(57)【要約】  作動機械の作動室の雰囲気を監視するためのシステムを改良するために、前記作動機械の前記作動室（４）内のガスおよび／またはエーロゾルの測定値を求めるための測定装置（２）が開始ポイントとして用いられる。前記測定装置がそれぞれ１つの吸引手段（８）を有し、前記吸引手段は前記作動機械の前記作動室（４）からガスおよび／またはエーロゾル・ガス混合物を吸引してセンサユニット（１６、１７、１８）に供給する。また、前記センサユニット（１６、１７、１８）の動作用の電子モジュールが設けられている。前記吸引手段は、好ましくは加熱部（４２）と冷却部（４４）とを有する対流ポンプ（８）として形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動機械（６）の作動室（４）内のガスおよび／またはエーロゾルの測定値を求めるための少なくとも１つの測定装置（２）を配置することによって前記作動機械の前記作動室、特に内燃機関の作動室内の雰囲気を監視するためのシステムであって、
前記システムは流路（１２；２０）を備え、前記流路は前記作動機械の前記作動室（４）からガスまたはエーロゾル／ガス混合物を吸い込むための吸込み箇所（１２ａ）と、前記作動機械の前記作動室（４）内にガスまたはエーロゾル／ガス混合物を帰還させるための帰還箇所（２０ａ）とで前記作動室と結合されており、測定値を求めるためのセンサユニット（１６；１７；１８）が前記流路の測定領域（２６）内に配置されており、電子デバイスが前記センサユニット（１６；１７；１８）の動作に割り当てられているものにおいて、
前記流路中に対流ポンプ（８）が配置されており、前記対流ポンプ（８）が少なくとも１つの加熱部（４２；５０）および／または冷却部（４４；４６；５０）を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記センサユニットはエーロゾルを分析するための少なくとも１つの光学センサ（１６）を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記システムが加熱部（４２；５０）と冷却部（４４；４６；５０）とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記測定領域（２６）が前記加熱部（４２；５０）と前記冷却部（４４；４６；５０）との間の前記流路中に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記対流ポンプ（８）の前記加熱部（４２）は、ガスまたはエーロゾル／ガス混合物を昇温するために前記センサユニット（１６、１７、１８）の一方の側に電気抵抗素子（４２ａ）または電気誘導素子と熱交換器（４２ｂ）とを備え、前記対流ポンプ（８）の前記冷却部（４４）は、前記センサユニット（１６、１７、１８）の他方の側でガスまたはエーロゾル／ガス混合物を冷却するために、周囲に熱的に接続された受動的熱交換器（４４ａ、４４ｂ）を備えることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記対流ポンプ（８）の前記加熱部（４２）は、ガスまたはエーロゾル／ガス混合物を昇温するために前記センサユニット（１６、１７、１８）の前に電気抵抗素子（４２ａ）または電気誘導素子と熱交換器（４２ｂ）とを備え、前記対流ポンプ（８）の前記冷却部（４６）は、前記センサユニット（１６、１７、１８）の後ろにガスまたはエーロゾル／ガス混合物の冷却部（４６）を備え、前記冷却部は、ペルチェ素子（４６ａ）と、冷却すべきガスまたはエーロゾル／ガス混合物に熱的に接続された熱交換器（４６ｂ）と、周囲に熱的に接続された熱交換器（４６ｃ）とを有することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記対流ポンプ（８）の前記加熱部および前記冷却部がペルチェ素子（５０）と熱交換器（５０ａ、５０ｂ）とによって構成されており、加熱用熱交換器（５０ａ）がガスまたはエーロゾル／ガス混合物の前記センサユニット（１６、１７、１８）の前に配置され、冷却用熱交換器（５０ｂ）が前記センサユニットの後ろに配置されており、前記ペルチェ素子（５０）の一方の側が前記昇温用熱交換器（５０ａ）に連結され、前記ペルチェ素子（５０）の他方の側が前記冷却用熱交換器（５０ｂ）に連結されていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記吸込み箇所（１２ａ）と前記帰還箇所（２０ａ）が隣接していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記流路（１２；２０）は、供給領域と帰還領域とにおいて、２つの同軸に配置される管によって形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記吸込み箇所と前記帰還箇所（１２ａ；２０ａ）が同心円的に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記吸込み箇所が前記帰還箇所の上方または下方に配置されており、前記対流ポンプが冷却素子および加熱素子をそれぞれ備えることを特徴とする請求項１または２のいずれか記載のシステム。
