專利名稱：測定和調(diào)整活塞發(fā)動機上死點位置的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測定和調(diào)整活塞發(fā)動機上死點位置的方法，其中該活塞的位置借助于距離測定來測量。
它也涉及一個測定和調(diào)整活塞發(fā)動機上死點位置的裝置，其中活塞的位置借助于一個電動傳感器來測量。
背景技術：
頂部間隙是發(fā)動機設計中最重要的因素之一。頂部間隙越小，燃料消耗也越小，所謂的駕駛室氣體排放也越小。所以，最好能夠測定和控制發(fā)動機工作時在不同轉(zhuǎn)速、不同負荷和溫度下活塞頂或者活塞頭和氣缸蓋之間的距離。
根據(jù)相關工作條件下頂部間隙的測量，就可能得到比當代理論模型研究(譬如FEM)更準確的描述頂部間隙的計算模型。
現(xiàn)有技術美國專利4,147,054公布了一個測定活塞發(fā)動機上死點位置的方法和裝置。該死點位置的確定基于一種測量傳感器和該活塞間距離的距離測定。該傳感器或者是一個常規(guī)結(jié)構(gòu)的電容式距離測定發(fā)送器，或者是一個常規(guī)結(jié)構(gòu)的電感式距離測定發(fā)送器。
該電容式距離測定發(fā)送器對該傳感器和該被測表面(即活塞頭)之間隙縫內(nèi)絕緣物中的變化非常靈敏。因為燃燒氣體中的介電常數(shù)很難測定，并在燃燒過程中發(fā)生變化，所以借助于這樣的電容式距離測定發(fā)送器很難得到可以接受的頂部間隙數(shù)值。
該電感式距離測定發(fā)送器的缺點是只能應用于鐵磁材料的測量，譬如鐵。因此它不能用來測量鋁制活塞。它也對溫度和壓力敏感，需要加以防護使其不受該燃燒室環(huán)境的影響。對通?？赡茏畲?mm的測量區(qū)域，該電感式傳感器需要的空間稍大于可能期望的空間。
發(fā)明目的本發(fā)明的一個目的是提供能對現(xiàn)有技術方法和裝置的缺點予以矯正的一種方法和一件裝置。該發(fā)明的方法應當能推動基于該上死點位置的某種測量的發(fā)動機設計和發(fā)動機調(diào)整。
該裝置應當工作可靠、制造比較便宜、易于操縱、易于插入需要測定和控制其頂部間隙的發(fā)動機。
發(fā)明概述通過一開頭提到的方法可以達到本發(fā)明的目的，該方法的特征是該活塞頭的位置借助一個渦流傳感器測定。
所以，該活塞頭包括一種導電材料，希望能借助在該渦流傳感器線圈內(nèi)產(chǎn)生一個電流的方法來在該材料中感應出渦流。然后測定這些渦流對該渦流傳感器線圈電抗的影響。
該上死點位置的測定最好在該發(fā)動機的動態(tài)工作條件下進行。
借助一開頭定義的裝置也可以達到本發(fā)明的目的，該裝置的特征為該傳感器是一個渦流傳感器。
該裝置最好包括一個線圈以及能感應出流經(jīng)該線圈的電流的部件，該線圈的位置應使該活塞頭受該線圈的一個磁場的作用而在該活塞頭中感應出一個渦流。
該裝置也包括一個其電抗受該活塞頭中感應渦流影響的線圈，死點位置的測定取決于該電抗如何受該渦流影響。
能在該活塞頭中感應出該渦流的線圈和其電抗受該渦流影響的線圈最好是同一個測量線圈，它構(gòu)成該渦流傳感器的一個部件。
根據(jù)實施例，本發(fā)明裝置至少包括一個顯示該渦流傳感器所受溫度的溫度指示器。該溫度指示器最好包括一個連接到惠斯登電橋測量線圈的參考線圈。
最好該渦流傳感器位于設計在該發(fā)動機氣缸蓋上的一個孔內(nèi)。
該孔穿過該氣缸蓋，使得該渦流傳感器可以通過該孔從該裝配好的氣缸蓋外部拆卸。所以，如果需要的活，該傳感器可以很容易地被拆除并更換上一個孔塞。
最好，該裝置連接到一個根據(jù)該渦流傳感器對該上死點位置的測定來影響該發(fā)動機壓縮的設備。
