CN103154497B - 内燃发动机的起动 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃发动机(16)的起动系统，该起动系统包括：压力介质源(1)；连接装置(2)，该连接装置用于将压力介质源(1)连接到发动机(16)的至少两个气缸(3)；起动阀(4)，该起动阀与每个连接到压力介质源(1)的气缸(3)相关联，用于控制压力介质到气缸(3)的进入；控制单元(5)，该控制单元用于控制起动阀(4)的操作；以及绝对旋转编码器(6)，该绝对旋转编码器用于确定发动机(16)的曲柄角。该系统还包括布置在发动机(16)和绝对旋转编码器(6)之间的耦合装置(7)，用于将编码器(6)以可释放的方式耦合到发动机(16)。本发明还涉及一种用于起动内燃发动机的方法以及一种内燃机。

Description

内燃发动机的起动
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机的起动系统。本发明还涉及起动内燃发动机的方法和内燃发动机。
背景技术
用于船舶和发电厂的大型内燃发动机一般是通过按顺序被喷入发动机气缸内以驱动曲轴旋转的增压空气来起动。使起动发动机所需要的起动空气量最小化是人们期望的。增压起动空气需要被储存在占用了大量空间的大型空气接收器中。使起动空气增压所需的能量通常取自发动机本身，所以将用于该目的的能量消耗值最小化也是人们期望的。
为了将起动空气的消耗值最小化，为初始起动空气喷射选择最合适的气缸是很重要的。为此，发动机的曲柄角应当被确定。发动机常常配备有例如可以确定正确的燃料喷射正时的曲柄角传感器。这些传感器通常是增量式编码器，其能根据参照标记的探测和曲轴的角度变化确定曲柄角。这意味着当发动机停机时无法确定曲柄角。一种确定曲柄角的方法是在起动之前旋转发动机，从而使参照标记经过曲柄角传感器，从而得到绝对曲柄角。然后发动机必须被继续旋转到起动位置。这种方法的缺点是该方法耗时而且需要大量能量。由于振动的原因，该方法也不准确。
一种替换方式是用绝对旋转编码器来确定发动机的曲柄角。利用绝对旋转编码器，即使发动机停机时也可准确确定发动机的曲柄角。专利申请US2007005222A1披露了一种内燃发动机空气起动系统。该系统包括与发动机的每个气缸相关联的电磁控制起动阀，用于将起动空气引入气缸。为了确定起动空气喷射的正确正时和持续时间，绝对旋转编码器被用于探测角位置和发动机转速。
绝对旋转编码器存在的问题是它们容易损坏，而且不能用于长时间的高速旋转。所以，绝对旋转编码器的寿命通常是很有限的。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的用于内燃发动机的起动系统、起动内燃发动机的方法以及内燃发动机。
根据本发明，用于内燃发动机的起动系统包括压力介质源、用于将压力介质源连接到发动机的至少两个气缸的连接装置、与连接到压力介质源的每个气缸相关联以用于控制压力介质到气缸的进入的起动阀、用于控制起动阀的操作的控制单元以及用于确定发动机的曲柄角的绝对旋转编码器。该系统还包括布置在发动机和绝对旋转编码器之间的耦合装置，用于以可释放的方式将编码器耦合到发动机。
可释放的耦合方式使得绝对旋转编码器能在发动机运行时与发动机断开耦合。由于绝对旋转编码器能在不需要起动时与发动机断开耦合，所以可以明显提高它的工作寿命。
根据本发明的一个实施方式，发动机设置有额外的用于确定发动机转速和曲柄角的确定装置。用于确定发动机的转速和曲柄角的所述确定装置可以是例如根据飞轮测量转速的独立转速传感器以及根据凸轮轴的角位置确定曲柄角的相位传感器。这些传感器可在绝对旋转编码器与发动机断开耦合时使用。
根据本发明的另一个实施方式，耦合装置包括离合器，该离合器具有随发动机的曲轴一起旋转的第一离合部分以及可以与第一离合部分啮合而进入预定位置的第二离合部分。
在根据本发明的用于起动内燃发动机的方法中：
借助于绝对旋转编码器来确定发动机的曲柄角，
根据所述曲柄角来选择进行压力介质喷射的合适气缸，
将压力介质引入所选择的气缸以使发动机的曲轴旋转，
