專利名稱：具有處于熱量回收循環(huán)中的膨脹單元的增壓內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車增壓內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)具有冷卻循環(huán)，在該冷卻循環(huán)中循環(huán)著一種工作介質(zhì)，該工作介質(zhì)至少部分地轉(zhuǎn)換為蒸汽狀或氣狀的聚合狀態(tài)。在此設(shè)置了至少一個(gè)與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸處于有效連接之中的膨脹單元，在該膨脹單元中所述至少部分蒸汽狀或氣狀的工作介質(zhì)得到卸壓并且所述蒸汽或氣體的動(dòng)力能轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)能。
背景技術(shù)：
在過去數(shù)年里，在開發(fā)或者說改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，工作的主要注意力一方面在于將有害物質(zhì)降低到最小程度，并且另一方面在于提高機(jī)組的效率。在這方面，提高現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的效率的方案在于，最佳地利用在相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)的區(qū)域中出現(xiàn)的熱量。通過采取相應(yīng)的措施，不僅可以限制所需要的冷卻設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸，而且可以將在其它情況下僅僅排放給周圍環(huán)境的損耗熱在汽車的區(qū)域中用于其它用途。至今為止，所述在汽車上的內(nèi)燃機(jī)的區(qū)域中產(chǎn)生的熱量主要用于對(duì)汽車內(nèi)室進(jìn)行加熱。不過，在這種情況下產(chǎn)生的問題是，汽車乘客所需要的熱量是不同的，但首先僅僅在例外情況下與相應(yīng)地由內(nèi)燃機(jī)排放的功率相一致。除此以外，尤其在夏季月份不存在熱量需求，更確切地說存在致冷需求，其中借助于相應(yīng)的冷卻設(shè)備來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)室的冷卻。
為改善發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻，在過去數(shù)年里已經(jīng)繼續(xù)如此對(duì)內(nèi)燃機(jī)尤其對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，使得相應(yīng)的系統(tǒng)可以以盡可能有效的方式利用在內(nèi)燃機(jī)的區(qū)域中出現(xiàn)的熱量。在這方面，一方面存在著將所出現(xiàn)的熱量用于其它設(shè)置在汽車中的散熱片這種方案，或者另一方面存在著借助于相應(yīng)的循環(huán)過程將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能尤其轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)能這樣的方案。
在DE19745758A1中公開了一種用于汽車內(nèi)燃機(jī)的冷卻設(shè)備，該冷卻設(shè)備在使用較小的傳熱面的情況下可以對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行最佳冷卻。這種在該公開文獻(xiàn)中所說明的系統(tǒng)具有汽化冷卻裝置，在該汽化冷卻裝置上所使用的冷卻水、優(yōu)選一種水-防凍液-混合物在該冷卻系統(tǒng)運(yùn)行過程中經(jīng)歷一種液態(tài)-蒸汽態(tài)-液態(tài)的相變。在這種情況下利用了這樣的效應(yīng)，即不僅從熱的壁體到沸騰的液體的傳熱系數(shù)，而且從蒸汽到冷的壁體的傳熱系數(shù)都高于在液體或者說氣體與壁體之間對(duì)流時(shí)的傳熱系數(shù)。所說明的汽化冷卻裝置的使用由此最終保證，可以使用與傳統(tǒng)的對(duì)流傳熱器相比具有較小的傳熱器表面的傳熱器。這就顯著減小所述冷卻設(shè)備尤其傳熱器所需要的結(jié)構(gòu)空間。
在使用汽化冷卻裝置時(shí)，在冷卻劑循環(huán)中使用了一種材料特別是水，在此僅僅將一種用于防止凍結(jié)的添加物混入這種材料中，除了這種汽化冷卻裝置之外，比如在JP09072255A中公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)具有兩個(gè)冷卻循環(huán)，其中在這兩個(gè)冷卻循環(huán)中的任一個(gè)中使用一種雙材料混合物作為工作介質(zhì)。在這種情況下，首先將在內(nèi)燃機(jī)的區(qū)域中出現(xiàn)的過剩熱量通過第一冷卻循環(huán)排放出去并且借助于傳熱器傳輸給在第二冷卻循環(huán)中輸送的工作介質(zhì)。所述處于第二冷卻循環(huán)中的、構(gòu)造為雙材料混合物的工作介質(zhì)是一種水-氨-混合物。這種混合物的突出之處主要在于，混合物成份在壓力情況相同時(shí)具有不同的汽化溫度。一種所述的系統(tǒng)首先提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即在低溫度水平下就已經(jīng)產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽隨后被利用。
作為主要的部件，在所說明的技術(shù)解決方案中在第二冷卻循環(huán)中設(shè)置了發(fā)生器、相分隔器、冷凝器以及具有后置的汽化器的節(jié)流閥并且最后還有吸收器，其中在所述發(fā)生器中所述水-氨-混合物的氨汽化，在所述相分隔器中液相與汽相分開，在所述冷凝器中所述氨再次液化，并且在所述吸收器中所述氣態(tài)氨在釋放熱量的情況下溶解在水中。在所說明的冷卻系統(tǒng)中，所述從內(nèi)燃機(jī)的區(qū)域中排放出來的熱量在所述發(fā)生器的區(qū)域中傳輸給所述水-氨-混合物，并且最后首先借助于所述冷凝器用于對(duì)燃料進(jìn)行預(yù)熱。同樣在這種情況下，由于發(fā)生了相變，所以使用了較小的傳熱面。
