为操作发动机确定气体和/或悬浮微粒读数的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201180033818.8 | 申请日 | 2011-02-09 | 公开(公告)号 | CN103003536A | 公开(公告)日 | 2013-03-27 |
| 申请人 | 沙勒工业自动化技术两合公司; | 发明人 | U.格奥尔特; | ||||
| 摘要 | 为了改善用于监视操作 发动机 的工作区域气氛的系统，将用于确定操作发动机的工作区域(4)中的气体和/或悬浮微粒的读数的测量装置(2)用作起点。每个测量装置包括抽吸器件(8)，其从操作发动机的工作区域(4)中取出气体和/或悬浮微粒和气体的混合物并将之供给至 传感器 单元(16、17、18)。还设置有用于操作传感器单元(16、17、18)的 电子 模 块 。所述抽吸器件设计成优选具有加热装置(42)和冷却装置(44)的 对流 泵 (8)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于监视操作发动机的工作区域气氛的系统，特别是内燃式发动机的工作区域中，方法是通过配置用于确定所述操作发动机的工作区域(4)中的气体和/或悬浮微粒的读数的至少一个测量装置(2)，其中所述系统包括流道(12；20)，其在用于从操作发动机(6)的工作区域(4)吸入气体或者悬浮微粒/气体混合物的抽吸点(12a)处以及在用于向机器的工作区域(4)中反馈气体或者悬浮微粒/气体混合物的回收点(20a)处与所述工作区域连接，其中用于确定所述读数的传感器单元(16；17；18)配置在所述流道的测量区域(26)中，并且电子装置关联至所述传感器单元(16；17；18)的操作，其特征在于，在所述流道中配置有对流泵(8)，其中所述对流泵(8)包括至少一个加热装置(42；50)和/或冷却装置(44；46；50)。 |
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| 说明书全文 | 为操作发动机确定气体和/或悬浮微粒读数的系统和方法技术领域[0001] 本发明涉及具有如权利要求1的前序部分所述的用于为操作发动机确定气体和/或悬浮微粒的读数的测量装置的系统，并且涉及一种监视方法，通过它来确定操作发动机中的气体和/或悬浮微粒的读数，特别是内燃式发动机中的悬浮微粒浓度的读数。 背景技术[0002] 监视气体和悬浮微粒浓度特别是内燃式发动机的工作区域中或者动力传动齿轮的壳体中的润滑油雾具有相当大的兴趣以避免损坏。油雾浓度的快速增加表明有损坏，例如润滑膜的撕掉。作为如此形成的摩擦热的结果，形成了油蒸汽，其冷凝至工作区域中的油雾，从而导致油雾浓度的快速增加。如果发生的危险被快速地识别出，则能够以适当的对策，比如关闭操作发动机或者操作发动机的单个部件，来防止爆炸和伴随的对人员的威胁以及对操作发动机的损坏。然而，也可以借助于其它传感器来研究这种工作气氛中的特定气体组分。 [0003] 此外，除润滑膜的撕掉外，还可能由于损坏的活塞环而在活塞发动机的轴承中的相关气缸壁与活塞之间发生所谓的漏气，这导致活塞/气缸集合体的整体损坏(“活塞卡住”)。油雾密度的增加以及由于热燃烧气体而同时发生的温度上升表明这种漏气。 [0004] 用于测量油雾浓度的第一途径从EP-A-0071391已知。在EP-A-0071391中，建议借助于翼状轮式鼓风机从工作区域吸引悬浮微粒穿过测量隔间，并在其中借助于辐射源和辐射传感器进行反射测量。在其中建议的翼状轮式鼓风机旨在用于彼此平行配置的多个隔间。 [0005] 这种配置的缺点已经在WO-A-98/11331中示出。除这种配置的可观的构建和操作费用外，用于取出的鼓风机的使用已被发现是不足的，意味着应该避免这种解决方案。