专利名称：起动记忆方法
技术领域：
本发明涉及确定往复运动的活塞或内燃机的曲柄角度的起动记忆(start_up learning)方法，涉及确定曲柄角度的曲柄角度传感器装置，还涉及根据相应类别的独立权利要求的前叙部分中的往复运动活塞式内燃机。
背景技术：
大型的柴油发动机经常用作船舶的驱动机组，然而，也可用在固定作业，例如用于驱动发电的大型发电机。这样，发动机通常在相当长的时间内以连续作业的方式运行这对其的安全性和有效性提出高的要求。
这种发动机利用起动空气起动。利用电气驱动机组的起动例如对汽车发动机或重型载物汽车发动机或小型船舶的发动机的起动是已知的，而对于尺寸庞大的发动机是不可能的。
为了沿一定的回转方向可靠地起动发动机，必需利用起动空气，按一定次序，一个接一个地对两个或多个汽缸加压。该次序基本上由在发动机正常工作过程中的点火顺序确定，直至发动自己运转为止。为了找到起动时利用起动空气对内燃机的气缸加压的正确顺序，必需在开始起动顺序前，知道静止机械的曲柄绝对角度，因为不然就不可能确定按什么次序，用起动空气加压内燃机的哪个气缸。如果记住了现在非常大型的柴油发动机可具有多达14个气缸，则为了起动发动机，利用起动空气加压两个或多个气缸在原则上会产生许多难以应付的可能性。
显然，如果事先知道静止时该机器的曲柄的绝对角度，使用适当的时间和花费通常才能可靠地起动发动机，因此，使用曲柄绝对角度的知识，可以找到正确的起动顺序。
今天，在正常情况下，这不是大问题，因为现代的发动机都有带有数据处理系统的电子控制装置，在该装置中可存储在该发动机最后的静止过程中最后的曲柄角度，因此下一次起动时，可以知道该发动机的曲柄的绝对角度。
然而，有一些特定情况，这时曲柄的绝对角度的值丢失，或不再相应于最后存储的值。
例如，如果在短途航行过程中，由于故障对船舶发动机的电力供给在低速时完全切断，则该发动机进入静止状态，而在静止过程中不能再存储曲柄的绝对角度，就可能有上述的情况。
然而，在维修工作过程中，产生更相关的情况。在某些维修工作中，为了安全的原因，必需将发动机完全与电源脱开，换句话说，使发动机完全没有电力。在这种情况下，自然事前可以存储发动机的曲柄的绝对角度，然而，根据维修工作的性质不同，发动机必需转动一定的不能更接近地确定的曲柄角度，这可利用外部电气驱动装置进行，因此，在工作结束时，该内燃机的曲柄的绝对角度的值是不知道的。
在这种情况下，为了再次起动发动机，在现有技术发动机中设置一些装置，当静止时，利用这些装置也可计算该内燃机的曲柄的绝对角度。
为了清楚起见，在
图1中示意性地表示带有这种已知装置的内燃机。为此，在图1的代号中带有“，”号，以便将现有技术与本发明区别。
图1中示意性地表示一个已知的大型柴油发动机。该发动机具有多达12、13或14个气缸或更多，该发动机的壳体以本身已知的方式包括一个支架8’和一个曲柄箱9’。曲轴3’的轴颈支承在该曲柄箱9’中。在该实际的发动机壳体的外面设有一个角度测量装置10’，利用该装置可在任何时间确定往复运动活塞式内燃机2’的曲柄的绝对角度7’。该角度测量装置10’包括一个驱动皮带轮31’。该皮带轮一方面与曲轴3’可转动地固定连接，另一方面，通过驱动皮带32’，与测量圆盘4’可转动地固定连接。在测量圆盘4’上设有参考标记5’，使得可用电子方法或通过检查读出曲柄的绝对角度7’。
