同步实时测功器和控制系统的制作方法

本发明涉及一种测功器，并且更特别地涉及其操作与其所连接的发动机的旋转位置以及发动机的燃烧事件同步，并且其负载可在几微秒内施加或改变，以便足够快地允许负载在燃烧循环内变化和施加的测功器。

背景技术：

测功器在发动机测试领域是公知的。它们允许在受控条件下测量发动机的扭矩和功率输出。这对于确定发动机的性能和效率是必要的。测功器用于向发动机施加受控载荷。独立地控制发动机功率和测功器负载允许实现多种测试方案。

测功器目前广泛地用于汽车行业中以用于发动机校准。这是指用于建立发动机的输入（例如，燃料、空气、点火定时等）以实现发动机的特定操作状态的期望结果的技术。发动机的输入通常由电子控制单元（ecu）管理，该电子控制单元实现发动机的控制策略。

操作

测功器负载的实现取决于测功器的应用和设计。常见类型包括；

水制动-水由叶轮泵送。

制动-摩擦材料压在旋转表面上。

电动机/发电机-电功率的产生向发动机提供负载。电动机单元可另外用于旋转发动机以测量其未被提供动力时的损失，或在其被提供动力时加速发动机，例如以模拟惯性滑行或当使用单气缸发动机测试时附加气缸的效果。

液压中断-使用泵产生液压以及分配和控制该压力以改变所施加的负载。也可以用于驱动发动机，如在使用存储压力的电动机/发电机的情况下。

涡流-基本上是一种解构的电动机。导电定子在电场中旋转，从而使电流在定子中流动。在定子中流动的电流（通常经由短路）将通过产生相反的磁场而使定子抵抗旋转。该阻力的强度由施加在定子上的电场控制。如果这是使用电磁体来完成的，则负载可以被电子地控制。能量由于电流而在定子中作为热量耗散。

涡流测功器由于其简易性和低成本而最多，但是由于难以冷却旋转定子，其仅适用于相对适度的发动机功率。

即使负载可以被电子地控制，响应时间也由于需要改变流过电感负载（即电磁体的励磁线圈）的电流而受到限制，这与磁场的改变有关。

其时间常数由以下公式近似确定；

t=l/r

（t）是电流达到其最终值的63%的以秒为单位的时间

（l）是以法拉为单位的电感

（r）是以欧姆为单位的电阻

因此，简单的涡流测功器最适合于稳态负载操作或负载的缓慢动态变化。

对于瞬态测试，通常采用电动机/发电机和液压类型，因为这些可以支持更快的负载变化并且可以另外用于驱动发动机。这些通常具有几毫秒的响应时间。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于实时测功器的设计，其中，电子控制负载到与发动机相连的发电机的输出的施加相对于燃烧循环与发动机位置同步。

根据本发明的第一方面，提供了一种同步测功器组件，用于在发动机的燃烧循环的至少一部分期间以同步方式向发动机施加负载，以便对于发动机的每个循环是可重复的，该组件包括：测功器，其具有在使用时施加到发动机以改变发动机速度的非电感负载，该非电感负载通过改变传递到它的电流而可变；曲轴监测装置，用于监测发动机曲轴的旋转位置；燃烧检测装置，用于检测发动机气缸中的燃烧事件；以及控制装置，其可操作地连接到测功器，用于针对燃烧循环的至少一部分实时地将负载从测功器施加到发动机，使得针对燃烧循环的不同部分，不同的负载可施加到发动机。

根据本发明的同步测功器组件具有的优点是，它能够使施加到发动机上的负载实时变化，并具有足够的响应性，它能够用于控制燃烧循环期间并且特别是气缸中燃烧事件之后的前90度期间的活塞运动，以便使得能够优化燃烧效率。曲轴监测装置使得负载的施加能够与发动机位置同步，并且燃烧检测装置使得控制装置能够使负载的施加与燃烧的开始同步。

