CN105386919B - 用于起动内燃机的方法和控制*** - 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,该内燃机具有多个活塞‑缸体单元(2),其中,在各活塞‑缸体单元(2)的上游存在死区容积(3),其中,在内燃机(1)起动尝试时由辅机(5)驱动在各缸体内的活塞,其中,通过内燃机(1)的预定的起动时间(ts)限制起动尝试的最大允许的持续时间,其中,在内燃机(1)的起动尝试开始之前或开始时根据内燃机(1)和/或辅机(5)的状态计算和预定起动时间(ts)。本发明还涉及一种用于起动内燃机(1)的控制***。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分的特征的用于起动内燃机的方法以及一种具有权利要求8前序部分的特征的用于起动内燃机的控制***。
背景技术
内燃机、特别是固定式内燃机的起动对参与的构件形成大的负载。在起动内燃机时,由辅机驱动的齿轮、起动器小齿轮通常啮合到与内燃机的曲轴连接的齿圈内并且加速内燃机直到内燃机的这样一个旋转速度,在该旋转速度中该内燃机可以自动运转。载荷涉及这些机械部件并且特别涉及辅机。在电动的辅机的情况下这是电绕组和起动器蓄电池。
与安全有关的方面是,在起动过程期间能燃烧的混合物被泵入排气歧管中并且爆燃的危险因此随着起动过程的持续时间而增加。
因此,由于上述原因而常见的是,通过预定的时间来限制起动过程的最大允许的持续时间。
按照现有技术的起动方法的缺点在于,经常发生不成功的起动尝试、亦即未导致内燃机自动运转的起动尝试。
发明内容
本发明的目的是,提供一种起动方法和一种控制***,通过该起动方法和控制***提高起动尝试相对于现有技术的成功概率。
该目的通过一种具有权利要求1的特征的方法和一种具有权利要求8的特征的控制***实现。有利的实施方式在从属权利要求中限定。
在内燃机的起动尝试开始之前或开始时根据内燃机的和/或辅机的状态计算和预定起动时间,由此实现:明显提高起动尝试的成功概率。起动尝试的成功指的是,内燃机通过起动尝试开始自动运转。
由此,参与起动过程的机械和电动部件更少地受载并且比在按现有技术的起动方法中达到更高的寿命,这是因为在现有技术中不成功的起动尝试比利用按照本发明的方法时的不成功的起动尝试更频繁。
通过考虑内燃机和/或辅机的状态用以确定起动时间而因此确定适应于内燃机和/或辅机状态的起动时间。
起动时间相当于直到在全部缸体中存在能点火的混合物时所需的时间。过长的起动时间意味着爆燃危险增加,因为未燃烧的混合物泄漏到排气歧管中。过短的起动时间可能导致如下后果:不是全部缸体由能点火的混合物到达。提出的方法的优点在于对于起动过程来说减少爆燃危险、提高成功概率并且在于减少辅机和可能蓄电池的负载,这提高它们的寿命。
优选可以规定,如果在起动时间流逝以后内燃机的转速未达到或已超过起动转速,那么中止起动尝试。
内燃机的起动转速是内燃机最早开始自动运转时的转速。
因此检验,在达到预定的起动时间以后内燃机的转速是否实际上也已达到起动转速。如果在观察的起动尝试中未达到起动转速,那么中止该起动尝试。起动尝试的中止意味着至少关掉辅机。在中止起动尝试时进一步的合适措施是关闭燃料供给装置、例如燃气阀,使得燃料不被进一步抽吸并且被未烧尽地释放。
优选规定,根据死区容积的大小预定起动时间。死区容积理解为存在于燃烧室与设置在燃烧室上游的燃料计量装置或混合装置之间的容积。
在起动过程期间必须通过内燃机的各活塞-缸体单元的泵送作用来排空死区容积,直到各缸体填充有能燃烧的混合物。在多数活塞-缸体单元未被能燃烧的混合物填充之前,起动过程是不能成功的。因此,在起动时间的测定中考虑死区容积的大小有助于提高起动尝试的成功概率。
