DK146422B - Induktiv foeler til overvaagning af cylinderforinger, stempler og stempelringe i forbraendingsmotorer - Google Patents

Description

i 146422 1 Opfindelsen angår en induktiv føler til .overvågning af cylinderforinger, stempler og stempelringe i forbrændingsmotorer og af den i krav l’s indledning angivne art.

5

Ved forbrændingsmotorer, navnlig ved store motorer, er det nødvendigt for at sikre en økonomisk drift og for at undgå større skader, at tilstanden af, sliddet på og arbejdet af cylinderforingerne, stemplerne og stempelrin-10 gene bliver løbende overvåget. Kun på den måde er det muligt ved en svigten eller ved et slid af en forudbestemt størrelse rettidigt at udskifte de nødvendige dele, før der opstår en større skade. Blandt forskellige metoder har man allerede i længere tid til overvåg-15 ning af stempelringe kendt anvendelsen af induktive afstandsfølere, der arbejder berøringsløst. Derved får man dog praktiske vanskeligheder ved, at følerne må føres gennem cylindervæggen og som følge af utilstrækkelig afskærmning over for tryk og temperaturpåvirkninger 20 ikke giver tilstrækkelig driftssikkerhed. Dette fører til, at motoren må standses ved opstående defekter, hvorved man ikke kan opnå hovedmålet, nemlig en nedsættelse af ikke planlagte driftsafbrydelser ved en målbestemt overvågning.

25 Sådanne induktive følere har i almindelighed en kerne, en om kernen viklet spole og en metalkappe, og kappen og kernen rager omtrent 2 mm frem over spolen. Til en god beskyttelse af spoler bliver mellemrummet mellem 30 kappen og kernen ofte udstøbt med en kunstharpiksmasse.

Ved indbygningen af en sådan føler i en cylinder opstår der dog store praktiske vanskeligheder, da der i cylinderen hersker dels høje temperaturer, dels høje tryk.

35 Da en berøringsløs afstandsmåling med induktive følere 2 146422 1 sker ved, at kraftliniefluxen mellem hus og kerne uden for føleren ændres, når metalliske stoffer nærmer sig, må man undgå, at der allerede på grund af målehovedet opstår en magnetisk kortslutning og dermed uden for 5 kappen ikke mere findes noget følsomt målefelt. Det betyder, at målehovedafslutningen kun må være magnetisk permeabel i aksial retning, men ikke eller kun lidt magnetisk permeabel i radial retning. Por at opfylde disse betingelser er der allerede blevet foretaget for-10 søg på at beskytte målehovedet ved hjælp af plastik eller anden kunststof, men forsøgene viste hurtigt, at sådanne målehoveder forstyrrede driftsegenskaberne i cylinderen, og at motoren dermed oftere måtte standses.

Et afgørende skridt fremad nåede man ved den erkendel-15 se, at det var muligt at erstatte kunstharpiks eller plastikmasse med et magnetisk ikke ledende metal. Ved anvendelse af metal som fyldning mellem den metalliske kappe og den metalliske kerne kunne man for første gang tænke på at indbygge induktive målegivere direkte 20 i en motorcylinder, uden at påvirke motorens driftssikkerhed.

Fra tysk patentskrift nr. 975 225 og fra tysk fremlæggelsesskrift nr. 1 004 587 kendes der en indretning til 25 induktiv spaltemåling i gas- og dampturbiner, hvilken indretning har en mod maskinens indre visende afslutning af metal, der er væsentlig mere modstandsdygtig end en tidligere anvendt afslutning med en plastikmel-lemring.

30

Denne kendte indretning kræver dog blandt andet en forholdsvis tyndvægget afslutning og er derfor ikke egnet til at føres gennem en cylindervæg og udsættes for slid som en del af denne væg.

35 146422 3 1 Den foreliggende opfindelse tager sigte på at angive en induktiv føler af den ovenfor nævnte art, ved hvilken de nævnte ulemper er' undgået, idet føleren på den ene side er i stand til kontinuerlig at levere måle-5 værdier over tilstande såsom: Slid på cylinderforinger, stempler eller stempelringg, stempelringblokering eller stempelringbrud, og på den anden side ikke har nogen u-heldig indvirkning på motorens driftssikkerhed og desuden er opbygget meget enkelt.

10

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at føleren er udformet som angivet i krav l’s kendetegnende del.

Ved denne udformning opnår man, at man, når man ønsker 15 det, kan udtage og atter indskrue føleren i hylstret, der i forvejen er indskruet i motorcylinderen. Det er således muligt at- udtage føleren uden at standse motoren. Tillige opnår man, idet bunden i hylstret gøres tilstrækkelig tyk, således,at føleren, selv om den ud-20 sættes for sliddet fra måleobjektet, fortsat kan fungere.

