[实用新型]燃油发动机最佳效率运行伺服加载装置

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及节能技术领域，具体为一种燃油发动机最佳效率运行的伺服加载装置。本燃油发动机最佳效率运行伺服加载装置使发动机在不同的转速下始终工作在最佳效率运行曲线上，使得发动机消耗等量的燃油时获得最大的机械能量，达到节省能源的目的。

(二)背景技术

试验表明，燃油发动机输出某个机械功率存在若干个不同转速和扭矩配合的工作点，在这些工作点中存在一个单位输出机械能量油耗最低点，即为转速-扭矩的最佳匹配工作点。将不同输出功率下的油耗最低点相连并作平滑处理获得的曲线就是该发动机的最佳效率运行曲线。在该曲线上燃油发动机效率最高，消耗等量的燃油获得的机械能量的最大。

由此可见，当燃油发动机工作在某转速下，如果施加在其轴上的扭矩与最佳效率运行曲线要求的扭矩相同，发动机即工作在当前转速的最佳效率点上。发动机在不同的转速下，保持施加在轴上的扭矩总与最佳效率运行曲线要求的扭矩相同，即发动机的转速-扭矩与最佳效率运行曲线的要求相吻合，发动机消耗等量的燃油将可获得最大的机械能量，达到最经济的运行状态。

目前主要各种燃油发动机均配置有级变速拨箱或无级变速箱(CVT)等机械传动机构，来调节匹配其转速和扭矩，期望燃油发动机的转速-扭矩匹配逼近最佳效率运行曲线。

最普遍应用的有级变速拨箱有4-5个速度档位，能进行简易的速度调节，但变速比无法连续调节，当负载扭矩因为风阻、载重、路况、环境、磨损等情况变化时，在不同档的不同转速下施加于发动机轴上的扭矩很少能与最佳效率曲线的要求相一致。

无级变速箱(CVT)主要由主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵组成，通过改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径实现变速比的连续变化，从而实现发动机转速-扭矩较好的匹配。但无级变速箱也存在明显局限性：其一是机械结构较复杂因而其制造成本高；其二是机械结构和液压系统的惯量大因而调节速度慢，发动机油门或外部负载扭矩动态变化时，特别是路况频繁变化、油门频繁改变、频繁变速的时候，无级变速箱(CVT)不能快速、准确地调整变比，燃油发动机工作在最佳效率运行曲线的概率仍很低；另外无级变速箱(CVT)传动效率低于一般的齿轮变速箱。这些缺点都影响到CVT的推广应用。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种燃油发动机最佳效率运行伺服加载装置。本装置不受车速及阻力等外部负载状态的影响，独立调节发动机输出轴的扭矩，使燃油发动机运行在不同的转速时，发动机轴承受的负载扭矩始终按最佳效率运行曲线的要求与转速几乎无滞后地进行匹配，实现发动机持续、稳定地节能运行。

本实用新型设计的燃油发动机最佳效率运行伺服加载装置包括电机、伺服驱动器及主控单元。所述电机为永磁同步伺服电机、或开关磁阻电机、或无刷直流电机。电机的外转子内为内转子，外转子与燃油发动机输出轴直连；该电机的内转子轴为本装置的输出轴。外转子和内转子二者其一嵌有永磁材料，另一个为铁芯上的绕组，嵌有永磁材料的为另一个提供磁场，绕组通过集电环与伺服驱动器连接。电机的外转子轴上安装速度/位置传感器，该速度/位置传感器连接主控单元和伺服驱动器。电机的内转子轴上安装位置传感器，该位置传感器连接伺服驱动器。主控单元主体为计算机，其内存储记录所连接的发动机的最佳效率运行曲线的转速-扭矩匹配数据或转速-扭矩匹配关系公式。

燃油发动机转动时，本装置的电机外转子随之转动，此时主控单元根据传感器测到的发动机的转速以及主控单元计算机内部预存的最佳效率运行曲线的转速-扭矩匹配数据获得当前转速下最佳匹配扭矩期望值，以此向伺服驱动器传递扭矩设定值，伺服驱动器根据此扭矩设定信号和速度/位置传感器送来的外转子位置信号以及位置传感器送来的内转子位置信号、通过集电环向电机内转子或外转子绕组动态输出相应的电流矢量，使电机对燃油发动机的输出轴施加相应的扭矩。由于作用力与反作用力的关系，在外转子受到内转子电磁扭矩时，内转子也受到同样大小的反作用扭矩，即内转子的输出轴上同时也可以对最终负载输出同样大小的扭矩。当输出轴的扭矩驱动负载运行时，即内转子在驱动外转子对燃油发动机加载的同时，还通过输出轴输出了机械能量。