CN103109074A - 用于确定内燃发动机曲柄角度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于在内燃发动机(1)停机时确定该发动机(1)的曲柄角度的方法，该方法包括步骤：向发动机(1)的至少两个气缸(4)引入预定量的压力介质；测量引入了压力介质的气缸(4)内的压力；以及基于压力测量来计算发动机(1)的曲柄角度。本发明还涉及一种用于确定内燃发动机(1)的曲柄角度的装置。

Description

用于确定内燃发动机曲柄角度的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定多缸内燃发动机的曲柄角度的方法，如权利要求1的前序部分所记载的那样。本发明还涉及一种根据其它独立权利要求的前序部分的用于确定多缸内燃发动机的曲柄角度的装置。
背景技术
例如船舶和电厂使用的大型内燃发动机通常通过将加压空气顺序地喷入发动机的各气缸从而转动曲轴来起动。最好能够最小化起动发动机所需要的加压的起动空气的量。加压的起动空气需要被存储在需要大空间的大型空气存储器中。用来对起动空气加压的功率通常来源于发动机本身，并且因此最好能够最小化为此而产生的能耗。
为了最小化起动空气的消耗，选择最合适的气缸用来最先进行起动空气喷射是很重要的。为了能够做到这一点，必须确定发动机的曲柄角度。发动机通常配备有例如能够被用来确定正确的燃料喷射正时的曲柄角度传感器。这些传感器通常为增量编码器，其基于曲轴的标记刻度和角度变化的探测来确定曲柄角度。这意味着在发动机停机时是不能确定曲柄角度的。用于确定曲柄角度的方法之一为在发动机起动前转动发动机，从而使标记刻度经过曲柄角度传感器，并由此而得知绝对曲柄角度。因此，发动机不得不进一步旋转到起动位置。该方法的一个缺点在于其耗时又需要大量功率。由于振动，该方法还是不准确的。
可选择的方法是使用绝对型旋转编码器来确定发动机的曲柄角度。在采用了绝对型旋转编码器的情况下，即使发动机停机也能确定准确的曲柄角度。美国专利申请US 2007005222A1公开了一种用于内燃发动机的空气起动系统。该系统包括螺线管控制的起动阀，这些起动阀与发动机的每个气缸连接，用于将起动空气引入各气缸。绝对型旋转编码器被用来探测发动机的角度位置和旋转速度，以确定正确的起动空气喷射正时和持续时间。
绝对型旋转编码器存在一个问题，就是它们是易损坏的而且不是为高速旋转的连续周期设计的。因此，绝对型旋转编码器的寿命通常非常有限。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种改进的用于确定多缸内燃发动机的绝对曲柄角度的方法。本发明的另一目的在于提供一种改进的用于确定多缸内燃发动机的绝对曲柄角度的装置。在独立权利要求的特征部分给出了根据本发明的方法和装置的表征特征。
根据本发明，用于在多缸内燃发动机停机时确定该发动机的曲柄角度的方法包括步骤：向发动机的至少两个气缸引入与定量的压力介质；测量引入了压力介质的气缸内的压力；以及基于压力测量来计算发动机的曲柄角度。
本发明能够在不使用容易损坏的绝对型旋转编码器的情况下在内燃发动机停机时确定该发动机的曲柄角度。也不需要通过使曲轴旋转来确定曲柄角度。该方法可被用来在起动发动机之前可靠地确定曲柄角度，并且因此最小化了起动空气的消耗。
根据本发明的实施方式，压力介质从起动空气存储器引入气缸。当起动空气被用于确定曲柄角度时，不需要单独的压力介质源。
根据本发明的实施方式，引入气缸的压力介质的量由起动阀控制。当起动阀被用于控制被引入气缸的压力介质的量时，不需要额外的流量调节装置。
根据本发明的实施方式，曲柄角度是在控制单元内计算的。
用于在多缸内燃发动机停机时确定该发动机的曲柄角度的装置包括：压力介质源；用于连接的设备，该用于连接的设备用于将压力介质源连接到发动机的至少两个气缸，以将预定量的压力介质引入气缸；用于控制的设备，该用于控制的设备用于控制压力介质到气缸的进入；用于测量的设备，该用于测量的设备用于测量引入了压力介质的气缸内的压力；以及用于计算的设备，该用于计算的设备用于基于压力测量来计算发动机的曲柄角度。
在从属权利要求中描述了根据本发明的装置的实施方式。
附图说明
图1示意性地示出了具有起动系统和用于确定曲柄角度的装置的内燃发动机的简单示意图。
具体实施方式
现在参照附图对本发明进行更详细的说明。图1所示为内燃发动机1。发动机1是大型四冲程内燃发动机，其可用于例如发电厂或作为船舶的主要或辅助发动机。在此描述的例子中，发动机1包括直列的四个气缸4。然而，发动机1可以包括任何合适数量的气缸4。各个气缸4可以直线排列、V型排列或一些其他结构。发动机1可以是火花点火发动机或是压缩点火发动机。
发动机1配置有用于存储加压的起动空气的空气储存器2。空气储存器2经由起动空气管3连接到发动机1的各气缸4。起动空气管3的每个分支都配置有用来控制起动空气到各气缸4的进入的起动阀5。各起动阀5的运行受控制单元7的控制。可以使用本领域公知的任何传统手段来致动起动阀5。例如，可以使用电的、液压的或气动的致动器。还可以利用控制阀来控制起动阀5。例如，可以用螺线管来致动起动阀。在图1中的实施方式中，发动机1的所有气缸4都连接到空气储存器2并且都配置有起动阀5。然而，还可以仅仅将某些气缸4连接到空气储存器2。
通过以合适的顺序打开起动阀5并由此将加压的起动空气引入各气缸4内来起动发动机1。起动空气推动各气缸4内的活塞运动并使曲轴8旋转。空气喷射持续进行以达到足够的起动速度，并且燃料以合适的正时喷入气缸4内，从而使得发动机1最终被起动。当发动机1运行时，发动机1的旋转位置和速度可以从连接到曲轴8的端部的飞轮9来确定。为此，发动机1配置有曲柄角度传感器10。
为了最小化发动机1起动时起动空气的消耗，有必要知道发动机1的曲柄角度。为了确定曲柄角度，发动机1配置有连接到各气缸4的压力传感器6。在附图1的实施方式中，发动机的每个气缸4都配置有压力传感器6。然而，如果发动机1的气缸4的数量很大，没有必要为所有的气缸4配置压力传感器6。
为了确定发动机1起动之前该发动机1的曲柄角度，至少两个起动阀5打开预定时间段，以将加压的起动空气引入相应的气缸4内。选择时间段的持续时间以使气缸4内的压力上升，但要保持压力较低不足以移动活塞。空气存储器2的压力保持不变，因此能够确定流入气缸4内的空气量。同时通过压力传感器6来监控气缸4内的压力。基于测得的压力，控制单元7计算活塞在气缸4内的位置。活塞的位置可被用来计算发动机1的曲柄角度。
为了获得气缸4内可测量的压力增量，该气缸4的气体交换阀必须被关闭。如果气缸4的排气阀或进气阀打开，那么引入气缸4内的起动空气将通过阀门开口逸出，并且气缸4内的压力将不会增加。如果起动空气同时或接连地被引入各气缸4，那么至少能在某些气缸4内测量到压力增量，并因此能够确定曲柄角度。另一种选择为关闭引入了起动气体的那些气缸4中的气体交换阀。这是可行的，如果阀能够在没有曲轴的情况下致动并能被单独控制。这种情况可以例如是液压致动气体交换阀。还有一种选择为检查哪些气缸4的气体交换阀被关闭并将压力介质引入这些气缸4内。
本发明不局限于上述的实施方式，而是可以在附加权利要求的范围内进行改变。例如，用来确定曲柄角度的压力介质不是必须是起动空气，而是可以提供单独的加压气体源。还可以装配具有流量计的液压介质管，从而可以直接确定引入气缸的压力介质量。本发明还可以用于二冲程发动机。