根據(jù)實施例，該影響發(fā)動機壓縮的設備包括一個使該發(fā)動機的氣缸部件相對于其曲軸箱部件移動的設備。
而且，該發(fā)動機包括至少兩個氣缸，每個氣缸都配備專用的渦流傳感器，該裝置包括一個由每個氣缸獨立影響發(fā)動機壓縮的設備。
本發(fā)明也包括一個調(diào)整活塞發(fā)動機的燃燒室容積和燃燒室內(nèi)壓縮的裝置，其特征是該發(fā)動機的氣缸部件能夠相對于它的曲軸箱部件移動。從而，該氣缸部件可以沿氣缸部件和曲軸箱部件之間的一個共同的滑動平面相對于該曲軸箱移動。最好是，該氣缸部件包括一個第一法蘭，該曲軸箱包括一個相應的設計得能和該第一法蘭對接的第二法蘭，該裝置包括一個通過上述法蘭之間的某種滑行運動來使該發(fā)動機部件相對于該曲軸箱部件移動的設備。氣缸部件和曲軸箱部件之間的位移最好根據(jù)該測得的頂部間隙來確定，或者根據(jù)基于該被測頂部間隙的算法來確定。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點可見下面關于本發(fā)明諸希望實施例的詳細說明以及所附的權(quán)利要求書。
例圖的簡單說明現(xiàn)在通過示例并參考所附例圖詳細說明本發(fā)明的各種實施例。例圖包括

圖1是一幅符合本發(fā)明實施例的一個渦流傳感器的示意圖；圖2是一幅測定活塞上死點位置的本發(fā)明裝置的第一個實施例的示意剖面圖；圖3是一幅測定活塞上死點位置的本發(fā)明裝置和該活塞的示意剖面圖；圖4是一幅本發(fā)明裝置的另一個實施例的示意剖面圖；圖5是一幅替換孔塞的側(cè)視圖，它可以插入氣缸部件的一個孔內(nèi)用來替換本發(fā)明的渦流傳感器；圖6是一幅調(diào)整某臺活塞發(fā)動機內(nèi)壓縮的一個裝置的示意剖面圖；圖7是一幅調(diào)整某臺活塞發(fā)動機內(nèi)壓縮的一個裝置的另一個實施例的示意剖面圖；圖8是一幅沿圖7中A-A線的剖面圖。
本發(fā)明的詳細說明圖1表示符合本發(fā)明的渦流傳感器1的一個實施例。傳感器1包括兩個像惠斯登電橋內(nèi)部那樣連接的線圈2和3。一個振蕩器電路4向這些線圈2和3提供50kHz到10MHz的高頻交流電流，最好是125kHz。
下方線圈2的位置靠近該發(fā)動機氣缸(未畫)的內(nèi)表面，構(gòu)成測量線圈。上方線圈3距上述內(nèi)表面稍遠，構(gòu)成參考線圈，目的是顯示該傳感器內(nèi)的溫度差別和波動。因為測量線圈2的測量值隨溫度變化而變，所以本發(fā)明的裝置也可以包括一組溫度傳感器。作為一種替代方法或補充，該裝置可以提供用水來冷卻傳感器1的設備以便獲得更加衡定的溫度。
傳感器1產(chǎn)生一個磁場。用導電材料制造的一個活塞頭5在達到它的上死點位置時受該磁場作用，從而在活塞頭5中感應出渦流。該電磁場主要或者說幾乎全部由該測量線圈2產(chǎn)生。
如果活塞頭5包含某種缺磁材料，那么由于活塞頭5中的高磁導率，線圈2中的感抗就會增加。如果活塞頭5包含某種非磁性材料，線圈2的電磁場就會在活塞頭5的表面感應出渦流。在活塞頭5中產(chǎn)生的電磁場會和線圈2的磁場抵消，從而導致線圈2中電抗的變化。電抗變化的幅度取決于線圈2和活塞頭5之間的距離。
該活塞頭材料的電阻和磁導率決定了該裝置的性能。像鋁、銅、金等那樣的非磁性材料電阻低，磁導率大約為1，所以具有較高的靈敏度和較大的可能測量距離。像鐵和鎳鋼那樣的高電阻和/或高磁導率材料會阻礙渦流的有效產(chǎn)生。所以最佳的活塞頭材料是鋁。
為了得到最好的可能結(jié)果，在該發(fā)動機氣缸中傳感器1的工作位置上使用該傳感器之前，應當采用與該活塞頭材料相同的材料對傳感器1進行校準。
