CN103717876A - 用于起动内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于起动内燃机（1）的方法，所述内燃机特别是一个固定的燃气发动机，其中内燃机（1）被至少一个起动机（2）驱动，如果内燃机（1）的角加速度（α）保持在一个可预定的加速度值以下，和/或在一个可预定的第一时间（tA）之内实际转速（n）保持在一个可预定的第一转速极限值（nA）以下，和/或在一个可预定的第二时间之内内燃机（1）的平均转速保持在一个可预定的第二转速极限值以下，则在发动起动机（2）之后中断起动过程，其中，起动机（2）构成为气动起动机（2），该起动机的压缩空气输入被一个压缩空气阀（3）控制，该压缩空气阀（3）可以在一个完全打开位置和一个完全关闭位置之间转换，其中气动起动机（2）的发动通过完全打开压缩空气阀（3）实现。

Description

用于起动内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于起动内燃机的方法，所述内燃机特别是一个固定的燃气发动机，其中内燃机被至少一个起动机驱动，如果内燃机的角加速度保持在一个可预定的加速度值以下，和/或在一个可预定的第一时间之内实际转速保持在一个可预定的第一转速极限值以下，和/或在一个可预定的第二时间之内内燃机的平均转速保持在一个可预定的第二转速极限值以下，则在发动起动机之后中断起动过程。
另外本发明还涉及一种用于起动内燃机的起动系统，所述内燃机特别是一个固定的燃气发动机，起动系统具有至少一个起动机，能量由一个能量源可输入给该起动机，其中起动机与内燃机的一个驱动轴可连接并且通过该起动机可驱动驱动轴，其中一个控制装置监控内燃机的实际转速和/或角速度和/或角加速度，其中控制装置根据实际转速和/或角速度和/或角加速度中止或激活通向所述至少一个起动机的能量输入。
背景技术
已知一些用于起动内燃机的方法（例如DE10245640B3、FR2927301A1和JP2006－063867A），其中将内燃机的转速作为用于起动中断的准则。
如果在内燃机中在发动机停止期间有水渗入到一个或多个缸的燃烧室内，则在内燃机的传统起动过程中由于不可压缩的水可能出现对连杆和/或活塞的损坏。渗入的水在此可能是例如有泄漏的冷却剂导管的冷却水。如果内燃机在缸局部进水的状态下满载运转，则会出现所谓的水水锤现象。在此所涉及的活塞在压缩冲程的上部位置被不可压缩的水突然制动，由此可能导致发动机损坏。为了检测在内燃机的一个缸中的水或湿度，可以例如使用一些湿度传感器。但这些湿度传感器不能区分所述缸的正常冷凝水和有危害的进水，冷凝水在大型内燃机中可能由于排气系统的烟囱效应而产生。
存在于缸中的水可以通过这样的方式检测，即内燃机在通过所述至少一个起动机加载时的高速运行由于基于在缸中的水而升高的阻力比正常状态下要慢些。因此可以在起动过程期间测量内燃机的实际转速和/或角速度和/或角加速度并且通过与可预定的极限值进行比较确定异常。
因此如果所测量的内燃机的角加速度保持在一个可预定的加速度值以下，和/或在一个可预定的第一时间之内实际转速保持在一个可预定的第一转速极限值以下，和/或在一个可预定的第二时间之内内燃机的平均转速保持在一个可预定的第二转速极限值以下，则在由于水锤导致内燃机损坏之前可以中断起动过程。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种改进的方法以及一种改进的起动系统。特别是要能够通过一种简单而合算的方法或起动系统开动内燃机。
所述任务在一种开头所述类型的方法中通过这样的方式得以解决，即，起动机构成为气动起动机，该起动机的压缩空气输入被一个压缩空气阀控制，其中该压缩空气阀可以在一个完全打开位置和一个完全关闭位置之间转换，其中气动起动机的发动通过完全打开压缩空气阀实现。
在一种开头所述类型的起动系统中所述任务通过这样的方式得以解决，即，所述至少一个起动机构成为气动起动机，由一个压缩空气源通过压缩空气可驱动该起动机，其中在压缩空气源和起动机之间设置一个压缩空气阀，该压缩空气阀在一个完全打开位置和一个完全关闭位置之间可转换，其中控制装置为中止压缩空气输入使压缩空气阀转换到完全关闭位置并且为激活压缩空气输入使压缩空气阀转换到完全打开位置。
通过使用一个气动起动机，该起动机的压缩空气输入被一个压缩空气阀控制，其中该压缩空气阀可以在一个完全打开位置和一个完全关闭位置之间转换，可以提供一种简单而合算的方法或起动系统，而无需使用昂贵的可调节的阀或压缩空气节流阀。
