汽缸蓋組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的汽缸蓋(10)，該汽缸蓋具有：一個殼體(12)，該殼體被指配了多個元件(18)；以及一個光學的通道(20)，該光學的通道被形成在該殼體(12)中并且被指配給這些元件(18)中的至少一個元件，其中該光學的通道(20)被指配有熱成像攝相機(26)，該熱成像攝相機被設計成通過該光學的通道(20)檢測來自該至少一個元件(28)的紅外輻射(28)以便獲得該至少一個元件(18)的紅外圖像(52)。
【專利說明】
汽缸蓋組件
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的汽缸蓋組件，該汽缸蓋組件具有殼體以及一光學的通道，該殼體被指配了多個元件，該光學的通道被形成在該殼體中并且被指配給這些元件中的至少一個元件。
[0002]本發(fā)明還涉及一種用于測量內(nèi)燃機的元件的溫度的方法。
[0003]本發(fā)明最后涉及一種用于機動車輛的內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有一個發(fā)動機缸體，該發(fā)動機缸體至少具有汽缸和活塞。
【背景技術】
[0004]在機動車輛技術的領域中，法律的要求和客戶的要求已經(jīng)導致了具有不斷增大的額定發(fā)動機功率的低消耗的內(nèi)燃機。這種增大的功率密度導致作為廢熱從燃燒室排出到冷卻系統(tǒng)和周圍環(huán)境中的熱能量增加。作為這種增大的廢熱的結(jié)果，還增大了內(nèi)燃機的大量部件的熱負載，其中，尤其是例如活塞、節(jié)氣門、汽缸蓋、排氣和渦輪增壓器的多個元件經(jīng)受了增大的熱負載。
[0005]通常是借助于增大的冷卻、結(jié)構措施和通過使用相對較高質(zhì)量的材料來應對增大的熱負載以確保發(fā)動機的可靠性。在此背景下，總體上涉及更加成本低廉的結(jié)構措施和相對較高質(zhì)量的昂貴材料，但需要的設計復雜度更低。
[0006]在內(nèi)燃機的開發(fā)過程中，因此必須將所述元件在實際發(fā)動機運行中的受熱以及尤其是活塞在實際發(fā)動機運行中的受熱納入考慮，以便避免超過特定的溫度限制。由于任何結(jié)構的變化還可能導致某些部件在運行期間的溫度變化，在開發(fā)階段中必須連續(xù)確定某些部件的溫度。
[0007]為了確定某些元件(例如像活塞)在實際發(fā)動機運行中的溫度，通常使用了特定的材料，對于該材料而言，能從其材料硬度的變化推斷出運行溫度。此外，還將熱電元件集成到內(nèi)燃機的多個特定元件中，以便能夠測量運行期間的溫度變化。
[0008]已知方法的缺點是，溫度測量范圍小、測量精度低并且涉及測量溫度的技術復雜度高，然而其中在某些情況下，溫度測量不能在實際條件下進行，并且因此進而就所測量的運行溫度而言存在不確定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的是提供一種汽缸蓋組件，其中元件的溫度可以在實際條件下精確測量。本發(fā)明的目的還在于提供一種用于測量內(nèi)燃機中元件的溫度的相應改進方法。
[0010]這一目的是通過在開篇處提及的汽缸蓋組件由此實現(xiàn)，S卩，光學的通道被指配有熱成像攝相機，該熱成像攝相機被設計成通過該光學的通道檢測至少一個元件的紅外輻射，以便獲得該至少一個元件的紅外圖像。
[0011]這一目的是通過在開篇處指明的方法由此實現(xiàn)，S卩，通過光學的通道來檢測元件的紅外輻射，其中該光學的通道被形成在該汽缸蓋組件的殼體中，以及其中是借助于熱成像攝相機來提供該至少一個元件的紅外圖像。
[0012]本發(fā)明的目的在開篇處提及的內(nèi)燃機中是借助于根據(jù)本發(fā)明的汽缸蓋組件來實現(xiàn)的。
[0013]由熱成像攝相機通過汽缸蓋組件的光學的通道來檢測待測量的元件的紅外輻射并且由該熱成像攝相機來獲得對應的紅外圖像，就可以用無接觸的方式來確定待測量元件的溫度，并且通過將該紅外輻射成像到該熱成像攝相機上就可以檢測并且必要時減少由于側(cè)向殘余輻射或經(jīng)反射的紅外輻射的影響，并且因此允許在實際條件下對汽缸蓋組件的元件和/或?qū)?nèi)燃機的燃燒室的元件進行精確的溫度測量。此外，高溫測量在提供高精確度水平的同時可以確定元件溫度的大的溫度范圍，其結(jié)果是有可能在實際發(fā)動機運行模式下進行精確的溫度測量并且同時可以在實際發(fā)動機運行模式下確定溫度分布。
