CN107429611A - 电力单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电力单元，尤其用于混合动力电动车辆，该电力单元包括往复式活塞引擎且包括能够与之驱动啮合的发电机，其中所述往复式活塞引擎具有在串列布置的至少两个汽缸(1、2)中引导的至少两个活塞，和两个反向旋转曲轴(7、8)，所述反向旋转曲轴通过连杆(5、6)连接到所述活塞(3、4)且以机械方式耦合以便同相，其中第一发电机(11)可由所述第一曲轴(7)驱动，且第二发电机(12)可由所述第二曲轴(8)驱动。

Description

电力单元
技术领域
本发明涉及一种电力单元，尤其用于混合动力车辆，该电力单元包括往复式活塞引擎且包括可与之驱动啮合的至少一个发电机，其中所述往复式活塞引擎具有在串列布置的至少两个气缸中引导的至少两个活塞，和以反向旋转驱动的两个曲轴，所述反向旋转曲轴通过连杆连接到活塞且以机械方式耦合以便同相。
背景技术
WO 2012/056 275 A1揭示一种包括内燃引擎和用于对混合驱动的电池充电的发电机的机器组合。所述内燃引擎被设计为一对气缸活塞单元，其中两个活塞中的每一者经由连杆与其自身的曲轴成驱动啮合。与气缸活塞单元串联布置的发电机由曲轴驱动。
发明内容
本发明的一个目标是改进引言中提及的设计的电力单元从而实现引擎和单元两者作为整体的尤其安静低噪声且无振动的运作，且此外可额外实现尤其简单并且尤其节省空间的结构，即具有低摩擦损失和低磨损易感性的设计，其尤其适于混合驱动的间隔操作。本发明的另一目标是指定一种包括此类型的电力单元的车辆。
此目标根据本发明通过根据权利要求1所述的相对于电力单元的标的物和根据权利要求18所述的相对于车辆的标的物实现。
本发明是基于指定尤其用于混合动力车辆的电力单元的原理，所述电力单元包括往复式活塞引擎且包括能够与之驱动啮合的发电机，所述往复式活塞引擎具有在串列布置的至少两个气缸中引导的至少两个活塞。所述往复式活塞引擎还具有两个反向旋转曲轴，其通过连杆连接到活塞且以机械方式耦合以便同相。根据本发明，第一发电机可由第一曲轴驱动，且第二发电机可由第二曲轴驱动。
两个发电机的使用开辟了平衡的自由质量力和振动力矩的新的可能性，使得活塞引擎的平滑度得以改进。还可使用较小发电机。
发电机优选地通过齿形齿轮机构或通过牵引装置连接到相应曲轴。通过牵引装置(尤其两侧包括齿的牵引装置)的连接改进低噪声操作。
在优选实施例中，第一发电机和第二曲轴以相反的方向旋转。第二发电机和第一曲轴也以相反的方向旋转。发电机和曲轴以2:1的转速比率旋转。发电机各自具有至少一个不平衡(imbalance)且因此充当平衡轴杆。此实施例具有发电机起到双重功能的优点。一方面，其用以供电。另一方面，发电机平衡二阶质量力。发电机因此根据兰彻斯特平衡器(Lanchesterbalancer)的原理运作。如果两个配重各自提供为不平衡，那么这些配重可取决于发电机的位置而具有相等重量或不同重量，以便平衡围绕引擎的纵向轴线的非所要力矩。
在此实施例的演变中，每一发电机具有两个配重，其在发电机的纵向方向上彼此相聚一段距离。具体地说，两个配重附接在发电机的任一轴向端处。两个配重各自具有相等重量。通过此布置平衡不合需要的力矩。
存在发电机到相应曲轴的耦合的各种可能性。借助于实例，齿形齿轮机构可包括齿形曲柄臂，其啮合或耦合到相关发电机的驱动小齿轮。齿形齿轮机构或者可包括至少一个齿形齿轮，其为了联合旋转而连接到对应曲轴的轴杆销，所述轴杆销在主轴承上方突起，且耦合到相关发电机的驱动小齿轮。链条或齿形链条或齿形带为潜在牵引装置，且由链轮驱动。
在优选实施例中，第一牵引装置将第一发电机连接到第一曲轴，且第二牵引装置将第二发电机连接到第二曲轴。在此实施例中，牵引装置相对较短，这促进其引导。
发电机优选地布置在邻近于曲轴的任一侧，其中曲轴轴线跨越穿过主轴承的虚拟参考平面。发电机轴线可被布置在参考平面中或参考平面外部，更确切地说布置在曲轴与活塞的上止点(top dead centre)之间。发电机轴杆在参考平面中或参考平面外部的布置产生关于电力单元在引擎中的安装位置的优点。发电机轴线在参考平面上方的布置另外具有引擎相对较窄的优点。
曲轴优选地具有平衡物，其经布置以便相移，以便平衡自由质量力。