优选的是，如果实际转速在3s之内保持在8U/min以下，则在发动起动机之后中断起动过程。
所述起动过程包括下列步骤：
a）完全打开压缩空气阀继而高速运行内燃机，
b）一旦实际转速达到一个可预定的最大转速，就完全关闭压缩空气阀继而减小实际转速，
c）一旦实际转速达到一个可预定的阈值转速，就完全打开压缩空气阀，
d）如果尽管完全打开压缩空气阀实际转速仍低于一个可预定的最小转速和/或内燃机的角加速度仍保持在一个可预定的加速度值以下，则中断起动过程。
在此特别有利的是，多于一次优选四次执行步骤a）至d）。这特别具有优点的是，通向起动机的压缩空气输入经由简单的不可调节的两路压缩空气阀实现，这些压缩空气阀只能具有一个完全打开位置和一个完全关闭位置。因此所建议的方法在使用合算的起动系统部件情况下能够避免由于水锤导致的内燃机损坏。通过让内燃机首先只在相对低的最大转速内高速运行接着将压缩空气阀从一个完全打开位置转换到一个完全关闭位置的方式，可以减小通向起动机的能量输入，而无需使用昂贵的可调节的阀或压缩空气节流阀。
优选的是，在此可以设定，可预定的最大转速为最高30U/min，优选20U/min并且可预定的阈值转速在12至18U/min范围内，优选为15U/min。为了识别特别是由于在缸内的水产生的转速扰动，可以设定，可预定的最小转速小于10U/min，优选小于等于8U/min。
一般还可以设定，完全打开压缩空气阀总是只在一个可预定的最大持续时间例如2至3s内保持在完全打开位置，以限制通向起动机的能量输入。
附图说明
借助下面的附图和附图说明阐述本发明的其他细节和优点。其中：
图1具有一个电起动机的起动系统的实施例的示意结构，
图2具有一个气动起动机的所建议的起动系统的实施例的示意结构，
图3具有一个控制阀的所建议的起动系统的实施例的示意结构，
图4根据图3的具有多个起动机的示意结构，
图5所建议的方法的变化方案期间内燃机的实际转速在时间上的示意曲线，和
图6内燃机的实际转速在时间上的示意曲线，其中至少一个缸至少局部进水。
具体实施方式
图1示意示出一个内燃机1，具有一根驱动轴5和一个设置在其上的齿轮8。为了发动内燃机1，一个与起动机2连接的起动机齿轮7通过一个在这里未示出的接合机构11以已知的方式进行接合继而与内燃机1的齿轮8啮合（见图3）。起动机2在这种情况下是一个电起动机，该起动机通过一个电压源14形式的能量源供以电压或电流。为了控制对电起动机2的电压供应，在电压源14和起动机2之间设置一个开关13，该开关通过一个控制装置6可进行控制。
内燃机1的驱动轴5的转速n和/或角速度ω和/或角加速度α通过一个测量装置9进行检测并且被发送到控制装置6。测量装置9可以例如涉及一种感应传感器，该传感器可以设置在齿轮8的齿处。为了取得高的测量分辨率，齿轮8可以具有很多数量的齿，例如多于300个齿。根据测量装置9的信号，控制装置6使开关13关闭或打开并且激活或因此中止从电压源14向电起动机2的能量输入。
图2示出根据图1的示意设置，其中起动机2在这种情况下是一个气动起动机，该起动机由一个电压源4形式的能量源供电。在电压源4与起动机2之间设置一个压缩空气阀3，该压缩空气阀构成为两路阀并且只能具有完全打开或完全关闭位置。在所示的图中，压缩空气阀3处于其完全关闭位置，即中断从压缩空气源4向起动机2的压缩空气输入并且起动机2不驱动内燃机1的驱动轴5。根据测量装置9的信号，控制装置6使压缩空气阀3完全关闭或完全打开，该压缩空气阀例如可以构成为可电、磁或气动控制的阀。
图3示出一个根据图2的设置，其中为了控制在本实例中构成为可气动控制的两路阀的压缩空气阀3，设置一个分开的控制阀12。为了激活起动过程，打开一个与压缩空气源4连接的起动阀10，该起动阀例如可以构成为电磁阀。由此以来自压缩空气源4的压缩空气对一个气动接合机构11进行加载，该气动接合机构可以是起动机2的部分。接合机构11由此使起动机2的起动机齿轮7与在内燃机1的驱动轴5上的齿轮8啮合。这可以例如通过起动机齿轮7的横向移动实现，从而起动机齿轮7的齿和齿轮8的齿能够相对应地彼此啮合。这一过程通过从接合机构11到起动机齿轮7的虚线箭头表示。
输入给接合机构11的压缩空气穿过接合机构11继续引导到控制阀12。根据测量装置9的信号，控制装置6打开或关闭控制阀12。根据控制阀12的位置，压缩空气阀3要么完全打开，以便给起动机2供以来自压缩空气源4的压缩空气，要么完全关闭，以便中断对起动机2的压缩空气供应。在该图中，起动阀10、控制阀12和压缩空气阀3位于其打开位置，即以来自压缩空气源4的压缩空气对起动机2进行加载并且起动机经由起动机齿轮7和齿轮8驱动内燃机1的驱动轴5。