特别优选地可以规定,根据辅机的转速和/或根据内燃机的缸体数目和/或根据各活塞-缸体单元的工作容积和/或根据内燃机的容积效率预定起动时间。
优选设有一种用于起动内燃机的控制***,所述控制***构成为,使得起动时间在内燃机的起动尝试开始之前或开始时根据内燃机的和/或辅机的状态被计算和预定。
优选可以规定,如果在起动时间流逝以后内燃机的转速未达到或已超过起动转速,那么起动尝试被中止。
此外优选可以规定,所述控制***构成为,使得起动时间根据死区容积的大小和/或辅机的转速和/或内燃机的缸体数目和/或内燃机的各活塞-缸体单元的工作容积和/或内燃机的容积效率被预定。
附图说明
接下来通过附图详细阐述本发明。其中:
图1示出具有辅机的内燃机的示意图,
图2示出在起动过程期间,转速关于时间的示意性曲线图,
图3示出计算起动时间的图解视图。
具体实施方式
图1以示意图示出内燃机1,该内燃机具有多个活塞-缸体单元2。内燃机1的各活塞-缸体单元2经由进气管6被供应以燃料-空气混合物。通过箭头象征性表示燃料-空气混合物流入进气管6中。燃料供给装置7配给燃料。
燃料供给装置7例如可以是燃气混合器、计量阀或其它通用的用于燃料的供给装置。
也示出辅机5(起动机),该辅机经由起动器齿圈4连接于内燃机1的曲轴。辅机5可以电动地或气动地被驱动。在电动驱动的情况下通常设有起动器蓄电池作为储能器,在气动的起动机中压缩空气存储器用作能量储备。
在起动过程中,辅机5的小齿轮啮合到起动器齿圈4中并且加速内燃机1,直到该内燃机开始自动运转。在起动过程期间,从进气管6向各活塞-缸体单元2输送燃气或混合物。
进气管6的位于各活塞-缸体单元2与燃料供给装置7之间的区段在本申请中被称为死区容积3。在起动过程中必须在通过燃料供给装置7配给燃料以后、在燃料-空气混合物到达各活塞-缸体单元2之前燃料-空气混合物必须首先涌进死区容积3。
死区容积3与内燃机1的每转通过量共同导致燃料-空气混合物向各活塞-缸体单元2的输送延迟。这导致如下后果:在起动过程期间能燃烧的混合物在一定的时间以后才存在于各活塞-缸体单元2中。该时间由各活塞-缸体单元2的通过量、通过辅机5的转速所给予的内燃机1的转速以及由死区容积3的大小得出。用于描述各活塞-缸体单元的(通过量的)泵送作用的合适的标准是容积效率(英:volumetric efficiency),所述容积效率表示:在缸体内结束换气以后提供多少新鲜充气用以理论上最大可能地填充。
起动转速越高,越快地抽空死区容积3。缸体数目越大,在给定起动转速的情况下越快地抽空死区容积3。
各活塞-缸体单元2的较大的工作容积在给定起动转速且给定缸体数目的情况下导致死区容积3的较快的抽空。
图2示出相对于X轴上的时间t绘制的在Y轴上的内燃机1的转速n的曲线图。画入曲线图中的是内燃机1在起动过程期间的典型的转速变化曲线。因此可看出,在内燃机1通过辅机5加速到最大的起动器转速nmax(在这里例如每分钟180转)以后,如此久地实施起动过程,直到达到内燃机1的起动转速ns。最大的起动器转速nmax由辅机5的功率、(在电动的辅机的情况下)起动器蓄电池的充电状态、油温和摩擦情况来确定。
内燃机1的起动转速ns是内燃机1最早开始自动运转时的转速。
在时刻t0时,辅机5已将内燃机1加速到最大的起动器转速nmax。起动时间ts表示:在内燃机1开始自动运转并且达到起动转速ns之前,该内燃机被保持在nmax多久。