此外，由“BMWPower aus dem Abgas；2005年12月8日的AutoMotor Sport(同樣參見網(wǎng)頁http://www.auto-motor-sport.de/d/98231)”公開了一種汽車的冷卻系統(tǒng)，在該冷卻系統(tǒng)上從廢氣和冷卻水中提取熱能，該熱能隨后在膨脹單元中轉(zhuǎn)換為動(dòng)力能。所使用的膨脹單元具有兩臺(tái)蒸汽-軸向活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，這兩臺(tái)蒸汽-軸向活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與原來的內(nèi)燃機(jī)的輸出軸相耦合。這種用于產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)也具有兩個(gè)單獨(dú)的冷卻循環(huán)，在這兩個(gè)冷卻循環(huán)中一方面將水加熱到超過500℃，并且另一方面將乙醇加熱到105℃。兩種介質(zhì)在前述溫度下以熱蒸汽的形式存在于相應(yīng)的冷卻循環(huán)中，而這種熱蒸汽則分別輸送給所述兩臺(tái)蒸汽-軸向活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中的其中一臺(tái)。儲(chǔ)存在蒸汽中的動(dòng)力能以這種方式轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)能，而運(yùn)動(dòng)能則通過所述帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳輸給所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸，用于由此實(shí)現(xiàn)所述內(nèi)燃機(jī)的效率的提升。

發(fā)明內(nèi)容
在公開的現(xiàn)有技術(shù)中，在內(nèi)燃機(jī)的冷卻循環(huán)中首先產(chǎn)生蒸汽，并且隨后在使用膨脹單元的情況下該蒸汽再次卸壓以產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)能。根據(jù)這種現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的任務(wù)是說明一種技術(shù)解決方案，在該解決方案中，在內(nèi)燃機(jī)的區(qū)域中，在使用十分經(jīng)濟(jì)的、僅僅需要很小的結(jié)構(gòu)空間的部件的情況下實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。有待說明的解決方案在此尤其具有比較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并且可以在沒有巨大開銷的情況下集成在內(nèi)燃機(jī)的外圍設(shè)備中。此外，應(yīng)該注意，內(nèi)燃機(jī)的主要結(jié)構(gòu)以及附加機(jī)組的布置不會(huì)由于使用附加的膨脹單元而作根本改變。
用于解決前述任務(wù)的增壓內(nèi)燃機(jī)是權(quán)利要求1的主題。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題，并且在參照附圖進(jìn)行的說明中進(jìn)行詳細(xì)解釋。
按本發(fā)明，汽車的增壓內(nèi)燃機(jī)具有一個(gè)冷卻循環(huán)，在該冷卻循環(huán)中循環(huán)著一種工作介質(zhì)，該工作介質(zhì)至少部分地轉(zhuǎn)換為蒸汽狀或氣狀的聚合狀態(tài)，其中設(shè)置了至少一個(gè)通過傳動(dòng)線路與內(nèi)燃機(jī)的輸出軸處于有效連接之中的膨脹單元，在該膨脹單元中，所述膨脹單元的輸出軸可以通過包含在至少部分蒸汽狀或氣狀的工作介質(zhì)中的能量的轉(zhuǎn)換來移動(dòng)，在此如此對(duì)該增壓內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，即將所述膨脹單元構(gòu)造為兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，優(yōu)選為星形發(fā)動(dòng)機(jī)，該膨脹單元間接或直接通過所述傳動(dòng)線路與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸處于有效連接之中。
在這方面可以設(shè)想，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)要么布置在將所述內(nèi)燃機(jī)包圍的外殼內(nèi)部，要么布置在所述內(nèi)燃機(jī)外殼的外部。在本發(fā)明的一種非常特殊的改進(jìn)方案中，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)在所述內(nèi)燃機(jī)的外殼內(nèi)部布置在貯油槽的區(qū)域中。通過這種方式，可以在特別節(jié)省空間的情況下將所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)固定在所述內(nèi)燃機(jī)的區(qū)域中。
由于按本發(fā)明將所述膨脹單元構(gòu)造為星形發(fā)動(dòng)機(jī)，所以可以提供一種增壓內(nèi)燃機(jī)，在該內(nèi)燃機(jī)上所述包含在工作介質(zhì)中的動(dòng)力能可以在極窄的空間中轉(zhuǎn)換為額外的運(yùn)動(dòng)能。在此，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的突出之處首先在于其徑向結(jié)構(gòu)，尤其在于將至少兩個(gè)氣缸布置在一個(gè)平面中，該平面優(yōu)選按照垂直于所述增壓內(nèi)燃機(jī)的輸出軸的方式進(jìn)行布置。優(yōu)選如此設(shè)計(jì)所述蒸汽發(fā)生單元以及星形發(fā)動(dòng)機(jī)，從而可以在長(zhǎng)途營(yíng)運(yùn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上在星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上實(shí)現(xiàn)高達(dá)40kW的最大功率。在這方面，星形發(fā)動(dòng)機(jī)的使用尤為合適，該星形發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸具有55到65毫米優(yōu)選60毫米的內(nèi)直徑。
