具有線性發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，
[0002] -其中，內(nèi)燃機(jī)具有第一汽缸，
[0003] -其中，內(nèi)燃機(jī)的第一活塞在第一汽缸中線性地引導(dǎo)，使得第一活塞在第一汽缸中 在第一上止點(diǎn)和第一下止點(diǎn)之間擺動(dòng)，
[0004] -其中，內(nèi)燃機(jī)具有由第一活塞經(jīng)由第一連桿驅(qū)動(dòng)的第一曲軸，該第一曲軸抗扭地 與第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，
[0005] -其中，第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子與第一電機(jī)的定子電磁地相互作用，
[0006] -其中，第一電機(jī)的定子為了雙向地傳輸電能而與第一變流器單元連接。
【背景技術(shù)】
[0007] 這樣的內(nèi)燃機(jī)是普遍已知的。特別地，每個(gè)常規(guī)的備用發(fā)電機(jī)都是這樣構(gòu)造的。
[0008] 在常規(guī)的內(nèi)燃機(jī)中，活塞的線性運(yùn)動(dòng)借助于曲軸轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)隨后 要么直接用作為機(jī)械能要么在其他方面應(yīng)用，例如用于生成電能。
[0009] 通常，對(duì)此不應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)以便針對(duì)性地影響內(nèi)燃機(jī)的周期的進(jìn)行。然而， 對(duì)周期施加影響已經(jīng)是已知的。
[0010] 從活塞經(jīng)由連桿到曲軸上的機(jī)械的力傳遞取決于曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置地顯著變化。特 別是在活塞運(yùn)動(dòng)的上止點(diǎn)和下止點(diǎn)附近，以很差的傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)將作用到活塞上的線性力轉(zhuǎn) 換為引起曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。因此，僅能夠在有限的范圍中對(duì)內(nèi)燃機(jī)的周期進(jìn)行優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于，進(jìn)一步改進(jìn)開始所述類型的電機(jī)，以簡(jiǎn)化并改進(jìn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的 周期的優(yōu)化。
[0012] 該目的通過具有權(quán)利要求1所述的特征的內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)燃機(jī)的有利的設(shè)計(jì)方案 是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，開始所述類型的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)為，
[0014] -在第一活塞處布置第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子，
[0015] -在第一汽缸處布置第二電機(jī)的定子，
[0016] -第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子與第二電機(jī)的定子電磁地相互作用，
[0017] _第二電機(jī)的定子為了單向或雙向地傳輸電能而與第二變流器單元連接，并且
[0018] -第一和第二變流器單元由變流器單元共同的控制裝置驅(qū)控。
[0019] 通過該設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了，至少一個(gè)電機(jī)能夠與曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置無關(guān)地在任何時(shí)間 點(diǎn)以良好的效率影響活塞的線性運(yùn)動(dòng)，并且反之，活塞的線性運(yùn)動(dòng)在任何時(shí)間點(diǎn)以良好的 效率影響至少一個(gè)電機(jī)。
[0020] 為了控制變流器單元，通常為控制裝置提供第一曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置和/或第一活塞 的位置。優(yōu)選地，控制裝置驅(qū)控第一變流器單元，使得第一電機(jī)取決于第一曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置 和/或第一活塞的位置地作為發(fā)電機(jī)或者電動(dòng)機(jī)起作用?？刂蒲b置優(yōu)選地如下驅(qū)控第二變 流器單元，以使得第二電機(jī)在任何時(shí)間點(diǎn)都作為發(fā)電機(jī)起作用。該設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)化了第二變 流器單元的結(jié)構(gòu)。