图4示出按图3所建议的起动系统的一个实施例，在该实例中设置有三个分别具有一个前置压缩空气阀3的起动机2。在该图中，起动阀10、控制阀12和压缩空气阀3位于其关闭位置，即从压缩空气源4向起动机2的压缩空气输入总是被中断并且起动机2不驱动内燃机1的驱动轴5。
借助图4要描述一种所建议的方法的实施变化方案。在激活起动过程之后，通过打开与压缩空气源4连接的起动阀10，在这里未示出的接合机构11以已知的方式用于使起动机2的起动机齿轮7与在内燃机1的驱动轴5上的齿轮8啮合或接合（见图3）。接合在此通过虚线表示。
控制装置6使控制阀12打开，借此接下来压缩空气阀3也被完全打开。由此起动机2被供以来自压缩空气源4的压缩空气并且可以经由起动机齿轮7和齿轮8的相应连接驱动内燃机1的驱动轴5。一旦由测量装置9测量的并由控制装置6监控的实际转速n达到一个例如20U/min的最大转速nmax，控制装置6就引起控制阀12的关闭继而还引起压缩空气阀3的完全关闭。由此中断对起动机2的压缩空气输入，借此内燃机1的实际转速n下降。一旦实际转速n达到一个例如15U/min的阈值转速ns，控制装置6就使控制阀12打开。由此使压缩空气阀3处于其完全打开位置并且再次以来自压缩空气源4的压缩空气对起动机2进行加载。由于取决于系统的滞后（例如旋转的或运动的部件的惯性），通常实际转速n不是接着马上增加，因此在打开压缩空气阀3之后可能还暂时出现实际转速n的继续下降。然而当阻力由于内燃机1的至少一个缸的局部进水而如此之大，以致尽管打开压缩空气阀3实际转速n仍低于一个例如8U/min的最小转速nmin时，这一点则由控制装置6检测并且将起动过程中断。但是如果不低于可预定的最小转速nmin，则可以继续起动过程。
可以优选多次地特别优选是四次执行直至最大转速nmax的、接着降低转速直至阈值转速ns和紧接着再一次打开压缩空气阀3继而高速运行内燃机1的高速运行过程。该过程也可以在可预定的时间（例如10s）期间或在曲轴旋转多圈优选两圈期间重复，其中，一旦发现实际转速n小于最小转速nmin的转速扰动或当内燃机1的平均转速在可预定的时间或可预定曲轴旋转圈数之内没有达到一个可预定的转速值时，可以中断起动过程。
图5示意示出利用根据图2的装置执行所建议的方法的变化方案期间内燃机1的实际转速n在时间上的曲线。在时刻t0，压缩空气阀3完全打开并因此激活通向气动起动机2的压缩空气输入。内燃机1高速运行并且内燃机1的驱动轴5的实际转速n由测量装置9检测并且被发送到控制装置6，用于进行分析。
如果内燃机1的实际转速n在一个可预定的例如3s的第一时间tA之内没有达到一个例如8U/min的可预定的第一转速极限值nA，则可以中断起动过程，以避免对内燃机1可能的损害。然而在所示的实例中，在经过第一时间tA之后，实际转速n具有大于第一转速极限值nA的值，从而基于这一准则一定不要中断起动过程。
在时刻t1，实际转速n达到一个可预定的最大转速nmax（例如20U/min），结果压缩空气阀3通过控制装置6被完全关闭，以中断通向气动起动机2的压缩空气输入。由于旋转的或运动的部件的惯性，这种配置因此仅以取决于系统的滞后减小实际转速n。这通过在时刻t1之后实际转速n的暂时继续升高表示。一旦实际转速n达到一个可预定的阈值转速ns（例如15U/min）（在本实例中在时刻t2），控制装置6就使压缩空气阀3完全打开。由于惯性，实际转速n的增加再次首先稍微滞后。当实际转速n达到最大转速nmax时（时刻t1、t3、t5和t7），关闭1压缩空气阀3，而当实际转速n达到阈值转速ns时（时刻t2、t4、t6和t8），打开压缩空气阀3，在所述实例中总共执行四次。因为在这个过程期间没有发现转速扰动，所以接着通过起动机2进行内燃机1的高速运行，直至内燃机可以自动地继续运行。通过脱开起动机齿轮7可以例如在实际转速n为200U/min时或在一定的时间之后（例如10s）断开起动机2。
图6示意示出在按图5的方法期间实际转速n在时间上的曲线，其中在这种情况下，内燃机1的至少一个缸至少局部进水。在时刻t2在完全打开压缩空气阀3之后，一旦实际转速n达到一个可预定的例如15U/min的阈值转速ns时，则由于不可压缩的水的升高的阻力而出现转速扰动，尽管压缩空气阀3完全打开压。由此在时刻t3，实际转速低于一个例如为8U/min的可预定的最小转速nmin，并且例如通过关闭压缩空气阀3将起动过程中断。