傳感器1必須承受在燃燒室11中會碰到的苛刻條件，特別是在某臺工作的發(fā)動機內(nèi)發(fā)生的熱和壓力的交替變化。所以要用一個比該發(fā)動機工作循環(huán)內(nèi)氣體壓力更大的力來對傳感器1預先加載。
如圖2所示，該傳感器最接近燃燒室11的那些角和邊緣借助一種由不導電材料制造的防護罩7加以保護，這里用的是一個氮化硼制作的陶瓷環(huán)。
參看圖2，傳感器本體1連接到一個套筒8。傳感器本體1和套筒8構(gòu)成一個細長的部件，它被插入一個穿過該發(fā)動機氣缸蓋外壁9、并穿過同一個氣缸蓋內(nèi)壁10的孔。在該內(nèi)、外壁之間是一個冷卻水通道。相應地，該傳感器也會受到該發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的冷卻。一個螺紋止動元件12連接到套筒8，并與外壁9上該孔的內(nèi)壁螺紋13嚙合。止動元件12將垂直作用在該裝置上的力傳遞到外壁9。
根據(jù)圖3所示的實施例，提供了一個設備14來防止陶瓷環(huán)7落入燃燒室11內(nèi)。零件14是一個從內(nèi)壁10的內(nèi)表面擰入該內(nèi)壁的螺釘。圖3也顯示了活塞頭5上的一個凹陷15。應當注意，活塞頭5的表面結(jié)構(gòu)差異不影響該測量的準確性，因為渦流傳感器1檢測的是該磁場覆蓋的整個表面的平均值。
經(jīng)校準和測量值調(diào)整(甚至可以根據(jù)燃料類型校準和調(diào)整)后，就可以使用適合于該發(fā)動機的傳感器1來測定該發(fā)動機和每個相關結(jié)構(gòu)部件在不同轉(zhuǎn)速、溫度和負荷下如何實際上受該頂部間隙影響以及如何影響該頂部間隙。而且，根據(jù)傳感器1的測量結(jié)果可以確定該活塞的傾斜，確定不同的運動(如滑動和滾動等)以及油膜的整體影響。
圖4表示另一個實施例，其中套筒8包圍傳感器本體1，而且有一個螺紋16與內(nèi)壁10上孔內(nèi)的相應螺紋嚙合。一個內(nèi)部套筒8′安置在套筒8內(nèi)部。內(nèi)部套筒8′從傳感器1延伸到止動元件12。它可以在外部套筒8內(nèi)移動，并借助止動元件12被預先加載壓到傳感器上。因此，該傳感器能夠借助止動元件12被預先加載。外部和內(nèi)部套筒8和8′最好具有結(jié)合手段，譬如一個凹槽、凸臺等等(未畫)，以便能從該氣缸外面借助某種施加扭矩的工具(如螺絲刀)將它們從該氣缸的這些孔中擰出。安裝和運行之后，假如說要在某次常規(guī)發(fā)動機維修時刻檢查該頂部間隙，那么相互連接的傳感器1和套筒8可以用圖5所示的螺紋孔塞17來代替。這一測量也可以在該發(fā)動機交貨之前用來校準該發(fā)動機的計算頂部間隙的特殊計算系統(tǒng)。傳感器1的設計使得它可以從該氣缸蓋外部拆卸。孔塞17可以用類似方法從該氣缸外部插入孔內(nèi)。在相互嚙合的螺紋之間最好能有任何一種螺紋密封。
圖6所示為一個在該發(fā)動機工作時調(diào)整或控制燃燒室11內(nèi)的壓縮的裝置。該裝置使馬達氣缸體的氣缸蓋部件18相對于曲軸箱部件19移動。因此，活塞頭5的頂部和該氣缸蓋內(nèi)表面之間的距離將是可變的，或者說能夠在不同轉(zhuǎn)速、負荷和發(fā)動機溫度下大體維持不變。
氣缸部件18包括一個第一法蘭21，曲軸箱部件包括一個相應的與該第一法蘭接合的第二法蘭22，該裝置包括一個通過法蘭21和22之間的滑行運動來使氣缸蓋部件18相對于曲軸箱部件19移動的設備20。
在圖6的裝置中，參考編號20表示一個使氣缸蓋部件18相對于曲軸箱部件19移動的液壓活塞/氣缸設備。在該活塞/氣缸設備和氣缸部件18之間可以有一個可拆卸的距離元件，最好是墊片29，以便，譬如說在該氣缸可能要被牢固地連接到其他氣缸之前，獨立地預置氣缸部件18的位移。作為活塞/氣缸設備的一個替代物，也可以采用具有相同主要任務和功能的螺桿設備。
