技术领域
[0001] 本
发明涉及一种根据独立
权利要求1的前序特征部分的检验装置，其用于检验
内燃机的气缸衬套的工作表面。本发明还涉及一种根据
独立权利要求11的前序特征部分的检验方法，其用于检验内燃机的气缸衬套的工作表面。
背景技术
[0002] 例如用于
船舶或用于生产
电能的固定设施的大型柴油机的往复
活塞式内燃机的工作表面必须以规则的间隔进行检验。为了实现这种检验，必须移除气缸衬套的气缸盖，以将合适的检验工具引入到气缸衬套中。应该注意，从大型柴油机移除气缸盖可能花费几个小时，这种检验是非常耗时的。尤其是对于例如
集装箱船的
往复活塞式内燃机的气缸衬套的工作表面的检验而言，这种检验与长的
发动机停机时间相关联，并因而也与长的船舶停运时间相关联。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种用于检验内燃机的气缸衬套的工作表面的检验装置，该检验装置为那些发动机提供了可能的更短的停机时间。
[0004] 本发明的另一目的是提供一种检验方法，该检验方法使用根据本发明的检验装置来检验内燃机的气缸衬套的工作表面。
[0005] 与检验装置相关的目的由具有独立权利要求1的特征的检验装置满足。与检验气缸衬套的工作表面的方法相关的目的由具有权利要求11的特征的方法解决。
[0006]
从属权利要求涉及本发明的尤其有利的
实施例。
[0007] 根据本发明的检验装置用于检验内燃机的气缸衬套的工作表面，并包括有待被引入到有待检验的气缸衬套中的检验工具、通常与内燃机分开放置的控制装置以及用于供电和传输测量数据和控制
信号的连接装置。检验工具本身包括支承轨道，在其上安装了旋转台和用于测量气缸衬套的内径和表面并用于目测检验表面状况的工具。对于本发明的检验工具必要的是，其具有容许其通过有待检验的气缸衬套中的孔而引入到气缸衬套中的尺寸。
[0008] 气缸衬套的孔可能涉及具有任何合适的横截面的通道或通孔或气缸衬套的圆柱形壁的贯通钻孔。在本发明的一个优选实施例中，有待检验的气缸衬套中的孔是进气口，并且，在两冲程大型柴油机的气缸衬套的情况下，孔优选是扫气口。
[0009] 连接装置还可包括用于检验工具装置的冷却剂供给装置。
[0010] 根据本发明的检验装置容许在不需要移除气缸的气缸盖的条件下检验工作表面，该气缸的气缸衬套必须进行检验。因此，当需要检验气缸衬套且没有时间抬升或移除气缸盖时，使用这种检验工具是尤其有利的。这样，可避免大的工作量，并且相当大地缩短了这种检验所需要的时间。
[0011] 单独的测量和目测检验工具是可从商业上得到的。因此，检验工具容易生产，并且该检验装置取决于
软件而易于使用。商业上可得到的测量和检验装置是高度精确的，从而可在非常短的时间里获得对衬套内部的精确检验。
[0012] 根据本发明的检验工具尤其适合于检验具有纵向扫气的两冲程大型柴油机的往复活塞式内燃机气缸的气缸衬套的工作表面，其中，检验工具具有容许通过扫气口而引入的尺寸。
[0013] 直到现在，为了检验具有纵向扫气的两冲程大型柴油机的往复活塞式内燃机的气缸衬套，必须抬升或移除气缸的气缸盖。使用根据本发明的检验装置，仅仅必须打开扫气接收器，并且必须移除起动气
阀或排气阀。
[0014] 根据本发明的检验工具还可具有用于检验更小的气缸衬套，即用于更小的钻孔的内燃机。
[0015] 检验装置用于测量气缸衬套的直径和表面。摄像机，尤其是自发光摄像机，可用作目测检验工具，以用于确定气缸衬套的工作表面的表面状况。
