船用混合驅(qū)動器的控制方法以及混合傳動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制水運工具的混合傳動系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(1)、電動機/發(fā)電機(2)、具有船用螺旋槳(7)的傳動系(5)、蓄電器(3)、控制單元(8)及離合器(4)。為提高效率，在較高功率區(qū)間運行期間，電動機(2)一并作為發(fā)電機運行，在中低功率區(qū)間運行期間，利用蓄電器(3)發(fā)出的電流運行電動機(2)。傳動系構(gòu)造成其特性曲線(20)位于最低燃油消耗率點(如25)之下并與之相差預定充電功率，或者比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特征特性曲線(16)更加傾斜。
【專利說明】船用混合驅(qū)動器的控制方法以及混合傳動系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制水運工具的混合傳動系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括內(nèi)燃機、至少一個用于驅(qū)動及發(fā)電工作的發(fā)電電動機、具有船用螺旋槳的傳動系、蓄電器及控制單元，其中在內(nèi)燃機與所述至少一個發(fā)電電動機之間設(shè)有離合器。
[0002]船用混合驅(qū)動器用于小機動艇、賽艇以及較大的船舶應用中。在實踐中已知的傳動系統(tǒng)包括一種裝置，在該裝置中，內(nèi)燃機與通常可運行為發(fā)電機和發(fā)動機的發(fā)電電動機配合。而其也可以是多個發(fā)電電動機，這些電動機構(gòu)造為發(fā)動機或發(fā)電機之一。發(fā)電電動機布置于內(nèi)燃機與傳動系之間。離合器可使內(nèi)燃機與發(fā)電電動機連接，由此可通過內(nèi)燃機和發(fā)電電動機共同驅(qū)動。在發(fā)電電動機與傳動系之間可設(shè)置另一離合器。
【背景技術(shù)】
[0003]一般而言，具有內(nèi)燃機的船用驅(qū)動器中的問題在于，如何使傳動系的負載特性曲線及內(nèi)燃機的特性曲線族一致。負載特性曲線基本上是船用螺旋槳的特性曲線(以下簡稱螺旋槳特性曲線)，該特性曲線與內(nèi)燃機的特性曲線極不相配。其始終在高達高消耗率的特性曲線的區(qū)間內(nèi)。由此使船用螺旋槳的有效優(yōu)化運行受到限制，甚或完全不能實現(xiàn)。通常情況下，對內(nèi)燃機及船用螺旋槳尺寸的選取僅顧及水運工具的最高速度。
[0004]在第W02010/115479A1號專利文獻中描述了這種系統(tǒng)。在該文獻中，大體能實現(xiàn)純電動地緩慢運行，在由螺旋槳驅(qū)動的并未充分運行的內(nèi)燃機中，多余力矩通過發(fā)電電動機為電池充電。對此還闡明，特別在運行中，具有所需功率量較低的優(yōu)點，其原因在于，內(nèi)燃機的運行點轉(zhuǎn)向最低消耗量。然而，這種運行點距離最低消耗量較遠，從而發(fā)電電動機的尺寸超大。缺陷之處不僅在于其空間要求，發(fā)電電動機還會在充電工作中提供對于蓄電器而言過高的充電電流，由此造成損害。如若這般，其對于驅(qū)動工作而言也尺寸過大。
[0005]另外，在該文獻中還可悉知，在船舶的中速至高速期間，內(nèi)燃機在負荷較高的情況下運行，內(nèi)燃機的運行點位于最低消耗量區(qū)間內(nèi)或附近的消耗特性曲線族內(nèi)。在此并未言及船用螺旋槳的配置，其可能為常規(guī)設(shè)置，運行點在最佳情況下略靠近最小消耗量區(qū)間，但并未在該區(qū)間內(nèi)。
[0006]在船用螺旋槳的常規(guī)配置中，其特性曲線在額定功率點交于全負荷雙曲線。其在下方延伸時，發(fā)動機超速運行。其在上方延伸時，船用螺旋槳在相同的傳動力矩下僅能獲得較低的轉(zhuǎn)速，因而不能達到利用發(fā)動機功率可實現(xiàn)的船速。由此，這種常規(guī)配置被視為最佳選擇并廣為大眾所采用。
