往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)如內(nèi)燃機(jī)是使用一個(gè)或更多個(gè)往復(fù)活塞來(lái)將壓力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。在典型實(shí)例中，各個(gè)活塞收納在可密封的活塞室或壓力室中，并且在其基部處附接于可旋轉(zhuǎn)軸。在活塞沿活塞室滑動(dòng)時(shí)，可旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且反之亦然。用于活塞的燃燒循環(huán)的一個(gè)實(shí)例可包括四個(gè)活塞沖程：進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程和排氣沖程。

在進(jìn)氣沖程期間，活塞被拉出壓縮室，產(chǎn)生真空，其從可密封進(jìn)氣閥吸入空氣。一旦活塞到達(dá)其進(jìn)氣沖程的最低點(diǎn)，則進(jìn)氣閥密封，并且活塞開(kāi)始向上的壓縮沖程。壓縮沖程使活塞滑入壓力室，壓縮空氣?？扇既剂峡稍谶M(jìn)氣沖程之前添加于進(jìn)入空氣，或者可在壓縮沖程期間添加。在壓縮沖程結(jié)束時(shí)，空氣/燃料混合物在壓力室中壓縮，直到混合物燃燒。

燃燒可由于加壓的空氣/燃料混合物而發(fā)生，或者由于外部點(diǎn)火，如由火花塞生成的壓力室中的火花而發(fā)生。在燃燒沖程期間，空氣/燃料混合物的爆炸在壓縮氣體中生成熱，并且爆炸和膨脹氣體的所得膨脹驅(qū)動(dòng)活塞遠(yuǎn)離壓力室。在燃燒沖程之后，可密封出口閥開(kāi)啟，并且活塞驅(qū)動(dòng)到壓力室中以將燃燒或排出氣體推出壓力室。燃機(jī)的循環(huán)可接著重復(fù)。

在具有多個(gè)活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞可沿可旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)造，以使活塞沖程交錯(cuò)，使得一個(gè)或更多個(gè)活塞可連續(xù)地提供驅(qū)動(dòng)力(經(jīng)由燃燒沖程)來(lái)使軸旋轉(zhuǎn)，并且因此通過(guò)附加的燃燒循環(huán)沖程驅(qū)動(dòng)活塞。由于活塞的驅(qū)動(dòng)力而產(chǎn)生的、由可旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)生成的機(jī)械力可進(jìn)一步輸送成驅(qū)動(dòng)另一個(gè)構(gòu)件，如發(fā)電機(jī)、輪或螺旋槳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一方面，本發(fā)明涉及一種緩慢起動(dòng)往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)具有與能夠在對(duì)應(yīng)活塞室內(nèi)往復(fù)移動(dòng)的活塞旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的曲軸。該方法包括在活塞的壓縮沖程期間將力施加于曲軸以實(shí)現(xiàn)活塞在活塞室中的移動(dòng)而不向活塞室提供卸壓，感測(cè)往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)特征、將感測(cè)特征與用于感測(cè)特征的診斷廓線相比較，以及在比較指示診斷故障狀態(tài)存在時(shí)，停止施加力來(lái)停止活塞的往復(fù)。

在另一方面，本發(fā)明涉及一種以氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)緩慢起動(dòng)往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)具有能夠在對(duì)應(yīng)缸內(nèi)往復(fù)移動(dòng)并且可操作地聯(lián)接于可旋轉(zhuǎn)曲軸的活塞，其中曲軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致活塞的相對(duì)的對(duì)應(yīng)往復(fù)。該方法包括將空氣供應(yīng)至氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)以使曲軸在低于操作轉(zhuǎn)速的緩慢起動(dòng)速度下旋轉(zhuǎn)并且實(shí)現(xiàn)活塞的往復(fù)、感測(cè)往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)特征、將感測(cè)特征與用于感測(cè)特征的診斷廓線相比較、基于比較來(lái)確定診斷故障狀態(tài)存在或不存在，以及在診斷故障狀態(tài)存在時(shí)，停止將空氣供應(yīng)至氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)或停止氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)的操作中的至少一種，以停止活塞的往復(fù)。

附圖說(shuō)明

在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示出曲軸和活塞的燃機(jī)的示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃機(jī)中的活塞的示意性截面視圖，示出了關(guān)于曲軸旋轉(zhuǎn)的上死點(diǎn)活塞位置和進(jìn)氣沖程。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示出壓縮沖程的圖1的活塞的示意性截面視圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示出燃燒沖程的圖1的活塞的示意性截面視圖。

圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示出排氣沖程的圖1的活塞的示意性截面視圖。

圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的與曲軸旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)組件的示意圖。

圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示出緩慢起動(dòng)燃機(jī)的方法的一系列曲線圖，其中發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。

圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示出緩慢起動(dòng)燃機(jī)的方法的一系列曲線圖，其中發(fā)動(dòng)機(jī)由于故障的確定而未起動(dòng)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明可在任何環(huán)境中使用往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施，而不管往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)是否提供驅(qū)動(dòng)力和/或用于另一目的，如發(fā)電。出于本描述的目的，此類往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)將大體上被稱為燃機(jī)，或類似語(yǔ)言。盡管本描述主要針對(duì)柴油燃機(jī)，但其還可適用于由汽油、天然氣、甲烷或柴油燃料供燃料的任何燃機(jī)，如內(nèi)燃機(jī)。此外，盡管本描述主要針對(duì)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境，但本發(fā)明可適用于使用燃機(jī)的任何環(huán)境中。因此，提供了燃機(jī)的初步理解。