[0016] 根据本发明的检验装置尤其适合于检验往复活塞式内燃机的气缸衬套。检验装置的另一优选用途是用于检验具有纵向扫气的两冲程大型柴油机的往复活塞式内燃机的气缸的气缸衬套的工作表面，在这种气缸中，活塞设置成可沿着工作表面而来回地移动。
[0017] 检验工具的支承轨道在其中央部分包括旋转台，该旋转台优选安装在连接元件，例如螺旋管上，用于可拆卸地将该连接元件固定到活塞的上表面上。旋转台还包括促动器，该促动器用于以可控制的旋转运动来促动支承轨道。促动器设置在连接元件和旋转台之间，其中，旋转台是用支承轨道固定的。促动器可使旋转台围绕气缸衬套的纵轴而进行枢转。促动器优选是步进
电动机，但还可以是另一种旋转电动机，其旋转运动由
编码器或至少一个
位置传感器和合适的
控制器控制，在使用步进电动机的情况下，可控制的促动器的旋转运动可由用于步进电动机的触发脉冲进行控制，并且还可通过编码器或通过使用至少一个
位置传感器和相应的控制器来进一步地进行控制。
[0018] 旋转台枢转地安装在连接元件上，该连接元件用于与内燃机的表面区域，尤其是与往复活塞式内燃机的活塞的上表面建立可拆卸的连接。活塞的上表面是指面向往复活塞式内燃机的气缸的
燃烧室的表面，该内燃机的气缸衬套必须进行检验。连接元件优选为具有螺旋管的电磁
铁。
[0019] 用于测量气缸衬套的内径和工作表面的工具是激光位移测量工具，尤其是通过三
角测量原理来进行工作的激光位移测量工具。那些激光位移测量工具需要
数字信号处理器。数字
信号处理器可以是控制装置的一部分，或者可以是单独的装置，或者信号处理器可以直接安装在支承轨道上，或者可以是激光位移测量工具的一个整体部分。
[0020] 激光位移测量工具设计并设置成用于测量与气缸衬套的纵轴相垂直的气缸衬套的内径。因此，激光位移测量工具的
激光器优选设置成大体上与检验工具的纵轴对准。从而发射出激光，并且主要在检验工具的纵轴方向上接收反射光。检验工具的纵轴平行于支承轨道的纵轴而延伸。
[0021] 检验工具包括至少两个激光位移测量工具，该激光位移测量工具安装在支承轨道上，位于其相对的末端上。激光位移测量工具设置成用于测量与气缸衬套的纵轴相垂直的气缸衬套的内径。因此，不需要支承轨道或两个激光位移测量工具分别相对于气缸衬套的纵轴而精确地居中，因为合适的支承轨道末端和气缸衬套的工作表面之间的距离是在检验工具的两端进行测量的，并且信号处理器持续地修正位置变化。
[0022] 在一个优选的实施例中，在支承轨道上安装有第三激光位移测量工具。该另外的测量工具设计并设置成用于测量支承轨道和气缸盖之间的与气缸衬套的纵轴平行的距离。这个激光位移测量工具优选通过使用三角测量原理并结合
数字信号处理器来进行工作。数字信号处理器可以是控制装置的一部分，或者可以是单独的装置，或者信号处理器可以直接安装在支承轨道上，或者可以是激光位移测量工具的一个整体部分。
[0023] 检验工具还包括用于检验气缸衬套的工作表面的表面状况的目测检验工具。目测检验工具优选是安装在支承轨道上的摄像机，尤其是自发光的摄像机。目测检验工具以相对于支承轨道的纵轴的锐角而有利地指向气缸衬套的工作表面。
[0024] 激光位移测量工具，即分别用于测量气缸衬套的直径的激光位移测量工具和用于测量活塞的竖直位置或支承轨道和气缸盖之间的距离的激光位移测量工具优选由冷却剂进行冷却，例如由通过软管而提供的空气或
水进行冷却。目测检验工具和旋转台的促动器也可以由例如空气或水的冷却剂进行冷却。冷却剂可由
压缩机或
泵和冷却单元提供，其均位于有待检验的气缸衬套的外侧。将冷却剂传递至有待冷却的检验工具的工具上是通过使用至少一个软管来实现的。
