一种优化排放及能效水平的内燃机车发电机组制造技术

本发明专利技术公开了一种内燃机车发电机组，包含内燃机、交流电机、储能设备和变流器；交流电机与所述内燃机主轴相连；变流器包含交流侧和直流侧；变流器的交流侧与所述交流电机相连；变流器的直流侧与机车直流母线相连；储能设备接到机车直流母线上，以为变流器供能和/或从机车直流母线获取电能。本发明专利技术的内燃机车发电机组可提升内燃机车提升功率的响应速度，提高其柴油发电机组的能效和排放环保水平。柴油发电机组的能效和排放环保水平。柴油发电机组的能效和排放环保水平。

【技术实现步骤摘要】
一种优化排放及能效水平的内燃机车发电机组


[0001]本专利技术涉及内燃机车领域，并且更具体地，涉及一种内燃机车发电机组，其优化了排放及能效水平。

技术介绍

[0002]内燃机车的发电机组在稳定转速下运行时，其效率及排放均能实现较好控制，但在转速提升时，因为惯性原因，发电机组实际转速需要一定时间才能达到控制目标转速值，而在实际转速与控制目标转速值差异较大的时间段，因实际转速与内燃机的喷油量、喷油时机不能匹配，导致该段时间内燃油不能充分燃烧，能效及排放情况均处于较差水平，此时内燃发电机组动态性能也较差。
[0003]目前较为成熟的方案是对内燃机最低转速和最高转速之间的区段进行细分，对应的给每个转速级匹配最适合的喷油量和喷油时机。
[0004]但这种方式需要对内燃机进行长时间的调教，拖慢产品研发周期，并且依然无法避开内燃机特性中低能效的转速区段。
[0005]因此，需要一种优化了排放及能效水平的内燃机车发电机组。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术不足，本专利技术的目的在于提供一种内燃机车发电机组，其设计环保，可使内燃机车在内燃机转速提升的过程中保持优秀的排放及能效水平，并优化内燃发电机组动态性能。
[0007]基于上述目的，采用如下技术方案：
[0008]根据本专利技术，提供一种内燃机车发电机组，包含：
[0009]内燃机；
[0010]交流电机，交流电机与内燃机主轴相连；
[0011]变流器，变流器包含交流侧和直流侧；变流器的交流侧与交流电机相连；变流器的直流侧与机车直流母线相连；
[0012]储能设备，储能设备接到机车直流母线上，以为变流器供能和/或从机车直流母线获取电能。
[0013]进一步地，当内燃机车发电机组处于起动过程：
[0014]储能设备释放电能，电能通过机车直流母线传入变流器的直流侧，形成直流电；
[0015]直流电经变流器逆变为交流电且控制交流电机转动；
[0016]内燃机被交流电机带动旋转且不喷油；
[0017]当内燃机达到起动转速(起动转速为内燃机装车后的最低运行转速)时，内燃机按起动转速对应喷油量开始喷油并输出能量，变流器控制交流电机使其进入发电状态，内燃发电机组进入发电状态。
[0018]进一步地，当内燃机车发电机组处于升速过程：
[0019]内燃机停止喷油；
[0020]储能设备释放电能，电能通过机车直流母线传入变流器的直流侧，形成直流电；
[0021]直流电经变流器逆变为交流电，且控制交流电机提升转速；
[0022]内燃机被交流电机带动旋转直至达到目标转速值后，内燃机按照目标转速值对应的喷油量进行喷油并输出能量，变流器控制交流电机使其进入发电状态，内燃发电机组进入发电状态。
[0023]进一步地，当内燃机车发电机组处于稳定的输出能量的过程：
[0024]内燃机输出的机械能经交流电机转化为电能；再通过变流器整流后供给机车直流母线；
[0025]储能设备可选择地从机车直流母线吸收电能。
[0026]进一步地，当所述内燃机车发电机组处于减速过程：
[0027]内燃机停止喷油；
[0028]变流器控制交流电机工作于发电状态(即回馈制动状态)，直至内燃机转速降至目标转速后，内燃机按照目标转速值对应的喷油量恢复喷油并输出能量，变流器控制交流电机使其进入发电状态，内燃发电机组进入发电状态。
[0029]进一步地，当内燃机车发电机组处于停机过程：
[0030]内燃机停止喷油，内燃机转速自然降至零。
[0031]进一步地，交流电机为同步电机。
[0032]进一步地，交流电机为异步电机。
[0033]进一步地，变流器为可四象限运行的变流器(即可控制电能从变流器的直流侧流向变流器的交流侧，也可控制电能从交流侧流向直流侧)。
