往复活塞式发动机和往复活塞式发动机系统技术方案

本发明专利技术涉及一种往复活塞式发动机，该往复活塞式发动机具有静止的第一外部磁场单元(11a；37)以及布置在曲轴(3)的第一曲柄臂(9a)上的第一内部磁场单元(8a；34)。所述第一内部磁场单元(8a；34)和所述第一外部磁场单元一起形成第一机电转换器(12a)，特别是电动机或发电机。所述第一曲柄臂(9a)具有位于相对于曲轴轴线(4)径向向外指向并且与第一连杆轴承(6)相反的一侧的第一紧固表面(13a)。第一平衡配重(14a)在径向方向上以形状配合方式固定至所述第一紧固表面(13a)，所述第一补偿配重(14a)由不可磁化材料组成。所述第一磁场单元(8a；34)布置在相对于所述曲轴轴线(4)径向向外指向的平衡配重(14a)面上。本发明专利技术还涉及包括所述往复活塞式发动机、能量存储器(21)、电控制单元(22)和曲轴传感器(23)的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种根据独立权利要求1的前序部分所述的具有能够作为发电机和/或电动机操作的机电转换器的往复活塞式发动机。EP 1 223 316 B1公开了一种往复活塞式发动机，在该往复活塞式发动机的曲轴箱中布置有机电转换器，该机电转换器具有电动机和/或发电机的功能。采取永磁体形式的磁场产生元件布置在曲轴上，该曲轴通过附装至气缸体的轴承盖而以可旋转的方式保持在曲轴箱中。永磁体通过干涉配合固定地插入在曲轴的平衡配重的凹部中，并且用作附加平衡配重。线圈以静止方式保持在曲轴箱中，位于轴承盖上。在曲轴旋转过程中，永磁体相对于静止线圈旋转，由此由于永磁体和线圈之间电磁相互作用而在线圈中感应出电压，并且机电转换器用作发电机。通过(具体从电池)向线圈供送交流电压，在永磁体上施加电磁力，并且通过电磁相互作用，机电转换器用作电动机。由于线圈被保持在轴承盖上，因此线圈能够与轴承盖一起附装至气缸体并且从气缸体移除，这允许简单地组装和拆卸线圈或更换线圈。还描述了，为了改进冷却，将线圈布置在曲轴箱的油底壳的附近并且浸入在该油底壳中容纳的油中，由此可通过油对线圈进行冷却。在从现有技术已知的往复活塞式发动机的情况下，采取永磁体形式的磁场产生元件通过以干涉配合固定在平衡配重的凹部中而布置在曲轴的平衡配重中。将永磁体布置在所设置的平衡配重的凹部中具有的优点是，永磁体用作附加平衡配重，因此能够避免由于永磁体而相对于传统曲轴附加地增加该曲轴的重量。然而，所述布置也具有若干缺点。曲轴通常采取单件形式，并且特别地由球墨铸铁、回火钢或渗氮钢以铸造工艺制成或以压力成型工艺制成。适合于制造可承载高负荷的曲轴的材料通常是可磁化的。换言之，传统的曲轴都具有铁磁或亚铁磁特性。因而，它们被外部磁场的磁力吸引而不会剩余高水平的残余磁化作用；换言之，它们是软磁的，或者它们在磁化之后本身产生静态磁场，因为它们是硬磁的并且表现出高剩磁。由于这些可磁化特性，传统的曲轴在通过干涉配合将永磁体布置在平衡配重的凹部中方面表现出的适应性有限，这是因为永磁体引起曲轴总体磁化，并且传统的曲轴在产生以限定方式延伸的定向磁场方面表现出的适应性有限，这是因为不可能在曲轴周围的线圈中有效地感应出电压。此外，还存在永磁体去磁的风险。因而，EP 1 223 316B1中描述的布置由于永磁体的布置而需要使用由不可磁化材料构成的曲轴或者系统地表现出低电功率。由于曲轴平衡配重为实现其通用功能而仅仅在与相邻连杆轴承相反的范围(所述范围一般被认为小于120°并且因而包含旋转圆周的三分之一以下)内延伸，因此平衡配重中的永磁体也只能布置在所述局部范围内，由此严重地限制了电机转换器的最大电功率。此外，从生产方面来看，通过干涉配合将永磁体布置在曲轴中比较麻烦，并且存在永磁体在曲轴高转速下脱离的风险。本专利技术所基于的问题在于实现一种具有集成的机电转换器的往复活塞式发动机，该往复活塞式发动机的区别在于电功率增加，构造简单，维修保养方便，并且能够以传统的非电化且仅仅略微修改的往复活塞式发动机为基础。所述目的通过实现独立权利要求的特征来实现。以另选或有利方式改进本专利技术的特征从从属专利权利要求中出现。根据本专利技术的往复活塞式发动机——能够特别地用作机动车辆发动机、船舶发动机或静止发动机——包括气缸体，曲轴箱至少部分地形成在所述气缸体中。所述曲轴箱优选在顶部处通过所述气缸体的对应结构并且在底部处通过油底壳而封闭。在所述曲轴箱内布置有曲轴。该曲轴能围绕曲轴轴线在多个主轴承中旋转，也就是说，该曲轴被安装成能围绕所述曲轴轴线旋转。特别地，所述曲轴通过轴承盖保持在所述曲轴箱中从而能围绕所述曲轴轴线旋转，所述轴承盖优选通过螺栓紧固至所述气缸体。所述曲轴由可磁化材料构成，该曲轴优选为整体形式，但是也可以由多个部件组装而成。这应该理解为是指，所述曲轴至少在其曲柄臂的区域中具有铁磁或亚铁磁特性，并且在此可磁化。因而，所述曲轴被外部磁场的磁极吸引而不会剩下高水平的残余磁化；换言之，所述曲轴是软磁的，或者所述曲轴自身在磁化之后产生静态磁场，这是因为所述曲轴由于高剩磁而是硬磁的。特别地，该曲轴例如由球墨铸铁、回火钢或渗碳钢以铸造工艺制成，或者以压力成型工艺锻造而成。所述曲轴在两个主轴承(所述曲轴安装在这两个主轴承中从而能围绕曲轴轴线旋转)之间包括相对于所述曲轴轴线偏移的至少一个连杆轴承。该偏移在每种情况下都是由曲柄臂形成的，该曲柄臂在主轴承和连杆轴承之间相对于所述曲轴轴线至少部分地在径向方向上延伸。换言之，所述曲柄臂在垂直于所述曲轴轴线的方向上(即在径向方向上)以几何方向分量延伸。相对于所述曲轴轴线，所述曲柄臂与所述第一连杆轴承轴向相邻地布置。“轴向相邻”应该理解为是指所述曲柄臂在平行于所述曲轴轴线延伸的方向上直接或间接地相邻于所述连杆轴承定位。至少一个第一连杆以可旋转的方式安装在所述曲轴的第一连杆轴承中，线性引导的第一活塞布置在该至少一个连杆上。在所述曲轴的旋转过程中，所述连杆在连杆运动几何空间中进行连杆运动。所述连杆运动几何空间应该理解为是指在曲轴的一个全旋转和活塞的一个完成往复运动过程中由安装在连杆轴承中的下连杆头孔、连杆轴承盖、连杆杆身和连杆头组成的连杆经过的运动几何空间。换言之，连杆运动空间是在曲轴箱内连杆进行不受阻碍的运动所需的几何自由空间。可以将多个连杆彼此相邻地布置在同一个连杆轴承上。在这种情况下，连杆运动空间是在曲轴箱内两个连杆自由运动所需的自由空间。第一曲柄臂——特别是所述曲轴的所有曲柄臂——具有位于相对于曲轴轴线径向向外指向并且与所述第一连杆轴承相反地定位的一侧的第一紧固表面。换言之，紧固表面至少以一个方向分量指向垂直于所述曲轴轴线延伸的方向，也就是说径向指向，并且相对于所述曲轴轴线指向与所述连杆轴承所位于的一侧相反定位的一侧。紧固表面通常应该理解为是指允许对部件进行形状配合布置的机械界面，其中形状配合在径向方向上即垂直于曲轴轴线地实现。第一平衡配重在径向方向上并且特别地还在圆周方向上以形状配合方式固定至所述第一紧固表面。