專利名稱：基于焊接設置的發(fā)動機驅動的發(fā)電機控制系統(tǒng)和方法
基于焊接設置的發(fā)動機驅動的發(fā)電機控制系統(tǒng)和方法
背景技術：
本發(fā)明總體涉及一種系統(tǒng)和方法，其用于根據(jù)發(fā)動機狀況和發(fā)電機負荷來控制一種驅動發(fā)電機的發(fā)動機。在不易獲取常規(guī)電能的地方，人們常用發(fā)動機驅動的發(fā)電機來提供電能。將汽油和柴油發(fā)動機用于驅動這些發(fā)電機，所產(chǎn)生的電能通常為120VAC或M0VAC。在應用過程中，發(fā)動機驅動的發(fā)電機可用于向焊槍(比如，氣炬槍，電弧焊槍等等)提供能量，比如焊條焊接，MIG焊接，TIG焊接等等。這些焊接系統(tǒng)包含可調節(jié)發(fā)電機所產(chǎn)生的能量的控制系統(tǒng)， 從而使之與電弧焊接，等離子切割，和類似的操作相適應。在典型的焊接系統(tǒng)中，使用者很難對發(fā)動機的設置進行可定制的操控。例如，所述發(fā)動機可以采用發(fā)動機調速器來控制發(fā)動機轉速。當焊接噴槍或輔助設備與該系統(tǒng)連接并啟動的時候，發(fā)動機轉速可提高到驅動負荷所需要的速度。該轉速的提升可由通用調速器曲線來決定，其緩慢地提高發(fā)動機的速度，基本上防止了速度超過所需要的速度。焊接負荷與輔助負荷之間并無區(qū)別，例如一盞燈，其使用時所需要的能量明顯少于電焊機。此外，當?shù)湫偷暮附酉到y(tǒng)處于停用階段時，所述發(fā)動機轉速可能會降到空轉速度。 但是，該空轉速度可能仍然消耗大量的能量并產(chǎn)生大量的噪音。使用者別無選擇，只能忍受這些不便或者是當焊接系統(tǒng)在一段時間內不要使用時手動關閉發(fā)動機。然后，在需要再次使用該焊接系統(tǒng)之前，需手動重啟發(fā)動機。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的某些方面，一種用于控制發(fā)動機驅動的發(fā)電機/電焊機的方法，其包括檢測發(fā)電機/電焊機的設置，監(jiān)測所述發(fā)電機的焊接和輔助輸出中的電壓和/或電流負荷，并根據(jù)檢測到的參數(shù)控制內燃機的速度。進一步提供了一種用于控制發(fā)動機驅動的發(fā)電機/電焊機的方法，包括監(jiān)測所述發(fā)電機的焊接輸出的需求，當測出需求時根據(jù)預設的運行參數(shù)使用常規(guī)控制系統(tǒng)來提高內燃機的速度，并根據(jù)發(fā)動機轉速轉變?yōu)榘l(fā)動機速度控制系統(tǒng)。本發(fā)明還提供一種發(fā)動機驅動的發(fā)電機/電焊機系統(tǒng)，包括內燃機，由內燃機驅動的發(fā)電機，及控制器，該控制器被配置成用于檢測焊接發(fā)電機的焊接需求并根據(jù)測出的焊接需求和/或預設的運行參數(shù)至少在某種程度上控制內燃機。


參照附圖閱讀如下詳細說明可更好地理解本發(fā)明的這些和其它的特征、內容及優(yōu)點，在全部附圖中，相同的符號表示相同的零件，其中圖1根據(jù)本發(fā)明的某些方面的發(fā)動機與發(fā)電機整合控制方案的圖解概述，其允許關于發(fā)動機和發(fā)電機功能的改進控制；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)動機驅動的發(fā)電機/電焊機系統(tǒng)的方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)動機轉速曲線根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖4是一個流程圖，其說明了用于生產(chǎn)圖3的發(fā)動機轉速曲線圖所示的一個系列(series)的發(fā)動機控制工序；根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖5是一個流程圖，其說明另外的用于生產(chǎn)圖3的發(fā)動機轉速曲線圖所示的另一個系列的發(fā)動機控制工序；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的另一個發(fā)動機轉速曲線圖；根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖7是一個流程圖，其說明另一個用于生產(chǎn)圖6的發(fā)動機轉速曲線圖所示的一個系列的發(fā)動機控制工序；根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖8是一個流程圖，其仍是說明另一個用于生產(chǎn)圖6的發(fā)動機轉速曲線圖所示的另一個系列的發(fā)動機控制工序；圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例的另一個發(fā)動機轉速曲線圖；根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖10是一個流程圖，其說明另一種用于生產(chǎn)圖9的發(fā)動機轉速曲線圖所示的一個系列的發(fā)動機控制工序；以及根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖11是一個通過結合如圖4，5，7和9所示的發(fā)動機控制工序來制作的發(fā)動機轉速曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及對驅動發(fā)電機的發(fā)動機的控制。一種驅動發(fā)電機/電焊機的發(fā)動機可包括一些控制裝置，這些控制裝置根據(jù)各種輸入來影響發(fā)動機轉速、點火、燃料噴射、火花定時、以及發(fā)動機的其它可控參數(shù)。例如，這些輸入值可包括，提供給負荷(例如焊槍和/ 或輔助設備)的電流或電壓、預設的焊接參數(shù)和時間。圖1是根據(jù)本發(fā)明的某些方面的一個示例性的發(fā)動機與發(fā)電機整合控制方案的圖解概述。該系統(tǒng)適用于一系列發(fā)動機，比如汽油發(fā)動機和柴油機，下面將詳細介紹。而且，所述發(fā)動機可包括廣泛的可測量的、可觀察的和可控制的參數(shù)，比如(僅僅是舉例)，燃料流量、節(jié)流閥的位置(throttle position)、速度、扭矩、功率、點火提前(比如，適用于汽油發(fā)動機)等等。這些控件中的一部分可通過機械的、機電的或電子的方式來實施，比如通過使用電子調節(jié)器。總之，發(fā)動機將啟動并按照圖1所示的整合控制器所確定的速度運行。 所述整合控制器可使發(fā)動機根據(jù)最佳運行狀況，特定負載的負荷(下面將詳細說明)等等以特定的速度運行。在圖1所示的實施例中，所述發(fā)動機將驅動發(fā)電機。事實上，對于發(fā)動機而言，發(fā)電機代表著負荷，而對于電力負荷而言，發(fā)電機自己則是電源。在圖1的圖解說明中，系統(tǒng)也可包括其它電源，比如電池，及被配置為從電網(wǎng)中獲得電能并將電能提供給電力負荷的電網(wǎng)轉換器(grid converters)。在某些目前預期的系統(tǒng)中，所述發(fā)電機將與其它諸如電池和電網(wǎng)轉換器之類的電源配合運行。發(fā)動機運行時，負荷從發(fā)電機和/或其它電源獲得電能，并通過整合控制器的中介作用來影響對發(fā)動機的控制。因此，可以測出關于發(fā)電機、電池、電網(wǎng)轉換器，及其它電源的電氣參數(shù)，并且整合控制器可運用這些測出的參數(shù)來控制發(fā)動機的運行和性能。應注意，整合控制器也可以調整電源的某些功能。例如，所述控制器可調控發(fā)電機從而根據(jù)電氣負荷的需要控制發(fā)電機所產(chǎn)生的電能的大小，使之與發(fā)動機的速度和扭矩控制相適合。在目前所預期的應用中，電源將產(chǎn)生可控制的電能，這些電能適用于各種各樣的負荷。所述電能可以是發(fā)動機轉動發(fā)電機的速度和所述發(fā)電機中電極數(shù)量的函數(shù)，或者該電能可按如下所述進一步處理。圖1也舉例說明了許多示例性的負荷，這些負荷可從包括發(fā)動機-發(fā)電機裝置在內的電源中獲得電能。在目前預期的實施例中，這些負荷包括電焊機和某些輔助負荷。該領域的技術人員應知道，在焊接操作中電焊機需要大量能量來產(chǎn)生用于熔化金屬的電弧。 圖1所示的電焊機可將發(fā)電機提供的能量轉換為適于執(zhí)行特定的焊接操作所需要的能量。 如下所述，就焊接操作的性質而言，所述的焊接操作可能需要恒壓輸出狀態(tài)，恒定的電流狀態(tài)，或各種脈沖狀態(tài)。輔助負荷可包括交流電負荷和直流電負荷，電源的輸出可被轉化成以適應特定負荷的需要。在某些實施例中，所述整合控制器能以適當?shù)乃俣群凸β蔬\行發(fā)動機從而與焊接負荷和輔助負荷相適應。例如，根據(jù)發(fā)電機的牽引力的數(shù)量(number of pulls)，被設計為以電網(wǎng)頻率(例如，在北美地區(qū)為60Hz)的交流電運行的器件、電燈及其它負荷可能要求發(fā)動機以特定的速度運轉。所述整合控制器可檢測出所述發(fā)電機的輸出值和所述負荷的輸出值，或者負荷的牽拉以相應地調節(jié)發(fā)動機轉速。其它可由圖1所示的系統(tǒng)驅動的負荷包括電池充電器。例如，在許多移動設備中， 驅動作為備用電源的發(fā)動機來給車輛電池充電是有用的。其它的一些負荷也通過一種不能窮舉的方式在圖1中舉例說明。所述的其它負荷可能包括等離子切割機，送線器，用于特殊操作的交流電源，比如鎢極惰性氣體(TIG)焊接，各種焊接配件，電源轉換器，比如換流器和斷路器，等等。至于上文所討論的電焊機和輔助負荷，所述的整合控制器可基于連線的檢測，功率牽引，特定器件的信號等等來調整發(fā)動機和/或發(fā)電機的運轉從而與所述的負荷相適應。所述的整合控制器也可能將發(fā)動機和/或發(fā)電機的控制，各種源的輸入考慮在內，其中一些列在圖1的圖表中。當前可預期的用于控制的輸入源包括各種操作員的輸入。 所述的操作員的輸入可以包含在焊接機/發(fā)電機的控制室中的控制面板或人機界面里。舉例來說，操作員的輸入可設置如下所述的焊接參數(shù)。但是，操作員的輸入也可能包括了速度的手動超越控制，所期望的噪音或燃料用量的人工輸入，等等。也可如圖1所示采用網(wǎng)絡輸入的方式。所述網(wǎng)絡輸入可包括諸如通過專用網(wǎng)絡連接，局域網(wǎng)連接，廣域網(wǎng)連接，無線連接等等來接收的輸入。