一般也可以在上一级在时间上的程序状态中执行所建议的方法。例如可以设定，只有在内燃机处于停止状态大于12小时时才采用所建议的方法。此外在中断起动过程之后可以设定，进行必须被回复的故障指示。同样可以设定，在多次不成功的起动尝试（例如三次）之后，进行另外一次必须被回复的故障指示。在多次不成功的起动尝试之后，可以为压缩空气源设置一段例如30分钟的压缩空气存储器装载时间。
所描述的特别适用于发动机功率大于5MW的固定的燃气发动机的方法并不限于避免在内燃机高速运行期间由于内燃机的缸局部进水而引起的损害。因此利用该方法例如还可以避免由损坏的或磨损的轴承造成的损害，这些损害以升高的摩擦系数继而升高的阻力对高速运行产生影响。一般说来，利用所述方法可以检测对内燃机的高速运行不正常的或不允许的阻力并且使内燃机的起动过程中断，以避免对内燃机的损坏。

Claims (8)

1.用于起动内燃机（1）的方法，所述内燃机特别是一个固定的燃气发动机，其中内燃机（1）被至少一个起动机（2）驱动，如果内燃机（1）的角加速度（α）保持在一个可预定的加速度值以下，和/或在一个可预定的第一时间（tA）之内实际转速（n）保持在一个可预定的第一转速极限值（nA）以下，和/或在一个可预定的第二时间之内内燃机（1）的平均转速保持在一个可预定的第二转速极限值以下，则在发动起动机（2）之后中断起动过程，其特征在于，起动机（2）构成为气动起动机（2），该起动机的压缩空气输入被一个压缩空气阀（3）控制，其中该压缩空气阀（3）可以在一个完全打开位置和一个完全关闭位置之间转换，其中气动起动机（2）的发动通过完全打开压缩空气阀（3）实现。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果实际转速（n）在3s之内保持在8U/min以下，则在发动起动机（2）之后中断起动过程。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，起动过程包括下列步骤：
a）完全打开压缩空气阀（3）继而高速运行内燃机（1），
b）一旦实际转速（n）达到一个可预定的最大转速（nmax），就完全关闭压缩空气阀（3）继而减小实际转速（n），
c）一旦实际转速（n）达到一个可预定的阈值转速（ns），就完全打开压缩空气阀（3），
d）如果尽管完全打开压缩空气阀（3）实际转速（n）仍低于一个可预定的最小转速（nmin）和/或内燃机（1）的角加速度（α）仍保持在一个可预定的加速度值以下，则中断起动过程。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，可预定的最大转速（nmax）为最高30U/min，优选20U/min。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，可预定的阈值转速（ns）在12至18U/min范围内，优选为15U/min。
6.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，可预定的最小转速（nmin）小于10U/min，优选小于等于8U/min。
7.根据权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，多于一次优选四次执行步骤a）至d）。
8.用于起动内燃机（1）的起动系统，所述内燃机特别是一个固定的燃气发动机，起动系统具有至少一个起动机（2），能量由一个能量源可输入给该起动机，其中起动机（2）与内燃机（1）的一个驱动轴（5）可连接并且通过该起动机可驱动驱动轴（5），其中一个控制装置（6）监控内燃机（1）的实际转速（n）和/或角速度（ω）和/或角加速度（α），其中控制装置（6）根据实际转速（n）和/或角速度（ω）和/或角加速度（α）中止或激活通向所述至少一个起动机（2）的能量输入，其特征在于，所述至少一个起动机（2）构成为气动起动机（2），由一个压缩空气源（4）通过压缩空气可驱动该起动机，其中在压缩空气源（4）和起动机（2）之间设置一个压缩空气阀（3），该压缩空气阀（3）在一个完全打开位置和一个完全关闭位置之间可转换，其中控制装置（6）为中止压缩空气输入使压缩空气阀（3）转换到完全关闭位置并且为激活压缩空气输入使压缩空气阀（3）转换到完全打开位置。
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