在所述按本發(fā)明提出的技術(shù)解決方案中，，至少在一個(gè)用于將熱量從所述增壓內(nèi)燃機(jī)中優(yōu)選從發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中排放出去的冷卻循環(huán)中至少暫時(shí)地產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽輸送給所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)，在那里在單個(gè)的氣缸中將活塞置于運(yùn)動(dòng)之中并且通過這種方式也將所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸置于旋轉(zhuǎn)之中。所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸的旋轉(zhuǎn)能量又傳輸給所述增壓內(nèi)燃機(jī)的輸出軸。在這方面，可以設(shè)想要么比如通過將所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)直接布置在所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸上這種方式使所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)及內(nèi)燃機(jī)的輸出軸直接彼此相耦合，要么可以比如通過帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或者甚至通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在所述輸出軸之間進(jìn)行一種間接連接。
在本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，將所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置在所述增壓內(nèi)燃機(jī)的風(fēng)扇葉輪的區(qū)域中。在此考慮到，所述風(fēng)扇葉輪通常與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸尤其內(nèi)燃機(jī)的曲軸處于有效連接之中或者說直接布置在所述輸出軸或曲軸上。借助于如此布置的風(fēng)扇葉輪，通常向所述內(nèi)燃機(jī)的空氣/水換熱器和/或外壁加載冷卻空氣。優(yōu)選將所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)布置在所述內(nèi)燃機(jī)的外殼特別是曲軸箱與所述風(fēng)扇葉輪之間，從而可以用特別節(jié)省空間的方式布置附加的膨脹單元。
按照所述按本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的一種特殊的結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸是曲軸，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)與該曲軸處于有效連接之中。優(yōu)選所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)固定在所述輸出軸上，在該輸出軸上也設(shè)置了所述內(nèi)燃機(jī)的風(fēng)扇。在一種所述的實(shí)施方式中，由此所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)以及風(fēng)扇葉輪固定在所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸上尤其是曲軸上。在此一方面可以設(shè)想，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力直接作用于所述內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)輸出軸上，或者中間連接了相應(yīng)的比如行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(Sonnengetriebe)形式的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
與此相反，增壓內(nèi)燃機(jī)的另一種特殊的實(shí)施方式具有單獨(dú)的輸出軸，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)固定在該輸出軸上，其中所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸又通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸尤其與內(nèi)燃機(jī)的曲軸相連接。此外，按照一種作為替代方案的實(shí)施方式，代替所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸和所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸之間布置帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，優(yōu)選布置齒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在這種情況下，也完全可以在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸和所述曲軸之間設(shè)置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。僅僅為良好的次序起見在此指出，在前面所描述的本發(fā)明的實(shí)施方式中，將所述與星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸和內(nèi)燃機(jī)的曲軸處于相應(yīng)的有效連接之中的星形發(fā)動(dòng)機(jī)布置在曲軸箱的內(nèi)部還是曲軸箱的外部是無關(guān)緊要的。盡管如此，將所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)以及用于在星形發(fā)動(dòng)機(jī)及所述內(nèi)燃機(jī)的曲軸之間建立有效連接的元件布置在曲軸箱的外部不僅對(duì)于驅(qū)動(dòng)單元的保養(yǎng)而且對(duì)于其安裝都是有利的。
所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選具有至少一個(gè)進(jìn)氣閥和一個(gè)排氣閥，它們可以借助于凸輪控制機(jī)構(gòu)或者相應(yīng)的滑閥控制機(jī)構(gòu)根據(jù)需要加以調(diào)節(jié)。通過如此構(gòu)成的閥門機(jī)構(gòu)，將在蒸汽發(fā)生單元中產(chǎn)生的工作介質(zhì)蒸汽導(dǎo)入所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的工作室中，使得所述活塞最終執(zhí)行一種線性運(yùn)動(dòng)。一旦該活塞到達(dá)下死點(diǎn)，蒸汽就開始通過所述排氣閥排出。在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的所謂的驅(qū)動(dòng)模式中，蒸汽的導(dǎo)入、活塞的運(yùn)動(dòng)以及卸壓的蒸汽通過所述排氣閥的排出以一種周期性的次序重復(fù)進(jìn)行，從而將所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸置于旋轉(zhuǎn)之中。
在本發(fā)明的一種特殊的實(shí)施方式中，作為驅(qū)動(dòng)模式的補(bǔ)充，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)也可以轉(zhuǎn)換為一種制動(dòng)模式。對(duì)于所述制動(dòng)模式的設(shè)計(jì)原則上可以設(shè)想三種可選的技術(shù)方案。
在所述制動(dòng)模式的第一方案中，與驅(qū)動(dòng)模式相比，蒸汽以相反的順序穿過所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸，從而蒸汽或氣體以相反的方向從所述單個(gè)氣缸的氣缸室中流過。在此，所述在驅(qū)動(dòng)模式中作為排氣閥工作的閥門變成進(jìn)氣閥，并且所述在驅(qū)動(dòng)模式中作為進(jìn)氣閥工作的閥門變?yōu)榕艢忾y。通過這種方式，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸與驅(qū)動(dòng)模式相比以相反的方式置于旋轉(zhuǎn)之中。
在所述制動(dòng)模式的優(yōu)選的第二技術(shù)方案中，設(shè)置了一種可變的閥門控制機(jī)構(gòu)，從而根據(jù)相應(yīng)的運(yùn)行模式向所述進(jìn)氣閥及排氣閥加載蒸汽或氣體。在一種非常特殊的實(shí)施方式中，在這種情況下根據(jù)相應(yīng)的運(yùn)行模式對(duì)打開和關(guān)閉時(shí)刻或者說相應(yīng)的打開及關(guān)閉時(shí)間間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)。由此利用此前描述的閥門控制機(jī)構(gòu)可以如此將蒸汽或氣體加入到所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸室中，使得所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)向所述由增壓內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲軸施加制動(dòng)作用。
在一種按本發(fā)明構(gòu)造的星形發(fā)動(dòng)機(jī)的第三方案中，在凸輪軸上設(shè)置了不同的凸輪也就是驅(qū)動(dòng)凸輪和制動(dòng)凸輪，它們間接地或直接地致動(dòng)所述閥門。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在此所述凸輪通過相應(yīng)的推桿和搖桿與所述閥門處于有效連接之中。此外，在這方面可以設(shè)想，此前提到的推桿為分開結(jié)構(gòu)，用于以優(yōu)選的方式在驅(qū)動(dòng)模式或制動(dòng)模式中驅(qū)動(dòng)所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)。
利用具有如此前所述構(gòu)成的制動(dòng)模式的星形發(fā)動(dòng)機(jī)，可以以優(yōu)選的方式向增壓內(nèi)燃機(jī)的曲軸施加制動(dòng)作用。
借助于中央調(diào)節(jié)及控制單元來調(diào)節(jié)輸送到所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)中的蒸汽，用于比如激活所述驅(qū)動(dòng)模式和/或制動(dòng)模式。優(yōu)選將一種所述的控制和調(diào)節(jié)單元集成在中央汽車控制計(jì)算機(jī)中或者內(nèi)燃機(jī)控制單元或者說發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中。此外，按照本發(fā)明的另一種特殊的實(shí)施方式，在所述冷卻循環(huán)內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的傳感器，在所述冷卻循環(huán)中工作介質(zhì)至少部分地轉(zhuǎn)換為蒸汽相或氣相，利用所述傳感器可以探測(cè)所述工作介質(zhì)的壓力、溫度和/或蒸汽含量或者說氣體含量，并且可以傳輸給所述控制及調(diào)節(jié)單元。
在按本發(fā)明設(shè)置在增壓內(nèi)燃機(jī)上的星形發(fā)動(dòng)機(jī)的一種非常特殊的設(shè)計(jì)方案中，設(shè)置了一種用于所述進(jìn)氣閥和排氣閥的操縱機(jī)構(gòu)，該操縱機(jī)構(gòu)布置在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的外側(cè)面上并且在不同的滑閥上由于所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)換為平移運(yùn)動(dòng)。如此初始化這種平移運(yùn)動(dòng)，從而根據(jù)需要來打開以及關(guān)閉所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣閥或者排氣閥。
按照所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，設(shè)置了至少三個(gè)具有相應(yīng)的進(jìn)氣閥和排氣閥的氣缸。在此，就象早已提到的一樣，每個(gè)氣缸都優(yōu)選具有一個(gè)進(jìn)氣閥和一個(gè)排氣閥。當(dāng)然也可以為每個(gè)氣缸設(shè)置更多數(shù)目的進(jìn)氣閥和/或排氣閥。在這方面，進(jìn)氣閥或者說排氣閥這個(gè)名稱與驅(qū)動(dòng)模式中蒸汽或氣體的流動(dòng)方向有關(guān)。
在一種非常特殊的設(shè)計(jì)方案中，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)或者說至少星形發(fā)動(dòng)機(jī)的部件由一種耐溫度變化的材料制成。在這方面，尤其在考慮到所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的重量的情況下，可以設(shè)想用一種相應(yīng)地耐久的塑料來制造所述活塞或者其它的部件，比如閥門、推桿、搖桿、連桿或者甚至所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸。


下面在不限制總的發(fā)明構(gòu)思的情況下參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。其中圖1是內(nèi)燃機(jī)的安裝位置的側(cè)視圖，該內(nèi)燃機(jī)具有附加的星形發(fā)動(dòng)機(jī)，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸與布置在該星形發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱內(nèi)部的風(fēng)扇軸相耦合；圖2是星形發(fā)動(dòng)機(jī)的剖面圖，該星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸與布置在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱內(nèi)部的風(fēng)扇軸相耦合；圖3是內(nèi)燃機(jī)的安裝位置的側(cè)視圖，該內(nèi)燃機(jī)具有附加的星形發(fā)動(dòng)機(jī)，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸與布置在該星形發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱的風(fēng)扇軸外部的軸相耦合，該軸與所述內(nèi)燃機(jī)處于有效連接之中；圖4是星形發(fā)動(dòng)機(jī)的剖面圖，該星形發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸與布置在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱外部的軸相耦合，該軸與所述內(nèi)燃機(jī)處于有效連接之中。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了內(nèi)燃機(jī)1的安裝位置的側(cè)視圖，該內(nèi)燃機(jī)1具有星形發(fā)動(dòng)機(jī)2和風(fēng)扇葉輪3。在所示出的技術(shù)解決方案上重要的是，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2通過傳動(dòng)線路與所述內(nèi)燃機(jī)1的輸出軸處于有效連接之中，也就是通常與所述內(nèi)燃機(jī)1的曲軸處于有效連接之中。在所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行過程中向所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2供給處于壓力之下的工作介質(zhì)蒸汽，該工作介質(zhì)蒸汽將所述布置在氣缸中的活塞以及所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的與所述活塞相連接的曲軸4置于運(yùn)動(dòng)之中，并且通過這種方式得到卸壓。重要的是，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4與所述風(fēng)扇軸6處于有效連接之中。在這種情況下，在一種按本發(fā)明構(gòu)成的增壓內(nèi)燃機(jī)1的在圖1和2中示出的實(shí)施方式中，將所述風(fēng)扇軸6布置在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱11的內(nèi)部，從而將在風(fēng)扇軸6和所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4之間的軸距減小到最低程度。
所述風(fēng)扇葉輪3通過風(fēng)扇軸6來驅(qū)動(dòng)并且在汽車的運(yùn)行運(yùn)程中產(chǎn)生冷卻空氣流，利用該冷卻空氣流對(duì)空氣/水換熱器和/或內(nèi)燃機(jī)的外壁進(jìn)行冷卻。所述風(fēng)扇軸6通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(參見圖2，附圖標(biāo)記8)與所述內(nèi)燃機(jī)1的曲軸(未示出)相連接。借助于所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)法蘭5將所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在內(nèi)燃機(jī)1的曲軸箱上，其中所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)法蘭5為此具有相應(yīng)的空隙7，其中可插入螺栓，所述螺栓最后旋緊在所述曲軸箱中。
圖2示出了作為內(nèi)燃機(jī)1的補(bǔ)充而設(shè)置的星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的剖面圖。所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4通過所述風(fēng)扇軸6間接地與所述內(nèi)燃機(jī)的曲軸相連接。在此，鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4與所述風(fēng)扇軸6之間建立了有效連接，并且所述早已提到的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8在所述風(fēng)扇軸6和所述內(nèi)燃機(jī)1的曲軸之間建立了相應(yīng)連接。在按圖2所示將附加的星形發(fā)動(dòng)機(jī)2集成在內(nèi)燃機(jī)1的傳動(dòng)線路中時(shí)，重要的是，所述風(fēng)扇葉輪3以及所述構(gòu)造為星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的膨脹單元可以彼此獨(dú)立地運(yùn)行。為此，在所述鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9和所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4之間設(shè)置一個(gè)離合器10，通過該離合器10的致動(dòng)，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4和所述風(fēng)扇軸6可選彼此耦合或者脫耦。通過這種方式尤其保證，盡管設(shè)置了附加的具有星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的蒸汽循環(huán)，但在所述內(nèi)燃機(jī)1的每個(gè)運(yùn)行點(diǎn)中都可對(duì)所述驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行可靠的冷卻。此外，也在所述內(nèi)燃機(jī)1的動(dòng)態(tài)工作階段中，比如在驅(qū)動(dòng)的汽車的順利加速過程中保證所述內(nèi)燃機(jī)1沒有驅(qū)動(dòng)所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2，盡管所述附加設(shè)置的具有所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的蒸汽循環(huán)反應(yīng)比較緩慢。
結(jié)合圖2所示的實(shí)施例，所述離合器10構(gòu)造為所謂的超速離合器(也稱為超車離合器)。所述超速離合器在這種情況下具有夾緊體，所述夾緊體確保一旦負(fù)載狀況改變，那么所述風(fēng)扇軸6與星形發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸4的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就脫耦。
除此以外，在結(jié)合圖2說明的實(shí)施方式中，不僅在驅(qū)動(dòng)模式中而且在制動(dòng)模式中都使所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。出于這一原因，所述超速離合器構(gòu)造為可鎖閉的，以便可以通過所述閥門的切換不僅實(shí)現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)模式中的運(yùn)行而且實(shí)現(xiàn)在制動(dòng)模式中的運(yùn)行。
如開頭早已提到的一樣，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的通過鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9連接的輸出軸4以及所述風(fēng)扇軸6布置在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸箱11中。所述風(fēng)扇軸6在此在處于所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的兩根連桿12之間的區(qū)域中穿過所述曲軸箱11一直穿到所述風(fēng)扇葉輪3處。通過這種方式在所述風(fēng)扇軸6和所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4之間保持較小的軸距。
所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的進(jìn)氣閥以及排氣閥構(gòu)造為中心閥的形式，所述中心閥在關(guān)閉的位置中保證很高的密封性。借助于設(shè)置在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4上的凸輪盤來致動(dòng)所述進(jìn)氣閥和排氣閥。
在所說明的由蒸汽驅(qū)動(dòng)的星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的設(shè)計(jì)方案中，所述風(fēng)扇軸6以高于所述內(nèi)燃機(jī)1的曲軸的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。由于所述風(fēng)扇軸6的高運(yùn)轉(zhuǎn)速度，由此構(gòu)造具有較小的排量的星形發(fā)動(dòng)機(jī)就足夠了，因?yàn)樗鲂切伟l(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4在一個(gè)至少與所述風(fēng)扇軸6的運(yùn)行轉(zhuǎn)速相類似的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行。
除此以外，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)直接布置在所述風(fēng)扇葉輪3后面或者說風(fēng)扇葉輪3和內(nèi)燃機(jī)1之間提供了一種非常節(jié)省空間的、用于附加的膨脹單元的布置方案。
在此通過優(yōu)選構(gòu)造為柔韌的軟管的工作介質(zhì)管路15將蒸汽從所述蒸汽發(fā)生單元(未示出)輸送給所述閥門。
圖3首先示出附加設(shè)置的由蒸汽驅(qū)動(dòng)的星形發(fā)動(dòng)機(jī)2在內(nèi)燃機(jī)1上的安裝情況。與所述結(jié)合圖1和2解釋的實(shí)施方式相反，所述風(fēng)扇軸6在此布置在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱外部。所述風(fēng)扇軸6在所述曲軸箱外部在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的兩個(gè)氣缸之間延伸到所述風(fēng)扇葉輪3，并且在與所述風(fēng)扇葉輪對(duì)置的一側(cè)上通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述內(nèi)燃機(jī)1的曲軸處于有效連接之中。
在圖4中示出了所述如圖3所示已安裝的星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的剖面圖。在這種情況下，所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4通過圓柱齒輪級(jí)13以及相應(yīng)的法蘭連接件與所述內(nèi)燃機(jī)1的曲軸相耦合。按所述用于圓柱齒輪級(jí)13的圓柱齒輪的設(shè)計(jì)，所述圓柱齒輪級(jí)13也可以構(gòu)造為傳動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。除以此外，對(duì)在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸4和所述內(nèi)燃機(jī)1的曲軸之間的依賴于負(fù)荷狀況而變化的轉(zhuǎn)速差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)某匐x合器直接集成在所述圓柱齒輪級(jí)13中。
所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的氣缸的進(jìn)氣閥和排氣閥也構(gòu)造為中心閥，所述中心閥由布置在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4上的凸輪盤進(jìn)行致動(dòng)。所述在圖3和4中示出的具有附加的星形發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓內(nèi)燃機(jī)的實(shí)施方式提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即通過外置的風(fēng)扇軸6可以將所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2本身構(gòu)造得較小。此外，在這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，可以在所述風(fēng)扇葉輪3的區(qū)域中在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的兩個(gè)氣缸之間用法蘭連接所述風(fēng)扇離合器14。通過這種方式將所述風(fēng)扇葉輪3直接布置在所述星形發(fā)動(dòng)機(jī)2的前面。
附圖標(biāo)記列表1內(nèi)燃機(jī)2星形發(fā)動(dòng)機(jī)3風(fēng)扇葉輪4星形發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸5星形發(fā)動(dòng)機(jī)法蘭6風(fēng)扇軸7空隙8齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10 離合器11 星形發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱12 星形發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿13 圓柱齒輪級(jí)14 風(fēng)扇離合器15 工作介質(zhì)管路
權(quán)利要求
1.汽車的增壓內(nèi)燃機(jī)，其具有冷卻循環(huán)，在該冷卻循環(huán)中循環(huán)著一種工作介質(zhì)，該工作介質(zhì)至少部分地轉(zhuǎn)換為蒸汽狀或氣狀的聚合狀態(tài)，其中設(shè)置了至少一個(gè)通過傳動(dòng)線路與所述內(nèi)燃機(jī)(1)的輸出軸處于有效連接之中的膨脹單元，在該膨脹單元中所述膨脹單元的輸出軸可以通過轉(zhuǎn)換包含在至少部分蒸汽狀或氣狀的工作介質(zhì)中的能量來移動(dòng)，其特征在于，所述膨脹單元構(gòu)造為兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)，該兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)間接或直接通過所述傳動(dòng)線路與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸處于有效連接之中。
2.按權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)布置在將所述內(nèi)燃機(jī)(1)包圍的外殼內(nèi)部。
3.按權(quán)利要求1或2所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)布置在所述內(nèi)燃機(jī)(1)的貯油槽內(nèi)部。
4.按權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造為星形發(fā)動(dòng)機(jī)(2)。
5.按權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)布置在處于所述內(nèi)燃機(jī)(1)和風(fēng)扇葉輪(3)之間的區(qū)域中。
6.按權(quán)利要求5所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)在將所述內(nèi)燃機(jī)(1)包圍的外殼外部布置在處于所述內(nèi)燃機(jī)(1)和風(fēng)扇葉輪(3)之間的區(qū)域中。
7.按權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述傳動(dòng)線路具有所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)的曲軸(4)以及風(fēng)扇軸(6)，它們彼此處于有效連接之中。
8.按權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述傳動(dòng)線路具有至少一個(gè)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)通過所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)間接地或直接地與所述內(nèi)燃機(jī)(1)的輸出軸處于有效連接之中。
9.按權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述傳動(dòng)線路具有至少一個(gè)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)通過所述帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)間接地或直接地與所述內(nèi)燃機(jī)(1)的輸出軸處于有效連接之中。
10.按權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)具有至少一個(gè)具有進(jìn)氣閥和排氣閥的氣缸，構(gòu)造該氣缸，從而可以轉(zhuǎn)變工作介質(zhì)流經(jīng)所述氣缸的流動(dòng)方向。
11.按權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)具有至少一個(gè)具有進(jìn)氣閥和排氣閥的氣缸，所述進(jìn)氣閥和排氣閥可通過閥門控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行觸發(fā)。
12.按權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)具有至少一個(gè)具有進(jìn)氣閥和排氣閥的氣缸，所述進(jìn)氣閥和排氣閥可借助于至少一根凸輪軸來致動(dòng)，所述凸輪軸則與構(gòu)造為所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)的輸出軸的曲軸(4)處于有效連接之中。
13.按權(quán)利要求12所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述凸輪軸具有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)凸輪和制動(dòng)凸輪。
14.按權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，在所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)的外殼(11)的內(nèi)部布置風(fēng)扇軸(6)。
15.按權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，在所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)的外殼(11)的外部布置風(fēng)扇軸(6)。
16.按權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述傳動(dòng)線路具有構(gòu)造為所述兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)的輸出軸(11)的曲軸(4)、風(fēng)扇軸(6)、將所述曲軸(4)與所述風(fēng)扇軸(6)相連接的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)以及將所述風(fēng)扇軸(6)與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸相連接的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
17.按權(quán)利要求1到16中任一項(xiàng)所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述傳動(dòng)線路具有至少一個(gè)離合器(10)。
18.按權(quán)利要求17所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述離合器(10)構(gòu)造為超車離合器。
全文摘要
在此說明一種汽車增壓內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)具有冷卻循環(huán)，在該冷卻循環(huán)中循環(huán)著一種工作介質(zhì)，該工作介質(zhì)至少部分地轉(zhuǎn)換為蒸汽狀或氣狀的聚合狀態(tài)，其中設(shè)置了至少一個(gè)通過傳動(dòng)線路與所述內(nèi)燃機(jī)(1)的輸出軸處于有效連接之中的膨脹單元，在該膨脹單元中所述膨脹單元的輸出軸可以通過轉(zhuǎn)換包含在至少部分蒸汽狀或氣狀的工作介質(zhì)中的能量來移動(dòng)。所說明的技術(shù)解決方案的基本構(gòu)思是，所述膨脹單元構(gòu)造為兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)，該兩沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(2)間接或直接通過所述傳動(dòng)線路與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸處于有效連接之中。
文檔編號(hào)F01P9/02GK101092915SQ20071012621
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
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