事實上，任何一種由所述整合控制器調整的輸入甚或受控參數(shù)都可能由操作員或網(wǎng)絡來輸入。其它的輸入源可包括一些針對任一與電源連接的負荷的特定功率或電子參數(shù)的指令或要求。所述的輸入可進一步包括直接或間接與所述發(fā)動機連接但不通過電源的設備。例如，在某些應用中，發(fā)動機可驅動其它設備(未在圖1顯示)比如空氣壓縮機，液壓泵，等等，并且所述整合控制器可接收要求啟動所述設備和從所述發(fā)動機獲得能量的輸入，并根據(jù)所述的輸入改變發(fā)動機轉速，燃料流量，輸出扭矩或功率，等等。所述的整合控制器自身可采用任何一種適當?shù)慕Y構，典型的結構包括一個或多于一個電源，一個或多于一個與用于存儲測量參數(shù)值、控制程序等等的儲存器相結合的處理器。由于在許多應用中，所述系統(tǒng)將是可移動的，因此所述的整合控制器往往被穩(wěn)固地封裝起來，并能夠和所述發(fā)動機、發(fā)電機及所述系統(tǒng)的其它部件一起在困難的環(huán)境條件下運作。所述的處理器可能包括任一種適合的數(shù)字處理器，比如微處理器、現(xiàn)場可編程門陣列 (field programmable gate arrays)，等等。存儲設備可能作為處理器套件的一部分而一起提供，例如對于現(xiàn)場可編程門陣列的情況，附加的存儲器可包括閃存、隨機存儲器、只讀存儲器、可編程序只讀存儲器，等等。所述的用于調整發(fā)動機和發(fā)電機的運行的控制程序能夠以任一種適當?shù)挠嬎銠C語言編寫下來，根據(jù)如下討論的各種控制系統(tǒng)，所述的編碼被認為在該領域的技術人員的技術范圍內。根據(jù)所面對的控制狀況的復雜性，所述的整合控制器所實施的控制的綜合程度可能有所變化。例如，像下文中所詳述地那樣，所述的整合控制器可檢測出所述電源的某些電參數(shù)，尤其是所述發(fā)電機的電參數(shù)，并執(zhí)行相對簡易的操作，比如為了所述發(fā)電機而根據(jù)節(jié)流閥的位置，燃料流量等等進行速度控制。然而，可以實施許多更復雜的控制系統(tǒng)，其中控制器調節(jié)所述發(fā)動機的參數(shù)和發(fā)電機的參數(shù)以適應特定的負荷和電力需求。如上所述，根據(jù)發(fā)動機設計，發(fā)電機設計及所預期的負荷情況，所述的整合控制器可執(zhí)行為那些機器而特別調整的各種功能。例如，在某些當前所預期的應用中，所述發(fā)動機的許多功能可能通過機械的方式來控制，所述發(fā)動機可能以碳化燃料混合為基礎。在其它應用中，所述發(fā)動機將包括燃料注入的模式。與碳化燃料混合或燃料注入一起，可以提供機械或電子調節(jié)器。本領域的技術人員應當理解，對于所述的機械調節(jié)器，所述的控制器通常不控制節(jié)流閥的位置。同樣地，所述系統(tǒng)中的發(fā)動機可以是單缸的、雙缸的、三缸的或更多缸的，并且可以是液冷式或氣冷式的。也如上文所述，控制可以是以所述發(fā)電機的特定設計和系統(tǒng)中任何其它電源為基礎的。例如，在某些當前預期的設計中，所述的發(fā)電機可利用電子變阻器進行現(xiàn)場控制。該現(xiàn)場控制可由所述的整合控制器進行調整。在所述的應用中，所述的整合控制器也可以控制發(fā)動機的噴油器，而且所有的該種控制可以來自各種類型的電焊機、輔助負荷等等的輸入為基礎。根據(jù)本發(fā)明實施例，圖2舉例說明了一種發(fā)動機驅動的焊接和發(fā)電的系統(tǒng)10。所述的系統(tǒng)10總體包括發(fā)動機12、焊接發(fā)電機14，和用于提供輔助電源輸出的發(fā)電機16。整合控制系統(tǒng)包括發(fā)動機控制器18和焊接控制器20，它們能夠全部或部分整合從而接收來自所述發(fā)動機，所述焊接發(fā)電機和輔助發(fā)電機的控制輸入，并產(chǎn)生用于控制所述發(fā)動機、所述發(fā)電機，或所述發(fā)動機和所述發(fā)電機的輸出。所述的焊接發(fā)電機向電焊機22提供能量， 該電焊機由焊接控制器20來控制。電焊機通常包括焊槍(比如，MIG或TIG焊炬，桿柄等等)。各種輔助負荷或設備M(比如，燈、電動工具、收音機等等)可由輔助發(fā)電機16所提供的能量驅動。發(fā)動機12可以是驅動發(fā)電機的汽油或柴油發(fā)動機。如圖2所示，控制器18可接收來自發(fā)動機12、用戶界面52的輸入，和/或來自發(fā)電機的電源輸出。例如，內置的或與發(fā)動機12相連的傳感器可向控制器18提供發(fā)動機的信息，比如發(fā)動機運行條件、設置、瞬變工況(transient conditions)等等。示例性的傳感器包括溫度傳感器26，氧傳感器觀，歧管壓力傳感器30，RPM傳感器32，曲軸位置傳感器34。 進一步地，發(fā)動機的傳感器可檢測關于節(jié)流閥位置，燃料噴射率，火花定時，空氣流量等信息。此外，與發(fā)電機14和16的一個或多個電能輸出連接的傳感器可提供關于從發(fā)電機(比如，電焊機22和/或輔助負荷24)獲得能量的負荷的信息。例如，電壓傳感器36和/或電流傳感器38可與發(fā)電機14的電源輸出線相連接從而使控制器確定是否有負荷(例如，電焊機2 正從發(fā)電機獲取能量以及能量獲取的程度。同樣地，電壓傳感器40和/或電流傳感器42可與發(fā)電機16的電源輸出線相連接以檢測來自發(fā)動機的負荷。