此外，取出操作还吸引脏空气穿过管子系统，从而可能形成呈油袋形式的油聚集，这堵塞线路，从而导致测量装置的操作困难或者不可能。 [0006] 与之相比，在DD-A-239474和GB-A-2166232中，建议对于内燃式发动机的驱动齿轮的每个工作区域，直接在相应工作区域的内部中配置传感器单元，并且经由光学或者电气传动路径将它连接至配置于内燃式发动机外的评估单元。然而，这种解决方案与以下缺点相关联：在长期运行中的飞溅油和油雾的基本浓度会污染传感器，因此也导致错误的警报。 [0007] 相比之下，在已经提及的WO-A-98/11331中，建议在待监视的每个工作区域中设置具有基于文丘里(venturi)管嘴的提取器的传感器单元。这种测量装置在没有以机械方式移动的部件的情况下操作，因此几乎是无磨损的。然而，已发现的是只由曲柄轴的曲柄运动生成的空气流不能产生真空抽吸管嘴的充分灌注，因此不能确保该测量装置的有效性。在WO2007/140640A中，建议设置一公用的外部压缩空气源来供给发动机的所有文丘里管嘴，并确保以适当的供给线路供给至各测量点。然而，该途径的缺点是需要复杂的供给线路。 [0008] 从DE2608390A1，基本知道的是用于表明内燃式发动机的引擎室中的油雾和/或油烟的形成的测量装置可以构造有空气喷射泵，并且DE2608390A1建议使全部取样线路通入一公用聚集室中。但是以这种方式，借助于多个测量点(其允许定位损坏部位)对燃烧室的区别监视是不可能的。 发明内容[0009] 本发明的一个目的是提供一种具有上述测量装置的改善的系统来对于操作发动机确定气体和/或悬浮微粒的读数。这样，所取的各种样本将保持彼此不混合。另一方面，各测量点将只设置有单个线缆。此外，显得至关重要的是将不使用移动部件，比如旋转鼓风机等，其关于内燃式发动机的工作区域的气氛具有降低的接受性。 [0010] 本发明的目的通过如权利要求1所述的系统得以实现。这里，本发明的措施最初具有的结果是，在没有移动部件的情况下，至少在没有可能被内燃式发动机的气氛快速地污染的螺旋桨的情况下，能够只以单个电源线路实现对来自工作区域的气体混合物和/或悬浮微粒的分析。 [0011] 对于悬浮微粒的分析，通常使用光学传感器。通常，对流泵可以只具有一个加热装置或者一个冷却装置。然而，通过具有加热装置外加冷却装置，能实现良好的循环性能。在该情况下，该传感器单元或者多个传感器单元分别配置在加热装置与冷却装置之间的流道中。 [0013] 一替代实施例通过常规加热元件和作为冷却元件的帕尔帖元件来提供，其中帕尔帖元件用于冷却，并且帕尔帖元件的温暖-相反侧经由一热交换器偶联至环境。 [0014] 此外，还可以借助于帕尔帖元件来实现对流泵的冷却装置和加热装置，用于加热传感器单元的气体或者悬浮微粒/气体混合物并且用于传感器单元后的冷却。 [0015] 在所有这些实施例中，抽吸点和回收点将有利地是彼此相邻的。流道可以构造成两个同心地配置的管子，这时抽吸点和回收点是同心地配置的。 [0016] 如果只设置了一个加热装置或者一个冷却装置，则抽吸点可以配置成高于回收点，这时对流泵包括冷却装置，或者抽吸点可以配置成低于回收点，这时对流泵包括加热装置。 [0017] 经由流道的有利实施例，在许多情况下可以避免具有用于分离粗粒组分的分离器件，但是在其它情况下可以在传感器前设置这种分离器件，即用于分离特别是油滴与油雾的所谓管子或者曲径(labyrinth)。 [0018] 有利的是使温度传感器配置在流道中。在一简单实施例中，温度传感器配置在流道的加热侧，并且系统包括用于在由温度传感器测量到的温度过大时发出警报的装置。在例如150°的温度时，系统将发出警报，并且可选地发动机将被检查。更有利的是设置两个温度传感器来流道的加热侧与冷却侧之间的温度差值。这样，温度差值(其代表用于流动的测量和相应地用于它的监视值)可以用作充分流动的标准。