虽然，可以利用角度测量装置10’确定的曲柄角度7’，除了起动发动机外，还可用于其他目的，例如用于在工作状态下测量曲柄角度，但由于知道，在工作状态下，该内燃机的实际曲柄角度7’抑或亦可用业内人士本身已知的方式得到，因此，除了在曲柄的绝对角度7’值丢失后起动机器外，原则上该角度测量装置10’是多余的。因此在发动机2’正常工作的条件下，利用该角度测量装置10’确定曲柄角度7’，只是因为以前为了在曲柄的绝对角度7’丢失后能够起动发动机2’，必需有角度测量装置10’。
可以理解，如果在曲柄的绝对角度丢失后，还有其他的可能来起动发动机，则由于明显的理由，最好完全没有另外的角度测量装置。这样，不但可节省设置角度测量装置的成本，而且不需要相应的修理和维修工作。最后可提高工作可靠性，这是由于在已知的角度测量装置出现故障或损坏的情况下，可以不需巨大的附加成本，确定发动机的曲柄的绝对角度。
本发明概要因此，本发明的目的是提供一种可以用简单的方法确定往复运动活塞式内燃机的曲柄的绝对角度的方法和装置。
满足这些目的方法和装置的本发明的主题的特征在于相应类别中的独立权利要求的特点。
相应的从属的权利要求涉及本发明的具体的优选实施例。
这样，本发明涉及确定往复运动活塞式内燃机，特别是二冲程的大型柴油发动机的曲柄角度的起动记忆方法，其中，以固定的角度关系与往复运动活塞式内燃机的曲轴连接的参考装置设有参考标记。利用这个标记，通过与检测装置的相互作用，可以确定往复运动活塞式内燃机的曲柄的绝对角度。为此，起动记忆方法(1)包括下列步骤a)选择一个起动气缸；b)利用预先确定量的起动空气给该起动气缸加压；c)在往复运动活塞式内燃机没有转动的情况下，选择另一个起动气缸，并利用步骤b)继续该起动记忆方法；d)通过利用起动空气给该起动气缸加压，使该往复运动活塞式内燃机转动一个预先确定的曲柄角度；e)在该往复运动活塞式内燃机在不希望的方向上转动的情况下，选择另一个气缸，和利用步骤b)继续该起动记忆方法；f)在该检测装置没有对准该参考标记的情况下，选择下一个气缸并利用步骤b)继续该起动记忆方法；和在最后的步骤g)中该检测装置对准该参考标记，由此可确定该往复运动活塞式内燃机的曲柄的绝对角度。
该参考装置以固定的角度关系与曲轴装置工作连接的事实，在本申请的范围内，可以从该参考装置的回转角度确定曲轴的相应的曲柄角度。
因此，即使发动机完全无电流和发动机的曲轴在无电流的条件下转动，例如在修理工作或维修一个未知的曲柄角度的范围内，可以第一次没有任何问题地再起动二冲程的大型柴油发动机。即根据本发明的方法，为该第一次重新起动二冲程的大型柴油发动机，原则上也包括任何其他的往复运动活塞式内燃机，允许不需要在可起动发动机前，藉以首先测量发动机的曲柄的绝对对角度的装置。
在根据本发明的起动记忆方法的优选实施例中，该参考装置为可转动地与曲轴固定连接的一个有齿的轮，也称为“齿轮”，特别是驱动往复运动活塞式内燃机的发动机机组的驱动齿轮。配置在发动机内，曲柄箱中，在曲轴的一个末端上的这种齿轮，必需特别精密地加工，使得可以比3°角度好的精度，特别是比1°角度更精确，尤其是以至少0.1°曲柄角或更精确的精度确定曲柄的绝对角度或曲柄的相对角度。
在这个结构中，最好，但不是必需，在该参考装置上设置多于1个参考标记，特别是设置两个参考标记，或者在这种特定情况下，参考标记的数目与往复运动活塞式内燃机的气缸数目相同，或者，参考标记的数目比往复运动活塞式内燃机的气缸数目大或小。
在一些特定实施例中，可以设置多个1个检测装置，具体是两个检测装置，用于检测该参考标记。或者，该检测装置的数目可以与往复运动活塞式内燃机的气缸数目相等；或者，该检测装置的数目比往复运动活塞式内燃机的气缸数目大或小。
