检测装置、运行往复活塞式内燃机的方法、往复活塞式内燃机.pdf

本发明涉及检测装置和用于运行往复活塞式内燃机的方法以及往复活塞式内燃机。检测装置用于具有气缸的往复活塞式内燃机尤其运转较慢的二冲程大型柴油发动机，在气缸中活塞能沿工作面在下死点与上死点之间往复运动，其中在气缸的气缸壁中设置由定量装置得到润滑剂供应的润滑剂喷嘴，使得在工作状态中能借助润滑剂喷嘴将润滑剂引入气缸。根据发明，检测装置包括具有触发单元的传感器装置，触发单元与定量装置以及在工作状态中在测量技术上与气缸的内部空间处于通信连接的位置传感器信号连接，使得在工作状态中能借助位置传感器来有关于气缸的轴向地检测活塞的位置并可根据活塞的位置来控制并且/或者调整往复活塞式内燃机。

1.  用于具有气缸(4)的往复活塞式内燃机尤其运转较慢的二冲程大型柴油发动机的检测装置，在所述气缸(4)中活塞(5)被布置成能够沿着工作面(2)在下死点(UT)与上死点(OT)之间进行往复运动，其中在所述气缸(4)的气缸壁(3)中如此设置了润滑剂喷嘴(61)，使得在工作状态中能够借助所述润滑剂喷嘴(61)将润滑剂(7)引入所述气缸(4)，其中所述润滑剂喷嘴(61)由定量装置(6)供给所述润滑剂(7)，其特征在于，所述检测装置包括具有触发单元(81)的传感器装置(8)，所述触发单元(81)与所述定量装置(6)以及在工作状态中在测量技术上与所述气缸(4)的内部空间(43)处于通信连接的位置传感器(82)以如下方式信号连接，即，在工作状态中能够借助所述位置传感器(82)来有关于所述气缸(4)的轴向(A)地检测所述活塞(5)的位置(X)，并且能够根据所述活塞(5)的位置(X)来控制和/或调整所述往复活塞式内燃机。

2.  根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述位置传感器(82)被布置在所述气缸壁(3)的区域中，并且/或者为所述往复活塞式内燃机的同一个气缸(4)设置至少两个关于所述气缸(4)的轴向(A)偏置的位置传感器(82)。

3.  根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述位置传感器(82)在所述气缸壁(3)的区域中关于所述气缸(4)的轴向(A)基本布置在与所述润滑剂喷嘴(61)相同的高度上并且/或者所述位置传感器(82)布置在上死点(OT)的上方。

4.  根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述位置传感器(82)是压力传感器(82)，并且/或者所述位置传感器是电气的位置传感器(82)。

5.  根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，设置了用于润滑所述气缸(4)的气缸壁(3)的工作面(2)的润滑装置，利用所述润滑装置能够根据所述活塞(5)的所检测出的位置(X)通过所述润滑剂喷嘴(61)将润滑剂(7)引入所述气缸(3)。

6.  根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其特征在于，根据所述活塞(5)的所检测出的位置(X)能够控制并且/或者调整燃料到所述气缸(4)的喷入和/或所述气缸(4)的排气阀的触发和/或起动空气到所述气缸(4)的引入和/或所述往复活塞式内燃机的减振器。

7.  用于运行具有气缸(4)的往复活塞式内燃机尤其运转较慢的二冲程大型柴油发动机的方法，在所述气缸(4)中活塞(5)被布置成能够沿着工作面(2)在下死点(UT)与上死点(OT)之间进行往复运动，其中在气缸壁(3)中设置了润滑剂喷嘴(61)，借助所述润滑剂喷嘴(61)将润滑剂(7)引入所述气缸(4)，所述润滑剂喷嘴(61)由定量装置(6)供给润滑剂(7)，其特征在于，设置了具有传感器装置(8)的检测装置，所述传感器装置(8)包括触发单元(81)，其中所述触发单元(81)与在测量技术上与所述气缸(4)的内部空间(43)通信的位置传感器(82)信号连接，借助所述位置传感器(82)来有关于所述气缸(4)的轴向(A)地检测所述活塞(5)的位置(X)，并且根据所述活塞(5)的所检测出的位置(X)来控制和/或调整所述往复活塞式内燃机。

8.  根据权利要求7所述的方法，其中，为所述往复活塞式内燃机的同一个气缸(4)设置多个位置传感器(82)。

9.  根据权利要求7或8所述的方法，其中，在所述气缸壁(3)中设置了润滑剂喷嘴(61)，所述润滑剂喷嘴(61)由定量装置(6)供给润滑剂(7)，并且借助所述润滑剂喷嘴(61)根据所述活塞(5)的所检测出的位置(X)将润滑剂(7)引入所述气缸(4)。

10.  根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，在所述活塞(5)沿着所述轴向(A)运动时，在所述活塞(5)经过所述润滑剂喷嘴(61)之前将所述润滑剂(7)引入到所述气缸(4)的内部空间(43)中。

11.  根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，在所述活塞(5)沿着所述轴向(A)运动时，在所述活塞(5)经过所述润滑剂喷嘴(61)期间将所述润滑剂(7)引入到所述气缸(4)的内部空间(43)中。

12.  根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中，在所述润滑剂喷嘴(61)的位置的高度处检测所述活塞(5)的关于所述轴向(A)的位置(X)并且/或者用所述位置传感器(82)在所述上死点(OT)的上方检测所述活塞(5)的位置(X)。