[0025] 用于测量工具，即激光位移测量工具和目测检验工具的动
力以及用于促动器和连接元件(电
磁铁)的动力由来自气缸衬套之外的
电缆提供。检验装置还包括
信号传输装置，以将测量信号和
控制信号从测量工具和促动器发送至控制装置，反之亦然。那些传输装置可包括发送器和接收器，或者能够以简单的方式由电缆组成。
[0026] 在一个优选的实施例中，支承轨道由若干个部件组成，尤其是三个部件，即中央驱动部件和两个外部部件。部件的使用是由于通常用于将检验工具引入到气缸衬套中的可用空间不足。部件可通过摩擦而彼此附接，或者使用接合的耦合部分而形成闭合装置。
[0027] 根据本发明的在不需要移除或抬升气缸盖的条件下检验内燃机的气缸衬套的工作表面的方法使用了上述检验装置。该方法尤其适合于检验往复活塞式内燃机的气缸衬套，尤其是具有纵向扫气的两冲程大型柴油机。
[0028] 根据本发明的方法包括停止发动机、将有待检验的气缸衬套中的活塞降低至下死点(BDC)的附近以及揭开气缸衬套必须进行检验的气缸的至少一个进气口的连续步骤。起动气阀和/或排气阀必须移除，并且，在另一步骤中，通过至少一个揭开的起动气阀孔或排气阀口而将用于供电和传输传感器、目测检验工具和旋转台的促动器的测量信号和控制信号的连接装置以及冷却剂供给装置插入到气缸衬套中，并通少一个揭开的进气口而取出。优选只揭开起动气阀孔和其中一个进气口。然后将检验工具与连接装置连接，并通过揭开的进气口而将检验工具与电缆和软管引入到气缸衬套中，然后将检验工具放置在活塞的上侧，其中，检验工具的旋转台可枢转且可拆卸地连接到活塞的上侧。然后，测量相对于气缸衬套的纵轴而成横向的气缸衬套的直径，并且，针对支承轨道围绕气缸衬套的纵轴的预定数目的旋转角度而在与气缸衬套的纵轴相关的相对于支承轨道和气缸盖之间的距离的一个位置处目测检验表面状况。然后，在多个步骤中使活塞向着其上死点(TDC)移动，其中，在每个步骤中测量气缸衬套的直径，并针对支承轨道围绕气缸衬套的纵轴的预定数目的旋转角度而反复地目测检验工作表面的表面状况。
[0029] 在本发明的另一实施例中，只揭开一个进气口，并通过这一个揭开的进气口而将与连接装置预先连接的检验工具引入到气缸衬套中。
[0030] 支承轨道围绕气缸衬套的纵轴的用于测量气缸衬套的直径的周向位置的数量在3至10之间，尤其是在4至8之间。周向位置的数量因而意味着在与气缸衬套的纵轴相关的关于支承轨道和气缸盖之间的距离的一个位置处的、支承轨道围绕气缸衬套的纵轴的旋转角度的预定数目。
[0031] 在该方法的一个优选实施例中，有待检验的气缸衬套的工作表面是具有纵向扫气的两冲程大型柴油机的往复活塞式内燃机的其中一个气缸，在该气缸中，活塞设置成能够沿着工作表面而来回地移动。
[0032] 在停止两冲程大型柴油机之后，可接入旋转装置，即
曲柄，并且可使发动机(曲柄)旋转，直至“有待检验的”衬套的活塞处于BDC的附近。排气阀和/或起动气阀必须被手动地打开。该单元的起动气阀和/或排气阀必须被移除。然后通过起动气阀的孔可降低用于电磁铁、旋转台的促动器、传感器和摄像机的电缆以及冷却软管和用于所有那些连接装置的
支撑线材。可使用设置在气缸盖的上方的偏转
滑轮和平衡器来降低那些连接装置。扫气接收器必须打开，从而可达到衬套中的扫气口。然后使连接装置，即电缆和软管的一端位于活塞的上侧。可利
用例如
焊接线材而将它们抓住，并拉动穿过其中一个进气口。然后，必须将