径向方向上或圆周方向上的形状配合应该被理解为是指与底切的连接，从而相对于所述曲轴轴线至少分别在径向方向上或在圆周方向上实现形状配合固定。换言之，第一平衡配重以形状配合方式固定至所述紧固表面，使得在所述曲轴的旋转过程中所述平衡配重保持固定在所述曲轴上。特别地，通过螺栓连接实现形状配合。特别地，所述第一紧固表面和/或所述第一平衡配重具有至少一个螺纹孔，其中通过被引导通过形成在所述第一平衡配重中和所述第一紧固表面中的通孔中的至少一个螺栓而产生所述形状配合连接。另选地或另外，可以通过特别地平行于所述曲轴轴线延伸并且例如由在第一紧固表面和所述第一平衡配重之间轴向延伸或平行于所述曲轴延伸的线性引导件(特别是燕尾状引导件)形成的底切实现该形状配合连接，其中所述第一平衡配重例如以非形状配合、摩擦接合或形状配合方式(特别地通过螺栓连接)保持在平行于所述曲轴轴线的方向上，即轴向地保持。所述第一平衡配重由不可磁化材料构成。特别地，所述第一平衡配重由铸铁、高等级钢、碳纤维、陶瓷材料、铝和/或至少一种其他不可磁化材料构成。铸铁特别地由奥氏体铸铁(特别是灰口铸铁)形成。碳纤维特别是烧结的。另选地，然而，第一平衡配重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种往复活塞式发动机，该往复活塞式发动机具有：·气缸体(1)；·曲轴箱(2)，该曲轴箱(2)至少部分地形成在所述气缸体(1)中；·曲轴(3)，该曲轴(3)由可磁化材料构成并且布置在所述曲轴箱(2)内从而能围绕曲轴几何轴线(4)旋转；·至少一个第一连杆(5)，该至少一个第一连杆(5)以可旋转的方式安装在所述曲轴(3)的第一连杆轴承(6)中，并且在所述曲轴(3)的旋转过程中在连杆运动几何空间(7)中进行连杆运动；·第一内部磁场单元(8a；34)，所述第一内部磁场单元布置在所述曲轴(3)的相对于所述曲轴几何轴线(4)与所述第一连杆轴承(6)轴向相邻的第一曲柄臂(9a)上，使得所述第一内部磁场单元(8a；34)相对于所述曲轴几何轴线(4)径向向外指向，并且在所述曲轴(3)的旋转过程中在与所述连杆运动几何空间(7)轴向相邻的第一圆形几何路径(10a)上围绕所述曲轴几何轴线(4)循环；以及·第一外部磁场单元(11a；37)，该第一外部磁场单元(11a；37)以静止方式布置在所述曲轴箱(2)中，从而与所述第一圆形几何路径(10a)径向间隔开，其中，所述第一内部磁场单元(8a；34)和所述第一外部磁场单元(11a；37)被布置和设计成使得所述第一内部磁场单元(8a；34)和所述第一外部磁场单元(11a；37)一起形成第一机电转换器(12a)，特别是电动机或发电机，其特征在于，·所述第一曲柄臂(9a)具有位于相对于所述曲轴几何轴线(4)径向向外指向并且与所述第一连杆轴承(6)相反地定位的一侧的第一紧固表面(13a)；·第一平衡配重(14a)在径向方向上以形状配合方式固定至所述第一紧固表面(13a)；·所述第一平衡配重(14a)由不可磁化材料构成；并且·所述第一内部磁场单元(8a；34)布置在所述第一平衡配重(14a)的相对于所述曲轴几何轴线(4)径向向外指向的一侧。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.20 EP 13199214.11.