非电感负载可以是例如电阻性负载或电容性负载。

优选地，曲轴监测装置包括监测曲轴的旋转的传感器，特别是曲轴编码器。

燃烧检测装置可包括气缸压力传感器、曲轴加速度传感器（诸如曲轴轴编码器）、感测发动机火花塞火花的火花传感器和凸轮轴位置传感器中的一个或多个。

优选地，控制器数字地控制负载的施加。此外，控制器优选地被编程为以线性步长改变负载。

由负载使用的电流和电压可以有利地由控制器监测，并且这两者的乘积随时间累加以记录消耗的电功率。

发动机曲轴优选地直接或经由功率输出（pto）联接器硬连接到发电机/交流发电机。有利地，交流发电机是3相交流发电机，其具有将使输出扰动最小化的优点。该组件优选地包括用于对交流发电机的3相输出进行整流的桥式整流器，从而可以采用单个高电压负载。然后，控制器优选地被编程为在负载计算中使用3相电压峰值的位置。

在替代实施例中，发电机具有开关磁阻型。这具有电枢不采用磁体或绕组线圈并且所有电路都位于定子环上的优点。这种类型的发电机制造成本低，并且具有宽的操作温度范围，因为电枢实际上是无源的，并且所有的有源电路都位于定子组件上。这种类型的发电机能够在大的速度范围内操作。当电枢上的齿穿过由通电的定子线圈产生的磁场时，输出呈电流脉冲的形式。在本申请中，这种类型的发电机能够产生大的电流突发并因此在曲轴上产生扭矩。

在另一实施例中，可以采用永磁发电机。与开关磁阻发电机相比，这具有控制电子器件和电气开关电路的低成本和简单性的优点。

控制器可以被配置为实时测量负载上的电流和电压，并且使用测量值来自动地改变电气负载以提供负载的闭环控制，从而使得能够补偿例如由于温度等引起的变化。

如果测功器电气负载能够例如在电容器或电池中存储电能，则该能量可以有利地同时或在稍后时间使用。

在发动机系统中有利地使用测功器代替常规的交流发电机。

测功器优选地布置在燃烧式发动机和连接到燃烧式发动机的机械齿轮箱之间的公共轴线上。

测功器有利地配置有用于实时改变其磁场强度的装置，使得如果需要的话，磁场强度可以被增加以增加输出电压。

根据本发明的另一方面，提供了一种在发动机的燃烧循环期间控制活塞运动的方法，包括如下步骤：将根据本发明的同步测功器组件连接到发动机，以便使得能够将可变负载施加到发动机的曲轴；监测曲轴的旋转位置；监测发动机中的燃烧事件；以及响应于曲轴的旋转位置和燃烧事件的定时，实时改变传递到同步测功器组件的非电感负载的负载，以便改变在燃烧循环期间的不同点处施加到发动机的负载，从而控制燃烧循环期间活塞的运动速度。

优选地，曲轴的旋转位置由曲轴监测装置监测，该曲轴监测装置包括监测曲轴旋转的传感器，特别是曲轴编码器。

优选地，通过监测气缸压力、曲轴加速度、发动机火花塞的火花和凸轮轴位置中的一个或多个来监测燃烧事件。

优选地，负载的施加被数字地控制，并且负载优选地以线性步长变化。

优选地，监测负载所使用的电流和电压，并且将两者的乘积随时间累加以记录所消耗的电功率。

优选地，实时测量负载上的电流和电压，并且该测量用于自动改变电气负载以提供负载的闭环控制，从而能够补偿例如由于温度等引起的变化。

几微秒的响应时间（大约1mhz的带宽）允许在每个燃烧循环期间多次施加不同的负载值。其目的是改变发动机在每个燃烧循环中的旋转速度。

这对于往复式发动机的新变型的实现和测试两者是必要的，该新型变型使用电气控制高速负载来减小活塞在燃烧之后的加速度，以产生恒定体积的时间段，或者伪恒定体积燃烧，以便确保所采用的燃料的更快且更完全的燃烧。

在燃烧式发动机的曲轴上施加附加的临时负载（由发电机输出上的电气负载提供，与燃烧开始同步）改变燃烧定时，这产生伪恒定体积（cv）燃烧时段。cv燃烧的该时段的目的是提高发动机气缸内的温度和压力。在气缸压力和温度充分增加的情况下，可以改变燃烧模式。

新的燃烧模式的特征在于非常快速的燃烧、提高的热力学效率、低排放和低水平的噪声振动和不平顺性（nvh）。它具有与均质充量压缩燃烧（hcci）相似的特性，但没有任何缺点或限制。

