CN104929841B - 具有起动空气***的内燃发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内燃发动机(10),其包括用于燃烧其中的燃料和空气的混合物的至少一个气缸(26A至26D)以及构造成向该至少一个气缸(26A至26D)提供加压起动空气并且构造成用于监视起动空气***(90)的操作性能的起动空气***(90)。该示例性公开的起动空气***(90)可包括与构造成储存加压起动空气的加压起动空气源(91)流体连接的起动空气歧管(95)、与起动空气歧管(95)流体连接并且构造成泄放起动空气***(90)的起动空气泄放阀(99)和构造成检测作为起动空气***(90)的充填特性的参数的感测装置(100)。
Description
技术领域
本发明总体上涉及内燃发动机和用于使内燃发动机运转的方法。具体地,本发明涉及一种具有起动空气***的内燃发动机和一种用于使内燃发动机运转并监视起动空气***的工作性能的方法。
背景技术
内燃发动机如双燃料内燃发动机或依靠重燃料油、柴油或气态燃料油来工作的内燃发动机可用来为任何机器或其它设备——包括船或其它海洋应用、机车应用、公路卡车或车辆、野外机器、土方设备、发电机、航空应用、泵、静止设备如发电设备或其它由发动机提供动力的应用——提供动力。为了使内燃发动机加速——这意味着起动内燃发动机,已知经由起动空气***向内燃发动机的至少一个气缸内提供加压起动空气,所述起动空气***包括主起动阀和对于至少一个气缸而言向相应气缸提供起动空气的气缸起动阀。起动空气的压力使活塞移动并且因而开始曲轴的旋转和内燃发动机的运转。主起动阀控制加压起动空气源经由起动空气歧管与气缸起动阀的流体连接。
在使内燃发动机运转时,发生故障的气缸起动阀可能泄漏。这种情况下,例如,至少一定量的供给到气缸用于燃烧的燃料/空气混合物可能经发生故障的气缸起动阀泄漏到起动空气歧管内。因此,泄漏的空气/燃料混合物例如可能进一步流经主起动空气阀并且可能蓄积在例如安放内燃发动机的发动机房内。这种情况下,可能存在潜在的***危险。
本发明至少部分针对于改善或克服现有技术***的一个或多个方面。
发明内容
根据本发明的一方面,一种内燃发动机可包括用于燃烧其中的燃料和空气的混合物的至少一个气缸以及构造成向该至少一个气缸提供加压起动空气并且构造成用于监视起动空气***的操作性能的起动空气***。该起动空气***可包括与构造成储存加压起动空气的加压起动空气源流体连接的起动空气歧管、与起动空气歧管流体连接并且构造成泄放起动空气***的起动空气泄放阀和构造成检测作为起动空气***的充填特性的参数的感测装置。
根据本发明的另一方面,公开了一种用于使内燃发动机运转的方法,所述内燃发动机包括用于燃烧其中的燃料和空气的混合物的至少一个气缸,和构造成向至少一个气缸提供加压起动空气并且包括与该至少一个气缸相关的至少一个气缸起动阀的起动空气***。该方法可包括在内燃发动机的基于燃料的运转期间在至少一个气缸起动阀上游在起动空气***中提供封闭空间。该方法还可包括检测作为封闭空间的充填特性并且偏离指示起动空气***如气缸起动阀的适当操作性能的预期参数的参数,并输出指示起动空气***泄漏的信号。
在一些实施例中,该内燃发动机还可包括与感测装置通信的控制单元。该控制单元可构造成在检测到的参数偏离预定的阈值时指示起动空气***的故障的信号。例如,该参数可以是指示封闭空间内的压力变化的瞬时压力变化、指示封闭空间内的甲烷浓度的甲烷浓度和/或指示封闭空间内的CO2浓度的CO2浓度。在一些实施例中,所检测到的参数可以是瞬时甲烷浓度变化、瞬时CO2浓度变化和/或瞬时温度变化。
该封闭空间可以是在气缸起动阀上游设置在起动空气***中的隔绝空间。例如,该封闭空间可以是例如起动空气歧管和/或将起动空气歧管与气缸起动阀流体连接的起动空气管道的空间。此外,如文中所用,指示起动空气***、具体而言封闭空间的充填的参数可涉及起动空气***、特别是封闭空间内的压力、甲烷浓度、CO2浓度和/或温度。
在一些实施例中,感测装置可包括构造成测量起动空气***内、特别是封闭空间内的压力的压力传感器。在又一些实施例中,感测装置可以是构造成测量起动空气***内、特别是封闭空间内的甲烷浓度的甲烷传感器,和/或构造成测量起动空气***内、特别是封闭空间内的CO2浓度的CO2传感器。在又一些实施例中,感测装置可包括构造成检测起动空气***内、特别是封闭空间内的温度的温度传感器。
本发明的其它特征和方面将从下文的描述和附图而显而易见。
附图说明
图1是具有起动空气***的涡轮增压式内燃发动机的示意图;以及
图2是用于使内燃发动机运转的示例性方法的流程图。
具体实施方式
以下是对本发明的示例性实施例的详细描述。文中所述和附图所示的示范性的实施例旨在教导本发明的原理,从而使本领域的普通技术人员能够在许多不同的环境中并针对许多不同应用实施并使用本发明。因此,示例性实施例并非旨在成为且不应该被认为是对专利保护范围的限制性说明。相反,专利保护范围应该通过所附权利要求来限定。
如文中所用,内燃发动机的术语“起动模式”涉及这样的状态,即在状态下内燃发动机从零发动机转速起动为例如预定的发动机转速,例如足以使内燃发动机依靠空气/燃料混合物工作的点火发动机转速。在一些实施例中,点火发动机转速可以是例如在从80rpm到约120rpm的范围内的发动机转速。在起动模式期间,通过从起动***向气缸提供加压起动空气来驱动内燃发动机。加压起动空气使活塞移动以允许起动内燃发动机。
