用于发动机组件的控制系统技术方案

发动机不仅产生经旋转曲轴被传递的动能形式的主要能量，还产生包括其他形式存在的动能和热能的次要能量。为了减少发动机运行成本并提高效率，期望最佳地利用发动机所产生的所有形式的能量。本公开涉及当量消耗最小化策略的适用，通过该策略发动机被控制以从第一比例的主要能量和第二比例的辅能量中获得有用能量，其中第一和第二比例被选择成使总能量消耗最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于发动机组件的控制系统
使用当量消耗(equivalentconsumption)最小化策略的发动机组件用控制系统。
技术介绍
内燃机的效率一般远低于50％。提高能量效率对于提高燃油经济性、更好地利用能源以及满足监管目标来说是非常期望的。已知的减少燃料消耗努力是通过更改发动机及它的控制系统以使燃料中转换成曲轴上的有用动能的势能的比例最大化。尽管这些技术确实有益于提高发动机效率，但是这必然会导致发动机产生通常不被利用的次要形式的能量(伴随曲轴的动能之外)。基于该背景，如本文所公开地提供一种发动机组件。
技术实现思路
本公开提供一种发动机组件1，包括：发动机20，其被配置成将燃料15中的能量转换成主要输出能量25和次要输出能量35，其中主要输出能量25仅由向前输送给变速箱和/或负载的旋转曲轴形式的主要输出动能构成，次要输出能量35包括次要输出动能和次要输出热能；回收装置40，其被配置成将次要输出能量35转换成势能45；换能器60，其适于用于将势能45转换成用于由发动机转换成主要输出能量的第三能量65，或者用于将势能45直接转换成主要输出能量25；以及控制器100，其被配置成实施当量消耗最小化策略，从而通过持续地优化来自燃料15中能量的主要输出能量25的比例和来自势能45的主要输出能量25的比例来控制燃料的总消耗。附图说明现在将参考附图仅以示例的方式描述本专利技术的实施例，其中：图1是示出了本公开的发动机组件的特征和实施例的示意图；图2是示出了ECMS的示例输入和输出的示意图图3是示出了本公开布置实施的示意图；图4是示出了图3的布置的更多具体实施的示意图；图5是本公开布置的具体实施的示意图。具体实施方式参见图1，所示的发动机组件1包括发动机20，回收装置40，换能器60和控制器100。发动机20被配置成接收来自燃料箱5的燃料15，并将燃料中的能量转换为主要输出能量25和次要输出能量35。主要输出能量25可以采取旋转曲轴中的动能的形式。旋转曲轴可能通过变速箱(其可以被认为或者不被认为构成一部分负载)被连接到发动机负载1000。次要输出能量35可以包括次要输出动能和/或次要输出热能。次要输出能量35可以被提供给回收装置40。回收装置40可以被配置成将次要输出能量35转换成势能45。任选地，发动机组件1包括势能储存特征50。在势能45是电势能的情况下，势能储存特征50可以是电池。直接由回收装置40或势能储存特征50提供的势能45，可以被供应给换能器60。换能器60适于将势能45转换成用于由发动机20转换成主要输出能量25(潜在也可以是次要输出能量35)的第三能量65。控制器100被配置成实施当量消耗最小化策略。这可以利用来自离线发动机模型的数据库来实现。可选地，当量消耗最小化策略可以通过发动机控制器内的在线计算来实现。控制器100控制燃料15从燃料箱5到发动机20的供应以及第三能量65从换能器60到发动机20的供应。具体地，它控制发动机20中源于燃料15的能量和发动机中源于第三能量65的能量的比例。控制器100包括控制线路101，102，103，104和105，用于分别控制燃料供应、回收装置40(显示为电池)，换能器60和发动机20。控制器线路可以直接或间接执行控制。关于对燃料15的供应的控制，它可以例如通过控制曲轴上的所需发动机负载来实现。EMCS通过应用搜索算法来实现，其中该算法尝试找出在一组给定条件下的燃料最小消耗。在在线系统中，导致预测燃料最小消耗的数据被实时地计算。在离线系统中，系统模型尝试预测最佳可能结果并将其输出到用于由控制器100在线检索的数据库。可以预期到驱动循环能被用以识别对于所期望条件的最优值。当使用离线模型时，这是尤其相关的。简单地，ECMS的输入和输出在图2中示出。输入代表需求，而相应的输出表示被预测的源于第三能量65的XkW能量和源于燃料15的YkW能量的最有效方案。在更具体的本专利技术实施例中，次要输出能量35可以包括次要输出动能。具体地，次要输出动能可以包括发动机20中所产生的排气的动能。在这种情况下，回收装置40可以包括发电机，以将气体的次要输出动能转换成作为电势能的势能45。电势能可以被传输给电池用于储存，或者不被传输给电池用于储存。在该实施例中，换能器60可以包括马达。该马达可以直接从发电机或电池接收势能45。在该实施例中，发电机和电马达可以是一个电机器。另外，发电机和电马达(无论是否一个机器)可以是涡轮增压器的一部分。电池可以包括除之前明确所述的之外的其他电势能源(source)和其他的电势能漏(drain)。也就是说，电池可以包括除回收装置40以外的输入和除来自或去往换能器60之外的输出。在替换实施例中，回收装置40包括用于次要输出热能转换的热电装置。第二实施例可以包括或者不包括用于储存源自电装置中的电势能的电池或其他电势能的储存装置。其他替换实施例落入所附的权利要求的范围中。