圖1示出了往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)如燃機(jī)10的示意圖，該往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)具有可旋轉(zhuǎn)軸如曲軸12和位于發(fā)動(dòng)機(jī)組16內(nèi)的至少一個(gè)活塞14。

圖2示出了來(lái)自圖1的燃機(jī)10的活塞14的截面視圖。如所示，位于發(fā)動(dòng)機(jī)組16的對(duì)應(yīng)部分內(nèi)的活塞14至少部分地限定活塞室18或活塞缸。活塞14還可包括與活塞軸17可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的活塞頭15，其中活塞頭能夠在活塞室18內(nèi)滑動(dòng)。活塞軸17可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接于曲軸上的銷，其從曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向偏移，使得曲軸的旋轉(zhuǎn)引起活塞頭15在活塞室18內(nèi)的往復(fù)。

盡管圖2中示出了僅一個(gè)活塞14，但燃機(jī)10典型地具有容納在對(duì)應(yīng)的活塞室18內(nèi)的多個(gè)活塞14，其中各個(gè)活塞14安裝于曲軸12上的不同銷，其中銷繞著曲軸12的旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向間隔。活塞14可布置成一個(gè)或更多個(gè)線性排，其中具有僅一排線性排列的活塞14的發(fā)動(dòng)機(jī)被稱為直列式布置。具有多排活塞14的發(fā)動(dòng)機(jī)10可具有形成的排之間的角間距。當(dāng)角小于180度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)10通常被稱為V形布置。當(dāng)角為180度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)10通常被稱為相對(duì)布置?；钊?4還可繞著曲軸12沿徑向間隔，這通常被稱為徑向布置。

活塞14移入和/或移出活塞室18可在此后描述為"沖程"或"活塞沖程"。盡管本公開(kāi)可包含"向上"沖程的描述，其中活塞14進(jìn)一步移入活塞室18，遠(yuǎn)離曲軸12，以及"向下"沖程的描述，其中活塞14朝曲軸12從活塞室18除去，但本發(fā)明的實(shí)施例可包括具有垂直或成角沖程的燃機(jī)10。因此，措詞"向上"和"向下"是用于本發(fā)明的實(shí)施例的非限制性相對(duì)用語(yǔ)。

如所示，燃機(jī)10還可包括發(fā)動(dòng)機(jī)頭部20，其包括可密封的進(jìn)氣通路22和可密封的排氣通路24，各個(gè)通路22,24經(jīng)由相應(yīng)的進(jìn)氣閥26和排氣閥28與活塞室18流體聯(lián)接并且能夠與其密封。共同地，活塞頭15、發(fā)動(dòng)機(jī)組16、頭部20、進(jìn)氣閥26和排氣閥28可限定可密封的壓縮室30。

頭部20還可包括用于將燃料如柴油燃料噴射到壓縮室30中用于燃燒的燃料噴霧噴嘴32。盡管示出了用于噴射柴油燃料的燃料噴霧噴嘴32，但本發(fā)明的備選實(shí)施例可包括燃料噴霧噴嘴32，其在汽油或天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)例中，可選地由用于點(diǎn)燃用于燃機(jī)10的空氣/燃料或空氣/氣體混合物的火花塞替換。

在一個(gè)實(shí)例中，燃機(jī)10的燃燒循環(huán)可包括四個(gè)活塞沖程：進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程和排氣沖程。前述描述假定了發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒循環(huán)起動(dòng)，同時(shí)活塞14向上完全延伸到活塞室18中，這典型地被稱為"上死點(diǎn)"或TDC。

在進(jìn)氣沖程期間，曲軸的旋轉(zhuǎn)(由順時(shí)針箭頭34示出)在向下的進(jìn)氣沖程38中將活塞14拉出壓縮室30(以虛線36顯示)，在壓縮室30中產(chǎn)生真空。真空從可密封的進(jìn)氣通路22吸入空氣，可密封的進(jìn)氣通路22由于進(jìn)氣閥26的開(kāi)啟(以虛線40示出)而未密封，并且定時(shí)成與進(jìn)氣沖程38對(duì)應(yīng)。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，一旦活塞14到達(dá)其進(jìn)氣沖程的最低點(diǎn)(以虛線示出)，則進(jìn)氣閥26密封，并且活塞開(kāi)始向上壓縮沖程42。壓縮沖程42使活塞14滑入壓力室30，壓縮空氣。在壓縮沖程42的TDC位置處，燃料噴霧噴嘴32可將柴油燃料噴射到壓縮室30中。作為備選，可燃燃料可在進(jìn)氣沖程38之前添加于進(jìn)入空氣，或者燃料可在壓縮沖程42期間添加于壓縮室30。

燃燒可由于壓縮的空氣/燃料混合物(例如，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中)的高熱和高壓，或作為備選由于外部點(diǎn)火(如，由壓縮室30中的火花塞(例如，在汽油或天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中)生成的火花)而在壓縮室中發(fā)生。