为了简单地检测不但是回转角度，而且是往复运动活塞式内燃机的转动方向和/或保证更高而角度分辨率，带有多于1个检测装置和/或多于1个参考装置的实施例是特别适合的。利用该装置可以大大减小实现根据本发明的方法的可能失效的尝试数目，并可以节省起动空气。
该参考标记可以为一个光学参考标记，例如标记和/或磁性参考标记。可以配置在该齿轮或该齿轮上或磁性图像上的磁性元件可赋予该齿轮。该参考标记可以为电气参考标记和/或发送机形式的电磁参考标记和/或电容参考标记和/或电感参考标记和/或其他参考标记。该检测装置可以为光学检测装置，例如光电元件，光电二极管或光电晶体管。该检测装置为磁检测装置和/或电气检测装置和/或电磁检测装置例如接收齿和发送机，和/或电容检测装置和/或电感检测装置和/或其他检测装置。
这表示，该参考标记可以为用于表示曲柄角度的分度的任何适当的装置，和该检测装置可以为适合检测该参考标记的任何适合的传感器。
本发明还涉及确定往复运动活塞式内燃机的曲柄角度的曲柄角度传感器装置。该传感器装置包括带有参考标记的参考装置，它可以固定的角度关系与往复运动活塞式内燃机的曲轴连接。另外，该传感器装置还包括检测装置，利用该检测装置，通过与该参考标记相互作用，可以确定往复运动活塞式内燃机的曲柄的绝对角度。该参考装置设在往复运动活塞式内燃机的内部，具体是该往复运动活塞式内燃机的该支架内部和/或曲柄箱的内部。
在该结构中，该参考装置最好为与曲轴可转动地固定连接的一个齿轮，特别是驱动发动机机组的一个驱动齿轮。使用这种称为“齿轮”，和固定在曲轴的末端，并实际上用作驱动发动机不同机组-例如泵的有齿齿轮的优点为可以不需要配置在带有驱动皮带的发动机外侧上的现有技术的非常复杂的测量装置，角度变换器和检测传感器；和可以使用在任何情况下，在发动机中都存在的有齿的轮—在这种特定情况下，为“齿轮”。
不消说，这是相当简单，可降低维修成本，并且比使用在发动机外面的另外的测量装置便宜得多。除了可确定发动机的曲柄的绝对角度以外，该测量装置还可用于确定曲柄的相对角度。虽然可以用于这种确定，但由于使用根据本发明的方案，这种测量装置成为多余的，因为曲柄的相对角度可以利用已知的和不同的方法，在内燃机的工作状态下得到。特别是，利用根据本发明的装置，可以自然地确定在正常工作状态下的曲柄的相对角度。
在根据本发明的曲柄角度传感器的一个特定实施例中，设有多于1个参考标记，特别是在参考装置上设置两个参考标记。在特定情况下，参考标记的数目与往复运动活塞式内燃机的气缸数目相同，或者，参考标记的数目比往复运动活塞式内燃机的气缸数目大或小。
在另一个具体的实施例中，设置多于1个检测装置，具体是2个检测装置。在特定情况下，该检测装置的数目与往复运动活塞式内燃机的气缸数目相同，或者，该检测装置的数目比往复运动活塞式内燃机的气缸数目大或小。
该参考标记可以为光学参考标记和/或磁性参考标记和/或电气参考标记和/或电磁参考标记和/或电容参考标记和/或电感参考标记和/或其他参考标记。该检测装置为光学检测装置和/或磁性检测装置和/或电气检测装置和/或电磁检测装置和/或电容检测装置和/或电感检测装置和/或其他检测装置。在这方面，平均技术熟练程度的人知道使用的检测装置和适当的参考标记，有一些已经作为例子在上面列出。
本发明还涉及带有曲柄角度传感器装置的往复运动活塞式内燃机。该曲柄角度传感器装置可为上而详细说明的，实行根据本发明的起动记忆方法的传感器装置。
附图简述下面，利用附图，更详细地说明本发明。
