技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于内燃
发动机的汽缸盖单元，该汽缸盖单元具有：壳体以及光道，在该壳体中布置有多个元件，该光道形成在该壳体中并且被分配给所述元件中的至少一个元件。
[0002] 本发明还涉及一种用于测量内燃发动机的汽缸盖单元的元件的
温度的方法。
[0003] 本发明最后涉及一种
机动车辆的内燃发动机，该内燃发动机具有，该发动机
气缸体包括至少一个汽缸和至少一个
活塞。
背景技术
[0004] 在
汽车工程领域，法律规定和客户要求造就了低消耗且特定发动机功率不断增大的内燃发动机。这种增大的功率
密度引起作为废热从
燃烧室排放到冷却系统和周围环境中的
热能的增加。这种增加的热排放还引起内燃发动机的许多部件的热负载增加，其中尤其是诸如活塞、气
门、汽缸盖、排气
歧管和
涡轮增压器等元件经受增加的热负载。
[0005] 渐增的热负载通常是借助于增加的冷却结构措施和通过使用更高
质量的材料来抵消以确保发动机的可靠性。在本上下文中，结构措施通常更有成本效益，而较高质量的材料虽然更昂贵但需要的结构复杂度较小。
[0006] 因此，在开发内燃发动机的过程中，必须考虑在发动机实际运行期间某些元件的升温并且尤其是在发动机实际运行期间气门的升温，以便避免超过特定的温度限。由于任何结构的变化还可能导致某些部件在运行期间的温度变化，在开发阶段，必须连续确定某些元件的温度。
[0007] 为了确定在发动机实际运行期间某些元件的温度，例如，像气门的温度，通常使用就其材料硬度的变化而允许得出关于运行温度的结论的某些材料。此外，热元件也集成在内燃发动机的某些元件中，以便能够测量运行期间的温度分布。
[0008] 这些方法的缺点是温度测量范围小、测量
精度低并且用于测量温度的技术成本高，并且在某些情况下温度测量在实际条件下不能进行，因此所测量的运行温度存在不确定性。
发明内容
[0009] 因此，本发明的目的是使得一种汽缸盖单元可供使用，其中在实际条件下有可能实现元件温度的精确测量。此外，本发明的目的是使得一种用于测量汽缸盖单元的元件的温度的相应改进方法可供使用。
[0010] 就开篇提及的汽缸盖单元而言所述目的以如下方式实现：其中光道被分配有红外检测器，该红外检测器被设计成用于对来自所述至少一个元件的、通过光道的红外
辐射进行检测，以确定所述至少一个元件的温度。
[0011] 就开篇提及的方法而言所述目的以如下方式实现：汽缸盖单元的元件的红外辐射通过光道被检测到，其中光道形成在汽缸盖单元的壳体中，基于该红外辐射确定至少一个元件的温度。
[0012] 由于汽缸盖单元的待测元件的红外辐射通过光道而被红外检测器检测到，所以能够以无
接触的方式确定温度，从而不需要对待测元件进行结构改造并且能够在实际条件下测量温度。此外，高温式的测量提供了高精确度
水平并同时提供了大的温度范围，在该温度范围内能够确定元件的温度，其结果是有可能实现汽缸盖单元的待测元件的温度的精确确定。
[0013] 因此，完全实现了本发明的目的。
[0014] 在一个优选
实施例中，光道被实施成直线
导管并且在一个轴向末端具有被分配给该至少一个元件的开口。
[0015] 结果是，能够精确检测该至少一个元件的红外辐射，而来自汽缸盖单元的其他部件的红外辐射不影响测量。
[0016] 还优选的是在光道中布置有透明的密封元件，该密封元件使红外
传感器相对于所述至少一个元件以气密的方式密封。
[0017] 结果是，用很少的技术成本便能够测量汽缸盖单元的被布置在压
力波动巨大的区域中的元件，例如像排放气体管道中的元件。
[0018] 还优选的是为红外检测器分配有被设计成用于使红外辐射聚焦的光学元件。
[0019] 结果是，能够提高测量精度，因为红外辐射聚焦到红外检测器上。
[0020] 在此特别优选的是光学元件被布置在光道中。
[0021] 结果是，红外辐射的测量和聚焦能够在待测元件附近进行，其结果是测量结果同时变得更精确。
[0022] 还优选的是，光道连接至汽缸盖单元的气体管道，以检测该气体管道中的至少一个元件的温度。