导线连接到检验工具上。由于空间的不足，检验工具的臂，即支承轨道被划分成三个部分。检验工具的第一部件可通过扫气口而被带入衬套中。利用简单的“掣子(click)”装置，可将检验工具的其它部件连接并完全地带入。当电磁铁接通时，可进行检验工具的试验旋转。冷却空气被供给至
驱动器(促动器)、摄像机以及传感器。
[0033] 曲柄角度传感器和旋转台的编码器之间的连接，通过连接到控制装置的连接装置而实现，该控制装置可包括连接箱模
块和微型计算机。传感器和摄像机必须也连接到控制装置上。
[0034] 如果每个事物都根据设定值起作用，那么，通过旋转内燃机(曲柄)直至传感器达到反
抛光环且将旋转切换到反方向时，可起动检验。第三激光器指向排气阀，并且是用于及时停止活塞的额外的安全措施。如果工作表面的检验和测量是令人满意的，那么，当活塞再次处于BDC时，可取出检验工具。
[0035] 激光位移测量工具的传感器和衬套表面之间的距离通常在大约15-20mm之间。检验工具在气缸衬套内的精确居中不是必要的，因为该距离是在支承轨道的相对侧面上测量的，并且，软件将持续地修正这种不对准。
[0036] 由于衬套和活塞之间的间隙，因而与衬套的中心点相比，活塞的中心点可移动。中心点是关于垂直于气缸衬套的纵轴的横截面而限定的。这不影响测量，因为在检验工具的臂的两侧使用了传感器。
[0037] 可以控制旋转台围绕气缸衬套的纵轴的旋转角度。编码器告知激光位移测量工具的激光器在水平方向上的精确位置。在竖直方向上，可使用曲柄角度传感器和/或第三激光位移测量工具的向上定向的激光器来测量活塞的竖直位置。活塞的竖直位置与检验装置的支承轨道的位置相关联，因为检验工具固定在活塞的上侧。
[0038] 通过数字信号处理器并使用相应的3D软件，可以对衬套内侧，即气缸衬套的工作表面进行完全的3D扫描。
附图说明
[0039] 以下借助于附图而将进一步解释本发明，附图显示了：
[0040] 图1示意性地显示了引入到具有扫气口的气缸衬套中的内燃机的活塞的一部分的透视图；
[0041] 图2示意性地显示了穿过内燃机的气缸和根据本发明的检验工具的纵截面，其中，该检验工具安装到活塞的上侧；
[0042] 图3示意性地显示了根据本发明的检验工具的透视图；
[0043] 图4显示了内燃机的一部分的纵截面的透视图，并示意性地显示了处于检验程序的起动位置的检验装置。
具体实施方式
[0044] 图1示意性地显示了检验工具65的透视图(也参见图2)，该检验工具安装到活塞40的上表面45上，即面向燃烧室的活塞40的表面区域。活塞40呈现了若干个
活塞环42。
图1中所示的气缸衬套25是具有纵向扫气的两冲程大型柴油机的往复活塞式内燃机的其中一个气缸，并以若干扫气口30为特征。图1中所示的检验工具65在极大程度上通过其中一个扫气口30而被引入到气缸衬套25中，并位于活塞40的上表面区域45上，即，用作检验工具65的可拆卸的紧固工具的电磁铁的螺旋管84位于上表面区域45上。
[0045] 检验工具65的支承轨道70在其中央部分包括安装在螺旋管84上的旋转台80。旋转台80还包括促动器82，该促动器用于以可控的旋转运动促动支承轨道70。促动器可设置在可拆卸的紧固工具的螺旋管和旋转台80之间，或者可设置在旋转台80和支承轨道
70之间。促动器82优选是步进电动机，但还可以是另一旋转电动机，其旋转运动由至少一个位置传感器(未显示)和控制器控制。在使用步进电动机的情况下，促动器82的可控制的旋转运动可以由用于步进电动机的触发脉冲控制，并还可以通过使用至少一个位置传感器和相应的控制器来进一步进行控制。