Claims (7)

1.一种用于在多缸内燃发动机(1)停机时确定该发动机(1)的曲柄角度的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
向所述发动机(1)的至少两个气缸(4)引入预定量的压力介质；
测量引入了压力介质的气缸(4)内的压力；以及
基于压力测量值来计算所述发动机(1)的曲柄角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力介质从起动空气储存器(2)引入所述气缸(4)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，引入所述气缸(4)的所述压力介质的量由起动阀(5)来控制。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述曲柄角度是在一控制单元(7)内计算的。
5.一种用于在多缸内燃发动机(1)停机时确定该发动机(1)的曲柄角度的装置，其特征在于，所述装置包括：
压力介质源(2)；
用于连接的设备(3)，该用于连接的设备用于将所述压力介质源(2)连接到所述发动机(1)的至少两个气缸(4)，以将预定量的压力介质引入所述气缸(4)；
用于控制的设备(5)，该用于控制的设备用于控制所述压力介质到所述气缸(4)的进入；
用于测量的设备(6)，该用于测量的设备用于测量引入了所述压力介质的气缸(4)内的压力；以及
用于计算的设备(7)，该用于计算的设备用于基于压力测量值来计算所述发动机(1)的曲柄角度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述压力介质源(2)是起动空气存储器。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，控制所述压力介质到所述气缸(4)的进入的所述用于控制的设备为起动阀(5)。
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