发电机组－发动机负载管理技术的制作方法

1.本文件涉及发动机－发电机动力系统，具体涉及用于管理发动机－发电机动力系统的负载条件的技术。


背景技术：

2.发动机－发电机或发电机组(“发电机组”)可以是发动机和发电机的组合。两个部件可以安装在一起以形成单个机器。发电机组可以在诸如建筑工地或紧急响应地点的各种地点提供电动力。发电机组可以是小型个人便携式装置或可以安装在滑轨或拖车上的较大装置，这取决于特定用途所需的要求和位置以及动力量。
3.发电机组可用作备用动力源或主动力源。如果来自主动力源的动力不再可用，则发电机组可用于备用动力。当主动力源再次可用时，发电机组可以断开。发电机组也可用作主动力源。
4.发电机组发动机被设计成在负载条件下操作。如果发电机组发动机不以足够的机械负载运行，则其一些部件会受到不利影响。例如，在无负载或低负载条件下长时间操作发电机组可导致发动机湿堆积或高于预期油耗。
5.us20180142630描述了一种系统和方法，其中多个负载电阻器的负载组电连接到发动机－发电机组，并且电阻性负载组由柴油发动机废气(驱动发电机的柴油发动机)冷却，从而保持用于柴油发动机－发电机组的最佳操作的最小发电机负载(通过负载组将“过剩”电能转换为由较冷的发动机废气耗散的热量来实现)。


技术实现要素：

6.通过使用本发明的各种技术，发电机组可在无负载、低负载或低环境温度条件期间自动添加辅助或补充电负载，以改进发动机效率和后处理部件(例如dpf)的热管理能力。控制系统可以监测发动机的一个或多个参数，并且响应于超过阈值的参数，接通与发动机流体组合的水套加热器以补充电负载。
7.在一些方面，本发明涉及被配置成向外部电负载提供电输出的发电机组，该发电机组包括：配置成驱动发电机的发动机，发动机包括发动机体，其中发电机配置成联接到外部电负载；与该发动机体流体连通的加热系统，该加热系统包括电流体加热器，其中该电套流体包括被配置成补充该外部电负载的电阻性负载；以及控制系统，用于：监测发动机的第一参数；响应于第一参数小于第一阈值而生成第一控制信号；以及通过响应于第一控制信号接通电流体加热器来增加外部电负载。
8.在一些方面，本发明涉及一种操作发电机组以向外部电负载提供电输出的方法，方法包括：监测被配置成驱动发电机的发动机的第一参数，其中发动机包括发动机体，并且其中发电机被配置成联接到外部电负载；响应于第一参数小于第一阈值而生成第一控制信号；以及通过响应于第一控制信号接通加热系统的电流体加热器来增加外部电负载，加热系统与发动机体流体连通，其中电流体加热器包括配置成补充外部电负载的电阻性负载。
9.在一些方面，本发明涉及被配置成向外部电负载提供电输出的发电机组，该发电机组包括：配置成驱动发电机的发动机，发动机包括发动机体，其中发电机配置成联接到外部电负载；与发动机体流体连通的加热系统，加热系统包括设置在发动机体内的电水套加热器，其中电水套加热器包括配置成补充外部电负载的电阻性负载；以及控制系统，用于：监测发动机的第一参数；响应于第一参数小于第一阈值而生成第一控制信号；响应于第一控制信号通过接通电加热器来增加外部电负载；监测发动机的第二参数；响应于第二参数超过第二阈值而生成第二控制信号；以及响应于第二控制信号断开电水套加热器。
附图说明
10.图1示出了具有原动机的发电机组的示例，该原动机联接到并配置成机械地旋转或驱动发电机。
11.图2是可用于实施本发明的各种技术的发动机加热系统的示例的框图。
12.图3是可用于实施本发明的各种技术的发动机加热系统的另一示例的框图。
13.图4是可用于实施本发明的各种技术的水套加热器的实例的透视图。
14.图5是可以实现本发明的各种技术的发电机组的示例的框图。
15.图6是可以实现本发明的各种技术的发电机组的示例的示意图。
16.图7是操作发电机组以向外部电负载提供电输出的方法的示例的流程图。
具体实施方式
17.根据本发明的示例涉及用于管理发电机组的无负载或低负载条件和/或低环境温度条件的方法和系统。如前所述，发电机组发动机被设计成在负载条件下操作。如果发电机组发动机不以足够的机械负载运行，则其一些部件会受到不利影响。例如，在无负载或低负载条件下长时间操作发电机组可导致发动机湿堆积或高于预期油耗。此外，如果发电机组发动机配备有排放物后处理系统，则各种部件会损失效率或发生故障。