[0014]因此完全地實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
[0015]在一個優(yōu)選實施例中，該光學的通道被設計為直的通道并且在軸向末端處具有指配給該至少一個元件的開口。
[0016]結(jié)果是，能夠精確檢測該至少一個元件的紅外輻射，而汽缸蓋組件的其他部件的紅外輻射不影響測量結(jié)果。
[0017]還優(yōu)選的是，該光學的通道配設有透明的密封元件，該透明密封元件以氣密的方式相對于該至少一個元件密封該光學的通道。
[0018]因此可以通過小的技術復雜度來測量安排在壓力高度波動的區(qū)域中的內(nèi)燃機的燃燒室和/或汽缸蓋組件的多個元件。
[0019]還優(yōu)選的是，在該光學的通道中安排有光學單元，該光學單元被設計成將紅外輻射成像到該熱成像攝相機上。
[0020]由此，可以通過該熱成像攝相機來獲得該燃燒室的或在該汽缸蓋組件中的該至少一個元件的對應紅外圖像，其結(jié)果是，可以測量在內(nèi)燃機或汽缸蓋組件的區(qū)域中的溫度分布。
[0021 ]還優(yōu)選的是，該光學單元具有棒透鏡系統(tǒng)\棒狀透鏡系統(tǒng)(Stablinsensystem)。
[0022]由此，可以在該光學通道中安排類似內(nèi)窺鏡的光學單元，其結(jié)果是，可以由該熱成像攝相機在相對較大的距離上檢測紅外圖像，因此使紅外輻射能穿過該汽缸蓋組件成像。由此，可以在實際發(fā)動機運行模式下進行紅外成像。
[0023]還優(yōu)選的是，該光學單元具有多個藍寶石透鏡。
[0024]由此，可以通過該光學單元將紅外輻射成像到熱成像攝相機上。
[0025]還優(yōu)選的是，該光學的通道被設計為直的管并且具有氣密且不漏流體的側(cè)向表面。
[0026]由此，該光學的通道可以穿過多個油室和/或多個冷卻水室安排在該汽缸蓋中，從而即便在該汽缸蓋和/或該內(nèi)燃機中的難以進入的位置處也能進行紅外測量。
[0027]由此，該光學的通道和被容納在其中的元件以及該熱成像攝相機可以被保護而不受來自內(nèi)燃機的燃燒室的熱影響，從而允許可靠的溫度測量。
[0028]還優(yōu)選的是，該冷卻組件被連接至該汽缸蓋的冷卻單元。
[0029 ]由此，可以通過小的技術復雜度對該光學的通道進行連續(xù)冷卻。
[0030]尤其優(yōu)選的是，該光學的通道的冷卻組件是流體冷卻器件。
[0031]由此，可以通過小的技術復雜度對該光學的通道進行有效冷卻。
[0032]還優(yōu)選的是，該熱成像攝相機被連接至電子評估單元，該電子評估單元被設計成確定紅外圖像的至少一個區(qū)域的溫度。
[0033]由此，可以精確地選擇測量范圍并且可以觀察在燃燒室中和/或在汽缸蓋組件中的元件的動態(tài)性能，以便精確地確定該至少一個區(qū)域的溫度。
[0034]在一個優(yōu)選實施例中，該熱成像攝相機具有大于每秒10000張圖像的拍攝頻率。
[0035]由此，可以尤其在高發(fā)動機轉(zhuǎn)速下精確地追蹤該內(nèi)燃機的燃燒室和/或汽缸蓋組件中的動態(tài)過程。
[0036]總之，本發(fā)明的汽缸蓋組件、根據(jù)本發(fā)明的方法以及根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機允許對該內(nèi)燃機的燃燒室和/或汽缸蓋中的熱條件進行精確且詳細的確定，其結(jié)果是，可以在實際發(fā)動機運行模式下進行綜合熱分析。
[0037]當然，以上提到的這些特征以及仍將在以下說明的那些特征不僅能夠在相應的特定組合中使用，而且還可在其他組合中使用或者單獨地使用而不脫離本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0038]在附圖中示出了本發(fā)明的多個示例性的實施例并且在以下的說明中對其進行了更詳細的說明，其中:
