同步实时测功器和控制系统技术方案

一种同步测功器组件，用于在发动机的燃烧循环的至少一部分期间以同步方式向发动机(21)施加负载，以便在发动机的每个循环中可重复，该同步测功器组件包括具有非电感负载的测功器，该负载在操作期间施加到发动机，以改变发动机的速度。通过改变传递给它的电流，非电感负载是可变的。曲轴监测装置监测发动机曲轴(23)的旋转位置，并且燃烧检测装置检测发动机(24)的气缸中的燃烧事件。控制装置(35)可操作地连接到测功器，以用于针对燃烧循环的至少一部分实时地将负载从测功器施加到发动机，使得针对燃烧循环的不同部分可将不同的负载施加到发动机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】同步实时测功器和控制系统
本专利技术涉及一种测功器，并且更特别地涉及其操作与其所连接的发动机的旋转位置以及发动机的燃烧事件同步，并且其负载可在几微秒内施加或改变，以便足够快地允许负载在燃烧循环内变化和施加的测功器。
技术介绍
测功器在发动机测试领域是公知的。它们允许在受控条件下测量发动机的扭矩和功率输出。这对于确定发动机的性能和效率是必要的。测功器用于向发动机施加受控载荷。独立地控制发动机功率和测功器负载允许实现多种测试方案。测功器目前广泛地用于汽车行业中以用于发动机校准。这是指用于建立发动机的输入（例如，燃料、空气、点火定时等）以实现发动机的特定操作状态的期望结果的技术。发动机的输入通常由电子控制单元（ECU）管理，该电子控制单元实现发动机的控制策略。操作测功器负载的实现取决于测功器的应用和设计。常见类型包括；水制动-水由叶轮泵送。制动-摩擦材料压在旋转表面上。电动机/发电机-电功率的产生向发动机提供负载。电动机单元可另外用于旋转发动机以测量其未被提供动力时的损失，或在其被提供动力时加速发动机，例如以模拟惯性滑行或当使用单气缸发动机测试时附加气缸的效果。液压中断-使用泵产生液压以及分配和控制该压力以改变所施加的负载。也可以用于驱动发动机，如在使用存储压力的电动机/发电机的情况下。涡流-基本上是一种解构的电动机。导电定子在电场中旋转，从而使电流在定子中流动。在定子中流动的电流（通常经由短路）将通过产生相反的磁场而使定子抵抗旋转。该阻力的强度由施加在定子上的电场控制。如果这是使用电磁体来完成的，则负载可以被电子地控制。能量由于电流而在定子中作为热量耗散。涡流测功器由于其简易性和低成本而最多，但是由于难以冷却旋转定子，其仅适用于相对适度的发动机功率。即使负载可以被电子地控制，响应时间也由于需要改变流过电感负载（即电磁体的励磁线圈）的电流而受到限制，这与磁场的改变有关。其时间常数由以下公式近似确定；t=L/R（t）是电流达到其最终值的63%的以秒为单位的时间（L）是以法拉为单位的电感（R）是以欧姆为单位的电阻因此，简单的涡流测功器最适合于稳态负载操作或负载的缓慢动态变化。对于瞬态测试，通常采用电动机/发电机和液压类型，因为这些可以支持更快的负载变化并且可以另外用于驱动发动机。这些通常具有几毫秒的响应时间。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于实时测功器的设计，其中，电子控制负载到与发动机相连的发电机的输出的施加相对于燃烧循环与发动机位置同步。根据本专利技术的第一方面，提供了一种同步测功器组件，用于在发动机的燃烧循环的至少一部分期间以同步方式向发动机施加负载，以便对于发动机的每个循环是可重复的，该组件包括：测功器，其具有在使用时施加到发动机以改变发动机速度的非电感负载，该非电感负载通过改变传递到它的电流而可变；曲轴监测装置，用于监测发动机曲轴的旋转位置；燃烧检测装置，用于检测发动机气缸中的燃烧事件；以及控制装置，其可操作地连接到测功器，用于针对燃烧循环的至少一部分实时地将负载从测功器施加到发动机，使得针对燃烧循环的不同部分，不同的负载可施加到发动机。根据本专利技术的同步测功器组件具有的优点是，它能够使施加到发动机上的负载实时变化，并具有足够的响应性，它能够用于控制燃烧循环期间并且特别是气缸中燃烧事件之后的前90度期间的活塞运动，以便使得能够优化燃烧效率。曲轴监测装置使得负载的施加能够与发动机位置同步，并且燃烧检测装置使得控制装置能够使负载的施加与燃烧的开始同步。非电感负载可以是例如电阻性负载或电容性负载。优选地，曲轴监测装置包括监测曲轴的旋转的传感器，特别是曲轴编码器。燃烧检测装置可包括气缸压力传感器、曲轴加速度传感器（诸如曲轴轴编码器）、感测发动机火花塞火花的火花传感器和凸轮轴位置传感器中的一个或多个。