[0046] 图1中所示的检验工具包括位于支承轨道的各个外端上的激光位移测量工具90。那些工具优选设计成使用三角测量原理并结合数字信号处理器来工作。数字信号处理器可以是控制装置55的一部分，或者可以是单独的装置，或者信号处理器可以直接安装在支承轨道70上，或者可以是激光位移测量工具90的一个整体部分。
[0047] 激光位移测量工具90设计并设置成用于测量与气缸衬套25的纵轴I相垂直的气缸衬套25的内径d。因此，激光位移测量工具90的激光器91优选设置成主要与检验工具65的纵轴q对准。从而发射出激光，并主要在检验工具65的纵轴q的方向上接收反射光。
检验工具65的纵轴与支承轨道70的纵轴重合，或者那些轴线彼此平行地延伸。
[0048] 用于对气缸衬套25的工作表面35的表面状况进行目测检验的目测检验工具包括摄像机96，该摄像机向着工作表面35定向在相对于支承轨道70的纵轴q成例如20°至50°的锐角方向上。目测检验工具96还包括显示装置，该显示装置可能是控制装置55的一部分，或者可能是具有屏幕的单独的装置。目测检验装置还包括用于供电和传输
视频信号的电连接装置60。视频信号的传输还可由无线传输装置(未显示)来执行。供电还可由其它装置来实现。目测检验工具的运行通常需要冷却装置。图1显示了用于摄像机的空气冷却的空气软管62，并且根据情况而用于冷却激光位移测量工具90、93。目测检验工具和激光位移测量工具的冷却还可使用
风扇或其它装置来实现。
[0049] 图1中所示的检验工具65还包括激光位移测量工具93，该激光位移测量工具具有设置在支承轨道70的右手边外部部件的外面部分上的激光器94和传感器。该激光位移测量工具93设计并设置成用于测量支承轨道70和气缸盖15之间的与气缸衬套25的纵轴I平行的距离(见图4)。该激光位移测量工具93优选通过使用三角测量原理并结合数字信号处理器来工作。数字信号处理器可以是控制装置55的一部分，或者可以是单独的装置，或者信号处理器可以直接安装在支承轨道上，或者可以是激光位移测量工具93的一个整体部分。激光位移测量工具93可被冷却剂冷却，例如被通过空气软管62所提供的空气冷却。
[0050] 图1中所示的支承轨道70包括三个部件，即安装在旋转台80上的中央驱动部件72和位于中央部件72的各侧的两个外部部件74。外部部件74优选通过使用可拆卸的
紧固件而紧固在中央驱动部件72。
[0051] 中央驱动部件72具有平的下侧面和梯形的上侧面。中央驱动部件72可由纵向板组成，在位于板的各侧的外面部分具有大致三角形的薄板。
[0052] 外部部件74优选为U形轨道的形式。对于外部部件74使用U形轨道，确保了那些部件的足够刚性，并容许位移测量工具和摄像机的简单的横向固定。
[0053] 图2示意性地显示了穿过内燃机的气缸和根据本发明的检验工具65的纵截面，该检验工具安装在活塞40的上侧45。图2中所示的本主题大致与图1中所示的主题相同，但检验工具65被完全引入到气缸衬套中，并且，支承轨道70的中心与气缸衬套25的纵轴I对准。
[0054] 面向燃烧室的活塞40的上表面区域45是凹入的，因为上表面45的中间部分低于活塞40的边界区域。
[0055] 图2中所示的检验工具65的支承轨道70具有U形横截面，其中，其形状使得测量和检验工具90，93，96装配在U形剖面的侧翼之间。与图1中所示的实施例相比，激光位移测量工具93
定位在支承轨道70的中央区域，即用于测量支承轨道70和气缸盖15之间的竖直距离的该工具安装在支承轨道70的中央驱动部件72上。除了激光位移测量工具93的布置之外，检验工具的所有其它元件与图1中所示那些元件相对应。促动器82是旋转台80的一部分。