圖4示出了燃燒沖程。在燃燒沖程期間，空氣/燃料混合物的爆炸在壓縮氣體中生成熱，并且爆炸和膨脹氣體的所得膨脹在向下沖程44中驅(qū)動(dòng)活塞遠(yuǎn)離壓縮室30。向下沖程44機(jī)械地驅(qū)動(dòng)曲軸12的旋轉(zhuǎn)34。

圖5示出了排氣沖程。在燃燒之后，排氣閥28未密封以與排氣沖程對(duì)應(yīng)，并且活塞向上46驅(qū)動(dòng)到壓縮室30中以將燃燒或排出的氣體推出壓縮室30。一旦活塞14返回至活塞室18中的TDC位置，則發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒循環(huán)可接著重復(fù)。

盡管典型的燃機(jī)10可具有多個(gè)活塞14和活塞室18，但此處為了簡(jiǎn)明而示出和描述了單個(gè)活塞14。在具有多個(gè)活塞14的燃機(jī)10中，活塞14可沿曲軸12構(gòu)造，以使活塞14沖程交錯(cuò)，使得一個(gè)或更多個(gè)活塞14可連續(xù)地提供驅(qū)動(dòng)力(經(jīng)由燃燒沖程44)來(lái)使曲軸12旋轉(zhuǎn)，并且因此通過(guò)附加的燃燒循環(huán)沖程驅(qū)動(dòng)活塞14。由曲軸12的旋轉(zhuǎn)生成的機(jī)械力可進(jìn)一步輸送成驅(qū)動(dòng)另一個(gè)構(gòu)件，如發(fā)電機(jī)、輪或螺旋槳。

圖6示出了起動(dòng)燃機(jī)10的示例性示意構(gòu)造。構(gòu)造可包括與曲軸12旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的飛輪50、經(jīng)由中繼壓力閥56與壓力源54流體地聯(lián)接的氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52如氣動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)、計(jì)算機(jī)86，以及控制器58或處理器。如所示，飛輪50還可包括繞著飛輪50沿徑向間隔的集成位置傳感器62、外接飛輪50的齒66的沿徑向延伸的外表面，以及在結(jié)構(gòu)上將曲軸12裝固于飛輪50使得曲軸12和飛輪50一致地旋轉(zhuǎn)的多個(gè)輻條68(以虛線示出)。

位置傳感器62可構(gòu)造成操作性地感測(cè)或測(cè)量用于曲軸12或飛輪50中的至少一種的位置、旋轉(zhuǎn)或?qū)?zhǔn)信息。位置、旋轉(zhuǎn)或?qū)?zhǔn)信息的實(shí)例可包括用于一個(gè)或更多個(gè)活塞14的上死點(diǎn)(TDC)位置，或飛輪50和因此曲軸12的轉(zhuǎn)速。作為備選，飛輪50和/或曲軸12的轉(zhuǎn)速還可被稱為"發(fā)動(dòng)機(jī)速度"。位置傳感器62還可能夠生成表示信息或特征的模擬或數(shù)字信號(hào)，并且可將生成的信號(hào)提供至控制器58。

盡管飛輪50示出為由輻條68聯(lián)接于曲軸12，但將飛輪50聯(lián)接于曲軸12的構(gòu)造與本發(fā)明的實(shí)施例關(guān)系不大，并且可包括備選的構(gòu)造。

還示出了氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52，其包括本體部分70、示為小齒輪的、具有鍵合成與飛輪50的齒66嚙合的第二組齒74的起動(dòng)機(jī)頭72，以及起動(dòng)機(jī)傳感器64。傳感器64可能夠感測(cè)或測(cè)量氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52的特征，例如起動(dòng)機(jī)頭72的轉(zhuǎn)速，或由起動(dòng)機(jī)52生成的轉(zhuǎn)矩。傳感器64還可能夠生成表示起動(dòng)機(jī)特征的模擬或數(shù)字信號(hào)，并且可將生成的信號(hào)提供至控制器58。設(shè)想出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中起動(dòng)機(jī)52例如機(jī)械地且/或可除去地安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)10。作為備選，起動(dòng)機(jī)52可能夠使起動(dòng)機(jī)52的起動(dòng)機(jī)頭72部分可控制地延伸和收縮，使得成組的齒66,74可僅在起動(dòng)操作期間接合和/或解除接合。設(shè)想出了附加的構(gòu)造。

如所示，計(jì)算機(jī)86還可包括控制器58，然而本發(fā)明的實(shí)施例可包括定位成與計(jì)算機(jī)86分開(kāi)的控制器58?？刂破?8還可包括存儲(chǔ)器78，其中儲(chǔ)存操作廓線，如診斷廓線80，用于操作起動(dòng)方法。診斷廓線80可包括關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)性能的預(yù)定值，其包括但不限于：發(fā)動(dòng)機(jī)速度極限、發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍和/或起動(dòng)前的診斷轉(zhuǎn)矩極限。診斷廓線80可用于診斷發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)題，如起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10之前的潛在機(jī)械或壓力相關(guān)的活塞14問(wèn)題，并且可包括其它預(yù)定或動(dòng)態(tài)廓線值?？刂破?8還示為與可選的指示器，如光指示器82和/或揚(yáng)聲器84進(jìn)一步聯(lián)接，該可選的指示器能夠提供視覺(jué)和/或可聽(tīng)指示。