18.图1示出了具有原动机12的发电机组(发电机组)10的示例，原动机12联接到发电机14并配置成机械地旋转或驱动发电机14。原动机12可以是热力发动机，例如燃烧燃料和空气的混合物以生成机械旋转的内燃发动机。原动机12可以是任何类型的内燃发动机，例如柴油发动机、汽油发动机或气体燃料动力发动机。
19.发电机14可以是例如ac感应发电机、永磁发电机、ac同步发电机或开关磁阻发电机。发电机14可以被配置为联接到外部电负载。
20.在一些示例中，发电机14可以包括多对极(未示出)，每一对极具有布置在定子(未示出)的圆周上的三相，以生成具有50和/或60hz的频率的交流电。由发电机14生成的电动力可以通过一个或多个发电机汇流条(未示出)被引导用于非车载目的。原动机12和发电机14均可刚性地安装到锚定平台或轨道16(图1中仅示出一个)。
21.发电机组10还可包括安装到发电机14并与原动机12和/或发电机14通信以监测和调节发电机组10的电输出的接线盒18。发电机组10被配置为例如通过使用电总线22向外部电负载20提供电输出。
22.如上所述，在一些示例中，原动机12可以是柴油发动机。在一些这样的示例中，柴油发动机可以包括柴油颗粒过滤器(dpf)(或其他后处理装置)，其可以帮助从柴油发动机
的排气中去除颗粒或烟灰。随着时间的推移，dpf(或其他后处理装置)可能变得堵塞。
23.如果发电机组发动机配备有排放物后处理系统，则各种部件会损失效率或发生故障。例如，dpf再生是排放物后处理过程的一个示例，其中已经在dpf(或其他后处理装置)中积聚的材料可以通过升高的温度被烧掉。换言之，当dpf(或其他后处理装置)变得堵塞时，发动机可以在更高的温度下运行以烧掉烟灰和任何其他积聚的颗粒。然而，例如，如果发电机组在无负载或低负载条件期间运行延长的时间，则发动机可能达不到清洁dpf的足够温度。
24.此外，例如，在无负载或低负载条件下长时间操作发电机组也会导致发动机的湿堆积或高于预期的油耗。
25.通过使用本发明的各种技术，发电机组可在无负载、低负载或低环境温度条件期间自动添加辅助或补充电负载，以改进发动机效率和后处理部件(例如dpf)的热管理能力。如下面更详细地描述的，控制系统可以监测发动机的一个或多个参数，并且响应于超过阈值的参数，接通与发动机流体组合的水套加热器以补充电负载。
26.图2是可用于实施本发明的各种技术的发动机加热系统的示例的框图。发动机加热系统100可例如使用冷却剂与发动机(例如图1的原动机12)的发动机体102流体连通。
27.发动机加热系统100可以包括热交换器104和电流体加热器106，例如电水套加热器。在其他示例中，流体加热器106可以是油加热器。在一些示例中，流体加热器106可以是燃料加热器或柴油机排气流体(def)加热器。在图2所示的示例中，流体加热器106设置在发动机体102的外部并且使用软管108a和108b与发动机体102流体连通。此外，热交换器104可以例如使用冷却剂与使用软管110a和110b的发动机体102处于流体连通。
28.如图2所示，发动机体可以联接到过滤器112，例如dpf，其可以帮助从柴油发动机的排气中去除颗粒或烟灰。随着时间的推移，dpf可能被积聚的材料堵塞，这可以使用dpf再生技术烧掉。
29.图3是可用于实施本发明的各种技术的发动机加热系统的另一示例的框图。发动机加热系统200可例如使用冷却剂与发动机(例如图1的原动机12)的发动机体202流体连通。
30.发动机加热系统200可以包括热交换器204和电流体加热器206，例如电水套加热器。在图2所示的示例中，电流体加热器206设置在发动机体202内，并使用软管208a和208b与发动机体202流体连通。此外，热交换器204可以例如使用冷却剂与使用软管210a和210b的发动机体202处于流体连通。