Ved udformning af føleren som angivet i krav 2 opnår man en lettelse af fabrikationen.

25

Ved udformning af føleren som angivet i krav 3 kan man på en let måde opfylde de mekaniske krav, der stilles til føleren.

30 Ved at udforme føleren som angivet i krav 4 eller 5> får man nogle i .praksis meget anvendelige følere, der har de nødvendige mekaniske egenskaber.

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til teg-35 ningen, på hvilken 4 146422 1 fig. 1 viser en føler ifølge opfindelsen med ge vind til iskruning i en cylindervæg, fig. 2 viser en føler ifølge opfindelsen med flan-5 ger til fastgøring, fig. 3 viser følerens anbringelse i cylindervæggen, fig. 4 viser et snit i en indbygget føler ifølge 10 opfindelsen, og fig. 5 viser skematisk signaler fra forskellige stempelringe målt med føleren ifølge opfindelsen.

15 I fig. 1 er vist en i to dele udført målegiver ifølge opfindelsen. Den første del består af et hylsterrør 11, 15j 16, hvilket rør er forbundet med en mellemring 17, og mellemrummet omfatter et kernestykke 18 og har en 20 afsats 19. I dette hylster med metalbund bliver en gængs måleføler med kappe 20, kerne 21, spole 3 og tilledninger 5 indsat, og denne indsætning kan ske efter indlejring og efter tilpasning af hylstret i cylindervæggen.

25 På analog måde muliggør den senere indbygning også en udbygning af måleføleren uden at forstyrre driften, dvs. uden at motoren skal standses. Ved en videre udvikling af denne tanke, fig. 2, anvendes et hylster 22, der ligner hylstret i fig. 1 og har fastgørelseshuller 23. I 30 modsætning til fig. 1 omfatter en mellemring 24 her ikke blot et kernestykke, men hele kernen 25, så at hylstret består af hylsterrøret 22 og den en mellemringen 24 og kernen 25 dannede hylsterbund. Dette hylster kan som i det foregående eksempel være indføjet i cylinder-35 væggen, mens føleren uden kerne indføres senere eller også kan udskiftes under motorens drift, idet bunden 5 146422 1 kan have en tykkelse på ea. 5-10 mm, fortrinsvis 7 mm.

Alt efter anvendelsesformålet kan man tænke sig hylsteret 36 fremstillet af et stort antal forskellige materialer, men for de bestemte anvendelsesformål til motorer, har en crom-molybdæn-legering som fx X35Cr!4ol7 5 vist sig velegnet, og en ikke magnetisk ledende nikkellegering af 75? nikkel, 16% Cr og 7% Fe, hvor resten er andre metaller, såsom titan, molybdæn og lignende, kendt under handelsnavnet Inconel 600 vist sig velegnet, idet de mekaniske krav herved fuldt ud kan opfyldes.

10 I de i ansøgningen omtalte udførelsesformer anvendes der derfor disse materialer. Kernen 18 eller 25 består på kendt måde af et egnet ferromagnetisk materiale.

På tegningens fig. 1 og 2 ses desuden tilledninger 5 15 til spolen 3.

Samlingen mellem ringen 17 eller 24 og hylsteret 11 eller 22 er udført ved lodning eller elektronstrålesvejs-ning for at danne en tæt og solid samling.

Det er til visse udføreIsesformer fordelagtigt, at hyl-20 steret, navnlig hylsterbunden, fremstilles af et sintermetal.

Den nedenfor beskrevne induktive føler kan anvendes til måling i cylinderforinger i en forbrændingsmotor, uden at driftssikkerheden af motoren bliver truet, og uden 25 at stilstandstiden for motoren bliver forøget.

Fig. 3 viser en følerposition i cylinderforingen i en motor. Der er vist en induktiv føler 26, som er fastgjort i cylinderforingen 27. I denne foring findes der et stempel 28 med stempelringe 29. Da de øvrige dele 30 ikke er væsentlige for opfindelsen, bliver de ikke nærmere beskrevet her.