燃烧模式是新的，因为它通常不能在施加恒定输出负载的情况下、或者当异步施加可变负载时用标准往复式燃烧式发动机实现。

为了实现新的燃烧模式，需要峰值气缸温度或峰值气缸压力比标准往复式燃烧式发动机在相同条件下实现的峰值气缸温度或峰值气缸压力的10%的最小增加。

申请人自己的早期国际申请wo2018142097描述了一种闭环内燃系统，其教导了循环控制的构思，并且教导了将其扩展到使用发动机上的负载作为效应器的闭环控制。

实际上，闭环内燃（clic）发动机应当能够实时操作。然而，由于往复式发动机内的燃烧事件的重复特性，连续燃烧事件之间的燃烧条件的变化可以相对适度（即，不是全标度的），因此控制算法可以使用基于先前燃烧事件的预测元素以及基于当前燃烧事件的实时元素。

本发明的另一方面提供了一种clic发动机实现方式，其使用发电机和电气负载作为改变发动机（即效应器）上的负载的手段。在本申请的教导的范围内，其他机电方法是可能的，但是全电气实现方式是优选的，因为可以与该方法一起利用的控制系统的更大复杂性。

在本发明的系统中，连接到发动机的飞轮的常规质量由发电机/交流发电机的电枢代替，以便控制发动机上的负载。

更具体地，本发明进一步提供了可以用于clic发动机的实际应用的控制系统的细节。在这种情况下，用于组合的发动机、发电机和电气负载的操作的这种控制系统的目的是确保每个单独的燃烧循环的安全、可靠、受控、优化的操作。

然而，还存在系统级控制的构思。这将负责管理包括燃烧式发动机、发电机和电气负载的功率系统，以确保功输出以所需的格式传递。这可以是旋转机械能（即，由燃烧式发动机曲轴驱动）、直接来自发电机的电能、或来自能量存储系统（即，基于电池或电容器）的电能。系统级控制系统还可以负责多个功率系统的管理，使得它们可以被组合以产生更高的总功率输出，或者在单独功率系统的故障或计划维护的情况下提供冗余。

在操作期间，空气可以用于冷却交流发电机/发电机，这可以有利地用于加热目的，诸如用于加热配备有本发明的系统的车辆的乘客区域。

附图说明

为了可以很好地理解本发明，现在将参考附图描述通过示例给出的本发明的实施例，在附图中：

图1是本发明的控制系统的示意性视图；

图2是可以与本发明一起使用的负载切换系统的图示；

图3是根据本发明的另一实施例的替代的、更复杂的控制系统的示意性图示；

图4是可以在根据本发明的clic发动机中使用的功率系统的示意性图示；以及

图5是示出了图4的功率系统如何能够用作模块化组件的一部分的示意性图示。

具体实施方式

本发明提供了一种由电子控制单元（ecu）控制的测功器（dynamometer）。测功器ecu可以是单独的或者集成到控制发动机的ecu中。图1示出了具有由差分接收器（3）解码的差分输出的曲轴角编码器（2）。差分接收器的输出被输入到测功器ecu（1）。对此的操作输入是；

1.发动机曲轴位置

2.燃烧事件的检测

需要以高精度确定曲轴位置。通常，将采用具有优于1度的分辨率的角度编码器，其功能性地连接到曲轴。

燃烧事件的检测可以通过使用以下中的一个或多个来实现；

1.发动机气缸压力传感器

2.火花点火（在汽油发动机中）

3.凸轮轴位置传感器（在四冲程发动机中）

4.曲轴加速度

气缸压力传感器（4）的输出是模拟电压，在输入到ecu之前，使用模数转换器（adc）（5）将该模拟电压转换为数字字。

对于使用火花点火的发动机，火花点火传感器（6）产生脉冲输出，该脉冲输出在输入到ecu之前被缓冲（8）。

凸轮轴位置传感器（7）产生脉冲，该脉冲在输入到ecu之前被缓冲（8）。

应当注意的是，对于简单的实现方式，可以单独采用曲轴角编码器（2）来提供两个所述操作输入，即；发动机旋转位置以及燃烧事件的时间。后者通过检测编码器脉冲的最高频率出现的时间来实现，该最高频率将与由于燃烧事件而出现的曲轴的最大加速度对应。