重复以上步骤，直到发动机运转，
借助于绝对旋转编码器来确定发动机的曲柄角和转速，
对绝对旋转编码器的曲柄角和转速数据与额外的用于确定发动机的转速和曲柄角的确定装置的数据进行比较，以及
重复前两个步骤，直到额外的用于确定发动机的转速和曲柄角的所述确定装置与所述绝对旋转编码器同步。
在达到预定转速，并且额外的用于确定发动机的转速和曲柄角的所述确定装置与所述绝对旋转编码器同步以后，使绝对旋转编码器断开耦合。
通过本发明的方法，起动空气的消耗值可被最小化，同时可以使绝对旋转编码器的寿命最大化。
根据本发明的一个实施方式，当发动机的转速降至预定值以下时，所述绝对旋转编码器被耦合。因此，在发动机下一次要被起动的时候，该编码器是耦合到发动机的。根据本发明的一个实施方式，所述值被设为零，所以当发动机停止时编码器是被耦合的。
根据本发明的内燃发动机包括前面所定义的起动系统。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的起动系统。
图2示出了一种可用作本发明的一部分的离合器的实施例。
图3示出了本发明的工作原理的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图对本发明进行更详细的描述。图1示意性地示出了根据本发明的起动系统的简化图示。起动系统包括用于储存可用来起动发动机16的增压空气的空气接收器1。该系统还包括用于将起动空气引入发动机16的气缸3的管道系统2。发动机16是例如可用于发电厂或者用作船舶的主发动机或辅发动机的大型内燃发动机。图1所示的实施方式具有四个气缸3，但是发动机16可以包括例如直列或V型布置的任意合理数量的气缸3。以与每个气缸3相关联的方式布置有起动阀4，以用于控制起动空气进入气缸3。起动阀4的操作由控制单元5控制。起动阀4可以由现有技术中公知的任何常规装置来致动。例如，可以使用电气的、液压的或气动的致动器。还可采用控制起动阀4的控制阀。例如，可以使用螺线管来致动控制阀。
在图1的实施方式中，发动机16的所有气缸3都配备有起动阀4。但是，也可只为部分气缸3设置起动阀4。
发动机16设置有根据飞轮11来测量发动机16的转速的转速传感器8。飞轮11被布置在曲轴10的端部。在飞轮11和发动机16之间，设有随曲轴10旋转的齿轮17。齿轮17与设置成使凸轮轴19旋转的第二齿轮18相啮合。相位传感器9设置成在发动机16运行时根据凸轮轴19来确定发动机16的角位置。
起动系统包括绝对旋转编码器6，该绝对旋转编码器可用于确定发动机16的曲柄角。绝对旋转编码器6例如可以是光学编码器或分相器。绝对旋转编码器6输出指示其角位置的信号。
耦合装置7被布置在发动机16和绝对旋转编码器6之间。耦合装置7包括离合器12。合适的离合器类型的一个例子在图2中示出。该离合器12包括第一离合部分12a和第二离合部分12b。第一离合部分12a设置有凸起13，第二离合部分12b设置有凹槽14。第一离合部分12a被附接到曲轴10的延伸部15。第二离合部分12b被附接到绝对旋转编码器6。当第一和第二离合部分12a、12b彼此连接时，凸起13与凹槽14接合。因此，当离合器12被耦合时，第一和第二离合部分12a、12b相对于彼此总是处于相同的位置。第一离合部分12a和第二离合部分12b之间的连接可以通过将第二离合部分12b和绝对旋转编码器6一起朝着第一离合部分12a轴向移动以使离合部分12a、12b彼此接合来建立。例如，可以设置液压的或气动的致动器将绝对旋转编码器6耦合到发动机16。
当绝对旋转编码器6经由耦合装置7被连接到曲轴10的延伸部15时，即使在发动机16处于停止状态时，发动机16的曲柄角也能被确定。绝对旋转编码器6还可以连接到发动机16的其他旋转部分，如果该部分的角位置和曲柄角有关联的话。例如，绝对旋转编码器6可以耦合到凸轮轴19。