另外，还为了实现较紧凑设计和摩擦损失的减少，气缸可布置成具有朝内导向的偏移，使得与对应于曲轴之间的距离的距离相比，其彼此具有较短距离。气缸的偏移因此在止推侧的方向上延行。因此，连杆在力的最大施加时因此具有相对于活塞/圆柱轴线的略陡位置，使得影响活塞摩擦和圆柱磨损的较低力相应地在活塞处或气缸处发生。
特别有利的是，在4冲程操作中以0°的曲轴角度的点火间隔操作往复式活塞引擎。
为实现曲轴的同步，有利的是这些曲轴具有彼此啮合的齿形曲柄臂。或者，可提供在任一侧上包括齿的牵引装置，确切地说在任一侧上包括齿的齿形带，用于实现所述同步，所述牵引装置将两个曲轴彼此耦合，其中齿形带的第一侧与第一曲柄臂啮合，且第二侧(确切地说齿形带的背面)与第二曲柄臂啮合。牵引装置的使用抑制噪声的发展。为了减少齿对的加载，可提供以下情况：在任一侧上包括齿的齿形带缠绕在第一曲柄臂周围，其中齿形带在任一侧上具有比第二曲柄臂的装齿多1到5个齿，确切地说4个齿。额外齿数目允许齿形带提离且允许齿形齿轮在升高的齿形带内被超越。为此目的，齿形带应径向升高超出齿形齿轮的齿顶圆多于齿根高度。离心力支持此提升。此操作的动机是，避免在具有360°点火间隔的4冲程操作的情况下例如随着点火力的传递，在任一侧上包括齿的齿形带的相同齿上最大加载的再现。
在替代实施例中，曲轴可借助于彼此啮合的齿形齿轮耦合以便同相，其中齿形齿轮布置在曲轴的主轴承之间或曲轴的轴杆销上，所述轴杆销在相应主轴承上方突起。齿形齿轮可为具有直线齿或螺旋齿的正齿轮，或拉紧齿形齿轮(剪刀式齿轮或摆动齿轮)。在具有四个活塞的往复式活塞引擎的实施例的情况下，如果两个活塞在每一情况下通过连杆以270°的曲柄销偏移连接到相同曲轴，那么方四(square-four)布置可证明是特别有利的。换句话说，气缸的串列式布置加倍，使得提供前述方四布置，其中在每一情况下每曲轴两个气缸串联布置。具有270°曲柄销偏移的曲轴不产生任何二阶质量力，而是产生在圆柱轴线平面中运作的二阶力矩。在“方四”的对角相对活塞同时到达上止点的情况下，两个曲轴的力矩因此彼此抵消。因此不需要用于二阶力或力矩的任何进一步平衡量度。
呈串列和方四形式两者的气缸的布置可每圆柱彼此平行，或以1°和15°之间、优选地4°和8°之间的倾斜角相对于彼此倾斜。
在本发明的进一步变型中，每一气缸与出口通道成流体连接，其中气缸的出口通道通向公共中央废气通道。出口通道可具有相同长度。中央废气通道优选地布置于引擎中央平面中。引擎中央平面平行于曲轴轴线在气缸之间延行，且布置成距曲轴轴线中的每一者相同距离。归因于出口通道的此设计，可有利地使气缸(确切地说，出口阀)与辅助单元(例如，涡轮增压器的涡轮机)之间的距离相对较短。可因此使相对较大量的可用焓可用于辅助单元的操作。此外，有可能去除常规相对重的排气歧管。这减少了往复式活塞引擎的重量。还可避免排气歧管到汽缸头的复杂连接，且汽缸头因此以紧凑方式构造。气隙绝缘端口衬垫可布置于中央废气通道中。
涡轮增压器可直接连接到中央废气通道。所述涡轮增压器以此方式高效操作且增加往复式活塞引擎的性能。
附图说明
将在下文中参考随附示意图基于示范性实施例更详细地阐述本发明。
在图式中
图1展示具有以V形状布置的发电机的电力单元的前视图；
图2展示根据本发明具有水平布置的发电机的根据示范性实施例的电力单元的前视图；
图3展示根据图1或图2具有涡轮增压器的电力单元的汽缸头的截面视图；
图4展示经由在任一侧上包括齿的齿形带耦合的低噪声曲轴的示意性说明。
具体实施方式
根据本发明根据示范性实施例根据图1和2示意性说明的电力单元具有以串列形式(参看图1)布置的两个气缸1和2，活塞在其中引导且其各自例如在四冲程操作中经由连杆5和6驱动曲轴7和8。齿形齿轮9和10(参看图2)布置在曲轴7、8上且彼此啮合，因此确保以机械方式彼此耦合以便同相的曲轴7和8的反向旋转。齿形齿轮9和10优选地布置在曲轴的主轴承(未示出的主轴承)之间或曲轴的轴杆销(同样图中未示出)上，所述轴杆销在相应主轴承上方突起。齿形齿轮可实现为具有直线齿或螺旋齿的正齿轮，或还可实现为拉紧齿形齿轮。
或者，曲轴7和8的驱动耦合还可经由齿形曲柄臂提供，齿形曲柄臂彼此直接啮合以用于曲轴7和8的耦合。图4中示意性说明的进一步替代方案是，经由在任一侧上包括齿的齿形带33耦合曲轴，其中特别有利的是：为了减少磨损且为了平滑运行，提供的齿形带33的装齿具有与齿形齿轮9、10的装齿相比不同的齿数目。尤其是，齿形带33可在任一侧上具有比曲轴7和8的齿形齿轮9和10多1到5(优选地4)个齿的装齿。因此，齿形带33的不同齿在活塞的路线的止点中的每一者中、与曲轴7和8的齿形齿轮9和10的齿啮合。因此防止气体交换力始终作用于相同齿配对上。还可能使用包括在任一侧上的齿的齿形带33结合齿形曲柄臂34、35，用于曲轴7、8的低噪声耦合。
然而，图式未示出根据图1轴线彼此平行而布置的气缸具有朝内导向的偏移，以使得气缸轴线之间的距离稍微小于两个曲轴7和8的轴线之间的距离。然而，这对于所属领域的技术人员是可容易理解的。在止推侧上气缸偏移的这种布置的情况下，不仅实现紧凑型设计，而且尤其还有较小的力被引入到活塞中，以及因此活塞在气缸中经由连杆5和6的移动更容易且降低磨损，和操作期间由于所述偏移而产生的位置不同或较小倾斜。
根据图1和2的示范性实施例在两个发电机的布置方面不同。根据图1，发电机11、12以V形状连同对应曲轴7、8一起布置，其中发电机11、12的中央轴线之间的距离大于曲轴7、8的轴线之间的距离。图2中，发电机11、12被布置于与曲轴7、8相同的水平面中。上文和下文中关于往复式活塞引擎的结构的说明适用于两个实施例。
发电机11、12各自的其特征在于，其具有配重13、14。配重13、14以相同角度(即，不相对于彼此旋转)被布置在活塞3、4的上止点位置中，如图中可以看出地。配重13、14在两个发电机11、12的驱动轴或驱动小齿轮15、16中集成。借助于实例，这可通过连接到对应驱动小齿轮15、16或驱动轴的离心布置的重量而实现。图中未示出以互补方式布置于另一发电机侧上的平衡物，其用以平衡围绕往复式活塞引擎的横向轴线的力矩。配重13、14平衡二阶质量力，借此往复式活塞引擎的平滑度得以显著改进。两个发电机11、12的驱动由齿形带或通常地由牵引装置17、18提供，牵引装置17、18一方面与对应曲轴7、8中的曲柄臂啮合，且另一方面与对应发电机11、12的驱动小齿轮15、16啮合。代替齿形曲柄臂，还可将链轮连接到曲轴用于联合旋转且确保力矩到牵引装置的传递。
图1中示出的凸轮轴的驱动由连接到第二曲轴8的输出齿轮提供，所述输出齿轮经由牵引装置连接到两个凸轮轴。此外，提供油泵，其由另一曲轴(即，第一曲轴7)驱动，更具体地由牵引装置驱动。
以上说明相应地适用于根据图2的示例性实施例。
根据图1和2中展示的示例性实施例形成的两个电力单元可具有位于往复式活塞引擎的气缸头的区中的出口通道19、20，所述出口通道与气缸1、2成流体连接。出口通道19、20可通向公共废气通道21。出口通道19、20和废气通道21的示例性布置在图3中示出。
出口通道19、20各自具有相同长度，使得废气通道21在气缸1、2之间大体上居中或在气缸1、2的气缸头之间居中布置。入口阀23、24被布置于每一汽缸头中，且控制燃料混合物从入口通道25、26流入到气缸1、2。出口阀27、28与出口通道19、20相关联，且控制燃气混合物从气缸1、2流出到出口通道19、20，从而进一步流出到废气通道。废气通道21在通道出口22处终止。
涡轮增压器29可连接到通道出口22。涡轮增压器优选地直接凸缘安装到通道出口22上。此处涡轮增压器29的涡轮机30处于从废气通道21流出的燃气的出口流中，且驱动布置于往复式活塞引擎的空气引导通道32中的压缩机31。
附图标记列表
1、2 汽缸
3、4 活塞
5、6 连杆
7、8 曲轴
9、10 齿形齿轮
11、12 发电机
13、14 配重
15、16 驱动小齿轮
17、18 牵引装置
19、20 出口通道
21 废气通道
22 通道出口
23、24 入口阀
25、26 入口通道
27、28 出口阀
29 涡轮增压器
30 涡轮机
31 压缩机
32 空气引导通道
33 齿形带
34，35 曲柄臂

Claims (18)

1.一种电力单元，尤其用于混合动力车辆，该电力单元包括往复式活塞引擎且包括能够与之驱动啮合的发电机，其中所述往复式活塞引擎具有在以串列布置的至少两个气缸(1、2)中引导的至少两个活塞(3、4)和两个反向旋转曲轴(7、8)，所述反向旋转曲轴通过连杆(5、6)连接到所述活塞(3、4)且以机械方式耦合以便同相，
其特征在于
第一发电机(11)可由所述第一曲轴(7)驱动，且第二发电机(12)可由所述第二曲轴(8)驱动。
2.根据权利要求1所述的电力单元，
其特征在于
所述发电机(11、12)通过齿形齿轮机构或通过牵引装置连接到相应曲轴(7、8)。