在检测到燃烧事件之后，测功器ecu可以被编程以施加一系列可变负载。负载的大小和角度持续时间可以从算法或从查找表或两者的组合中导出。

在测试应用中，可能的是，将测功器设置成向发动机提供恒定的基线负载。然后，除了影响燃烧过程之外，还将施加可变的顺序载荷。

来自ecu的数字总线输出（9）用于控制负载。优选地，该数字总线输出应当呈差分电格式，诸如低压差分信号（lvds）。

图2示出了数字总线输出与负载控制电路电隔离（10），以保护不受电气开关噪声的干扰。本地信号用于使用低侧开关（11）直接控制负载。优选地，这些低侧开关将被实现为氮化镓场效应晶体管（ganfet）或碳化硅场效应晶体管，这是由于它们的高速和低功耗的特性。

每个低侧开关连接到负载电阻器组（13）中的电阻性负载。电阻性负载以因子2进行缩放，使得它们实现二进制编码方案。例如，分别为8、4、2、1欧姆的四个负载可以实现15个单独的线性负载步长（loadstep）。这可以通过如图所示以并联配置组装相同值的电阻器（12）来实现。对于给出的示例；15个8欧姆的电阻器中的每一个将提供所需的四个值。

使用电阻性负载，这是因为它们的电感和电容低，并且因此切换时间快。

交流（ac）3相交流发电机的输出，其由桥式整流器（14）整流以产生直流波形（dc），该直流波形（dc）连接到所有负载的高侧。

使用隔离的电流传感器（15）测量到负载的总直流（dc）。使用隔离的电压传感器（16）测量到负载的总dc电压。电流测量值（17）经由adc输入到测功器ecu。电压测量值（18）经由adc输入到测功器ecu。edc还可以被用于调整数字总线输出代码，以使用这两个输入来补偿负载特性的变化（例如，随时间或温度），

3相ac发电机是优选实施例，这是由于其简单以及如下事实，通过叠加三个正弦波，其中每者之间具有120度的相位差，整流后的复合电压输出自然地非常均匀，具有相对低的纹波电压。

测功器能够修改所施加的负载，以补偿3相ac发电机的瞬时相位。3相ac发电机的瞬时相位可通过电流和电压测量来确定。

ac3相发电机连接到发动机曲轴。这可以直接经由驱动轴或中间齿轮箱来实现。

负载电阻器可以通过强制空气或水冷却被冷却。它们可以远离测功器定位的事实简化了这个任务。也可以设想用可再充电电池或电容器代替负载电阻器的替代实施例。对于这种应用，负载中的总电流和电压的测量将用于控制该过程，以补偿与纯电阻性负载相比负载的相对非线性。

就控制系统而言，以下计算示出了系统的频率响应。

发动机最大10,000rpm=166hz/转。

166hz×360度/转=59,760hz/度

主动负载响应时间＜1微秒=1,000,000hz（1mhz）

因此，主动负载可以在10,000rpm下每曲轴旋转一度切换负载设置1,000,000/59,760=16.7次。

同步实时测功器采用模块化设计，由此，通过简单地增加由附加控制数字总线输出支持的附加负载切换级，可以增加负载步长的数量。负载电阻器值也可以改变以修改总负载。

在替代实施例中，同步测功器可在公共驱动轴或曲轴上与发动机和标准测功器连接。该测试方案将通常用于测量如下的效果：在基准（即工业标准）测试配置中，其中标准发动机和标准测功器的结果得到良好的建立并且是已知的，使用电气控制高速负载，以减小燃烧后活塞的加速度，从而产生恒定体积或伪恒定体积燃烧的时间段，以便确保所使用的燃料的更快和更完全的燃烧。

现在参考图3，示出了本发明的替代控制系统的图示。

图3示出了发动机气缸21，其包括用于实时测量发动机气缸21内的气缸压力的气缸内压力传感器24。这些往往是基于压阻的装置。因此，所产生的电荷与气缸压力成比例。该电荷在由控制系统35使用之前由放大器级25转换为电压。使用现场可编程门阵列（fpga）或微处理器中的算法实现控制系统处理。这些系统要求使用通常称为adc的高速模数转换器27将来自压力传感器的电压转换成数字表示。

曲轴角度传感器23用于确定曲轴相对于发动机气缸的位置。这种类型的传感器通常在附接到曲轴的飞轮22上的齿旋转经过传感器时产生脉冲序列。在本发明的系统中，需要每度1个脉冲的最小分辨率。这是常规燃烧式发动机所需的大约10倍。来自传感器的脉冲序列可能需要信号调节26以产生用于控制系统处理器35的数字脉冲序列。