根据本发明的方法的运行原理如图3的流程图所示。在初始状态101，发动机16处于停止状态，并且绝对旋转编码器6耦合到发动机16。在下一个阶段102，起动发动机16，并利用绝对旋转编码器6。通过使用编码器6来确定发动机16的曲柄角，并选定初始起动空气喷射的最适合的气缸3。从控制单元5给相应的起动空气阀4发出打开信号，以打开阀4。起动空气可因此从空气接收器1经管道系统2流入气缸3并驱动活塞。活塞驱动曲轴10旋转。绝对旋转编码器6被用于监视曲柄角。根据所探测的曲柄角，选定下一个用于起动空气喷射的气缸3，并打开相应的起动阀4。起动阀4可被独立地控制，并且空气按点火顺序连续喷入气缸3可以存在部分重叠。绝对旋转编码器6还可以测量发动机16的转速，并且该数据可被用于确定正确的空气喷射时长。
持续进行空气喷射以达到足够的起动速度，并在合适的正时将燃料喷入气缸3，以使得发动机16最终被起动。在接下来的步骤103，检查传感器的同步。使用转速传感器8和相位传感器9来监视发动机16的转速和曲柄角。对传感器8、9的输出与绝对旋转编码器6的输出进行比较。当检测到转速传感器8和相位传感器9与绝对旋转编码器6同步时，进入断开耦合阶段104，并且编码器6与发动机16断开耦合。所述系统保持发动机16仍然在运行105。当检测到发动机16停机时，绝对旋转编码器6在预定的位置106又被耦合到发动机16。因此可以在发动机16下次要被起动时立即确定发动机16的曲柄角。
本发明不限于以上所描述的实施方式，而是可在所附的权利要求的范围内发生改变。例如，绝对旋转编码器可以耦合到发动机的自由端。

Claims (7)

1.一种用于内燃发动机(16)的起动系统，该起动系统包括：
压力介质源(1)，
连接装置(2)，该连接装置用于将所述压力介质源(1)连接到所述发动机(16)的至少两个气缸(3)，
起动阀(4)，该起动阀与每个连接到所述压力介质源(1)的气缸(3)相关联，用于控制压力介质到所述气缸(3)的进入，
控制单元(5)，该控制单元用于控制所述起动阀(4)的操作，以及
绝对旋转编码器(6)，该绝对旋转编码器用于确定所述发动机(16)的曲柄角，
其特征在于，所述系统包括布置在所述发动机(16)和所述绝对旋转编码器(6)之间的耦合装置(7)，用于将所述编码器(6)以可释放的方式耦合到所述发动机(16)。
2.根据权利要求1所述的起动系统，其特征在于，所述发动机(16)设置有额外的用于确定所述发动机(16)的转速和曲柄角的确定装置(8，9)。
3.根据权利要求1或2所述的起动系统，其特征在于，所述耦合装置(7)包括离合器(12)，该离合器具有随所述发动机(16)的曲轴(10)一起旋转的第一离合部分(12a)和能与所述第一离合部分(12a)啮合而进入预定位置的第二离合部分(12b)。
4.一种用于起动内燃发动机(16)的方法，该方法包括以下步骤：
a)借助于绝对旋转编码器(6)来确定所述发动机(16)的曲柄角，
b)根据所述曲柄角来选择进行压力介质喷射的合适气缸(3)，
c)将压力介质引入所选择的气缸(3)，以使所述发动机(16)的曲轴(10)旋转，
d)重复步骤a)至c)，直到发动机(16)运转，
e)借助于所述绝对旋转编码器(6)来确定所述发动机(16)的曲柄角和转速，
f)对所述绝对旋转编码器(6)的曲柄角和转速数据与额外的用于确定发动机(16)的转速和曲柄角的确定装置(8，9)的数据进行比较，以及
g)重复步骤e)和f)，直到所述额外的用于确定发动机(16)的转速和曲柄角的确定装置(8，9)与所述绝对旋转编码器(6)同步，
其特征在于，在达到预定转速并且所述额外的用于确定发动机(16)的转速和曲柄角的确定装置(8，9)与所述绝对旋转编码器(6)同步以后，使所述绝对旋转编码器(6)断开耦合。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：当所述发动机(16)的转速降至预定值以下时，耦合所述绝对旋转编码器(6)。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，当所述发动机(16)停止时，所述绝对旋转编码器(6)是被耦合的。
7.一种内燃发动机(16)，其特征在于，该内燃发动机包括根据权利要求1至3中任一项所述的起动系统。
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