(57)【要約】      （修正有）【課題】上死点位置の測定値に基づいてエンジンの設計及びエンジンの調節状態を向上させる。【解決手段】ピストン５の位置が電動センサ１によって測定される、ピストンエンジン内の上死点位置を決定し且つ調節する装置である。センサ１は、渦電流センサである。シリンダ部分をクランクケース部分に対し横方向への摺動動作通じて変位させることにより燃焼室の容積が調節される。【選択図】図３
2010156346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダ部分（１８）をクランクケース部分（１９）に対し変位させる装置（２０；２４）を備え、これにより、シリンダ部分（１８）が横方向への摺動動作を通じてクランクケース部分（１９）に対し変位される、ピストンエンジンの燃焼室の容積及び燃焼室内の圧縮状態を調節する装置において、少なくとも２つのシリンダを備え、該装置が、シリンダ部分（１８）を各シリンダに対し個々に変位させる手段（２９；２８）を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１による装置において、シリンダ部分を各シリンダに対し個々に変位させる手段（２９；２８）が、シリンダ部分（１８）とシリンダ部分（１８）の変位を個々に予め設定する装置（２０；２４）との間に設けられた取り外し可能な距離要素を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２による装置において、前記装置（２０）が、ピストン／シリンダ装置を備え、シリンダ部分（１８）を個々に変位させる手段（２９）が座金（２９）を備えることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１又は２による装置において、前記装置（２４）が、偏心状に配置されたロッドを備え、ロッド（２４）が、各シリンダの変位を個々に調節し得るように各シリンダ用に設けられた別個のリング又はベアリングを備えることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つの項による装置において、シリンダ部分及びフランクケース部分の摺動面と水平面との間に、好ましくは、−１５°乃至１５°の傾動角度が存在することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つの項による装置において、シリンダ部分（１８）が、シリンダ部分（１８）とクランクケース部分（１９）との間の共通の摺動面に沿った動作を通じてクランクケース部分（１９）に対し変位可能であることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つの項による装置において、エンジンが、各々が専用の過電流センサ（１）が設けられた少なくとも２つのシリンダを備えることを特徴とする装置。      
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの位置が距離を測定することにより測定される、ピストンエンジン内の上死点位置を決定し且つ調節する方法に関する。
【０００２】
本発明は、また、ピストンの位置が電動センサにより測定される、ピストンエンジン内の上死点位置を決定し且つ調節する装置にも関する。
【発明の背景】
【０００３】
先端すきまは、エンジンの設計における最も重要なファクタの１つである。先端すきまが小さければ小さい程、燃料消費量が減少し且ついわゆる駆動ハウスのガスの放出量が少なくなる。このため、エンジン運転中、そして、異なるｒｐｍ、異なる負荷及び温度時に、ピストン先端又はピストンヘッドとシリンダヘッドとの間の距離を決定し且つ制御し得ることが好ましい。
【０００４】
関連する運転状態下にて先端すきまの測定値に基づいて、ＦＥＭのような現在の理論的モデル研究よりも正確な先端すきまを表わす計算モデルを実現することが可能である。
【従来の技術】
【０００５】
米国特許第４，１４７，０５４号には、ピストンエンジン内の上死点位置を決定する方法及び装置が記載されている。この上死点位置の決定は、センサとピストンとの間の距離が測定される、距離の測定に基づくものである。センサは、従来構造の容量型距離測定トランスミッタか又は従来構造の誘導型距離測定トランスミッタの何れかである。