【請求項１２】
前記流路がさらに、油ミストから粗い成分、特に油滴を分離するための分離手段を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記流路中に少なくとも１つの温度センサが配置されており、前記少なくとも１つの温度センサは主に前記流路の前記加熱側に配置されており、前記システムが警報機構を含み、閾温度値が過度になると前記警報機構が警告または警報を発することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記流路の前記加熱側と前記冷却側との間の温度差を監視するために２つの温度センサが設けられていることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記流路の加熱側温度または冷却側温度の温度差によって前記加熱素子および前記冷却素子の出力を制御するための制御機構を特徴とする請求項１３または１４のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動機械用のガスおよび／またはエーロゾルの測定値を求めるための測定装置を備えた請求項１のプリアンブルに係るシステム、そして作動機械内のガスおよび／またはエーロゾルの測定値、特に内燃機関内のエーロゾル濃度の測定値を求める監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の作動室内または動力伝達装置のケーシング内のガスおよびエーロゾル濃度、特に潤滑油ミストを監視することは破損を避けるうえできわめて重要である。つまり油ミスト濃度の急激な上昇は破損、例えば潤滑油膜の裂断を推測させる。その際に発生する摩擦熱の結果として油蒸気が生じ、この油蒸気は作動室内で凝縮して油ミストとなり、こうして油ミスト濃度の急激な上昇をもたらす。そのことから帰結する危険が迅速に検知されるなら、作動機械または作動機械の個々の構成要素の停止等の適宜な対抗措置によって、爆発、それに伴う人員にとっての危険、更なる作動機械の破損は防止することができる。しかし、このような作動雰囲気中の特定ガス成分を別のセンサによって調べることも可能である。
【０００３】
さらに、軸受内の潤滑油膜が裂ける他に、ピストンエンジンのベアリングにおいてピストンとそのシリンダ壁との間に、ピストンリング破損の結果としていわゆる吹き抜けが発生することがあり、これがピストンシリンダユニットの完全損傷（「ピストン焼付」）をもたらす。油ミスト密度の上昇と、それと同時に起きる、高温燃焼ガスに起因する温度上昇から、このような吹き抜けは推測することができる。
【０００４】
油ミスト濃度を測定するための最初のアプローチは特許文献１により公知である。特許文献１では、羽根つきのホイールブロワーによってエーロゾルを作動室から測定コンパートメントを介して吸引し、そこで放射線源と放射線センサとによって反射測定を実行することが提案されている。そこで提案された羽根つきのホイールブロワーは並列に配置された複数のコンパートメントと共に使用することを意図されている。
【０００５】
このような配置の諸欠点は既に特許文献２で示されている。この配置の組立費用、動作費用がかなりであることに加え、ブロワーを吸引用に利用することが不十分であることが判明し、このような解決は避けねばならないことを示している。それに加えて吸引によって汚染空気が配管系を通して吸い込まれ、油袋の態様の油集積物が発生し、配管を閉塞して測定装置の機能を困難または不可能とすることがある。
【０００６】
それに対して特許文献３と特許文献４では、内燃機関の駆動ギアの各作動室用に各作動室の内部にセンサユニットを直接配置し、光学伝送路または電気伝送路を介して、内燃機関の外側に配置された評価ユニットと接続することが提案されている。しかしこのような解決は、油ミストおよび噴霧油の基本濃度が時間とともにセンサを汚染し、そのため誤警報ももたらす欠点と結び付いている。