[0039]圖1示出了穿過具有光學的通道和用于溫度測量的熱成像攝相機的汽缸蓋組件的示意性截面圖；
[0040]圖2示出了解釋借助于熱成像攝相機的溫度測量的示意性流程圖；并且
[0041]圖3示出了燃燒室的紅外圖像，具有在內(nèi)燃機的燃燒室中的兩個不同區(qū)域處的溫度曲線。
【具體實施方式】
[0042]圖1示出了汽缸蓋組件的示意性局部視圖，其總體上由10來表示。汽缸蓋組件10總體上具有殼體12，該殼體在外側(cè)界定了汽缸蓋組件10。汽缸蓋組件10被連接至在圖1中僅以局部視圖示意性示出的發(fā)動機缸體14，其中該發(fā)動機缸體14具有至少一個汽缸16，至少一個活塞18被容納在該至少一個汽缸中。作為現(xiàn)代內(nèi)燃機的高功率密度的結(jié)果，熱負載、尤其是活塞18的熱負載是非常高的，其結(jié)果是，必須在開發(fā)階段經(jīng)常測量活塞及其表面的實際工作溫度以便避免在最終產(chǎn)品的運行期間過高的熱負載。
[0043]在圖1中，汽缸蓋組件還具有光學的通道20，該光學的通道被形成在殼體12中并且具有指配給發(fā)動機缸體14的燃燒室22的開口 24。光學的通道20總體上被光學地連接至熱成像攝相機26，以便總體上檢測由活塞18發(fā)出的、穿過光學的通道20并且對應地成像的紅外福射28。熱成像攝相機26總體上被連接至控制單元30，該控制單元被設計成控制熱成像攝相機26并且評估所獲得的紅外圖像、并且被設計成基于該紅外圖像來確定在活塞18處或在燃燒室22中的至少一個溫度。
[0044]光學的通道20總體上具有套管32，該套管形成了光學的通道20的外表面并且在該套管中容納了內(nèi)管34。內(nèi)管34具有水冷卻器件36，該水冷卻器件被設計成冷卻內(nèi)管34和容納在其中的光學單元38。在開口24的區(qū)域中，內(nèi)管34是用密封元件40以氣密方式相對燃燒室22封閉，其中密封元件40對紅外光束是可透過或透明的并且優(yōu)選地由藍寶石玻璃形成。
[0045]內(nèi)管34借助于密封環(huán)42密封在套管32中，并且光學單元38借助于多個阻尼件/緩沖間44以彈性方式安裝在內(nèi)管34中。套管32在與開口24相對置的一側(cè)借助于包覆螺母46關閉，其中內(nèi)管34在與該開口 24相對置的端部借助于包覆螺母48封閉。熱元件/熱電偶49安排在內(nèi)管34中以便檢測光學單元38的溫度。
[0046]光學單元38被設計為具有內(nèi)窺鏡特性的棒透鏡系統(tǒng)，以便經(jīng)由細長的光學通道20來將紅外輻射28成像到熱成像攝相機26上。棒透鏡系統(tǒng)具有相應地可透過紅外輻射28、并且優(yōu)選由藍寶石形成的多個透鏡。這些透鏡分別具有與紅外輻射28的紅外光譜中的折射相適應的切割邊緣或表面彎曲。棒透鏡系統(tǒng)可以通過小開口24將紅外輻射28成像到熱成像攝相機26上并且獲得燃燒室22的相應的紅外圖像。
[0047]為了將光學單元38的棒透鏡系統(tǒng)與燃燒室22并且尤其與燃燒室22中的溫度條件和壓力條件隔開，在開口 24中優(yōu)選設置有密封元件40，該密封元件優(yōu)選地由藍寶石形成。此外，套管32和/或內(nèi)管34被連接至流體冷卻裝置36。因此，整個光學的通道20的所有元件可以被保護而不熱過載。
[0048]熱成像攝相機26具有檢測器并且還具有濾光器，該檢測器可以檢測整個紅外線范圍，該濾光器取決于應用來傳輸紅外光譜的特定波長范圍。由此，熱成像攝相機26的敏感度可以與待測量的材料相適配。在此背景下，對于鋼是優(yōu)選在1.4μπι與1.8μπι之間的波長、并且對于塑料是優(yōu)選在1.8μπι至2.2μπι的波長。此外，借助于不同的濾光器可以檢測和對比多種不同的波長范圍。此外，通過適配頻譜范圍可以適配溫度測量范圍并且使該測量更加精確。
[0049]熱成像攝相機26優(yōu)選具有最高可能的分辨率(具體是1280χ1024或更高)以及在最高可能的剩余分辨率下的大于每秒10000張圖像(FPS)的高拍攝頻率。由此，即便在高發(fā)動機轉(zhuǎn)速也可以繪制燃燒室22中的動態(tài)過程并相應檢測溫度。
