一种活塞往复发动机起动控制方法、装置和发动机系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种活塞往复发动机起动控制方法、装置和发动机系统。活塞往复发动机包括储气罐、主起动阀、至少两个子起动阀和至少两个气缸；每一气缸对应一个子起动阀；每一气缸通过一子输气通路与储气罐的主输气通路连接；主起动阀设置于主输气通路上，每一子起动阀设置于其对应的气缸连接的子输气通路上；每一气缸包括活塞，每一活塞通过传动机构与发动机曲轴连接；输气通路上安装有压力传感器，发动机曲轴上安装有角度传感器；起动控制方法包括：控制主起动阀开启；重复执行起动过程，直至达到发动机起动条件；关闭主起动阀和各子起动阀，能够减少压缩空气的使用量，进而可以减少储气罐等设备的体积，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种活塞往复发动机起动控制方法、装置和发动机系统


[0001]本专利技术涉及起动控制
，尤其涉及一种活塞往复发动机起动控制方法、装置和发动机系统。

技术介绍

[0002]大型发动机由压缩空气起动，通常称之为起动空气。目前大型发动机的起动过程如下：起动过程中，主起动阀开启，压缩空气到达各缸起动阀前，根据点火顺序，当活塞到达上止点之后，各缸起动阀依次开启，压缩空气通过起动阀进入燃烧室并推动活塞下行，加速发动机。当活塞接近下止点时，起动阀关闭。重复此过程直至发动机达到预期最小转速，关闭起动阀和主起动阀，发动机成功起动。
[0003]目前起动阀的开启和关闭均基于曲轴转角位置确定，但随着起动过程持续，使得起动空气压力会持续降低，且排气阀的正常打开时间与正常运转的发动机中活塞上下移动的时间不一致，在压缩过程中排气阀关闭会增加压缩背压，对提高转速带来不利影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种活塞往复发动机起动控制方法、装置和发动机系统，以减少压缩空气的使用量，进而减少储气罐等设备的体积，降低成本。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种活塞往复发动机起动控制方法，活塞往复发动机包括储气罐、主起动阀、至少两个子起动阀和至少两个气缸；每一气缸对应一个子起动阀；每一气缸通过一子输气通路与储气罐的主输气通路连接；主起动阀设置于主输气通路上，每一子起动阀设置于其对应的气缸连接的子输气通路上；每一气缸包括活塞，每一活塞通过传动机构与发动机曲轴连接；输气通路上安装有压力传感器，发动机曲轴上安装有角度传感器，角度传感器用于测算曲轴转角，压力传感器用于测量子起动阀的阀前工质压力；
[0006]起动控制方法包括：
[0007]控制主起动阀开启；
[0008]重复执行起动过程，直至达到发动机起动条件；
[0009]关闭主起动阀和各子起动阀；
[0010]其中，每一起动过程包括：发动机曲轴的曲轴转角到达对应气缸的起始转角时，控制气缸对应的子起动阀开启，使储气罐中的起动空气进入气缸，使气缸内的活塞下行，带动发动机曲轴转动；发动机曲轴的曲轴转角达到气缸对应的终止转角时，控制气缸对应的子起动阀关闭；
[0011]其中：起始转角为第一定值，终止转角为活塞下行过程中单位质量压缩空气对曲轴做的功的最大值对应的曲轴转角；或者，终止转角为第二定值，起始转角为活塞下行过程中单位质量压缩空气对曲轴做的功的最大值对应的曲轴转角；活塞下行过程中单位质量压缩空气对曲轴做的功根据气缸的工作容积、传动机构参数、曲轴转角、子起动阀前工质压力以及子起动阀前工质体积确定。