31.如图3所示，发动机体可以联接到过滤器212，例如dpf，其可以帮助从柴油发动机的排气中去除颗粒或烟灰。随着时间的推移，dpf可能被积聚的材料堵塞，这可以使用dpf再生技术烧掉。
32.图4是可用于实施本发明的各种技术的水套加热器的实例的透视图。水套加热器300可以是图2的流体加热器106和图3的流体加热器206的示例。水套加热器300可以是由发电机组(例如图1的发电机组10)供电的电水套加热器。水套加热器300还可包括控制系统302和水箱304。
33.水箱304可包括加热元件、恒温器和发动机冷却剂。发动机冷却剂可以包括水套。水箱304可包括压铸铝和橡胶绝缘套筒。
34.控制系统302可以具有接线板和接触器。控制系统302可操作以从动力源接收动力，通过允许或限制动力来控制位于水箱304中的电阻性负载306的开/关状态，基于由设置在水箱304中的恒温器测量的设定温度点来控制加热元件，以及通过允许或限制动力来控制泵的开/关状态。使用本发明的各种技术并且如下文更详细描述的，控制系统302可以利用电阻性负载306来补充外部电负载。
35.加热元件可用于经由传导增加附近发动机冷却剂的温度。恒温器可以设置在加热器入口308附近。控制系统302可操作以接通和断开接触器，该接触器根据检测到的来自恒温器的输入发动机冷却剂温度来控制加热元件处于接通或断开状态。
36.泵可以设置在加热器出口310附近。换句话说，泵可以设置在加热器入口308和加热器出口310之间。该泵可操作以拉动发动机冷却剂通过水套加热器300。该泵可以迫使发动机冷却剂经由作为发动机冷却剂回路的一部分的水套通路流动并循环通过发动机体，例如图2的发动机体102和图3的发动机体202。该泵可以独立于恒温器和加热元件连续地操作。
37.加热器出口310可位于水套加热器300的顶部附近并与泵流体连通。加热器入口308可位于水套加热器300的底部附近，并可与水箱304流体连通。
38.图5是可以实现本发明的各种技术的发电机组400的示例的框图。发电机组400可包括电流体加热器402，例如图4的水套加热器300。电流体加热器402可包括电阻性负载以补充联接到发电机组400的外部电负载，例如图1的外部电负载20。
39.电流体加热器402可经由发电机组电输出404(例如图1的电总线22)接收电动力。在图5中，电输出404可以经由断路器406以及继电器和接触器408联接到电流体加热器402。电输出404可以使用单相电压(l－n，l－l)或三相电压供电。
40.发电机组400可以包括控制系统410。控制系统410可以包括发动机控制系统412，例如具有第一微控制器，和流体加热器逻辑控制器414，例如具有第二微控制器。控制系统410，例如发动机控制系统412，可以监测发电机组的发动机的第一参数，并响应于该参数小于第一阈值而生成第一控制信号。例如，发动机控制系统412可以监测参数，例如提供给发电机组电输出404(例如图1的电总线22)的输出电流的表示。另外地或可选地，发动机控制系统412可以监测诸如发电机组的发动机的燃料消耗的表示的参数，诸如燃料消耗率。另外地或可替代地，发动机控制系统412可以监测参数，例如过滤器(例如图2中的过滤器112或图3中的过滤器212)中的烟灰水平的表示。
41.控制系统410，例如发动机控制系统412，响应于第一参数小于第一阈值而生成第一控制信号416，例如负载增加信号。作为非限制性示例，发动机控制系统412可以监测提供给发电机组电输出404的输出电流的表示，并且如果发动机控制系统412确定输出电流小于阈值输出电流，则发动机控制系统412可以生成第一控制信号(“负载增加信号”)以添加补充电负载，即电流体加热器402的电阻性负载。在一些示例中，发动机控制系统412可以使用控制器局域网络(can总线)来将第一控制信号传输至流体加热器逻辑控制器414。
42.为了增加补充电负载，流体加热器逻辑控制器414可以响应于接收到第一控制信号而接通电流体加热器402。例如，流体加热器逻辑控制器414可以接收第一控制信号，并且作为响应，激励继电器和接触器408的线圈以闭合继电器触点，从而接通电流体加热器402。如上所述，电流体加热器402可包括电阻性负载，例如图4的加热元件307，其被配置为补充
