[发明专利]空气涡轮起动器及其起动方法

说明书

空气涡轮起动器(ATS)组件包括：可旋转的小齿轮(72)，其中，可旋转的小齿轮联接到燃烧发动机(10)；速度传感器(78)，其测量可旋转的小齿轮(72)的转速(302)；扭矩传感器(79)，其提供表示小齿轮(72)所经历的扭矩的扭矩输出(304)；以及控制器模块，其配置成运行ATS的起动顺序，使得转速(302)在扭矩输出(304)保持低于起动顺序扭矩阈值(310)时可控制地增大。

发明背景

燃烧发动机(诸如，往复式内燃发动机或涡轮发动机)为如下的发动机：使用燃料的燃烧来产生自持运行，该自持运行使存储于燃料中的势能转换成动力学运动(诸如，旋转运动)。

例如，在暴露于外部点火(诸如，由火花塞所产生的火花)的空气/燃料混合物中，可发生燃烧。在燃烧期间，空气/燃料混合物的爆炸在燃烧的气体中产生热，并且所产生的气体膨胀驱动动力学运动。在往复式燃烧发动机的示例中，所产生的气体膨胀驱动加压室中的活塞冲程，从而造成曲轴上的旋转运动。在连续式燃烧发动机(诸如，燃气涡轮发动机)的示例中，所产生的气体膨胀驱动发动机的燃烧区段下游的涡轮，从而造成可旋转轴上的旋转运动。

在前面提到的示例中，所产生的曲轴或可旋转轴上的旋转运动可进一步相应地用于实现自持运行。例如，在往复式燃烧发动机的示例中，继燃烧之后，曲轴继续旋转，从而使加压室中的活塞准备用于另一燃烧冲程。在涡轮发动机的示例中，可旋转轴与燃烧区段上游的涡轮可旋转地联接，该涡轮用于使进入空气压缩，以便进一步燃烧。

空气涡轮起动器(ATS)可用于启动燃烧发动机的旋转。ATS常常安装于发动机附近，且可联接到高压流体源(诸如，压缩的空气)，高压流体源冲击ATS中的涡轮叶轮，致使涡轮叶轮以相对较高的速率旋转。ATS包括输出轴，输出轴联接到涡轮叶轮，典型地通过减速齿轮箱而联接到发动机。因而，输出轴与涡轮叶轮一起旋转。该旋转继而致使燃烧发动机的可旋转元件(例如，曲轴或可旋转轴)开始旋转。继续通过ATS而旋转，直到燃烧发动机达到自持运行转速为止。

发明内容

在一个方面，起动以起动器起动的燃烧发动机的方法包括：在燃烧发动机的起动顺序期间，由控制器模块对速度参数和扭矩参数进行监测，其中，速度参数表示与燃烧发动机旋转式地联接的起动器的转速，扭矩参数表示起动器的扭矩；在控制器模块中，确定所监测的速度参数是否超过起动顺序速度廓线(profile)中所包括的对应速度值，并确定所监测的扭矩参数是否超过起动顺序扭矩阈值；以及响应于确定所监测的速度参数未超过起动顺序速度廓线的对应速度值，且所监测的扭矩参数未超过起动顺序扭矩阈值，由控制器模块可控制地增大起动器的转速，使得该增大防止所监测的扭矩参数满足起动顺序扭矩阈值。

在另一方面，起动燃烧发动机的方法包括：在燃烧发动机的起动顺序期间，由控制器模块对与燃烧发动机可旋转地联接的涡轮空气起动器小齿轮的加速率进行控制；由控制器模块对表示在控制加速率期间小齿轮所经历的扭矩的扭矩参数进行监测；在控制器模块中，确定所监测的扭矩参数是否满足起动顺序扭矩阈值；响应于确定所监测的扭矩参数满足起动顺序扭矩阈值，可控制地降低小齿轮的加速率；以及燃烧发动机一达到自持运行转速，就停止起动顺序。

在又一方面，涡轮空气起动器组件包括：壳体，其限定具有空气入口和空气出口的内部，空气入口和空气出口限定通过壳体的流径；可旋转涡轮，其位于该内部内的流径内；可控制的压力阀，其位于可旋转涡轮的上游；可旋转的小齿轮，其与可旋转涡轮可旋转地联接，其中，可旋转的小齿轮在壳体的外部延伸，且可操作地联接到燃烧发动机；扭矩传感器，其提供表示小齿轮所经历的扭矩的扭矩输出；以及控制器模块。控制器模块配置成：在燃烧发动机的起动顺序期间，对速度参数和扭矩参数进行监测，速度参数表示涡轮空气起动器组件的转速，扭矩参数表示涡轮空气起动器组件的扭矩；确定所监测的速度参数是否超过起动顺序速度廓线，并确定所监测的扭矩参数是否超过起动顺序扭矩阈值；以及响应于确定所监测的速度参数未超过起动顺序速度廓线，且所监测的扭矩参数未超过起动顺序扭矩阈值，由控制器模块可控制地增大涡轮空气起动器的转速，使得该增大防止所监测的扭矩参数满足起动顺序扭矩阈值。