同样如文中所用,内燃发动机的术语“通常运转模式”涉及内燃发动机已加速至预定的发动机转速并依靠燃料工作之后的状态。在达到预定的发动机转速之后,加压起动空气的供给被切断。
本发明可至少部分基于这样的认识,即监视起动阀的操作性能可允许避免发动机在气缸起动阀泄漏的情况下运转。还认识到的是,在内燃发动机的通常运转模式期间关闭主起动阀并在主起动阀与气缸起动阀之间提供封闭空间可允许观察气缸起动阀。例如,连续检测和监视起动空气***内的压力可指示至少一个气缸起动阀的任何泄漏。例如,当检测到的起动空气***内的压力处于预定的压力范围之外时,可输出对应的信号。在一些实施例中,内燃发动机可以例如在检测到的起动空气***内的压力处于预定的压力范围之外时停止,或者可输出指示起动空气***或气缸起动阀的不可操作性的警告信号。
在一些实施例中,气缸起动阀的操作性能的评估可基于在预定的时间段检测到的压力变化。当检测到至少一个气缸起动阀的不可操作性时,控制单元可将内燃发动机切换到例如构造成使发动机以低功率模式工作的应急模式。
在双燃料内燃发动机和在气态燃料模式期间检测到至少一个气缸起动阀的泄漏的情况下,双燃料内燃发动机可切换到液态燃料模式。此外,在液态燃料模式期间检测到双燃料内燃发动机的至少一个气缸起动阀的泄漏的情况下,可阻止双燃料内燃发动机切换到气态燃料模式,使得双燃料内燃发动机的运转保持在液态燃料模式下。
本发明还可至少部分基于这样的认识,即监视气缸起动阀的操作性能并输出指示其的信号可降低发动机的环境中蓄积未燃烧的空气/燃料混合物的风险。因此,可降低潜在的***风险。
现在参照附图,在图1中示出了内燃发动机10的一个示例性实施例。内燃发动机10可包括未示出的部件,例如燃料***、空气***、冷却***、周边设备、传动系构件等。出于本发明的目的,内燃发动机10被构造成依靠气态燃料如天然气工作的气态燃料内燃发动机。但本领域的技术人员将认识到,内燃发动机10可为任何类型的内燃发动机,例如双燃料发动机或利用燃料和空气的混合物用于燃烧的任何其它奥托或柴油燃料内燃发动机。
内燃发动机10可具有任何尺寸、具有任何数量的气缸并且采用任何构型(“V”型、“直列”等)。内燃发动机10可用来为任何机器或其它设备提供动力,包括船或其它海上应用、机车应用、公路卡车或车辆、野外机器、土方设备、发电机、航天应用、泵、静止设备例如发电设备或其它由发动机提供动力的应用。
内燃发动机10包括发动机缸体20(在图1所示的示例性实施例中,其包括四个气缸26A-26D)、至少一个燃料箱(未示出)、与气缸26A至26D相关的涡轮增压器40和进气歧管22。如图1所示,进气歧管22经由多个进气管道24A至24D与各气缸26A至26D流体连接。
发动机缸体20包括曲轴箱(未示出),曲轴(未明确地示出)被支承在该曲轴箱内。曲轴与在内燃发动机10运转期间可在各气缸26A至26D内移动的活塞连接。各气缸26A至26D设置有至少一个进气门(未明确地示出),该进气门适合断开或闭合进气管道24至24D与气缸26A至26D的对应燃烧室之间的流体连接。
排气歧管28与各气缸26A至26D连接。各气缸26A至26D设置有至少一个排气门,其配置在排气管道37A至37D中并且构造成断开和闭合气缸26A至26D与排气歧管28之间的流体连接。
通常,当内燃发动机10运转时,气态燃料和空气的混合物(在下文中称作“燃烧混合物”)导入气缸26A至26D的燃烧室。具体而言,燃料***(图中未明确地示出)构造成经由例如位于进气门上游的位置的相应进气阀(图中未示出)将适量的气态燃料喷射到例如各进气管道24A至24D中。同时,增压空气从进气歧管中22提供到各进气管道24A至24D中。气态燃料在各进气管道24A至24D内与增压空气混合,且随后燃烧混合物供给到各气缸26A至26D用于燃烧。在混合物燃烧之后,燃烧过程产生的排气从气缸26A至26D经排气管道37A至37D释放到排气歧管28中且然后释放到与例如涡轮增压器40连接的主排气管道29中。
涡轮增压器40构造成利用内燃发动机10的排气的热和压力来驱动压缩机44以压缩供给到发动机之前的进气。具体而言,从涡轮增压器40的涡轮42通过的排气可使涡轮42旋转,由此降低压力和温度。压缩机44经由共同的轴46与涡轮42可旋转地连接并由涡轮42驱动。
空气经空气入口4吸入并供给到压缩机44。应当了解的是,在涉及气态燃料内燃发动机的其它实施例中,气态燃料和空气可在供给到压缩机44之前在混合器中混合。还设想的是,气态燃料可利用合适的气态燃料喷射器直接喷射到各气缸26A至26D内。
通常,压缩机44的出口经由压缩机连接部21与进气歧管22的入口流体连接。如图1所示,压缩机44的出口经由冷却器23与进气歧管22的入口连接。配置在冷却器23下游的节气门27构造成断开或闭合压缩机连接部21与进气歧管22之间的流体连接,由此实现或限制从压缩机连接部21向进气歧管22中的流动。
在内燃发动机10运转期间,进气在供给到气缸26A至26D之前被压缩并冷却。在气缸26A至26D内,可通过活塞的移动引起燃烧混合物的进一步压缩和加热。然后,可例如利用火花塞(未示出)点燃气缸26A至26D内的燃烧混合物,或者燃烧可通过气缸26A至26D内的压缩自行点燃。所产生的排气经由排气歧管28排出。