13.  根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其中，所述位置传感器(82)是压力传感器(82)和/或电气的传感器(82)。

14.  根据权利要求7至13中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述活塞(5)的所检测出的位置(X)来控制并且/或者调整燃料到所述气缸(4)的喷入和/或所述气缸(4)的排气阀的触发和/或起动空气到所述气缸(4)的引入和/或所述往复活塞式内燃机的减振器。

15.  具有根据权利要求1至6中任一项所述的检测装置的往复活塞式内燃机，所述往复活塞式内燃机在工作状态中按照所述权利要求7至14中任一项所述的方法来工作。

检测装置、运行往复活塞式内燃机的方法、往复活塞式内燃机
技术领域
本发明涉及根据各个类别的独立权利要求的前序部分所述的一种检测装置、一种用于运行、尤其用于润滑往复活塞式内燃机尤其运转较慢的大型柴油发动机的气缸的气缸壁的工作面的方法以及一种往复活塞式内燃机。
背景技术
大型柴油发动机常被用作轮船的动力源或者在固定的运行中例如用于驱动用于产生电能的大型发电机。在此，这些发动机通常在相当长的时间段上持续工作，这对工作可靠性以及可用性提出了高要求。因此，对于操作者而言，特别是长的维修间隔期、少的磨损以及经济地使用燃料和运行用料是机器操作的中心准则。此外，对于维修间隔期的长度、可用性以及在润滑剂消耗方面还直接对于运行成本并且因此对于经济性而言，此类大孔径的运转较慢的柴油发动机的活塞运转特性是决定因素。因此，大型柴油发动机的润滑的综合问题性日趋重要。
在大型柴油发动机中，当然并不仅限于此，通过往复运动的活塞或气缸壁中的润滑装置来润滑活塞，通过该润滑装置将润滑油涂覆到气缸壁的工作面上，以使活塞与工作面之间的摩擦最小化并且因此使工作面与活塞环之间的磨损最小化。因此目前，在诸如公司的RTA发动机之类的新式发动机中，工作面的磨损在工作时间为1000小时的情况下少于0.05mm。在此类发动机中，润滑剂输送量约为1.3g/kWh和更少并且应当尤其出于成本原因而进一步降低润滑剂输送量，其中应当同时使磨损最小化。
作为用于润滑工作面的润滑系统，已知存在完全不同的解决方案，既有涉及润滑装置本身的具体实施方式，也有涉及用于润滑的方法。因此，公开了通过沿圆周方向安置在气缸壁中的多个润滑剂开口将润滑油涂覆到运行经过润滑剂开口的活塞上的润滑装置，其中通过活塞环使润滑剂既沿圆周方向又沿轴向方向得到分配。这种方法中的润滑剂不是大面积地被涂覆到气缸壁的工作面上的，而是从总体上来看是或多或少地点状地在活塞环之间被涂覆到活塞的侧表面上的。
在此，还公开了其他方法。因此例如在WO 00/28194中提出了一种润滑系统，其中在高压下借助安置在气缸壁中的雾化喷嘴以基本上与气缸壁相切的方式将润滑油喷入位于燃烧室中的吹洗空气中，其中使润滑油雾化成小颗粒。由此，经雾化的润滑油细微地分布在吹洗空气中并且通过吹洗空气以及通过因此细微地分布在该吹洗空气中的润滑油颗粒所承载的旋转的离心力而对着气缸壁的工作面离心旋转。
在另一种方法中，在运动的活塞中优选安置多个润滑剂喷嘴，以使得能够基本上在工作面的整个高度范围内将润滑剂涂覆到任意位置上。
在此，除了诸如将润滑剂涂覆到气缸壁的工作面上的方式之外，定量以及将润滑剂引入内燃机的气缸的时刻也是要点。
在往复活塞式内燃机的工作中，每单位时间和单位面积要被涂覆到工作面上的润滑剂的量可以取决于许多不同的参数。例如，所使用的动力燃料的化学成分，尤其是该动力燃料的硫含量起着重要的作用。除了对气缸的润滑，即降低活塞与气缸工作面之间的摩擦，更准确地说降低活塞环与气缸壁的工作面之间的摩擦之外，润滑剂还用于中和侵蚀性的酸，尤其是中和在燃烧过程中在发动机的燃烧室中产生的含硫的酸。因此，可以根据所使用的动力燃料来使用不同种类的润滑剂，这些润滑剂还在其中和能力方面有所区分，润滑剂的所谓的BN值是用于该中和能力的度量。因此可以有利的是，在燃料中硫含量较高的情况下使用比在具有较低硫含量的燃料情况下所使用的润滑剂具有更高BN值的润滑剂，因为具有较高BN值的润滑剂具有更强的对酸的中和作用。
然而，通常还可能必须为不同质量的动力燃料使用相同的润滑剂种类。在这种情形中，可以例如通过相应地增大或减小所使用的润滑剂的量来补偿燃烧产物中较高或较低的酸含量。
在要被涂覆的润滑剂量的定量方面的另一问题在于润滑剂膜的状态的时间和/或位置波动，尤其是在往复活塞式内燃机的工作状态中润滑剂膜的厚度的时间和/或位置波动。
