[发明专利]无飞轮柴油机发电机/电动机系统控制方法

说明书

无飞轮柴油机发电机/电动机系统控制方法，属于机械领域，它利用发电机/电动机四象限工作模式取代柴油机飞轮的储能作用，对柴油机的输出扭矩“削峰填谷”实现均匀波动扭矩，表现为曲轴转速的均匀输出。同时能够大大降低曲轴的转动惯量，使柴油机转速调节响应加快，从而提高柴油机调速性能。

技术领域

本发明属于机械工业中提高柴油机调速性能领域，特别是对柴油机调速响应要求较高的场合，具体涉及由柴油机驱动液压泵实现泵的流量控制的工程机械领域。

背景技术

柴油机在机械工业行业应用非常广泛，飞轮是柴油机部件中具有大的转动惯量的机械装置，用于以动能的形式存储能量，可均匀由于柴油机运动件周期性的不平衡惯性力产生的波动扭矩，同时也增大曲轴转动惯量而使柴油机调速响应慢，而在由柴油机驱动液压泵的工程机械中，通常其作业工况负载复杂，外负载变化频繁，变化范围大，长期存在高油耗、高排放的问题，混合动力工程机械也由于其工况复杂而使得整机能量管理变得十分复杂。

由于传统柴油机转速调节不便，普通液压挖掘机进行典型作业时，一般将普通液压挖掘机转速设定为2000rmp，不仅使柴油机燃油利用率低，而且使液压系统造成较大的节流损失。目前，针对传统柴油机驱动的液压挖掘机动力能源消耗大，排放差的问题，提出了变转速变排量复合控制策略的电驱液压挖掘机。据相关研究表明：与普通液压挖掘机相比，电动液压挖掘机可以节约运营成本30％以上，但在实际应用中，电驱挖掘机存在蓄电池成本高、续航能力差的问题。

发明内容

发明目的是解决柴油机由于飞轮惯性大而调速响应慢以及无飞轮柴油机启动的技术问题，发电机/电动机取代柴油机飞轮的储能作用，同时能够稳定曲轴的旋转，消除由于活塞线性运动产生的波动转矩，大大降低曲轴的转动惯量，使柴油机转速调节响应加快；从而提高柴油机调速性能。

本发明的技术方案：本发明中利用发电机/电动机四象限工作能量存储再释放的过程(第一象限：正转、电动机工作模式；第二象限：正转、发电机工作模式；第三象限：反转、电动机工作模式；第四象限：反转、发电机工作模式)，取代柴油机飞轮的储能过程，对柴油机的输出扭矩“削峰填谷”实现均匀波动扭矩，使曲轴转速的均匀输出。

无飞轮柴油机曲轴与电机轴通过超越离合器联结，由电机输出轴驱动液压传动系统液压泵控制挖掘机在不同工况下运行。

柴油机启动时，将原飞轮的外齿圈与超越离合器外啮合，且与柴油机曲轴联结，启动电机经减速装置拖动启动齿圈、超越离合器，带动曲轴旋转，达到启动转速后，超越离合器与曲轴分离，启动过程结束。曲轴与电机轴同轴。

柴油机油门开度恒定时的控制方法包括下述内容：

(1)、位移传感器采集柴油机油门开度信号，温度传感器采集柴油机水温、进气温度信号，压力传感器采集进气压力信号，A/D转换器将位移传感器、温度传感器和压力传感器的模拟信号转换成数字信号，由总控制单元计算得出柴油机设定转速，将设定转速信号传递给电机控制单元；同时，总控制单元将设定转速信号传递给柴油机燃油供给系统，使曲轴平均转速趋向目标转速n₁；速度传感器采集柴油机曲轴实时转速n信号，传递给电机控制单元，将柴油机曲轴实时转速n取微分后比较与α₀；α₀为∈[500,2000]，实现电机工作模式的切换与电动机转速的控制；

(2)、当时，为蓄电池充电，发电机/电动机工作在第二象限(正转、发电机工作模式)，转速为目标转速n₁，柴油机曲轴输出功率＝柴油机提供功率-发电机功率；

(3)、当时，由蓄电池供电，发电机/电动机工作在第一象限，转速为目标转速n₁，与柴油机曲轴进行动力耦合共同驱动外负载,曲轴输出功率＝柴油机提供功率+电动机功率；

(4)、当时，发电机/电动机不工作，由柴油机直接驱动外负载，柴油机曲轴输出功率＝柴油机提供功率；