图1为带有绝对角度测量装置的一种已知的往复运动活塞式内燃机；图2为根据本发明的起动记忆方法的示意性流程图；图3为带有曲柄角度传感器装置的根据本发明的往复运动活塞式内燃机。
为了区别现有技术和本发明的实施例，如上所述，涉及已知的往复运动活塞式内燃机的零件用“’”号表示，而根据本发明的装置的零件不用“’”号表示。
优选实施例说明图1表示例如从现有技术长时间来已知的角度测量装置的传感器的实施例的示意图。由于在本申请的开始就详细说明了这个例子，因此不需要对图1进一步说明。
在图2中以流程图的形式示意性地表示以下用代号1表示的根据本发明的方法的一般步骤。
开始选择一个起动气缸。可以根据图3，随机地选择往复运动活塞式内燃机2的任何气缸。如果存在一定的信息，一个特定的气缸或一个特定组的气缸似乎特别合适，则因为可以假设，当给这个特定气缸或一定组的气缸中的一个气缸加压时，发动机2将在所希望的方向转动，因此可以有意地选择一个特定的气缸或一个特定组气缸中的一个气缸。
在利用起动空气给开始选择的起动气缸加压后，可以利用本身已知的方法设在内燃机2上的适当的传感器确定，发动机2是否转动。如果发动机2不转动，则必需根据先前提出的标准，即随机地或有选择地选择未被选择的不同的起动气缸，并再次用起动空气给该气缸加压。
重复这个过程直至发动机2转动为止。
如果通过加压起动气缸发动机2转动，则利用上述的传感器或者特别情况下利用其他传感器检查发动机2是否在所希望的方向转动。所希望的方向是什么取决于装置这种发动机的船舶是否开始向前航行或向后航行，或者由其他边界条件确定。
如果往复运动活塞式内燃机2不在正确的方向转动，则必需根据上述的标准选择先前没有选择的不同的起动气缸。
重复这个过程直至发动机在所希望的方向转动为止。
由于正常情况大，发动机2开始时只转动大约一定的曲柄角度，因此如果只是一个起动气缸装入起动空气，则必需确定在发动机2的上述转动过程中，参考标记5是否在所希望的方向与检测装置6对准，即必需检查发动机2是否转动使得该参考标记运动通过该检测装置6。这点可利用检测装置6，即利用光学传感器检测，使得可以确定曲柄的约对角度7。应当了解，如果该参考标记5至少一次被该检测装置6检测，则可以自然地确定曲柄的绝对角度7。
在发动机2已经沿所希望的方向转动，但回转的曲柄角度7不够使该参考标记5移过该检测装置6的情况下，则发动机2必需还沿该相同的方向转动。为此，必需另外选择下一个气缸，该气缸可以随机选择，或者可以根据手头有的信息，继续沿用起动空气加压的正确方向转动发动机2。
重复上述步骤，直至发动机2直至发动机2通过转动，在正确方向上使该参考标记5运动通过该检测装置6，使得可以确定该往复运动活塞式内燃机2的曲柄的绝对角度7为止。
在通过检测该参考标记5作为一个参考点，找出曲柄的绝对角度7后，可将该角度存储在发动机控制装置的电子数据处理装置的存储器中，并可利用本身已知的增量方法，对于所有以后的工作条件，确定发动机2的曲柄角度7。即在利用根据本发明的起动记忆方法找出曲柄的绝对角度7后，发动机2可在任何所希望的回转方向上安全和可靠地起动。
最后，图3示意性地部分和用截面表示带有根据本发明的曲柄角度传感器装置10的根据本发明的往复运动活塞式内燃机2。
往复运动活塞式内燃机2包括一个参考装置4，它以固定的角度关系与曲轴3连接。该参考装置在本例子中为齿轮4。以上的结构是由于在任何情况下都需要驱动不是图3所示的一定的驱动机组—例如泵或其他机组形成的。
