Die Erfindung betrifft ein Stromerzeugungsaggregat, insbesondere zur Reichweitenerweiterung eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuges, mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Drehkolbenbrennkraftmaschine, und einem mit dieser achsgleich angeordneten Generator mit einem mit der Antriebswelle drehverbundenen Rotor, wobei auf der Antriebswelle der Brennkraftmaschine zumindest eine mit dieser mitrotierende Ausgleichsmasse angeordnet ist.
Aus der US 2005/0279542 AI ist ein autonom betreibbares tragbares Stromerzeugungsaggregat bekannt, welches dazu dient, die Reichweite eines Elektrofahrzeuges auszudehnen. Das Stromerzeugungsaggregat weist eine Brennkraftmaschine und einen koaxial zu dieser angeordneten Generator auf, wobei Brennkraftmaschine und Generator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Die US 7,049,707 B2 offenbart ein Stromerzeugungsaggregat, bestehend aus einer Brennkraftmaschine und einem Generator, welche über eine gemeinsame Welle verbunden sind.
Weiters wird in der DE 39 30 901 AI ein Maschinenaggregat, bestehend aus einer Rotationskolbenbrennkraftmaschine und einem Rotationskolbenkompressor, sowie einem Generator beschrieben. Der Kompressor und der Stromgenerator werden über Riemenantriebe durch die Brennkraftmaschine angetrieben. Weiters treibt die Brennkraftmaschine über ein Kardangelenk und eine unverdrehbar in sich längs verschiebbare Antriebswelle ein Lüfterrad an. Die Brennkraftmaschine kann über einen im Strom das Lüfterrades liegenden Kühler gekühlt werden. Das Maschinenaggregat ist als transportables Gerät für den Einsatz bei Katastrophenfällen oder für militärische Zwecke bestimmt.
Bekannte Stromerzeugungsaggregate haben den Nachteil, dass sie relativ unhandlich und schwer sind und viel Bauraum beanspruchen. Daher sind herkömmliche Stromerzeugungsaggregate nur bedingt für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Elektrokraftfahrzeugen geeignet.
Stromerzeugungsaggregate, welche als sogenannte Range-Extender für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden, sollten möglichst wenig Bauraum in Anspruch nehmen und geringes Gewicht, aber trotzdem eine hohe Leistungsdichte aufweisen. Diese Anforderungen werden mit bekannten Stromerzeugungsaggregaten nur teilweise erfüllt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Stromerzeugungsaggregat zu entwickeln, welches die genannten Anforderungen erfüllt und eine hohe Leistungsdichte bei möglichst geringem Bauvolumen aufweist. Darüber hinaus soll das Stromerzeugungsaggregat möglichst geringes Gewicht aufweisen und einen geräuscharmen Betrieb ermöglichen. Dabei soll es in einfacher Weise in herkömmliche Elektrofahrzeugkonzeptionen mit möglichst wenig zusätzlichen Aufwand integriert werden können.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass eine erste Ausgleichsmasse am Rotor des Generators angeordnet ist, welche vorzugsweise integral mit dem Rotor ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Antriebswelle an einem dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende eine zweite Ausgleichsmasse aufweist.
Dadurch, dass die erste Ausgleichsmasse in den Rotor des Generators integriert ist, kann das Stromerzeugungsaggregat sehr kompakt und gewichtsarm ausgeführt werden.
Eine äusserst kompakte und schallarme Konzeption lässt sich erreichen, wenn sowohl die Brennkraftmaschine, als auch der Generator wassergekühlt ist, wobei das Gehäuse der Brennkraftmaschine und das Gehäuse des Generators integrierte Kühlkanäle aufweisen, wobei die Kühlkanäle der Brennkraftmaschine und die Kühlkanäle des Generators leitungslos miteinander strömungsverbunden sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gehäuse des Generators direkt an das Gehäuse der Brennkraftmaschine anschliesst, wobei vorzugsweise das Gehäuse des Generators integral mit dem Gehäuse der Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Eine besonders kompakte und leicht gewichtige Bauweise wird ermöglicht, wenn im Bereich des zweiten Endes der Antriebswelle eine Ölpumpe angeordnet ist, deren Laufrad mit der Antriebswelle drehverbunden ist, wobei vorzugsweise die Ölpumpe zwischen der Brennkraftmaschine und der zweiten Ausgleichsmasse angeordnet ist.
