用于操作聯接至發生器的內燃機的方法以及用于執行該方法的裝置的制造方法

用于操作聯接至發生器的內燃機的方法以及用于執行該方法的裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于操作系統（10）的方法和裝置，所述系統（10）包括發生器（12）和驅動所述發生器（12）的內燃機（14），其中，所述發生器（12）的轉速由轉速控制器（34）控制。所述方法的特征在于：所述轉速控制器（34）輸出目標扭矩作為操縱變量，以及，將附加扭矩施加在所述目標扭矩上，其中，所述附加扭矩是基于從所述系統（10）拾取的測量值來計算或者確定的。
【專利說明】
用于操作聯接至發生器的內燃機的方法從及用于執行該方法 的裝置
技術領域
[0001] 本發明首先設及一種用于操作聯接至發生器的內燃機的方法。本發明還設及作為 用于執行該方法的裝置的開環和閉環控制設備。
【背景技術】
[0002] 由內燃機驅動的發生器本身是已知的。通常，內燃機聯接至發電機（電發生器)并 且變頻器連接在該發生器的下游。
[0003] 美國第2009/0194067 A號公開了一種可移動系統，該可移動系統具有內燃機形式 的獨立于網絡的能量源和由該內燃機驅動的單個組件，包括提供作為電流/電壓源的發生 器。對由該內燃機提供的能量和該組件或者每個組件需要的能量進行監測。如果所需要的 能量超過可用能量，則增加用于控制內燃機的轉速的轉速目標值，或者根據優先級方案禁 用單個組件，從而要么增加可用能量或者減小能量需要。
[0004] 針對具有聯接至內燃機的發生器的布置，趨勢在于重量輕的構造，并且因此，如果 可能的話，避免例如先前已經提供用于補償轉速中的任何波動的配重或者至少減少移動質 量。
[0005] 發生器通常在預界定或者可預界定的轉速下操作。為此，發生器分配有轉速控制 器。通過控制轉速來管理內燃機和發生在其中的燃燒過程。運可W根據不同的標準來完成。 例如，可設想的是功率、效率和排放。
[0006] 先前，已經增加了發生器上的配重，W便獲得發生器的更高轉速穩定性。然而，移 動質量的增加實際上是不期望的，尤其是在內燃機和發生器都是機動車輛等的一部分并且 與該機動車輛一起移動的情況下。作為替代，先前相應地使用最大動力來操作轉速控制，W 便實現較大范圍且較高的閉環增益。就運點而言，可能性在于使用非常高的轉速控制器的 時鐘頻率。然而，運可導致開關元件中的能量損失過度增加。

【發明內容】

[0007] 因此，本發明的目的在于，說明一種用于操作聯接至發生器的內燃機的方法W及 一種根據該方法操作的裝置，從其效果上講，免了或者至少減少了上文列出的缺點。
[000引根據本發明，該目的通過如下方法來實現:該方法用于操作具有權利要求1的特征 的聯接至發生器的內燃機。為此，用于操作系統的方法，該方法包括發生器和驅動該發生器 的內燃機，在該系統中，發生器的轉速由轉速控制器控制，提供有轉速控制器輸出目標扭矩 作為操縱參數，W及附加扭矩施加在目標扭矩上，其中，該附加扭矩是基于從系統拾取的測 量值來計算或者確定的。
[0009]對包括內燃機和發生器的系統的優化過程管理是通過如下方式來實現:在由轉速 控制器輸出的作為操縱變量的目標扭矩上施加附加扭矩，即，附加扭矩是用于附加扭矩的 數字化的且可自動處理的值。因此，不需要用于使發生器的轉速保持穩定的配重等。
[0010] 關于該裝置，根據本發明，上面提到的目的是通過平行的裝置權利要求的特征來 實現。為此，提供了一種開環和閉環控制設備，該開環和閉環控制設備具有用于執行此處和 下文描述的操作方法的機構，其中，意在執行操作方法的該機構包括至少一個控制單元和 轉速控制器，W及其中，可W由轉速控制器輸出目標扭矩作為操縱變量。
