用的涡流传感器，该装置包括一个由每个气缸独立影响发动机压缩的设备。

本发明也包括一个调整活塞发动机的燃烧室容积和燃烧室内压缩的装置，其特征是该发动机的气缸部件能够相对于它的曲轴箱部件移动。从而，该气缸部件可以沿气缸部件和曲轴箱部件之间的一个共同的滑动平面相对于该曲轴箱移动。最好是，该气缸部件包括一个第一法兰，该曲轴箱包括一个相应的设计得能和该第一法兰对接的第二法兰，该装置包括一个通过上述法兰之间的某种滑行运动来使该发动机部件相对于该曲轴箱部件移动的设备。气缸部件和曲轴箱部件之间的位移最好根据该测得的顶部间隙来确定，或者根据基于该被测顶部间隙的算法来确定。

本发明的其他特征和优点可见下面关于本发明诸希望实施例的详细说明以及所附的权利要求书。

例图的简单说明

现在通过示例并参考所附例图详细说明本发明的各种实施例。例图包括：

图1是一幅符合本发明实施例的一个涡流传感器的示意图；

图2是一幅测定活塞上死点位置的本发明装置的第一个实施例的示意剖面图；

图3是一幅测定活塞上死点位置的本发明装置和该活塞的示意剖面图；

图4是一幅本发明装置的另一个实施例的示意剖面图；

图5是一幅替换孔塞的侧视图，它可以插入气缸部件的一个孔内用来替换本发明的涡流传感器；

图6是一幅调整某台活塞发动机内压缩的一个装置的示意剖面图；

图7是一幅调整某台活塞发动机内压缩的一个装置的另一个实施例的示意剖面图；

图8是一幅沿图7中A-A线的剖面图。

本发明的详细说明

图1表示符合本发明的涡流传感器1的一个实施例。传感器1包括两个像惠斯登电桥内部那样连接的线圈2和3。一个振荡器电路4向这些线圈2和3提供50kHz到10MHz的高频交流电流，最好是125kHz。

下方线圈2的位置靠近该发动机气缸(未画)的内表面，构成测量线圈。上方线圈3距上述内表面稍远，构成参考线圈，目的是显示该传感器内的温度差别和波动。因为测量线圈2的测量值随温度变化而变，所以本发明的装置也可以包括一组温度传感器。作为一种替代方法或补充，该装置可以提供用水来冷却传感器1的设备以便获得更加衡定的温度。

传感器1产生一个磁场。用导电材料制造的一个活塞头5在达到它的上死点位置时受该磁场作用，从而在活塞头5中感应出涡流。该电磁场主要或者说几乎全部由该测量线圈2产生。

如果活塞头5包含某种缺磁材料，那么由于活塞头5中的高磁导率，线圈2中的感抗就会增加。如果活塞头5包含某种非磁性材料，线圈2的电磁场就会在活塞头5的表面感应出涡流。在活塞头5中产生的电磁场会和线圈2的磁场抵消，从而导致线圈2中电抗的变化。电抗变化的幅度取决于线圈2和活塞头5之间的距离。

该活塞头材料的电阻和磁导率决定了该装置的性能。像铝、铜、金等那样的非磁性材料电阻低，磁导率大约为1，所以具有较高的灵敏度和较大的可能测量距离。像铁和镍钢那样的高电阻和/或高磁导率材料会阻碍涡流的有效产生。所以最佳的活塞头材料是铝。

为了得到最好的可能结果，在该发动机气缸中传感器1的工作位置上使用该传感器之前，应当采用与该活塞头材料相同的材料对传感器1进行校准。

传感器1必须承受在燃烧室11中会碰到的苛刻条件，特别是在某台工作的发动机内发生的热和压力的交替变化。所以要用一个比该发动机工作循环内气体压力更大的力来对传感器1预先加载。

如图2所示，该传感器最接近燃烧室11的那些角和边缘借助一种由不导电材料制造的防护罩7加以保护，这里用的是一个氮化硼制作的陶瓷环。

参看图2，传感器本体1连接到一个套筒8。传感器本体1和套筒8构成一个细长的部件，它被插入一个穿过该发动机气缸盖外壁9、并穿过同一个气缸盖内壁10的孔。在该内、外壁之间是一个冷却水通道。相应地，该传感器也会受到该发动机冷却系统的冷却。一个螺纹止动元件12连接到套筒8，并与外壁9上该孔的内壁螺纹13啮合。止动元件12将垂直作用在该装置上的力传递到外壁9。

