[發(fā)明專利]燃油發(fā)動機伺服加載裝置及其最佳效率運行控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710048570.8
• 申請日: 2007-03-01
• 公開（公告）號: CN101257243A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 呂虹
• 申請（專利權）人: 桂林吉星電子等平衡動力有限公司
• 主分類號: H02K29/06
• 分類號: H02K29/06;F02D28/00;F02D45/00;H02P6/08;H02P6/16;H02P21/00;G01M15/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司
• 代理人: 歐陽波

(一)技術領域

本發(fā)明涉及節(jié)能技術領域，具體為一種燃油發(fā)動機伺服加載裝置及其最佳效率運行控制方法。本燃油發(fā)動機的伺服加載裝置及最佳效率運行控制方法，使發(fā)動機在不同的轉速下始終工作在最佳效率運行曲線上，使得發(fā)動機消耗等量的燃油時獲得最大的機械能量，達到節(jié)省能源的目的。

(二)背景技術

試驗表明，燃油發(fā)動機輸出某個機械功率存在若干個不同轉速和扭矩配合的工作點，在這些工作點中存在一個單位輸出機械能量油耗最低點，即為轉速-扭矩的最佳匹配工作點。將不同輸出功率下的油耗最低點相連并作平滑處理獲得的曲線就是該發(fā)動機的最佳效率運行曲線。在該曲線上燃油發(fā)動機效率最高，消耗等量的燃油獲得的機械能量的最大。

由此可見，當燃油發(fā)動機工作在某轉速下，如果施加在其軸上的扭矩與最佳效率運行曲線要求的扭矩相同，發(fā)動機即工作在當前轉速的最佳效率點上。發(fā)動機在不同的轉速下，保持施加在軸上的扭矩總與最佳效率運行曲線要求的扭矩相同，即發(fā)動機的轉速-扭矩與最佳效率運行曲線的要求相吻合，發(fā)動機消耗等量的燃油將可獲得最大的機械能量，達到最經(jīng)濟的運行狀態(tài)。

目前主要各種燃油發(fā)動機均配置有級變速撥箱或無級變速箱(CVT)等機械傳動機構，來調節(jié)匹配其轉速和扭矩，期望燃油發(fā)動機的轉速-扭矩匹配逼近最佳效率運行曲線。

最普遍應用的有級變速撥箱有4-5個速度檔位，能進行簡易的速度調節(jié)，但變速比無法連續(xù)調節(jié)，當負載扭矩因為風阻、載重、路況、環(huán)境、磨損等情況變化時，在不同檔的不同轉速下施加于發(fā)動機軸上的扭矩很少能與最佳效率曲線的要求相一致。

無級變速箱(CVT)主要由主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵組成，通過改變主動輪、從動輪錐面與V型傳動帶嚙合的工作半徑實現(xiàn)變速比的連續(xù)變化，從而實現(xiàn)發(fā)動機轉速-扭矩較好的匹配。但無級變速箱也存在明顯局限性：其一是機械結構較復雜因而其制造成本高；其二是機械結構和液壓系統(tǒng)的慣量大因而調節(jié)速度慢，發(fā)動機油門或外部負載扭矩動態(tài)變化時，特別是路況頻繁變化、油門頻繁改變、頻繁變速的時候，無級變速箱(CVT)不能快速、準確地調整變比，燃油發(fā)動機工作在最佳效率運行曲線的概率仍很低；另外無級變速箱(CVT)傳動效率低于一般的齒輪變速箱。這些缺點都影響到CVT的推廣應用。

(三)發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是設計一種燃油發(fā)動機伺服加載裝置及其最佳效率運行控制方法。本裝置及控制方法不受車速及阻力等外部負載狀態(tài)的影響，獨立調節(jié)發(fā)動機輸出軸的扭矩，使燃油發(fā)動機運行在不同的轉速時，發(fā)動機軸承受的負載扭矩始終按最佳效率運行曲線的要求與轉速幾乎無滯后地進行匹配，實現(xiàn)發(fā)動機持續(xù)、穩(wěn)定地節(jié)能運行。

本發(fā)明設計的燃油發(fā)動機伺服加載裝置包括電機、伺服驅動器及主控單元。所述電機為永磁同步伺服電機、或開關磁阻電機、或無刷直流電機。電機的外轉子與燃油發(fā)動機輸出軸直連；該電機的內轉子軸為本裝置的輸出軸。電機的外轉子軸上安裝速度/位置傳感器，該速度/位置傳感器連接主控單元和伺服驅動器。電機的內轉子軸上安裝位置傳感器，該位置傳感器連接伺服驅動器。外轉子和內轉子二者其一嵌有永磁材料，另一個為繞制在鐵芯上的繞組，嵌有永磁材料的為另一個提供磁場，繞組通過集電環(huán)與伺服驅動器連接。主控單元主體為計算機，其內存儲記錄所連接的發(fā)動機的最佳效率運行曲線的轉速-扭矩匹配數(shù)據(jù)或轉速-扭矩匹配關系公式。

燃油發(fā)動機轉動時，本裝置的電機外轉子隨之轉動，此時主控單元根據(jù)傳感器測到的發(fā)動機的轉速以及主控單元計算機內部預存的最佳效率運行曲線的轉速-扭矩匹配數(shù)據(jù)獲得當前轉速下最佳匹配扭矩期望值，以此向伺服驅動器傳遞扭矩設定值，伺服驅動器根據(jù)此扭矩設定信號和速度/位置傳感器送來的外轉子位置信號以及位置傳感器送來的內轉子位置信號、通過集電環(huán)向電機外轉子或內轉子的繞組動態(tài)輸出相應的電流矢量，使電機對燃油發(fā)動機的輸出軸施加相應的扭矩。由于作用力與反作用力的關系，在外轉子受到內轉子電磁扭矩時，內轉子也受到同樣大小的反作用扭矩，即內轉子的輸出軸上同時也可以對最終負載輸出同樣大小的扭矩。當輸出軸的扭矩驅動負載運行時，即內轉子在驅動外轉子對燃油發(fā)動機加載的同時，還通過輸出軸輸出了機械能量。

本發(fā)明的燃油發(fā)動機伺服加載裝置的最佳效率運行控制方法為：

第一步燃油發(fā)動機安裝與其最大扭矩與最高轉速相配的上述的伺服加載裝置；