[0011] 本發明的有利實施例形成從屬權利要求的主題。所使用的從屬參照物通過相應從 屬權利要求的特征來指示主權利要求的主題的進一步發展。其不應理解為意味著，包含從 屬參照物的從屬權利要求的特征的組合的主題沒有受到獨立地保護。此外，關于權利要求 的解釋，其特征在從屬權利要求中更加詳細地被說明，應假設運種約束不存在于相應前述 權利要求中。最后，應指出，此處所指定的方法還可W根據從屬裝置權利要求來發展并且反 之亦然。
[0012] 在該方法的一個實施例中，將反扭矩計算為附加扭矩，該附加扭矩被施加在由轉 速控制器輸出的目標扭矩上。所述反扭矩是基于記錄在系統中的測量值來計算的。記錄在 系統中的測量值是記錄在內燃機中的壓力測量值，具體地是指示內燃機的燃燒室中的壓力 的壓力測量值。然后，基于該壓力測量值來計算反扭矩/附加扭矩。
[0013] 在該方法的替代實施例中，將反扭矩類似地計算為附加扭矩，該附加扭矩被施加 在由轉速控制器輸出的目標扭矩上。然而，在該示例中，沒有使用被記錄在系統中的壓力測 量值。相反，反扭矩/附加扭矩是通過如下方式來計算:通過借助熱力學模型估算內燃機的 燃燒室中的主導壓力（prevailing pressure)并且基于估算的壓力來計算反扭矩/附加扭 矩。
[0014] 在該方法的另一個替代實施例中，當借助先導控制塊來計算附加扭矩時，計算先 導控制扭矩，將該先導控制扭矩作為附加扭矩施加在由轉速控制器輸出的目標扭矩上。
[0015] 在該方法的特殊實施例中，同時使用所計算出的附加扭矩中的一個和由先導控制 塊輸出的附加扭矩。因此，將由先導控制塊輸出的附加扭矩和基于內燃機的燃燒室中的測 量或者估算的壓力所確定的附加扭矩施加在由轉速控制器輸出的目標扭矩上。
[0016] 為了執行該方法的單個實施例，開環和閉環控制設備的特征在于:可W借助該開 環和閉環控制設備來處理記錄在系統中（具體地在內燃機中）的壓力測量值，可W使用該壓 力測量值和使用可W由控制單元輸出的數據（具體地，至少一個幾何值（geometric value)、目標位置和動態數據化inematic da化））來確定附加扭矩，W及可W將該附加扭矩 施加在目標扭矩上。
[0017] 開環和閉環控制設備的第一替代實施例意在并且設計為，可W借助包括在該開環 和閉環控制設備中的熱力學模型來確定內燃機的燃燒室中的主導壓力的估算值，可W使用 該估算值和可W由控制單元輸出的數據(具體地，至少一個幾何值、目標位置和動態數據） 來確定附加扭矩，W及可W將該附加扭矩施加在目標扭矩上。
[0018] 開環和閉環控制設備的另一個替代實施例意在并且設計為，可W借助包括在該開 環和閉環控制設備中的先導控制塊來確定先導控制扭矩，W及可W將該先導控制扭矩作為 附加扭矩施加在目標扭矩上。
[0019] 開環和閉環控制設備的一個實施例意在執行該方法，在該方法中，同時使用所計 算出的附加扭矩中的一個和由先導控制塊輸出的附加扭矩，其特征在于:實施上文提到的 對應特征的組合。
[0020] 總的來說，本發明還在于一種系統，該系統具有發生器和內燃機W及具有此處和 下文描述的特征的開環和閉環控制設備。
【附圖說明】
[0021] 下面使用附圖對本發明的示例性實施例進行更加詳細地解釋。在所有附圖中，彼 此對應的物體或者元件提供有相同的附圖標記。
[0022] 在附圖中， 圖1示出了具有內燃機和發生器的系統，其中，該發生器由內燃機驅動； 圖2示出了開環和閉環控制設備的第一實施例，其用于圖1中示出的那類系統的開環和 閉環控制； 圖3示出了開環和閉環控制設備的第二實施例，其用于圖1中示出的那類系統的開環和 閉環控制； 圖4示出了開環和閉環控制設備的第=實施例，其用于圖1中示出的那類系統的開環和 閉環控制。