【０００６】
容量型距離測定トランスミッタは、センサと測定表面、すなわちピストンヘッドとの間の空隙内の誘電率の変化に対して極めて敏感である。燃焼ガス中の誘電率は決定することが困難であり、また、燃焼中、変化するから、かかる容量型距離測定トランスミッタにより先端すきまに関する受容可能な値を求めることは困難である。
【０００７】
誘導型距離測定トランスミッタは、鉄のような、強磁性材料の測定にしか適用できないという欠点がある。従って、かかるトランスミッタは、アルミニウム製ピストンの測定には使用できない。また、該トランスミッタは、温度及び圧力に対して敏感であり、燃焼室の環境から保護する必要がある。典型的に２ｍｍ以内である、最も可能性のある測定領域の場合、誘導型センサは、望ましいよりも僅かだけより広いスペースを必要とする。
【０００８】
【発明の目的】
【０００９】
本発明の１つの目的は、従来技術の方法及び装置の欠点を緩和する方法及び装置を提供することである。本発明の方法は、上死点位置の測定値に基づいてエンジンの設計及びエンジンの調節状態を向上させるものである。
【００１０】
該装置は、作動時の信頼性が高く、比較的低廉に製造でき、しかも、取り扱ったり、その先端すきまを決定し且つ制御すべきエンジンに挿入することが容易である。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的は、ピストンヘッドの位置が渦電流センサにより決定されることを特徴とする、最初に記載した方法により実現される。
【００１２】
これにより、ピストンヘッドは、導電性材料から成っており、また、その内部にて、好ましくは、渦電流センサ内のコイルに電流を発生させることにより、渦電流が励起される。これらの渦電流が渦電流センサのコイル内のリアクタンスに対する影響を決定する。
【００１３】
好ましくは、上死点位置の決定は、エンジンの動的運転状態下にて行われるようにする。
本発明の目的は、また、センサが渦電流センサであることを特徴とする、最初に記載した装置によっても実現される。
【００１４】
該装置は、コイルと、該コイルを通じて電流を励起させる手段とを備え、該コイルは、該コイルからの磁界の作用を受ける結果、ピストンヘッド内にて渦電流が励起されるように配置されることが好ましい。
【００１５】
また、該装置は、ピストンヘッド内で励起された渦電流によりリアクタンスが影響を受けるコイルを備えており、また、上死点位置の決定が上記のリアクタンスが渦電流により影響を受ける程度に基づくものである。
【００１６】
好ましくは、ピストンヘッド内で渦電流を励起させるコイル、及び、そのリアクタンスが渦電流により影響を受けるコイルは、渦電流センサの一部分を構成する１つで且つ同一の測定コイルであるようにする。
【００１７】
１つの実施の形態によれば、本発明の装置は、渦電流センサが受ける温度を表示する少なくとも１つの温度インジケータを備えている。該少なくとも１つの温度インジケータは、ホイートストンブリッジ内部の測定コイルに接続された基準コイルを備えることが好ましい。
【００１８】
好ましくは、渦電流センサは、エンジンのシリンダヘッドに形成されたボア内に配置されている。
該ボアは、渦電流センサが取り付けたシリンダヘッド外からボアを介して取り外すことができるように、シリンダヘッドを通って伸びている。これにより、所望であるならば、センサは、容易に取り外し且つプラグと交換することができる。
【００１９】
好ましくは、装置は、渦電流センサにより決定された上死点位置に基づいてエンジン内の圧縮状態に影響を与える手段に接続されるようにする。
１つの実施の形態によれば、エンジンの圧縮状態に影響を与える手段は、そのクランク軸部分に対しエンジンのシリンダ部分を変位させる手段を備えている。
【００２０】
更に、該エンジンは、各々が専用の渦電流センサが設けられた少なくとも２つのシリンダを備え、該装置が、各シリンダに対し個々にエンジンの圧縮状態に影響を与える手段を備えている。
【００２１】
本発明は、また、燃焼室の容積及びピストンエンジンの燃焼室内の燃焼状態を調節する装置であって、エンジンのシリンダ部分がそのクランクケース部分に対し変位可能であることを特徴とする装置にも関するものである。これにより、シリンダ部分は、シリンダ部分とクランクケース部分との間の共通の摺動面に沿ってクランクケース部分に対し変位可能である。好ましくは、シリンダ部分は、第一のフランジを備え、クランクケースは、第一のフランジと係合し得るように配置された相応する第二のフランジを備え、また、該装置は、上記フランジ間の摺動動作を通じてクランクケース部分に対してシリンダ部分を変位させる手段を備えている。シリンダ部分とクランクケース部分との間の変位は、決定された先端すきまに基づき又は決定された先端すきまに基づくアルゴリズムに基づくことが好ましい。
【００２２】
本発明の更なる特徴及び有利な点は、本発明の好ましい実施の形態の以下の詳細な説明及び特許請求の範囲に記載されている。
以下に、添付図面を参照しつつ、一例として、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【発明の詳細な説明】
【００２３】
図１には、本発明による渦電流センサ１の１つの実施の形態が図示されている。該センサ１は、ホイートストンブリッジにおけるように接続された２つのコイル２、３を備えている。これらのコイル２、３には、発振器コイル４から５０ｋＨｚ乃至１０ＭＨｚ、好ましくは、１２５ｋＨｚの高周波数の交流電流が供給される。
【００２４】
下側コイル２は、エンジンシリンダ（図示せず）の内面に接近して配置されており、１つの測定コイルを画成する。上記内面よりも遠方に配置された上側コイル３は、センサ内の温度差及び温度変化を表示する目的のため基準コイルを画成する。測定コイル２による測定値は、温度の変化に伴なって変化するため、本発明の装置は、複数の温度センサを備えることになろう。１つの代替品又は補充品として、装置には、より一定の温度を得るためセンサ１を水冷する手段を設けることができよう。
【００２５】
センサ１は磁界を発生させる。導電性材料で出来たピストンヘッド５は、該ピストンがその上死点位置に達するとき、磁界の作用を受ける。これにより、渦電流がピストンヘッド５内にて励起される。この磁界は、大部分又は略専ら測定コイル２によって発生される。
【００２６】
ピストンヘッド５が鉄磁気材料で出来ているならば、ピストンヘッド５の高透磁性のため、コイル２内の誘導リアクタンスは増大する。ピストンヘッド５が非磁気材料から成るならば、コイル２内の電磁界は、ピストンヘッド５の表面に渦電流を励起させる。ピストンヘッド５内で発生された電磁界は、コイル２の磁界に反作用し、これにより、コイル２内のリアクタンスを変化させる。このリアクタンスの変化程度はコイル２とピストンヘッド５との間の距離に依存する。
【００２７】
ピストンヘッド材料の抵抗及び透磁性は、装置の性能を決定する。アルミニウム、銅、金等のような、非磁気材料は、低抵抗値及び約１の透磁性を有する。その結果、比較的高感度となり、また、測定可能な距離が長くなる。鉄又はニッケルスチールのような材料の高抵抗値及び（又は）透磁性は有効な渦電流の発生に反作用する。このため、ピストンヘッドの最適な材料は、アルミニウムである。
【００２８】
可能な限り最良の結果を得るため、センサ１をエンジンシリンダ内のその作用可能な位置にて使用する前に、ピストンヘッドの材料と同一の材料に対するセンサ１の較正を行うべきである。
【００２９】
センサ１は、燃焼室１１内で出遭う苛酷な状態、特に、運転中のエンジンにて生ずる熱及び圧力の変化に抵抗し得るものでなければならない。このため、センサ１は、エンジンの運転サイクル中のガスの力よりも大きい力にて予ひずみを加える。
【００３０】
図２に示すように、燃焼室１１に最も隣接するセンサの隅部又は端縁は、非導電性材料、この場合、窒化ホウ素で出来たセラミックリングから成る保護遮蔽体７により保護されている。
【００３１】