[0012]进一步的，传动机构包括曲柄和连杆；曲柄的第一端与曲轴连接，第二端与连杆的第一端连接；连杆的第二端与活塞连接；
[0013]传动机构参数包括曲柄和连杆的冲程比。
[0014]进一步的，确定起始转角和终止转角包括：
[0015]根据第一公式、第二公式和第三公式确定气缸的压力变化公式；
[0016]根据气缸的压力变化公式确定气缸内活塞下行过程中对发动机曲轴作用的扭矩与曲轴转角的关系；
[0017]起始转角为第一定值时，根据气缸内活塞下行过程中对发动机曲轴作用的扭矩与曲轴转角的关系确定终止转角与单位质量压缩空气对曲轴做的功的关系，并将单位质量压缩空气对曲轴做的功的最大值对应的曲轴转角确定为终止转角；
[0018]终止转角为第二定值时，根据气缸内活塞下行过程中对发动机曲轴作用的扭矩与曲轴转角的关系确定起始转角与单位质量压缩空气对曲轴做的功的关系，并将单位质量压缩空气对曲轴做的功的最大值对应的曲轴转角确定为起始转角；
[0019]其中：气缸的压力变化公式为：
[0020][0021]其中，C
vm
为摩尔定容热容，C
v
为定容比热容，k为绝热指数，h
s
为起动空气比焓，P为气缸内的实时缸内压力，m为气缸内的实时工质质量，V为气缸内的实时体积，为曲轴转角的瞬时值；
[0022]第一公式为：
[0023][0024]m
s
为进入气缸的起动空气质量，ω为发动机的曲轴角速度，μ为流量系数，F为瞬时几何流通截面积，ψ为流动函数，p1为子起动阀前工质压力，v1为子起动阀前工质体积；
[0025]第二公式为：
[0026][0027]第三公式为：
[0028][0029]V
h
为气缸的工作容积，λ
s
为曲柄和连杆的冲程比。
[0030]进一步的，发动机曲轴上安装有速度传感器，速度传感器用于测算曲轴的加速度；
[0031]发动机起动条件包括：发动机曲轴的加速度到达最低起动加速度。
[0032]进一步的，每一气缸还对应设置有排气阀；
[0033]每一起动过程还包括：
[0034]关闭子起动阀后，活塞上行过程中，打开排气阀。
[0035]根据本专利技术的另一方面，提供了一种活塞往复发动机起动控制装置，活塞往复发动机包括储气罐、主起动阀、至少两个子起动阀和至少两个气缸；每一气缸对应一个子起动阀；每一气缸通过一子输气通路与储气罐的主输气通路连接；主起动阀设置于主输气通路上，每一子起动阀设置于其对应的气缸连接的子输气通路上；每一气缸包括活塞，每一活塞通过传动机构与发动机曲轴连接；输气通路上安装有压力传感器，发动机曲轴上安装有角度传感器，角度传感器用于测量曲轴转角，压力传感器用于测量子起动阀的阀前工质压力；
[0036]起动控制装置包括：
[0037]第一控制模块，用于控制主起动阀开启；
[0038]起动过程执行模块，用于重复执行起动过程，直至达到发动机起动条件；
[0039]第二控制模块，用于关闭主起动阀和各子起动阀；
[0040]其中，每一起动过程包括：发动机曲轴的曲轴转角到达对应气缸的起始转角时，控制气缸对应的子起动阀开启，使储气罐中的起动空气进入气缸，使气缸内的活塞下行，带动发动机曲轴转动；发动机曲轴的曲轴转角达到气缸对应的终止转角时，控制气缸对应的子起动阀关闭；
[0041]其中：起始转角为第一定值，终止转角为活塞下行过程中单位质量压缩空气对曲轴做的功的最大值对应的曲轴转角；或者，终止转角为第二定值，起始转角为活塞下行过程中单位质量压缩空气对曲轴做的功的最大值对应的曲轴转角；活塞下行过程中单位质量压缩空气对曲轴做的功根据气缸的工作容积、传动机构参数、曲轴转角、子起动阀前工质压力、气缸内的实时工质温度以及子起动阀前工质体积确定。