[0007]人們并未考慮到，多數(shù)船舶并非僅在驅(qū)動電動機的額定功率點運行，系統(tǒng)的總效率在所有的工作狀態(tài)(即實際的負荷集成)之外還有賴于產(chǎn)生電流的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]
【發(fā)明內(nèi)容】
/方法
[0009]以所述現(xiàn)有技術(shù)為出發(fā)點，本發(fā)明的目的在于，使燃料消耗量以及對于所有工作狀態(tài)的泛型驅(qū)動器的排放量降至最低，并在可能情況下，同時提高內(nèi)燃機的使用壽命。根據(jù)本發(fā)明，可實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
[0010]由此，在高功率區(qū)間內(nèi)的運行中，通過控制發(fā)電機來調(diào)節(jié)船用螺旋槳及發(fā)電機的綜合功率消耗，由此調(diào)整內(nèi)燃機的運行點，使其在內(nèi)燃機的特性曲線族內(nèi)位于與各轉(zhuǎn)速相對應的最低消耗率點，內(nèi)燃機在較大區(qū)間內(nèi)以最高效率(即以最小燃油消耗率)運行，由此以最高效率所產(chǎn)生的電流較“經(jīng)濟”。
[0011]如此產(chǎn)生的經(jīng)濟電流用于其他功率區(qū)間內(nèi)的電動工作，由此可輔助或替代內(nèi)燃機，同樣在該區(qū)間內(nèi)間接實現(xiàn)節(jié)約燃油。由此，還可獲得其他優(yōu)勢。在低功率區(qū)間內(nèi)，內(nèi)燃機的燃油消耗率尤高，從而在該區(qū)間內(nèi)純電動驅(qū)動，其中以最高效率所產(chǎn)生的電流再次沖高。因此，發(fā)電電動機在較大的低功率區(qū)間內(nèi)輔助內(nèi)燃機的情況下，極具經(jīng)濟效益。
[0012]在中間功率區(qū)間內(nèi)在兩種工作狀態(tài)下運行時，這種輔助也十分有益(參見系統(tǒng)的配置):首先，在內(nèi)燃機裝配渦輪增壓機的情況下，用于消除由渦輪增壓機的延遲反應所引起的“渦輪遲滯”。這種內(nèi)燃機的功率特性曲線族通常在中間區(qū)間內(nèi)顯示凹處，其中到螺旋槳特性曲線的距離較小。由此，在該區(qū)間內(nèi)僅儲備少量可用于加速的功率或扭矩。人們言之靈活性較差。在此通過發(fā)電電動機的輔助予以解決。
[0013]其次，在滑行艇中的排水航態(tài)至滑行航態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中。在此，首先在排水航態(tài)時通過發(fā)電電動機的輔助有益于相對行駛阻力而加速，然后在小艇從水中抬升至滑行航態(tài)時，行駛阻力極低，由此所需扭矩極低。
[0014]由發(fā)電電動機提供輔助甚至可用于使船艇的速度超出單獨利用內(nèi)燃機并不能達到的速度(“增壓”)。由此，通過同樣根據(jù)本發(fā)明的船用螺旋槳的配置(見下文)所降低的最高速度在驅(qū)動時僅由內(nèi)燃機補償。
[0015]在優(yōu)選的方法實施方案中，在控制單元中存儲傳動系的特性曲線(該特性曲線基本上是螺旋槳特性曲線，同時考慮可能適用的減速齒輪)及內(nèi)燃機的特性曲線族(在扭矩/轉(zhuǎn)速圖中表示，或亦在功率/轉(zhuǎn)速圖中表示，其還包含對應于燃油消耗率的所謂“萬有特性曲線”)，并且通過調(diào)節(jié)由發(fā)電電動機消耗的轉(zhuǎn)矩或功率對在最小燃油消耗率的相應點上的綜合扭矩或功率消耗進行調(diào)節(jié)。因此，在相應轉(zhuǎn)速時，內(nèi)燃機的運行點提升，直至在其特性曲線族內(nèi)達到最小燃油消耗率的運行點。
[0016]在方法的改進方案中，由發(fā)電電動機消耗的功率或消耗的轉(zhuǎn)矩受到限制。這可以通過多種方式來完成:通過在控制單元存儲的閾值或通過傳動系(特別是船用螺旋槳)的配置(如下述)。