也可通過用戶界面 52將用戶輸入(比如預設的運行參數(shù))提供給所述控制器。示例性的預設運行參數(shù)可包括需要的電流和電壓值，工序類型(比如，恒定電流，恒定電壓，MIG，TIG，焊棒(stick))，電極絲或焊棒尺寸等等。用戶界面M可以與所述系統(tǒng)集成在一起或可以是獨立的設備，比如， 輸入面板，遙控系統(tǒng)，等等。例如，所述的用戶界面M可包括像按鍵、鍵盤、鼠標、觸摸屏、刻度盤、開關、電位器、LED，燈等等之類的用戶輸入設備及像監(jiān)控器，CRT、顯示器和液晶屏等等之類顯示器。除了從輸入端接收發(fā)動機、工序、和負荷的信息外，所述的控制器可將控制信號發(fā)送給各種發(fā)動機系統(tǒng)。如下詳述，所述的控制器可處理一些或所有通過傳感器38-42收集的信息和/或來自用戶界面52的輸入從而改變發(fā)動機運行設置。例如，所述控制器可控制發(fā)動機調速器44 (比如，通過節(jié)流閥板)、點火或啟動時間46、燃料噴射器48及其定時、電火花計時器50，或其它任何可控的發(fā)動機組件。例如，為處理所有輸入到控制器的信號和從控制器輸出的信號，所述控制器可包括離散模擬和/或數(shù)字電路、邏輯裝置、微處理器、微控制器、可編程序邏輯控制器、現(xiàn)場可編程門陣列、復合可編程邏輯器，等等。根據(jù)本發(fā)明實施例，圖3是發(fā)動機轉速56 (比如，每分鐘轉數(shù))與時間58相對應的曲線圖54?？傮w參照圖2中的系統(tǒng)10中各組件和圖3中的曲線圖54，如雙缸內燃機之類的內燃機的空轉速度60約為1800-M00轉每分鐘。在另一實施例中，柴油機可以約600-1200 轉每分鐘的空轉速度運行。驅動焊接發(fā)電機14和輔助發(fā)電機16的發(fā)動機18可以運行轉速62的速度運轉。通常，標準運行轉速62是生產(chǎn)同步電源輸出頻率的發(fā)動機轉速。美國的設備通常使用60赫茲的頻率，其它的設備則用50赫茲的頻率。一個典型的雙缸內燃機的標準運轉速度62約為3600轉每分鐘，產(chǎn)生頻率約60赫茲的交流電。一個發(fā)動機驅動的 4-電極發(fā)電機在約1800轉每分鐘的轉速時可產(chǎn)生60赫茲的交流電。所述發(fā)動機運轉速度 62可近似地按如下方程式算出
120/',⑴其中，s是所述發(fā)動機的速度(每分鐘轉數(shù))，f是目標頻率(赫茲)，P是所述發(fā)動機中電極的數(shù)量。使用其它的空轉速度60和運轉速度62則取決于例如發(fā)動機類型(如， 汽油或柴油)和發(fā)動機設計(如，汽缸數(shù)，電極數(shù)等等)。與傳統(tǒng)的發(fā)動機控制系統(tǒng)中所觀察到的一樣，跡線64表明了發(fā)動機轉速56從空轉速度60提升到運轉速度62的過程。例如，電焊機22和/或輔助負荷M可在時間點66 啟動。由于當發(fā)動機負荷增加的時候所需要的扭矩增加了，所述發(fā)動機12的速度56在最初的時候是減小的。一段時間后，所述發(fā)動機調速器44檢測到發(fā)動機轉速56的變化并提高燃料流量以提升發(fā)動機轉速56進而彌補增加的負荷。然后根據(jù)調速曲線，發(fā)動機轉速56 提升到運行轉速62。傳統(tǒng)的以每分鐘轉數(shù)為基礎的控制系統(tǒng)可利用通用調速曲線將發(fā)動機轉速56提升到給定負荷所需要的速度(并將該速度維持在每分鐘轉數(shù)的閉合回路中)。也就是說，發(fā)動機轉速56相對緩慢地增加以便于不會明顯超過給定負荷所需要的速度(即， 限制“過度”)。為達到并維持運轉速度62，所述的控制器可利用各種控制技術，比如閉環(huán)控制、開環(huán)控制、比例積分微分控制(PID control)、直接極點配置法、最優(yōu)控制、適應性控制、 智能控制、非線性控制等等。在過了時間點68之后，發(fā)動機轉速56基本上保持在轉速62。 從曲線圖M中可看到，跡線64在負荷引入之后調速器44提升發(fā)動機轉速56之前有一個明顯的下垂。相比之下，跡線70顯示了一種在電焊機22從發(fā)電機14獲取能量時提升發(fā)動機轉速56的改良技術。用戶可以通過用戶界面52輸入設定值，比如電焊機22所需電流和電壓。所述控制器可具有檢測功能，即在電焊機22運行時，經(jīng)由傳感器36和38來監(jiān)控從焊接電源輸出所獲得的電壓和電流。當在所述發(fā)電機14上檢測出負荷時，所述控制器可向發(fā)動機調速器44發(fā)送信號從而根據(jù)修正的調速曲線馬上提升發(fā)動機轉速56。例如，可在查找表、算法等等中利用用戶輸入的設定值來確定調速曲線，該曲線能最有效地將發(fā)動機轉速 56提升到所想要的運行速度62。除了通用調速曲線外，所述控制器22還可儲存許多關于特定輸入的調速曲線的信息。當所述的電焊機22在時間點66開始獲得能量時，發(fā)動機轉速56可能由于負荷而短暫地降低。但是，由于一旦檢測出負荷便馬上把信號發(fā)送給發(fā)動機調速器44，發(fā)動機調速器開始比傳統(tǒng)發(fā)動機控制系統(tǒng)(如跡線64所示)快得多地提升發(fā)動機轉速56。因此，在時間點72之后，發(fā)動機轉速56基本上保持在運行速度62。從發(fā)動機開始加載到時間點72的延遲要要明顯小于從發(fā)動機開始加載到時間點68(傳統(tǒng)控制)的延遲，跡線64在時間點68維持運行速度62.此外，在速度提升和維持的過程中，所述控制器可在不同的時間點采用不同的控制系統(tǒng)(control regimes)。例如，跡線70舉例說明了一種基于預先設置的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在圖4中將有進一步地說明。相比之下，跡線64舉例說明了一種傳統(tǒng)的基于每分鐘轉數(shù)的控制系統(tǒng)。從曲線圖M中可知，與基于每分鐘轉數(shù)的控制系統(tǒng)(跡線64)相比，所述的基于預先設置的控制系統(tǒng)(跡線70)會在更大程度上過度超過運行速度62。這種現(xiàn)象可歸結于在提高發(fā)動機轉速56時各自的控制系統(tǒng)所采用的技術。將所述的基于預先設置的控制系統(tǒng)中的速度提升(speed ramp-up)和基于每分鐘轉數(shù)的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性相結合， 所述控制器可從一種控制系統(tǒng)轉變?yōu)榱硪环N，比如通過發(fā)動機轉速56。例如，在時間點74， 在使用所述的基于預先設置的控制系統(tǒng)的情況下(跡線70)，隨著發(fā)動機轉速56接近目標運行速度62，所述的控制器可轉變?yōu)榛诿糠昼娹D數(shù)(rpm-based)的控制系統(tǒng)(跡線64)。 通過改變控制系統(tǒng)，每種類型的控制效益都可達到最優(yōu)化。圖4為可生成跡線70(見圖3)的工序76。參考用于說明系統(tǒng)10各組件的圖2， 用于說明曲線圖M的圖3及用于說明工序76的圖4，可通過諸如用戶界面52來輸入(方框78)預設的運行參數(shù)。預設的運行參數(shù)可包括諸如電焊機22所需要的電流和電壓、焊接系統(tǒng)、系統(tǒng)的詳細信息等等。然后，可根據(jù)電焊機22(方框80)所需要的輸入設置來確定發(fā)動機負荷。也就是說，可確定用于實現(xiàn)電焊機22所需要的電流和電壓的空轉速度60、運行速度62、和/或輸出的預期負荷。例如，可利用查找表、算法等等來確定發(fā)動機負荷、空轉速度60，和/或負荷所需要的運行速度62。這些可通過在預期負荷條件下測試所述發(fā)動機來經(jīng)驗地、推理地確定。在輸入運行參數(shù)后，所述發(fā)動機12可能空轉一段時間(方框82)， 例如用戶用這段時間來裝備電焊機22。當電焊機22運轉起來的時候(例如發(fā)出電弧)，所述控制器檢測到發(fā)電機14(方框84)上的負荷。然后，所述控制器可能將信號發(fā)送給發(fā)動機調速器44、點火/曲柄輸入裝置46、燃料噴射器48、火花定時器50，等等，從而將發(fā)動機轉速56由空轉速度60提高到運行轉速62 (方框88)。所述的提升過程可使用基于用戶輸入設置和預期的運轉速度62的發(fā)動機調速曲線。例如，如果電焊機22需要所述發(fā)電機以 3600轉每分鐘的速度62運行時所產(chǎn)生的輸出功率，所述的控制器可調整發(fā)動機運行設置從而打開節(jié)流閥到所述發(fā)動機以3600轉每分鐘運行時所需要的位置。然后所述發(fā)動機快速地提升到運行速度62。
圖5為改變發(fā)動機控制系統(tǒng)的工序90。參考用于說明曲線圖M的圖3和說明工序90的圖4，可通過使用基于預先設置的控制系統(tǒng)(方框9 來提高所述發(fā)動機轉速56。 然后可檢測所述發(fā)動機轉速56 (方框94)并與目標運行速度62相比較(方框96)。如果發(fā)動機轉速56并沒有接近運行速度62，則使用基于預先設置的控制系統(tǒng)(方框92)來繼續(xù)提速。但是，如果所述發(fā)動機轉速56接近運行速度62，則使用基于每分鐘轉數(shù)的控制系統(tǒng) (方框98)?？蓪l(fā)動機轉速56視為接近運行速度62的臨界值可以是一個預設值、用戶輸入值、所述運行速度62的百分比，或其它適當?shù)闹?。根?jù)本發(fā)明的實施例，圖6是發(fā)動機轉速56與時間58相對應的曲線圖100。參見用于說明所述系統(tǒng)10的組件的圖2和用于說明曲線圖100的圖6，除空轉速度60和額定轉速62外，圖中還舉例說明了低空轉速度102和發(fā)動機關機速度104(也就是停止)。例如， 以1800轉每分鐘的空轉速度60運行的發(fā)動機可具有約1600轉每分鐘的低空轉速度102， 然而，也可實施其它的低空轉速度102。在停用期間降低所述發(fā)動機轉速56或關閉所述發(fā)動機有助于在無負荷的情況下冷卻所述發(fā)動機和降低噪音和耗油量。在另一實施例中，可用高空轉速度105來預測基于預設運行參數(shù)的電焊機22的需求。例如，如果所述發(fā)動機具有1800轉每分鐘的空轉速度60和3600轉每分鐘的預設運行速度62，所述高空轉速度105 約為3000轉每分鐘。例如，當所述發(fā)動機間歇性空轉時，所述的高空轉速度105能夠快速地增加到運行速度62。跡線106，108和114說明了可用于系統(tǒng)10的合適的節(jié)能技術。例如，如果在時間點Iio之后所述發(fā)電機上沒有負荷，發(fā)動機轉速56可從空轉速度60降到低空轉速度 102(跡線106)或者發(fā)動機的運行會暫時中斷(跡線108)，將發(fā)動機轉速56降到發(fā)動機關機速度104。