CN109072739A - 用于保护旋转分离器以防结冰的方法以及旋转分离器 - Google Patents

Abstract

在一种用于运行旋转分离器(1)的方法中，其中，将载有固体的和/或液体的颗粒的来自内燃机的气流供应给称作转子(3)的旋转驱动元件，颗粒从该气流中分离并且沉积在该转子(3)上，其中，该转子(3)以称作有效转速的转速这样运行，使得沉积在转子(3)上的颗粒由于转子(3)旋转运动而从转子(3)离心分离出，本发明提出，在关停内燃机之后，转子(3)借助所谓的单独启动(A)在关停内燃机的倾斜被置于以有效转速的转动中。此外，本发明提出一种旋转分离器(1)，该旋转分离器由控制器这样操控，使得该转分离器根据该方法运行。

Description

用于保护旋转分离器以防结冰的方法以及旋转分离器

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法。

背景技术

一种同类型的方法由EP 1 532 353 B1已知。这种已知的方法被用于清洁来自内燃机曲轴箱中的气流。按离心分离器的较为普遍的原理(该离心分离器例如也可以设计为旋风分离器，该旋风分离器不需要可转动的部件而相反具有置于转动中的流体)，旋转分离器是一种实施变型方案，在该实施变型方案中设置有进行旋转的构件，所述构件相应被称作转子。尤其是，所述转子可以具有多个呈堆叠状相叠设置的分离面，其中，这样的旋转分离器在实际中也被称作盘式分离器。在本方案的范围中，这样的盘式分离器始终作为旋转分离器的示例性实施方案被考虑并且提及，而本发明不限于旋转分离器的这种实施方案。

所述同类型的方法涉及在内燃机同时也运行期间运行旋转分离器，并且所述同类型的方法尤其是涉及在内燃机运行期间在曲轴箱中保持确定的气压。

在实际中，旋转分离器不仅应用于工业设备，而且尤其是作为盘式分离器也应用于汽车制造领域。在这种情况下，所述旋转分离器不是在加热的车间中运行，而是在户外运行。在地理上寒冷的地区或在冬季，并且尤其是当内燃机的运行持续时间仅较短、例如在短途交通中，于是发动机部件包括旋转分离器在内都变为不是非常暖的。如果由旋转分离器引导的气流含有潮湿的颗粒(例如水分子)，则可能出现如下效果：旋转分离器中的温度低于水的露点。与此对应地，在旋转分离器内的冷的表面上可能形成并且积聚冷凝物。

只要未达到所设定的运行温度，就可能在内燃机运行期间出现所提及的低于露点，并且在关停汽车内燃机之后旋转分离器冷却时，所述低于露点无论如何都会出现。因此，冷凝物在达到其凝固点时(对于水亦即在0℃时)凝固。尤其是当接连完成多个短途时，不能排除在旋转分离器内形成冰层，该冰层阻碍旋转分离器的穿流。例如，盘式分离器的各个盘之间的间隙可能被这样的冰层封闭，或转子的轴承可能结冰，从而在重新启动内燃机时旋转分离器要么不能(或不平衡地)置于转动中、要么不能如设定的那样被穿流，从而旋转分离器的功率无论如何都可能部分地或完全地受损。

发明内容

本发明的任务在于，如下地改进同类型的方法，使得保护旋转分离器以防结冰。此外，本发明的任务在于，给出一种保护以防结冰的旋转分离器。

所述任务通过一种包括根据权利要求1的方法步骤的方法和通过一种根据权利要求11的旋转分离器解决。有利的实施方案在从属权利要求中描述。

换句话说，本发明提出：即使在关停内燃机之后仍重新启动旋转分离器。这不涉及如下情况：转子在关停内燃机之后仍可能以低的或者说降低的转速惯性运转(nachlaufen)。并且不涉及在重新启动内燃机时重新启动旋转分离器，而涉及在关停内燃机之后且在内燃机仍停止期间启动旋转分离器。出于这个原因，旋转分离器的这样的开动在本方案的范围中被称作单独启动。