6 146422 1 I fig. 4 er vist en del af et stempel 28 og en stempelring 29, der befinder sig i en stempelnot 30, og som lægger sig an mod cylinderens foring 27. Den induktive føler 31 er fastgjort i cylinderforingen 27 og i cylin-5 derblokken 32, og mellem de to dele findes der et kølevandsrum 33. Por at beskytte føleren mod kølevand findes der et beskyttelsesrør 34 og en aftætning ved hjælp af to O-ringe 35- Hylstret 36 indlejres først tæt og drejningssikkert i cylinderforingen 27, og bunden 37 10 på hylstret bearbejdes således, at overfladen flugter med cylinderboringen. Derved vælges positionen af hylstret i cylinderen, som det fremgår af fig. 3, således, at samtlige stempelringe, der skal overvåges, i stemplets øverste position ligger over føleren, og at rin-15 gene ved stemplets nedadbevægelse passerer forbi det nævnte sted. Hylsteropbygningen svarer omtrent til den i fig. 1, med anvendelse af de ovenfor nævnte materialer. Efter fastgørelse og sikring af hylstret indføres beskyttelsesrøret 34 i kølevandsområdet, og føleren 38 20 indføres i hylstret 36 og fikseres med en fjeder 39 og en spændeskrue 40 i cylinderblokken 32. I dette tilfælde er tilledningerne 5 anbragt i en metalslange 41. Af den foranstående beskrivelse vil det fremgå, at føleren 38 i tilfælde af behov uden videre kan udskiftes, idet 25 styrken og tætheden af hylstret 36 sikrer en uindskrænket funktion af cylinderen og dermed af motoren. Med de materialer, der er valgt til en forstyrrelsesfri motordrift, kan en vis magnetisk restledeevne af hylsterbunden i radial retning ikke undgås, men der kan 30 dog f.eks. med en vægtykkelse på 7 mm af hylsterbunden fås signaler mellem 2 og 10 volt ved forstærkerens udgang, når føleren fødes med en bærefrekvens på 8 kHz. Bearbejdningen af signalerne sker på i og for sig kendt måde.

35

Ved målingen går man ud fra den kendsgerning, at stem- 7 146422 1 pelringene som følge af deres mekaniske forspænding glider forbi følerhylstret med en afstand nul. Ved et forhåndenværende stempelspillerum opstår der ved hvert stempelslag et dynamisk signal, der afbilder alle stem-5 pelringe. Ved en drejningsbevægelse af ringene under driften vil ringlåsen med visse tidsmellemrum befinde sig foran føleren, hvorved der i stedet for et ringsignal fås et negativt, mere bredt notsignal. Hermed er en overvågning af drejningsbevægelsen og dermed af rin-j_0 gens frihed sikret. Ved brud påen ring er forspændingen ophævet, og. det pågældende signal er derfor variabelt indtil nul. Ved stærkt slid på en cylindervæg og et stempel vokser det ellers normale ringsignal i amplitude, da spalten mellem stemplet og cylindervæggen samt ^5 hylsterbunden er forøget. Belægningen af stempelringene med metaller, såsom krom eller kobber eller med keramik har en tydelig indflydelse på højden af ringsignalet. Således viser f.eks. forkromede ringe med tiltagende kromlagtykkelse stadig mindre signaler, mens 20 kobber forårsager et negativt signal. Keramik selv kan ikke måles, men derimod giver en ring, der er belagt med keramik, et signal, der svarer til den metalflade, der findes under keramikken.

25 De ovenfor skildrede forhold er vist skematisk i fig. 5. Nullinien i denne figur svarer til aåstanden mellem hylsterbunden og stempelbunden. Det første ringsignal,A, er frembragt af en forkromet (0,4 mm), det andet, B, af en keramikbelagt, og det tredie, C, af en normal grå-30 godsstøbering. Det næste negative signal, D, viser en ringlås, derefter følger igen en ikke belagt grågods-støbering, E. Det sidste signal, F, er endelig dannet af en kobberbelagt ring og er meget tydelig negativt, selv om ringens overflade berører hylsterbunden.

55

Claims (4)

146422

1. Induktiv føler til overvågning af cylinderforinger, stempler og stempelringe i forbrændingsmotorer, hvil- 5 ken føler er indsat i motorens cylindervæg (27, 32) med en i den mod cylinderen vendende ende anbragt aflukning (37) af metaldele med forskellige magnetiske egenskaber, ved hjælp af hvilken føler en afstand mellem følerens overflade og måleobjektet kan måles, k e n - 10 detegnet ved, at aflukningen danner fast bund (37) i et hylster (11, 22, 36), der er indsat i motorens cylindervæg (27), og at denne bund består af en ring (17, 24) af ikke magnetisk ledende materiale, og af enden af en med denne ring fast forbundet kerne 15 (iB, 25) i føleren, og at bunden (37) har en sådan tykkelse, at den kan indlejres i cylindervæggen (27) og udsættes for samme slid som den øvrige eylindervæg, og at føleren (3) uden kerne er indrettet til at skrues ind i hylsteret. 20

1 PATENTKRAV

2. Induktiv føler ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ringen (17, 24) er fremstillet af sintermetal.

3. Induktiv føler ifølge krav 1, kendeteg net ved, at hylsteret (36) er fremstillet af en crom-molybdæn-legering, fx X35CrMol7 og ringen (17, 24) er fremstillet af en nikkel-legering af 75% nikkel, l6% Cr og 7% Fe, hvor resten er andre metaller. 30

4. Induktiv føler ifølge krav 1, kendetegnet v e d , at ringens (17, 24) åbning er indsnævret (19) i den mod spolen (3) vendende side.