[0056] 图3示意性地显示了根据本发明的检验工具65的透视图。检验工具包括支承轨道70，该支承轨道具有中央驱动部件72和两个外部部件74。中央驱动部件72包括能够以固定的方式彼此连接的三个部件。中间部件固定在旋转台80上，就其而言，该旋转台可枢转地安装在电磁铁84上。支承轨道70的所有部件都形成为U形剖面。中央驱动部件72的外面部件各以棒形插入式元件78为特征，该元件设置在剖面的自由端面侧，并固定在相对应的U形剖面的恰当的平行侧翼之间。
[0057] 中央驱动部件72的一个外面部件包括目测检验工具，其优选为摄像机。中央驱动部件72的另一外面部件包括激光位移测量工具93，该激光位移测量工具用于测量竖直位置，即支承轨道70相对于气缸盖15的位置。该激光位移测量工具93包括激光器94和传感器，其设计成用于发射和接收大致垂直于支承轨道70的光，即与旋转台80的旋
转轴线平行的光。
[0058] 两个外部部件74以位于指向中央驱动部件72的内侧面的插入式缝隙76为特征，该缝隙位于其U形剖面的各个平行的侧翼上。在与插入式缝隙相反的外部部件74的侧面，具有安装在U形剖面的侧翼之间的激光位移测量工具90。各个激光位移测量工具90包括激光器91和传感器，其设置成发射和接收与支承轨道70的纵轴q大致对准的光，或与旋转台80的
旋转轴线垂直的光。
[0059] 图4显示了内燃机10的一部分的纵截面的透视图，并示意性地显示了处于检验程序的起动位置的根据本发明的检验装置50。内燃机是具有纵向扫气的两冲程大型柴油机的往复活塞式内燃机10，在气缸中，活塞40设置成可沿着气缸衬套25的工作表面35而来回地移动。活塞40以若干个活塞环42为特征。
[0060] 气缸衬套具有靠近其下死点(BDC)的一系列环向设置的扫气口30。检验工具65具有容许其通过有待检验的气缸壁中的其中一个扫气口30而引入到气缸衬套25中的尺寸。
[0061] 图4中所示的检验工具65可拆卸地固定在活塞40的上侧的表面区域45上，即面向燃烧室的活塞的侧面上。检验工具65与活塞40的这种连接由电磁铁84实现。
[0062] 根据情况，检验装置50包括检验工具65、控制装置55、用于测量气缸衬套25的内径的工具90的冷却装置64，62、竖直位置测量工具93、目测检验工具96以及旋转台80的促动器82。检验装置还包括用于供电并传输测量信号和控制信号的连接电缆60。电源用于旋转台80的促动器82、电磁铁84、用于测量气缸衬套25的内径d的工具90、目测检验工具96以及竖直位置测量工具93。用于测量信号和控制信号的传输装置被用于旋转台80的促动器82、测量气缸衬套25的内径d的工具90、目测检验工具96和竖直位置测量工具93以及根据情况而定的电磁铁84。
[0063] 连接电缆60和冷却装置，尤其是空气软管62通过气缸的起动气阀孔20而被引入到气缸衬套25中。另外，可在位于气缸盖15之上的偏转滑轮57和/或平衡器58上通过起动气阀孔20而引导支撑线材61。支撑线材61用于将连接电缆60和例如空气软管62的冷却剂供给装置降低到活塞40的上表面45上。
[0064] 供电和信号传输电缆60一方面连接到控制装置55上，另一方面连接到检验工具65上。单独的冷却剂供给装置，例如具有冷却单元的压缩机用于通
过冷却剂线路62，尤其空气软管62而将冷却剂传送至检验工具65和从检验工具65中排出。
[0065] 控制装置55还具有显示器以及用于记录测量值和目测检验图像的存储单元。