当然，所必需的润滑剂的量还可以例如更多地取决于极其不同的工作参数，例如转速、燃烧温度、发动机温度、用于冷却发动机的冷却功率、负载以及许多其他工作参数。因此可以可行的是，与相同转速和较低负载的情况相比，在给定转速和较高负载的情况下必须将不同量的润滑剂涂覆到气缸的工作面上。
此外，内燃机本身的状态也可以对润滑剂量产生影响。因此例如公知的是，根据气缸工作面、活塞环、活塞等的磨损状态，要被使用的润滑剂量可以显著变化。因此，为了使工作配偶(Gegenlaufpartner)(即，例如活塞环、活塞环槽和工作面)能够摩擦并且最佳地彼此调节，在具有新的尚未跑合的气缸工作面的气缸中和/或在新的活塞环中绝对希望在磨合期中获得一定程度上增大的摩擦。这还可以通过如下方式来实现，即在气缸的磨合期中全部以不同于已工作了相当大的工作小时数的气缸的另一润滑剂量来工作。因此在具有多个气缸的机器中通常可尤其单独地为每个气缸调节润滑剂量。
一般而言，根据所完成的工作小时数，气缸工作面既在圆周方向上又在纵向上不同地磨损。这类似地例如还适用于活塞环和活塞本身。
因此，不仅必须根据所完成的工作小时数来调节往复活塞式内燃机中的润滑剂量，而且还应当根据要求在同一个气缸内在气缸壁的工作面的不同位置上取决于时间并且位置不同地定量润滑剂量。
因此，长期以来已知的是，在气缸的工作面中或者在运动的活塞中在不同的区域内设置润滑剂喷嘴，这些喷嘴优选全部是可以单独控制的，以使得润滑剂量可以根据要求既在时间上又在位置上灵活变化。
为了确定在某一特定时刻由确定的润滑剂喷嘴引入的润滑剂的量，已知有多种不同方法。在简单的情形中，可以在考虑所使用的动力燃料和润滑剂本身的情况下，简单地根据往复活塞式内燃机的工作状态来控制润滑剂量，例如作为负载或转速的函数，其中根据已完成的工作小时还可考虑工作配偶的磨损状态。
在此情况下，还完全公开了用于调整润滑剂量的不同方法。因此，例如在CH 613 495中公开了一种用于往复活塞式内燃机的气缸装置，该气缸装置在工作期间借助温度和振动传感器来检测活塞环的不正常的摩擦状态以保护活塞环不被侵蚀，并且在出现此类故障时增大从确定的润滑位置输出的润滑油量。EP 0 652 426示出了一种方法，其中通过循环地测量气缸壁中的温度并根据表示此温度的特性的温度变化来识别刮伤或磨损侵蚀的出现并且通过自动的功率下降和/或通过增大润滑剂供应来抑制相应的损害。另一种用于及早识别内燃机的关键工作状态的已知方法是在EP 1 006 271中表明的超声波方法，其中借助布置在气缸中的超声波换能器将超声波信号加载给工作配偶并且使用用于确定工作配偶的状态的反射的回应信号。
然而，所有上述装置和方法的共同点在于，仅可以不够准确地或者甚至不能定位出现磨损现象例如活塞环的初期的侵蚀或者气缸壁的工作面中常见的刮伤的地方。也就是说，利用这些公知的方法和装置虽然在原则上可确定往复活塞式内燃机的不正常工作状态的出现，但是不能在出现的地方消除其原因，因为利用这些公知的方法和装置不能以所需的空间分辨率来检测在气缸中出现的地方。最后还意味着，至多在非常靠近可能存在的传感器处，例如在以上提到的超声波传感器的附近可以可靠地确定润滑剂膜的厚度。与之相对的是，润滑剂膜的在其整个基于气缸壁工作面的延伸分布中的状态是不可控制的。
如果例如在上述公知装置的一个中检测到在某个确定的气缸中出现了活塞侵蚀或者刮伤，那么为该气缸如此长时间地增大润滑剂量，直至所检测到的不正常的工作状态再次消失，并且可以再次减少每单位时间送入该气缸的润滑剂量。
因此，本领域技术人员将所谓的流体动力学润滑的区域与缺少润滑和混合润滑的状况区分开来。流体动力学润滑指的是，在工作配偶之间即例如气缸壁的工作面与活塞的活塞环之间形成如此厚的润滑剂膜，以使得通过该润滑剂膜可以使这些工作配偶的表面彼此分离，从而不会相互接触。所谓的混合摩擦或混合润滑的状况描绘了另一种极限情形。在混合摩擦的情形中，工作配偶之间的润滑剂膜至少部分地如此之薄，以使得工作配偶直接相互接触。在此情形中，存在刮伤并且最后形成活塞侵蚀的风险。在这两种极限情形之间的是所谓的缺少润滑。在缺少润滑状况中，润滑剂膜刚好还如此之厚，以使得工作配偶不再相互接触；但是工作配偶之间的润滑剂量不足以能够形成流体动力学润滑。以前，尽可能既避免混合润滑的状况又避免缺少润滑的状况。也就是说，曾经如此优选地选择润滑剂膜的厚度，以使得在工作配偶之间出现流体动力学润滑的状况。
在流体动力学润滑区域中的操作当然相应地导致高的润滑剂消耗。这一方面不仅是极其不经济的，而且还令人惊讶地表明不仅润滑剂量而且润滑剂过剩都可以导致气缸中工作配偶的损坏。