优选地，控制器数字地控制负载的施加。此外，控制器优选地被编程为以线性步长改变负载。由负载使用的电流和电压可以有利地由控制器监测，并且这两者的乘积随时间累加以记录消耗的电功率。发动机曲轴优选地直接或经由功率输出（PTO）联接器硬连接到发电机/交流发电机。有利地，交流发电机是3相交流发电机，其具有将使输出扰动最小化的优点。该组件优选地包括用于对交流发电机的3相输出进行整流的桥式整流器，从而可以采用单个高电压负载。然后，控制器优选地被编程为在负载计算中使用3相电压峰值的位置。在替代实施例中，发电机具有开关磁阻型。这具有电枢不采用磁体或绕组线圈并且所有电路都位于定子环上的优点。这种类型的发电机制造成本低，并且具有宽的操作温度范围，因为电枢实际上是无源的，并且所有的有源电路都位于定子组件上。这种类型的发电机能够在大的速度范围内操作。当电枢上的齿穿过由通电的定子线圈产生的磁场时，输出呈电流脉冲的形式。在本申请中，这种类型的发电机能够产生大的电流突发并因此在曲轴上产生扭矩。在另一实施例中，可以采用永磁发电机。与开关磁阻发电机相比，这具有控制电子器件和电气开关电路的低成本和简单性的优点。控制器可以被配置为实时测量负载上的电流和电压，并且使用测量值来自动地改变电气负载以提供负载的闭环控制，从而使得能够补偿例如由于温度等引起的变化。如果测功器电气负载能够例如在电容器或电池中存储电能，则该能量可以有利地同时或在稍后时间使用。在发动机系统中有利地使用测功器代替常规的交流发电机。测功器优选地布置在燃烧式发动机和连接到燃烧式发动机的机械齿轮箱之间的公共轴线上。测功器有利地配置有用于实时改变其磁场强度的装置，使得如果需要的话，磁场强度可以被增加以增加输出电压。根据本专利技术的另一方面，提供了一种在发动机的燃烧循环期间控制活塞运动的方法，包括如下步骤：将根据本专利技术的同步测功器组件连接到发动机，以便使得能够将可变负载施加到发动机的曲轴；监测曲轴的旋转位置；监测发动机中的燃烧事件；以及响应于曲轴的旋转位置和燃烧事件的定时，实时改变传递到同步测功器组件的非电感负载的负载，以便改变在燃烧循环期间的不同点处施加到发动机的负载，从而控制燃烧循环期间活塞的运动速度。优选地，曲轴的旋转位置由曲轴监测装置监测，该曲轴监测装置包括监测曲轴旋转的传感器，特别是曲轴编码器。优选地，通过监测气缸压力、曲轴加速度、发动机火花塞的火花和凸轮轴位置中的一个或多个来监测燃烧事件。优选地，负载的施加被数字地控制，并且负载优选地以线性步长变化。优选地，监测负载所使用的电流和电压，并且将两者的乘积随时间累加以记录所消耗的电功率。优选地，实时测量负载上的电流和电压，并且该测量用于自动改变电气负载以提供负载的闭环控制，从而能够补偿例如由于温度等引起的变化。几微秒的响应时间（大约1Mhz的带宽）允许在每个燃烧循环期间多次施加不同的负载值。其目的是改变发动机在每个燃烧循环中的旋转速度。这对于往复式发动机的新变型的实现和测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步测功器组件，用于在发动机燃烧循环的至少一部分期间以同步方式向发动机施加负载，以便在所述发动机的每个周期中可重复，所述组件包括：具有在使用时施加到所述发动机以改变所述发动机的速度的非电感负载的测功器，所述非电感负载能够通过改变传递到其的电流而改变；用于监测发动机曲轴的旋转位置的曲轴监测装置；用于检测所述发动机的气缸中的燃烧事件的燃烧检测装置；以及控制装置，其可操作地连接到所述测功器以便针对所述燃烧循环的至少一部分将所述负载从所述测功器实时施加到所述发动机，使得针对所述燃烧循环的不同部分能够将不同的负载施加到所述发动机。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180801 GB 1812574.0;20190222 GB 1902410.81.一种同步测功器组件，用于在发动机燃烧循环的至少一部分期间以同步方式向发动机施加负载，以便在所述发动机的每个周期中可重复，所述组件包括：具有在使用时施加到所述发动机以改变所述发动机的速度的非电感负载的测功器，所述非电感负载能够通过改变传递到其的电流而改变；用于监测发动机曲轴的旋转位置的曲轴监测装置；用于检测所述发动机的气缸中的燃烧事件的燃烧检测装置；以及控制装置，其可操作地连接到所述测功器以便针对所述燃烧循环的至少一部分将所述负载从所述测功器实时施加到所述发动机，使得针对所述燃烧循环的不同部分能够将不同的负载施加到所述发动机。