【具體實施方式】
[0023] 圖1中的簡圖示出了此處討論的運類系統10的基本結構，成示意簡化形式。系統10 包括作為發生器12操作的電動機和內燃機14。該內燃機14機械地聯接至發生器12。內燃機 14的簡圖示出了其曲軸和活塞16。內燃機14可W包括多于一個的示出的活塞16,即使說，可 W成例如分裂單發動機(split-single engine)的形式。
[0024] 將由發生器12生成的交流電供應至此處示出為整流器的變換器(變頻器）18。可W 在變換器(conveder)lS的輸出處成電能形式的原本由內燃機14生成的能量。
[0025] 系統10可W被看作是，例如，用在機動車輛中的可移動系統。此外，系統10還可W 被看作是應急發電組等。
[00%]包括在例如變換器18中的開環和閉環控制設備20(圖2)實現對系統10的控制，具 體地是，例如，對發生器12的轉速控制。為此，將位置傳感器22分配至發生器12。在操作期間 可W借助位置傳感器22來獲得實際位置值，并且該實際位置值隨著時間的演進是對發生器 12的相應轉速的測量。因此，可W從位置傳感器22獲得實際位置值23W及直接地或者至少 間接地獲得實際轉速值24(圖2)。
[0027] 同樣示出了將壓力傳感器26分配至內燃機14。可W借助該壓力傳感器26獲得內燃 機14在操作期間在活塞室中生成的有關壓力的測量值(壓力測量值28)。
[0028] 將該壓力測量值28和實際位置值23和/或實際轉速值24供應至開環和閉環控制設 備20。在此基礎上，生成操縱變量30 W便影響系統10。
[0029] 由內燃機14中發生的燃燒生成的壓力和由于活塞16的移動和加速而產生的質量 力，作為受開環和閉環控制的系統10內的過程力(process force)出現。過程力是已知的或 者可W被測量，并且下文解釋的方法是基于過程力的線性化和轉速的后續控制W及/或者 過程力的先導控制和轉速的后續控制。
[0030] 首先解釋過程力的線性化。
[0031] 圖2的簡圖示出了已經提到的開環和閉環控制設備20的進一步細節，具體地是該 開環和閉環控制設備20內的作為功能單元的控制單元32和轉速控制器34。
[0032] 控制單元32指定目標轉速CO* = dd) 7化36(上標星號指示目標值）。目標轉速CO* 可W是連接到總體系統10的上游的電流控制器(未示出）的起始值。轉速控制器34輸出作為 操縱變量30的目標扭矩1^為了線性化，在轉速控制器34的下游的求和點處，從目標扭矩1'^ 減去發生器12必須應用的、在各種情況下與燃燒室中的主導壓力相反的扭矩。
[0033] 基于壓力測量值Pist 28,可W計算出在各種情況下當前作用在發生器12上的力， 運是因為，如已知的，W分別在燃燒室和活塞16的區域A中主導壓力的產物的形式計算所導 致的力(resulting force)。用于活塞16的區域A的可自動處理的值被控制單元32基于相應 預界定的或者可預界定的參數化輸出作為幾何值38。
[0034] 使用借助位置傳感器22記錄的實際位置值23,可W知道發生器12的轉子的當前位 置4 (旋轉位置）。此外，相應目標位置4 * 40 W及轉子的旋轉位置與活塞16的平移位置X之 間的取決于角度的傳動比始終是已知的。在運方面，開環和閉環控制設備20包括轉換部件 42,該轉換部件42輸出用于活塞16的平移位置變化的測量，該活塞16的平移位置變化取決 于在目標位置4 * 40的基礎上的轉子旋轉位置(dx/d (1) 勺變化。轉換部件42的轉換函數f (40可W由動態數據44影響，該動態數據44可W由控制單元32輸出。在各種情況下輸出的 動態數據44類似地是基于開環和閉環控制設備20的預界定或者可預界定參數化。