这个问题首次成功地通过如下方法得以解决：在工作状态中借助传感器来确定表示润滑剂膜特性的特征量，并且在分析了传感器信号之后借助调节单元优选局部地通过对润滑剂供应的相应定量来优化气缸工作面上的润滑剂膜的状态参数，尤其是润滑剂膜的厚度。相应的装置和附属的方法已由本案的申请人在EP 1 505 270A1中详细地进行了说明。
尽管通过此创造性的方法最优地解决了确定必须要供应到气缸工作面的确定位置的润滑剂的所需要的量这个问题，但是迄今为止始终存在确定将润滑剂喷入气缸的最佳时刻的难题。
在此，该最佳时刻可取决于许多参数，尤其取决于不同的工作状态，内燃机就工作在这些不同的工作状态之下。在此可以起作用的参数中的许多参数是与正确的润滑剂膜厚度相关的并且已在开头部分被列举了出来。正确的时刻当然首先与上述不同的润滑方法有关。因此，喷入润滑剂的时刻当然敏感地取决于润滑剂是否例如应当被供应到吹洗空气中还是例如应当直接喷到运动经过的活塞上，例如喷入活塞的活塞环组。
显然，润滑油喷入的时刻因此还取决于静态的和动态的几何参数，尤其还取决于活塞的在UT与OT之间相对于润滑剂喷嘴的位置。也就是说，为了确保气缸中最优的润滑剂喷入，必须尽可能准确地知道该位置即活塞的在润滑剂喷入时刻关于气缸的纵轴的位置X。
迄今，每个活塞的在气缸中UT与OT之间的位置是通过如下方法来确定的：根据不同方法从唯一的中央的曲柄转角测量中为发动机的所有活塞确定内燃机的当前曲柄转角。例如通过直接与用于润滑剂泵的轴相联接的链条传动装置。
一般而言，迄今是在工作状态中测量内燃机的当前曲柄转角，并且从该中央的曲柄转角测量中计算出所有活塞在气缸中的位置。随后，通过气缸中的活塞的从所测得的曲柄转角中计算出的位置X来计算在相关气缸中进行润滑剂喷入的时刻。
然而，这一迄今所使用的方法具决定性的缺点：气缸中的活塞的如此计算出的位置具有较大的误差，该误差尤其在特定的工作条件下，例如在全负载下、在高转速或全转速或其他极端工作条件情况下根本是无法容忍的。
即使在普通的工作条件下，这些导致润滑剂恰好不在最佳时刻被引入气缸的误差可以导致过早的磨损、缩短的维修间隔期并且因此导致较高的成本，在最坏的情形中导致气缸组件的严重损坏。
此外，这一有缺陷的位置确定的原因在于发动机的弹性及其运动或不运动的部分以及曲轴的强烈振动和扭转运动。
这尤其导致在确定位置上或在发动机的部件上测得的曲柄转角不能准确地以明确的方式与确定得出的活塞在气缸中的实际位置相关联，而是至多以包含不可校准的误差并且根据情况(例如取决于发动机的负载或转速或内燃机的其它工作参数)可绝对为更大曲柄角度数的精度的方式与确定得出的活塞在气缸中的实际位置相关联。于是，可能在完全错误的时刻喷入润滑剂。在最坏的情形中，该润滑剂根本不能用于润滑，因为该润滑剂例如在压缩冲程中未被喷射到活塞壁上而是在活塞的下面并且因此至少在活塞的这个冲程中根本不对润滑起作用。
更加剧这个问题的事实在于，关于通常但并非必须具有许多气缸例如优选串联布置的多于6、8、10、12、14个气缸的内燃机中的每个气缸的误差是另一种误差，因为根据气缸所处的曲轴的部分或位置，以上提到的振动、扭转或其他振幅可能具有其他频谱并且因此具有其他作用。
此外，为了对发动机进行细小的调节或者对压缩进行细小的调节，在每个气缸中分别例如借助特定的垫圈或距离保持装置来调整活塞的上死点OT，即在合适的位置处在活塞、活塞杆、十字头、或活塞的其他固定元件的固定处分别为每个气缸设置所谓的“压缩垫片(compression shims)”。这导致即使活塞在气缸中的位置准确地与在确定位置处所测得的曲柄角度相关联，也不能准确地计算出活塞在气缸中的位置，因为由于借助压缩垫片对各个活塞的不同调整，理应使用另一本身通常未知的校正因子来执行每个活塞的位置的计算。
然而，因为这些校准因子如所述的那样是未知的，所以在迄今所执行的对活塞在气缸中的位置的计算中，误差通常进一步放大。
但是，这些问题不仅与对润滑剂喷入的调节有关，而且其他装置或在往复活塞式内燃机工作时所经历的过程必须或能够有利地根据活塞在气缸中的位置来得到调节或控制和/或调整。例子包括动力燃料喷入气缸的时刻和/或持续时间和/或强度或数量、排气阀的触发和/或调整、引入用于起动往复活塞式内燃机的起动空气的时刻和/或持续时间和/或强度或数量、或者对亦被称为振动平衡器的减振器的控制和/或调整。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提出一种改进的往复活塞式内燃机、尤其是一种改进的润滑装置以及一种用于运行往复活塞式内燃机尤其用于润滑往复活塞式内燃机的气缸的工作面的方法，通过它们防止了之前所描述的问题并且通过它们的使用在往复活塞式内燃机的运行中实现了对不同组件的改进的控制和/或调整并且尤其可以确定将润滑油引入气缸的最佳时刻。