由于发动机的孔尺寸和冲程特性将是已知的，所以曲轴角度用于计算瞬时气缸容积，对于特定的发动机，孔尺寸和冲程特性是固定的。所测量的气缸压力和所导出的气缸容积测量值被用于通过使用气体定律计算发动机气缸中的燃烧气体的温度。

气缸压力测量值主要用于如下三个关键计算；

首先，气缸压力测量值用于确定何时燃烧已经开始，并因此确定何时电动发动机负载可以开始施加到燃烧式发动机。

其次，气缸压力测量值被连续用于燃烧气体温度的计算。

第三，气缸压力测量值用于确定何时已经达到发动机气缸中的所需压力或（经由计算）温度（通常用于优化燃烧），并因此确定何时应当从燃烧式发动机移除电动发动机负载。

由于clic发动机中的优化燃烧非常快，所以电动发动机负载的去除或减少的定时对于避免发动机气缸中的过压状况是关键的，该过压状况可能损坏发动机。因此，为该功能提出了如图3所示的软件控制的硬件切换实现方式。

系统控制器35产生数字总线信号给数模转换器29。数模转换器的电压输出被施加到比较器34。比较器的另一个输入是从压力传感器得到的实时电压。比较器产生一信号，该信号禁用电子负载开关电路（31），并因此在操作结束时去除电子负载。

以类似的方式，可以使用复制电路来在使用比较器28的操作开始时启用电子负载。

这些电路通过使用实时压力值来操作，以避免或减少与adc转换和系统控制器中的控制回路对压力信号的处理相关联的处理延迟，并因此促进实时操作。

系统控制器使用数字总线输出30设置电子负载的所需值。

通过基于相对于燃烧式发动机的rpm已经施加电子负载的持续时间将该值设置为零，可以提供互锁。定时器将使用接收到的曲柄角脉冲的数量。该功能将使用来自启用比较器28和禁用比较器34的反馈来分别启用和禁用定时器。

用于设置切换条件的软件输出除了基于当前气缸压力之外还应当基于气缸压力的增加速率。

为了功能安全，建议采用独立的开关电路，其使用最大气缸压力的固定值来在故障条件下禁用电动发动机负载。

为了功能安全，还建议实现独立的定时器，其限制发动机曲柄角的最大度数，在该最大度数期间可以施加电动发动机负载。

压力传感器也可以在其他时间以及在燃烧期间使用，以确定发动机的操作效率和状况，从而在寿命监测期间检测磨损和故障。

这些切换事件的定时可以在时间上提前，以补偿电气切换系统中的等待时间。

标准的发动机驱动交流（ac）发电机被设计用于稳态操作，通常以固定的rpm操作，针对恒定的输出电流以恒定的频率产生大致恒定的输出电压。

clic发动机应用所需的发电机需要针对瞬态操作进行优化。需要小于1毫秒的响应时间。当施加电动发动机负载时，这将发电机的输出连接到电气负载。这将导致电流从发电机流入负载。电流的变化率将受到电路的电感的限制。对电路电感的主要贡献者是发电机的输出线圈。

要求输出线圈具有低电感，并且如果使用多个线圈，则要求这些线圈并联连接以最小化总电感。绕组中使用的导线还应当具有低电阻，以使由于绕组中的加热而引起的损耗最小化。

clic发动机应用的发电机应当具有3相ac类型。这确保了当3相被电气地组合时，电压波形的重叠确保总输出电压(电压纹波)随发电机的旋转位置的变化相对较小。附加的相绕组（即，多于3相）可以进一步减小电压变化。

使用开关磁阻发电机（srg）的替代实施例可以比ac发电机是更加成本有效的，但是输出电压和电流的变化可能更高。

出于类似的原因，可以采用基于48v的系统，尽管电流将更高。

发电机应当以锁定关系功能性地连接到曲轴。这可以是直接的或经由齿轮箱。图4示出了直接连接到来自燃烧式发动机36的曲轴40的发电机38。

发电机通过使导体移动通过磁场来工作。这根据电磁感应定律产生电流。存在几种常用的标准电动机配置。对于clic应用，要求输出电流的产生在曲轴上产生高扭矩负载。这对于在燃烧循环期间降低曲轴的加速速率而不需要汲取过多的电输出电流是必要的。这可以使用如图4中所示的发电机配置来最好地满足。这种配置在电动机中是常见的，被称为扁平型电动机，但是对于发电机来说是罕见的。图4示出了发电机37的内部视图45，并且可以看出的是，磁路43位于大直径电枢44的边缘周围。电枢41的直径比发电机42的长度大得多。