Die Erfindung wird im Folgenden in den Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 das erfindungsgemässe Stromerzeugungsaggregat in einem Längsschnitt und Fig. 2 eine Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit des Stromerzeugungsaggregates in einem Längsschnitt.
Fig. 1 zeigt ein Stromerzeugungsaggregat 1 mit einem Innengehäuse 2 und einem Aussengehäuse 3. Das innere Gehäuse 2 bildet einen Kühlraum 4 aus, in welchem eine Brennkraftmaschine 5 und eine Generator 6 angeordnet sind, wobei der Generator 6 mit der Antriebswelle 7 der Brennkraftmaschine 5 drehverbunden ist. Die Brennkraftmaschine 5 ist im Ausführungsbeispiel durch einen Drehkolbenmotor gebildet. Der Kühlraum 4 ist im Wesentlichen rohrförmig aus gebildet, wobei generatorseitig eine Zuluftkanal 8 etwa im Bereich der Kurbelwellenachse 7 in den Kühlraum 4 einmündet. Auf der Seite der Brennkraftmaschine 5 geht vom Kühlraum 4 im Bereich der Kurbelwellenachse 7' ein Abluftkanal 9 aus.
Zuluftkanal 8, Kühlraum 4 und Abluftkanal 9 bilden in der in Fig. 1 dargestellten Schnittdarstellung bzw. einer Draufsicht auf das Stromerzeugungsaggregat 1 die Form eines "S", so dass eine äusserst kompakte Packung erreicht werden kann.
Die durch Brennkraftmaschine 5 und Generator 6 gebildete Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 10 ist über schwingungsdämpfende Motorlager im Innengehäuse 2 abgestützt. Auf der Seite der Mündung 8' der Zuluftleitung 8 in den Kühlraum 4 ist ein Gebläselaufrad 11 angeordnet, welches durch die Kurbelwelle 7 angetrieben wird. Durch das Gebläselaufrad 11 wird ein Luftstrom entsprechend den Pfeilen S im Zuluftkanal 8, Kühlraum 4 und in der Abluftlkanal 9 erzeugt, wobei die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 10 in Form einer Mantelströmung umströmt wird.
Stromabwärts des Gebläselaufrades 11 ist die Ansaugöffnung 12' eines Ansaugleitung 12 der Brennkraftmaschine 5 angeordnet. Dadurch kann bereits durch das Gebläselaufrad 11 vorverdichtete Luft von der Brennkraftmaschine 5 angesaugt werden, was sich vorteilhaft auf die Motorleistung auswirkt.
Die Brennkraftmaschine 5 ist wassergekühlt ausgeführt. Zur optimalen Kühlung der Brennkraftmaschine 5 sind im Kühlraum 4 beidseits der Kurbelwellenachse 7' Luft/Wasser-Wärmetauscher 13 angeordnet, welche durch die Kühlluft S angeströmt werden. Im Bereich des Austrittes 9' der Austrittsleitung 9 aus dem Kühlraum 4 ist die Mündung 14' einer Abgasleitung 14 der Brennkraftmaschine 5 angeordnet, so dass die Abgase direkt in den Kühlluftstrom S eingebracht werden und sich mit der Kühlluft vermischen. Dies ermöglicht einerseits eine Abkühlung der Abgase und andererseits eine wirksame Reduktion der Schallabstrahlung.
In das Aussengehäuse 3 des Stromerzeugungsaggregates 1 ist ein Kraftstofftank 15, zumindest auf einer Seite des Kühlraumes 4, in das Stromerzeugungsaggregat 1 integriert.
Wie aus Fig. 2 erkennbar, ist in die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 10 im Bereich eines ersten Endes 7a der Antriebswelle 7 eine Kühlmittelpumpe 16 integriert, deren Laufrad 17 mit der Kurbelwelle 7 drehverbunden ist. Die Kühlmittelpumpe 16 ist auf der der Mündung 8' der Frischluftleitung 8 zugewandten Seite der Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 10 angeordnet. Das Kühlmittel gelangt aus der Kühlmittelpumpe 16 in nur zum Teil in Fig. 2 ersichtliche Kühlkanäle 18 des Generators 6 und 19 der Brennkraftmaschine 5 und wird danach den Luft/Wasser-Wärmetauschern 13 zugeführt. Das Gehäuse 5a der Brennluftmaschine 5 und das Gehäuse 6a des Generators 6 schliessen unmittelbar aneinander an, so dass die Kühlkanäle 18,19 des Generators 6 und der Brennkraftmaschine 5 ohne separate Leistungen miteinander stömungsverbunden sind.