次に、図２を参照すると、センサ本体１は、スリーブ８に接続されている。センサ本体１及びスリーブ８は、エンジンのシリンダヘッドの外壁９及び同一のシリンダヘッドの内壁１０を貫通して伸びるボア内に挿入された細長い要素を形成する。上記の壁の間には、冷却水用の通路がある。従って、センサは、エンジンの冷却システムにより提供される冷却作用を受ける。ねじ付き停止要素１２がスリーブ８に接続されており、また、該停止要素は、外壁９のボアの内周に設けられたねじ部分１３と係合している。停止要素１２は、駆動装置における垂直方向力を外壁９に伝達する。
【００３２】
図３に図示した１つの実施の形態によれば、セラミックリング７が燃焼室１１内に落下するのを防止する手段１４が設けられている。該手段１４は、その内面から内壁１０内にねじ込まれる。図３には、また、ピストンヘッド５のピット１５も図示されている。ピストンヘッド５の表面構造の相違は、渦電流センサ１が磁界により覆われる全表面の平均値を検知するため、測定精度に影響を与えないことを認識すべきである。
【００３３】
燃料の型式に基づく場合でも、較正及び測定値の調節後、次に、エンジンに特別に合うものとした渦電流センサ１は、エンジン及び各関連する構造部品が物理的に影響を受ける程度、また、異なるｒｐｍ、温度及び負荷にて先端すきまに影響を与える程度を決定するために使用することができる。更に、ピストンの傾動及び滑動、転動等のような、異なる作用並びに油膜の全体的な効果をセンサ１による測定値に基づいて決定することができる。
【００３４】
図４を参照すると、スリーブ８がセンサ本体１を取り巻き、また、該スリーブには、ねじ部分１６が設けられ且つ内壁１０のボア内の相応するねじ部分と係合している、１つの代替的な実施の形態が図示されている。内側スリーブ８´がスリーブ８内に配置されている。該内側スリーブ８´は、センサ１から停止要素１２まで伸びている。該内側スリーブは、外側スリーブ８内で変位可能であり、また、該内側スリーブは、停止要素１２によってセンサに対し予ひずみが加えられている。これにより、センサは、停止要素１２によって予ひずみを加えることができる。外側スリーブ８及び内側スリーブ８´には、ねじ回しのような任意のトルク付与手段によって上記シリンダ外からシリンダのボア外にこれらスリーブをねじ外すことを許容するため溝、突起等（図示せず）の如き係合手段が設けられることが好ましい。取り付け且つ作動させた後、例えば、規則的なエンジンの保守時に先端すきまを点検するため、センサ１及び該センサに接続されたスリーブ８を図５に図示したねじ付きプラグ１７と交換することができる。エンジンを納入する前に、先端すきまを計算するためエンジンの特定の計算システムを較正すべく測定値を使用してもよい。センサは、該センサをシリンダヘッド外から取り外すことができるように配置されている。プラグ１７は、同様な仕方にて、シリンダヘッド外からボア内に挿入することができる。互いに係合しているねじ部分間に任意の型式のねじシールを設けることが好ましい。
【００３５】
図６を参照すると、エンジンの運転中、燃焼室１１内の圧縮状態を調節し又は制御する装置が図示されている。該装置は、モータブロックのシリンダ部分１８をクランクケース部分１９に対して変位させる。これにより、ピストンヘッド５の先端とシリンダヘッドの内面との間の距離は、異なるｒｐｍ、負荷及びエンジン温度時において、可変とし又は全体として一定に保つことができる。
【００３６】
シリンダ部分１８は第一のフランジ２１を備え、クランクケース部分１９は第一のフランジ２１と係合し得るように配置された相応する第二のフランジ２２を備えており、また、該装置は、上記フランジ２１、２２の間の摺動動作を通じてシリンダ部分１８をクランクケース部分１９に対して変位させる手段２０を備えている。
【００３７】
図６の装置において、参照番号２０は、シリンダ部分１８をクランクケース部分１９に対し横方向に変位させる液圧ピストン／シリンダ装置を示す。取り外し可能な距離要素、好ましくは座金２９をピストン／シリンダ装置２０とシリンダ部分１８との間に設け、例えば、シリンダをその他のシリンダに強固に接続する前にシリンダ部分１８の変位を個々に予め設定することができるようにする。ピストン／シリンダ装置の１つの代替例として、同一の主要な仕事及び機能を有するねじ装置を設けることができる。
【００３８】