因此，当产生和使用电功率时，曲轴上的扭矩与电枢的半径成比例。在替代配置中，固定到曲轴的电枢可以用于代替燃烧式发动机的飞轮。将高精度曲轴角度传感器与电枢组件集成也是成本有效的。

在优选实施例中，clic发动机扁平型发电机应当安装在燃烧式发动机和机械齿轮箱之间。

电枢组件应包括整体冷却机构。电枢上的风扇叶片应将冷空气吸入励磁线圈（fieldcoil）和输出线圈中并在励磁线圈和输出线圈上方吸入冷空气以冷却励磁线圈和输出线圈。来自组件的所得热排气可以被输送并直接用于车辆的加热系统中。优点是空气是清洁的（即，不暴露于发动机或排气系统），并且在励磁线圈被通电或发动机起动时立即可用。这消除了将基于车辆流体的冷却回路连接到车辆舱室的需要，并且提供了显著的简化和成本节约。

标准发电机中的磁场可以通过使用永磁体或更通常地使用励磁线圈来产生。后者基本上是电磁体，由此在励磁线圈中流动的电流产生磁场。可以控制在励磁线圈中流动的电流以调节磁场，并因此调节发电机的输出。这通常用于在输出负载改变时或者如果发电机速度改变时维持来自发电机的近似恒定的电压输出。

励磁线圈或永磁体通常安装在扁平型发电机中的电枢上。

扁平型发电机的空间包络适于与内燃发动机集成以产生紧凑的clic发动机实现方式，尤其是如果发电机用于替代常规的发动机飞轮。

通过驱动输出线圈，使用扁平型发电机作为电动机，可以利用相对低电流的高扭矩特性来实现用于燃烧式发动机的高速起动电动机。在发动机的正常操作范围内发生起动的高速起动确保了快速加热，并克服了与在异常(即，缓慢和冷)条件下起动相关的排放问题。

对于clic发电机，输出电压应当与发动机rpm成比例。这是因为在较高的rpm下，较少的时间可用于减少曲轴的加速度。因此，增加发电机输出电压也将自动增加输出电流。这对于稳态电流值是正确的，但对于电流的变化率受发生器的输出线圈电感限制的状态也是关键的。

另外，对于任何操作状态，增加至励磁线圈的电压并因此增加电流将增加所产生的磁场，并因此增加可从输出线圈获得的电压并因此增加电流。当变化率受到发电机的输出线圈电感的限制时，该技术还可以用于增加发电机输出电压以增加输出电流。

可以看出，通过发电机输出电压的变化和通过发电机中磁场的变化，可以通过增加施加的电压来最小化发电机输出线圈的电感的限制效应。这允许电气负载电流的更快变化，这对应于更快的系统响应时间。发电机磁场的控制可以是全自动的，例如直接与发动机rpm相关，或者可以根据需要被控制，例如由clic发动机控制系统控制。根据需要控制将允许在恒定rpm下采用该技术。这将允许发电机输出电压就在施加电气负载之前被升高，以增加电气负载中的电流的变化率，并因此增加系统的响应时间。用于此的控制算法可以是实时的、基于实时测量的、或基于先前燃烧事件的结果的预测的、或两者的组合。

隐含的是，clic发动机功率系统中的发电机将代替当前在燃烧式发动机上采用的交流发电机。

发电机也可以配置为电动机。这可以通过使用电气开关电路来重新配置电气布置，例如通过切换连接性以及因此切换输出线圈中的电流方向来实现。它还可以通过使用发电机上的附加专用绕组来实现。因此，将可以将发电机作为电动机操作以提供电力驱动（作为车辆的驱动系统的牵引电动机，或者在发动机的非燃烧循环期间作为燃烧式发动机的动能）。还将可以将发电机作为电动机来操作，以代替燃烧式发动机的起动电动机功能。

clic发动机应用需要数字控制的、可缩放的电气负载。这在图4中被示为39，并且被电气地连接到来自发电机的输出。可缩放性确定了电气负载从发电机汲取多少电功率。

功率=伏特×安培

所施加的电气负载应当与发电机输出电压成比例。因此，负载设置将跟踪由于rpm而引起的发电机输出电压的变化，或者在施加电气负载时ac电压波形的变化（即，与发电机旋转位置相关的纹波）。