最大的起动器转速nmax是内燃机1的在起动过程期间辅机5将该内燃机1保持所在的转速。一旦内燃机1通过在各活塞-缸体单元2自身中的燃烧而产生功率,内燃机1就继续加速。如果内燃机1通过在各活塞-缸体单元2中的燃烧而达到起动转速ns,那么起动器脱开。
图3a和3b示出按照一种实施例计算起动时间ts的图解视图。
为了概念清楚而坚持内燃机1是上位概念。所述内燃机包括不同的发动机结构系列,这些发动机结构系列例如通过活塞-缸体单元2的不同工作容积相区别。在这些发动机结构系列内又具有不同的型式,这些型式通过活塞-缸体单元2的数目相区别。一种发动机结构系列因此可以包括具有不同数目缸体的发动机,但在一种发动机结构系列内的各个活塞-缸体单元2的大小(容积)在很大程度上是相同的。
现在首先针对一种可以包括具有不同数目缸体的多种型式的发动机结构系列为具有确定的缸体数目的一种型式确定参考起动时间tref。
在本实例中为一种具有20个缸体的型式确定参考起动时间tref。此外为一种具有不同缸体数、例如12个缸体的型式确定起动时间。用于具有12个缸体的型式的起动时间除以参考起动时间tref。该除法的结果是用于考虑缸体数目的系数Factorcyl。
这个关系图解地示于图3a中。在图3a的图解中,关于起动时间ts绘制缸体数目Nzyl。可看出:具有20个缸体的发动机具有的起动时间ts_20比具有12个缸体的发动机具有的起动时间ts_12更短。
系数Factorcyl再次给出上述关系:在转速相同时在缸体数目较大的情况下死区容积3被更快地抽空。
在所示的实例中,为具有12个缸体的型式所确定的起动时间是为具有20个缸体的型式所确定的起动时间的1.27倍,亦即Factorcyl在该具体的实例中为1.27。对于其它的发动机结构系列,系数Factorcyl当然可以采用其它的数值。
随后经由第二系数考虑起动转速的影响。这在图3b中图解地示出。
为了确定用于考虑起动转速的系数,在同一发动机上在起动转速不同的情况下实施两个起动过程。在较高的起动转速时达到较短的起动时间。
在图3b中绘制出关于起动时间ts的最大的起动器转速nmax。可看出,在较高的起动器转速n1的情况下比对于起动时间为ts_n2的较低的起动器转速n2获得更短的起动时间ts_n1。
用于较低的起动转速的起动时间除以用于较高的起动转速的起动时间的比值得出用于考虑起动转速的系数Factornmax。这再次给出上述关系,即,在较高的转数时,死区容积3被更快地抽空。
用于所选择的内燃机1的最大允许的必需的起动时间tmax现在利用以下公式计算:
tmax=tref×Factorcyl×Factornmax
如果通过参考测量一次就已知在缸体数目或最大的起动器转速之间的关系,那么可以利用系数Factorcyl和Factornmax在一种发动机结构系列内对任意的缸体数目和起动转速进行计算。
按照一种变型方案可以经由以下公式计算起动时间。
从进气管6到各活塞-缸体单元2的容积流量用V’Zyl表示并且具有单位m3/s。容积流量V’Zyl作为乘积得出:
其中,nmax为最大的起动器转速,Nzyl为缸体数目,Vzyl为一个缸体的工作容积,并且λL为一个缸体的实际的和理论的燃气交换的比值(容积效率)。这个公式再次给出,在转数为nmax时从进气管向各活塞-缸体单元2输送多少容积流量。这对于一种发动机型式是已知的大小。容积效率λL(英:volumetric efficiency)表示,在缸体内的换气结束之后提供多少新鲜充气用以理论上最大可能地填充。当然,较大的工作容积导致较大的泵送作用并且因此导致较大的容积流量V’zyl。
起动时间ts现在可以如下计算:
ts=Vintake/V’Zyl
以Vintake表示死区容积3的以m3为单位的容量。
