阅读说明：本技术 用于开环控制和闭环控制具有发电机和异步机的内燃机的方法、开环控制和闭环控制机构以及内燃机 (Method for open-loop and closed-loop control of an internal combustion engine having a generator and an asynchronous machine, open-loop and closed-loop control device and internal combustion engine ) 是由 S.黑克尔 H.魏斯 于 2019-01-11 设计创作，主要内容包括：用于开环控制和闭环控制内燃机(BK)、尤其柴油马达或燃气马达的方法,所述内燃机具有发电机(G)和异步机(ASM),所述方法包括：探测所述发电机的至少一个电的特征参量,其中,所述电的特征参量从电流(I)、电压(U)或频率(f)中选出；确定所述发电机的电的特征参量在预先确定的时间间隔内的特征参量变化；将所述特征参量变化与第一边界值进行比较；并且对于所述特征参量变化大于所述第一边界值的情况,从所述内燃机的标准转速调节变换到前馈控制。(Method for open-loop and closed-loop control of an internal combustion engine (BK), in particular a diesel or gas motor, having a generator (G) and an asynchronous machine (ASM), comprising: detecting at least one electrical characteristic of the generator, wherein the electrical characteristic is selected from the group consisting of current (I), voltage (U) and frequency (f); determining a change in a characteristic variable of the electrical characteristic of the generator within a predetermined time interval; comparing the characteristic parameter change with a first boundary value; and for the case where the characteristic quantity change is larger than the first boundary value, a shift is made from a standard rotational speed adjustment of the internal combustion engine to a feed-forward control.)

用于开环控制和闭环控制具有发电机和异步机的内燃机的方 法、开环控制和闭环控制机构以及内燃机

技术领域

本发明涉及用于开环控制和闭环控制具有发电机和异步机的内燃机的方法、用于具有发电机和异步机的内燃机的开环控制和闭环控制机构以及具有发电机和异步机的内燃机。

背景技术

在项目中和在具有发电机的内燃机、如内燃马达的运行中，异步机经常用作用于不同的应用的负载马达，例如用作用于风机、泵和起重装置的驱动机。异步马达是大多被制造的电机之一，因为所述异步马达能够简单并且成本适宜地进行生产。由结构决定地，在接通异步机的情况下出现从直至额定电流的八倍的高的起动电流。所述高的起动电流造成短时间的功率过高。在此，例如具有同步发电机的内燃马达的转速明显发生扰动（bricht…ein）。那么，内燃马达的转速调节必须对扰动做出反应。在驱动技术的市场上已经存在一些构件，所述构件使高的起动电流的这种问题最小化，如例如要提名星形三角形起动、软启动和频率转换器。最常使用的方法是星形三角形连接。在以星形连接起动的情况下，功率和转矩减少到大约三分之一。在预备时间（Hochlaufzeit）之后，通过接触器的换向控制（Umsteuerung）来转换到三角形运行。频率转换器能够在相应的配置或编程的情况下平缓地和负载匹配地高速运行（hochfahren）异步马达。但是在安全重要的应用中，一如既往地希望直接启动异步马达，以便通过较少数量的构件实现较小的失效可能性并且尽可能还节省昂贵的功率电子的构件。同时，内燃马达的转速的扰动应该被避免。

发明内容

根据本发明的第一方面，所述任务通过用于开环控制和闭环控制内燃机、尤其柴油马达或燃气马达的方法解决，所述内燃机具有发电机和异步机，所述方法包括

- 探测所述发电机的至少一个电的特征参量，其中，所述电的特征参量从电流、电压或频率中选出，

- 确定所述发电机的电的特征参量在预先确定的时间间隔内的特征参量变化，

- 将所述特征参量变化与第一边界值进行比较，

- 对于所述特征参量变化大于第一边界值的情况，从所述内燃机的标准转速调节变换到前馈控制。

本发明包括如下认知，即通过在异步机起动的情况下探测第一电流脉冲和通过接着从标准化的（standardmäßigen）转速调节变换至前馈控制，异步机的起动过程能够通过内燃机来获取，而没有首先导致内燃机的转速的扰动。借助于前馈控制，附加的功率电子的构件是不用的并且异步机的直接启动是可行的。也就是说，能够预测性地对负载接入（Lastaufschaltung）做出反应并且不必在导入应对措施之前先等候转速扰动。在传统的负载接入的情况下，通过电的负载施加（aufgeprägt）转矩。通过所述转矩，内燃马达被制动并且因此内燃马达在其转速方面发生扰动。现在，负载接入才能够可靠地被识别并且导入应对措施。为此，取决于转速扰动，燃料量被提高并且尝试将马达又加速到预设的理论转速。