【０００７】
それに対して既に挙げた特許文献２では、監視すべき各作動室内に、ベンチュリノズルによって吸引するセンサユニットを設けることが提案されている。このような測定装置は機械的可動部品なしに作動し、従って殆ど摩耗しない。しかし、クランクシャフトのクランク運動のみによって生成される空気流が真空吸引ノズルの十分な貫流を引き起こさず、測定装置の有効性が保証されていないことが判明した。特許文献５では、エンジンの全ベンチュリノズルへの供給用に共通する外部圧縮空気供給部を用意し、好適な供給管路で個々の測定箇所に供給することが提案された。しかしこの提案は複雑な供給管路を要する欠点を伴っている。
【０００８】
特許文献６により、内燃機関の駆動室内での油ミスト生成および／または油煙生成を表示すべく、エアジェットポンプと共に測定装置を構成することが基本的に公知であり、この特許公報６では取出し管路をすべて共通集合室に導くことが提案されている。しかしこの場合、複数の測定箇所を備えて破損箇所を突き止めることのできる分化された燃焼室監視は不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０  ０７１  ３９１号明細書
【特許文献２】国際公開第９８／１１３３１号パンフレット
【特許文献３】東独特許出願公開第２３９  ４７４号明細書
【特許文献４】英国特許出願公開第２  １６６  ２３２号明細書
【特許文献５】国際公開第２００７／１４０６４０号パンフレット
【特許文献６】独国特許出願公開第２６  ０８  ３９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、作動機械用のガスおよび／またはエーロゾルの測定値を求めるための上述のタイプの測定装置を備えた改良されたシステムを提案することである。その際、採取されたさまざまな試料が相互に混同されないようにしなければならない。他方で、個々の測定箇所は１つのケーブルのみを有するべきである。さらに、内燃機関の作動室の雰囲気に関して受入れ難い例えば回転ブロワー等の可動部品を使用する必要のないことがきわめて重要と考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、請求項１に係るシステムによって達成される。ここで、本発明の措置は、可動部品なしに、少なくとも内燃機関の雰囲気によって急速に汚染されることのあるプロペラなしに、作動室からの混合ガスおよび／またはエーロゾルの分析が１つの給電ラインのみで達成することができるという結果をまず伴う。
【００１２】
エーロゾルの分析にはふつう光学センサが利用される。単に１つの加熱部または冷却部を有する対流ポンプが基本的に可能である。しかし良好な循環の実行は１つの加熱部と１つの冷却部とで達成される。この場合、加熱部と冷却部との間の流路中に前記センサユニットもしくは複数のセンサユニットが配置されている。
【００１３】
有利な１実施形態において加熱部の加熱素子は例えば従来の抵抗加熱または誘導加熱として構成され、冷却部の冷却素子は周囲に対する受動的熱交換器として構成されている。そのため、装置は周囲温度が十分な温度差を許容するように構成されねばならない。
【００１４】
代替的な１実施形態は、従来の加熱素子と冷却素子としてのペルチェ素子とによって与えられ、ペルチェ素子は冷却のために使用され、ペルチェ素子の‐温かい‐反対側は熱交換器を介して周囲に連結されている。
【００１５】
さらに、センサユニットの一方の側でガスまたはエーロゾル／ガス混合物を加熱し、かつセンサユニットの他方の側で冷却するためのペルチェ素子によって対流ポンプの加熱部と冷却部とを実現することが可能である。
【００１６】
これらの実施形態のすべてにおいて、有利には吸込み箇所と帰還箇所が隣接している。流路は同軸的に配置される２つの管として構成されることができ、その場合、吸込み箇所と帰還箇所は同心円的に配置されている。
【００１７】
１つの加熱部のみ、または１つの冷却部のみが設けられている場合、吸込み箇所は帰還箇所の上方に配置しておくことができ、その場合、対流ポンプが１つの冷却部を含み、または帰還箇所の下方に吸込み箇所を配置しておくことができ、その場合、対流ポンプは１つの加熱部を備えている。
【００１８】
流路の有利な実施形態によって、多くの場合、粗い成分を分離するための分離手段は省くことができる。しかし、そうでなければ、センサの上流にこのような分離手段‐特に油ミストから油滴を分離するためのいわゆるパイプまたはラビリンス‐を設けておくことができる。
【００１９】