圖7所示為圖6裝置的另一個實施例，它包括偏心安裝且一般為圓柱狀的若干旋轉(zhuǎn)輥24或類似部件。輥24繞軸25轉(zhuǎn)動，而軸25相對各自的輥24的中心軸移動。單個或多個輥24由馬達氣缸體支承(圖7未畫)。參考編號26表示一個位于第一法蘭21上的底腳或條板。當氣缸部件中的各個氣缸獨立放置時最好有一個底腳，各氣缸安裝成一件時最好有一個條板。輥或氣缸24與各自的底腳或條板26結(jié)合，并在它們滾動時引起氣缸部件18相對于曲軸箱部件19的位移。
很可能，該裝置還必須有一個部件27，譬如一塊橡膠皮，以獲得一個包括各滑動表面以及其中可能使用的潤滑油在內(nèi)的封閉系統(tǒng)。
圖7也顯示了一個安裝在輥24上的環(huán)或軸承28。環(huán)28采用的材料能降低輥24和底腳/條板26之間的摩擦。
具有單獨氣缸的各個發(fā)動機可以每個氣缸各有一個單獨的環(huán)或軸承28，以便，譬如說參照一個標稱氣缸，獨立地對各個氣缸進行調(diào)整。
圖8表示部件21和22互相咬合的一個可能的剖面設計，它使部件21和22之間具有側(cè)向穩(wěn)定性。
關于上面已經(jīng)舉例說明的內(nèi)容，應當理解，對于一個熟知該項技術的人員，許多其他的實施例也是顯而易見的，而且不偏離這些說明以及相關例圖予以佐證的下附權(quán)利要求書所描述的本發(fā)明的范圍。
應當理解，本發(fā)明的裝置可以包括僅僅一個渦流傳感器1來測定某單個活塞的頂部間隙，所測得的頂部間隙可以被用來作為調(diào)整該單個氣缸或某多缸發(fā)動機的一組氣缸的頂部間隙和/或壓縮的依據(jù)。頂部間隙的測定，即上死點的測定，可以定期進行，以便立即用作某種直接發(fā)動機壓縮控制的一個依據(jù)。然而它也可以不定期進行，譬如說用來修改據(jù)以控制發(fā)動機壓縮的程序。
渦流傳感器1應當始終適應主導工作條件，譬如所用燃料、溫度以及其他發(fā)動機的特性。所以該傳感器也許應當以或多或少比較定期的方式重新校準。
如圖7所示，最好在部件21和22的滑行平面和水平面之間有一個傾斜角α，通常為-15°到15°。
權(quán)利要求
1.一個測定和調(diào)整活塞發(fā)動機上死點位置的方法，其中活塞(5)的位置用距離測定方法確定，其特征是該活塞頭的位置借助渦流傳感器(1)測定。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是活塞頭(5)包含一種導電材料，借助在渦流傳感器線圈(2)內(nèi)產(chǎn)生一個電流的方法在那里感應出渦流，測定這些渦流對渦流傳感器線圈(2)中電抗的影響。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征是該死點位置的測定在該發(fā)動機的動態(tài)工作條件下進行。
4.按照權(quán)利要求1至3中任何一個的方法，其特征是在發(fā)動機內(nèi)提供了設備(24、25、26、28)來改變和控制工作過程中該發(fā)動機的壓縮，該壓縮根據(jù)測得的死點位置來改變或控制。
5.一個測定和調(diào)整活塞發(fā)動機上死點位置的裝置，其中活塞(5)的位置借助一個電動傳感器(1)來測量，其特征是該傳感器(1)是一個渦流傳感器。
6.按照權(quán)利要求5的裝置，其特征是它包括一個線圈(2)和設備(4)來感應出一個流經(jīng)該線圈的電流，該線圈(2)的位置使得活塞頭(5)在線圈(2)的磁場作用下可以在活塞頭內(nèi)感應出一個渦流。
7.按照權(quán)利要求6的裝置，其特征是它包括一個其電抗受活塞頭(5)內(nèi)感應出的渦流影響的線圈(2)，該死點位置根據(jù)該電抗如何受該渦流影響來測定。