[0042]进一步的，传动机构包括曲柄和连杆；曲柄的第一端与曲轴连接，第二端与连杆的第一端连接；连杆的第二端与活塞连接；
[0043]传动机构参数包括曲柄和连杆的冲程比。
[0044]进一步的，发动机曲轴上安装有速度传感器，速度传感器用于测算曲轴的加速度；
[0045]发动机起动条件包括：发动机曲轴的加速度到达最低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活塞往复发动机起动控制方法，其特征在于：活塞往复发动机包括储气罐、主起动阀、至少两个子起动阀和至少两个气缸；每一所述气缸对应一个所述子起动阀；每一所述气缸通过一子输气通路与所述储气罐的主输气通路连接；所述主起动阀设置于所述主输气通路上，每一所述子起动阀设置于其对应的气缸连接的子输气通路上；每一所述气缸包括活塞，每一所述活塞通过传动机构与发动机曲轴连接；输气通路上安装有压力传感器，发动机曲轴上安装有角度传感器，所述角度传感器用于测算曲轴转角，所述压力传感器用于测量子起动阀的阀前工质压力；所述起动控制方法包括：控制所述主起动阀开启；重复执行起动过程，直至达到发动机起动条件；关闭所述主起动阀和各所述子起动阀；其中，每一所述起动过程包括：发动机曲轴的曲轴转角到达对应气缸的起始转角时，控制所述气缸对应的子起动阀开启，使储气罐中的起动空气进入所述气缸，使所述气缸内的活塞下行，带动发动机曲轴转动；发动机曲轴的曲轴转角达到所述气缸对应的终止转角时，控制所述气缸对应的子起动阀关闭；其中：所述起始转角为第一定值，所述终止转角为活塞下行过程中单位质量压缩空气对曲轴做的功的最大值对应的曲轴转角；或者，所述终止转角为第二定值，所述起始转角为活塞下行过程中单位质量压缩空气对曲轴做的功的最大值对应的曲轴转角；活塞下行过程中单位质量压缩空气对曲轴做的功根据气缸的工作容积、传动机构参数、曲轴转角、子起动阀前工质压力以及子起动阀前工质体积确定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述传动机构包括曲柄和连杆；所述曲柄的第一端与所述曲轴连接，第二端与所述连杆的第一端连接；所述连杆的第二端与所述活塞连接；所述传动机构参数包括曲柄和连杆的冲程比。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述起始转角和所述终止转角包括：根据第一公式、第二公式和第三公式确定气缸的压力变化公式；根据气缸的压力变化公式确定气缸内活塞下行过程中对发动机曲轴作用的扭矩与曲轴转角的关系；所述起始转角为第一定值时，根据气缸内活塞下行过程中对发动机曲轴作用的扭矩与曲轴转角的关系确定终止转角与单位质量压缩空气对曲轴做的功的关系，并将单位质量压缩空气对曲轴做的功的最大值对应的曲轴转角确定为终止转角；所述终止转角为第二定值时，根据气缸内活塞下行过程中对发动机曲轴作用的扭矩与曲轴转角的关系确定起始转角与单位质量压缩空气对曲轴做的功的关系，并将单位质量压缩空气对曲轴做的功的最大值对应的曲轴转角确定为起始转角；其中：气缸的压力变化公式为：其中，C
vm
为摩尔定容热容，C
v
为定容比热容，k为绝热指数，h
s
为起动空气比焓，P为气缸
内的实时缸内压力，m为气缸内的实时工质质量，V为气缸内的实时体积，为曲轴转角的瞬时值；第一公式为：m
s
为进入气缸的起动空气质量，ω为发动机的曲轴角速度，μ为流量系数，F为瞬时几何流通截面积...

【专利技术属性】
技术研发人员：王传娟，曹尔明，达尼，
申请(专利权)人：中船动力研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：