[0017]本發(fā)明提出的方法整體通過在實際中發(fā)生的負荷集成產(chǎn)生顯著降低的燃油消耗率(高達40% )并由此減少排放。最小燃油消耗率確實為完全燃燒的結(jié)果，在完全燃燒中形成的污染物(CO、未燃燒的碳氫化合物及炭黑)也更少。就此而言，這一成果相當驚人，因為迄今還無人認為通過內(nèi)燃機的額外負荷來降低其燃油消耗量是合理構(gòu)想。
[0018]
【發(fā)明內(nèi)容】
/裝置
[0019]本發(fā)明還涉及一種泛型水運工具的傳動系統(tǒng)，其配置支持或?qū)崿F(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法。傳動系配置成其特性曲線位于相應轉(zhuǎn)速時最小燃料消耗率點之下并與之相差預定的最大充電功率。通過作為發(fā)電機工作的發(fā)電電動機確定充電功率并通過蓄電器限定該充電功率。根據(jù)本發(fā)明配置的傳動系的特性曲線是已比常規(guī)配置傳動系更接近最小消耗率的運行點，從而已使效率提高。然后通過根據(jù)本發(fā)明的方法(控制作為發(fā)電機工作的發(fā)電電動機)達到最小消耗的運行點。
[0020]而在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的船用螺旋槳的配置中，螺旋槳特性曲線遠低于內(nèi)燃機的最小消耗率區(qū)間。為了從螺旋槳特性曲線到達最小消耗率的相應點，發(fā)電機需要極高的轉(zhuǎn)矩或高功率。但這要求發(fā)電電動機的尺寸極大且功率強勁。這種發(fā)電電動機不僅由于其空間要求而不利，還會在充電工作中提供對于蓄電器而言過高而由此不利的充電電流。
[0021]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的傳動系特性曲線的配置是這樣實現(xiàn):
[0022]螺旋槳特性曲線在特性曲線族中比通向額定功率點的特性曲線更傾斜。因此，它已更接近內(nèi)燃機的最小消耗率的多個點。它在某一點交于內(nèi)燃機的全負荷曲線，該點位于全負荷曲線與額定功率雙曲線的交點或在較低的轉(zhuǎn)速。在其位于交點的情況下，傳動系的功率消耗與額定功率點的功率相同(但在轉(zhuǎn)速較低時具有較高的轉(zhuǎn)矩)。在現(xiàn)有技術(shù)中，額定功率點以配置為基礎(chǔ)，與之相比，在相同的內(nèi)燃機根據(jù)本發(fā)明的配置中，僅達到較低的轉(zhuǎn)速。這暫且表現(xiàn)為不利之處。而僅當大部分時間以最大速度運行時的情況才并非如此。在需要瞬間最大速度的情況下，可根據(jù)本發(fā)明的方法協(xié)助發(fā)電電動機(人們稱之為“增壓”)，并再次利用蓄電器發(fā)出的“經(jīng)濟”電流。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的傳動系特性曲線大部分是通過船用螺旋槳的配置或構(gòu)造確定。例如，其直徑可大于常規(guī)配置的船用螺旋槳的直徑，或者其葉片的斜度較大。直徑的增大可使船用螺旋槳的效率更佳(根據(jù)科迪爾圖(Cordier-Diagramm),參見奧拓？科迪爾著《流體機械的相似條件》，BffK期刊，第337-340頁)，由此進一步減少燃油消耗量。
[0024]在較佳的配置中，作為發(fā)動機工作的發(fā)電電動機與內(nèi)燃機功率的功率比是1:3至1:8，優(yōu)選1:4至1:5。雖然發(fā)電電動機比平常更強勁，但由于本發(fā)明，內(nèi)燃機的最低消耗率的相應點已達到較寬區(qū)間內(nèi)。通過也在高功率區(qū)間內(nèi)將蓄電器充電，蓄電器會在大部分時間完全充電，可使電機更強勁或使其運轉(zhuǎn)時間更長。
[0025]在另一優(yōu)選實施方案及配置中，作為發(fā)動機工作的發(fā)電電動機在傳動系的低轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)具有盡可能高的轉(zhuǎn)矩，該扭矩先在盡可能高的轉(zhuǎn)速時達到傳動系的驅(qū)動力矩。由此，在低功率區(qū)間內(nèi)(在運行中完全沒有內(nèi)燃機)及在其之上的功率區(qū)間內(nèi)(在該區(qū)間內(nèi)需要內(nèi)燃機輔助加速)存在足夠用的轉(zhuǎn)矩，并且該區(qū)間更接近中間功率區(qū)間。