按照本方案规定，在单独启动时将转子加速直至其有效转速、亦即如下转速，该转速确保将沉积在转子上的颗粒从转子离心分离出，并且该转速因此可以偏离在内燃机运行时旋转分离器所运行的转速。通过所述单独启动确保：例如可以避免由于附着在转子上的冰引起的不平衡，否则所述不平衡由于转子的高转速而可能在内燃机运行时重新开动旋转分离器时产生不利影响。此外确保：冷凝物从转子离心分离，使得在盘式分离器的各盘之间的间隙不被冰层阻塞或堵塞，而是敞通的且对于气流来说是可穿透的。

有利地，这样的单独启动可以在已关停内燃机之后的预先确定的时间段之后执行。这是一种操控旋转分离器的特别简单的方式，因为除了本来就通常可用的时间信号之外不需要分析另外的传感器信号。

替代于亦或补充于这样的时间控制，有利地可以检测温度并且然后当达到确定的温度值时执行单独启动。通常，温度传感器本来就设置在旋转分离器的区域中，或设置为汽车的外部温度计，该温度传感器的值例如在中央的发动机控制装置中被分析。因此，以控制技术上低的耗费在考虑所检测的温度的情况下可以确保：一方面在低于露点之后并且另一方面在开始结冰之前可以执行单独启动，从而在这些条件下能够可靠地导出可能形成的冷凝物。

可以根据相应的温度传感器设置在哪里来确定应该执行单独启动的温度值。必要时，如果包围转子的壳体在冷却时是与旋转分离器的内部空间相接触的最冷表面，则所述温度直接在该旋转分离器上检测、优选在所述壳体上检测。然而，如果分析在其它位置上的温度，则必要时可以考虑相应的校正因数并且相应地选择确定用于触发单独启动的温度值。

仅从所述温度值出发，有利地可以检测温度在时间曲线中的变化、亦即确定温度梯度。因此，根据冷却速度，可以在出现结冰危险之前足够早地触发单独启动。

有利地，可以规定：在关停内燃机之后，单独启动不是执行仅唯一一次，而是间隔开时间间隔地执行连续多次。以这种方式提高全部的冷凝物确实可以从转子离心分离出的可能性。此外，必要时可以通过在转子轴承的区域中产生的摩擦热辅助(可能渗透到轴承中的)冷凝物流出，并且最终可以通过这种产生的热量来增大直至结冰的时间窗。

如果结冰应该已经开始，则可以通过转子的以及必要时在其轴承中的转动运动引起：当在形成冰层的早的时刻进行转子的转动运动时，可以离心分离浮在转子液膜上的结冰，并且可以破开在轴承区域中形成的其它结冰。

因此，通过这些多次单独启动可以以非常大的概率避免：旋转分离器如此程度地冻结，使得在重新启动内燃机时转子是冻结的并且不能被置于转动中。出于这个原因，可以有意地规定：在检测温度时，即使该温度达到凝固点，或即使该温度已经低于凝固点，仍执行单独启动。

有利地，所述转子可以是电气转动驱动的。除明显的优点以外，在关停内燃机之后可以以这种方式驱动转子，由此也得出另一优点：必要时可以这样操控旋转分离器的电驱动器，使得该电驱动器有意地以低效率工作并且将该驱动器的损耗功率以热量的形式释放。以这种方式可以抵抗旋转分离器急速冷却并且所述直至达到凝固点的时间窗保持得较长，从而堆积的冷凝物可以可靠地以液体的形式被导出。

替代于电驱动器也可以规定：例如当在相应的车辆中本来就设置有液压存储器时，将转子液压地置于转动中。

有利地可以规定：所描述的程序在紧接着发动机停止的最大时间之后结束，从而抑制继续的单独启动。由此限制静态电流、亦即限制从蓄能器中取出电能，该蓄能器在内燃机停止时例如因为与内燃机耦联的发电机同样停止而未被充电。

替代于达到这样的最大持续时间可以规定，在发动机停止之后确定单独启动的最大数量。

所述单独启动可以通过如下方式被抑制：例如在该最大时间之后才完全不分析温度值；或尽管分析对单独启动所需的边界条件(例如温度值)，在该最大时间之后控制器也不触发相应的启动信号。特别节能地并且因此特别有利地，整个控制器可以切换到休眠模式(其也被称作“睡眠模式”)中，并且在该休眠模式中例如不继续检测或计算值。