一旦在時間點112檢測到所述發(fā)動機上的負荷，可使用上文所述的任一種控制技術將發(fā)動機轉速56提高到運轉速度62。此外，如跡線114所示，可將低空轉速度102與發(fā)動機關閉速度104組合運用。比如，發(fā)動機轉速56可在時間點110之后降低到低空轉速度102，然后在時間點116之后減低到發(fā)動機關閉速度104。在另一個實施例中，所述發(fā)動機轉速56可首先從運轉速度62減低到高空轉速度 105。一旦檢測到所述發(fā)電機上的負荷，發(fā)動機轉速56可恢復到運轉速度62。但是，如果在時間點110之后沒有檢測到任何負荷，發(fā)動機速度56可從高空轉速度105下降到更低的速度(例如，跡線109所示的空轉速度56 ；低空轉速度102 ；發(fā)動機關機速度104 ；或另一個發(fā)動機轉速56)。應注意，對于不同的空轉狀態(tài)，時間點110，112和116可能是不同的。例如，在轉變到較低的發(fā)動機轉速56之前，維持所述發(fā)動機以高空轉速度105運行一段更短的時間要比以空轉速度60運行要好。一種可產(chǎn)生跡線106，108和114(圖6)的工序118如圖7所示。參照用于說明系統(tǒng)10中組件的圖2，用于說明曲線圖100的圖6，和用于說明工序118的步驟的圖7，所述發(fā)動機18可以高空轉速度105或空轉速度60運行(方框120)。所述控制器可監(jiān)控電源輸出中的電流和電壓負荷從而確定是否有負荷正從所述發(fā)電機獲得能量(方框122)。如果沒有負荷，所述發(fā)動機速度56可能降低到空轉速度60 (例如，從高空轉速度10 ，降到低空轉速度102(例如，從空轉速度60或高空轉速度105)，或降到發(fā)動機關機速度104(比如，從空轉速度60，低空轉速度102，或高空轉速度105)(方框124)。在所述發(fā)動機轉速56 下降之后，所述控制器可能繼續(xù)通過傳感器36-42來監(jiān)測來自所述發(fā)電機的電流和/或電壓(方框126)。如果電焊機22和輔助負荷M中任一個獲得電流和/或電壓，所述發(fā)動機可重新啟動和/或所述發(fā)動機轉速56可提升到運行速度62 (方框128)。此外，關機后可用開關來重啟所述發(fā)動機。例如，電焊機22可以包括開關以便于能遠程啟動所述發(fā)動機。 如果所述發(fā)電機上沒負荷，所述發(fā)動機轉速56可能繼續(xù)維持在空轉速度60或低空轉速度 102，或者所述發(fā)動機仍處于停機狀態(tài)(方框124)。應注意，雖然在曲線圖100(圖6)和工序118 (圖7)中介紹了四種空轉/關機速度，但是根據(jù)本公開的內容，許多空轉/關機速度及它們的結合也是可以應用的。圖8為工序130，其包含發(fā)動機速度56的多次下降，如跡線114(見圖6)所示。參照用于說明系統(tǒng)10中組件的圖2，用于說明曲線圖100的圖6，和用于說明工序130的步驟的圖8，發(fā)動機可以空轉速度60空轉(方框13 。所述控制器可監(jiān)控所述發(fā)動機轉速56 和/或所述發(fā)電機上的電流和電壓負荷從而確定所述發(fā)動機已空轉了多久(方框134)。如果發(fā)動機18空轉的時間沒有達到預設的時間，所述的發(fā)動機速度56會仍然維持空轉速度 60(方框13 。但是，如果所述發(fā)動機空轉的時間已達到預設的時間，所述發(fā)動機速度56 會減速到低空轉速度102(方框136)。然后，所述控制器會繼續(xù)監(jiān)控所述發(fā)動機轉速56從而確定所述發(fā)動機已經(jīng)以低空轉速度102轉動了多久(方框138)。如果所述發(fā)動機以低空轉速度轉動的時間沒有達到預設的時間，所述發(fā)動機轉速56會仍然維持在低空轉速度 102(方框136)。如果所述發(fā)動機以低空轉速度102轉動的時間達到預設時間，則所述發(fā)動機會暫時停止，把所述發(fā)動機轉速56降到發(fā)動機關機速度104(方框140)。所述發(fā)動機停機后，所述控制器可能繼續(xù)監(jiān)控感測負荷的傳感器36-42(方框14 。如果打開電焊機22 和輔助負荷M中的一個(即，開始獲取能量或需要能量)，發(fā)動機18可重啟并且所述發(fā)動機轉速56會提升到額定速度62 (方框144)。此外，關機后可用開關重啟所述發(fā)動機。比如，焊槍20可包括開關以便于遠程啟動所述發(fā)動機。如果沒有檢測出負荷，所述發(fā)動機會仍然保持關機狀態(tài)(方框140)。應理解，不同的空轉速度的組合可用在工序130中，并且可采用各種速度來實現(xiàn)所述發(fā)動機轉速56的逐步下降。參照本發(fā)明的實施例，發(fā)動機轉速56對應于時間58的曲線圖146如圖9所示。參照說明系統(tǒng)10的組件的圖2、說明曲線圖146的圖9。在本發(fā)明的這個方面，可用“智能超速” 148來提高用于焊接的功率輸出，特別是當輔助負荷M沒有從發(fā)電機16獲得能量，或者對發(fā)電機16所提供的頻率不敏感。當執(zhí)行高電流強度的加工時，比如，刨削，用大號的焊絲進行焊接，大號焊條的焊接，或涉及多個換流器的加工，提升發(fā)動機的速度56從而增加發(fā)電機14的輸出是合適的。跡線150表明智能超速148的運用情況。