2.根据权利要求1所述的同步测功器组件，其中，所述非电感负载能够是例如电阻性负载或电容性负载。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的同步测功器组件，其中，所述曲轴监测装置包括监测所述曲轴的旋转的传感器，特别是曲轴编码器。


4.根据权利要求3所述的同步测功器组件，其中，所述曲轴监测装置具有至少一度的分辨率。


5.根据前述权利要求中任一项所述的同步测功器组件，其中所述燃烧检测装置包括气缸压力传感器、曲轴加速度传感器，诸如曲轴轴编码器、感测所述发动机的火花塞火花的火花传感器、以及凸轮轴位置传感器中的至少一个。


6.根据权利要求5所述的同步测功器组件，其中，所述燃烧检测装置包括气缸压力传感器。


7.根据前述权利要求中任一项所述的同步测功器组件，其中，所述控制器以数字方式控制所述负载的施加。


8.根据前述权利要求中任一项所述的同步测功器组件，其中，所述控制器被编程为以线性步长改变所述负载。


9.根据前述权利要求中任一项所述的同步测功器组件，其中，由所述负载使用的电流和电压由所述控制器监测，并且这两者的乘积随着时间累加，以记录消耗的电功率。


10.根据前述权利要求中任一项所述的同步测功器组件，还包括发电机/交流发电机，所述发动机曲轴硬连接到所述发电机/交流发电机。


11.根据权利要求10所述的同步测功器组件，其中，所述发电机/交流发电机是3相交流发电机。


12.根据权利要求11所述的同步测功器组件，还包括桥式整流器，用于对所述交流发电机的3相输出进行整流，以便能够采用单个高电压负载。


13.根据权利要求10所述的同步测功器组件，其中，所述发电机/交流发电机是开关磁阻发电机。


14.根据权利要求10至13中任一项所述的同步测功器组件，其中，所述发电机/交流发电机是扁平型发电机，其磁路位于电枢的端部处，所述电枢的直径远大于所述测功器的长度。


15.根据权利要求10至14中任一项所述的同步测功器组件，其中，所述发电机/交流发电机的瞬时响应时间大于1Khz，使得其在1毫秒内从所述发电机的最大额定负载电流的10%到90%变化到理想负载。


16.根据前述权利要求中任一项所述的同步测功器组件，其中，所述发电机/交流发电机的输出电压随着发动机rpm而变化。


17.一种功率系统，包括具有根据前述权利要求中任一项所述的同步测功器组件的发动机以及连接到所述发动机的发电机/交流发电机。


18.根据权利要求17所述的功率系统，其中，所述测功器组件的电容性元件的电抗等于所述发电机/交流发电机的输出绕组的电感的电抗。


19.根据权利要求17或18所述的功率系统，其中，所述发动机和所述发电机被锁定在一起。


20.根据权利要求17至19中任一项所述的功率系统，其中，所述发电机的最大电功率输出与所述发动机的最大功率输出匹配。


21.根据权利要求17至20中任一项所述的多个功率系统，所述多个功率系统以模块化布置连接在一起，以便产生更高的功率输出。


22.根据权利要求21所述的多个功率系统，其中，所述功率系统的功输出被电气地组合。

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【专利技术属性】
技术研发人员：P·马丁，
申请(专利权)人：燃烧处理有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB