CN106030073A - 往复活塞式发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明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。

Description

往复活塞式发动机
本发明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 223316B1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。
本发明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发明的特征从从属专利权利要求中出现。
根据本发明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，第一平衡配重还可以由所述材料中的至少两种的组合或所述材料中的一种与另外的不可磁化材料的组合构成。特别地，所述平衡配重还可以由包封不可磁化材料构成。所述材料优选具有高比重。所述平衡配重的重量与下面进一步描述的布置在该平衡配重上的第一内部磁场单元的重量一起应该使得由于所述第一连杆轴承、所述至少一个第一连杆特别是所述第一活塞的偏心引起的旋转惯性力被基本(优选完全)补偿。平衡配重和内部磁场单元的相应比例可以按照希望进行改变，只要基本或完全实现质量平衡即可。
所述第一内部磁场单元布置在所述第一平衡配重的相对于所述曲轴轴线径向向外指向的一侧。换言之，所述第一内部磁场单元和所述第一平衡配重连接至彼此，其中所述第一内部磁场单元在相对于所述曲轴轴线径向向外的方向上延伸。特别地，所述第一内部磁场单元被推动到所述第一平衡配重上的第一线性引导件中并轴向固定于所述第一平衡配重(该第一线性引导件在轴向方向上也就是说基本平行于所述曲轴轴线延伸)，使得在所述曲轴的正常操作过程中所述第一内部磁场单元例如以非形状配合、摩擦接合或形状配合动作也固定地保持在平行于所述曲轴轴线的方向上。所述第一线性引导件相对于所述曲轴轴线在径向方向和圆周方向上以形状配合方式固定所述第一内部磁场单元。径向方向和圆周方向上的形状配合通常应该理解为是指与底切的连接，使得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，所述第一内部磁场单元以形状配合方式固定至所述紧固表面的第一平衡配重，使得在所述曲轴的旋转过程中所述第一内部磁场单元保持固定在所述曲轴上。
因而，所述第一内部磁场单元通过固定至所述第一紧固表面的第一平衡配重而被布置在所述曲轴的第一曲柄臂上，使得所述第一磁场单元相对于所述曲轴轴线径向向外指向。这里，在所述曲轴的旋转过程中，所述第一内部磁场单元在与所述连杆运动空间轴向相邻的第一圆形几何路径上围绕所述曲轴轴线循环。换言之，所述第一内部磁场单元和所述第一平衡配重被成形和布置成使得一方面所述连杆以及另一方面所述第一内部磁场单元和所述第一平衡配重在所述曲轴的旋转过程中移动而不会碰撞，其中一方面所述连杆的运动空间以及另一方面所述第一内部磁场单元和所述第一平衡配重的运动空间位于轴向间隔开但是轴向相互相邻地面对的位置。
在传统的非电化往复活塞式发动机具有带一体地形成的平衡配重的传统曲轴的情况下，已经实现了在曲轴箱内的所述无碰撞运动。因而，可以特别地通过切割加工过程将所述类型的传统曲轴的平衡配重移除，并且可以设置用于不可磁化平衡配重的紧固表面，其中所述不可磁化平衡配重和所述内部磁场单元在径向和轴向方向上具有与被移除的平衡配重相同的横截面(也就是说相同的旋转横截面)，或者具有扩大的旋转横截面，以便以最佳的可能效果利用所述曲轴箱中的可用空间。在圆周方向上的范围，即沿着所述不可磁化平衡配重和所述内部磁场单元的圆形运动路径的范围可以在几何方面按照需要改变，这是因为所述曲轴箱内的所述空间保持自由，以便允许自由旋转。然而，为了允许对旋转惯性力进行补偿，有利的是将所述不可磁化平衡配重在圆周方向上的范围基本限制于与所述连杆轴承相反的范围。
在本发明的一个变型中，所述不可磁化平衡配重和所述内部磁场单元为整体形式，并且特别地容纳在相同壳体中，其中该整体单元可以在功能上被分成平衡配重区段和内部磁场单元区段。
除了所述至少一个不可磁化平衡配重之外，所述曲轴的所述第一紧固表面和另外的区段还可以用作用于质量平衡的平衡配重。该往复活塞式发动机同样可以还具有用于补偿惯性力和/或惯性扭矩的平衡轴。
第一外部磁场单元以静止方式布置在所述曲轴箱中从而与所述第一内部磁场单元的第一圆形路径径向间隔开。换言之，所述第一外部磁场单元围绕/包围所述第一内部磁场单元的第一圆形路径/接合在所述第一内部磁场单元的第一圆形路径周围。再换句话说，所述第一外部磁场单元布置在所述第一内部磁场单元的旋转运动空间的径向外侧，并且部分地或完全地接合在所述运动空间周围，特别地以120°到360°接合围绕角接合在在所述运动空间周围。
所述第一内部磁场单元和所述第一外部磁场单元被布置和设计成使得所述第一内部磁场单元和所述第一外部磁场单元一起形成第一机电转换器，特别是电动机或发电机。为此目的，所述两个磁场单元中的一个形成磁场产生单元，另一个形成线圈单元，至少在所述曲轴的整圈的次区段中，所述线圈单元被所述磁场产生单元的磁场作用，其中通过由于所述曲轴的旋转而改变的磁场在所述线圈单元中感应出电压，这样，所述机电转换器用作发电机，或者其中通过向所述线圈单元施加电压，能够产生磁场，通过该磁场能够在所述磁场产生单元上并因而在所述曲轴上施加力，并且因而可以使所述曲轴旋转，从而该机电转换器用作电动机。
换言之，在所述曲轴的旋转过程中，所述磁场产生单元和所述线圈单元相对于彼此旋转，由此由于所述磁场产生单元和所述线圈单元之间的电磁相互作用而在所述线圈单元中感应出电压，从而该电磁转换器用作发电机。通过特别是从电池向所述线圈单元馈送交流电压，在所述磁场产生单元上施加电磁力，并且通过所述电磁相互作用，所述机电转换器用作电动机。
布置在所述曲轴上的所述第一内部磁场单元可以由第一内部永磁体单元(该第一内部永磁体单元通过至少一个永磁体产生永久磁场)或第一内部线圈(通过该内部线圈单元能够产生电磁场或者通过交变磁场能够在该内部线圈单元中产生电压)形成。
以静止方式布置在所述曲轴箱中的第一外部磁场单元也可以由第一外部线圈单元(通过该第一外部线圈单元能够产生电磁场或者通过交变磁场能够在该第一外部线圈单元中产生电压)或第一外部永磁体单元(该第一外部永磁体单元通过至少一个永磁体产生永久磁场)形成。为了使得这两个磁场单元能够形成机电转换器，这两个磁场单元中的至少一个必须采取线圈单元的形式。
根据本发明的往复活塞式发动机的优点在于，由于在可磁化曲轴上布置不可磁化平衡配重以及在所述不可磁化平衡配重上布置第一内部磁场单元，因此能够基本防止所述曲轴的磁化并因而基本防止所述曲轴对磁场的不利影响，这是因为所述不可磁化平衡配重用作所述曲轴和所述内部磁场单元之间的磁性绝缘体。因而，也减少永磁体的长期退磁(如果第一内部磁场单元采取永磁体单元的形式的话)。
另一个优点在于，所述第一内部磁场单元在圆周方向上(也就是说沿着所述内部磁场单元的圆形路径路径)的范围能够基本独立于所述第一平衡配重的范围，这是因为所述第一平衡配重由于平衡配重的通用功能而被限制于与所述连杆轴承相反地定位的范围。例如，所述平衡配重在圆周方向上的范围可为小于135°，特别地小于120°，尤其小于90°，而所述内部磁场单元在圆周方向上的范围可为大于135°，特别是大于180°，特别是大于210°，尤其大于360°，其中在360°的范围的情况下，所述内部磁场单元具有闭合环的几何轮廓。这具有的效果是，第一圆形几何路径的整个圆周用于布置所述内部磁场单元，因而能够相当地增加第一机电转换器的可获得的电功率。
在本发明的改进中，所述第一内部磁场单元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并具有位于所述曲轴轴线上的第一几何轴线。换言之，所述第一内部磁场单元具有环区段的形状，也就是说具有形状为圆弧形的环形段的形状，其中圆弧或环形段延伸围绕的且圆弧的中心点所在的轴线由第一几何轴线形成。在所述曲轴和第一内部磁场单元的组装状态下，所述第一轴线和曲轴轴线重合并形成公共轴线。再换句话说，圆弧状的第一内部磁场单元以所述第一轴线作为几何中心轴线相对于所述曲轴轴线在圆周方向上即沿着所述内部磁场单元的圆形运动路径延伸。特别地，所述圆弧状内环区段以大于135°，特别地大于180°，特别地大于210°的第一中心角延伸。该中心角应该理解为是指由限定几何圆弧的两个圆半径在该几何圆弧的中心点处包围的角，也被称为中心角。
在一个具体改进中，所述圆弧状内环区段以360°的中心角延伸，其中所述第一内部磁场单元具有围绕所述第一曲柄臂的闭合圆形内环的形状。换言之，所述第一内部磁场单元具有闭合环形状，换言之，具有几何圆形状，其中所述内环至少部分地或完全围绕所述曲轴的第一曲柄臂。所述内环的几何中心点位于所述第一轴线上或所述曲轴轴线上。
在本发明的一个改进中，所述第一外部磁场单元也可以具有圆弧状外环区段的形状，该圆弧状外环区段具有位于所述曲轴轴线上的第二几何轴线。所述圆弧状外环区段以径向间隔围绕所述第一内部磁场单元的第一圆形路径。特别地，所述内环和外环区段同心地延伸。如果所述第一内部磁场单元具有圆弧状内环区段或环的形状，则所述内环区段或环的外径特别地小于所述外环区段或环的内径。特别地，所述圆弧状外环区段以大于135°，特别地大于180°，特别地大于210°的第二中心角延伸。在本发明的具体实施方式中，所述圆弧状外环区段以360°的第二中心角延伸，其中所述第一外部磁场单元具有以径向间隔围绕所述第一内部磁场单元的第一圆形路径的闭合圆形外环的形状。
所描述的环区段或环可以具有任何期望的横截面，特别是具有矩形、正方形、多边形、圆形、卵形或其他横截面。
所述外部磁场单元特别地布置在所述曲轴的与所述第一曲柄臂相邻的主轴承的轴承盖上。为此，所述外部磁场单元可以具有托架，该托架通过也将轴承盖连接至气缸体的轴承盖螺栓固定至轴承盖。因而，所述外部磁场单元能够被布置在传统的往复活塞式发动机中，而无需另外设置紧固元件。
在一个优选实施方式中，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的形式。这具有的优点是，不必产生用于向可旋转曲轴进行电压传输的电连接或装置。
所述第一内部永磁体单元具有至少一个永磁体，该至少一个永磁体被设计和布置成使得在所述曲轴的旋转过程中在位于所述第一内部永磁体单元的径向外侧的区域(该区域不共同旋转)中存在交变磁场即变化磁场。换言之，所述第一内部永磁体单元被设计成使得在其旋转过程中在所述第一外部磁场单元中存在交变磁场，并且在所述第一外部磁场单元中感应出电压。
在本发明的一个改进中，所述第一内部永磁体单元具有第一永磁体，该第一永磁体相对于所述曲轴轴线在圆周方向上彼此成行布置，使得所述第一永磁体的磁极性在所述圆周方向上交替，从而在所述曲轴的旋转过程中产生交变磁场。换言之，所述永磁体单元的多个永磁体的北极和南极在所述曲轴的旋转过程中交替而产生变化磁场。特别地，所述第一永磁体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。在每个永磁体的北极和南极之间延伸的磁轴因而相对于旋转路径在圆周方向上延伸。所述磁轴因而特别地与所述第一内部永磁体的圆形路径形成了切线，或者与所述类型的切线平行地延伸，或者作为与所述圆形路径平行的圆弧延伸。另选地，所述第一永磁体可以特别地沿着所述圆弧状内环区段彼此相邻地具有具有指向径向方向的极性取向交替的北极和南极。换言之，在每个永磁体的北极和南极之间延伸的磁轴因而在每种情况下都相对于所述第一轴线或相对于所述曲轴轴线径向延伸。特别地，所述磁轴基本在位于所述第一轴线上或所述曲轴轴线上的点处相交，其中相邻永磁体的极性取向在每种情况下都交替。
根据本发明，在所述曲轴旋转过程中产生所描述的交变磁场的任何其他永磁体取向也是可行的。
然而，所述第一内部磁场单元可以另选地为电磁的，并采取第一内部线圈单元的形式。特别地，所述永磁体被替换为线圈。在这种情况下，所述磁场由所述第一内部磁场单元不是通过永磁体而是以电磁方式产生，或者通过所述第一外部磁场单元产生的磁场以电磁方式与所述第一内部线圈单元相互作用，并且在所述第一内部线圈单元中感应出电压。
本发明的可能改进提供了所述第一内部线圈单元的不同线圈布置。这些线圈布置部分地对应于以上已经描述的永磁体的布置，其中以上关于永磁体的阐述也适合于线圈。
在第一变型中，所述第一内部线圈单元具有第一线圈，所述第一线圈相对于所述曲轴轴线在圆周方向上彼此成行布置，所述第一线圈的第一线圈轴线相对于所述曲轴轴线径向延伸。特别地，所述线圈轴线基本在接近或位于所述第一轴线或所述曲轴轴线上的点处相交。特别地，所述第一线圈被布置和/或互连成使得所述第一线圈的磁极性在所述圆周方向上交替，从而在所述曲轴的旋转过程中产生交变磁场。这例如可以这样实现：给彼此成行布置的第一线圈供应电极交替的电压，或者另选地将线圈绕组反向，第一线圈的磁极性在圆周方向上交替，从而在曲轴的旋转过程中产生交变磁场。换言之，第一线圈单元的多个第一线圈的北极和南极交替成在所述曲轴的旋转过程中产生变化磁场。首先，通过所述第一线圈单元产生的磁场可以借助于向所述第一线圈提供的恒定电压供应而相对于所述第一线圈单元是恒定的，或者通过第一线圈单元产生的磁场也可以借助于所述第一线圈的交替的电压供应而相对于所述第一线圈单元交替。所述交替可以特别地通过换向器实现。
在第二变型中，所述第一内部线圈单元包括至少一个第一线圈，该至少一个第一线圈在圆周方向上延伸，该至少一个第一线圈的第一线圈轴线在圆周方向上延伸。在第三变型中，该第一内部线圈单元具有至少一个第一线圈，该至少一个第一线圈的第一线圈轴线平行于曲轴轴线延伸。
为了通过所述至少一个第一线圈特别是所述第一线圈产生磁场，所述第一线圈可以被供应电压，或者所述第一线圈可以彼此互连并布置成使得在所述曲轴的旋转过程中在外部磁场在所述第一线圈上的作用下，所述第一线圈尤其通过被设计成例如异步机器的短路转子而向彼此供应电压，所述外部磁场特别地由所述第一外部磁场单元实现，并且特别地由于旋转而交变。
为了向所述第一内部线圈单元供应电压，所述曲轴可以例如具有曲轴箱内的位于所述气缸体和所述曲轴之间的滑动触头，通过该滑动触头，能够与所述线圈单元产生多极电连接。特别地，所述连接是两极的、三极的或多极的连接，以便以交替方式向所述第一线圈中的若干第一线圈供应不同的电压。该交替电压供应可以以依赖于曲轴的位置的方式实现。为此，所述滑动触头还可以采取换向器的形式。所述类型的滑动触头连接在曲轴箱含有发动机润滑油的发动机的情况下基本是无关紧要的，但是特别在利用燃料-润滑油混合物操作的内燃发动机(如二冲程发动机)的情况下由于可能产生火花而与风险相关。此外，滑动触头可能经受磨损增加。
因此，在一个改进中，本发明还包括向所述曲轴上的第一内部线圈的至少一个第一线圈进行无接触电压供应。为此，所述第一内部线圈单元具有至少一个附加线圈，该至少一个附加线圈电连接至所述至少一个第一线圈。永磁的或电磁的横向磁场单元以静止方式与所述第一内部线圈单元的第一圆形路径轴向相邻地布置在所述曲轴箱中。所述至少一个附加线圈和所述横向磁场单元相对于彼此布置，特别地布置在关于所述曲轴轴线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围绕所述曲轴轴线旋转的过程中所述至少一个附加线圈和横向磁场单元一起形成用于向所述至少一个第一线圈供应电压的发电机。所述至少一个附加线圈特别地具有平行于所述曲轴轴线延伸的附加线圈轴线。特别地，所述至少一个附加线圈由在圆周方向上彼此成行布置的多个附加线圈形成。所述彼此成行布置的附加线圈具有优选平行于所述曲轴轴线延伸的附加线圈轴线。特别地，每个第一线圈分配有第一附加线圈，其中所述第一线圈和所述第一附加线圈电连接。所述第一附加线圈优选集成在所述第一线圈单元中。所述横向磁场单元特别地为电磁的，并且由在圆周方向上彼此成行布置的多个横向线圈形成，所述多个横向线圈特别地具有平行于所述曲轴轴线延伸的横向线圈轴线。通过向所述横向线圈供应交变电压，并且/或者在所述曲轴的旋转过程中，由于所述横向线圈和所述附加线圈之间的磁性相互作用而在所述附加线圈中发生磁性感应。通过由此产生的电压，向所述第一内部线圈单元的第一线圈施加电压，使得所述第一线圈又产生电磁场，通过该电磁场在所述曲轴的旋转过程中能够在外部磁场单元中感应出电压。
所述布置的优点在于，能够完全地或部分地省去永磁体的使用，并且在内燃机操作过程中，往复活塞式发动机能够在第一内部线圈单元处于无电压状态下没有磁性阻力地操作，由此增加发动机的燃烧效率。
在本发明的一个变型中，所述第一外部磁场单元为电磁的并且采取第一外部线圈单元的形式，其中所述第一内部磁场单元是永磁的或者是电磁的。所述第一外部线圈单元可以具有第二线圈，所述第二线圈在圆周方向上彼此成行布置，所述第二线圈的第二线圈轴线相对于所述曲轴轴线径向延伸。特别地，优选均匀分布的第二线圈的第二线圈轴线基本在接近或位于所述第二轴线或所述曲轴轴线上的点处相交。换言之，所述第二线圈优选均匀地以星状方式布置在所述第一外部磁场单元上。
另选地，所述第一外部线圈单元包括至少一个第二线圈，该至少一个第二线圈在圆周方向上延伸，并且该至少一个第二线圈的第二线圈轴线在圆周方向上延伸。所述第二线圈轴线可以例如以圆弧状方式或以笔直方式延伸，其中在第二线圈轴线以圆弧状方式延伸的情况下，该圆弧优选相对于圆弧状外环区段或第一内部磁场单元的圆形路径同心地延伸，其中几何轴线位于第二轴线上。在第二线圈轴线以笔直方式延伸的情况下，即笔直的第二线圈轴线的情况下，所述第二线圈轴线优选平行于圆弧状外环区段的切线延伸。
在进一步的变型中，第一外部线圈单元包括至少一个第二线圈，该至少一个第二线圈的第二线圈轴线平行于曲轴轴线延伸。一方面，所述至少一个第二线圈可以完全围绕所述曲轴，其中所述第一外部线圈单元具有以径向间隔围绕所述第一内部磁场单元的第一圆形路径的闭合圆形外环的形状。在这种情况下，平行于所述曲轴轴线延伸的第二线圈轴线优选位于所述曲轴轴线上。另选地，所述至少一个第二线圈与所述第一内部磁场单元相邻地布置，并且特别地具有圆弧状或橡胶状。
如果所述第一内部磁场单元为电磁的，则所述第一外部磁场单元可以为永磁的而不是电磁设计，其中所述第一外部磁场单元由第一外部永磁体单元形成。在这种情况下，所述第一外部永磁体单元具有第二永磁体，所述第二永磁体相对于所述曲轴轴线在圆周方向上彼此成行布置，特别地使得所述第二永磁体的磁极性在所述圆周方向上交替，从而在所述曲轴的旋转过程中产生交变磁场。所述第二永磁体沿着所述圆弧状内环区段彼此相邻布置，并且具有指向公共圆周方向的北极。另选地，所述第二永磁体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。所述第二永磁体可以在第一外部永磁体单元中采取任何其他类型的布置或取向，只要在所述第一内部线圈单元的旋转过程中，所述线圈单元被所述类型的相对交变磁场作用，从而两个单元一起形成机电转换器。
至此，已经基于如下的曲轴描述了本发明，该曲轴具有单个第一连杆轴承、可旋转地安装安装在该曲轴的第一连杆轴承中的单个第一连杆以及相对于所述曲轴轴线轴向地相邻于所述第一连杆轴承的单个第一曲柄臂，其中根据本发明布置在第一曲柄臂上的第一内部磁场单元和第一外部磁场单元一起形成了第一机电转换器。
然而，优选地，该往复活塞式发动机附加地具有布置在所述第一连杆轴承的与所述第一曲柄臂轴向相反地定位的第二曲柄臂上的第二机电转换器，其中所述第二机电转换器特别地具有与第一机电转换器相同的特征，或者具有所述第一机电转换器的根据本发明的对应变型。所述第二曲柄臂也可以与第一曲柄臂对应地具有第二紧固表面，在该第二紧固表面上，布置有与第一平衡配重对应的第二平衡配重。
特别地，所述往复活塞式发动机包括第二内部磁场单元，所述第二内部磁场单元布置在所述曲轴的第二曲柄臂上，该第二曲柄臂轴向相邻于所述第一连杆轴承且与第一曲柄臂轴向相反地定位，使得第二内部磁场单元相对于所述曲轴轴线径向向外指向，并且在所述曲轴的旋转过程中，在轴向相邻于所述连杆运动几何空间的第二圆形几何路径上围绕所述曲轴轴线循环。第二外部磁场单元以静止方式在所述曲轴箱中布置成与所述第二圆形路径径向间隔开，从而使得所述第二外部磁场单元和所述第二内部磁场单元一起形成第二机电转换器。所述至少一个第一连杆的所述连杆运动几何空间在所述第一圆形路径和所述第二圆形路径之间的轴向中间空间中延伸。所述第二曲柄臂具有位于相对于所述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二紧固表面。第二平衡配重在径向方向上以形状配合方式固定至所述第二紧固表面。所述第二平衡配重由不可磁化材料构成。所述第二内部磁场单元布置在所述第二平衡配重的径向向外指向的一侧。特别地，所述第二内部磁场单元相当于所述第一内部磁场单元。特别地，所述第二外部磁场单元相当于所述第一外部磁场单元。特别地，所述第二平衡配重相当于所述第一平衡配重。
两个第一连杆还可以布置在所述第一连杆轴承上，这两个第一连杆彼此相邻地以可旋转的方式安装在所述曲轴的第一连杆轴承中，并且这两个第一连杆在所述曲轴的旋转过程中在形成公共连杆运动几何空间的两个不同的连杆运动空间中共同进行连杆运动，如特别地在V型发动机的情况中一样。
根据本发明，所描述的每个连杆轴承具有一个或两个机电转换器并且每个连杆轴承具有一个或两个连杆的布置可以在直列型、V型、VR型、W型或其他构造类型的任何多缸发动机中使用，其中根据本发明，一个或多个机电转换器仅布置在一些连杆轴承上或者布置在全部连杆轴承上。特别地，所述多个机电转换器可以依赖于功率需求的方式单独地切换。
本发明的特别的优点在于，所描述的电化往复活塞式发动机可以基于传统的非电化往复活塞式内燃发动机，也就是说，可以基于没有装备集成的电动机或发电机的发动机，特别是奥托循环发动机或柴油内燃机。因而，可以通过在对往复活塞式发动机进行相对较小修改的情况下使用相同基础的内燃机，而对内燃机驱动的车辆进行纯电驱动并且/或者配备有附加发电机。为了集成机电转换器，只需要对往复活塞式发动机针对其曲轴进行较小修改。根据本发明的曲轴可以基于传统的曲轴，并且可以特别地通过切割加工过程来制造。
本发明的进一步优点在于，机电转换器可以完成集成在往复活塞式发动机的曲轴中，使得能够省去用于驱动车辆(特别是混合动力车辆)的附加电动机或者用于发电的发电机。此外，可以省去外部交流发电机。
往复活塞式发动机可以包括将曲轴箱关闭的油底壳，并且所述线圈单元可以被浸入在位于油底壳的润滑油中，由此实现了通过容纳在油底壳中的润滑油冷却所述线圈单元并因而实现了冷却电机转换器。
本发明的进一步方面设置成：所述曲轴由可磁化或不可磁化材料构成，第一曲柄臂不具有位于相对于所述曲轴轴线径向向外直径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，而是与所述第一平衡配重一体地形成，所述第一平衡配重因而与所述曲轴一样由可磁化或不可磁化材料构成，或者另选地，所述第一曲柄臂具有所描述的第一紧固表面，但是该平衡配重由可磁化材料构成，其中所述第一内部磁场单元布置在所述第一平衡配重的相对于所述曲轴轴线径向向外指向的一侧，其中所述第一内部磁场单元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并且具有基本位于所述曲轴轴线上的第一几何轴线，并且该圆弧状内环区段以大于135°，特别地大于180°，特别地大于210°的第一中心角延伸，其中特别地，所述第一中心角比所述平衡配重的圆周范围的中心角大至少60°，特别地大至少90°，特别地大至少120°，其中特别地，所述圆弧状内环区段在圆周方向上超过所述第一平衡配重的一侧或两侧伸出至少30°，特别地至少60°，特别地至少90°。特别地，所述圆弧状内环区段以360°的第一中心角延伸，并且所述第一内部磁场单元具有围绕所述第一曲柄臂的闭合圆形内环的形状。该往复活塞式发动机的其他特征可以如在背景技术中描述的一样。
本发明还涉及一种由如下部分构成的系统：所描述的根据本发明的往复活塞式发动机；可充电和可放电的电能存储器；电控制单元；以及用于检测所述曲轴的位置的曲轴传感器。所述能量存储器例如可以是可充电和可放电的电池或电容器。特别地，所述电控制单元可以由电子控制器(特别是发动机控制单元)形成。所述曲轴传感器例如为电子角度传感器，通过该电子角度传感器能够检测到所述曲轴相对于所述气缸体的角位置(特别是离散的角位置范围)，并且特别地以电子信号形式将该角位置供应至所述控制单元。
所述系统的控制单元与所述电能存储器、所述第一机电转换器以及(如果设置的话)所述第二机电转换器或每个其他的机电转换器电互连，并且被设计成特别是编程为使得所述往复活塞式发动机能够在电动机操作模式和发电机操作模式之间切换。
在所述电动机操作模式中，所述曲轴能够借助于正在放电的所述电能存储器利用电动机动作(通过将电压施加至至少一个机电转换器更具体地说施加至其至少一个线圈单元，从而所述转换器用作电动机)来驱动。在所述发电机操作模式中，所述电能存储器能够借助于被机械驱动的所述曲轴来充电，特别地借助于通过所述往复活塞式发动机利用内燃机动作而被驱动的曲轴或者借助于通过外部动作(例如通过车辆减速过程中车辆车轮而被驱动的曲轴来充电。所述切换可以以依赖于往复活塞式发动机的操作模式、依赖于其内燃机功率、依赖于电能存储器的充电状态和/或外部用户预设置的方式自动地进行。这种自动切换系统特别地可从混合动力车辆技术领域获知。
所述往复活塞式发动机具有用于至少一个第一排气门的可电致动的可变排气门驱动器，该至少一个第一排气门被分配给联接至所述至少一个第一连杆的第一活塞的第一燃烧室，所述可电致动的可变排气门驱动器被设计成使得所述至少一个第一排气门不管所述曲轴的位置如何都能够被打开。用于打开和关闭往复活塞式发动机的进气门和/或排气门的这种可变的且可自由致动的气门驱动器特别是机电、电磁或气动气门驱动器在来自现有技术的各种实施方式中是已知的。
根据本发明，所述控制单元与所述曲轴传感器和所述可变排气门驱动器互连，并且被设计成特别是被编程为使得在所述电动机操作模式中，所述至少一个第一排气门在所述曲轴的其中所述第一活塞位于压缩冲程的位置范围内打开。在针对所述第一活塞的往复运动进行测量时，所述第一排气门在每种情况下均在所述第一活塞整个压缩冲程和排气冲程期间打开，另选地在相应冲程的大部分期间打开，特别地至少在所述冲程的35％、50％、75％或90％期间打开，从而能够以减小的阻力利用电动机来驱动所述往复活塞式发动机。特别地，所述控制单元被编程为使得所述排气门在所述曲轴的一角度位置范围内打开或被打开，该角度位置范围对应于所述压缩冲程和排气冲程。根据本发明，本发明的该方面不仅可以利用根据本发明描述的往复活塞式发动机实现，而且可以一般地与具有机械联接至任何电机转换器(特别是电动机或发电机)的任何曲轴的往复活塞式发动机组合使用，其中所述曲轴能够在电动机操作模式中由所述机电转换器来驱动。
此外，本发明包括另一个系统，该另一个系统可以是基于在背景技术中描述的系统并具有该系统的特征，但是该另一个系统不是必然基于此，并且也可以作为独立系统使用。如结合以上的系统描述的那样，所述另一个系统包括：往复活塞式发动机，该往复活塞式发动机被特别地设计为所描述的根据本发明的往复活塞式发动机；可充电和可放电的电能存储器；和用于检测曲轴的位置的曲轴传感器。另外，该系统包括电功率控制元件。该电功率控制单元例如由电控制单元(特别是由在背景技术中提及的电控制单元)或由电子控制器(特别是发动机控制单元)形成。
所述往复活塞式发动机具有：第一活塞，该第一活塞分配有布置在所述第一连杆轴承的一侧的第一机电转换器以及特别地布置在所述第一连杆轴承的另一侧的第二机电转换器。该第一活塞连接至以可旋转的方式安装在所述曲轴的第一连杆轴承中的至少一个第一连杆。此外，该往复活塞发动机具有第二活塞，该第二活塞分配有布置在第二连杆轴承的一侧的第三机电转换器以及特别地布置在所述第二连杆轴承的另一侧的第四机电转换器。所述第二活塞联接至以可旋转的方式安装在所述曲轴的第二连杆轴承中的至少一个第二连杆。特别地，所述第三机电转换器相当于所述第一机电转换器，所述第四机电转换器相当于所述第二机电转换器。
所述功率控制元件特别地通过电子信号连接与所述电能存储器、所述第一机电转换器和所述第三机电转换器电互连，特别地还与所述第二机电转换器和/或所述第四机电转换器电互连，并且被设计成特别地编程为使得所述往复活塞式发动机能在以电动机操作模式操作。另选地，所述功率控制元件被设计和互连成使得所述往复活塞式发动机能够以发电机操作模式操作。另选地，所述功率控制单元被设计和互连成使得所述往复活塞式发动机能够可切换地在电动机操作模式中或在发电机操作模式中进行操作。在电动机操作模式中，所述曲轴能够借助于正在放电的所述电能存储器利用电动机动作以可调节功率(借助于从所述电能存储器供应电流并且以可调节的机械输出功率作为电动机操作的至少一个机电转换器)进行驱动。所述功率的调节特别地以连续可变方式进行。在发电机操作模式中，所述电能存储器能够借助于被机械驱动的所述曲轴(特别是借助于通过所述往复活塞式发动机利用内燃机动作而被驱动的曲轴)进行充电，或者借助于被外部动作(例如通过车辆减速过程中的车辆车轮)驱动的曲轴进行充电，并且通过至少从一个机电转换器(所述至少一个机电转换器以可调节电功率作为发电机操作)拾取的用于给所述电能存储器充电的电流进行充电。
所述功率控制元件与所述电能存储器、所述第一机电转换器、所述第三机电转换器和所述曲轴传感器电互连，并且特别地还与所述第二机电转换器和/或所述第四机电转换器电互连，并且被设计成特别是编程为使得：能够将功率以第一功率分数分配给所述第一机电转换器，特别地还分配给所述第二机电转换器，并以第二功率分数分配给所述第三机电转换器，并且还特别地分配给所述第四机电转换器。因此，所述第一功率分数被分配给所述第一连杆轴承，所述第二功率分数被分配给所述第二连杆轴承。这两个功率分数的权重，换言之，由所述第一功率分数和由所述第二功率分数构成的可变功率的分数通过所述功率控制元件因而同样是可变的。
所述功率控制元件被设计成使得以依赖于所述曲轴的位置的方式进行功率到所述第一机电转换器以及到所述第三机电转换器的分配。换言之，所述功率控制元件被设计成使得，这两个功率分数的权重，即由所述第一功率分数和由所述第二功率分数构成的可变功率的分数通过所述功率控制元件以依赖于曲轴的位置的方式实现。
因而，通过所述机电转换器在所述第一连杆轴承处和在所述第二连杆轴承处施加或拾取的扭矩和/或由此在垂直于曲轴轴线的方向上施加至曲轴的横向力可以以依赖于曲轴的位置的方式进行控制。特别地，如果所述机电转换器被设计成使得相应的磁场在相应的连杆轴承上向曲轴施加横向力，特别地如果内部和/外部磁场单元没有完全围绕所述曲轴而是特别地仅在一侧，特别地以小于360°或270°的围绕角围绕所述曲轴，则可能出现后者的情况。特别地如果内部磁场单元均具有围绕相应的曲柄臂的圆弧状内环区段的形状且该相应的圆弧状区段以小于360°或270°的第一中心角延伸，并且/或者如果外部磁场单元均具有以径向间隔围绕第一内部磁场单元的第一圆形路径的圆弧状外环区段的形状并且相应的圆弧状外环区段以小于360°或270°的第二中心角延伸，则就是这种情况。磁场单元的未围绕区段优选指向相应的活塞或背离所述活塞。
在所述曲轴这样被不完全地围绕的情况下，所述磁场单元在输出功率或吸收功率时垂直于曲轴轴线在所述曲轴上施加横向力。所述横向力可以被用来减小或补偿在所述曲轴上产生的较高阶(特别是二阶)的惯性力和惯性扭矩。特别地，例如在四缸直列发动机的情况下，能够补偿在平行于活塞的往复运动的方向上作用在曲轴上的摆动扭矩。因此，本发明的一个改进设置成：功率的分配以依赖于曲轴位置的方式进行，使得能够减小或补偿由于曲轴、至少一个第一连杆、至少一个第二连杆、第一活塞和/或第二活塞的运动而产生的较高阶(特别是二阶)的惯性力和惯性扭矩，特别是在垂直于曲轴轴线的方向上的摆动扭矩。
下面将基于在附图中示意性示出的具体示例性实施方式，仅仅以举例的方式更详细地描述根据本发明的往复活塞式发动机和根据本发明的系统。
详细地说，在附图中：
图1A以斜视图示出根据本发明的往复活塞式发动机的第一示例性实施方式，该往复活塞式发动机具有闭合环状内部永磁体单元和圆弧状外部线圈单元；
图1B从正面以剖视图示出结合在系统内的第一示例性实施方式；
图1C从侧面以剖视图示出第一示例性实施方式，其中活塞位于下止点；
图1D从侧面以剖视图示出第一示例性实施方式，其中活塞位于上止点；
图1E以斜视图示出第一示例性实施方式的没有平衡配重的曲轴；
图1F以斜视图示出第一示例性实施方式的平衡配重；
图1G以斜视图示出第一示例性实施方式的具有平衡配重的曲轴；
图1H以斜视图示出第一示例性实施方式的具有平衡配重和环状内部永磁体单元的曲轴；
图1I以斜视图示出第一示例性实施方式的环状内部永磁体单元，该环状内部永磁体单元具有彼此相邻地布置的第一永磁体，该第一永磁体具有指向公共圆周方向的北极；
图1J以斜视图示出第一示例性实施方式的具有180°的第二中心角的圆弧状外部线圈单元，该圆弧状外部线圈单元具有第二线圈，该第二线圈具有平行于曲轴轴线延伸的第二线圈轴线；
图2A以斜视图示出曲轴的第一另选实施方式，该曲轴具有圆弧状内部永磁体单元，该圆弧状内部永磁体单元具有180°的第一中心角；
图2B以斜视图示出曲轴的第一另选实施方式，该曲轴具有圆弧状内部永磁体单元，该圆弧状内部永磁体单元具有180°的第一中心角；
图3A以斜视图示出根据本发明的往复活塞式发动机的第二示例性实施方式，该往复活塞式发动机具有闭合环状内部永磁体和圆弧状外部线圈单元；
图3B以斜视图示出第二示例性实施方式的具有平衡配重和环状内部永磁体单元的曲轴；
图3C以斜视图示出第二示例性实施方式的环状内部永磁体单元，该环状内部永磁体单元具有相邻布置的第一永磁体，所述第一永磁体具有指向径向方向的极性交替取向的磁极；
图3D以斜视图示出第二示例性实施方式的具有180°的第二中心角的圆弧状外部线圈单元，该圆弧状外部线圈单元具有第二线圈，该第二线圈具有在圆周方向上延伸的第二线圈轴线。
图4A以斜视图示出根据本发明的往复活塞式发动机的第三示例性实施方式，该往复活塞式发动机具有闭合环状内部永磁体单元和闭合环状外部线圈单元；
图4B以斜视图示出第三示例性实施方式的具有平衡配重和环状内部永磁体单元的曲轴；
图4C以斜视图示出第三示例性实施方式的环状内部永磁体单元，该环状内部永磁体单元具有相邻布置的第一永磁体，该第一永磁体具有指向径向方向的极性交替取向的磁极；
图4D从侧面以剖视图示出第三示例性实施方式的环状外部线圈单元，该环状外部线圈单元具有第二线圈，所述第二线圈在圆周方向上彼此成行布置并且具有相对于曲轴轴线径向延伸的第二线圈轴线；
图5A以斜视图示出根据本发明的往复活塞式发动机的第四示例性实施方式，该往复活塞式发动机具有闭合环状内部永磁体单元和闭合环状外部线圈单元；
图5B以斜视图示出第四实施方式的环状外部线圈单元，该环状外部线圈单元具有第二线圈，该第二线圈具有平行于曲轴轴线延伸的第二线圈轴线；
图6从侧面以剖视图示出第二另选实施方式，该第二另选实施方式具有：环状内部线圈单元，该环状内部线圈单元具有在圆周方向上彼此成行布置并且具有相对于曲轴轴线径向延伸的第一线圈轴线的第一线圈；和环状外部永磁体单元，该环状外部永磁体单元具有相邻布置的第二永磁体，该第二永磁体具有指向径向方向的极性交替取向的磁极；
图7A从侧面以剖视图示出第三另选实施方式，该第三另选实施方式具有：环状内部线圈单元，该环状内部线圈单元具有在圆周方向上彼此成行布置并且具有相对于曲轴轴线径向延伸的第一线圈轴线的第一线圈；和环状外部线圈单元，该环状外部线圈单元具有在圆周方向上彼此成行布置并且具有相对于曲轴轴线径向延伸的第二线圈轴线的第二线圈；以及
图7B以来自图7A的A-A剖切图示出横向线圈和连接至内部线圈单元的第一线圈的附加线圈。
由于这些附图从不同的视角以不同的详细程度部分地示出了同一个示例性实施方式，并且这些示例性实施方式仅部分地在某些特征方面不同，因此这些附图的如下描述将部分地不提供前面已经提及的参考标记和特征的重复说明，并且将部分地仅仅讨论各个示例性实施方式之间的不同。
图1A至图1J从不同的视角以不同的详细程度示出了根据本发明的往复活塞式发动机的第一示例性实施方式。下面将共同地讨论所述附图。
第一示例性实施方式的往复活塞式发动机是四缸直列式发动机，该发动机根据奥托循环发动机原理操作，如图1A和图1B所示。该往复活塞式发动机基本由气缸体1、部分地形成在气缸体1中并且在底部由油底壳52限定的曲轴箱2、曲轴3以及通过四个连杆5和32连接至曲轴3的四个活塞27和31组装而成。下面，为了简单起见，将仅仅给出第一活塞27和第二活塞31及其周边的部分描述。
曲轴3被布置在曲轴箱2内从而可在总共五个主轴承44a和44b中围绕几何曲轴轴线4旋转，并且通过五个轴承盖49而保持于此，这五个轴承盖49通过轴承盖螺栓50固定至气缸体1，如图1A中所示。
曲轴3由可磁化材料一体式形成。
第一连杆5可旋转地安装在曲轴3的第一连杆轴承6中并且在曲轴3的旋转期间在几何连杆运动空间7中进行连杆运动。第一活塞27安装在第一连杆5的连杆头孔中，如图1A和图1B所示。
第二连杆32可旋转地安装在曲轴3的第二连杆轴承33中，并且在曲轴3的旋转期间，同样在连杆几何空间中进行连杆运动。
这同样适合于其他连杆、连杆轴承和活塞。下面，将仅仅基于第一连杆5、第一连杆轴承6和第一活塞27来部分地描述它们的布置。
曲轴3的第一连杆轴承6经由第一曲柄臂9a连接至相邻的第一主轴承44a并经由第二曲柄臂9b(该第二曲柄臂9b与第一曲柄臂9a相反地定位)连接至第二主轴承44b，其中曲柄臂9a和9b使第一连杆轴承6相对于曲轴轴线4产生径向偏移，如图1E所示。
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相反地定位的一侧的第一紧固表面13a。此外，第二曲柄臂9b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相反地定位的一侧的第二紧固表面13b，如图1E中所示。与第一连杆轴承6相反地定位的紧固表面13a和13b是平坦的并且位于同一平面内。对应地，在每种情况下，两个紧固表面也与曲轴3的其他连杆轴承相反地定位，诸如，例如，第三紧固表面13c与第二连杆轴承33相反地定位在第三曲柄臂9c上，第四紧固表面13c与第二连杆轴承33相反地定位在第四曲柄臂9d上，这与图1E对应。
第一平衡配重14a在径向方向上以形状配合方式固定至第一紧固表面13a，第二平衡配重14b在径向方向上以形状配合方式固定至第二紧固表面13b，第三平衡配重14c在径向方向上以形状配合方式固定至第三紧固表面13c，并且第四平衡配重14d在径向方向上以形状配合方式固定至第四紧固表面13d。这同样适合于其他紧固表面。平衡配重14a、14b、14c、14d到紧固表面13a、13b、13c、13d的形状配合固定在每种情况下都是通过两个平衡配重螺栓45实现的，其中相应的平衡配重14a、14b、14c和14d通过定心螺栓46a在相应的紧固表面13a、13b、13c和13d上居中，如图1F和图1G所示。与其他平衡配重一样，平衡配重14a、14b、14c和14d由不可磁化材料(例如铸铁、高等级钢、碳纤维、陶瓷材料或铝)构成。所有平衡配重都彼此相当。
第一内部磁场单元8a布置在第一平衡配重14a的相对于曲轴轴线4径向向外指向的一侧。因此，第一内部磁场单元8a间接地经由第一平衡配重14a布置在曲轴3的与第一连杆轴承6轴向相邻的第一曲柄臂9a上，如图1B和图1H所示。
与该布置对应，通过将第二内部磁场单元8b固定至第二平衡配重14b的径向向外指向的一侧而将该第二内部磁场单元8b布置在曲轴3的与第一连杆轴承6轴向相邻并且与第一曲柄臂9a相反地轴向定位的第二曲柄臂9b上。
因而，内部磁场单元(例如第三磁场单元8c)也布置在其他平衡配重上，如同样在图1B和图1H中所示的那样。
内部磁场单元8a、8b和8c在每种情况下都被分别推动到在相应的平衡配重14a或14b或14c上的在轴向方向上(即平行于曲轴轴线4)延伸的第一线性引导件17a或第二线性引导件17b或第三线性引导件17c中，并且在第一线性引导件17a或第二线性引导件17b或第三线性引导件17c处被轴向地固定，使得所述内部磁场单元不能移位，如图1B和图1H所示。线性引导件17a、17b和17c通过底切以形状配合方式将相应的内部磁场单元8a、8b或8c相对于曲轴轴线4在径向方向上(即在离心方向上向外)并且在圆周方向上(即旋转地)固定。在图1F、图1G和图1I中示出了形成在第一内部磁场单元8a和第一平衡配重14a中的第一线性引导件17a的详细视图。图1G中示出了第二平衡配重14b的第二线性引导件17b。
第一内部磁场单元8a、8b和8c具有闭合圆形内环的形状，该闭合圆形内环围绕相应的曲柄臂9a、9b或9c并且具有位于曲轴轴线4上的第一几何轴线15。换言之，所述第一内部磁场单元具有围绕相应的曲柄臂9a、9b或9c并且具有位于曲轴轴线4上的公共第一几何轴线15的圆弧状内环区段的形状，其中该圆弧状内环区段以360°的第一中心角α延伸，使得相应的圆弧闭合而形成环，如图1I所示。
为了更好地稳定所有环状内部磁场单元8a、8b和8c，这些单元均通过稳定螺栓47(图1G)连接至相应的连杆轴承6。
所有内部磁场单元(在当前示例性实施方式中为八个内部磁场单元)都彼此相当(图1H)。
内部磁场单元8a、8b和8c为永磁的并且均分别采取内部永磁体单元8b、8b和8c的形式。因此，第一内部永磁体单元8a相对于曲轴轴线4具有在圆周方向上相互成行布置的多个第一永磁体16，其中所述第一永磁体16沿着圆形内环彼此相邻地布置并且具有在公共圆周方向上指向的北极N，使得第一永磁体16的磁极性在圆周方向上交替，从而在曲轴3的旋转期间产生交变磁场，如图1I所示。换言之，永磁体单元8a、8b和8c由磁体环形成，所述磁体环沿着环圆周具有多个交替的磁北极N和磁南极S，使得北极N和南极S在圆周方向上彼此交替。
因而，第一内部磁场单元8a、第二内部磁场单元8b和第三内部磁场单元8c相对于曲轴轴线4径向向外指向。此外，在曲轴3的旋转过程中，所述内部磁场单元在每种情况下都在与连杆运动空间7轴向相邻的几何圆形路径上围绕曲轴轴线4循环；具体地说，第一内部磁场单元8a在第一圆形路径10a上循环，第二内部磁场单元8b在第二圆形路径10b上循环，如图1B和图1H所示。
第一连杆5的连杆运动空间7位于第一圆形路径10a和第二圆形路径10b之间的轴向中间空间内，如图1B所示。这相应地也适合于其他连杆。
第一外部磁场单元11a以静止方式布置在曲轴箱2中从而与环状第一内部永磁体单元8a的第一圆形路径10a径向间隔开。第二外部磁场单元11b同样以静止方式设置在曲轴箱2中从而与第一外部磁场单元11a平行并间隔开，该第二外部磁场单元以径向间隔围绕环状第二内部永磁体单元8b的第二圆形路径10b，如图1A、图1B、图1C和图1D中所示。因而，每个内部永磁体单元分配有一个外部磁场单元。
所有外部磁场单元11a、11b、11c和11d具有圆弧状外环区段的形状，该圆弧状外环区段围绕相应的内部磁场单元8a、8b、8c和8d的相应圆形路径并且具有位于曲轴轴线4上的第二几何轴线18(图1A、图1C、图1D和图1J)。所述相应的圆弧状外环区段具有180°的第二中心角β，如图1J所示。
所有外部磁场单元11a、11b、11c和11d都是电磁的，并且分别采取外部线圈单元11a、11b、11c和11d的形式。这些外部线圈单元在每种情况下都具有一个第二线圈19c，该第二线圈19c的第二线圈轴线20c平行于曲轴轴线4延伸(图1J)。
第一内部永磁体单元8a和第一外部线圈单元11a因而被布置并设计成使得它们一起形成第一机电转换器12a。在曲轴3的旋转过程中并且因此也在第一内部永磁体单元8a的旋转过程中，在第一外部线圈单元11a中产生交变磁场，由此在第二线圈19c中感应出交流电压。所述电压可以例如用来对电能存储器进行充电。第一机电转换器12a在这种情况下为发电机。
相反，通过给第一外部线圈单元11a的第二线圈19c施加交流电压，能够在第一内部永磁体单元8a上施加磁力，从而能够使第一内部永磁体单元8a并因此还使曲轴3旋转。在这种情况下，第一机电转换器12a形成电动机。
对应的情况适合于分别形成第二机电转换器12b、第三机电转换器12c和第四机电转换器12d的第二内部永磁体单元8a和第二外部线圈单元11a、第三内部永磁体单元8a和第三外部线圈单元11a以及第四内部永磁体单元8a和第四外部线圈单元11a。
该往复活塞式发动机具有用于分配给第一活塞27的第一燃烧室26的第一排气门25以及用于其他活塞的每个另外排气门的可电致动的可变排气门驱动器24。可变排气门驱动器24被设计成使得第一排气门25和每个其他排气门能够独立于曲轴3的位置而打开。
该往复活塞式发动机被结合至在图1B中示意性示出的系统内，该系统包括可充电和可放电的电能存储器21、电控制单元22、电功率控制元件30和用于检测曲轴3的角位置的曲轴传感器23。
控制单元22与电能存储器21、与第一机电转换器12a、与第二机电转换器12b并且与所有其他机电转换器电互连。此外，控制单元22被设计成使得该往复活塞式发动机能够在电动机操作模式和发电机操作模式之间切换。在电动机操作模式中，曲轴3通过发电的电能存储器21利用电动机作用来驱动。在发电机操作模式中，电能存储器21借助于被机械驱动的曲轴3而充电，例如曲轴3借助于通过往复活塞式发动机进行的内燃机动作而被驱动或者由于曲轴3被外部动作驱动。
控制单元22与曲轴传感器23以及可变排气门驱动器24互连，并且被设计成使得在电动机操作模式中，第一排气门25在曲轴3的其中第一活塞27位于压缩冲程29中的位置范围28内打开，如图1C中的箭头28和29所示的。压缩冲程位于曲轴3的该位置范围28内，其中第一活塞27在图1D所示的第一活塞27的上止点的方向上从图1C所示的第一活塞27的下止点进行运动29。对应的情形适合于其他活塞和分配给这些活塞的排气门。
通过所述措施，实现了在电动机操作模式中，相应的燃烧室26中不必发生压缩，并且能够减小往复活塞式发动机的阻力距。
功率控制元件30与电能存储器21、第一机电转换器12a、第二机电转换器12b、第三机电转换器12c、第四机电转换器12d以及每个其他机电转换器电互连。此外，该功率控制单元30被设计成使得在电动机操作模式中，曲轴3能够借助于正放电的电能存储器21以可调功率利用电动机动作来驱动，而在发动机操作模式中，电能存储器21能够借助于被机械驱动的曲轴3利用可调功率充电。
功率控制元件30可以是控制单元22的功能组成部分，反之亦然。
功率控制元件30与电能存储器21、所有机电转换器和曲轴传感器23电互连，并且被设计成使得能够将功率以不同的功率因数分配给在每种情况下被分配给每个活塞的机电转换器对12a和12b、12c和12d等等，使得能够给活塞分配不同水平的电功率。以依赖于曲轴3的位置的方式将功率分配给转换器对12a和12b、12c和12d等等。具体而言，以依赖于曲轴3的位置的方式进行功率分配，使得能够减小或补偿由于曲轴3、所有连杆和所有活塞的运动而引起的相对高阶(特别是二阶)的惯性力和惯性扭矩，如在背景技术中所述。
图2A和图2B示出了曲轴3的第一另选实施方式。在该另选实施方式中，代替如在图1A至图1J的第一实施方式中的围绕相应曲柄臂9a、9b、9c和9d的闭合圆形内环的形状，所有内部永磁体单元8a、8b、8c和8d具有围绕相应曲柄臂的圆弧状内环区段。所述开环区段具有半圆形形状，该半圆形形状具有位于曲轴轴线4上的第一几何轴线15。因而，该圆弧状内环区段具有180°的第一中心角α，如图2A和图2B所示。在曲轴3的旋转期间，内部永磁体单元8a和8b分别在通过图2A中的虚线示出的第一圆形几何路径10a和10b上围绕曲轴轴线4循环。
图3A至图3D示出了根据本发明的往复活塞式发动机的第二示例性实施方式，该往复活塞式发动机具有闭合环状内部永磁体单元8a、8b、8c和8d以及圆弧状外部线圈单元11a、11b、11c和11d。
如在图1A至图1J的前述第一示例性实施方式中的情况一样，内部磁场单元为永磁的，并且采取第一内部永磁体单元8a、8b、8c和8d的形式。后者均采取围绕相应的曲柄臂的闭合圆形内环的形状。
在该示例性实施方式中，内部永磁体单元8a、8b、8c和8d也具有相对于曲轴轴线4在圆周方向上彼此成行布置的第一永磁体16，使得第一永磁体16的磁极性在圆周方向上交替，从而在曲轴3的旋转过程中产生交变磁场。然而，相对于前述示例性实施方式，永磁体16的取向不同。在该示例性实施方式中，第一永磁体16沿着圆形内环区段彼此相邻地布置，并且具有指向径向方向的交替的磁北极N和磁南极S，如图3C所示。
外部磁场单元为电磁的，并且采取外部线圈单元11a、11b、11c和11d的形式。它们具有以径向间隔围绕内部永磁体单元8a和8b的相应圆形路径10a和10b并且具有位于曲轴轴线4上的第二几何轴线18的圆弧状外环区段，其中该圆弧状外环区段以180°的第二中心角β延伸，如图3D所示。
外部线圈单元具有在圆周方向上延伸的第二线圈19b，该第二线圈19b的第二环状线圈轴线20b在圆周方向上延伸，如图3D所示。如同样在图3D中示出的，在每种情况下，两个外部线圈单元11a和11b被组装在一个壳体中，其中两个外部线圈单元11a和11b的相应第二线圈19b由同一组装的第二线圈19b形成。
如图4A至图4D所示的根据本发明的往复活塞式发动机的第三示例性实施方式同样具有闭合环状内部永磁体单元8a、8b、8c和8d(所述内部永磁体单元具有第一几何轴线15)，但是具有闭合环状外部线圈单元11a、11b、11c和11d。
如在图3A至图3D的第二示例性实施方式中一样，内部永磁体单元8a、8b、8c和8d具有相对于曲轴轴线4在圆周方向上彼此成行布置的第一永磁体16，从而第一永磁体16的磁极性在圆周方向上交替，使得在曲轴3的旋转过程中产生交变磁场。第一永磁体16沿着圆形内环区段彼此相邻布置并且具有指向径向方向的交替的磁北极N和磁南极S，如图4C所示。
外部线圈单元11a、11b、11c和11d具有以径向间隔围绕相应的内部永磁体单元8a、8b、8c和8d的相应圆形路径10a和10b并且具有位于曲轴轴线4上的第二几何轴线18的圆弧状外环区段的形状，其中该圆弧状外环区段以360°的第二中心角β延伸，使得外部线圈单元11a、11b、11c和11d具有以径向间隔围绕相应的内部磁场单元8a、8b、8c和8d的闭合圆形外环的形状，如图4A和图4D所示。
图4D更详细地示出了第一外部线圈单元11a。第一外部线圈单元11a具有在圆周方向上彼此成行布置的第二线圈19a，该第二线圈19a的第二线圈轴线20a相对于曲轴轴线4径向延伸，从而所述第二线圈轴线在位于第二轴线18(其与曲轴轴线4重合)上的公共点处相交。
图5A和图5B示出了根据本发明的往复活塞式发动机的第四示例性实施方式，该往复活塞式发动机具有闭合环状内部永磁体单元8a、8b、8c和8d和闭合环状外部线圈单元11a、11b、11c和11d。
如图5B所示，第四示例性实施方式的环状第一外部线圈单元11a具有第二线圈19d，该第二线圈19d具有平行于曲轴轴线4延伸并位于第二轴线18上的第二线圈轴线20d。所述第二线圈19d完成围绕内部永磁体单元8a。其他内部永磁体单元和外部线圈单元以分别与第一内部永磁体单元8a和第一外部线圈单元11a相同的方式构成。
具有第二线圈19d的环状第一外部线圈单元11a具有托架51，通过该托架51将第一外部线圈单元11a直接保持在轴承盖49上，该轴承盖49通过轴承盖螺栓50固定至气缸体1，如图5A和图5B所示。
在以上提供的示例性实施方式中，内部磁场单元在每种情况下都由内部永磁体单元形成，而外部磁场单元在每种情况下都由外部线圈单元形成。然而，内部磁场单元也可以是内部线圈单元，外部磁场单元也可以是如图6所示的外部永磁体单元或与图7对应的外部线圈单元。
图6示出第二另选实施方式，其中具有闭合圆形内环(该闭合圆形内环具有位于曲轴轴线4上的第一轴线15)的第一内部磁场单元是电磁的，并且采取第一内部线圈单元34的形式。第一内部线圈单元34具有相对于曲轴轴线4在圆周方向上彼此成行布置的第一线圈35，该第一线圈35的第一线圈轴线36相对于曲轴轴线4径向地延伸。
第一外部磁场单元具有闭合圆形外环的形状，该闭合圆形外环具有位于曲轴轴线4上的第二轴线18，并且所述第一外部磁场单元为永磁的，并且采取第一外部永磁体单元37的形式。第一外部永磁体单元37具有第二永磁体43，所述第二永磁体43相对于曲轴轴线4在圆周方向上彼此成行布置，从而第二永磁体43的磁极性在圆周方向上交替，使得在曲轴3的旋转过程中产生交变磁场。为此，第二永磁体43沿着圆弧状内环区段彼此相邻布置，并且具有指向径向方向上的极性取向交替的北极N和南极S。
图7A和图7B示出了内部和外部磁场单元的第三另选实施方式。尽管之前的情况是内部或外部磁场单元由永磁体单元形成，但是第三另选实施方式规定两个单元都是线圈单元。这样，可以完全省去永磁体的使用。
与在图6的实施方式中的情况同样，该第一内部磁场单元具有闭合圆形内环的形状，该闭合环形内环具有位于曲轴轴线4上的第一轴线15。此外，第一内部磁场单元是电磁的，并且采取第一内部线圈单元34的形式。第一内部线圈单元34具有相对于曲轴轴线4在圆周方向上彼此成行布置的第一线圈35，该第一线圈35的第一线圈轴线36相对于曲轴轴线4径向延伸并且在第一轴线15处相交。
第一线圈35被布置和互连成使得第一线圈35的磁极性(即北极N和南极S)在圆周方向上交替，从而在曲轴3的旋转过程中产生交变磁场。
第一外部线圈单元11a具有圆形外环的形状，该圆形外环以径向间隔围绕第一内部线圈单元34并且具有位于曲轴轴线4上的第二几何轴线18。
第一外部线圈单元11a具有在圆周方向上彼此成行布置的第二线圈19a，该第二线圈19a的第二线圈轴线20a相对于曲轴轴线4径向延伸，从而所述线圈轴线在位于第二轴线18(该第二轴线与曲轴轴线4重合)上的公共点处相交。
为了向第一内部线圈单元34供应电压从而使得在曲轴3的旋转过程中在圆周方向上产生交变磁场，第一内部线圈单元34具有电连接至第一线圈35的附加线圈38。这里，每个第一线圈35被分配一附加线圈38。在圆周方向上彼此成行布置的附加线圈38具有平行于曲轴轴线4延伸的附加线圈轴线40，如图7A和图7B所示。
电磁横向磁场单元39以静止方式与第一内部线圈单元34的第一圆形路径10a轴向相邻地布置在曲轴箱2中，其中每个附加线圈38被分配一电磁横向磁场单元39。曲轴箱2中的布置在图5A中由附图标记39示意性表示。在圆周方向上彼此成行布置的横向线圈41具有平行于曲轴轴线4延伸的横向线圈轴线42。附加线圈38和横向磁场单元39相对于曲轴轴线4相对于彼此布置在轴向相对位置，并且被设计成使得在曲轴3围绕曲轴轴线4旋转的过程，所述附加线圈和横向磁场单元一起形成用于向第一线圈35供应电压的发电机。因而，第一内部线圈单元34在其旋转时形成了用于在第一外部线圈单元11a中产生感应电压的磁场。
根据本发明，所示出的示例性实施方式的各个特征和实施方式可以自由地进行组合。

Claims (20)

1.一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.根据权利要求1至13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
·为电磁的；并且
·采取第一外部线圈单元(11a)的形式。
15.根据权利要求14所述的往复活塞式发动机，其特征在于，
所述第一外部线圈单元(11a)具有
·第二线圈(19a)，所述第二线圈(19a)在圆周方向上彼此成行布置，并且所述第二线圈(19a)的第二线圈轴线(20a)相对于所述曲轴几何轴线(4)径向延伸；或者
·至少一个第二线圈(19b)，该至少一个第二线圈(19b)在圆周方向上延伸，并且该至少一个第二线圈(19b)的第二线圈轴线(20b)在所述圆周方向上延伸；或者
·至少一个第二线圈(19c；19d)，该至少一个第二线圈(19c；19d)的第二线圈轴线(20c，20d)平行于所述曲轴几何轴线(4)延伸。
16.根据权利要求10或11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
·为永磁的；并且
·采取第一外部永磁体单元(37)的形式。
17.根据权利要求16所述的往复活塞式发动机，其特征在于，
所述第一外部永磁体单元(37)具有第二永磁体(43)，所述第二永磁体(43)相对于所述曲轴几何轴线(4)在圆周方向上彼此成行布置，使得所述第二永磁体(43)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：
·所述第二永磁体(43)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
·所述第二永磁体(43)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)。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的往复活塞式发动机，其特征在于，
·第二内部磁场单元(8b)，所述第二内部磁场单元布置在所述曲轴(3)的轴向相邻于所述第一连杆轴承(6)并且与所述第一曲柄臂(9a)轴向相反地定位的第二曲柄臂(9b)上，使得所述第二内部磁场单元(8b)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)的旋转过程中在轴向相邻于所述连杆运动几何空间(7)的第二圆形几何路径(10b)上围绕所述曲轴几何轴线(4)循环；以及
·第二外部磁场单元(11b)，该第二外部磁场单元(11b)以静止方式布置在所述曲轴箱(2)中从而与所述第二圆形几何路径(10b)径向间隔开，使得所述第二外部磁场单元(11b)和所述第二内部磁场单元(8b)一起形成第二机电转换器(12b)，
其中
·所述至少一个第一连杆(5)的所述连杆运动几何空间(7)在所述第一圆形几何路径(10)和所述第二圆形几何路径(10b)之间的轴向中间空间中延伸；
·所述第二曲柄臂(9b)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二紧固表面(13b)；
·第二平衡配重(14b)在径向方向上以形状配合方式固定至所述第二紧固表面(13b)；
·所述第二平衡配重(14b)由不可磁化材料构成；并且
·所述第二内部磁场单元(8b)布置在所述第二平衡配重(14b)的径向向外指向的一侧，
其中特别地
·所述第二内部磁场单元(8b)相当于所述第一内部磁场单元(8a)；并且/或者
·所述第二外部磁场单元(11b)相当于所述第一外部磁场单元(11a)；并且/或者
·所述第二平衡配重(14b)相当于所述第一平衡配重(14a)。
19.一种系统，该系统由如下部分构成：
·根据权利要求1至18中任一项所述的往复活塞式发动机；
·可充电和可放电的电能存储器(21)；
·电控制单元(22)；以及
·用于检测所述曲轴(3)的位置的曲轴传感器(23)；
其中
所述电控制单元(22)与所述电能存储器(21)、所述第一机电转换器(12a)以及特别地与所述第二机电转换器(12b)电互连，并且所述电控制单元(22)被设计成使得所述往复活塞式发动机能够在电动机操作模式和发电机操作模式之间切换：
-在所述电动机操作模式中，所述曲轴(3)能够借助于正在放电的所述电能存储器(21)利用电动机动作来驱动；并且
-在所述发电机操作模式中，所述电能存储器(21)能够借助于被机械驱动的所述曲轴(3)来充电，特别地借助于通过所述往复活塞式发动机利用内燃机动作而被驱动的所述曲轴(3)来充电，
并且
·所述往复活塞式发动机具有用于至少一个第一排气门(25)的可电致动的可变排气门驱动器(24)，该至少一个第一排气门(25)被分配给联接至所述至少一个第一连杆(5)的第一活塞(27)的第一燃烧室(26)，所述可电致动的可变排气门驱动器被设计成使得所述至少一个第一排气门(25)不管所述曲轴(3)的位置如何都能够被打开，
其特征在于，
·所述电控制单元(22)与所述曲轴传感器(23)和所述可电致动的可变排气门驱动器(24)互连，并且所述电控制单元(22)被设计成使得在所述电动机操作模式中，所述至少一个排气门(25)在所述曲轴(3)的其中所述第一活塞(27)位于压缩冲程(29)的位置范围(28)内打开。
20.一种系统，特别是根据权利要求19所述的系统，该系统由如下部分构成：
·根据权利要求1至18中任一项所述的往复活塞式发动机；
·可充电或可放电的电能存储器(21)；
·电功率控制元件(30)；以及
·用于检测所述曲轴(3)的位置的曲轴传感器(23)；
其中
·所述往复活塞式发动机具有：
-第一活塞(27)，该第一活塞(27)被分配给所述第一机电转换器(12a)并且特别地分配给所述第二机电转换器(12b)，并且该第一活塞(27)连接至所述至少一个第一连杆(5)；以及
-第二活塞(31)，该第二活塞(31)被分配给第三机电转换器(12c)，该第三机电转换器(12c)特别地相当于所述第一机电转换器(12a)，该第二活塞(31)联接至以可旋转的方式安装在所述曲轴(3)的第二连杆轴承(33)中的至少一个第二连杆(32)，
并且
·所述功率控制元件(30)与所述电能存储器(21)、所述第一机电转换器(12a)和所述第三机电转换器(12c)电互连，并且被设计成使得：
-在电动机操作模式中，所述曲轴(3)能够借助于正在放电的所述电能存储器(21)利用电动机动作以可调节功率来驱动；或者
-在发电机操作模式中，所述电能存储器(21)能够借助于被机械驱动的所述曲轴(3)以可调节功率来充电，特别是借助于通过所述往复活塞式发动机利用内燃机动作而被驱动的所述曲轴(3)以可调节功率来充电，
其特征在于，
所述功率控制元件(30)与所述电能存储器(21)、所述第一机电转换器(12a)、所述第三机电转换器(12c)和所述曲轴传感器(23)电互连，并且被设计成使得：
·将功率以第一功率分数分配给所述第一机电转换器(12a)，并以第二功率分数分配给所述第三机电转换器(12c)；
·以依赖于所述曲轴(3)的位置的方式将功率分配到所述第一机电转换器(12a)以及所述第三机电转换器(12c)；并且
·特别地，以依赖于所述曲轴(3)的位置的方式分配功率，使得减小或补偿由于所述曲轴(3)、所述至少一个第一连杆(5)、所述至少一个第二连杆(32)、所述第一活塞(27)和/或所述第二活塞(31)的运动而产生的相对较高阶特别是二阶的惯性力和惯性扭矩。
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