在時間點152，發(fā)動機轉速56可從標準運行速度62提升到較高的速度148。較高速度148可以是發(fā)動機轉速 56，電焊機22在該轉速時運行效率更高(例如，適于2-極點汽油發(fā)動機的3700-3800轉每分鐘，或適于4-極點柴油機的M00-3000轉每分鐘)。根據(jù)所述系統(tǒng)和電焊機22的運行參數(shù)可采用其它速度148。此外，其它速度148可能是預設值、用戶輸入值、根據(jù)焊接設置來確定的值，或任一近似速度值。在較高頻率時為了發(fā)電同時不損壞受頻率影響的輔助負荷M，需要提供一種當使用受頻率影響的輔助負荷M時阻止所述發(fā)動機轉速提升的控制系統(tǒng)。例如，除了標準輔助電源插座，所述系統(tǒng)可以配備專用的輔助電源插座，或用該專用的輔助電源插座取代標準輔助電源插座。不受頻率影響的輔助負荷可有相應的專用插頭以便于只有不受頻率影響的輔助負荷可以把插頭插進輔助電源插座。此外，在相應的控制系統(tǒng)中，如果能量是從標準電源插座獲取的，發(fā)動機速度56不會提升，但是如果能量是從專用的電源插座獲取的，發(fā)動機的速度56會提升。在另一實施例中，所述控制器可確定連接的輔助負荷是否是受頻率影響的。只是在不存在從所述系統(tǒng)獲得能量的受頻率影響的輔助負荷的時候，所述發(fā)動機轉速才會提升。此外，在另一個實施例中，所述系統(tǒng)可包括電源管理技術，其調節(jié)輸出電壓時不受輸入電壓、頻率、相位等等的影響。例如，可從Miller Electric獲得的Auto-Line 技術能提供類似的穩(wěn)定功率。因此，雖然所述焊接電源輸出可能是變頻的，但所述輔助插座可能已經(jīng)調整了輸出功率。圖10為可獲得跡線150(圖9)的工序154。參照用于說明系統(tǒng)組件的圖2、用于說明曲線圖146的圖9和用于說明工序IM的圖10，所述發(fā)動機可按運行速度62運轉(方框156)。也就是說，電焊機和/或輔助負荷可從發(fā)電機獲得能量。使用傳感器36-42，所述控制器可確定是否從發(fā)電機的焊接電源輸出和/或輔助電源輸出中獲得能量(方框158和 162)。如果沒有獲得焊接能量(即，電焊機沒有運轉)，并且如果受頻率影響的輔助負荷從中獲得能量(即，正在使用受頻率影響的設備)，那么發(fā)動機轉速56可維持在標準運行速度62(方框160)。但是，如果獲得了焊接能量(S卩，電焊機正在使用中)并且不存在獲得能量的受頻率影響的輔助負荷(即，沒有使用輔助設備，或只是使用不受頻率影響的輔助設備)，所述控制器可將發(fā)動機轉速56提升到較高的速度148(方框164)。通過提升發(fā)動機速度56，所述發(fā)電機可在較高的頻率輸出功率。使用較高頻率的電源時，所述焊槍14可更有效率地運行。最后，依照本發(fā)明的實施例，圖11為所述發(fā)動機轉速56對應于時間58的曲線圖 166。參照用于說明系統(tǒng)10中組件的圖2和用于說明曲線圖166的圖11，一跡線說明了本發(fā)明多個方面的組合。例如，所述發(fā)動機可在空轉速度60時啟動。在時間點170，所述控制器可檢測出電焊機正從發(fā)電機獲得能量。根據(jù)用戶界面上的預設的運行參數(shù)輸入值，使用基于預先設置的控制系統(tǒng)，可快速提升所述電動機轉速56。在時間點172，由于發(fā)動機轉速56接近目標運行速度62，所述控制器可轉變?yōu)榛诿糠昼娹D數(shù)的控制系統(tǒng)。然后，發(fā)動機轉速56可穩(wěn)定在運行速度62。在時間點174之后，所述控制器可確定是否電焊機和輔助負荷均沒有使用并且把發(fā)動機轉速56降低到空轉速度60。在更遠的時間點176之后沒有檢測出負荷，所述控制器可把發(fā)動機速度56降低到低空轉速度102。同樣地，如果在時間點 178之后沒有檢測出負荷，所述控制器可關閉發(fā)動機，有效地將發(fā)動機轉速降低到發(fā)動機關機速度104。當在時間點180檢測出負荷時，所述控制器可啟動所述發(fā)動機并將發(fā)動機速度 56提升到運行速度62。在時間點182，所述控制器可再一次從基于預先設置的控制系統(tǒng)轉變?yōu)榛诿糠昼娹D數(shù)的控制系統(tǒng)。在時間點184，如果所述控制器確定在發(fā)動機上沒有受頻率影響的負荷(即，只有電焊機在運行，或者電焊機和不受頻率影響的設備在運行)，那么所述發(fā)動機速度56可進一步提升到更高的速度148。應注意的是，此處公開的任何一個或全部的實施例都可以應用在一個單一系統(tǒng)、 發(fā)電機/電焊機，或發(fā)電機中。雖然在此只是舉例說明了本發(fā)明的某些特征，但是本領域的技術人員是能夠想到其諸多變更和改變的。因此，應當理解，所附的權利要求意在包括所有這些落入本發(fā)明實質精神內的變更和改變。
權利要求