[0026]在有限的空間條件下或者在應盡可能為發(fā)電電動機準備提供高轉(zhuǎn)矩的區(qū)間，存在進一步改進，以通過與作為發(fā)動機工作的發(fā)電電動機協(xié)同作用的減速齒輪在寬區(qū)間內(nèi)達到其高轉(zhuǎn)矩(權(quán)利要求8)。其轉(zhuǎn)矩則是減速齒輪的輸出力矩。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]下面將參照附圖闡述本發(fā)明。其中:
[0028]圖1表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)以及在根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)中的傳動系統(tǒng)的示意圖；
[0029]圖2表示圖1的變化方案；
[0030]圖3表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳動系統(tǒng)的特性曲線族；
[0031]圖4表示如圖3的特性曲線族，根據(jù)本發(fā)明，其擴展為螺旋槳特性曲線；
[0032]圖5表示根據(jù)本發(fā)明的傳動系統(tǒng)的完整特征曲線族。【具體實施方式】
[0033]在圖1中是以標號I表不的內(nèi)燃機、以標號2表不的發(fā)電電動機及以標號3表不的蓄電器。發(fā)電電動機2適用于作為發(fā)動機及作為發(fā)電機工作,或者其具有兩個發(fā)電電動機一發(fā)動機及發(fā)電機。在內(nèi)燃機I與發(fā)電電動機2之間設(shè)置第一分離離合器4,在發(fā)電電動機2與傳動系5之間設(shè)置第二分離離合器2。在傳動系5的外端安裝船用螺旋槳7?？刂茊卧?控制內(nèi)燃機1、發(fā)電電動機2及蓄電器3的充電。
[0034]圖2是不同于圖1的變化方案，高速發(fā)電電動機9通過低速齒輪10與傳動系傳動連接。發(fā)電電動機9還可僅設(shè)置用于作為發(fā)動機工作并另外設(shè)置發(fā)電機。高速發(fā)動機9及低速齒輪可在寬轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)提供適用的高轉(zhuǎn)矩并且純電動運行，內(nèi)燃機停止運轉(zhuǎn)且斷開。
[0035]在圖3中表示內(nèi)燃機(在此為柴油發(fā)動機I)的特性曲線族。盡管曲線的具體形狀不同，但其仍類似于汽油發(fā)動機。在橫坐標軸上標繪其轉(zhuǎn)速(參見圖1，該轉(zhuǎn)速等于發(fā)電電動機2及傳動系5的轉(zhuǎn)速),在縱坐標軸上標繪轉(zhuǎn)矩。發(fā)動機特性曲線族在上方由全負荷曲線12界定，該全負荷曲線12在轉(zhuǎn)速較低時下降(13)并在轉(zhuǎn)速較高時轉(zhuǎn)向最大功率對應的額定功率雙曲線14。在特性曲線族中，以圖形等高線的形式繪出相同燃油消耗率的曲線(如通過每小時每馬力的克數(shù)表明該燃油消耗率)。人們還稱之為萬有特性曲線?？梢钥闯觯伞?10”表示的曲線所環(huán)繞的區(qū)間中間的燃油消耗率是最低值。在其他轉(zhuǎn)速也具有最低值。在此，內(nèi)燃機的效率具有最大值。
[0036]另外，以虛線表示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的螺旋槳特性曲線16的傳動系的特性曲線，該螺旋槳特性曲線16終止于額定功率雙曲線14上的內(nèi)燃機額定功率點15?？梢钥闯?，僅利用內(nèi)燃機的運行中(所有運行點均位于螺旋槳特性曲線上)，螺旋槳特性曲線大部分在較高消耗率(效率較低)的區(qū)間內(nèi)。特別不利于慢行或空轉(zhuǎn)區(qū)間，其中許多船艇發(fā)動機在其絕大多數(shù)運行時間運轉(zhuǎn)。因而，需在盡可能寬的區(qū)間內(nèi)純電動行駛。