排气歧管28的出口与涡轮42的入口流体连接。涡轮42的出口可与例如排气处理***(未示出)流体连接。
在一些实施例中,内燃发动机10可设置有用于控制涡轮42和压缩机44的转速的废气门***(图中未示出)和/或用于控制进气歧管22内的增压空气的压力的泄放***(图中未示出)。
如图1进一步所示,内燃发动机10包括起动空气***90,其构造成在内燃发动机10的其中使曲轴加速的起动模式期间向气缸26A至26D提供加压起动空气的起动空气***90。起动空气***90包括(例如单独的)压缩装置80、经由控制阀82与压缩装置80连接的加压起动空气源91、起动空气连接部92、设置在起动空气连接部92处的主起动阀93、也在主起动阀93下游设置在起动空气连接部92处的起动空气止回阀94、起动空气歧管95、起动空气管道96A至96D和配置在与起动空气管道96A至96B中的气缸起动阀97A至97B。此外,起动空气***90包括起动空气泄放管路98、起动空气泄放阀99和感测装置100。
加压起动空气源91可被确定尺寸和构造成储存至少足够用于起动内燃发动机10的加压起动空气。加压起动空气可在预定的压力下被储存在加压起动空气源91内。如图1所示,加压起动空气源91可经由控制阀82与压缩装置80流体连接。例如,在已使内燃发动机10加速并起动之后,加压起动空气源91可被再充填由压缩装置80提供的加压空气以便具有用于将来的起动过程的充足的加压起动空气。此外,由于加压起动空气源91的潜在泄漏,加压起动空气源91可在监视到加压起动空气源91处于预定的范围之外时被继续再充填。
压缩装置80可吸入新鲜空气并且可在从约20bar至约60bar、优选从约25bar至35bar的范围内的预定的压力下提供加压起动空气。相比之下,压缩机44可在例如约2bar至8bar的压力下向进气歧管22提供加压增压空气。
加压起动空气源91还经由起动空气连接部92与起动空气歧管95流体连接。主起动阀93和起动空气止回阀94设置在起动空气连接部92处。具体而言,主起动阀93可由例如发动机控制单元(图中未明确地示出)控制成使得可根据例如内燃发动机10的起动模式期间的具体发动机状态来允许或不允许加压起动空气从加压起动空气源91流入起动空气歧管95。为了防止从起动空气歧管95向加压起动空气源91中的回流,起动空气止回阀94设置在主起动阀93下游以抑制加压起动空气的这种回流。
在流入起动空气歧管95之后,加压起动空气可流入与气缸26A至26D中的一个气缸相关的各起动空气管道96A至96D。气缸起动阀97A至97D分别与起动空气管道96A至96D相关。气缸起动阀97A至97D也可由例如发动机控制单元控制。特别地,气缸起动阀97可允许取决于在内燃发动机10的起动过程中加压空气流入相关的气缸26A至26D的流量的曲柄角。当内燃发动机10独立于燃料工作时,气缸起动阀97A至97D关闭。
再参照图1,起动空气泄放管路98在起动空气歧管95与起动空气泄放阀99之间流体互连。起动空气泄放阀99构造成将内燃发动机10已起动之后留在起动空气歧管95中的加压起动空气经由主泄放装置110和位于主泄放装置110下游的泄放(管道)***(图1中未明确地示出)释放到环境中。如图1所示,主泄放装置110还可构造成经由与曲轴箱流体连接的曲轴箱泄放管路60接收从内燃发动机10的曲轴箱泄放的气态流体。优选地,起动空气泄放阀90可以是例如构造成经由主泄放装置110和泄放***将留在起动空气***90的封闭空间中的加压起动空气泄放到环境中的螺线管泄放阀。该螺线管泄放阀也可由例如发动机控制单元控制。
在起动过程中起动空气***90内的压力可在从约20bar至约60bar、优选从约25bar至35bar的范围内,而曲轴箱泄放管路60内的压力可在从大约环境压力到确保曲轴箱可泄放的低过压的范围内。
主泄放装置110还可配备有例如构造成窒息主泄放装置110中产生的任何非期望的火焰的阻火器,或构造成感测起动空气泄放管路98和/或曲轴箱泄放管路60中存在的任何甲烷的甲烷传感器。
起动空气***90还包括感测装置100,其例如配置在起动空气泄放阀99附近以测量起动空气***90的封闭空间内的状态。优选地,感测装置100配置在起动空气泄放管路98处。在一些实施例中,感测装置100可配置在起动空气泄放管路98、起动空气歧管95和/或起动空气管道96A至96D中的一个起动空气管道处。
感测装置100通常可以是构造成检测经气缸起动阀97A至97D的泄漏的传感器。感测装置100可以是例如构造成检测起动空气泄放管路98内的压力的压力传感器或甲烷或CO2传感器。在一些实施例中,感测装置100可以是构造成检测起动空气***90的封闭空间内的温度的温度传感器。感测装置100可产生指示检测到的起动空气***90内的参数的信号并将其传输到发动机控制单元。
如图1进一步所示,在起动空气***90的封闭空间、优选在起动空气泄放管路98处可设置有泄压阀84。泄压阀84构造成例如在紧急情况下在封闭空间内的压力超过预定的压力阈值如约35bar时将封闭***的至少一些充填物释放到例如发动机舱室内。