[0035] 可W從上文提到的變量計算出發生器12必須應用的、與燃燒室中的主導壓力相反 的扭矩(反扭矩T)，該反扭矩作為被施加在由轉速控制器34輸出的目標扭矩上的附加扭 矩T。因此，該反扭矩的結果是：
[0036] 壓力測量包含在反扭矩T的確定中，W壓力測量值Pist 28的形式記錄在系統10中， 壓力測量是壓力的反饋并且表示總的系統10的線性化。
[0037] 圖3的簡圖示出了，作為壓力測量替代，可W通過計算來確定壓力，例如，通過使用 熱力學模型46來估算內燃機14的燃燒室中的主導壓力。輸入到熱力學模型46中的值有:在 發生器12的轉子的當前位置d)(實際位置值23)或者相應目標位置d) * 40之外，還有幾何值 38或者其它幾何數據、動態數據44和熱力學數據48,例如關于在各種情況下注入到內燃機 14的燃燒室中的燃料的量的信息。內燃機14的燃燒室中的壓力的目標值或者估算值護作為 熱力學模型46的輸出產生。反扭矩T可W如上文那樣計算：
[0038] 圖4的簡圖示出了過程力的先導控制，該先導控制可W附加地或者替代地用于線 性化(圖2、圖3)。
[0039] 先導控制是基于可W計算出活塞16的質量力運一事實，具體地是從目標位置(1) * 4〇(或者實際位置值d) 23) W及轉子的旋轉位置與活塞16的位置X之間的取決于角度的傳 動比來計算。轉子的相應當前角加速度同樣是已知的。利用先導控制塊50計算附加扭矩T (先導控制扭矩），附加扭矩T是轉子和活塞16加速所必需的且是施加在由轉速控制器34輸 出的目標扭矩上的，該先導控制塊50包括在開環和閉環控制設備20中，W便給出：
[0040] 借助優化過程管理，該變型自動地(隱含地)考慮了預定轉速波動。先導控制塊50 包括上文說明的關系的實施W確定先導控制扭矩T。輸入到先導控制塊50中的值W及由控 制單元32輸出的值是：相應目標位置d)* 40(或者實際位置值d) 23)、動態數據44、W及與 移動質量相關的至少一項質量信息m 52。運產生了對必需的加速度和在各種情況下待應用 的扭矩的精確先導控制。
[0041] 在圖4中示出的開環和閉環控制設備20的實施例獨立于在圖2和圖3中示出的實施 例。然而，所描述的實施例也可W進行組合，例如，W圖2和圖4的實施例的組合的形式，或者 圖3和圖4的實施例的組合的形式。
[0042] 盡管已經使用示例性實施例詳細地圖示和描述了本發明，但本發明不受所公開的 示例的限制，并且本領域的技術人員可W從運些示例中推導出其它變型而不背離本發明的 保護范圍。
[0043] 此處描述的運類開環和閉環控制設備20的優點在于:通過對過程力的直接控制而 減輕了轉速控制器％的負擔，運是因為在理想上排除了轉速控制器％原本要考慮的干擾 力。因此，轉速控制器％僅負責基于由控制單元32指定的目標轉速《^來實施理想過程管 理。如果除了線性化（圖2、圖3)外還使用根據圖4的先導控制，則借助先導控制來執行過程 管理并且轉速控制器34僅需要調節較小偏差。
[0044] 總的來說，由內燃機14應用在發生器12上的反作用力是W更加動態的和直接的方 式被實施的，運是因為其僅僅取決于當前控制器在輸入側上的非常大的動力。
[0045] 在不減小轉速的穩定性的情況下省略配重。運產生更加輕量的設計并且使移動質 量加速和減速所必需的電流量更小。
[0046] 盡管已經使用示例性實施例詳細地圖示和描述了本發明，但本發明不受所公開的 示例的限制，并且本領域的技術人員可W從運些示例中推導出其它變型而不背離本發明的 保護范圍。