[0037]在圖4中表示出特性曲線族中發(fā)電電動機/發(fā)電機的全負荷曲線17。借助該發(fā)電電動機/發(fā)動機，由于本發(fā)明，整個傳動系的效率增至整個運行區(qū)間以上。參見圖1或圖2，除內(nèi)燃機之外，發(fā)電電動機還可驅(qū)動傳動系(因此稱之為“并聯(lián)式混合動力”)。其要點在于，發(fā)電電動機在低轉(zhuǎn)速區(qū)間具有高轉(zhuǎn)矩，功率達到最大值之后，功率關(guān)于轉(zhuǎn)速保持恒定。由此，利用純電控的可能區(qū)間特別大，并且內(nèi)燃機在其高燃油消耗率區(qū)間內(nèi)完全不必運行。這已成為降低燃料消耗量的一種方法。隨之還有其他方法。
[0038]根據(jù)本發(fā)明，極為重要的方法在于，降低內(nèi)燃機的運行轉(zhuǎn)速，換言之，在較低的轉(zhuǎn)速達到一定的轉(zhuǎn)矩。從而，為了隨后蓄電器的充電，在盡可能大的區(qū)間內(nèi)實現(xiàn)內(nèi)燃機的最大效率。在本發(fā)明的一方面，通過利用相應構(gòu)造的船用螺旋槳7(例如較大直徑)實現(xiàn)內(nèi)燃機運行轉(zhuǎn)速的降低，由此特性曲線族內(nèi)轉(zhuǎn)矩最高點21降至較低的轉(zhuǎn)速(從2600降至2300rpm)。相應構(gòu)造的船用螺旋槳7可具有較大的直徑(根據(jù)科迪爾圖，順帶減少其損耗)或具有斜度較大的葉片，或者采取其他結(jié)構(gòu)性方法。
[0039]圖4表示根據(jù)本發(fā)明相應改進的傳動系的特性曲線20 (其基本上是螺旋槳特性曲線)，該特性曲線20與全負荷曲線相交于點21，該點21在轉(zhuǎn)速較低時相當于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)配置的點15。由此，運行點已更接近最小消耗率點。對于下述能量產(chǎn)生的要點在于，螺旋槳特性曲線稍回到下方或最佳效率的區(qū)間內(nèi)。
[0040]通過降低螺旋槳曲線20相應的額定功率轉(zhuǎn)速，其移至低轉(zhuǎn)速區(qū)間，但更靠近全負荷曲線的下降段13。結(jié)果，加速過程中的靈活性降低。在帶有明顯渦輪遲滯的發(fā)動機中，由于發(fā)動機在渦輪遲滯時不會再加速船只，因而可能導致發(fā)動機不再達到額定功率轉(zhuǎn)速。通過發(fā)電電動機的附加轉(zhuǎn)矩，內(nèi)燃機受到輔助，由此再次獲得螺旋槳特性曲線16中原有的靈活性。圖4表示出利用發(fā)電電動機及內(nèi)燃機的共同運行中的全負荷曲線22，其中僅加入一部分發(fā)電電動機轉(zhuǎn)矩。
[0041]出于電動運行的經(jīng)濟目的，實質(zhì)在于如何增加電流的有效度。根據(jù)本發(fā)明，在分別具有最小燃油消耗率的運行點產(chǎn)生電流。這種程序使空轉(zhuǎn)運行中(利用如此產(chǎn)生電流的驅(qū)動中)的效率提高達40%，包括發(fā)電機、變流器及蓄電器充電系統(tǒng)的效率損失。在內(nèi)燃機低負荷時為蓄電器充電的情況下，效率尤差。
[0042]在圖5中表示出如何以特別高的效率為蓄電器沖電，電流由此特別“經(jīng)濟”。通過在轉(zhuǎn)速中降低的運行點，內(nèi)燃機I已在低消耗率的區(qū)間內(nèi)運行(參見特性曲線20)。但其仍遠離最低消耗率的軌跡曲線24(有關(guān)轉(zhuǎn)速)。在軌跡曲線中，內(nèi)燃機通過驅(qū)動發(fā)電機并由此產(chǎn)生電流而經(jīng)過負荷的增加。
[0043]例如，在特性曲線族中:在1800轉(zhuǎn)(rpm)時，在傳動系的特性曲線20上的運行點26，傳動系5消耗的轉(zhuǎn)矩計為275Nm(牛頓米)，最小消耗量的運行點25位于約350Nm，即超出約75Nm。為使內(nèi)燃機達到所述點，作為發(fā)電機運行的發(fā)電電動機控制成其利用該75Nm來產(chǎn)生電流。這對應于充電電流強度，受限于機器及蓄電器的電氣性能的充電電流強度具有極限值或最佳值。在傳動系的構(gòu)造中需考慮這種最大或最佳充電電流強度。