外部电负载，例如图1的外部电负载20。通过响应于第一控制信号而接通电流体加热器402，控制系统410可以增加外部电负载。
43.为了断开电流体加热器402，控制系统410，例如发动机控制系统412，可以监测发电机组的发动机的第二参数，并响应于该参数小于第二阈值而生成第二控制信号。在一些示例中，第二参数可以与用于接通电流体加热器402的第一参数相同。在其他示例中，第二参数可以不同于用于接通电流体加热器402的第一参数。第二参数可以是提供给发电机组电输出404(例如图1的电总线22)的输出电流的表示，发电机组的发动机的燃料消耗的表示，和/或过滤器(例如图2中的过滤器112或图3中的过滤器212)中的烟灰水平的表示。控制系统410，例如发动机控制系统412，响应于第二参数超过第二阈值而生成第二控制信号416，例如负载增加信号。
44.为了去除补充电负载，流体加热器逻辑控制器414可以响应于接收到第二控制信号而断开电流体加热器402。例如，流体加热器逻辑控制器414可以接收第二控制信号，并且作为响应，使继电器和接触器408的线圈断电，以断开继电器触点，从而断开电流体加热器402。以这种方式，控制系统410可以响应于第二控制信号而断开电流体加热器402，从而去除补充电负载。
45.图6是可以实现本发明的各种技术的发电机组的示例的示意图。发动机控制模块(ecm)500可以例如通过使用can总线504联接到电子模块化控制面板(emcp)502。emcp 502可以例如通过连接器508联接到继电器的继电器线圈506。
46.在一些示例中，ecm 500可监测第一参数并响应于该参数小于第一阈值而生成第一控制信号，如以上参照图5所述。ecm 500可以例如通过can总线504将第一控制信号发送到emcp 502。作为响应，emcp 502可以通过联接线圈两端的电压来激励继电器线圈506，例如节点510和节点512之间的24v，节点510和节点512可以联接到例如接线盒。作为响应，继电器线圈506可闭合常开触点514，常开触点514可联接到电水套加热器的电阻性负载516。
47.控制系统还可以包括联接到电阻性负载516的常闭热开关518。热开关518可以是保护特征，并配置成响应于温度超过安全操作阈值而接通和断开水套加热器。例如，热开关518可配置成仅在温度超过100摄氏度或更高时断开。即，热开关518可以在恒温器接通温度以上接通。该方法与其它设计相反，在其它设计中，在发动机－冷却剂系统的恒温器触发之前，水套加热器断开。
48.水套加热器的电阻性负载516可经由发电机组电输出520(例如图1的电总线22)接收电动力。在图6中，电输出520可以通过断路器522联接到电阻性负载516。
49.图7是操作发电机组以向外部电负载提供电输出的方法600的示例的流程图。在框602处，方法600可以包括监测被配置成驱动发电机的发动机的第一参数，其中该发动机包括发动机体，并且其中该发电机被配置成联接至该外部电负载。在框604处，方法600可以包括响应于第一参数小于第一阈值而生成第一控制信号。在框606处，该方法可以包括通过响应于该第一控制信号而接通加热系统的电水套加热器来增加该外部电负载，该加热系统与该发动机体流体连通，其中该电水套加热器包括被配置成补充该外部电负载的电阻性负载。
50.方法600可以可选地进一步包括框608－612。在框608处，方法600可以可选地包括监测发动机的第二参数。在框610，方法600可以可选地包括响应于第二参数超过第二阈值
而生成第二控制信号。在框612处，方法600可以可选地包括响应于第二控制信号断开电加热器。
51.工业实用性
52.目前，发电机组发动机被设计成在负载条件下操作。如果发电机组发动机不以足够的机械负载运行，则其一些部件可能受到不利影响。例如，在无负载或低负载条件下长时间操作发电机组可导致发动机湿堆积或高于预期油耗。此外，如果发电机组发动机配备有排放物后处理系统，则各种部件会损失效率或发生故障。
53.本发明涉及一种发电机组－发动机负载管理系统。该系统可以在发电机组应用的低负载条件期间增加电负载，以提高发动机效率和后处理部件的热管理能力。例如，电负载，如电水套加热器(jwh)。