1.一種用于控制由發(fā)動機驅動的發(fā)電機/電焊機的方法，包括檢測發(fā)電機/電焊機中的焊接設置；監(jiān)控由內燃機驅動的發(fā)電機的焊接輸出中的電流和/或電壓負荷；以及根據(jù)檢測出的焊接設置和檢測出的電流和/或電壓負荷來控制內燃機的轉速。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述焊槍的預設運行參數(shù)是用戶輸入的。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，控制發(fā)動機轉速包括將發(fā)動機速度由空轉速度提高到目標運行速度。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，空轉速度和運行速度至少部分地是基于焊槍的預設運行參數(shù)來確定的。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，控制所述發(fā)動機速度包括當所述發(fā)動機速度接近目標運行速度時根據(jù)發(fā)動機速度從發(fā)動機加速控制系統(tǒng)轉變?yōu)榘l(fā)動機速度控制系統(tǒng)。
6.一種用于控制由發(fā)動機驅動的發(fā)電機/電焊機的方法，包括為驅動地連接到發(fā)電機/電焊機的內燃機選擇一種空轉速度，一種目標運行速度，和一種發(fā)動機加速控制系統(tǒng)，其中，選擇是以所述發(fā)電機/電焊機的運行設置為基礎；監(jiān)控所述發(fā)電機/電焊機的焊接輸出中電流和/或電壓負荷的需求；當檢測出需求時使用發(fā)動機加速控制系統(tǒng)來提高內燃機的發(fā)動機轉速；以及根據(jù)發(fā)動機速度從發(fā)動機加速控制系統(tǒng)轉變?yōu)榘l(fā)動機速度控制系統(tǒng)。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，包括至少部分地根據(jù)焊槍的預設運行參數(shù)來選擇發(fā)動機加速控制系統(tǒng)。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述焊槍的預設運行參數(shù)是用戶輸入的。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述焊槍的預設運行參數(shù)包括焊接電流，焊接電壓，或兩者的結合。
10.根據(jù)權利要求6中所述的方法，其中，轉變?yōu)榘l(fā)動機速度控制系統(tǒng)還以所述發(fā)動機轉速的提升程度為基礎。
11.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，在處于預設的發(fā)動機轉速時轉變?yōu)榘l(fā)動機速度控制系統(tǒng)。
12.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，在處于用戶輸入的發(fā)動機轉速時轉變?yōu)榘l(fā)動機速度控制系統(tǒng)。
13.一種由發(fā)動機驅動的發(fā)電機/電焊機系統(tǒng)，包括內燃機；由該內燃機驅動的發(fā)電機；以及發(fā)動機控制器，其中，該發(fā)動機控制器被配置成接收焊接設置并且至少部分地根據(jù)該焊接設置控制所述內燃機。
14.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，包括焊槍，其中，所述發(fā)動機控制器被配置成至少部分地根據(jù)焊槍預設的運行參數(shù)來控制內燃機。
15.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，包括發(fā)動機調速器，該發(fā)動機調速器被配置成接收來自發(fā)動機控制器的控制信號和調整內燃機的發(fā)動機轉速。
16.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)動機控制器被配置成檢測發(fā)電機上的需求和至少部分地根據(jù)檢測出的需求控制內燃機。
17.根據(jù)權利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述需求包括電流，電壓，或兩者的結合。
18.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其中控制內燃機包括至少部分地根據(jù)焊接設置提高或降低內燃機的發(fā)動機轉速。
19.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)動機控制器被配置用于檢測內燃機的運行條件和至少部分地根據(jù)檢測出的運行條件控制內燃機。
20.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述焊接設置包括焊接電流，焊接電壓，或兩者的結合。
全文摘要
提供了一種可用于控制驅動發(fā)電機/電焊機或獨立的發(fā)電機的內燃機的系統(tǒng)和方法。該發(fā)動機和/或發(fā)電機是基于用于焊接的設置來控制的?？刂扑霭l(fā)動機包括基于檢測到的發(fā)電機的需求和/或電焊機的運行參數(shù)來改變發(fā)動機轉速。
文檔編號B23K9/10GK102300665SQ200980155460
公開日2011年12月28日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權日2009年1月30日
發(fā)明者丹尼爾·C·福斯賓德, 理查德·比森, 邁克爾·J·特林克納 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司