发动机控制单元可以是单个微处理器或两个微处理器,其包括用于尤其控制内燃发动机10的各种构件的工作的装置。该控制单元可以是能够控制与内燃发动机10和/或其相关构件相关的许多功能的普通发动机控制单元(ECU)。该控制单元可包括运行应用所需的所有构件,例如存储器、二次存储装置和处理器如中央处理单元或本领域中已知的用于控制内燃发动机10及其构件的任何其它装置。各种其它已知的电路可以与控制单元相关,包括供电电路、信号调节电路、通信电路和其它合适的电路。控制器可分析和比较所接收和存储的数据,并基于存储在存储器中或由使用者输入的指令和数据来判定是否需要动作。例如,控制器可将所接收的值与存储在存储器中的目标值进行比较,并基于该比较结果来将信号传输到一个或多个构件以改变其工作状态。
工业适用性
在下文中,将参考图1和2更详细地描述内燃发动机10的运转。例如,内燃发动机10被认为是依靠气态燃料如天然气工作的气态燃料内燃发动机。然而,本发明不限于气态燃料内燃发动机。例如,在一些实施例中,内燃发动机10可以是双燃料内燃发动机或依靠例如柴油或重燃料油工作的液态燃料内燃发动机。
图2示出了用于使内燃发动机10运转的示例性方法200。在步骤202,评估内燃发动机10是否应该起动。只要内燃发动机10不应该起动,方法200就保持在步骤202。当判定为内燃发动机应该起动时,方法200进行至步骤204,其中内燃发动机10处于起动模式下。
在步骤204,发动机控制单元控制主起动阀93打开,由此允许加压气态流体从加压起动空气源91流入起动空气歧管95和起动空气管道96A至96D。同时,发动机控制单元选择性地控制相应的气缸起动阀97A至97D打开。这种情况下,加压起动空气根据曲柄角流入相应气缸26A至26D,由此使活塞移动。在起动模式期间,起动空气泄放阀99保持关闭。
随后,在步骤206,评估内燃发动机10是否起动。该评估可基于例如指示发动机状态的至少一个发动机参数。例如,当内燃发动机10达到预定的发动机转速阈值如可处于从约80rpm至约120rpm的范围内的点火发动机转速时,内燃发动机10可从起动模式过渡到通常运转模式,在通常运转模式下内燃发动机10通过经由进气歧管供给的增压空气以及气态燃料和/或液态燃料来运转。更具体地,只要发动机转速低于预定的发动机转速内燃发动机10就处于起动模式下,而在发动机转速等于或大于预定的发动机转速阈值时内燃发动机10处于通常运转模式下。
如果在步骤206判定为发动机转速小于预定的发动机转速阈值,则内燃发动机10保持在起动模式下且方法200保持在步骤206。然而,如果判定为发动机转速等于或大于预定的发动机转速阈值,则内燃发动机10过渡到通常运转模式并且方法200进行到步骤208。
在步骤208,内燃发动机10已经在通常状态下运转,所述通常状态是指在气缸26A至26D的燃烧室内燃烧增压空气和气态/液态燃料的混合物。增压空气和燃料的混合物提供符合内燃发动机的期望功率输出的期望空气-燃料比。
所产生的排气可经由相关的排气门从气缸26A至26D释放出来并且然后可经由相关的排气管道37A至37D流入排气歧管28。随后,排气可驱动涡轮增压器40的涡轮42,涡轮42又可驱动经由共用的轴46与涡轮42机械地连接的压缩机44。压缩机44吸入空气并且将空气增压至预定的压力,例如约2至8bar。经由节气门27向进气歧管22提供增压空气。增压空气然后经由进气歧管24A至26D分配到各气缸26A至26D中。
此外,在步骤208,主起动阀93和气缸起动阀97A至97D关闭,使得加压起动空气向至少一个气缸26A至26D的供给被切断。然后,在步骤210,在主起动阀93和气缸起动空气阀97A至97D关闭之后留在起动空气歧管95、起动空气管道96A至96D和起动空气泄放管路98内的加压起动空气经由起动空气泄放阀99泄放到例如环境中。在泄放过程中,起动空气***内的压力可降至预定的压力阈值,例如环境压力。
然后,起动空气泄放阀99可关闭,使得起动空气***90由于关闭的起动空气止回阀94、关闭的气缸起动阀97A至97D和关闭的起动空气泄放阀99而成为其中具有例如基本上恒定的压力的封闭(隔绝)空间。在图1的示例性实施例中,该封闭空间由起动空气歧管95的空间、位于气缸起动阀97A至97D上游的起动空气管道96A至96D的空间和位于起动空气泄放阀99上游的泄放管路98的空间限定。
在内燃发动机10的通常运转模式期间,主起动阀93和气缸起动阀97A至97D保持关闭。随后,在步骤212,感测装置100检测例如起动空气***90内、具体而言起动空气泄放管路98内的压力。
在步骤214,评估例如所检测到的起动空气***90内的压力是否处于预定的压力范围之外。例如,该预定的压力范围可在预定的压力阈值左右约10%的范围内。在一些实施例中,起动空气***90可泄放至预定的压力阈值,例如2bar。这种情况下,该压力范围可以是预定的压力阈值左右约10%、优选5%且更优选2%的范围。步骤214的评估可连续进行或以恒定或任意的时间间隔进行。
例如,在步骤214,评估检测到的压力的瞬时变化是否超过预定的阈值。例如,感测装置100可检测封闭空间内的瞬时充填的瞬时压力变化。该瞬时压力变化可由在预定的时间段的压力变化限定。
在步骤214,当评估为检测到的压力处于预定的压力范围内时,方法200返回步骤212以再次检测起动空气***90内的压力。然而,当评估为所检测到的压力处于预定的压力范围之外时,该方法进行至步骤216,其中输出指示例如气缸起动阀97A至97D中的至少一个气缸起动阀的泄漏的信号。这种情况下,内燃发动机10可由于燃烧混合物经至少一个泄漏的气缸起动阀97A至97D泄漏到起动空气***90中并因而泄漏到发动机的环境中的风险而停止。这还可引起发动机的环境中的潜在***风险的增加。