在另一改进中，提供控制装置来借助于所述温度差值、所述流道的加热侧的温度或者所述流道的冷却侧的温度来控制所述加热元件和冷却元件的功率。 [0019] 上述要素以及在以下示例性实施例中所要求和描述的将根据本发明使用的要素就它们的尺寸、形状、材料的使用和技术设计而言，不受排他性的任何具体条件的限制，其结果是在相应的应用领域中已知的选择标准可以在没有限制的情况下使用。附图说明 [0020] 本发明的目的的其它细节、优点和特征将从以下描述和相应的附图中变得清楚明了，其中本发明的测量装置是以示例方式示出的。附图示出了： [0021] 图1是根据本发明第一实施例的内燃式发动机的工作区域中的测量装置的示意图，具有常规的加热装置和带有将热传至环境的被动热交换器的冷却装置； [0022] 图2是从侧面的透视图中看到的图1所示的测量装置； [0023] 图3是图1所示测量装置的侧视图； [0024] 图4是作为从侧面所取的截面图的图1所示测量装置，能看到流道中的热交换器的鳍片； [0025] 图5是测量装置的一替代实施例的示意图，具有常规的加热装置和经由帕尔帖元件和热交换器将热传导至环境的主动冷却装置； [0026] 图6是从侧面看到的透视图中的图5所示的测量装置； [0027] 图7是图5所示测量装置的侧视图； [0028] 图8是作为从侧面所取的截面图的图5所示测量装置，能看到流道中的热交换器的鳍片； [0029] 图9是测量装置的另一、第三实施例的示意图，具有经由流道的冷却侧和加热侧的热交换器之间的帕尔帖元件(加热泵)构成的冷却装置和加热装置； [0030] 图10是从侧面看到的透视图中的图9所示的测量装置； [0031] 图11是图9所示测量装置的侧视图； [0032] 图12是作为从侧面所取的截面图的图9所示测量装置，能看到流道中的热交换器的鳍片。 具体实施方式[0033] 图1-4示出了本发明第一实施例的系统的测量装置2。测量装置是借助于凸缘22进入操作发动机的壁6中(在本情况中是进入内燃式发动机的工作区域4中)来构建的。凸缘22包括用于气体/悬浮微粒混合物的供给线路12，所述气体/悬浮微粒混合物通过对流泵8的泵送作用从工作区域4引入，并且借助于回收线路20再次供给返回工作区域4中。 [0034] 在本实施例中，回收线路20配置成靠近供给线路12，因此，气体/悬浮微粒混合物的回收点20a和抽吸点12a定位成彼此靠近。 [0035] 这两条线路12、20(如分别从抽吸点和回收点看见的，并且从凸缘开始的)最初包括大致水平的部分，其在弯曲部分后进入实际的对流泵区域。 [0036] 所述对流泵区域在其供给线路12中包括具有电阻加热元件42a和热交换器42b的加热装置42，并在其回收线路20中包括冷却装置44，所述冷却装置44在具有位于回收线路中的热交换器44a和将热传导至环境的另一热交换器44b。 [0037] 借助于具有电阻加热元件42a和热交换器42b的加热装置42，气体/悬浮微粒混合物在供给区域12内被加热，并且由于其伴随膨胀而上升到实际测量区域26中。另一方面，已经被测量的气体/悬浮微粒混合物在回收区域中借助于具有热交换器44a、44b的冷却装置44得到冷却并收缩，这导致上述气流的放大一直到内燃式发动机的工作区域中的回收点。 [0038] 该实施例的突出点在于它只需要单个主动热元件，即常规的加热元件。这样，该实施例不但非常容易设置以及毫不费力地轻松操作，而且还特别可靠。 [0039] 在本实施例中，实际测量区域一方面包括透射光测量路径，另一方面包括散射光测量路径。透射光测量路径由光源17(即发光二极管)和光学传感器16实施；光源17的透射的光强被测量。散射光路径由实施光源18和也用于透射光路的传感器16实施；从呈现出光路中的悬浮微粒散射的光被测量。只以一个传感器对透射和散射光的测量在时间上是间断地进行的。传感器和光源分别借助于光学窗口30偶联至测量区域，所述光学窗口分别适于传感器和光源的光学性质。 [0040] 加热侧的温度可以根据冷却侧的温度经由电阻加热的加热功率进行调节，使得至少在工作区域的温度和环境温度的整个宽区域内，在加热侧与冷却侧之间存在恒定的温度差异，该差值可以是例如50℃，即在冷却侧分别为45℃和70℃，而加热侧的温度分别是95℃和120℃。加热与冷却侧之间应该维持一最小温度差值以确保充分的流动。如果温度差值低于该值，则警报能够被触发。 [0041] 作为用于这里描述的实施例的典型值，加热装置将具有大约5瓦特的平均供给功率和120℃的正常工作温度。供给线路的直径为大约15-20mm。 [0042] 图5-8示出了一替代实施例，其再次包括具有常规加热元件42a(其也构造成电阻加热)和热交换器42b的加热装置42和主动冷却装置46，该实施例包括与热交换器46b偶联的帕尔帖(peltier)元件46a和与环境偶联的热交换器46c。对气体/悬浮微粒混合物的热的供给和回收分别经由热交换器42b、46b进行。加热装置再次构造成使得流入的气体/悬浮微粒混合物达到例如120℃的温度。该实施例中的冷却元件构造成使得已经被分析的回流气体/悬浮微粒混合物被冷却至大约30℃的温度，以便维持对流。该实施例中的帕尔帖元件的加热侧达到大约60°的温度。该实施例具有这样的优点，即：环境温度较高，并且加热侧与冷却侧之间的温度差值可以选择得更大以支持较高的泵浦功率，但是这需要用于冷却性能的较大花费。 [0043] 在根据图9-12的再一实施例中，加热和冷却均以借助于热交换器元件50a、50b偶联至加热和冷却的帕尔帖元件50实现。在该实施例中，帕尔帖元件50配置在相邻的供给线路与回收线路12、20之间，并借助于两个热交换器50a、50b偶联至供给线路12和回收线路20，所述两个热交换器在本实施例中是尺寸为50×29×25mm的铝质条带轮廓。帕尔帖元件50配置成使得其加热侧借助于热交换器50a与供给器协作，而其冷却侧借助于热交换器50b与回收器热协作。 [0044] 作为用于该实施例的典型值，帕尔帖元件40将具有大约5瓦特的平均供给功率、150℃的最大温度和20×20×3.6mm的尺寸。供给线路的直径为大约15-20mm，热交换器元件50a、50b的操作温度在加热侧为50-60℃而在冷却侧为30℃，其高于工作区域中的气体/悬浮微粒温度。 [0045] 附图标记列表 [0046] 2：测量装置 [0047] 4：工作区域 [0048] 6：操作发动机的壁 [0049] 8：对流泵 [0050] 12：气体/悬浮微粒供给线路 [0051] 12a：抽吸点 [0052] 16：传感器 [0053] 17：用于传感器的透射光源 [0054] 18：用于传感器的散射光光源 [0055] 20：气体/悬浮微粒回收线路 [0056] 20a：回收点 [0057] 22：凸缘 [0058] 26：测量区域 [0059] 30：光学窗口 [0060] 42：加热装置 [0061] 42a：加热元件 [0062] 42b：偶联至气体/悬浮微粒的、用于加热装置的热交换器 [0063] 44：冷却装置 [0064] 44a：偶联至气体/悬浮微粒的、用于冷却装置的热交换器 [0065] 44b：偶联至环境的、用于冷却装置的热交换器 [0066] 46：具有帕尔帖元件的冷却装置 [0067] 46a：帕尔帖元件 [0068] 46b：偶联至气体/悬浮微粒和帕尔帖元件的、用于冷却装置的热交换器[0069] 46c：偶联至环境和帕尔帖元件的、用于冷却装置的热交换器 [0070] 50：帕尔帖元件 [0071] 50a：偶联至气体/悬浮微粒的、用于加热装置的热交换器 [0072] 50b：偶联至气体/悬浮微粒的、用于冷却装置的热交换器 |
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