図７には、偏心状に配置され且つ全体として円筒状である回転ロッド２４を備える、図６の装置の１つの代替的な実施の形態が図示されている。ロッド２４は、それぞれのロッド２４の中心軸に対し変位された軸２５の周りを回転する。１つ又は複数のロッド２４はモータブロック（図７に図示せず）により支持されている。参照番号２６は、第一のフランジ２１のヒール部分又はリボンを示す。
シリンダ部分のシリンダが個々に配置されるとき、ヒール部分とすることが好ましく、また、シリンダが単一体として取り付けられるとき、リボンとすることが好ましい。これらのロッド又はシリンダ２４はそれぞれのヒール部分又はリボン２６と係合しており、転動したとき、シリンダ部分１８をクランクケース部分１９に対し変位させる。
【００３９】
可能であれば、摺動面及びその内部で使用される潤滑油を取り囲む閉システムが得られるようにゴム布のような手段２７を設ける必要がある。
図７には、ロッド２４上に配置されたリング又はベアリング２８も図示されている。リング２８は、ロッド２４とヒール部分／リボン２６との間の摩擦を減少させるような材料で出来ている。
【００４０】
別個のシリンダを有するエンジンは、例えば、基準シリンダに対してシリンダの各々を個々に調節し得るようにシリンダの各々に対する別個のリング又はベアリング２８を備えることができる。
【００４１】
部分２１、２２間の係合状態の可能な断面の設計が図８に図示されており、これにより、部分２１、２２間にて横方向安定性が得られる。
一例として上記に記載したことに関して本明細書及び添付図面により裏付けられた特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱せずに、複数の代替的な実施の形態が当該技術分野の当業者に明らかであることを理解すべきである。
【００４２】
本発明の装置は、個々のピストンの先端すきまを決定する目的のため１つの渦電流センサ１のみを備えることができるが、決定された先端すきまは、その単一のシリンダ又は複数のシリンダエンジンの複数のシリンダに対する先端すきま及び（又は）圧縮状態を調節する基礎として使用することが可能であることを理解すべきである。先端すきま、すなわち、上死点の決定はエンジンの圧縮状態を直ちに制御するための基礎として直接作用し得るように規則的な間隔で行うことができる。しかし、例えば、エンジンの圧縮状態を制御する基礎となるアルゴリズムを更新するため、この決定を全体として不規則的な間隔で行うこともできる。
【００４３】
渦電流センサ１は、常に、使用される燃料、温度及びその他のエンジン特性のような支配的な運転状態に適応可能であるようにする必要がある。このため、多少なりとも規則的な間隔にてセンサを再較正することが必要となる。
【００４４】
図７に図示するように、部分２１、２２の滑動面の間には、水平面に対し、好ましくは、−１５°乃至１５°の傾動角度αが存在することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の１つの実施の形態による渦電流センサの概略図である。
【図２】ピストンの上死点位置を決定する本発明の装置の第一の実施の形態の概略図的な断面図である。
【図３】ピストンの上死点位置を決定する本発明の装置及びピストンの概略図的な断面図である。
【図４】本発明の装置の１つの代替的な実施の形態の概略図的な断面図である。
【図５】本発明の渦電流センサに置換する、シリンダ部分の穴内に挿入される置換プラグの側面図である。
【図６】ピストンエンジン内の圧縮状態を調節する装置の概略図的な断面図である。
【図７】ピストンエンジン内の圧縮状態を調節する装置の１つの代替的な実施の形態の概略図的な断面図である。
【図８】図７の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１】
2010156346.tif 000003
【図２】
2010156346.tif 000004
【図３】
2010156346.tif 000005
【図４】
2010156346.tif 000006
【図５】
2010156346.tif 000007
【図６】
2010156346.tif 000008
【図７】
2010156346.tif 000009
【図８】
2010156346.tif 000010