在一些实施例中,例如,当评估基于如上所述的瞬时压力变化时,该方法可在瞬时压力变化超过预定的压力-时间关系阈值时进行至步骤216。压力-时间关系阈值可指示压力变化与发生压力变化的时间段之间的关系。例如,在气缸起动阀97A至97D中的至少一个气缸起动阀发生故障的情况下,封闭空间内的压力可在例如约5至10个燃烧循环的时间内快速上升至例如2至5bar。在一些实施例中,由于经气缸起动阀97A至97D的至少一些可接受的泄漏,可预期至少一些流体从气缸26A至26D漂移到起动空气***90中。然而,当检测到测得的漂移超过预定的阈值时,可输出指示起动空气***90的故障的信号。
在双燃料内燃发动机的情况下,如果在气态燃料模式期间所检测到的压力处于预定的压力范围之外,则双燃料内燃发动机可切换到液态燃料模式。此外,在双燃料内燃发动机的情况下,如果在液态燃料模式期间检测到的压力处于预定的压力范围之外,则可阻止双燃料内燃发动机切换到气态燃料模式。
上述用于监视气缸起动阀的工作性能的***和方法也可用于例如仅依靠液态燃料如柴油工作并且包括起动空气***的内燃发动机中。
尽管文中已描述本发明的优选实施例,但可加入改进和修改而不脱离附后权利要求的范围。
Claims (15)
1.一种内燃发动机(10),包括:
至少一个气缸(26A至26D),其用于燃烧气缸中的燃料和空气的混合物;和
起动空气***(90),其构造成向所述至少一个气缸(26A至26D)提供加压起动空气并且配置成用于监视所述起动空气***(90)的操作性能,所述起动空气***(90)包括:
起动空气歧管(95),其与构造成储存加压起动空气的加压起动空气源(91)流体连接;
起动空气泄放阀(99),其与所述起动空气歧管(95)流体连接并且构造成泄放所述起动空气***(90);和
感测装置(100),其配置成检测表现所述起动空气***(90)的充填特性的参数,
所述内燃发动机还包括与所述感测装置(100)通信并且配置成评估所检测到的参数的控制单元,所述控制单元还配置成,当所检测到的参数瞬时处于预定的参数范围之外时,
输出指示所述起动空气***(90)的故障的信号,和/或
切换到用于运转所述内燃发动机(10)的另一燃料类型,和/或
关掉所述内燃发动机(10),和/或
将所述内燃发动机(10)切换到应急运转模式。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机(10),其中,所检测到的参数为绝对值或瞬时参数变化。
3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机(10),其中,所述感测装置(100)包括配置成测量所述起动空气***(90)内的压力的压力传感器和/或配置成测量所述起动空气***(90)内的甲烷浓度的甲烷传感器和/或配置成测量所述起动空气***内的CO2浓度的CO2传感器和/或配置成检测所述起动空气***(90)内的温度的温度传感器。
4.根据权利要求1或2所述的内燃发动机(10),其中,所述起动空气***(90)还包括将所述起动空气歧管(95)与所述起动空气泄放阀(99)流体连接的起动空气泄放管路(98)。
5.根据权利要求1或2所述的内燃发动机(10),其中,所述起动空气泄放阀(99)为螺线管泄放阀。
6.根据权利要求1或2所述的内燃发动机(10),其中,所述起动空气泄放阀(99)与泄放装置(110)流体连接,所述泄放装置(110)构造成与所述内燃发动机(10)的曲轴箱流体连接并泄放所述曲轴箱。
7.根据权利要求1或2所述的内燃发动机(10),其中,所述起动空气***(90)还包括:
至少一个起动空气管道(96A至96D),其与所述至少一个气缸(26A至26D)相关并且构造成与所述起动空气歧管(95)流体连接;和
至少一个气缸起动阀(97A至97D),其布置在所述至少一个起动空气管道(96A至96D)中并与所述至少一个气缸(26A至26D)相关。
8.根据权利要求1或2所述的内燃发动机(10),其中,所述起动空气***(90)还包括在所述加压起动空气源(91)与所述起动空气歧管(95)之间互连的主起动阀(93),所述主起动阀(93)构造成允许或不允许加压起动空气从所述加压起动空气源(91)流入所述起动空气歧管(95)。
9.根据权利要求8所述的内燃发动机(10),其中,所述起动空气***(90)还包括起动空气止回阀(94),其布置在所述主起动阀(93)下游并且构造成防止加压起动空气从所述起动空气歧管(95)回流到所述加压起动空气源(91)中。
10.一种用于使内燃发动机(10)运转的方法,所述内燃发动机包括至少一个气缸(26A至26D)和起动空气***(90),至少一个气缸用于燃烧气缸中的燃料和空气的混合物,所述起动空气***构造成向至少一个气缸(26A至26D)提供加压起动空气并且包括与所述至少一个气缸(26A至26D)相关的至少一个气缸起动阀(97A至97D),所述方法包括:
在所述内燃发动机(10)的基于燃料的运转期间,在所述至少一个气缸起动阀(97A至97D)上游在所述起动空气***(90)中提供封闭空间;