该齿轮4带有一个参考标记5，最好是有至少两个参考标记4。这些参考标记在齿轮4上隔开180°角度。另外，设置一个检测装置，它可以为光学传感器6。利用该检测装置，通过与参考标记5配合，可以确定往复运动活塞式内燃机的曲柄的绝对角度7。与现有技术已知的方案相反，带有参考装置4和检测装置6的曲柄角度传感器装置10设在往复运动活塞式内燃机上的内部，具体是设在往复运动活塞式内燃机2的支架8和/或曲柄箱9的内部。
应当了解，本发明不是仅限于作为例子的上述实施例，还涉及，但不仅是所述特定实施例的所有的适当的综合。
本发明不但提出了起动往复运动活塞式内燃机的一种改进的方法，而且拥有一种新的曲柄角度传感器装置。在该方法中，由于特定情况，在起动前，实际的曲柄角度不知道。该新的曲柄角度传感器装置基本上是使用往复运动活塞式内燃机已有的零件，但作一定的改进、使得可以完全废弃现有技术已知的，确定往复运动活塞式内燃机的曲柄绝对角度的另外的装置。
权利要求
1.一种确定往复运动活塞式内燃机(2)，特别是二冲程的大型柴油发动机的曲柄角度的起动记忆方法，其中，跟借助于固定的角度关系与往复运动活塞式内燃机(2)的曲轴(3)保持操作连接的参考装置(4)设有参考标记(5)，利用该参考标记，通过与检测装置(6)相互作用，可以确定该往复运动活塞式内燃机(2)的曲柄的绝对角度(7)；其中，该起动记忆方法(1)包括下列步骤a)选择一个起动气缸；b)利用预先确定的起动空气量，加压该起动气缸；c)在该往复运动活塞式发动机(2)不转动的情况下，选择另一个起动气缸并利用步骤b)继续该起动记忆方法(1)；d)通过利用起动空气加压该起动气缸，使该往复运动活塞式发动机(2)转过一个预先确定的曲柄角度；e)在该往复运动活塞式内燃机(2)沿不希望的方向回转的情况下，选择另一个气缸并利用步骤b)继续该起动记忆方法(1)；f)在检测装置(6)不与该参考标记(5)对准的情况下，选择下一个气缸，并利用步骤b)继续该起动记忆方法(1)；g)该检测装置(6)对准该参考标记(5)，由此确定该往复运动活塞式内燃机(2)的曲柄的绝对角度(7)。
2.如权利要求1所述的起动记忆方法，其特征为，该参考装置(4)为一个可转动地与曲轴(3)固定连接的齿轮(4)，特别是驱动发动机机组的一个驱动齿轮(4)。
3.如权利要求1或2所述的起动记忆方法，其特征为，在该参考装置(4)上设有多于1个参考标记(5)，特别是两个参考标记(5)；或者在特定情况下，该参考标记(5)的数目与往复运动活塞式内燃机(2)的气缸数相同；或者，参考标记(5)的数目比该往复运动活塞式内燃机(2)的气缸数目大或小。
4.如上述权利要求中任何一条所述的起动记忆方法，其特征为，设置多于1个检测装置(6)，特别是两个检测装置(6)；或者在特定情况下，该检测装置(6)的数目与该往复运动活塞式内燃机(2)的气缸数目相同；或者，该检测装置(6)的数目比该往复运动活塞式内燃机(2)的气缸数目大或小。
5.如上述权利要求中任何一条所述的起动记忆方法，其特征为，该参考标记(5)为光学参考标记(5)和/或磁性参考标记(5)和/或电气参考标记(5)和/或电磁参考标记(5)和/或电容参考标记(5)和/或电感参考标记(5)和/或其他参考标记(5)和/或其中该检测装置(6)为光学检测装置(6)和/或磁性检测装置(6)和/或电气检测装置(6)和/或电磁检测装置(6)和/或电容检测装置(6)和/或电感检测装置(6)和/或其他检测装置(6)。