[0023] 结果是，能够测量汽缸盖单元的温度特别关键的区域，该区域在不应用本发明的情况下仅能间接地测量或以极高的成本进行测量。
[0024] 还优选的是，所述至少一个元件是汽缸盖单元的气门。
[0025] 结果是，能够精确地测量汽缸盖单元的温度特别关键的可动元件，由此实现最优化的开发设计。
[0026] 此处特别优选的是，红外检测器的测量部穿过光道被以如下方式
定位：对例如来自气门的空槽部的红外辐射进行检测。结果是，能够测量气门的特别关键的区域并且相应地考虑通过结构措施降低温度。
[0027] 还优选的是红外检测器借助于光导体以光学方式连接至光道。
[0028] 结果是，红外检测器能够与汽缸盖单元分开地构造，其结果是整个测量结构对热负载和污垢是不敏感的。
[0029] 还特别优选的是光导体被至少布置在光道中。
[0030] 结果是，能够避免红外测量受到干扰，因为光导体被安排在待测元件附近。
[0031] 还优选的是光道被实施成直线的管件并且具有气密的、
流体密封的侧表面或者说周面。
[0032] 结果是，光道能够穿过用于油和/或
冷却水的空间被布置在汽缸盖中，其结果是甚至在汽缸盖中的难以触及的
位置有可能实现红外测量。
[0033] 还优选的是光道的内表面具有深色和/或无光的涂层，以避免光道中的光反射。
[0034] 总之，根据本发明的、带有用于红外测量的光道的汽缸盖单元在任何开发时间允许精确测量汽缸盖单元的特定元件的温度，从而有可能实现对汽缸盖的元件的热负载的连续检查。由于温度测量是借助于红外测量实施的，还能够感测大的温度范围和同时高的绝对温度，而不必提高相应的待测元件的结构成本。最后，由于红外测量而能够在发动机运行期间进行实际测量，从而能实现对热特性的接近于现实的检查。
[0035] 当然，以上提到的这些特征以及仍将说明的那些特征不仅能够以特定组合使用，而且还能够以其他组合使用或者单独使用而不脱离本发明的范围。
附图说明
[0036] 在附图中展示了本发明的多个示例性实施例并且在以下的说明中对其进行更详细的说明，在附图中：
[0037] 图1示出了具有用于测量温度的红外测量装置的汽缸盖单元的示意性图示；
[0038] 图2示出了内燃发动机的、具有用于红外温度测量的光道的汽缸盖单元的透视剖视图；
[0039] 图3示出了气门循环期间汽缸盖单元的气门的温度变化曲线；并且[0040] 图4示出了从发动机发火运行到发动机拖拽工况转变过程中汽缸盖单元的气门的温度变化曲线。
具体实施方式
[0041] 图1是汽缸盖单元的局部示意图的图示，该汽缸盖单元总体上用10指示。该汽缸盖单元具有将汽缸盖单元10与外面界定开的壳体12，汽缸盖单元10的在运行期间相应地升温的多个元件被容纳在该壳体12中。
[0042] 汽缸盖单元10连接至图1中局部视图中仅示意性展示的发动机
气缸体14，其中发动机气缸体14具有至少一个汽缸16。
[0043] 汽缸盖单元10具有周期性地打开和关闭汽缸16燃烧室的多个气门，以便将燃烧气体馈送至汽缸16或将排放气体从汽缸16排出。图1是作为汽缸16的排气门的气门18的示意图，所述气门18关闭将汽缸16连接至排气管22的排气口20。
[0044] 由于现代内燃发动机的高功率密度，尤其是排气门的热负载非常高，其结果是在内燃发动机、尤其是汽缸盖单元开发阶段期间，必须定期地测量排气门的实际运行温度以便避免在终端产品运行过程中热负载过高。
[0045] 在图1中，汽缸盖单元10还具有光道24，该光道形成在壳体12中并且具有被分配给气门18的开口26。光道24以光学方式连接至红外检测器28，以便总体上通过光道24检测气门18所发出的红外辐射30。红外检测器28连接至控制单元32，该控制单元被设计成用于控制红外检测器28并基于所检测到的红外辐射30确定气门18的温度。
[0046] 在图1中所展示的实施例中，光道24借助于玻璃
纤维光缆34连接至红外检测器28以便将红外辐射30馈送至红外检测器28。在此，玻璃纤维光缆34在与开口26相对的末端36处连接至光道24以便相应地接收并传递红外辐射30。
[0047] 在一个替代性实施例中，红外检测器28直接布置在光道的末端36处或者布置在光道24中，以便直接在光道24中或在该光道上检测红外辐射。