【主權項】
1. 一種用于操作系統（10)的方法，所述系統（10)包括發生器（12)和驅動所述發生器 (12)的內燃機(14)， 其特征在于： 所述發生器（12 )的轉速由轉速控制器(34 )控制， 所述轉速控制器(34)輸出目標扭矩作為操縱變量，以及 將附加扭矩施加于所述目標扭矩上， 其中，所述附加扭矩是基于從所述系統（10)拾取的測量值來計算或者確定的。2. 根據權利要求1所述的方法，其中，當在所述系統（10)中，具體地在所述內燃機（14) 中，基于從所述系統（10)拾取的測量值確定所述附加扭矩時，記錄壓力測量值(28)，并且其 中，借助所述壓力測量值(28)來計算所述附加扭矩。3. 根據權利要求1所述的方法，其中，當借助熱力學模型（46)來計算所述附加扭矩時， 估算所述內燃機(14)的燃燒室中的主導壓力，并且基于所述估算的壓力來計算所述附加扭 矩。4. 根據權利要求1所述的方法，其中，當借助先導控制塊(50)來計算所述附加扭矩時， 計算先導控制扭矩，將所述先導控制扭矩作為所述附加扭矩施加在由所述轉速控制器(34) 輸出的所述目標扭矩上。5. 根據權利要求4和權利要求2或者3中的一項所述的方法，其中，將由所述先導控制塊 (50)輸出的所述扭矩以及基于所述內燃機（14)的所述燃燒室中的測量或者估算的壓力所 確定的所述附加扭矩施加在由所述轉速控制器(34)輸出的所述目標扭矩上。6. -種開環和閉環控制設備(20)，所述開環和閉環控制設備(20)具有機構(32、34、42、 46、50)用于執行如前述權利要求中任一項所述的操作方法，其中，用于執行所述操作方法 的所述機構（32、34、42、46、50)包括至少一個控制單元(32)和轉速控制器(34)，以及其中， 能夠借助所述轉速控制器(34)輸出目標扭矩作為操縱變量(30)。7. 根據權利要求6所述的開環和閉環控制設備（20)，所述開環和閉環控制設備（20)用 于執行根據權利要求2所述的方法，其中，能夠借助所述開環和閉環控制設備(20)來處理被 記錄在所述系統（10)中，具體地在所述內燃機（14)中，的壓力測量值(28)，其中，能夠使用 所述壓力測量值(28)并且使用能夠由所述控制單元(32)輸出的數據來確定所述附加扭矩， 所述控制單元（32)輸出的數據具體為至少一個幾何值（38)、目標位置（40)和動態數據 (44)，以及其中，能夠將所述附加扭矩施加在所述目標扭矩上。8. 根據權利要求6所述的開環和閉環控制設備（20)，所述開環和閉環控制設備（20)用 于執行根據權利要求3所述的方法，其中，能夠借助包括在所述開環和閉環控制設備(20)中 的熱力學模型(46)來確定所述內燃機（14)的燃燒室中主導壓力的估算值，其中，能夠使用 所述估算值以及能夠由所述控制單元(32)輸出的數據來確定所述附加扭矩，所述控制單元 (32)輸出的數據具體地為至少一個幾何值(38)、目標位置(40)和動態數據(44)，以及其中， 能夠將所述附加扭矩施加在所述目標扭矩上。9. 根據權利要求6所述的開環和閉環控制設備（20)，所述開環和閉環控制設備（20)用 于執行根據權利要求4所述的方法，其中，能夠借助包括在所述開環和閉環控制設備(20)中 的先導控制塊(50)來確定先導控制扭矩，以及其中，能夠將所述先導控制扭矩作為所述附 加扭矩施加在所述目標扭矩上。
【文檔編號】F02D35/02GK106030080SQ201580010908
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年1月21日
【發明人】A.克洛切克
【申請人】西門子公司