流路中に温度センサを配置させることに利点がある。単純な実施形態において温度センサは流路の加熱側に配置されており、システムは温度センサによって測定される温度が過度になるときの警報機構を備える。温度が例えば１５０°であるときシステムは警報を発し、選択的にエンジンが点検される。流路の加熱側と冷却側との間の温度差を監視するために２つの温度センサが設けられているとなお一層有利である。この態様において、流れの尺度、従って監視変量を表す温度差は、十分に流れていることの判定基準として利用することができる。更なる１展開において、温度差、流路の加熱側の温度または冷却側の温度を利用して、加熱素子および冷却素子の出力を制御する制御装置が設けられている。
【００２０】
本発明に応じて使用される前記諸要素、クレームされた諸要素および以下の実施例に述べられる諸要素は、それらの寸法、形状、材料使用およびそれらの技術的デザインの点で特別な例外条件に服しておらず、その結果、各応用分野で知られている選択基準は無制限に利用することができる。
【００２１】
本発明の対象の更なる詳細、利点、特徴は、以下の説明及び対応する図面から明らかとなる。対応する図面には本発明に係る測定装置が例示的に図示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の加熱部と熱を周囲に放出する受動的熱交換器を備えた冷却部とを有する本発明の第１実施形態に係る内燃機関の作動室の測定装置の概略図である。
【図２】図１の測定装置を横から示す斜視図である。
【図３】図１の測定装置の側面図である。
【図４】流路中の熱交換器のフィンを横から示す図１の測定装置の側面断面図である。
【図５】従来の加熱部と、ペルチェ素子および熱交換器を介して熱を周囲に放出する能動的冷却部とを有する測定装置の代替的実施形態の概略図である。
【図６】図５の測定装置を横から示す斜視図である。
【図７】図５の測定装置の側面図である。
【図８】流路中の熱交換器のフィンを横から示す図５の測定装置の側面断面図である。
【図９】加熱部と、流路の加熱側と冷却側の熱交換器の間にペルチェ素子（熱ポンプ）を介して形成される冷却部とを有する、測定装置のさらなる第３実施形態の概略図である。
【図１０】図９の測定装置を横から示す斜視図である。
【図１１】図９の測定装置の側面図である。
【図１２】流路中の熱交換器のフィンを横から示す図９の測定装置の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１〜図４は本発明の第１実施形態に係るシステムの測定装置２を示している。この測定装置はフランジ２２によって作動機械の壁６に、この場合内燃機関の作動室４に、組み込まれている。フランジ２２はガス／エーロゾル混合物用供給管路１２を備え、この混合物は対流ポンプ８のポンプ作用によって作動室４から吸い込まれ、帰還管路２０によって再び作動室４に戻される。
【００２４】
本実施形態において帰還管路２０は供給管路１２の近傍に配置されており、それゆえ、ガス／エーロゾル混合物の吸込み箇所１２ａと帰還箇所２０ａは互いに近傍に位置している。
【００２５】
２つの管路１２、２０は、−吸込み箇所もしくは帰還箇所から見て、−フランジ以降にまず一旦実質水平な領域を有し、次に−曲管の下手で−本来の対流ポンプ領域に移行している。
【００２６】
この対流ポンプ領域は供給管路１２中に抵抗加熱素子４２ａと熱交換器４２ｂとを有する加熱部４２を備え、帰還管路２０中には帰還管路中の熱交換器４４ａと熱を周囲に放出する更なる熱交換器４４ｂとを有する冷却部４４を備える。
【００２７】
抵抗加熱素子４２ａと熱交換器４２ｂとを備えた加熱部４２によって供給領域１２内でガス／エーロゾル混合物は暖められ、それに伴うその膨張によって本来の測定領域２６内へと上昇する。他方で、既に測定されたガス／エーロゾル混合物は、帰還領域において熱交換器４４ａ、４４ｂを有する冷却部４４によって冷却され、そして収縮し、それにより内燃機関の作動室内の帰還箇所に至る上述の流れが強まることになる。
【００２８】
この実施形態は、単一の能動的熱素子、つまり１つの従来の加熱素子しか必要としない点で優れている。この態様において、この実施形態は組立がとても容易であるだけでなく、また大きな労力なしに簡単に作動させることができるだけでなく、特別確実でもある。
【００２９】