本发明的在装置和方法技术方面解决这些任务的主题的特征在于各个类别的独立权利要求的特征。
相应的从属权利要求涉及本发明的特别有利的实施方式。
因此，本发明涉及一种用于具有气缸的往复活塞式内燃机的、尤其用于运转较慢的二冲程大型柴油发动机的检测装置，在该气缸中活塞被布置成可沿着工作面在下死点与上死点之间进行往复运动，其中在该气缸的气缸壁中如此设置润滑剂喷嘴，以使得在工作状态中可借助该润滑剂喷嘴将润滑剂引入气缸，其中所述润滑剂喷嘴由定量装置供给润滑剂。根据本发明，检测装置包括具有触发单元的传感器装置，其中该触发单元与定量装置以及在工作状态中在测量技术上与气缸的内部空间处于通信连接的位置传感器以如下方式信号连接，即，在工作状态中可借助该位置传感器来有关于气缸的轴向地检测活塞的位置并且可根据活塞的位置来控制并且/或者调整往复活塞式内燃机。
在一个特定的实施例中，本发明涉及一种用于润滑往复活塞式内燃机尤其运转较慢的二冲程大型柴油发动机的气缸的气缸壁的工作面的润滑装置。在气缸中，活塞被布置成能够沿着工作面在下死点与上死点之间进行往复运动，其中在气缸壁中如此设置由定量装置来得到润滑剂供应的润滑剂喷嘴，以使得在工作状态中可借助该润滑剂喷嘴将润滑剂引入气缸。根据本发明，设置具有触发单元的传感器装置，其中该触发单元与定量装置以及在工作状态中在测量技术上与气缸的内部空间处于通信连接的位置传感器以如下方式信号连接，即，在工作状态中能够借助该位置传感器来有关于气缸的轴向地检测活塞的位置。在此，可根据活塞的所检测出的位置通过润滑剂喷嘴将润滑剂引入气缸。
通过本发明首次可以独立于内燃机的曲柄角度来直接确定或测量活塞在气缸中的轴向位置。因此，例如首次可以最佳地确定将润滑剂引入气缸的时刻或时间间隔。
而且，其他装置或在往复活塞式内燃机工作时经历的过程也可以通过本发明有利地根据准确的即活塞在气缸中的实际位置来调节或者说控制和/或调整。例子包括动力燃料喷入气缸的时刻和/或持续时间和/或强度或数量、排气阀的触发或调整、引入用于起动往复活塞式内燃机的起动空气的时刻和/或持续时间和/或强度或数量、针对性地从内燃机的气缸除去燃烧气体、润滑油或其他材料、或者例如对亦被称为振动平衡器的减振器的控制和/或调整。
减振器以众所周知的方式在与内部马达动力相反的确定方向上产生确定的力。该减振器因此必须以与该发动机动力同步的方式，即以与曲轴同步的方式工作。如果该减振器不是直接由曲轴驱动的，那么驱动单元即减振器的马达必然从例如是二冲程大型柴油发动机的往复活塞式内燃机获得使该减振器与该马达同步的脉冲。为此，可有利地使用例如根据本发明所检测出的实际的活塞位置。
通过根据本发明籍由直接测量而不是间接地籍由对曲柄角度的测量来确定活塞的位置，根据本发明所确定的活塞在气缸中的位置不再通过由于发动机的弹性、动态的振动运动和扭转运动或者由于借助压缩垫片对压缩的细小调整或其他误差影响所造成的上述误差而失真。
同样，不同的静态或动态工作参数实际上完全不可能成为误差源，因为活塞的位置是直接测量出来的，而不是从对曲柄角度的测量中间接地通过数学方式推导出来的。
如果发动机例如是在相同的转速情况下在两个不同的负载条件下工作的，那么这在由现有技术公开的计算方法中不可避免地导致在第一负载条件下并且在另一种第二负载条件下从相同的所测出的曲柄角度中也计算出确定的活塞在气缸中的相同位置。
然而，该计算结果通常是错误的，因为就两个不同的负载条件而言，同样在相同的转速情况下，发动机的动态振动特性和扭转特性是不同的。这导致同一个活塞在相同的转速和相同的所测出的曲柄角度情况下实际上在气缸中占据下死点UT与上死点OT之间的另一位置，由现有技术公开的方法在原则上可能并未对此予以考虑。
利用根据本发明的方法首次使之成为可能，因为该方法直接测量活塞的位置，而不是从曲柄角度的测出值中确定活塞的位置，该测出值是非常差的并且带有大误差地与活塞在气缸中的实际位置相关联。
在根据本发明的检测装置的一个特定的实施例中，位置传感器被布置在气缸壁的区域中，其中优选但并非必须地为往复活塞式内燃机的同一个气缸设置至少两个关于气缸的轴向偏置的位置传感器。
通过在同一个气缸中设置至少两个，可能甚至三个、四个或更多个位置传感器，可以在需要时显著提高关于确定相应活塞的准确位置的测量精度。
在此，如前所述，可以为往复活塞式内燃机的同一个气缸设置至少两个或更多个关于气缸的轴向偏置的位置传感器。在此，作为替代方案或附加方案，还可以为往复活塞式内燃机的同一个气缸设置至少两个或更多个关于气缸的轴向不偏置的位置传感器。也就是说，还可以在气缸壁中沿圆周方向将两个或更多个传感器放置在相同的轴向位置上，由此同样可以提高测量精度。
通常，为了可在每个气缸中分别确定活塞的准确位置，为往复活塞式内燃机的每个气缸设置至少一个位置传感器。
在一个对于实际至关重要的实施例中，至少一个位置传感器在气缸壁的区域中关于气缸的轴向布置在基本上与润滑剂喷嘴相同的高度上。由此特别地使得活塞的位置确定在时间上极大地与润滑剂的喷入时刻相关联。这尤其在应当将润滑剂例如直接喷射到运动经过的活塞壁上，例如直接喷入活塞的活塞环组时是有利的，而且并非仅限于此。通过活塞位置的测量时刻与从该测量时刻推导出的润滑剂的喷入时刻挨得非常接近，可以确保特别精确的喷入。
不言而喻的是，在特定的情形中或者对于特定的应用或根据例如将润滑剂引入气缸的方法，位置传感器还可以例如在气缸中被布置在活塞的上死点的上方，例如在上死点上方的气缸壁中，但或者也可以被布置在气缸盖中或气缸盖的区域中。这可以尤其在如下情况下是有利的，即位置传感器是测量压力或时间上的压力曲线以确定活塞在气缸中的位置的压力传感器。
不言而喻的是，作为位置传感器，还可以在气缸中的其他位置处例如在润滑剂喷嘴的区域中有利地设置作为位置传感器的压力传感器。如果将压力传感器用作位置传感器，那么从测量出的气缸中的压力和/或从气缸中的压力的时间变化来确定活塞的位置，其中优选但并非必须地使用检索表，在该检索表中为不同的机器或工作状态存储了专门的参数，随后可从这些参数中并根据用位置传感器所确定的压力数据来确定活塞在气缸中的轴向位置并且因此确定用于借助润滑剂喷嘴来喷入润滑剂的准确时刻。不言而喻的是，检索表的以下所描述的使用并不限于压力传感器的使用，而是可以有利地与以下还要进一步讨论的其他类型的位置传感器相结合。
在此优选的是，根据往复活塞式内燃机的各种工作参数，尤其根据转速和/或负载和/或气缸温度和/或其他工作参数并且/或者根据燃料和/或润滑剂和/或其他工作材料的成分，借助可以多维数据域的形式存在的检索表来确定将润滑剂引入气缸的时刻或时间间隔并且借助润滑剂喷嘴来优化将润滑剂引入气缸的时刻或时间间隔。
在例如作为数据库被载入可以是触发单元的一部分的数据处理设备的检索表中，存储了重要的、关于润滑油喷入的数据，该数据与确定最佳的润滑油喷入的时间相关。特别用基本上对于往复活塞式内燃机而言已知的合适装置来附加地确定当前的工作参数，例如转速和/或负载和/或气缸温度和/或燃烧室中的温度和/或其他当前工作参数，随后从这些工作参数中并且与存储在检索表中的数据以及位置传感器的测量一起来为每个工作状态确定润滑剂喷入的时刻的或时间间隔的额定值。
此外，由于所使用的工作材料及其特性例如所使用的动力燃料尤其该动力燃料的硫含量和/或所使用的润滑剂的种类和/或润滑剂的BN值也可以对润滑剂喷入的最佳时刻或最佳持续时间起重要的作用，因而所使用的工作材料及其特性也可以有利地被用于确定该额定值并且在必要时或有利地在运行中通过合适的测量装置来持续监控。
不言而喻的是，以上提及的对往复活塞式内燃机的工作状态的、可有利地用于确定润滑剂喷入的时刻或时间间隔的额定值的参数和/或数据的列举不是穷尽的，而是还可以包括其他与额定值的确定相关的参数和数据。
不言而喻的是，原则上每个传感器可有利地被用作位置传感器，利用该位置传感器可以足够的精度来确定活塞在气缸中的位置。因此，位置传感器可以是电气的位置传感器。例如本身公知的电容式传感器或电感式传感器，利用该传感器，在活塞接近或通过该传感器时，电容式传感器的电容或者电感式传感器的电感发生变化，以使得可以从中确定活塞的位置并且因此确定用于引入润滑油的时刻。
其他类型的传感器也是可以的，例如主动或被动超声波传感器，或者例如将压电效应用于测量的固体载声传感器或者光学传感器或者每种其他的合适的传感器，利用该传感器可合适地确定活塞在气缸中的位置，尤其可将活塞在气缸中的位置确定为时间的函数。
显然，在同一个气缸中根据要求，例如根据对关于确定润滑油喷入的时间或时间间隔的精度的要求，还可设置不同传感器类型的各种组合，利用该组合可特别有利地确定活塞在气缸中的位置或者活塞在气缸中的位置的时间变化。
在本申请的范围内非常详细地描述了将润滑油引入气缸，即便如此，本发明不单单是涉及润滑油的引入，而是在特定的实施例中当然可借助根据本发明的检测装置根据活塞的检测出的位置来控制并且/或者调整例如燃料到气缸的喷入和/或气缸的排气阀的触发和/或起动空气到气缸的引入和/或往复活塞式内燃机的减振器。