检测表现所述封闭空间的充填特性并且偏离指示所述起动空气***(90)的适当操作性能的预期参数的参数;以及
输出指示所述起动空气***(90)的泄漏的信号。
11.根据权利要求10所述的方法,还包括在检测所述参数之前将所述封闭空间泄放至预定的压力。
12.根据权利要求10或11所述的方法,其中,检测所述封闭空间的所述参数包括检测所述封闭空间内的压力和/或甲烷浓度和/或CO2浓度和/或温度。
13.根据权利要求10或11所述的方法,其中,在所检测到的参数超过预定的阈值时输出指示所述起动空气***(90)的泄漏的信号。
14.根据权利要求10或11所述的方法,还包括当所检测到的参数瞬时处于预定的参数范围之外时,将至少一个气缸起动阀(97A至97D)宣告为未适当地操作,和/或
当所检测到的参数瞬时处于预定的参数范围之外时,切换到用于运转所述内燃发动机(10)的另一燃料类型,和/或
当所检测到的参数瞬时处于预定的参数范围之外时,关掉所述内燃发动机(10),和/或
当所检测到的参数瞬时处于预定的参数范围之外时,使所述内燃发动机(10)在应急运转模式下运转。
15.根据权利要求10所述的方法,其中,检测表现所述封闭空间的充填特性并且偏离指示所述起动空气***(90)的气缸起动阀(97A至97D)的适当操作性能的预期参数的参数。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10502146B2 (en) | 2016-07-27 | 2019-12-10 | Caterpillar Inc. | Gas engine fast start fuel strategy |
DE102018203491A1 (de) * | 2018-03-08 | 2019-09-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftung und Verfahren zur Detektion einer Leckage |
JP7176301B2 (ja) * | 2018-08-29 | 2022-11-22 | 株式会社デンソー | 内燃機関システム |
RU188975U1 (ru) * | 2018-11-19 | 2019-04-30 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Система воздушного пуска двигателя |
RU194761U1 (ru) * | 2019-09-02 | 2019-12-23 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Система экстренного пуска дизельного двигателя транспортного средства |
CN112664377A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-16 | 浙江吉利控股集团有限公司 | 发动机运行辅助***及方法 |
US11459992B1 (en) | 2021-06-15 | 2022-10-04 | Caterpillar Inc. | Delay circuit for providing natural gas to an engine and systems, assemblies, and methods thereof |
CN113586305B (zh) * | 2021-09-16 | 2022-07-22 | 中国北方发动机研究所(天津) | 一种柴油机空气分配器 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10339249A (ja) * | 1997-06-11 | 1998-12-22 | Hitachi Ltd | 非常用ディーゼル発電設備及びその警報発生方法 |
DE10224719B4 (de) * | 2002-05-30 | 2007-03-08 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Einrichtung und Verfahren zum Speisen von Zylindern von aufgeladenen Verbrennungsmotoren |
CN101451473A (zh) * | 2007-12-04 | 2009-06-10 | 罗伯特.博世有限公司 | 运行内燃机的方法和用于内燃机的控制或调节装置 |
CN101952578A (zh) * | 2008-02-18 | 2011-01-19 | Zf腓德烈斯哈芬股份公司 | 用于在起动过程中控制内燃机的压缩空气供应的方法 |
KR20120091658A (ko) * | 2011-02-09 | 2012-08-20 | 대우조선해양 주식회사 | 선박용 주 공기압축 시스템 및 제어방법 |
KR101363513B1 (ko) * | 2012-05-15 | 2014-02-17 | 삼성중공업 주식회사 | 발전기 엔진 시동 시스템 및 그 방법 |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3967132A (en) * | 1974-11-26 | 1976-06-29 | Takamine Bruce N | Air operated power transfer apparatus |