存儲(chǔ)器78可包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、閃速存儲(chǔ)器，或一種或更多種不同類型的便攜式電子存儲(chǔ)器，如盤、DVD、CD-ROM等，或這些類型的存儲(chǔ)器的任何適合的組合。控制器58可與存儲(chǔ)器78可操作地聯(lián)接，使得控制器58和存儲(chǔ)器78中的一種可包括具有可執(zhí)行指令集的計(jì)算機(jī)程序的全部或一部分，用于控制壓力閥56、氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52的操作，和/或操作方法，如起動(dòng)廓線或診斷廓線。程序可包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其可包括用于執(zhí)行或具有儲(chǔ)存在其上的機(jī)器可執(zhí)行的指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的機(jī)器可讀介質(zhì)。此類機(jī)器可讀介質(zhì)可為任何可用的介質(zhì)，其可由通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)或具有處理器的其它機(jī)器存取。大體上，此類計(jì)算機(jī)程序可包括例行程序、程序、對(duì)象、組分、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法等，其具有執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)嵤┨囟ǔ橄髷?shù)據(jù)類型的技術(shù)效果。機(jī)器可執(zhí)行的指令、相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序代表用于執(zhí)行如本文中公開(kāi)的信息的交換的程序代碼的實(shí)例。機(jī)器可執(zhí)行的指令可包括例如引起通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、控制器58或?qū)Ｓ锰幚頇C(jī)器執(zhí)行某一功能或一組功能的指令和數(shù)據(jù)。

在實(shí)施中，一個(gè)或更多個(gè)操作或診斷廓線80可轉(zhuǎn)換成診斷算法88，其可轉(zhuǎn)換成包括一組可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)程序，其可由計(jì)算機(jī)86或控制器58中的至少一種執(zhí)行。

壓力閥56可包括能夠響應(yīng)于由控制器58供應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)由壓力源54供應(yīng)至氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52的空氣壓力的可控中繼閥。由控制器58供應(yīng)的控制信號(hào)的一個(gè)實(shí)例可包括調(diào)制信號(hào)。壓力閥56還可包括壓力傳感器76，其能夠感測(cè)或測(cè)量供應(yīng)至氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52的空氣壓力，并且生成代表供應(yīng)至氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52的空氣壓力的模擬或數(shù)字信號(hào)。壓力閥56還可提供該壓力傳感器76信號(hào)至控制器58，例如作為反饋環(huán)的部分來(lái)確保適當(dāng)?shù)膲毫﹂y56操作。

此外，盡管位置傳感器62、起動(dòng)機(jī)傳感器64和壓力傳感器76中的各個(gè)描述為"感測(cè)"和/或"測(cè)量"相應(yīng)位置、起動(dòng)機(jī)，和/或壓力信息或特征，但感測(cè)和/或測(cè)量中的各個(gè)可包括確定指示或關(guān)于相應(yīng)信息或特征的值，而不是實(shí)際值。

氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52和壓力閥56操作成響應(yīng)于空氣壓力的提供的供應(yīng)來(lái)生成力，如起動(dòng)機(jī)頭72處的轉(zhuǎn)矩。在一個(gè)意義上，控制器58可例如向氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52生成二進(jìn)制控制信號(hào)，以控制起動(dòng)機(jī)52的"開(kāi)"或"關(guān)"操作。在另一個(gè)意義上，控制器58可例如向壓力傳感器56生成可變控制信號(hào)，其可提供更多或更少空氣壓力至起動(dòng)機(jī)52，起動(dòng)機(jī)52如果"開(kāi)啟"，則將隨后生成對(duì)應(yīng)的更多或更少的轉(zhuǎn)矩。在該實(shí)例中，控制器58可以以雙控制構(gòu)造操作氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52。

由壓力閥54供應(yīng)的空氣壓力與由氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52生成的轉(zhuǎn)矩之間的相互關(guān)系可包括線性和/或非線性增大和/或減小的關(guān)系。換言之，轉(zhuǎn)矩的增大和/或減小可不與空氣壓力中的對(duì)應(yīng)增大和/或減小線性相關(guān)。在一個(gè)實(shí)例中，壓力與對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系可例如在控制器58的存儲(chǔ)器78中儲(chǔ)存的查找表中限定，或作為一個(gè)或更多個(gè)操作廓線，如診斷廓線80的部分。

由氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52生成的轉(zhuǎn)矩(經(jīng)由飛輪50和曲軸12)施加成生成由壓縮沖程42使用的壓縮力，以壓縮壓縮室30的內(nèi)容物。由于壓力是區(qū)域之上的力的測(cè)量結(jié)果，并且在本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例中，待關(guān)注的區(qū)域很可能是活塞頭15，故其區(qū)域不變化，因?yàn)榛钊?4是在高壓應(yīng)力下最可能故障的構(gòu)件。在其中壓縮室30包含氣體的情況中，壓縮壓縮室30的容積所需的壓縮力可根據(jù)玻意耳定律為反向線性的：

Pressure = 1/Volume 。

在其中壓縮室30包含相對(duì)不可壓縮的內(nèi)容物，例如液體如水的情況中，壓縮壓縮室30的容積所需的壓縮力急劇增大。例如，缸中的氣體的體積將在增大的壓力下以遵循理想氣體定律的約束的方式減小，然而缸中的液體將抵抗壓縮，并且將在經(jīng)受同樣的壓力時(shí)不減小體積。