此外，本发明涉及一种用于运行具有气缸的往复活塞式内燃机尤其运转较慢的二冲程大型柴油发动机的方法，在该气缸中活塞被布置成可沿着工作面在下死点与上死点之间进行往复运动，其中在气缸壁中设置由定量装置得到润滑剂供应的润滑剂喷嘴，借助该润滑剂喷嘴将润滑剂引入气缸，其中设置具有传感器装置的检测装置，该传感器装置包括触发单元，其中该触发单元与在测量技术上与气缸的内部空间处于通信连接的位置传感器信号连接，借助该位置传感器来有关于气缸的轴向地检测活塞的位置，并且根据活塞的检测出的位置来控制和/或调整往复活塞式内燃机。
在一个特定的实施例中，本发明涉及一种用于润滑往复活塞式内燃机尤其运转较慢的二冲程柴油发动机的气缸的气缸壁的工作面的方法。在该气缸中活塞被布置成可沿着工作面在下死点与上死点之间进行往复运动，其中在气缸壁中设置由定量装置得到润滑剂供应的润滑剂喷嘴，借助该润滑剂喷嘴将润滑剂引入气缸。根据本发明，设置具有触发单元的传感器装置，其中该触发单元与在测量技术上与气缸的内部空间处于通信连接的位置传感器信号连接。借助该位置传感器来有关于气缸的轴向地检测活塞的位置，并且根据活塞的检测出的位置通过润滑剂喷嘴将润滑剂引入气缸。
在根据本发明的方法的一个特定的实施例中，为往复活塞式内燃机的同一个气缸设置多个位置传感器。
在一个对于实际特别重要的示例中，当活塞沿着轴向运动时，在该活塞经过润滑剂喷嘴之前将润滑剂引入气缸的内部空间。
在另一个对于实际同样重要的方法中，当活塞沿着轴向运动时，在该活塞经过润滑剂喷嘴期间将润滑剂引入气缸的内部空间，其中特别将润滑剂喷到活塞的活塞环组上或喷入其中。
在根据本发明的方法的另一个特定的实施例中，根据活塞的检测出的位置来控制并且/或者调整燃料到气缸的喷入和/或气缸的排气阀的触发和/或起动空气到气缸的引入和/或往复活塞式内燃机的减振器。
如以上已经描述的那样，可有利地在润滑剂喷嘴的高度上检测活塞的关于轴向的位置。
在根据本发明的方法的另一个实施例中，用位置传感器尤其用设置在上死点上方的气缸壁中或气缸盖上的位置传感器来检测活塞在上死点上方的位置，其中该位置传感器优选但并非必须是压力传感器或者主动或被动超声波传感器或者固体载声传感器。
特别如以上已经详细描述的那样，可非常普遍地使用各种合适的位置传感器，尤其是各种合适类型的电气传感器。
此外，本发明还涉及一种具有以上所描述的检测装置的往复活塞式内燃机，该往复活塞式内燃机在工作状态中根据本发明的方法来工作。
附图说明
以下根据示意性的附图来进一步说明本发明。附图中：
图1示出了具有根据本发明的润滑装置的二冲程大型柴油发动机的气缸；
图2示意性地示出了在使用检索表的情况下用于执行本发明的方法的装置；
图2a示出了用于确定润滑剂喷入的时刻或持续时间的额定值的检索表；
图3示出了根据本发明的润滑装置的另一个实施例。
具体实施方式
图1在截面中示意性地示出了具有根据本发明的润滑装置1的二冲程大型柴油发动机的气缸。图1的二冲程大型柴油发动机包括多个气缸4，其中出于清楚明了的原因仅示例性地示出了一个气缸4。气缸4包括气缸壁3，该气缸壁以本身公知的方式在圆周方向上限定气缸4的内部空间43。在气缸4内设置了活塞5，该活塞被布置成可关于气缸4的轴向A沿着气缸壁3的工作面2往复运动。工作面2在图1的特殊示例中被设置在表面层42上，该表面层42例如是通过热喷射被涂覆到气缸壁表面41上的。在气缸壁3中布置至少一个润滑剂喷嘴61，该润滑剂喷嘴61以本身公知的方式由定量装置6供应润滑剂7，以使得在工作状态中可将润滑剂膜涂覆到气缸壁3的工作面2上。
根据本发明设置具有触发单元81的传感器装置8，触发单元81与定量装置6以及在工作状态中在测量技术上与气缸4的内部空间43处于通信连接的位置传感器82进行信号连接，以使得在工作状态中可借助位置传感器82来检测活塞5关于气缸4的轴向A的位置X，并且可根据活塞5的检测出的位置X通过润滑剂喷嘴61将润滑剂7引入气缸3。
在图1的示例中示例性地示出了电气的位置传感器82，在二冲程大型柴油发动机的工作状态中利用该电气的位置传感器82来检测活塞5的位置X。
在此，图1中示例性地仅分别示出了一个润滑剂喷嘴61和一个位置传感器82。不言而喻的是，往复活塞式内燃机的每个气缸4都可分别具有多个相同类型的或不同类型的位置传感器82以及多个润滑剂喷嘴61，它们可以恰当地被设置在气缸壁3中和/或气缸壁3上的不同位置处。
触发单元81在此优选包括此处未明确示出的数据处理设备，利用该数据处理设备可以分析位置传感器82的信号，从而可以控制润滑剂喷嘴61，以使得可在最佳时刻将润滑剂7喷入气缸4。在图1的特定示例中，如此设计和操作润滑装置1，以使得润滑剂被喷到活塞裙上，优选被喷入活塞环组。