DE2542970A1 (de) * | 1975-09-26 | 1977-03-31 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Aufgeladene brennkraftmaschine |
US4213437A (en) * | 1978-11-20 | 1980-07-22 | Carmen Onofrio | Air-filter purger for internal combustion engines |
JPS62291467A (ja) * | 1986-06-11 | 1987-12-18 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | ガス弁式大形ガス機関の始動装置 |
JPS63124828A (ja) * | 1986-11-13 | 1988-05-28 | Senpo Sekkei:Kk | 過給式多気筒エンジン |
JPH0745858B2 (ja) * | 1987-05-28 | 1995-05-17 | ダイハツディーゼル株式会社 | 内燃機関始動用の圧縮空気供給系の診断方法 |
JPH01273830A (ja) * | 1988-04-27 | 1989-11-01 | Mazda Motor Corp | エンジンの加圧エア供給装置 |
DE4041628A1 (de) * | 1990-12-22 | 1992-07-02 | Daimler Benz Ag | Gemischverdichtende brennkraftmaschine mit sekundaerlufteinblasung und mit luftmassenmessung im saugrohr |
DE19837094C1 (de) * | 1998-08-17 | 2000-02-03 | Daimler Chrysler Ag | Vorrichtung zur Steuerung von in mehreren Zylindern einer Brennkraftmaschine durch Kolben komprimierter Luft mittels Dekompressionsventilen |
DE19944946A1 (de) * | 1999-09-20 | 2001-03-29 | Udo Reilaender | Anlage zum Ausgleich des Ladedrucks bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren |
ITVI20010110A1 (it) | 2001-05-11 | 2002-11-11 | Capuzzo Cesare Dolcetta | Sistema di avviamento per motore a combustione interna mediante aria compressa |
DE10239110B4 (de) * | 2002-08-27 | 2004-08-19 | Caterpillar Motoren Gmbh & Co. Kg | Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine |
US7050900B2 (en) * | 2004-02-17 | 2006-05-23 | Miller Kenneth C | Dynamically reconfigurable internal combustion engine |
FI119703B (fi) | 2005-07-01 | 2009-02-13 | Waertsilae Finland Oy | Mäntämoottorin paineväliainetoiminen käynnistysjärjestely |
ES2275438B1 (es) * | 2005-11-23 | 2008-05-01 | Ros Roca Indox Equipos E Ingenieria, S.L | Sistema de asistencia a la sobrealimentacion en condiciones de operacion transitorias para motores alternativos sobrealimentados mediante grupo turbocompresor. |
US8412441B1 (en) * | 2009-09-09 | 2013-04-02 | Sturman Digital Systems, Llc | Mixed cycle compression ignition engines and methods |