一种往复活塞式发动机，该往复活塞式发动机具有：·气缸体(1)；·曲轴箱(2)，该曲轴箱(2)至少部分地形成在所述气缸体(1)中；·曲轴(3)，该曲轴(3)由可磁化材料构成并且布置在所述曲轴箱(2)内从而能围绕曲轴几何轴线(4)旋转；·至少一个第一连杆(5)，该至少一个第一连杆(5)以可旋转的方式安装在所述曲轴(3)的第一连杆轴承(6)中，并且在所述曲轴(3)的旋转过程中在连杆运动几何空间(7)中进行连杆运动；·第一内部磁场单元(8a；34)，所述第一内部磁场单元布置在所述曲轴(3)的相对于所述曲轴几何轴线(4)与所述第一连杆轴承(6)轴向相邻的第一曲柄臂(9a)上，使得所述第一内部磁场单元(8a；34)相对于所述曲轴几何轴线(4)径向向外指向，并且在所述曲轴(3)的旋转过程中在与所述连杆运动几何空间(7)轴向相邻的第一圆形几何路径(10a)上围绕所述曲轴几何轴线(4)循环；以及·第一外部磁场单元(11a；37)，该第一外部磁场单元(11a；37)以静止方式布置在所述曲轴箱(2)中，从而与所述第一圆形几何路径(10a)径向间隔开，其中，所述第一内部磁场单元(8a；34)和所述第一外部磁场单元(11a；37)被布置和设计成使得所述第一内部磁场单元(8a；34)和所述第一外部磁场单元(11a；37)一起形成第一机电转换器(12a)，特别是电动机或发电机，其特征在于，·所述第一曲柄臂(9a)具有位于相对于所述曲轴几何轴线(4)径向向外指向并且与所述第一连杆轴承(6)相反地定位的一侧的第一紧固表面(13a)；·第一平衡配重(14a)在径向方向上以形状配合方式固定至所述第一紧固表面(13a)；·所述第一平衡配重(14a)由不可磁化材料构成；并且·所述第一内部磁场单元(8a；34)布置在所述第一平衡配重(14a)的相对于所述曲轴几何轴线(4)径向向外指向的一侧。2.根据权利要求1所述的往复活塞式发动机，其特征在于，所述第一内部磁场单元(8a；34)被推动到所述第一平衡配重(14a)上的第一线性引导件(17a)中并在所述第一线性引导件处轴向固定，该第一线性引导件(17a)在轴向方向上延伸并且相对于所述曲轴几何轴线(4)在径向方向和圆周方向上以形状配合方式将所述第一内部磁场单元(8a；34)固定。3.根据权利要求1或2所述的往复活塞式发动机，其特征在于，所述第一平衡配重(14a)由如下不可磁化材料中的至少一者或组合构成或组成：·铸铁，特别是奥氏体铸铁、特别是灰口铸铁；·高等级钢；·碳纤维，特别是烧结碳纤维；·陶瓷材料；·铝。4.根据权利要求1至3中任一项所述的往复活塞式发动机，其特征在于，·所述第一内部磁场单元(8a；34)具有圆弧状内环区段的形状，该圆弧状内环区段围绕所述第一曲柄臂(9a)并且具有位于所述曲轴几何轴线(4)上的第一几何轴线(15)；并且·特别是，所述圆弧状内环区段以大于135°的第一中心角(α)延伸。5.根据权利要求4所述的往复活塞式发动机，其特征在于，·所述圆弧状内环区段以360°的第一中心角(α)延伸；并且·所述第一内部磁场单元(8a；34)具有围绕所述第一曲柄臂(9a)的闭合圆形内环的形状。6.根据权利要求1至5中任一项所述的往复活塞式发动机，其特征在于，·所述第一外部磁场单元(11a；37)具有圆弧状外环区段的形状，该圆弧状外环区段以径向间隔围绕所述第一内部磁场单元(8a；34)的第一圆形几何路径(10a)并且具有位于所述曲轴几何轴线(4)上的第二几何轴线(18)；并且·特别是，所述圆弧状外环区段以大于135°的第二中心角(β)延伸。7.