图2中示意性地示出了具有两个位置传感器82的、用于执行根据本发明的方法的特别优选的变型实施例，其中借助此处在该特定示例中以多维数据域的形式存在的检索表LT并根据往复活塞式内燃机的不同工作参数B尤其根据转速和/或负载和/或气缸温度以及/或者另一工作参数B并且/或者根据所使用的燃料和/或润滑剂和/或其他工作材料的成分来确定将润滑剂7喷入气缸4的时刻的和/或持续时间的额定值。在此，在往复活塞式内燃机的工作状态中，润滑剂喷入的时刻或持续时间被优化到借助检索表LT所确定的额定值上。
借助位置传感器8来测量例如与活塞5的当前位置X或者与位置X的时间变化相关联的测量值并且所测得的值被供应给尤其包括数据处理设备以及调节装置的触发单元81，其中位置传感器8例如是用于检测来自往复活塞式内燃机的固体声波的被动的固体载声传感器并且当然还可以例如被布置在此处未示出的气缸盖中和/或往复活塞式内燃机的与气缸4相邻的部件中。在此优选的是，如图2中示意性示出的那样，设置用于确定活塞5的位置X的多个在轴向A上彼此偏置的位置传感器82。
如果位置传感器82例如如之前所提及的那样是被动的固体载声传感器82，那么还可以通过确定由位置传感器82检测出的信号的传播时间差和/或在使用信号相关的公知技术的情况下即在研究信号的相应相关函数的情况下来尤其也取决于时间地确定活塞5的位置X。
不言而喻的是，替代固体载声传感器82实际上还可以有利地使用其他类型的位置传感器82。如图3中所描述的那样，特别优选地还使用压力传感器82，利用该压力传感器82可测量气缸4内部的气压或气压的时间依赖性以及压力特征值，这些压力特征值以典型的方式与活塞5在气缸4中的位置X相联系。
当然还可以有利地使用其他类型的传感器，例如在图4的示例中为电感式位置传感器82的电气的位置传感器82。根据所使用的传感器类型，活塞5还可包括诸如磁性标记机构之类的标记机构，以使得位置传感器82更好地识别出活塞5。
附加地还可以设置此处未示出的测量装置，该测量装置确定往复活塞式内燃机的诸如转速、负载或气缸温度之类的不同工作参数B并且在必要时附加地将这些工作参数B提供给触发单元81。
为了确定将润滑剂7喷入气缸4的时刻的和/或持续时间的额定值，可以使用在图2a中以示意性的方式示例性地示出的检索表LT。在此，该检索表LT是二维或多维的数据域，借助该数据域例如从各种相关的当前的和/或往复活塞式内燃机专有的全局工作参数B中和/或根据所使用的工作材料尤其动力燃料或所使用的润滑剂的成分并且/或者在考虑其他相关因素的情况下确定将润滑剂7喷入气缸4的当前时刻和/或持续时间。如此确定的额定值被与活塞5的通过位置传感器82确定的位置X即此处活塞5在气缸4中的实际位置X相联系。随后，借助触发单元81从中生成送到定量装置6处的信号以用于触发润滑剂喷嘴61，从而润滑剂喷嘴61在正确的时刻并以正确的持续时间将润滑剂7引入气缸4。
也就是说，在检索表LT中存储了各种对于确定到气缸4中的最佳的润滑剂引入来说相关的数据。作为附加方案，优选利用对于往复活塞式内燃机而言基本上已知的合适装置来确定诸如转速和/或负载和/或气缸温度和/或燃烧室中的温度之类的当前工作参数B和/或其他的当前工作参数B，随后从这些工作参数B中并随同存储在该检索表LT中的数据一起总是一再重新地为每个工作状态确定到气缸4中的最佳的润滑剂引入的额定值。因为此外尤其所使用的工作材料例如所使用的动力燃料及其特性主要其硫含量和/或所使用的润滑剂和/或润滑剂的BN值本身对于最佳的润滑剂引入也可以起到重要作用，所以还可以有利地将所使用的工作材料及其特性用于确定额定值并且在工作中通过合适的测量装置来持续监控。
图3中示意性地示出了根据本发明的润滑装置的另一个实施例。图3示出了沿着截面线I-I通过根据图2的气缸4的横截面。从图3的图示中可见，在根据图示的下方的位置传感器82的轴向高度上设置了多个润滑剂喷嘴61，在本实施例的情形中在气缸壁3中的共同的轴向位置上设置了四个润滑剂喷嘴61，籍此可优化在圆周方向上的润滑。与图2中的装置的唯一区别在于，位置传感器82是压力传感器82并且为了分析传感器信号并没有使用检索表。
其中不言而喻的是，也可以在轴向上设置彼此偏置的润滑剂喷嘴61并且在一定的情形中也可以在使用检索表的情况下分析压力传感器82的信号。
通过根据本发明的润滑装置以及本发明的方法，不仅显著提高了活塞、活塞环和气缸工作面的使用寿命，而且还同时使润滑剂消耗最小化并且明显延长了维修间隔期。