附图说明

根据本方案的方法的一种仅示例性的实施方案借助纯示意性的示图在以下更详细地阐明。在此，示出：

图1示出旋转分离器的纵剖视图；

图2示出温度-时间图，其说明旋转分离器的使用或运行时间，以及

图3示出与操控旋转分离器有关的流程图。

具体实施方式

在图1中，用1整体上表示旋转分离器，该旋转分离器设计为所谓的盘式分离器。所述旋转分离器1具有壳体2，在该壳体中转子3围绕竖直的轴4可转动地支承。为此，所述轴4在下面的脚轴承5和上面的头轴承6中引导。在所述头轴承6之下存在电驱动单元7，该电驱动单元直接邻接于内部空间8，在该内部空间中存在利用轴4转动驱动的多个凹腔形的分离面，这些分离面相应地被称作盘9。所述驱动单元7具有线圈，该线圈同中心地围绕所述轴4延伸。

在各盘9之间保留有面式间隙，这些间隙例如可以减少至小于0.5mm的尺寸，并且该间隙设置有横截面尺寸小的缝隙，该缝隙用于未加工侧与洁净侧之间的密封并且也被称作缝隙密封件。此外，不能排除：所述脚轴承5未完全封装。因此，冷凝物可能通过重力或通过毛细力辅助地进入所述缝隙和间隙中并且也进入脚轴承5中。

在图2中沿着水平轴示出时间(t)的曲线，其中，在时间(t)上绘制有温度T的曲线(竖直轴)，该温度对于操控旋转分离器1是重要的并且该温度可以在旋转分离器1上或远离该旋转分离器被检测。首先，旋转分离器1呈现出运行温度，亦即在与该旋转分离器1相配的内燃机运行期间。从内燃机的运行结束的时刻起，旋转分离器1冷却。同时，随着内燃机的关停而启动计时器1，该计时器借助图3还将更详细地阐明。这些过程在图2中所示出的时间窗之外，该时间窗更确切地说示出已经过一定时间的冷却曲线。

在设置用于运行旋转分离器1的控制器中存储有极限温度T_极限，在达到该极限温度时已低于露点，使得冷凝物已凝聚到旋转分离器1的冷的面上，所述面邻接于内部空间8或者说与内部空间8相连。这一方面涉及壳体2，另一方面然而也涉及转子3、尤其是盘9。

在达到极限温度T_极限时启动计时器2，该计时器预先确定直至时刻t_极限的最大时间窗，在该时间窗之内执行旋转分离器1的单独启动。此外，在达到极限温度T_极限时启动计时器3，该计时器运行确定的持续时间△t，该持续时间短于由计时器2确定的持续时间。并且在达到极限温度T_极限时触发旋转分离器1的第一单独启动A，这在图2中在冷却曲线上标记为星形的。因为这是第一单独启动，所述第一单独启动在图2中用A₁表示。遵循同一逻辑，所述极限温度T_极限也可以被称作温度T₁，因为在所述温度时进行第一单独启动A₁。因此，达到极限温度T_极限或者说T₁时的时刻在图2中被标记为t₁。清洁持续时间(在此期间执行单独启动)被标记为△t_清洁、由计时器4控制、并且短于与计时器3相配的持续时间△t。

在计时器3运行到期满期间，冷却曲线在所示出的实施例中低于0℃的凝固温度G。在计时器3运行到期满之后并且因此在持续时间△t之后，旋转分离器1的第二单独启动A₂在温度T₂下以及在时刻t₂时被触发。此外，计时器3归零并且重新启动，使得在重新运行持续时间△t之后第三单独启动A₃在温度T₃下以及在时刻t₃时被触发。因此，类似的内容适用于然后接着的单独启动A₄以及继续的(在图2中未示出的)单独启动A，在所述单独启动中每次转子3都被重新置于转动中长达持续时间△t_清洁，其中，执行单独启动A直至计时器T2运行到期满并且已达到时刻t_极限。

在每次单独启动A时，转子3加速至其有效转速n_有效，从而位于盘9上的冷凝物从转子3离心分离出。这些冷凝物现在可以与本来就形成在壳体2的内表面上的冷凝物一起向下流出，并且在预先确定的路径上从旋转分离器1的内部空间8中导出。旋转分离器1的与内燃机无关的这种相应的开动在图2中分别标记为单独启动A₁、A₂、A₃、A₄。