由于转速调节的这种状况，在现有技术中必须等待内燃机发电机的总系统的反应。在转速扰动之后才能够导入应对措施。借助于根据本发明的方法，这样的等候是不用的，通过经由在预先确定的时间间隔内的特征参量变化探测第一电流脉冲，负载接入能够被精确地识别并且通过前馈控制导入立即的应对措施。由此，总系统的负载切换能力（Lastschaltfähigkeit）能够被改善。此外，借助于本发明，急剧的转速波动能够被避免。附加地，能够在遵守边界值的情况下接入更大的负载。此外，通过对负载的快速的预测，总成不必再如此严重地超尺寸。这引起成本节省以及较小的结构空间。由于更高的装载，总成也在更好的运行范围内运转。

在下面描述所述方法的有利的改进方案。实施例的附加的特征能够与彼此组合以形成另外的改进方案，除非所述特征在说明书中明确地被描述为相对于彼此的备选方案。

优选地，前馈控制包括匹配的理论喷入量的确定。匹配的理论喷入量能够从所储存的理论喷入量中选出。优选地，基于特征参量变化的尺度（Maß）确定匹配的理论喷入量。由特征参量变化的尺度能够例如通过预测性的算法执行异步机的额定功率、也就是说负载的估计。藉由这些信息，然后能够评估即将来临的用于内燃马达的负荷并且能够确定匹配的理论喷入量。通过匹配的理论喷入量，由此内燃马达的转速调节能够被优化。特征参量变化能够被确定为特征参量曲线关于时间的梯度。

在此，优选的是，所述特征参量变化越大，匹配的理论喷入量就越大。此外，有利地在考虑到所述异步机的经测量的最大起动电流的情况下确定匹配的理论喷入量。最大起动电流实现对异步机的额定功率的进一步改善的评估并且由此实现由内燃机、发电机和异步机构成的总系统的改善的起动特性。此外，前馈控制能够设置附加的措施用于改善负载切换能力、如例如在发电机处的短时间的电压降低。

有利的是，所述方法此外包括：

- 特征参量变化的重新确定，

- 将所述特征参量变化与第二边界值进行比较，所述第二边界值小于第一边界值，

- 对于所述特征参量变化小于所述第二边界值的情况，从前馈控制变换回到标准转速调节。

通过这些附加的步骤，一方面确定异步机的起动阶段是否结束，方式为，检查特征参量变化是否下降到在第二边界值之下的相应地小的尺度上，并且另一方面，只要这是这种情况，那么再次激活标准转速调节。如果特征参量变化继续大于第二边界值，则前馈控制保持起作用。

标准转速调节在改进方案中包括基于在所述内燃机的理论转速与实际转速之间的比较对标准理论喷入量进行持续确定。

根据第二方面，本发明涉及用于内燃机的开环控制和闭环控制机构，所述内燃机具有发电机和异步机，所述开环控制和闭环控制机构构造成执行根据本发明的第一方面的方法。

尤其优选的是，开环控制和闭环控制机构包括转速调节器和设备控制器，其中，所述转速调节器构造成执行标准转速调节，并且设备控制器构造成执行前馈控制，并且所述开环控制和闭环控制机构构造成对于所述特征参量偏差或所述特征参量变化大于第一边界值的情况，引起从所述转速调节器的支配（Dominanz，有时称为主导）变换至所述设备控制器的支配。

根据第三方面，本发明涉及一种内燃机、尤其柴油马达或燃气马达，所述内燃机具有发电机和异步机，所述内燃机包括根据本发明的第二方面的开环控制和闭环控制机构。

根据第二方面的开环控制和闭环控制机构和具有发电机和异步机的内燃机共享根据本发明的第一方面的用于开环控制和闭环控制的方法的优点。

附图说明

现在在下面借助附图描述本发明的实施例。所述附图不应该必须按比例地呈现实施例，更确切地说，在其中有益于阐释的附图以示意性的和/或轻微变形的（verzerrter）形式进行阐述。关于从附图中直接能够看出的教导的补充，参考有关的现有技术。在此应该考虑的是，对于实施例能够实行涉及形式和细节的多样的修改和变化，而没有与本发明的一般思想有所偏差。本发明的在说明书中、在附图中以及在权利要求中公开的特征能够不仅单个地而且以任意的组合对于本发明的改进方案是重要的。此外，由在说明书、附图和/或权利要求中公开的特征中的至少两个构成的所有组合落到本发明的范围内。本发明的一般思想不限于在下面示出和描述的优选的实施例的精确的形式或细节或不限于相比于在权利要求中所要求的主题会受限的主题。在所说明的测量范围中，处于所提及的边界之内的值也应该被公开为边界值并且任意地能够进行使用和能够进行要求。为了简易起见，在下面对于相同的或类似的部件或具有相同的或类似的功能的部件使用相同的附图标记。