DE102011016993A1 (de) | 2010-04-29 | 2012-03-29 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Startvorrichtung und Verfahren zum Starten eines Personenkraftfahrzeugs |
CN201714551U (zh) | 2010-05-31 | 2011-01-19 | 三一重型装备有限公司 | 一种柴油机气启动保护装置及包括该装置的气启动柴油机 |
CN102261296B (zh) | 2010-05-31 | 2012-09-26 | 三一重型装备有限公司 | 一种柴油机气启动保护装置及包括该装置的气启动柴油机 |
DE102010056238A1 (de) * | 2010-12-24 | 2012-06-28 | Audi Ag | Antrieb mit einer Brennkraftmaschine und einer Expansionsmaschine mit Gasrückführung |
FI123333B (en) | 2011-11-23 | 2013-02-28 | Waertsilae Finland Oy | Liquid detection system for a combustion engine, method for operating a liquid detection system, and method for improving an internal combustion engine |
FR2993605A1 (fr) * | 2012-07-20 | 2014-01-24 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Moteur a combustion de vehicule automobile a alimentation amelioree de reservoir d'air comprime |
US9435300B2 (en) * | 2012-12-13 | 2016-09-06 | Ford Global Technologies, Llc | Method and system for vacuum generation |
DE102013009430A1 (de) * | 2013-06-05 | 2014-12-24 | Man Diesel & Turbo Se | Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben derselben |
-
2014
- 2014-03-19 EP EP14160710.1A patent/EP2921692B1/en active Active
-
2015
- 2015-03-12 US US14/656,702 patent/US9689365B2/en active Active
- 2015-03-18 KR KR1020150037534A patent/KR102328097B1/ko active IP Right Grant
- 2015-03-18 CN CN201510117798.2A patent/CN104929841B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10339249A (ja) * | 1997-06-11 | 1998-12-22 | Hitachi Ltd | 非常用ディーゼル発電設備及びその警報発生方法 |
DE10224719B4 (de) * | 2002-05-30 | 2007-03-08 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Einrichtung und Verfahren zum Speisen von Zylindern von aufgeladenen Verbrennungsmotoren |
CN101451473A (zh) * | 2007-12-04 | 2009-06-10 | 罗伯特.博世有限公司 | 运行内燃机的方法和用于内燃机的控制或调节装置 |
CN101952578A (zh) * | 2008-02-18 | 2011-01-19 | Zf腓德烈斯哈芬股份公司 | 用于在起动过程中控制内燃机的压缩空气供应的方法 |
KR20120091658A (ko) * | 2011-02-09 | 2012-08-20 | 대우조선해양 주식회사 | 선박용 주 공기압축 시스템 및 제어방법 |
KR101363513B1 (ko) * | 2012-05-15 | 2014-02-17 | 삼성중공업 주식회사 | 발전기 엔진 시동 시스템 및 그 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20150267673A1 (en) | 2015-09-24 |
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EP2921692B1 (en) | 2018-08-29 |
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