在图2中所示出的方法流程中规定：所述单独启动A在达到极限温度T_极限或T₁之后始终在确定的持续时间△t之后才被触发。由于冷却曲线不是直线延伸，所以始终相同大的时间间隔△t对应于紧接于相应的单独启动A的不同大小的温度间隔△T：首先，相对大的第一温度间隔△T₁从极限温度T_极限或者说T₁或者说第一单独启动A₁直至第二单独启动A₂以及相配的温度T₂中得出。由于冷却曲线走向变平坦，紧接着的温度间隔ΔT₂和ΔT₃以及必要时直至达到时刻t_极限仍继续接着的的这样的温度间隔ΔT始终小于相应之前的温度间隔。

与在图2中所示出的方法过程不同地可以规定：所述单独启动A不是在预先确定的时间间隔△t之后触发，而是在冷却期间在预先确定的温度间隔△T之后触发，以便确保形成“值得清洁”的冷凝物量，从而在这种情况下可以得到从一次单独启动A至下一次单独启动A的不同大小的时间间隔△t。

与所示出的方法过程不同地还可以规定：不是一成不变地仅与时间有关地或仅与温度有关地控制单独启动A的触发，而是设置针对最大允许时间间隔△t_max和最大允许温度间隔△T_max的极限值，每次不应该超过所述极限值，从而根据是否已达到这样的时间间隔△t_max或这样的温度间隔△T_max而灵活地触发单独启动A。

此外，可以规定：通过检测确定的温度/时间坐标对来确定冷却曲线的走向。例如，也可以在单独启动A的任意时刻检测在此存在的温度。借助这种坐标对的比较可以确定冷却速度、亦即温度梯度dT。如果冷却曲线接近其极限值且在此变得越来越平坦，则所述温度梯度dT变得越来越小。因此，可以规定：从低于下限值dT_极限起不再执行单独启动A，因为预计不再堆积值得注意的冷凝物量。

在(例如通过使用太阳辐射)温度曲线不是作为冷却曲线持续下降而是温度再次升高时，则也不再堆积另外的冷凝物。因此，在确定所提到的温度梯度dT时，有利地也可以考虑：温度梯度是否为负、亦即温度继续下降，或者温度梯度可能是否为正、亦即温度上升。在温度梯度dT为正的这种情况下也可以规定：不再执行单独启动A，以便限制静态电流并且节省能量。

在图2中示出时间上的极限值t_极限，该极限值由计时器2确定，并且在达到该极限值之后不再进行继续的单独启动A，而是相反地抑制所述单独启动。该措施也用于，限制静态电流并且因此限制从能量储存器中取出电能。

图3中所示的流程图纯示例性地示出根据本方案控制旋转分离器1的多种方法之一。这实例从如下出发：被称作“分离器”的旋转分离器1与机动车内燃机相配。一旦接通机动车的电子控制器、例如在接通点火装置时，就激活旋转分离器1并且也启动在以下更详细阐明的控制程序。

在用菱形表征的并且用①标记的第一查询中检查：内燃机是运行还是停止。如果内燃机不是停止而是运行，则定期重新执行该查询。

然而，如果内燃机关停，则启动在更上面已经提到的第一计时器(“计时器1”)。该计时器1确定执行控制程序的持续时间。如果应该超过该持续时间(例如因为温度在计时器1的该持续时间期间未达到极限温度T_极限)，则不执行单独启动A直至下一次启动内燃机并且重新关停内燃机。更确切地说，控制器进入休眠模式，该休眠模式在图3中示出为“睡眠模式”并且在该休眠模式中不继续运行所示出的控制程序。

此外，除计时器1之外还启动温度检测装置。从在该温度检测装置开启时的第一温度值出发，所述温度典型地随后下降。

在第二查询②中检查：温度T是否达到或低于在图2中阐明的极限温度T_极限。只要不是这种情况，则借助第三查询③检查：计时器1运行到期满了还是未运行到期满。如果所述第一计时器1还未运行到期满，则重新运行温度测量的以及第二查询的循环。然而，如果计时器1已运行到期满，则结束该控制程序，控制器切换到“睡眠模式”并且不触发继续的单独启动A。