[0044]由此，根據(jù)本發(fā)明的螺旋槳特性曲線20比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的螺旋槳特性曲線16更接近軌跡曲線24，為達到軌跡曲線24所需的發(fā)電機消耗的扭矩受到限制。其顯著小于螺旋槳特性曲線16時消耗的扭矩。達到各自的最小消耗率點將需要巨大的發(fā)動機/發(fā)電機。
[0045]在圖5的特征曲線族中，由傳動系20的特性曲線、最小消耗量的軌跡曲線24、全負荷曲線12的一小段12’及陡然傾向特性曲線20的下降段限定陰影區(qū)間，其中還產(chǎn)生用于驅(qū)動之外的電流。其在點28之上交會特性曲線20，在該點28，發(fā)電電動機的全負荷曲線17與傳動系的特性曲線20相交。直至該點，均可純電動驅(qū)動。
[0046]附加的充電功率(相同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩更高)使內(nèi)燃機的效率提高，這直接或間接地有益于傳動的總效率。直接是由于內(nèi)燃機在最大效率的運行點運轉(zhuǎn)，間接是由于受驅(qū)動的發(fā)電電動機的效率中還加入發(fā)生電流的效率，并由此加入內(nèi)燃機的效率。根據(jù)本發(fā)明，甚至在內(nèi)燃機最大效率的運行點也會發(fā)生電流。利用如此產(chǎn)生的經(jīng)濟電流，使發(fā)電電動機作為發(fā)動機協(xié)助內(nèi)燃機用于其他運行區(qū)間也具經(jīng)濟性。
[0047]蓄電器充電的副效應在于，即便在高負荷時，機器及蓄電器的尺寸上也具有較大的靈活性。因而，可在蓄電器電容大致相同的情況下，使內(nèi)燃機的尺寸較小且發(fā)電電動機的尺寸較大。因而，內(nèi)燃機及發(fā)電電動機的額定功率可在1:3至1:10的區(qū)間內(nèi)，優(yōu)選在1:4至1:6的區(qū)間內(nèi)。
[0048]另外，還可通過多種方式減少排放量:通過較低的消耗量減少排氣量。較高的效率也表示完全燃燒，從而CO、HC及顆粒的含量顯著降低。這種減少尤其緣于發(fā)動機運行時間的減少。在發(fā)電電動機如在低負荷區(qū)間內(nèi)常規(guī)驅(qū)動500h的情況下，則在高負荷區(qū)間內(nèi)，極短時間內(nèi)即可產(chǎn)生所需能量并存儲該能量。如上述，減少的絕對值取決于負荷集成(低負荷區(qū)間的部分)、各發(fā)動機特性曲線以及蓄電器的充電系統(tǒng)。同時，內(nèi)燃機的維修間隔期及使用壽命也有所延長。
【權(quán)利要求】
1.一種控制水運工具的混合傳動系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括一內(nèi)燃機(1)、至少一用于驅(qū)動及發(fā)電工作的發(fā)電電動機(2)、一具有一船用螺旋槳(7)的傳動系(5)、一蓄電器(3)及一控制單元(8)，其中所述內(nèi)燃機(1)與所述至少一發(fā)電電動機(2)之間設(shè)有一離合器⑷， 其特征在于: 在高功率區(qū)間運行時，通過控制所述發(fā)電機調(diào)節(jié)所述船用螺旋槳(7)及所述發(fā)電機的綜合功率消耗，從而使所述內(nèi)燃機(1)的運行點在其特性曲線族內(nèi)與各轉(zhuǎn)速相對應的最低消耗率點一致，并且如此以高效率運行產(chǎn)生的電流可用于在其他功率區(qū)間內(nèi)使所述發(fā)電電動機作為發(fā)動機運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:在低功率區(qū)間運行時，所述離合器(4)分離，僅所述發(fā)電電動機驅(qū)動；在中間功率區(qū)間運行時，所述發(fā)電電動機在加速時輔助所述內(nèi)燃機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述發(fā)電電動機在最高功率區(qū)間輔助所述內(nèi)燃機(“增壓”)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述控制器中存儲所述傳動系(5)的特性曲線及所述內(nèi)燃機(1)的消耗特性曲線，其特征在于:將由所述發(fā)電電動機(2)消耗的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)成在所述內(nèi)燃機的特性曲線族內(nèi)的傳動系運行點(如26)之上的所述內(nèi)燃機在各轉(zhuǎn)速的運行點(如25)與最小燃油消耗率點一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:由所述發(fā)電電動機消耗的轉(zhuǎn)矩或由所述發(fā)電電動機消耗的功率受限。
6.—種水運工具的傳動系統(tǒng),該系統(tǒng)包括一內(nèi)燃機(1)、至少一用于驅(qū)動及發(fā)電工作的發(fā)電電動機(2)、一具有一船用螺旋槳(7)的傳動系(5)、一蓄電器(3)及一控制單兀⑶， 其特征在于: 所述傳動系設(shè)置成其特性曲線(20)位于最低燃油消耗率點(如25)之下并與所述最低燃油消耗率點相差一預定充電功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水運工具傳動系統(tǒng)，其特征在于:所述傳動系統(tǒng)設(shè)置成所述內(nèi)燃機的特性曲線族內(nèi)的螺旋槳特性曲線(20)比通向額定功率點(15)的特性曲線(16)更傾斜，由此更接近所述內(nèi)燃機(1)的最低燃油消耗率點(如25)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于:所述螺旋槳特性曲線(20)在一點(21)相交于所述內(nèi)燃機⑴的全負荷曲線(12)，該點(21)位于所述全負荷曲線(12)與額定功率雙曲線(14)的交點或在較低的轉(zhuǎn)速。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水運工具傳動系統(tǒng)，其特征在于:通過使所述船用螺旋槳(7)構(gòu)造成具有增大的直徑實現(xiàn)其更傾斜的特性曲線(20)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水運工具傳動系統(tǒng)，其特征在于:通過使所述船用螺旋槳(7)的螺旋槳葉片的斜度增大實現(xiàn)其更傾斜的特性曲線(20)。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水運工具傳動系統(tǒng)，其特征在于:作為發(fā)動機運行的發(fā)電電動機(3)的功率消耗或功率輸出與內(nèi)燃機功率的比是1:3至1:8，優(yōu)選1:4至1:6。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水運工具傳動系統(tǒng)，其特征在于:作為發(fā)動機運行的發(fā)電電動機(2)在所述傳動系的低轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)具有高轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩僅在特性曲線族內(nèi)于所述發(fā)電電動機⑵的特性曲線(17)交于所述傳動系的特性曲線(20)時下降。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水運工具傳動系統(tǒng)，其特征在于:通過一與其協(xié)同作用的低速齒輪(10)實現(xiàn)所述作為 發(fā)動機運行的發(fā)電電動機(2)的高轉(zhuǎn)矩。
【文檔編號】B63H23/12GK103917442SQ201280055061
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月14日
【發(fā)明者】邁克爾·阿沙伯 申請人:斯太爾動力有限責任公司