[0050]控制單元30被設計成評估由熱成像攝相機26提供的紅外圖像。在此背景下，可以手動或自動地在紅外圖像中限定一個或多個測量范圍，并且可以借助于檢測出的紅外輻射28來相應確定在所選擇的區(qū)域處的溫度曲線。由此，就可以精確測量燃燒室22中的溫度，其中，可以檢測并且必要時通過對測量范圍的對應選擇來避免遮蔽效應和散射輻射。
[0051]圖2示出了用于測量燃燒室22中的溫度T的、根據(jù)本發(fā)明的汽缸蓋組件10的測量鏈的示意圖。來自燃燒室22的紅外輻射28以類似內(nèi)窺鏡的方式通過光學單元38成像到熱成像攝相機26上，其中熱成像攝相機26獲得紅外圖像52并且將其傳輸至控制單元30?？刂茊卧?0評估紅外圖像52，其中控制單元30在紅外圖像52中限定不同測量范圍并且在這些限定的測量范圍處檢測溫度T或溫度曲線并且使之可以作為測量值來使用。
[0052]由此，可以在燃燒室22中的不同區(qū)域進行精確的溫度測量。
[0053]圖3示出了可以由熱成像攝相機26提供給控制單元30的紅外圖像52。控制單元30在紅外圖像52中限定了不同的測量范圍(具體是第一范圍54和第二范圍56)并且借助于在這些范圍54、56中的對應的紅外輻射28來檢測在這些范圍54、56中的溫度曲線T(t)，如在圖3中所示出的。
[0054]由此，可以在燃燒室的任何希望的區(qū)域中或任何希望的點處精確地檢測和對應地評估溫度T。
[0055]總之，通過具有光學的通道20和熱成像攝相機26的汽缸蓋組件10獲得了對機動車輛的汽缸蓋組件10的元件18或燃燒室22的精確溫度測量。
【主權項】
1.一種用于內(nèi)燃機的汽缸蓋組件(10)，該汽缸蓋組件具有: -殼體(12)，該殼體配設有多個元件(18)，以及 -光學的通道(20)，該光學的通道形成在該殼體(12)中并且被指配給這些元件(18)中的至少一個元件， 其特征在于，該光學的通道(20)被指配有熱成像攝相機(26)，該熱成像攝相機被設計成通過該光學的通道(20)來檢測至少一個元件(28)的紅外輻射(28)，以便獲得該至少一個元件(18)的紅外圖像(52)。2.如權利要求1所述的汽缸蓋組件，其特征在于，該光學的通道(20)被設計為直的通道并且在一軸向末端處具有被指配給該至少一個元件(18)的開口(24)。3.如權利要求1或2所述的汽缸蓋組件，其特征在于，該光學的通道(20)配設有透明的密封元件(40)，該密封元件以氣密的方式相對于該至少一個元件(18)密封光學的通道(20)。4.如權利要求1至3之一所述的汽缸蓋組件，其特征在于，在該光學的通道(20)中設置有光學單元(38)，該光學單元被設計成將該紅外輻射(28)成像到熱成像攝相機(26)上。5.如權利要求4所述的汽缸蓋組件，其特征在于，該光學單元(38)是棒透鏡系統(tǒng)。6.如權利要求4或5所述的汽缸蓋組件，其特征在于，該光學單元(38)具有多個藍寶石透鏡。7.如權利要求1至6之一所述的汽缸蓋組件，其特征在于，該光學的通道(20)被設計為直的管(32)并且具有氣密和液體密封的側(cè)面。8.如權利要求1至7之一所述的汽缸蓋組件，其特征在于，該光學的通道(20)具有冷卻組件，用于冷卻該光學的通道(20)。9.如權利要求1至8之一所述的汽缸蓋組件，其特征在于，該熱成像攝相機(26)與電子評估單元(30)連接，該電子評估單元被設計成確定該紅外圖像(52)的至少一個區(qū)域(54，56)的溫度。10.如權利要求1至9之一所述的汽缸蓋組件，其特征在于，該熱成像攝相機(26)具有大于每秒10000張圖像的拍攝頻率。11.一種用于檢測內(nèi)燃機的汽缸蓋組件(12)的元件(18)的溫度的方法，其中通過光學的通道(20)檢測至少一個元件(18)的紅外輻射(28)，其中，該光學的通道(20)被形成在該汽缸蓋組件(10)的殼體(12)中，以及其中借助于熱成像攝相機(26)來獲得該至少一個元件(18)的紅外圖像(52)。12.—種用于機動車輛的內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有發(fā)動機缸體(14)和如權利要求1至1之一所述的汽缸蓋組件(12)，該發(fā)動機缸體至少具有汽缸(16)和活塞(18)。
【文檔編號】G01J5/00GK106052878SQ201610236707
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】M·菲舍爾
【申請人】保時捷股份公司