8.按照權(quán)利要求6和7的裝置，其特征是在該活塞頭內(nèi)感應出渦流的線圈和其電抗受該渦流影響的線圈是同一個測量線圈(2)，它構(gòu)成該渦流傳感器(1)的一個部件。
9.按照權(quán)利要求5至8中任何一個的裝置，其特征是它至少包括一個溫度指示器(3)來指示渦流傳感器(1)所經(jīng)受的溫度。
10.按照權(quán)利要求9的裝置，其特征是上述的至少一個溫度指示器(3)包括一個連接到惠斯登電橋測量線圈的參考線圈(3)。
11.按照權(quán)利要求5至10中任何一個的裝置，其特征是該渦流傳感器(1)被安置在該發(fā)動機氣缸蓋(9，10)的一個孔內(nèi)。
12.按照權(quán)利要求11的裝置，其特征是位于該孔內(nèi)的渦流傳感器(1)至少部分地被某種非導電材料包圍。
13.按照權(quán)利要求12的裝置，其特征是該非導電材料構(gòu)成一個圍繞渦流傳感器(1)的環(huán)(7)。
14.按照權(quán)利要求11至13中任何一個的裝置，其特征是該孔穿過氣缸蓋(9，10)，使得渦流傳感器(1)可以從已經(jīng)裝配的氣缸蓋(9，10)的外部通過該孔拆卸。
15.按照權(quán)利要求5至14中任何一個的裝置，其特征是它連接到一個設備(20、24、26、28)以便根據(jù)借助渦流傳感器(1)測定的上死點位置來影響該發(fā)動機內(nèi)的壓縮。
16.按照權(quán)利要求15的裝置，其特征是影響該發(fā)動機壓縮的設備(20、24、26、28)包括一個使發(fā)動機的氣缸部件(18)相對于它的曲軸箱部件(19)移動的設備(20，25)。
17.按照權(quán)利要求15或16的裝置，其特征是該發(fā)動機包括至少兩個氣缸，每個氣缸都有一個專用渦流傳感器(1)，該裝置包括一個設備(20、24、26、28)來使每一個氣缸單獨影響該發(fā)動機的壓縮。
18.一種調(diào)整活塞發(fā)動機的燃燒室容積和燃燒室內(nèi)壓縮的裝置，其特征在于該發(fā)動機的氣缸部件(18)相對于其曲軸箱部件(19)是可移動的。
19.按照權(quán)利要求18的裝置，其特征是該氣缸部件(18)可以通過沿氣缸部件(18)和曲軸箱部件(19)之間共同滑動平面的某種運動來相對于曲軸箱部件(19)移動。
20.按照權(quán)利要求18或19的裝置，其特征是氣缸部件(18)包括一個第一法蘭(21)以及曲軸箱部件(19)包括與第一法蘭(21)接合的一個對應的第二法蘭(22)，以及該裝置包括通過所述的法蘭(21、22)之間的平滑運動相對于曲軸箱部件(19)移動氣缸部件(18)的設備(20，24，26，28)。
21.按照權(quán)利要求18-20中任一個的裝置，其特征是該發(fā)動機包括至少兩個氣缸，每個氣缸設置有一個專用的渦流傳感器(1)，以及該裝置包括用于單獨為每個氣缸調(diào)整燃燒室容積和發(fā)動機壓縮的設備(20，24，26，28)。
22.用于渦流傳感器(1)確定活塞發(fā)動機內(nèi)上死點位置的方法。
全文摘要
一個測定和調(diào)整活塞發(fā)動機上死點位置的裝置，其中活塞(5)的位置借助電動傳感器(1)測量。該傳感器(1)是一個渦流傳感器。燃燒室容積通過使氣缸部件相對于曲軸箱部件移動來加以調(diào)整。
文檔編號F02F7/00GK1409815SQ0081718
公開日2003年4月9日 申請日期2000年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月14日
發(fā)明者貝特·榮松, 約納斯·榮松 申請人:貝特·榮松, 約納斯·榮松