Die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 10 ist in sich völlig ausgeglichen, wobei die Unwucht der exzentrischen Antriebswelle 7 durch eine in den Rotor 23 des Generators 6 integrierte erste Ausgleichsmasse 24, sowie durch eine mit der Antriebswelle 7 im Bereich eines zweiten Endes 7b drehverbundene zweite Ausgleichsmasse 21 auf der Seite der Ölpumpe 22 ausgeglichen wird. Mit Bezugszeichen 20 ist der Drehkolben der Brennkraftmaschine 5 angedeutet. Die Ölpumpe 22 ist an dem der Kühlmittelpumpe 16 entgegengesetzten zweiten Ende 7b der Antriebswelle 7 angeordnet.
Bezugszeichen 25 zeigt den Stator des Generators 6 an.
Das äusserst kompakte Stromerzeugungsaggregat 1 ist als Modul aufgebaut und kann somit bei Bedarf in entsprechende Räume eines Elektrofahrzeuges eingesetzt werden, um dessen Reichweite zu erweitern. Die kompakte Bauweise und die hohe Leistungsdichte erlauben es, das Stromerzeugungsaggregat als RangeExtender in bereits vorhandene Konzepte von Elektrofahrzeugen ohne wesentliche Verminderung des Nutzraumes und/oder ohne wesentliche Erhöhung des Baugewichtes einzusetzen.
The invention relates to a power generator, in particular for range extension of an electrically operated motor vehicle, with an internal combustion engine, in particular a rotary piston internal combustion engine, and with this coaxially arranged generator with a rotatably connected to the drive shaft rotor, wherein arranged on the drive shaft of the internal combustion engine at least one co-rotating with this balancing mass is.
From US 2005/0279542 AI an autonomously operable portable power generator is known, which serves to extend the range of an electric vehicle. The power generator has an internal combustion engine and a generator arranged coaxially therewith, wherein the internal combustion engine and generator are arranged in a common housing.
US 7,049,707 B2 discloses a power generator consisting of an internal combustion engine and a generator, which are connected by a common shaft.
Furthermore, DE 39 30 901 AI describes a machine unit consisting of a rotary piston internal combustion engine and a rotary piston compressor, and a generator. The compressor and the power generator are driven by belt drives by the internal combustion engine. Furthermore, the internal combustion engine drives a fan wheel via a universal joint and a drive shaft which can not be rotated longitudinally. The internal combustion engine can be cooled by a radiator located in the flow of the fan wheel. The machine aggregate is intended as a transportable device for use in disaster situations or for military purposes.
Known power generators have the disadvantage that they are relatively bulky and heavy and take up much space. Therefore, conventional power generators are only partially suitable for use in motor vehicles, especially in electric vehicles.
Generating units, which are used as so-called range extenders for electric vehicles, should take up as little space as possible and have a low weight, but nevertheless a high power density. These requirements are only partially met with known power generators.
The object of the invention is therefore to develop a power generator which meets the requirements mentioned and has a high power density with the lowest possible volume. In addition, the power generator should have the lowest possible weight and allow low-noise operation. It should be integrated in a simple manner in conventional electric vehicle designs with the least possible additional effort.
According to the invention this is achieved in that a first balancing mass is arranged on the rotor of the generator, which is preferably formed integrally with the rotor, wherein preferably the drive shaft has a second balancing mass at a second end facing away from the first end.
Characterized in that the first balancing mass is integrated into the rotor of the generator, the power generator can be made very compact and low in weight.
An extremely compact and low-noise design can be achieved if both the internal combustion engine, and the generator is water-cooled, the housing of the internal combustion engine and the housing of the generator having integrated cooling channels, wherein the cooling channels of the internal combustion engine and the cooling channels of the generator are fluidly connected to each other , It is particularly advantageous if the housing of the generator connects directly to the housing of the internal combustion engine, wherein preferably the housing of the generator is formed integrally with the housing of the internal combustion engine.
A particularly compact and lightweight construction is made possible if in the region of the second end of the drive shaft, an oil pump is arranged, the impeller is rotatably connected to the drive shaft, wherein preferably the oil pump between the internal combustion engine and the second balancing mass is arranged.