本发明的另外的优点、特征和详情从优选的实施例的下面的描述以及借助附图得出；所述附图在：

图1中以示意性的图示示出异步机的起动电流关于时间的示范性的走向；

图2中以示意性的图示示出根据本发明的第二方面的开环控制和闭环控制机构的实施例；

图3中以示意性的图示示出根据本发明的第三方面的具有发电机和异步机的内燃机的实施例；

图4中以示意性的图示示出用于开环控制和闭环控制具有发电机和异步机的内燃机的方法。

具体实施方式

在图1中示范性地示出异步机的起动电流关于时间的走向。在此，起动电流I首先急剧上升直至最大起动电流I_max并且然后下降到运行水平I_B上，异步机在起动阶段之后在所述运行水平上工作。电流曲线在起动阶段开始时的急剧上升以梯度di/dt、也就是说在一定的时间间隔内的特征参量变化来表达。根据本发明，所述上升被探测为电的特征参量变化，并且只要特征参量变化处于第一边界值之上，就执行从与异步机连接的内燃机的标准转速调节到前馈控制的变换。在此，在前馈控制的范围内确定用于内燃机的理论喷入量。这能够从预先确定的值或基于特征参量变化的尺度来进行。除了电流之外，电压和频率也被考虑作为电的特征参量。

图2以示意性的图示示出用于具有发电机和异步机的内燃机BK的开环控制和闭环控制机构SR的实施例，所述开环控制和闭环控制机构包括转速调节器nR和设备控制器AS。在此，所述转速调节器nR构造成执行标准转速调节，所述标准转速调节包括基于在所述内燃机BK的理论转速nSL与实际转速n实际之间的比较对标准理论喷入量Q1进行持续确定。在所示出的实施例中，附加地使用过滤器F用于由探测到的转速n确定实际转速n实际。开环控制和闭环控制机构SR构造成探测发电机的至少一个电的特征参量，其中，电的特征参量从电流I、电压U或频率f中选出，并且确定发电机的电的特征参量在预先确定的时间间隔内的特征参量变化dI/dt、dU/dt、df/dt。此外，开环控制和闭环控制机构构造成将特征参量变化dI/dt、dU/dt、df/dt与第一边界值进行比较，并且对于所述特征参量偏差或所述特征参量变化大于第一边界值的情况，引起从所述转速调节器nR的支配变换至所述设备控制器AS的支配。所述设备控制器AS构造成执行前馈控制。所述前馈控制在所示出的实施例中包括基于特征参量变化的尺度确定匹配的理论喷入量Q2，其中，所述特征参量变化越大，所述匹配的理论喷入量就越大。此外，开环控制和闭环控制机构SR构造成在特征参量变化重新确定之后将特征参量变化与小于第一边界值的第二边界值进行比较，并且对于特征参量变化小于第二边界值的情况，引起从所述前馈控制变换回到所述标准转速调节。从前馈控制到标准转速调节以及相反的变换在所示出的实施例中通过切换器的切换器位置从2到1或从1到2的变化示出。输出到内燃机BK处的理论喷入量Q因此取决于支配、即要么匹配的理论喷入量Q2要么标准理论喷入量Q1。

图3以示意性的图示示出具有发电机G和异步机ASM的内燃机BK的实施例。此外，内燃机BK包括开环控制和闭环控制机构，所述开环控制和闭环控制机构包括转速调节器和设备控制器AS。所述转速调节器在此被构造为马达控制仪器ECU的部件。发电机G的从电流I、电压U和频率f中选出的至少一个电的特征参量由设备控制器AS探测并且确定在预先确定的时间间隔内的从属的特征参量变化。特征参量变化由开环控制和闭环控制机构与第一边界值进行比较，并且对于特征参量变化大于第一边界值的情况，通过开环控制和闭环控制机构进行从通过转速调节器的内燃机的标准转速调节到通过设备控制器的前馈控制的变换。此外，设备控制器AS在所示出的实施例中构造成通过切换器S接通异步机。

图4以示意性的图示示出用于开环控制和闭环控制具有发电机和异步机的内燃机的方法。发电机的从电流、电压和频率中选出的至少一个电的特征参量在步骤S1中被探测并且在步骤S2中确定在预先确定的时间间隔内的从属的特征参量变化Δ。特征参量变化Δ在步骤S3中与第一边界值进行比较，并且对于所述特征参量变化Δ大于第一边界值GW1的情况，在步骤S4中进行从所述内燃机的标准转速调节到前馈控制的变换。前馈控制在所示出的实施例中包括基于特征参量变化的尺度确定匹配的理论喷入量，其中，所述特征参量变化越大，所述匹配的理论喷入量就越大。

附图标记列表

I 起动电流

I_max 最大起动电流

I_B 运行水平

SR 开环控制和闭环控制机构

BK 内燃机

G 发电机

ASM 异步机

nR 转速调节器

AS 设备控制器

Q1 标准理论喷入量

nSL 理论转速

n实际 实际转速

n 探测到的转速

Q2 匹配的理论喷入量

Q 理论喷入量

F 过滤器

S 切换器

GW1 第一边界值

Δ 特征参量变化。