54.上面的详细描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本发明的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所授权的等同物的全部范围来确定。

技术特征：
1.一种被配置成向外部电负载提供电输出的发电机组，所述发电机组包括：配置成驱动发电机的发动机，所述发动机包括发动机体，其中，所述发电机配置成联接到所述外部电负载；与所述发动机体流体连通的加热系统，所述加热系统包括电流体加热器，其中，所述电流体加热器包括被配置成补充所述外部电负载的电阻性负载；以及控制系统，用于：监测所述发动机的第一参数；响应于所述第一参数小于第一阈值而生成第一控制信号；以及通过响应于所述第一控制信号接通所述电流体加热器来增加所述外部电负载。2.根据权利要求1所述的发电机组，其中，所述控制系统包括：具有继电器线圈和触点的继电器，所述触点联接到所述电阻性负载；以及具有联接到所述继电器的输出的控制器，所述控制器用于：接收所述第一控制信号；以及响应于所述第一控制信号，激励所述继电器线圈以闭合所述触点并将所述电阻性负载联接到所述发电机组的所述电输出。3.根据权利要求1所述的发电机组，所述控制系统用于：监测所述发动机的第二参数；响应于所述第二参数超过第二阈值而生成第二控制信号；以及响应于所述第二控制信号断开所述电加热器。4.根据权利要求3所述的发电机组，其中，所述第一参数与所述第二参数相同。5.根据权利要求3所述的发电机组，其中，所述第一参数和所述第二参数是不同的。6.根据权利要求1所述的发电机组，其中，所述控制系统包括联接到所述电阻性负载的常闭热开关。7.根据权利要求1所述的发电机组，其中，所述电流体加热器设置在所述发动机体。8.根据权利要求1所述的发电机组，其中，所述电流体加热器包括电水套加热器。9.根据权利要求1所述的发电机组，其中，所述第一参数包括输出电流的表示。10.根据权利要求1所述的发电机组，其中，所述第一参数包括燃料消耗的表示。11.根据权利要求1所述的发电机组，其中，所述第一参数包括过滤器中的烟灰水平的表示。12.一种操作发电机组以向外部电负载提供电输出的方法，所述方法包括：监测被配置成驱动发电机的发动机的第一参数，其中，所述发动机包括发动机体，并且其中，所述发电机被配置成联接到所述外部电负载；响应于所述第一参数小于第一阈值而生成第一控制信号；以及通过响应于所述第一控制信号接通加热系统的电流体加热器来增加所述外部电负载，所述加热系统与所述发动机体流体连通，其中，所述电流体加热器包括配置成补充所述外部电负载的电阻性负载。13.根据权利要求12所述的方法，包括：接收所述第一控制信号；以及响应于所述第一控制信号，激励继电器线圈以将所述电阻性负载联接到所述发电机组
的所述电输出。14.根据权利要求12所述的方法，包括：监测所述发动机的第二参数；响应于所述第二参数超过第二阈值而生成第二控制信号；以及响应于所述第二控制信号断开所述电流体加热器。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述电流体加热器包括电水套加热器。

技术总结
一种发电机组，其被配置成向外部电负载提供电输出。发电机组包括配置成驱动发电机的发动机，发动机包括发动机体，其中发电机配置成联接到外部电负载。发电机组包括与发动机体流体连通的加热系统，该加热系统包括电流体加热器，其中电流体加热器包括配置成补充外部电负载的电阻性负载。该发电机组包括控制系统，用于：监测发动机的第一参数；响应于第一参数小于第一阈值而生成第一控制信号；以及通过响应于第一控制信号接通电流体加热器来增加外部电负载。电负载。电负载。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：卡特彼勒公司
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/6/27