根据权利要求6所述的往复活塞式发动机，其特征在于，·所述圆弧状外环区段以360°的第二中心角(β)延伸；并且·所述第一外部磁场单元(11a；37)具有以径向间隔围绕所述第一内部磁场单元(8a；34)的第一圆形几何路径(10a)的闭合圆形外环的形状。8.根据权利要求1至7中任一项所述的往复活塞式发动机，其特征在于，所述第一内部磁场单元·为永磁的；并且·采取第一内部永磁体单元(8a)的形式。9.根据权利要求8所述的往复活塞式发动机，其特征在于，所述第一内部永磁体单元(8a)具有第一永磁体(16)，所述第一永磁体(16)相对于所述曲轴几何轴线(4)在圆周方向上彼此成行布置，使得所述第一永磁体(16)的磁极性在所述圆周方向上交替，从而在所述曲轴(3)的旋转过程中产生交变磁场，其中特别地：·所述第一永磁体(16)特别地沿着所述圆弧状内环区段彼此相邻地布置，并且具有指向公共圆周方向的北极(N)；或者·所述第一永磁体(16)特别地沿着所述圆弧状内环区段彼此相邻地布置，并且具有指向径向方向的极性取向交替的磁极(N，S)。10.根据权利要求1至7中任一项所述的往复活塞式发动机，其特征在于，所述第一内部磁场单元·为电磁的；并且·采取第一内部线圈单元(34)的形式。11.根据权利要求10所述的往复活塞式发动机，其特征在于，所述第一内部线圈单元(34)具有：·第一线圈(35)，所述第一线圈(35)相对于所述曲轴几何轴线(4)在圆周方向上彼此成行布置，所述第一线圈(35)的第一线圈轴线(36)相对于所述曲轴几何轴线(4)径向延伸，其中特别地，所述第一线圈(35)被布置和/或互连成使得所述第一线圈(35)的磁极性在所述圆周方向上交替，从而在所述曲轴(3)的旋转过程中产生交变磁场；或者·至少一个第一线圈，该至少一个第一线圈在圆周方向上延伸，并且该至少一个第一线圈的第一线圈轴线在所述圆周方向上延伸；或者·至少一个第一线圈，该至少一个第一线圈的第一线圈轴线平行于所述曲轴几何轴线(4)延伸。12.根据权利要求11所述的往复活塞式发动机，其特征在于，·所述第一内部线圈单元(34)具有电连接至所述至少一个第一线圈(35)的至少一个附加线圈(38)；·永磁或电磁的横向磁场单元(39)以静止方式与所述第一内部线圈单元(34)的第一圆形几何路径(10a)轴向相邻地布置在所述曲轴箱(2)中；并且·所述至少一个附加线圈(38)和所述横向磁场单元(39)相对于彼此布置，特别地布置在关于所述曲轴几何轴线(4)相对于彼此轴向相对的位置，并且被设计成使得在所述曲轴(3)围绕所述曲轴几何轴线(4)旋转的过程中，所述至少一个附加线圈和所述横向磁场单元一起形成用于向所述至少一个第一线圈(35)供应电压的发电机。13.根据权利要求12所述的往复活塞式发动机，其特征在于，·所述至少一个附加线圈(38)具有平行于所述曲轴几何轴线(4)延伸的附加线圈轴线(40)；或者·所述至少一个附加线圈(38)由在圆周方向上彼此成行布置的多个附加线圈(38)形成，特别地，所述多个附加线圈具有平行于所述曲轴几何轴线(4)延伸的附加线圈轴线(40)；其中特别地，所述横向磁场单元(39)为电磁的，并且由在圆周方向上彼此成行布置的多个横向线圈(41)形成，特别地，所述多个横向线圈具有平行于所述曲轴几何轴线(4)延伸的横向线圈轴线(42)。14....

【专利技术属性】
技术研发人员：A·舒藤巴赫·冯，KH·格拉布赫尔，
申请(专利权)人：HVD公司，
类型：发明
国别省市：列支敦士登;LI