6.一种根据如权利要求1-5中任何一条所述的方法，确定往复运动活塞式内燃机(2)的曲柄角度的曲柄角度传感器装置，包括带有参考标记(5)的参考装置(4)，该参考装置以固定的角度关系与往复运动活塞式内燃机(2)的曲柄(3)保持操作连接，并且还包括一个检测装置(6)，利用该检测装置，通过与该参考标记(5)的相互作用，可以确定往复运动活塞式内燃机(2)的曲柄的绝对角度(7)；其特征为，该参考装置(4)设在该往复运动活塞式内燃机(2)的内部，特别是在该往复运动活塞式内燃机(2)的支架(8)内部和/或曲柄箱(9)的内部。
7.如权利要求6所述的曲柄角度传感器装置，其特征为，该参考装置(4)为一个可转动地与曲轴(3)固定连接的齿轮(4)，特别是驱动发动机机组的驱动齿轮(4)。
8.如权利要求6或7中的一条所述的曲柄角度传感器装置，其中，在该参考装置(4)上设置多于1个参考标记(5)，特别是两个参考标记(5)，或者，在特定情况下，其中参考标记(5)的数目与往复运动活塞式内燃机(2)的气缸数目相同；或者，参考标记(5)的数目比往复运动活塞式内燃机(2)的气缸数目大或小。
9.如权利要求6～8中任何一条所述的曲柄角度传感器装置，其特征为，设有多于1个检测装置(6)，特别是两个检测装置(6)，用于检测该参考标记(5)；或者，在特定情况下，其中，检测装置(6)的数目与往复运动活塞式内燃机(2)的气缸数目相同；或者，检测装置(6)的数目比往复运动活塞或内燃机(2)的气缸数目大或小。
10.如权利要求6～9中任何一条所述的曲柄角度传感器装置，其特征为，该参考标记(5)为光学参考标记(5)和/或磁性参考标记(5)和/或电气参考标记(5)和/或电磁参考标记(5)和/或电容参考标记(5)和/或电感参考标记(5)和/或其他参考标记(5)；和/或其中，该检测装置(6)为光学检测装置(6)和/或磁性检测装置(6)和/或电气检测装置(6)和/或电磁检测装置(6)和/或电容检测装置(6)和/或电感检测装置(6)和/或其他检测装置(6)。
11.为完成如权利要求1～5中任何一条所述的起动记忆方法(1)的如权利要求6～10中任何一条所述的带有曲柄角度传感器装置(10)的往复运动活塞式内燃机。
全文摘要
本发明涉及确定往复运动活塞式内燃机(2)，特别是二冲程的大型柴油发动机的曲柄角度的起动记忆方法(1)，其特征为，以固定的角度关系与该往复运动活塞式内燃机(2)的曲轴(3)连接的参考装置(4)带有参考标记(5)，利用该参考标记，通过与检测装置6)相互作用，可以确定该往复运动活塞式内燃机(2)的曲柄的绝对角度(7)。为此，该起动记忆方法(1)包括下列步骤a)选择一个起动气缸；b)利用预先确定量的起动空气加压该起动气缸；c)在该往复运动活塞式内燃机(2)不转动的情况下，选择另一个起动气缸，并利用步骤b)继续该起动记忆方法(1)；d)通过利用起动空气加压该起动气缸，使该往复运动活塞式内燃机(2)转动一个预先确定的曲柄角度；e)在该往复运动活塞式内燃机(2)在不希望的方向转动的情况下，选择另一个起动气缸，并利用步骤b)继续该起动记忆方法(1)；f)在检测装置不对准该参考标记(5)的情况下，选择下一个气缸，并利用步骤b)继续该起动记忆方法(1)；和在最后步骤g)中，检测装置(6)对准该参考标记(5)，由此计算该往复运动活塞式内燃机(2)的曲柄的绝对角度(7)。
文档编号F02N9/04GK101046182SQ200710091850
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年3月29日
发明者S·阿施万登, M·施密德勒 申请人:瓦特西拉瑞士股份有限公司