具体地，想到的是，任何可能想到的借助回收装置40回收次要输出能量35，以及使用换能器60重新部署该能量以便以更高效用地将能量提供回发动机20。本公开的布置意识到发动机的效率通常明显低于发动机可能连接的传动系统。所以本公开的核心不是简单地回收否则将不被有用地利用的次要能量，而是试图尽可能地接近次要能量源地回收次要能量。在发动机的情况下，例如可能有70％的产生能量构成次要能量。所以，即使这70％次要能量中的一小部分可以被回收以当场使用或稍后有用地利用，也具有显著的能量效率优势。因此，在发动机组件上应用ECMS可以获得比用于包含发动机组件的传动系统时更好的效率改进。另外，当量消耗最小化策略的使用允许预测如何在直接源于燃料的主要能量的可用度和源于通过本公开布置的次要能量回收的主要能量的可用度方面最佳地实现特定的期望输出。另外，该策略允许预测可能将来发动机的期望行为，以减少在较长一段时间内用于同一受益的总燃料消耗。本公开布置的ECMS控制技术可以结合其他的已知控制技术使用，包括但不限于模糊逻辑和反馈线性化。控制线路102，103，104，105可以不直接从控制器100延伸到各自的发动机组件特征。相反地，一个或多个控制线路可以通过一个或多个用于更专业化继续处理的低级控制器延伸，低级控制器的结果被发送给各发动机组件特征。这种低级控制器包括但不限于MPC或EMPC控制器。本公开已经关于少量的实施例做出了详细描述。本公开的范围被认为以所附的权利要求为依据。不应当推导出期望说明的一个或多个具体实施想要将权利要求的范围限制在权利要求范围自身以外。工业实用性本公开提供一种具有控制器的发动机，控制器被配置成实行当量消耗最小化策略从而通过持续地优化直接源于燃料中的能量的主要输出能量的比例和间接源于燃料中的能量的主要输出能量的比例来控制总燃料消耗。有利地，这能提高发动机总效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机组件，包括：发动机，其被配置成将燃料中的能量转换成主要输出能量和次要输出能量，其中所述主要输出能量仅由向前输送给变速箱和/或负载的旋转曲轴形式的主要输出动能构成，所述次要输出能量包括次要输出动能和次要输出热能；回收装置，其被配置成将所述次要输出能量转换成势能；换能器，其适于用于将所述势能转换成用于由发动机转换成主要输出能量的第三能量，或者用于将所述势能直接转换成主要输出能量；以及控制器，其被配置成实施当量消耗最小化策略，从而通过持续地优化源于燃料中能量的主要输出能量的比例和源于所述势能的主要输出能量的比例来控制燃料的总消耗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.16 EP 12160010.01.一种发动机组件，包括：发动机，其被配置成将燃料中的能量转换成主要输出能量和次要输出能量，其中所述主要输出能量仅由向前输送给变速箱和/或负载的旋转曲轴形式的主要输出动能构成，所述次要输出能量包括次要输出动能和次要输出热能；回收装置，其被配置成将所述次要输出能量转换成势能；换能器，其适于用于将所述势能转换成用于由发动机转换成主要输出能量的第三能量，或者用于将所述势能直接转换成主要输出能量；以及控制器，其被配置成实施当量消耗最小化策略，从而通过持续地优化源于燃料中能量的主要输出能量的比例和源于所述势能的主要输出能量的比例来控制燃料的总消耗。2.根据权利要求1所述的发动机组件，所述发动机组件还包括势能储存装置，用于储存源于所述回收装置的、能随后被所述换能器利用的势能。3.根据权利要求2所述的发动机组件，所述发动机组件(1)还包括从所述势能储存装置给所述发动机组件外的装置提供势能的输出。4.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机组件，其中所述次要输出动能包括气体的动能，所述气体的动能是所述燃料中的能量转换成主要输出能量和次要输出能量的产物。5.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机组件，其中势能包括电势能。6.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机组件，其中所述回收装置包括发电机。7.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机组件，其中所述换能器包括电马达。8.根据权利要求7所述的发动机组件，其中电机器包括所述回收装置和所述换能器两者。9.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机组件，其中一个或多个涡轮增压器包括所述回收装置和/或所述换能器。10.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机组件，其中所述回收装置包括用于转换次要输出热能的热电装置。11.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机组件，其中所述控制器输出数据给用于进...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·兰利，R·斯托巴特，邓佳美，赵德宗，
申请(专利权)人：珀金斯发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB