[发明专利]船用混合驱动器的控制方法以及混合传动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制水运工具的混合传动系统的方法，该系统包括内燃机、至少一个用于驱动及发电工作的发电电动机、具有船用螺旋桨的传动系、蓄电器及控制单元，其中在内燃机与所述至少一个发电电动机之间设有离合器。

船用混合驱动器用于小机动艇、赛艇以及较大的船舶应用中。在实践中已知的传动系统包括一种装置，在该装置中，内燃机与通常可运行为发电机和发动机的发电电动机配合。而其也可以是多个发电电动机，这些电动机构造为发动机或发电机之一。发电电动机布置于内燃机与传动系之间。离合器可使内燃机与发电电动机连接，由此可通过内燃机和发电电动机共同驱动。在发电电动机与传动系之间可设置另一离合器。

背景技术

一般而言，具有内燃机的船用驱动器中的问题在于，如何使传动系的负载特性曲线及内燃机的特性曲线族一致。负载特性曲线基本上是船用螺旋桨的特性曲线(以下简称螺旋桨特性曲线)，该特性曲线与内燃机的特性曲线极不相配。其始终在高达高消耗率的特性曲线的区间内。由此使船用螺旋桨的有效优化运行受到限制，甚或完全不能实现。通常情况下，对内燃机及船用螺旋桨尺寸的选取仅顾及水运工具的最高速度。

在第WO2010/115479A1号专利文献中描述了这种系统。在该文献中，大体能实现纯电动地缓慢运行，在由螺旋桨驱动的并未充分运行的内燃机中，多余力矩通过发电电动机为电池充电。对此还阐明，特别在运行中，具有所需功率量较低的优点，其原因在于，内燃机的运行点转向最低消耗量。然而，这种运行点距离最低消耗量较远，从而发电电动机的尺寸超大。缺陷之处不仅在于其空间要求，发电电动机还会在充电工作中提供对于蓄电器而言过高的充电电流，由此造成损害。如若这般，其对于驱动工作而言也尺寸过大。

另外，在该文献中还可悉知，在船舶的中速至高速期间，内燃机在负荷较高的情况下运行，内燃机的运行点位于最低消耗量区间内或附近的消耗特性曲线族内。在此并未言及船用螺旋桨的配置，其可能为常规设置，运行点在最佳情况下略靠近最小消耗量区间，但并未在该区间内。

在船用螺旋桨的常规配置中，其特性曲线在额定功率点交于全负荷双曲线。其在下方延伸时，发动机超速运行。其在上方延伸时，船用螺旋桨在相同的传动力矩下仅能获得较低的转速，因而不能达到利用发动机功率可实现的船速。由此，这种常规配置被视为最佳选择并广为大众所采用。

人们并未考虑到，多数船舶并非仅在驱动电动机的额定功率点运行，系统的总效率在所有的工作状态(即实际的负荷集成)之外还有赖于产生电流的效率。

发明内容

发明内容/方法

以所述现有技术为出发点，本发明的目的在于，使燃料消耗量以及对于所有工作状态的泛型驱动器的排放量降至最低，并在可能情况下，同时提高内燃机的使用寿命。根据本发明，可实现根据权利要求1所述的方法。

由此，在高功率区间内的运行中，通过控制发电机来调节船用螺旋桨及发电机的综合功率消耗，由此调整内燃机的运行点，使其在内燃机的特性曲线族内位于与各转速相对应的最低消耗率点，内燃机在较大区间内以最高效率(即以最小燃油消耗率)运行，由此以最高效率所产生的电流较“经济”。

如此产生的经济电流用于其他功率区间内的电动工作，由此可辅助或替代内燃机，同样在该区间内间接实现节约燃油。由此，还可获得其他优势。在低功率区间内，内燃机的燃油消耗率尤高，从而在该区间内纯电动驱动，其中以最高效率所产生的电流再次冲高。因此，发电电动机在较大的低功率区间内辅助内燃机的情况下，极具经济效益。

在中间功率区间内在两种工作状态下运行时，这种辅助也十分有益(参见系统的配置)：首先，在内燃机装配涡轮增压机的情况下，用于消除由涡轮增压机的延迟反应所引起的“涡轮迟滞”。这种内燃机的功率特性曲线族通常在中间区间内显示凹处，其中到螺旋桨特性曲线的距离较小。由此，在该区间内仅储备少量可用于加速的功率或扭矩。人们言之灵活性较差。在此通过发电电动机的辅助予以解决。

其次，在滑行艇中的排水航态至滑行航态的转变过程中。在此，首先在排水航态时通过发电电动机的辅助有益于相对行驶阻力而加速，然后在小艇从水中抬升至滑行航态时，行驶阻力极低，由此所需扭矩极低。

由发电电动机提供辅助甚至可用于使船艇的速度超出单独利用内燃机并不能达到的速度(“增压”)。由此，通过同样根据本发明的船用螺旋桨的配置(见下文)所降低的最高速度在驱动时仅由内燃机补偿。