根据图3所示的实施例，提供了一个设备14来防止陶瓷环7落入燃烧室11内。零件14是一个从内壁10的内表面拧入该内壁的螺钉。图3也显示了活塞头5上的一个凹陷15。应当注意，活塞头5的表面结构差异不影响该测量的准确性，因为涡流传感器1检测的是该磁场覆盖的整个表面的平均值。

经校准和测量值调整(甚至可以根据燃料类型校准和调整)后，就可以使用适合于该发动机的传感器1来测定该发动机和每个相关结构部件在不同转速、温度和负荷下如何实际上受该顶部间隙影响以及如何影响该顶部间隙。而且，根据传感器1的测量结果可以确定该活塞的倾斜，确定不同的运动(如滑动和滚动等)以及油膜的整体影响。

图4表示另一个实施例，其中套筒8包围传感器本体1，而且有一个螺纹16与内壁10上孔内的相应螺纹啮合。一个内部套筒8′安置在套筒8内部。内部套筒8′从传感器1延伸到止动元件12。它可以在外部套筒8内移动，并借助止动元件12被预先加载压到传感器上。因此，该传感器能够借助止动元件12被预先加载。外部和内部套筒8和8′最好具有结合手段，譬如一个凹槽、凸台等等(未画)，以便能从该气缸外面借助某种施加扭矩的工具(如螺丝刀)将它们从该气缸的这些孔中拧出。安装和运行之后，假如说要在某次常规发动机维修时刻检查该顶部间隙，那么相互连接的传感器1和套筒8可以用图5所示的螺纹孔塞17来代替。这一测量也可以在该发动机交货之前用来校准该发动机的计算顶部间隙的特殊计算系统。传感器1的设计使得它可以从该气缸盖外部拆卸。孔塞17可以用类似方法从该气缸外部插入孔内。在相互啮合的螺纹之间最好能有任何一种螺纹密封。

图6所示为一个在该发动机工作时调整或控制燃烧室11内的压缩的装置。该装置使马达气缸体的气缸盖部件18相对于曲轴箱部件19移动。因此，活塞头5的顶部和该气缸盖内表面之间的距离将是可变的，或者说能够在不同转速、负荷和发动机温度下大体维持不变。

气缸部件18包括一个第一法兰21，曲轴箱部件包括一个相应的与该第一法兰接合的第二法兰22，该装置包括一个通过法兰21和22之间的滑行运动来使气缸盖部件18相对于曲轴箱部件19移动的设备20。

在图6的装置中，参考编号20表示一个使气缸盖部件18相对于曲轴箱部件19移动的液压活塞/气缸设备。在该活塞/气缸设备和气缸部件18之间可以有一个可拆卸的距离元件，最好是垫片29，以便，譬如说在该气缸可能要被牢固地连接到其他气缸之前，独立地预置气缸部件18的位移。作为活塞/气缸设备的一个替代物，也可以采用具有相同主要任务和功能的螺杆设备。

图7所示为图6装置的另一个实施例，它包括偏心安装且一般为圆柱状的若干旋转辊24或类似部件。辊24绕轴25转动，而轴25相对各自的辊24的中心轴移动。单个或多个辊24由马达气缸体支承(图7未画)。参考编号26表示一个位于第一法兰21上的底脚或条板。当气缸部件中的各个气缸独立放置时最好有一个底脚，各气缸安装成一件时最好有一个条板。辊或气缸24与各自的底脚或条板26结合，并在它们滚动时引起气缸部件18相对于曲轴箱部件19的位移。

很可能，该装置还必须有一个部件27，譬如一块橡胶皮，以获得一个包括各滑动表面以及其中可能使用的润滑油在内的封闭系统。

图7也显示了一个安装在辊24上的环或轴承28。环28采用的材料能降低辊24和底脚/条板26之间的摩擦。

具有单独气缸的各个发动机可以每个气缸各有一个单独的环或轴承28，以便，譬如说参照一个标称气缸，独立地对各个气缸进行调整。

图8表示部件21和22互相咬合的一个可能的剖面设计，它使部件21和22之间具有侧向稳定性。

关于上面已经举例说明的内容，应当理解，对于一个熟知该项技术的人员，许多其他的实施例也是显而易见的，而且不偏离这些说明以及相关例图予以佐证的下附权利要求书所描述的本发明的范围。

应当理解，本发明的装置可以包括仅仅一个涡流传感器1来测定某单个活塞的顶部间隙，所测得的顶部间隙可以被用来作为调整该单个气缸或某多缸发动机的一组气缸的顶部间隙和/或压缩的依据。顶部间隙的测定，即上死点的测定，可以定期进行，以便立即用作某种直接发动机压缩控制的一个依据。然而它也可以不定期进行，譬如说用来修改据以控制发动机压缩的程序。