本実施形態において、本来の測定領域は一方で透過光測定路を有し、他方で散乱光測定路を有する。透過光測定路は光源１７、つまり発光ダイオードと光学センサ１６とによって実現され、光源１７から伝送される光度が測定される。散乱光路は光源１８と透過光路用にも利用されるセンサ１６とによって実現され、光路中にあるエーロゾルによって散乱された光が測定される。単一のセンサによる透過光と散乱光の測定は時間的に間欠的に行われる。センサ及び光源は、それぞれ、センサもしくは光源の光学的性質に適合された光学窓３０によって測定室に連結されている。
【００３０】
加熱側の温度は、抵抗加熱部の加熱出力を介して冷却側の温度に依存して、加熱側と冷却側との間に−少なくとも周囲温度および作動室温度の広い範囲にわたって−一定した温度差が生じるように調整することができる。この温度差は例えば５０℃とすることができる。すなわち冷却側が４５℃もしくは７０℃のとき加熱側の温度は、それぞれ９５℃もしくは１２０℃である。十分な流れを保証するために少なくとも加熱側と冷却側との間の最少温度差は維持されなければならない。温度差がこの最少温度差を下まわると警報を発生することができる。
【００３１】
ここに述べた実施形態の代表的値として、加熱部は平均して供給される出力が約５ワット、標準動作温度が１２０℃である。供給管路の直径は約１５〜２０ｍｍである。
【００３２】
図５〜図８に示した代替的実施形態は、やはり電気抵抗加熱部として構成される従来の加熱素子４２ａおよび熱交換器４２ｂを有する加熱部４２と能動的冷却部４６とを備える。この実施形態において能動的冷却部は、ペルチェ素子４６ａと、これに連結された熱交換器４６ｂと、周囲に連結された熱交換器４６ｃとを有する。ガス／エーロゾル混合物の熱の供給及び除去（recovery）は、それぞれ熱交換器４２ｂ、４６ｂを介して行われる。加熱部はやはり、流入するガス／エーロゾル混合物が例えば１２０℃の温度に達するように構成されている。この実施形態において冷却素子は、対流の流れを維持するべく、還流する分析済みガス／エーロゾル混合物が約３０℃の温度に冷されるよう構成されている。ペルチェ素子の加熱側はこの実施形態において約６０℃の温度に達する。この実施形態は、冷却の実行に高い費用を要するが、周囲温度が高く、ポンプ出力を高めるために加熱側と冷却側との間の温度差は大きく選択することができるという利点を有する。
【００３３】
図９〜図１２に係る更なる実施形態において、加熱及び冷却の双方が、熱交換素子５０ａ、５０ｂを通して加熱連結もしくは冷却連結されたペルチェ素子５０により達成される。この実施形態において、ペルチェ素子５０はここで隣接した供給管路１２と帰還管路２０との間の中央に配置されており、−本実施形態では寸法５０×２９×２５ｍｍのアルミニウムストリッププロフィールであるところの−２つの熱交換器５０ａ、５０ｂによって供給管路１２および帰還管路２０と熱的に連結されている。ペルチェ素子５０は、その加熱側が熱交換器５０ａにより供給部と熱的に協同し、またその冷却側が熱交換器５０ｂにより帰還部に熱的に協同するように配置されている。
【００３４】
この実施形態の代表的値として、ペルチェ素子４０は平均して供給される出力が５ワット、最高温度が１５０℃、寸法が２０×２０×３．６ｍｍである。供給管路の直径は約１５〜２０ｍｍ、熱交換素子５０ａ、５０ｂの動作温度は加熱側が５０〜６０℃、冷却側が３０℃であり、それぞれ作動室内のガス／エーロゾル温度よりも上である。
【符号の説明】
【００３５】
２  測定装置
４  作動室
６  作動機械の壁
８  対流ポンプ
１２  ガス／エーロゾル供給管路
１２ａ  吸込み箇所
１６  センサ
１７  センサ用透過光源
１８  センサ用散乱光光源
２０  ガス／エーロゾル帰還部
２０ａ  帰還箇所
２２  フランジ
２６  測定領域
３０  光学窓
４２  加熱部
４２ａ  加熱素子
４２ｂ  ガス／エーロゾルに連結された加熱部用熱交換器
４４  冷却部
４４ａ  ガス／エーロゾルに連結された冷却用熱交換器
４４ｂ  周囲に連結された冷却用熱交換器
４６  ペルチェ素子を備えた冷却部
４６ａ  ペルチェ素子
４６ｂ  ガス／エーロゾルとペルチェ素子とに連結された冷却用熱交換器
４６ｃ  周囲とペルチェ素子とに連結された冷却用熱交換器
５０  ペルチェ素子
５０ａ  ガス／エーロゾルに連結された加熱用熱交換器
５０ｂ  ガス／エーロゾルに連結された冷却用熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2013526666.tif 000016
2013526666.tif 000017
2013526666.tif 000018
2013526666.tif 000019
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