[0048] 在光道24中布置有玻璃元件38，该玻璃元件保护红外传感器28和/或玻璃纤维光缆34免于排气管22中的高排放气体温度和
碳黑颗粒以及相应的排放气体反压力的影响。玻璃元件38优选地被实施成蓝
宝石玻璃。此外，在光道24中布置有聚焦元件40，该聚焦元件使红外辐射30聚焦并且使以此方式聚焦的红外辐射30馈送至玻璃纤维光缆34和/或红外检测器28。
[0049] 光道24通常被实施成直线通道并且被实施为侧表面/周向表面是气密性且流体密封的长形延伸的圆柱形管，以便使光道24相对于周围环境封闭。结果是，光道24还可以穿过汽缸盖单元10的现有的油系统或冷却水系统，而油或冷却水不会流入光道24之中。光道24优选地被熔接或者说
焊接至排气管22。
[0050] 光道24相对于气门18的运动方向倾斜布置，以便相应地允许测量该气门18的空槽部。在本上下文中，光道24和开口26以如下方式被定向：来自气门18的测量部的红外辐射30被相应地引导至光道24中，并且该测量部相应地形成在气门18的有待测量的区段上。
[0051] 优选地可以为光道24的内表面42和测量对象以及其周围环境提供黑色的或深色的涂层和/或提供无光的涂层，以便避免内表面42和测量对象的表面及其周围环境上的反射。
[0052] 总之，借助于汽缸盖单元10和光道24以及红外检测器28，可以在发动机运行期间可靠地且精确地检测气门18的温度，其结果是连续且可靠的温度确定是可能的。
[0053] 当然，具有光道24和红外检测器28的测量装置还能够用于测量汽缸盖单元10中的其他元件的温度。
[0054] 图2展示了汽缸盖单元10连同发动机气缸体14的示意性透视剖视图。相同的元件用相同的附图标记表示，其中在此仅解释特别的特征。
[0055] 在此处所展示的剖视图中，气门18被展示为排气门，并且气门44被展示为汽缸16的进气门。光道24穿过汽缸盖单元10的壳体12，其结果是开口26在排气管22中结束，由此来自气门18的红外辐射30可以被引导通过开口26和光道24到达此处未展示出的红外检测器28。光道24被实施成圆柱形管并且穿过例如汽缸盖单元10的水套26。形成光道24的圆柱形管焊接或者说熔接至排气管22，其结果是该排气管的内部例如相对于水套46被密封。玻璃元件38布置在光道24中并且在轴向方向上与开口26相距一定距离，其结果是玻璃元件38的热负载减少并且同时保护该玻璃元件免于碳黑颗粒的影响，因此通过玻璃元件38连续精确的测量是有可能的。
[0056] 玻璃纤维光缆34经由聚焦元件40连接至形成光道24的圆柱形管，以便将红外辐射30相应地引导至红外检测器28。借助于在本实施例
中红外检测器28可以与壳体12分开地形成和布置的事实，保护了红外检测器免于热负载和污物等等的影响。
[0057] 借助于通过光道24对气门18的温度测量，能够对于任何的汽缸盖单元实施测量，同时由于无接触式的测量也使高温度梯度的精确测量成为可能。
[0058] 在一个具体实施例中，控制单元32还连接至气门18、44的
控制器，以便相应地检测气门行程并且使其与所检测到的温度相关联。
[0059] 图3中示出了在一个气门循环上或者说在
凸轮轴的一次旋转上借助于红外检测器28检测到的气门18温度T以及气门行程H。从图3中明显的是，借助于依靠红外检测器28的测量装置，可以测量大的温度梯度，尤其是在气门18打开过程的开始处，并且能够测量气门18的高绝对温度，从而允许连续检测气门18、44的热负载。
[0060] 此处展示的高温度梯度能够借助于在此使用的基于红外辐射30的无质量的测量方法测量。
[0061] 图4展示了六个气门循环中所检测到的气门18的温度T，其中气门18打开的区域用横条46指示。在图4中，示出了从前三个气门循环期间的发动机发火运行到接下来的三个气门循环的发动机拖拽工况的转变。如图4中所展示的，借助于红外测量能够实施精确的温度检测，其中能够在发动机发火运行期间测量甚至高的温度梯度。
[0062] 总之，借助于红外检测器28的温度测量使得能够获得对汽缸盖单元10的元件的精确的温度测量。