附图标记列表
1 内燃机
2 活塞-缸体单元
3 死区容积
4 起动器齿圈
5 辅机
6 进气管
7 燃料供给装置
Factornmax 用于考虑起动转速的系数
Factorcyl 用于考虑缸体数目的系数
tmax 最大允许的必需的起动时间
ts 起动时间
nmax 最大的起动器转速
ns 起动转速
Nzyl 缸体数目
Vintake 死区容积3的以m3为单位的容量
λL 缸体的实际的和理论的燃气交换的比值(容积效率)
Claims (12)
1.用于起动内燃机(1)的方法,该内燃机具有多个活塞-缸体单元(2),其中,在各活塞-缸体单元(2)的上游存在死区容积(3),其中,在内燃机(1)起动尝试时由辅机(5)驱动在各缸体内的活塞,其中,通过内燃机(1)的预定的起动时间(ts)限制起动尝试的最大允许的持续时间,其特征在于,在内燃机(1)的起动尝试开始之前或开始时根据内燃机(1)的和/或辅机(5)的状态计算和预定起动时间(ts),并且根据死区容积(3)的大小预定起动时间(ts),所述死区容积(3)为进气管(6)的位于各活塞-缸体单元(2)与燃料供给装置(7)之间的区段。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,如果在起动时间(ts)流逝以后内燃机(1)的转速(n)未达到或已超过起动转速(ns),那么中止起动尝试。
3.按照上述权利要求1所述的方法,其特征在于,还根据辅机(5)的转速预定起动时间(ts)。
4.按照上述权利要求1所述的方法,其特征在于,还根据内燃机(1)的缸体数目(Nzy1)预定起动时间(ts)。
5.按照上述权利要求1所述的方法,其特征在于,还根据内燃机(1)的各活塞-缸体单元(2)的工作容积(Vzy1)预定起动时间(ts)。
6.按照上述权利要求1所述的方法,其特征在于,还根据内燃机(1)的容积效率(λL)预定起动时间(ts),所述容积效率表示为缸体的实际的和理论的燃气交换的比值。
7.用于起动内燃机(1)的控制***,该内燃机具有多个活塞-缸体单元(2),其中,在各活塞-缸体单元(2)的上游存在死区容积(3),其中,在内燃机(1)起动尝试时在各缸体内的活塞被辅机(5)驱动,其中,起动尝试的最大允许的持续时间被内燃机(1)的预定的起动时间(ts)限制,其特征在于,所述控制***构成为,在内燃机(1)的起动尝试开始之前或开始时根据内燃机(1)的和/或辅机(5)的状态计算和预定起动时间(ts),并且根据死区容积(3)的大小预定起动时间(ts),所述死区容积(3)为进气管(6)的位于各活塞-缸体单元(2)与燃料供给装置(7)之间的区段。
8.按照权利要求7所述的控制***,其特征在于,如果在起动时间(ts)流逝以后内燃机(1)的转速(n)未达到或已超过起动转速(ns),那么起动尝试被中止。
9.按照权利要求7所述的控制***,其特征在于,所述控制***构成为,使得起动时间(ts)还根据辅机(5)的转速被预定。
10.按照权利要求7所述的控制***,其特征在于,起动时间(ts)还根据内燃机(1)的缸体数目(Nzy1)被预定。
11.按照权利要求7所述的控制***,其特征在于,起动时间(ts)还根据内燃机(1)的各活塞-缸体单元(2)的工作容积(Vzv1)被预定。
12.按照权利要求7所述的控制***,其特征在于,起动时间(ts)还根据内燃机(1)的容积效率(λL)被预定,所述容积效率表示为缸体的实际的和理论的燃气交换的比值。
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