施加于飛輪50以實(shí)現(xiàn)活塞14的移動(dòng)的轉(zhuǎn)矩同樣可與曲軸12的轉(zhuǎn)速成非線性關(guān)系。例如，在活塞14通過(guò)進(jìn)氣沖程38或排氣沖程46行進(jìn)時(shí)，由氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)施加的轉(zhuǎn)矩可相對(duì)不改變，因?yàn)榛钊?4在這些沖程38,46中的移動(dòng)由于相應(yīng)的閥26,28的定時(shí)開(kāi)啟而不允許顯著壓力的累積。然而，在壓縮沖程42期間，壓力的增大需要實(shí)現(xiàn)活塞14的繼續(xù)或平滑移動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩的量的對(duì)應(yīng)增大。同樣地，在向下燃燒沖程44期間，來(lái)自壓縮沖程42的壓力的積累將相對(duì)于活塞14施加向下的力，并且因此，減小實(shí)現(xiàn)活塞14的繼續(xù)或平滑移動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩的量。

此外，本發(fā)明的實(shí)施例可將非連續(xù)轉(zhuǎn)矩施加于飛輪50，并且可改為提供離散或短的轉(zhuǎn)矩爆發(fā)以實(shí)現(xiàn)活塞14的移動(dòng)。在該實(shí)例中，曲軸12的轉(zhuǎn)速可隨著時(shí)間的過(guò)去變化，例如以正弦圖案。

本發(fā)明的實(shí)施例包括應(yīng)用緩慢起動(dòng)燃機(jī)10的方法，其中如果壓縮室30包含不可壓縮的流體如水，則燃機(jī)10的緩慢起動(dòng)防止了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)10的損壞。如本文中使用的，"緩慢起動(dòng)"發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括預(yù)起動(dòng)步驟，即，在試圖將發(fā)動(dòng)機(jī)10起動(dòng)到自足操作模式中之前的操作，以及起動(dòng)步驟。在預(yù)起動(dòng)步驟期間，發(fā)動(dòng)機(jī)10停用將導(dǎo)致燃料的燃燒的燃燒循環(huán)的方面。例如，在預(yù)起動(dòng)步驟期間，發(fā)動(dòng)機(jī)10可停用燃料的噴射、火花塞的操作等。因此，曲軸12可在緩慢起動(dòng)方法期間旋轉(zhuǎn)，這可實(shí)現(xiàn)通過(guò)燃燒循環(huán)的活塞14在活塞室18中的移動(dòng)，而沒(méi)有任何燃燒。

緩慢起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10的方法包括將力施加于曲軸12以實(shí)現(xiàn)一個(gè)或更多個(gè)活塞14在活塞室18中的移動(dòng)，而不在活塞14的壓縮沖程42期間向活塞室18提供卸壓，感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)10特征，將感測(cè)特征與用于感測(cè)特征的診斷廓線80相比較，以及在比較指示診斷故障狀態(tài)存在時(shí)停止施加力以停止活塞14的往復(fù)。如本文中使用的，"緩慢起動(dòng)"用于描述在低于操作或自足運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)速度如怠速的速度下使曲軸12和/或飛輪50中的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)。"緩慢起動(dòng)"的一個(gè)非限制性實(shí)例可使曲軸12和/或飛輪50的轉(zhuǎn)速變化為每分鐘20到40轉(zhuǎn)(RPM)之間的目標(biāo)速度。盡管目標(biāo)速度可在20到40PRM之間，但可預(yù)期那些范圍外的暫時(shí)速度。方法的慢速或"緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)"操作可允許在任何內(nèi)部損壞可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)10發(fā)生之前，識(shí)別關(guān)于適當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作的問(wèn)題和/或關(guān)注?？砂▊溥x的"緩慢起動(dòng)"發(fā)動(dòng)機(jī)速度、發(fā)動(dòng)機(jī)速度目標(biāo)或速度范圍。

以上描述的順序僅出于示例性目的，并且不旨在以任何方式限制緩慢起動(dòng)方法，因?yàn)槔斫獾氖牵椒ǖ牟糠挚梢砸圆煌壿嬳樞蜻M(jìn)行，附加或介入的部分可被包括，或者方法的描述的部分可分成多個(gè)部分，或者方法的描述的部分可省略，而不有損于描述的方法。

方法利用根據(jù)診斷廓線80操作的控制器58起動(dòng)，控制壓力閥56和氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52來(lái)開(kāi)始將力或轉(zhuǎn)矩施加于起動(dòng)機(jī)頭72，其繼而與飛輪50的齒66嚙合，并且因此實(shí)現(xiàn)曲軸12和活塞14兩者在活塞室18中的移動(dòng)。因此，如上文所闡釋，轉(zhuǎn)矩的施加通過(guò)燃燒循環(huán)(無(wú)燃燒)使活塞14移動(dòng)。

控制器58還可操作轉(zhuǎn)矩的施加，以響應(yīng)于從活塞傳感器62、起動(dòng)機(jī)傳感器64和/或壓力傳感器76接收一個(gè)或更多個(gè)信號(hào)，根據(jù)診斷廓線80實(shí)現(xiàn)曲軸12的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。共同地，從傳感器62, 64, 76接收的信號(hào)可限定至少一個(gè)往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)特征，其可包括例如一個(gè)或更多個(gè)活塞14的TDC位置、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、響應(yīng)活塞室18或壓縮室30壓力，或飛輪50和/或起動(dòng)機(jī)頭72的施加和/或響應(yīng)轉(zhuǎn)矩。盡管發(fā)動(dòng)機(jī)速度描述為一個(gè)可能的往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)特征，但注意的是，發(fā)動(dòng)機(jī)速度可不被直接地感測(cè)或測(cè)量，并且可改為從另一測(cè)量結(jié)果或信號(hào)(如，發(fā)動(dòng)機(jī)10缸或TDC位置的重復(fù)，或起動(dòng)機(jī)頭72的速度)轉(zhuǎn)譯和/或轉(zhuǎn)換。此外，盡管活塞室18或壓縮室30壓力描述為一個(gè)可能的往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)特征，但注意的是，活塞室18或壓縮室30壓力可不被直接感測(cè)或測(cè)量，并且可改為從另一測(cè)量結(jié)果或信號(hào)(如，施加于起動(dòng)機(jī)頭72的轉(zhuǎn)矩，或發(fā)動(dòng)機(jī)速度的改變)轉(zhuǎn)譯和/或轉(zhuǎn)換。

通過(guò)控制氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52(例如，如上文所述，通過(guò)使起動(dòng)機(jī)52"開(kāi)啟"和"關(guān)閉")和經(jīng)由壓力閥56使供應(yīng)至起動(dòng)機(jī)52的空氣壓力變化，控制器58可控制發(fā)動(dòng)機(jī)10的繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，直到方法結(jié)束。

在飛輪50旋轉(zhuǎn)，并且活塞14通過(guò)不同燃燒循環(huán)行進(jìn)時(shí)，活塞將以壓縮沖程42行進(jìn)，其中活塞14沖程壓縮壓縮室30，而不提供卸壓(例如通過(guò)進(jìn)氣閥26、排氣閥28，或經(jīng)由另一開(kāi)口)。本發(fā)明的實(shí)施例可包括用于進(jìn)氣閥26和排氣閥28的操作，和/或任何其它開(kāi)口的專用定時(shí)，使得活塞14的各個(gè)向上沖程可為壓縮沖程42，或者比燃燒循環(huán)中描述的更少的沖程為壓縮沖程42(即，每個(gè)第六沖程)。

由壓力閥56供應(yīng)至氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52的空氣可由于足夠的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)性能所需的低速操作而為非連續(xù)的。例如，控制器58可控制壓力閥56來(lái)提供供應(yīng)空氣的爆發(fā)，以保持飛輪在預(yù)計(jì)或目標(biāo)速度下移動(dòng)，或克服峰值轉(zhuǎn)矩，該峰值轉(zhuǎn)矩可由于活塞沖程上的最大壓縮點(diǎn)而發(fā)生，典型地在壓縮沖程42上的活塞14的TDC位置處發(fā)生。本發(fā)明的實(shí)施例可包括控制器58和/或診斷廓線80，其預(yù)期或預(yù)計(jì)峰值轉(zhuǎn)矩的時(shí)刻，并且優(yōu)先施加附加空氣壓力以克服峰值轉(zhuǎn)矩，以便保持飛輪50平滑地旋轉(zhuǎn)。此外，控制器58和/或診斷廓線80可考慮方法中使用的特定構(gòu)件的操作的任何延遲，如，操作壓力閥56的延遲，并且優(yōu)先操作構(gòu)件的方面來(lái)緩解任何預(yù)料的時(shí)間延遲。

在發(fā)動(dòng)機(jī)10的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，控制器58接收上文所述的往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)特征中的至少一個(gè)，并且可將感測(cè)特征與診斷廓線80相比較，使得控制器58可基于感測(cè)特征確定緩慢起動(dòng)操作是否如預(yù)料地進(jìn)行。例如，控制器58可將發(fā)動(dòng)機(jī)速度與目標(biāo)速度范圍相比較，并且在必要時(shí)施加更多或更少的轉(zhuǎn)矩，以確保保持適當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)速度。在另一實(shí)例中，控制器58可將施加成使飛輪50旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩與最大轉(zhuǎn)矩極限相比較，使得施加的轉(zhuǎn)矩不超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩極限。

可包括附加的比較，其中往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)特征可與診斷廓線80的對(duì)應(yīng)特征基準(zhǔn)值相比較。與診斷廓線80的特征"比較"可在本文中用于意指特征"滿足"廓線80或預(yù)定值或閾值，如等于或小于廓線80值。將理解的是，此類比較或確定可容易地改變成由診斷廓線80的正/負(fù)比較或真/假比較滿足。

如果感測(cè)特征與診斷廓線80的比較指示誤差、故障狀態(tài)或其它非預(yù)料的結(jié)果在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)期間發(fā)生，則控制器58可控制起動(dòng)機(jī)52和/或壓力閥56中的至少一種，以停止將力施加于飛輪50，并且因此，停止活塞14的往復(fù)。在該方案中，飛輪50可由例如制動(dòng)機(jī)構(gòu)、由起動(dòng)機(jī)52施加相反轉(zhuǎn)矩和/或壓力閥56來(lái)主動(dòng)地停止，或者可允許其以飛輪自身的步調(diào)滑行至停止。

可在應(yīng)用緩慢起動(dòng)方法期間發(fā)生的一個(gè)示例性誤差、故障狀態(tài)或其它非預(yù)料結(jié)果可包括指示活塞室18包含不可壓縮的液體，例如，水。該方案可已知為流體靜力鎖，并且可在活塞14在壓縮沖程42中試圖壓縮壓縮室30的內(nèi)容物時(shí)引起對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)10的損壞。在該實(shí)例中，控制器58可將感測(cè)特征與指示流體靜力鎖或最大活塞室18壓力的診斷廓線80相比較。例如，如果施加于飛輪50的轉(zhuǎn)矩超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩閾值，則控制器58可確定流體靜力鎖狀態(tài)存在，并且可停止將轉(zhuǎn)矩施加于飛輪50。

在流體靜力鎖的實(shí)例中，飛輪50將緩慢旋轉(zhuǎn)，使得在確定流體靜力鎖之后停止施加轉(zhuǎn)矩的事件中，不可壓縮的液體將不損壞發(fā)動(dòng)機(jī)10、活塞14或其它構(gòu)件。除停止施加轉(zhuǎn)矩和活塞14的往復(fù)之外，控制器58可提供在相應(yīng)的燈82或揚(yáng)聲器84中的任一種上的、呈視覺(jué)指示如閃光，或可聽(tīng)指示如警報(bào)或聲音形式的指示。

作為備選，如果感測(cè)的往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)特征與診斷廓線80的比較并未指示誤差、故障狀態(tài)和/或其它非預(yù)料結(jié)果發(fā)生，則控制器58可繼續(xù)控制飛輪50的旋轉(zhuǎn)，并且甚至控制氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52和壓力閥56，以實(shí)現(xiàn)燃機(jī)10的起動(dòng)。在該實(shí)例中，控制器58可根據(jù)診斷廓線80控制方法來(lái)通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)燃燒循環(huán)(無(wú)燃燒)或壓縮沖程42行進(jìn)，以驗(yàn)證無(wú)誤差或故障存在。此時(shí)，控制器58可停止診斷廓線80的比較，并且增加由壓力閥56供應(yīng)的空氣，這繼而增大由氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52施加于飛輪50的轉(zhuǎn)矩，以將發(fā)動(dòng)機(jī)速度增大至適合將發(fā)動(dòng)機(jī)10起動(dòng)到使用燃燒循環(huán)的自足模式中的水平，其中燃燒發(fā)生。

圖7示出了一組示例性曲線圖，其示出了緩慢起動(dòng)方法，其中沒(méi)有發(fā)生誤差，并且發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。提供的曲線圖旨在示出如所述的方法的一個(gè)非限制性實(shí)例，并且并未特別代表任何必要的信號(hào)、傳感器、值，或方法的操作。此外，示出的曲線圖可僅代表單活塞預(yù)起動(dòng)操作。第一曲線圖90示為示出隨著時(shí)間的過(guò)去的發(fā)動(dòng)機(jī)速度，第二曲線圖92示為示出隨著時(shí)間的過(guò)去的由壓力閥56供應(yīng)的壓力，第三曲線圖94示為示出隨著時(shí)間的過(guò)去的由控制器58供應(yīng)至氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52的起動(dòng)機(jī)控制信號(hào)，第四曲線圖96示為示出隨著時(shí)間的過(guò)去的如由TDC傳感器測(cè)得的活塞14的位置，并且第五曲線圖98示為示出隨著時(shí)間的過(guò)去的由氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52施加于飛輪50的轉(zhuǎn)矩，以及例如如由診斷廓線80限定的最大轉(zhuǎn)矩極限100。曲線圖90,92,94,96,98還可轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)來(lái)形成示例性診斷廓線80。

還顯示了第一時(shí)間情況102和第二時(shí)間情況104。在第一時(shí)間情況102處，控制器58如曲線圖94中所見(jiàn)打開(kāi)氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52，并且如曲線圖92中所見(jiàn)開(kāi)始供應(yīng)空氣壓力。氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52和供應(yīng)的空氣壓力如曲線圖98中所見(jiàn)生成轉(zhuǎn)矩，這如曲線圖90中所見(jiàn)開(kāi)始使飛輪50旋轉(zhuǎn)。在第一時(shí)間情況102與第二時(shí)間情況104之間，氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52和壓力閥56由控制器58根據(jù)診斷廓線80控制，以經(jīng)由施加的轉(zhuǎn)矩使發(fā)動(dòng)機(jī)速度變化為在20到40RPM之間，如以上方法中所述。

如由曲線圖96中的多個(gè)TDC信號(hào)指示所示，飛輪50通過(guò)一定數(shù)量的活塞14循環(huán)旋轉(zhuǎn)，而施加的轉(zhuǎn)矩不超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩極限100，如曲線圖98中所見(jiàn)。一組示例性曲線圖附加地示出了若干時(shí)間情況106，其中控制器58控制壓力閥56來(lái)提供供應(yīng)空氣的爆發(fā)以保持飛輪移動(dòng)來(lái)克服峰值轉(zhuǎn)矩，如98中所見(jiàn)，這與如曲線圖96中所見(jiàn)的活塞14沖程的最大壓縮點(diǎn)或TDC位置對(duì)應(yīng)。