3.根据权利要求1或2所述的电力单元，
其特征在于
所述第一发电机(11)和所述第二曲轴(8)以及所述第二发电机(12)和所述第一曲轴(7)在每一情况下以2:1的转速比率、以相反方向旋转，且其中所述发电机(11、12)在每一情况下包括至少一个不平衡(13、14)且充当平衡轴杆。
4.根据权利要求2或3所述的电力单元，
其特征在于
所述齿形齿轮机构包括齿形曲柄臂，所述齿形曲柄臂耦合到所述相关发电机(11、12)的驱动小齿轮(15、16)。
5.根据权利要求2或3所述的电力单元，
其特征在于
所述齿形齿轮机构包括至少一个齿形齿轮，其为了联合旋转而连接到所述对应曲轴(7、8)的轴杆销，所述轴杆销在主轴承上方突起，且耦合到所述相关发电机(11、12)的驱动小齿轮。
6.根据权利要求2或3所述的电力单元，
其特征在于
所述牵引装置包括链条或齿形链条或齿形带。
7.根据权利要求6所述的电力单元，
其特征在于
第一牵引装置(17)将所述第一发电机(11)连接到所述第一曲轴(7)，且第二牵引装置(18)将所述第二发电机(12)连接到所述第二曲轴(8)。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电力单元，
其特征在于
所述发电机(11、12)布置在邻近于所述曲轴(7、8)的任一侧上，曲轴轴线跨越穿过所述主轴承的虚拟参考平面，且发电机轴线被布置在所述参考平面中或所述参考平面上方，在所述曲轴与所述活塞(3、4)的上止点之间。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电力单元，
其特征在于
所述汽缸(1、2)在止推侧上偏移，且所述曲轴(7、8)具有经布置以便相移的平衡物。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电力单元，
其特征在于
尤其在4冲程操作中，点火间隔为0°的曲柄角度。
11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电力单元，
其特征在于
所述曲轴(7、8)具有齿形曲柄臂，所述齿形曲柄臂彼此啮合，用于耦合所述曲轴(7、8)。
12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电力单元，
其特征在于
所述曲轴(7、8)具有彼此啮合用于耦合所述曲轴(7、8)的齿形齿轮，其中所述齿形齿轮布置在所述曲轴(7、8)的所述主轴承之间或所述曲轴(7、8)的所述轴杆销上，所述轴杆销在所述相应主轴承上方突起。
13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电力单元，
其特征在于
四个活塞在方四布置中在四个汽缸中引导，其中两个活塞在每一情况下通过连杆连接到相同曲轴，其中所述曲柄销偏移为270°，且对角相对布置的活塞(3、4)同时到达所述止点。
14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电力单元，
其特征在于
每一气缸(1、2)与出口通道(19、20)成流体连接，其中所述汽缸(1、2)的所述出口通道(19、20)通向公共中央废气通道(21)。
15.根据权利要求14所述的电力单元，
其特征在于
涡轮增压器(29)尤其被直接连接到所述废气通道(21)。
16.根据权利要求4到15中任一权利要求所述的电力单元，
其特征在于
所述曲轴(7、8)具有经由齿形带(33)以旋转方式而彼此连接的齿形齿轮(9、10)或齿形曲柄臂(34、35)，所述齿形带(33)在任一侧上包括用于耦合所述曲轴(7、8)的齿，其中所述齿形带(33)缠绕在所述齿形齿轮(9、10)中的一者或所述曲柄臂(34、35)中的一者周围。
17.根据权利要求16所述的电力单元，
其特征在于
在任一侧上包括齿的所述齿形带(33)具有比所述齿形齿轮(10)或所述第二曲轴(8)的所述曲柄臂(35)的装齿多2到4个齿的齿。
18.一种车辆，尤其是混合动力车辆，其包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的电力单元。
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