然而，如果第二查询提供已达到或已低于极限温度T_极限的结果，则启动借助图2阐明的第二计时器(“计时器2”)，该第二计时器确定极限时间t_极限。此外，启动借助图2阐明的第三计时器(“计时器3”)，该第三计时器确定时间间隔△t。并且启动第四计时器(“计时器4”)，该第四计时器控制清洁时间△t_清洁，在该清洁时间期间旋转分离器1的转子3提速至其有效转速n_有效，以便将冷凝物从转子3离心分离出。所述清洁时间△t_清洁短于持续时间△t，在所述清洁时间期间转子3处于转动中。

通过计时器2确定的极限时间t_极限的持续时间例如可以是由计时器3确定的持续时间△t的多倍，从而以这种方式确保：可以执行多次单独启动A。在此，所述极限时间t_极限用于：于是即使在例如应该相对晚地达到(亦即例如临近由计时器1确定的时间运行到期满才达到)导致执行第一单独启动A₁的极限温度T_极限时，仍能实现执行合理数量的单独启动A。因此，在达到极限温度T_极限并且进行第一单独启动A₁之后，不继续监视计时器1运行到期满；更确切地说，现在计时器2确定控制程序继续运行到期满的时间范围。

首先等待计时器3的持续时间、亦即△t。紧接着进行另一查询，该查询在图3中用④标记：如果在计时器3运行到期之后计时器2应该已运行到期满，则控制器切换到“睡眠模式”、亦即控制程序结束并且不触发继续的单独启动A。

然而，如果所述查询④得出计时器2还未运行到期满，则在计时器3运行到期满、亦即△t之后，重新测量温度T。紧接着，将温度梯度dT计算为温度差与时间差的商：所述计算根据如下公式进行

dT＝(T(tn+1)-T(tn))/((tn+1)-(tn))

其中，在这里n不涉及转子的转速(如在有效转速n_有效中那样)，而是指示各个温度检测或时间检测的序数。

在这样计算温度梯度dT之后，进行另一查询⑤：温度梯度dT是否为负、亦即表示温度下降，以及温度梯度dT的数值是否大于所确定的极限值dT_极限、亦即足够陡峭地变化。低于该极限值，温度曲线如在更上面阐明的那样如此平坦地延伸，使得不应该期望继续形成冷凝物并且因此抑制单独启动A。

这两个条件“负温度梯度dT”以及“dT＞dT_极限”在查询⑤中通过逻辑与函数相互关联。仅在给定两个条件时，才触发新的单独启动A、亦即在循环中继续运行所述控制程序，在该单独启动中转子3重新提速至有效转速n_有效长达清洁时间△t_清洁。在此，重新启动计时器3和计时器4，使得重新等待持续时间△t直至重新达到查询④。

Claims (11)

1.用于运行旋转分离器(1)的方法，其中，将载有颗粒的来自内燃机的气流供应给称作转子(3)的旋转驱动元件，颗粒从该气流分离出并且沉积在该转子(3)上，其中，该转子(3)以称作有效转速的转速运行，使得沉积在转子(3)上的颗粒由于转子(3)转动运动而从转子(3)离心分离出，其特征在于，在关停内燃机之后，转子(3)借助所谓的单独启动(A)在关停内燃机的情况下被置于以有效转速的转动中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从关停内燃机起在预先确定的时间段之后执行单独启动(A)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，检测温度(T)并且在达到确定的温度值的情况下执行单独启动(A)。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，检测所述温度(T)及其时间曲线，并且在达到确定的温度值的情况下根据温度梯度执行单独启动(A)。

5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，连续多次地执行单独启动(A)。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，检测所述温度(T)并且在所述温度(T)已达到或已低于凝固点(G)的情况下执行单独启动(A)。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述转子(3)被电气转动驱动。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，电驱动单元(7)被操控并且被供应电能，使得与仅通过驱动转子(3)引起的热量释放相比该电驱动单元的热量释放被提高。

9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述转子(3)被液压转动驱动。

10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在关停内燃机之后达到确定的持续时间之后抑制单独启动(A)。

11.旋转分离器(1)，用于处理载有颗粒的来自内燃机的气流，该旋转分离器具有转动驱动的转子(3)并且具有设置用于运行旋转分离器(1)的控制器，该控制器以如下方式操控旋转分离器(1)，使得该旋转分离器根据权利要求1至10所述的方法运行。