涡流传感器1应当始终适应主导工作条件，譬如所用燃料、温度以及其他发动机的特性。所以该传感器也许应当以或多或少比较定期的方式重新校准。

如图7所示，最好在部件21和22的滑行平面和水平面之间有一个倾斜角α，通常为-15°到15°。

Claims (22)

1、一个测定和调整活塞发动机上死点位置的方法，其中活塞(5)的位置用距离测定方法确定，其特征是该活塞头的位置借助涡流传感器(1)测定。

2、按照权利要求1的方法，其特征是活塞头(5)包含一种导电材料，借助在涡流传感器线圈(2)内产生一个电流的方法在那里感应出涡流，测定这些涡流对涡流传感器线圈(2)中电抗的影响。

3、按照权利要求1或2的方法，其特征是该死点位置的测定在该发动机的动态工作条件下进行。

4、按照权利要求1至3中任何一个的方法，其特征是在发动机内提供了设备(24、25、26、28)来改变和控制工作过程中该发动机的压缩，该压缩根据测得的死点位置来改变或控制。

5、一个测定和调整活塞发动机上死点位置的装置，其中活塞(5)的位置借助一个电动传感器(1)来测量，其特征是该传感器(1)是一个涡流传感器。

6、按照权利要求5的装置，其特征是它包括一个线圈(2)和设备(4)来感应出一个流经该线圈的电流，该线圈(2)的位置使得活塞头(5)在线圈(2)的磁场作用下可以在活塞头内感应出一个涡流。

7、按照权利要求6的装置，其特征是它包括一个其电抗受活塞头(5)内感应出的涡流影响的线圈(2)，该死点位置根据该电抗如何受该涡流影响来测定。

8、按照权利要求6和7的装置，其特征是在该活塞头内感应出涡流的线圈和其电抗受该涡流影响的线圈是同一个测量线圈(2)，它构成该涡流传感器(1)的一个部件。

9、按照权利要求5至8中任何一个的装置，其特征是它至少包括一个温度指示器(3)来指示涡流传感器(1)所经受的温度。

10、按照权利要求9的装置，其特征是上述的至少一个温度指示器(3)包括一个连接到惠斯登电桥测量线圈的参考线圈(3)。

11、按照权利要求5至10中任何一个的装置，其特征是该涡流传感器(1)被安置在该发动机气缸盖(9，10)的一个孔内。

12、按照权利要求11的装置，其特征是位于该孔内的涡流传感器(1)至少部分地被某种非导电材料包围。

13、按照权利要求12的装置，其特征是该非导电材料构成一个围绕涡流传感器(1)的环(7)。

14、按照权利要求11至13中任何一个的装置，其特征是该孔穿过气缸盖(9，10)，使得涡流传感器(1)可以从已经装配的气缸盖(9，10)的外部通过该孔拆卸。

15、按照权利要求5至14中任何一个的装置，其特征是它连接到一个设备(20、24、26、28)以便根据借助涡流传感器(1)测定的上死点位置来影响该发动机内的压缩。

16、按照权利要求15的装置，其特征是影响该发动机压缩的设备(20、24、26、28)包括一个使发动机的气缸部件(18)相对于它的曲轴箱部件(19)移动的设备(20，25)。

17、按照权利要求15或16的装置，其特征是该发动机包括至少两个气缸，每个气缸都有一个专用涡流传感器(1)，该装置包括一个设备(20、24、26、28)来使每一个气缸单独影响该发动机的压缩。

18、一种调整活塞发动机的燃烧室容积和燃烧室内压缩的装置，其特征在于该发动机的气缸部件(18)相对于其曲轴箱部件(19)是可移动的。

19、按照权利要求18的装置，其特征是该气缸部件(18)可以通过沿气缸部件(18)和曲轴箱部件(19)之间共同滑动平面的某种运动来相对于曲轴箱部件(19)移动。

20、按照权利要求18或19的装置，其特征是气缸部件(18)包括一个第一法兰(21)以及曲轴箱部件(19)包括与第一法兰(21)接合的一个对应的第二法兰(22)，以及该装置包括通过所述的法兰(21、22)之间的平滑运动相对于曲轴箱部件(19)移动气缸部件(18)的设备(20，24，26，28)。

21、按照权利要求18-20中任一个的装置，其特征是该发动机包括至少两个气缸，每个气缸设置有一个专用的涡流传感器(1)，以及该装置包括用于单独为每个气缸调整燃烧室容积和发动机压缩的设备(20，24，26，28)。

22、用于涡流传感器(1)确定活塞发动机内上死点位置的方法。

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