在第二時(shí)間情況104處，控制器58根據(jù)診斷廓線80確定燃機(jī)10沒(méi)有誤差并且安全起動(dòng)。在該情況104處，控制器58停止例如曲線圖98的轉(zhuǎn)矩曲線與最大轉(zhuǎn)矩極限100的比較，并且顯著地增大供應(yīng)至氣動(dòng)起動(dòng)機(jī)52的空氣壓力，如曲線圖92中所見(jiàn)，以實(shí)現(xiàn)增大發(fā)動(dòng)機(jī)速度，如曲線圖90中所見(jiàn)。在該實(shí)例中，不必要的是在起動(dòng)燃機(jī)10之前使發(fā)動(dòng)機(jī)停止或執(zhí)行任何附加的方法步驟。換言之，燃機(jī)10可由控制器58在確認(rèn)沒(méi)有誤差存在時(shí)起動(dòng)。

圖8示出了第二組示例性曲線圖，其示出了緩慢起動(dòng)方法，其中誤差存在。第二組示例性曲線圖類似于第一組示例性曲線圖；因此，相似的部分將以增加200的相似標(biāo)記識(shí)別，其中理解的是，第一組示例性曲線圖的相似部分的描述適用于第二組示例性曲線圖，除非另外指出。此外，提供的第二組示例性曲線圖旨在示出如所述的方法的一個(gè)非限制性實(shí)例，并且并未特別代表任何必要的信號(hào)、傳感器、值或方法的操作。

第二組示例性曲線圖示出了相同的第一時(shí)間情況102，其中該方法開(kāi)始，并且飛輪50開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，以及第二時(shí)間情況304。在第二時(shí)間情況304處，如曲線圖298中所見(jiàn)，施加的轉(zhuǎn)矩升高成高于最大轉(zhuǎn)矩極限100，指示了誤差發(fā)生，如流體靜力鎖定狀態(tài)。在該第二時(shí)間情況304處，控制器58控制供應(yīng)的空氣壓力，如曲線圖292中所見(jiàn)，以及起動(dòng)機(jī)控制，如曲線圖294中所見(jiàn)，以停止將轉(zhuǎn)矩提供至飛輪50，這繼而引起發(fā)動(dòng)機(jī)速度快速減小至零，并且響應(yīng)于由使曲軸12沿相反方向旋轉(zhuǎn)的流體靜力鎖狀態(tài)生成的壓縮室30壓力簡(jiǎn)單地變?yōu)樨?fù)。

除上圖中所示的之外，許多其它可能的實(shí)施例和構(gòu)造由本公開(kāi)構(gòu)想出。例如，在具有多個(gè)活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)中，以上描述的方法可同等地應(yīng)用于各個(gè)活塞，使得活塞中的任一個(gè)中的故障或誤差可檢測(cè)到并且向使用者指示。在該方案中，本發(fā)明的實(shí)施例可包括指示誤差或故障發(fā)生的指示，并且可能夠指示何處發(fā)生故障(即，在哪個(gè)壓縮室中，等)。此外，各種構(gòu)件的設(shè)計(jì)和放置可重新布置，使得可實(shí)現(xiàn)一定數(shù)量的不同直列式構(gòu)造。

本文中公開(kāi)的實(shí)施例提供了用于緩慢起動(dòng)往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。技術(shù)效果在于，以上描述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)施加力以使曲軸旋轉(zhuǎn)通過(guò)預(yù)起動(dòng)時(shí)段，以確定一個(gè)或更多個(gè)故障狀態(tài)是否存在?？稍谝陨蠈?shí)施例中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，以上描述的實(shí)施例將狀態(tài)如流體靜力鎖的誤差和/或故障檢測(cè)直接地集成到可控制發(fā)動(dòng)機(jī)順序中。通過(guò)檢測(cè)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之前的任何故障狀態(tài)，可避免其中故障狀態(tài)可引起需要大量且昂貴的修理的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞的方案。可控制發(fā)動(dòng)機(jī)順序還可集成到發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)順序中，以提供檢測(cè)故障和在未檢測(cè)到故障時(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的完整解決方案。以上描述的實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，方法向使用者提供了發(fā)生誤差或故障的指示，并且在具有多個(gè)活塞的實(shí)施例中，其中發(fā)生故障。

該方法附加地消除了對(duì)使用手動(dòng)檢測(cè)方法用于確定是否存在故障如流體靜力鎖的需要。這些手動(dòng)方法典型地涉及冗長(zhǎng)的勞動(dòng)密集的查看過(guò)程，其可在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之前另外執(zhí)行。此外，手動(dòng)檢測(cè)方法可使活塞室的內(nèi)部和/或活塞在確定流體攝入是否發(fā)生的過(guò)程中暴露于不合乎需要的碎屑。在以上描述的實(shí)施例的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)中，連續(xù)轉(zhuǎn)矩監(jiān)測(cè)可向使用者或系統(tǒng)提供記錄和分析在另外的情況下不可用或先前不可用的關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的操作的信息的有利能力。

在并未已經(jīng)描述的程度上，各種實(shí)施例的不同特征和結(jié)構(gòu)可按需要與彼此組合使用?？刹辉谒袑?shí)施例中示出的該一個(gè)特征并不意味著解釋為其不可，而是為了描述簡(jiǎn)短而這樣做。因此，不同實(shí)施例的各種特征可按需要混合和匹配來(lái)形成新實(shí)施例，而不論是否清楚描述新實(shí)施例。本文中所述的特征的所有組合或置換由本公開(kāi)覆蓋。

該書面的描述使用實(shí)例以公開(kāi)本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。