优选地，来自发电机的3相输出应当使用全桥整流器来组合，以生成具有叠加的纹波电压（未调节）的dc基础电压。

电气负载的电容性电抗（xc=1/2πfc）应当等于发电机输出线圈的无功电感（xl=2πfl），以使在公共操作点处的功率传输最大化。

测量在电气负载中消耗的瞬时功率并将其馈送回到clic发动机控制系统。这允许校准负载设置并且用于诊断任何故障状况。这在图3中示出，由此负载电压32经由adc27连接到控制器35。提供了用于负载电流33测量的复制电路。

电气负载优选地还提供电能存储，例如，使用电池或高电压电容器。电子负载的温度被监测。

当clic发动机以能够存储电能的电子负载操作时，可以控制将功输出的什么比例存储为电能。功输出来源于燃烧式发动机中采用的燃料。

如果电能存储装置主要使用可再充电电池来实现，则将可以操作clic发动机以确保这些电池在将来的某个时间点被完全充电。典型的应用将是在朝向零排放区域行驶的混合动力车辆上。与导航和交通系统的集成可以确保车辆具有足够的存储电荷，以便一旦在零排放区域之内就仅依靠电池功率（clic发动机关闭）运行。

如果clic发动机用在独立发电机情况下，那么燃烧式发动机的大部分功输出将作为电能变得可用，其中最低程度被保留用于燃烧式发动机操作所需的动能。

如果电能存储主要使用高电压电容器来实现，则可以实现低成本的电驱动系统。电容器将需要存储足够的能量以驱动用于在来自clic发动机或多个clic发动机的再充电循环之间的牵引的电动机。在这种情况下，能量存储电容器的电压将是clic发动机控制系统的主要输入。因此，clic发动机将是从动系统，并且发动机速度（rpm），所采用的燃料量将被自动控制以将电容器电压维持在可接受的范围内。如果从存储电容器中提取的能量改变，那么电压的所得变化将导致clic发动机控制系统补偿。如果该变化由诸如节气门踏板的需求引起，则clic发动机控制系统可以预期该需求并在电容器电压降低之前增加燃烧式发动机输出。

高电压、高值电容器在它们用于电机时是可容易获得的。它们更便宜并且更易于批量制造，并且不具有与可再充电电池相关的寿命、毒性和原材料问题。

利用电驱动系统，还将可以使燃烧式发动机以恒定的rpm操作，并改变燃料供给以改变作为电能获得的功输出。这将允许燃烧式发动机以最佳的rpm操作。这将需要电能存储装置，因为燃烧式发动机具有相对缓慢的瞬态响应并且不能瞬时响应实时需求。

clic发动机实际上是包括燃烧式发动机、发电机和电气负载的功率系统。燃烧式发动机设想为单气缸设计（尽管多气缸设计也是可能的）以使重量和生产成本最小化。发电机与燃烧式发动机的最大功率输出相匹配。

在优选实施例中，clic发动机功率系统具有模块化设计，使得多个功率系统模块可以组合在一起以实现高的总功率输出。这是实现这一点的非常灵活和成本有效的方式，因为模块化设计以大批量生产。由于一个模块的故障或更换不会使集合系统停止工作，因此在可靠性和维护的简易性方面也存在益处。此外，在负载共享方面存在益处，因此，如果没有定期使用最大输出功率，则均衡了所有模块（模块可以轮流断电）上的损耗。

在采用多个clic发动机来产生较高的总功率(作为电能或机械能的输出)的情况下，设想提供公共服务的实施例。通常，这些将包括燃料、空气、排气和冷却。总体控制系统将管理这些服务，并且将允许单独的clic发动机在故障条件下被停用，或者用于计划的维护。

图5示出了两个模块化功率系统（52）和（53），每个系统分别具有单独的电气负载（50）和（51）。这两个系统的电气输出通过使用二极管或晶体管（55）配置被电气地组合到公共电气负载（56）中。单个模块化功率系统或组合负载的电气输出可用于驱动电动机（54）。

利用该架构，可以使用分布式电气负载和能量存储部件。还可以使用存储的能量和同时（即实时）产生的能量的组合来提供系统的功输出。