[0021] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，控制裝置驅(qū)控第一和第二變流器單元，以使 得第一電機(jī)在第一活塞的工作沖程期間也作為發(fā)電機(jī)起作用，并且在工作沖程之中在第一 上止點(diǎn)的附近，由第二電機(jī)輸出的第二功率大于由第一電機(jī)輸出的第一功率，并且在第一 上止點(diǎn)和第一下止點(diǎn)之間的中間區(qū)域中，由第二電機(jī)輸出的第二功率小于由第一電機(jī)輸出 的第一功率。在這種情況下特別優(yōu)選的是，由第二電機(jī)輸出的第二功率在工作沖程之中也 在第一下止點(diǎn)的附近大于由第一電機(jī)輸出的第一功率。
[0022] 在最簡(jiǎn)單的情況中，第一和第二電機(jī)由控制裝置調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速地運(yùn)行。替代地，第一和 第二電機(jī)能夠由控制裝置調(diào)節(jié)位置地運(yùn)行。
[0023] 可行的是，內(nèi)燃機(jī)僅具有一個(gè)唯一的汽缸。然而，在位置調(diào)節(jié)情況下同樣作為替換 可行的是，
[0024]-內(nèi)燃機(jī)具有第二汽缸，
[0025]-內(nèi)燃機(jī)的第二活塞在第二汽缸中線性地引導(dǎo)，使得第二活塞在第二汽缸中在第 二上止點(diǎn)和第二下止點(diǎn)之間擺動(dòng)，
[0026]-第一活塞的第一端面和第二活塞的第二端面分別單側(cè)地界定內(nèi)燃機(jī)的燃燒室，
[0027]-內(nèi)燃機(jī)具有由第二活塞經(jīng)由第二連桿驅(qū)動(dòng)的第二曲軸，該第二曲軸抗扭地與第 三電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，
[0028]-第三電機(jī)的轉(zhuǎn)子與第三電機(jī)的定子電磁地相互作用，
[0029]-第三電機(jī)的定子為了雙向地傳輸電能而與第三變流器單元連接，
[0030]-在第二活塞處布置有第四電機(jī)的轉(zhuǎn)子，
[0031]-在第二汽缸處布置第四電機(jī)的定子，
[0032]-第四電機(jī)的轉(zhuǎn)子與第四電機(jī)的定子電磁地相互作用，并且
[0033]-第四電機(jī)的定子為了單向或雙向地傳輸電能而與第四變流器單元連接。
[0034] 優(yōu)選地，第三變流器單元和第四變流器單元也由控制裝置驅(qū)控。特別地，驅(qū)控能夠 是如下的，即使得第二活塞與第一活塞不完全統(tǒng)一地運(yùn)動(dòng)。
[0035] 優(yōu)選地，為控制裝置提供第一曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，但不提供第一活塞的位置。因此為 了正確地驅(qū)控第一和第二變流器單元，控制裝置根據(jù)第一曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置和第一電機(jī)的轉(zhuǎn) 速測(cè)定第一活塞的位置和線速度。只要存在有第二汽缸和第二活塞，那么相應(yīng)的陳述以相 似的方式適用于第二曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置和第二活塞的位置。
[0036] 電機(jī)和變流器單元能夠根據(jù)需要確定規(guī)格?？尚械氖牵姍C(jī)僅是輔助發(fā)電機(jī)，例如 Kfz(機(jī)動(dòng)車）發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)。然而優(yōu)選地，電機(jī)和變流器單元的規(guī)格確定為，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn) 行時(shí)由內(nèi)燃機(jī)僅輸出電能，而不輸出機(jī)械能。
[0037] 替代地，內(nèi)燃機(jī)能夠根據(jù)兩沖程原理或者根據(jù)四沖程原理工作。
【附圖說明】
[0038] 本發(fā)明的上述屬性、特征和優(yōu)點(diǎn)以及如何實(shí)現(xiàn)這些的方式和方法，結(jié)合下述聯(lián)系 附圖詳細(xì)闡述的對(duì)實(shí)施例的示意性說明更清楚易懂。在此以示意圖示出：
[0039] 圖1是內(nèi)燃機(jī)的縱截面，
[0040] 圖2是圖1的內(nèi)燃機(jī)的橫截面，
[0041] 圖3是時(shí)間圖表，
[0042] 圖4是框圖，
[0043]圖5是另外的內(nèi)燃機(jī)的縱截面，
[0044]圖6是圖5的內(nèi)燃機(jī)的橫截面。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 根據(jù)圖1和2,內(nèi)燃機(jī)具有第一汽缸1。內(nèi)燃機(jī)的第一活塞2在第一汽缸1中線性 地引導(dǎo)。第一活塞2在第一汽缸1中在第一上止點(diǎn)OT和第一下止點(diǎn)UT之間擺動(dòng)。第一活 塞2的第一端面3單側(cè)地界定內(nèi)燃機(jī)的燃燒室4。替代地，內(nèi)燃機(jī)能夠根據(jù)兩沖程原理或者 根據(jù)四沖程原理工作。
[0046] 內(nèi)燃機(jī)還具有第一曲軸5。第一曲軸5由第一活塞2經(jīng)由第一連桿6驅(qū)動(dòng)。第一 曲軸（見圖2)抗扭地與第一電機(jī)8的轉(zhuǎn)子7連接。根據(jù)圖2的示圖實(shí)現(xiàn)了，第一電機(jī)8布 置在內(nèi)燃機(jī)的曲軸箱9的外部。替代地，第一電機(jī)8能夠布置在曲軸箱9的內(nèi)部，并且因此 集成到內(nèi)燃機(jī)中。
[0047] 第一電機(jī)8的轉(zhuǎn)子7與第一電機(jī)8的定子10電磁地相互作用。第一電機(jī)8的定 子10為了雙向地傳輸電能而與第一變流器單元11連接。在第一電機(jī)8的定子10和第一 變流器單元11之間能夠雙向地傳輸電能。第一電機(jī)8能夠因此-根據(jù)第一變流器單元11 的驅(qū)控-交替地作為發(fā)電機(jī)或作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
[0048] 在第一活塞2處-例如在第一活塞2的外周面12上-布置有第二電機(jī)14的轉(zhuǎn)子 13。轉(zhuǎn)子13能夠例如根據(jù)圖1的示圖地包括永磁體15。在該情況下，第二電機(jī)14構(gòu)造為 永磁激勵(lì)同步電機(jī)。替代地，轉(zhuǎn)子13能夠具有繞組，并且第二電機(jī)14由此構(gòu)造為電勵(lì)磁同 步電機(jī)。再次替代地，第二電機(jī)14能夠例如構(gòu)造為異步電機(jī)。其它的設(shè)計(jì)方案也是可行的。
[0049] 在第一汽缸1處-例如在第一汽缸1的外周面16上-布置有第二電機(jī)14的定子 17。定子17與第二電機(jī)14的轉(zhuǎn)子13電磁地相互作用。至少在其中布置有定子17的區(qū)域 中，存在優(yōu)選地由不能磁化的或僅能弱磁化的材料、例如由鋁、高合金鋼或足夠耐熱的塑料 制成的第一汽缸1。
[0050] 根據(jù)圖1，第二電機(jī)14的定子17與第二變流器單元18連接。在第二電機(jī)14的 定子17和第二變流器單元18之間也許能夠雙向地傳輸電能。在該情況下，第二電機(jī)14能 夠-根據(jù)第二變流器單元18的驅(qū)控-交替地作為發(fā)電機(jī)或作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。替代地可行 的是，在第二電機(jī)14的定子17和第二變流器單元18之間僅能夠單向地傳輸電能。在該情 況下，第二電機(jī)14始終作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。
[0051] 第一和第二變流器單元11，18由變流器單元11，18共同的控制裝置19驅(qū)控。特別 地，通過由控制裝置19的相應(yīng)地驅(qū)控變流器單元11，18,能夠特別地在第一活塞2的工作沖 程期間針對(duì)性地延遲和加速第一活塞2的運(yùn)動(dòng)，以便由此優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗、排放和/ 或功率輸出量和/或其它的運(yùn)行參數(shù)。
[0052] 為控制裝置19提供第一曲軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)位置印和/或第一活塞2的位置X。優(yōu)選 地，特別地為控制裝置19提供第一曲軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)位置例如，能夠?yàn)榈谝浑姍C(jī)8分配旋轉(zhuǎn) 傳感器20,借助于其檢測(cè)第一電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)位置(p以及因而檢測(cè)第一曲軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。 所檢測(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置染能夠由旋轉(zhuǎn)傳感器20傳輸?shù)娇刂蒲b置19。
[0053] 可行的是，附加地也為控制裝置19明確地提供第一活塞2的位置X。然而優(yōu)選地， 不為控制裝置19提供第一活塞2的位置X。因?yàn)樘貏e地，控制裝置19能夠根據(jù)第一曲軸5 的轉(zhuǎn)動(dòng)位置f直接地和立刻地測(cè)定第一活塞2的位置X和線速度V的方向。線速度V的值 根據(jù)第一曲軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)位置f和第一電機(jī)8的轉(zhuǎn)速n得到。
[0054] 圖3以任意單位示例性示出了由第一電機(jī)8施加的第一作用Wl和由第二電機(jī)14 施加的第二作用W2以及由這兩個(gè)電機(jī)8,14總體施加的總作用W作為第一曲軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)位 置爭(zhēng)（度數(shù)形式）的函數(shù)的時(shí)間曲線。作用W1，W2,W例如能夠相當(dāng)于功率或電流。在任 意時(shí)間點(diǎn)適用以下關(guān)系式
[0055] W = ffl+W2〇
[0056]圖3-純示例性地-示出了內(nèi)燃機(jī)作為兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案的時(shí)間曲線。然 而，下面的實(shí)施方案原則上能毫無問題地應(yīng)用到內(nèi)燃機(jī)作為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案上。
[0057] 由圖3 -方面可見的是，控制裝置19如下地驅(qū)控第二變流器單元18,以使得第二 電機(jī)14在任何時(shí)間點(diǎn)都作為發(fā)電機(jī)起作用。然而，不僅第二作用W2的絕對(duì)值、還有其相對(duì) 于總作用W的份額都在波動(dòng)。由圖3還可見的是，控制裝置19如下地驅(qū)控第一變流器單元 11，以使得第一電機(jī)8取決于第一曲軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)位置9和/或第一活塞2的位置X地作為 發(fā)電機(jī)或者電動(dòng)機(jī)起作用。特別地，第一電機(jī)8在第一活塞2的工作沖程期間作為發(fā)電機(jī) 起作用、其余優(yōu)選地作為電