The invention will be explained in more detail in the following figures.
1 shows the power generating unit according to the invention in a longitudinal section, and FIG. 2 shows an internal combustion engine-generator unit of the power generating unit in a longitudinal section.
1 shows a power generator 1 with an inner housing 2 and an outer housing 3. The inner housing 2 forms a cooling chamber 4, in which an internal combustion engine 5 and a generator 6 are arranged, wherein the generator 6 rotatably connected to the drive shaft 7 of the internal combustion engine 5 is. The internal combustion engine 5 is formed in the embodiment by a rotary piston engine. The cooling chamber 4 is formed substantially tubular, generator side, a supply air duct 8 opens approximately in the region of the crankshaft axis 7 in the cooling chamber 4. On the side of the engine 5 is from the cooling chamber 4 in the region of the crankshaft axis 7 'an exhaust duct 9 from.
Supply air channel 8, cooling chamber 4 and exhaust duct 9 form in the sectional view shown in Fig. 1 and a plan view of the power generator 1 in the form of an "S", so that an extremely compact package can be achieved.
The engine-generator unit 10 formed by internal combustion engine 5 and generator 6 is supported via vibration-damping engine mount in the inner housing 2. On the side of the mouth 8 'of the supply air line 8 into the cooling space 4, a blower impeller 11 is arranged, which is driven by the crankshaft 7. By the Gebläselaufrad 11, an air flow corresponding to the arrows S in the supply air duct 8, the refrigerator 4 and in the exhaust duct 9 is generated, wherein the internal combustion engine-generator unit 10 is flowed around in the form of a sheath flow.
Downstream of the fan impeller 11, the suction port 12 'of an intake pipe 12 of the internal combustion engine 5 is arranged. As a result, already pre-compressed air from the engine 5 can be sucked by the fan impeller 11, which has an advantageous effect on the engine performance.
The internal combustion engine 5 is designed to be water-cooled. For optimal cooling of the internal combustion engine 5 are on both sides of the crankshaft axis 7 'arranged air / water heat exchanger 13 in the cooling chamber 4, which are flown through the cooling air S. In the region of the outlet 9 'of the outlet line 9 from the cooling chamber 4, the mouth 14' of an exhaust pipe 14 of the internal combustion engine 5 is arranged, so that the exhaust gases are introduced directly into the cooling air flow S and mix with the cooling air. On the one hand, this allows cooling of the exhaust gases and, on the other hand, an effective reduction of the sound radiation.
In the outer housing 3 of the power generation unit 1, a fuel tank 15, at least on one side of the cooling chamber 4, integrated into the power generation unit 1.
As can be seen from FIG. 2, a coolant pump 16, the impeller 17 of which is rotationally connected to the crankshaft 7, is integrated in the internal combustion engine / generator unit 10 in the area of a first end 7a of the drive shaft 7. The coolant pump 16 is arranged on the side of the engine / generator unit 10 facing the mouth 8 'of the fresh air line 8. The coolant passes from the coolant pump 16 in only partially in Fig. 2 apparent cooling channels 18 of the generator 6 and 19 of the internal combustion engine 5 and is then fed to the air / water heat exchangers 13. The housing 5a of the combustion air machine 5 and the housing 6a of the generator 6 directly adjoin one another, so that the cooling channels 18,19 of the generator 6 and the internal combustion engine 5 are flow-connected with each other without separate services.
The internal combustion engine-generator unit 10 is completely balanced in itself, the unbalance of the eccentric drive shaft 7 being integrated by a first balancing mass 24 integrated in the rotor 23 of the generator 6 and by a second balancing mass rotatably connected to the drive shaft 7 in the region of a second end 7b 21 is balanced on the side of the oil pump 22. With reference numeral 20, the rotary piston of the internal combustion engine 5 is indicated. The oil pump 22 is disposed on the coolant pump 16 opposite second end 7 b of the drive shaft 7.
Reference numeral 25 indicates the stator of the generator 6.
The extremely compact power generator 1 is constructed as a module and can thus be used as needed in corresponding spaces of an electric vehicle to expand its range. The compact design and the high power density make it possible to use the power generator as a RangeExtender in existing concepts of electric vehicles without significantly reducing the usable space and / or without significantly increasing the structural weight.