[0034]进一步地，变流器的交流侧与交流电机通过三相电缆或铜排相连，以实现电能传递。
[0035]根据本专利技术，还提供一种内燃机车，包含如上所述的内燃机车发电机组。
[0036]一般地，与转速对应的喷油量在内燃机设计阶段就可以确定。为保证内燃发电机组的高效可靠运行，其喷油量是在内燃机研发设计过程中通过反复多次的仿真计算和实验确定的，因此其在确定工况下的喷油量是固定的。
[0037]本专利技术的内燃机车发电机组可提升内燃机车提升功率的响应速度，提高其柴油发电机组的能效和排放环保水平。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施案例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1为本专利技术实施例的内燃机车发电机组的示意图。
[0040]附图标记列表：
[0041]1‑
内燃机；2
‑
主轴；3
‑
同步电机；4
‑
三相电缆；5
‑
变流器；6
‑
储能设备；7
‑
机车直流母线。
具体实施方式
[0042]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术实施例进一步详细说明。
[0043]如图1所示，内燃机车发电机组主要由内燃机、交流电机(在本实施例中为同步电机)、可四象限运行的变流器、直流环节储能设备组成。
[0044]同步电机与内燃机主轴相连；变流器包含交流侧和直流侧；变流器的交流侧与同步电机相连；变流器的直流侧与机车直流母线相连；储能设备接到机车直流母线上，以为变流器供能和/或从机车直流母线获取电能。
[0045]在另一个优选实施例，交流电机可以是异步电机。本实施例中涉及的同步电机可根据实际需求变更为异步电机，虽然异步电机从能效上通常不如同步电机，但也可实现本专利技术带来的效果。
[0046]内燃机与同步电机直接通过主轴相连，即为本领域通常构造：交流电机转子轴与内燃机(柴油发电机)动力输出轴通过联轴器相连。在另一个优选实施例，可通过保证机械能专递的其他形式的连接方式实现内燃机与同步电机的连接，例如交流电机与内燃机主轴通过齿轮箱或万向轴连接。
[0047]在另一个优选实施例中，变流器的交流侧与交流电机通过三相电缆或铜排相连，以实现电能传递。
[0048]本专利技术对内燃机型式、燃料形式、储能设备型式不作要求，变流器仅满足可实现四象限运行即可。
[0049]如图1所示，按图1构建的内燃发电机组，其调速流程(含起动、升速、降速、停机流程)如下：
[0050]1)当内燃机车发电机组处于起动过程，如图1所示，能量从储能设备到内燃机流动：
[0051]储能设备释放电能，电能通过机车直流母线传入变流器的直流侧，形成直流电；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内燃机车发电机组，其特征在于，包含：内燃机；交流电机，所述交流电机与所述内燃机主轴相连；变流器，所述变流器包含交流侧和直流侧；所述变流器的交流侧与所述交流电机相连；所述变流器的直流侧与机车直流母线相连；储能设备，所述储能设备接到所述机车直流母线上，以为变流器供能和/或从所述机车直流母线获取电能。2.如权利要求1所述的内燃机车发电机组，其特征在于，当所述内燃机车发电机组处于起动过程：储能设备释放电能，电能通过机车直流母线传入变流器的直流侧，形成直流电；直流电经变流器逆变为交流电且控制交流电机转动；内燃机被交流电机带动旋转且不喷油；当内燃机达到起动转速时，内燃机开始喷油并输出能量，变流器控制交流电机使其进入发电状态，内燃发电机组进入发电状态。3.如权利要求2所述的内燃机车发电机组，其特征在于，当所述内燃机车发电机组处于升速过程：内燃机停止喷油；储能设备释放电能，电能通过机车直流母线传入变流器的直流侧，形成直流电；直流电经变流器逆变为交流电，且控制交流电机提升转速；内燃机被交流电机带动旋转直至达到目标转速值后，内燃机进行喷油并输出能量，变流器控制交流电机使其进入发电状态，内燃发电机组...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忞，王大鹏，蔡延年，倪忠强，王铁钧，孙珂，张文亨，
申请(专利权)人：中车大连机车车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：