CN109779746A - 发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电机组，尤其是用于混合动力车辆的发电机组，包括：双缸活塞式发动机，其具有两个活塞和两个反向的曲轴，所述活塞在以前后直排布置结构的两个缸体中引导，所述曲轴与活塞通过连杆连接；发电机，所述发电机相对于第一曲轴同步并且相对于第二曲轴反向可旋转；以及平衡轴，所述平衡轴相对于第二曲轴同步并且相对于第一曲轴反向可旋转，其中发电机通过第一牵引机构直接与第一曲轴并且平衡轴通过第二牵引机构直接与第二曲轴驱动连接，并且其中平衡轴和/或第二曲轴带有平衡质元。此外本发明涉及一种车辆、尤其是混合动力车辆，其包括这样的发电机组。

Description

发电机组

技术领域

本发明涉及发电机组以及车辆，尤其是包括这样的发电机组的混合动力车辆。

背景技术

原则上，包括双缸活塞式发动机的发电机组由现有技术已知，所述双缸活塞式发动机的活塞在以前后直排布置结构的两个缸体中引导并且具有反向的曲轴，所述曲轴与活塞通过连杆连接。尤其是源于申请人的DE 10 2014 115 042 A1、DE 10 2014 115 041 A1、DE 10 2014 115 044 A1和EP 2 633 166 B1示出这样的发电机组。

对于已知的发电机组共同的是，其具有发电机，所述发电机与曲轴之一驱动连接。已知的发电机组的一些变型还具有平衡轴，所述平衡轴同样与曲轴之一驱动连接。

在先已知的发电机组用途广泛。优选地，其用于混合动力车辆中。具体而言，在先已知的发电机组设计用于大约85kW的电额定功率。

发明内容

本发明的目的是，进一步改进现有的基本设计，而且尤其是将其扩大到较小的功率满足的应用领域。同时发电机组应该能以尽可能低的成本成系列制造。本发明的另一个目的在于，给出一种包括这样的发电机组的车辆。

根据本发明，该目的通过如下的新式发电机组以及车辆而实现。

具体来说，本发明依据如下想法，即，给出一种包括双缸活塞式发动机的发电机组，尤其是用于混合动力车辆的这种发电机组。双缸行程活塞式发动机具有两个活塞和两个反向的曲轴。所述活塞在以前后直排布置结构的两个缸体中引导。曲轴与活塞通过连杆连接。此外发电机组具有发电机和平衡轴，所述发电机相对于第一曲轴同步并且相对于第二曲轴反向可旋转，所述平衡轴相对于第二曲轴同步并且相对于第一曲轴反向可旋转。发电机在此通过第一牵引机构直接与第一曲轴驱动连接，其中平衡轴通过第二牵引机构直接与第二曲轴驱动连接。平衡轴和/或第二曲轴带有平衡质元。

本发明基于如下想法，即，将例如在根据DE 10 2014 115 042 A1的现有技术中设置的第二发电机用位于平衡轴和/或第二曲轴上的平衡质元代替。通过平衡质元实现已知的发电机组也具有的运转平稳性。亦即功率减少不影响已知的发电机组的优点。

同时，可以使用如在其他的具有较高功率级的在先已知的发电机组中的相同构件。因此产生构件系统，利用其可以低成本制造不同功率级的发电机组。尤其是对于不同的功率级，作为构件系统的基本模块的双缸活塞式发动机可以保持相同。在批量生产时的成本由此显著减少。

优选设置，平衡质元的旋转质量(飞轮质量)的量基本上对应于发电机和第一曲轴的旋转质量的量的总和。总体上，优选设置，发电机和第一曲轴在运行时同步旋转，平衡轴和第二曲轴在运行时同步旋转，然而反向于发电机和第一曲轴的旋转方向。现在，通过优选设置，设置在平衡轴和/或第二曲轴上的平衡质元的旋转质量对应于发电机和第一曲轴的旋转质量的总和，实现动态质量平衡。具体来说可以平衡二阶的惯性力。这保证发电机组特别安静的运行，尤其是低振荡的安静运行。

利用根据本发明的发电机组实现的高运转平稳性的优点，对于尤其是在混合动力车辆中使用的发电机组是显著的。发电机组尤其是与串联的混合动力系统结合使用，在所述混合动力系统中，发电机组仅产生电能，所述电能暂时存储在蓄电池组中并随后传送给传动系的电动机。电动机作为用于混合动力车辆的驱动轴或被驱动的车轮的直接驱动发动机。

作为串联的混合动力系统的一部分，发电机组的活塞式发动机可以在独立于当前车辆速度的转速范围内运行。尤其是，活塞式发动机可以恒定地保持在预定的转速范围中，以便这样尽可能有效且以较少的燃料和有害物质排放提供电能。

因为混合动力车辆配备有蓄电池组，所以发电机组在混合动力车辆的行驶运行期间不需要一直激活。活塞式发动机借助控制装置优选只在如下情况中运行，即，需要再输入电能到蓄电池组中时。

这导致，发电机组在混合动力车辆的行驶运行中反复接通并且断开。尤其是在起动常规结构型式的活塞式发动机时，这会产生强烈的振荡，所述振荡传递到乘客空间中，令人感觉不快。

在这里，按照本发明的发电机组的特别平稳的运转是有益的，所述平稳运转尤其是在活塞式发动机的起动特性中最为明显。通过平衡二阶的惯性力，显著减少尤其是在发动机起动时的振荡。同时，由于活塞式发动机具有高的运转平稳性，按照本发明的发电机组的噪声排放得以保持得非常低。结果是，这导致双缸活塞式发动机如此安静地起动和运行，使得在装备有按照本发明的发电机组的混合动力车辆中的乘客通常既不会注意到振动也不会注意到噪声，发电机组已进入运行。因此，可以得到一种混合动力车辆，其运转平稳性和噪声排放几乎等于纯蓄电池电动驱动的车辆。

在按照本发明的发电机组的一种优选实施形式中，第一牵引机构在第一曲轴和发电机之间并且第二牵引机构在第二曲轴和平衡轴之间无换向地引导。在本申请的范围中，在如下情况中也可以如此构想牵引机构的无换向引导，即，牵引机构例如通过链条拉紧器或类似的装置引导，只要所述链条拉紧器或类似的装置没有获取力矩或力即可。

重要的是，在第一牵引机构上的力传递优选地仅在第一曲轴和发电机上进行。在第二牵引机构中，力传递优选地只在第二曲轴和平衡轴上进行。在其间设置如链条拉紧器的导向装置不接收牵引机构的力，从而对本申请而言无换向。

无换向引导具有如下优点，以这种方式减少可彼此相对运动的部件的数量，由此避免额外的噪声排放。这同样有助于从声学角度和机械角度实现运转平稳性。

优选地，只有唯一的发电机与活塞式发动机耦合。因为电的发电机是昂贵的，减少为只有一台发电机可节约成本。此外以这种方式节省结构空间，结构空间是宝贵的，尤其是在小型车(如沙滩车、摩托车或类似车辆)应用领域。

在此要指出，在本申请的意义中，具有唯一发电机的优选变型只涉及如下电的发电机，其尺寸使得活塞式发动机的功率主要输送给发电机并且转换为电能。在此不具有例如用于油泵和类似物的辅助发电机。换句话说，当另外设置用于如油泵的附加成套设备的辅助发电机时，发电机组也在本申请的意义中具有唯一的发电机。

本申请的意义中的发电机尤其指如下发电机，其设置用于将电能供给混合动力车辆的行驶蓄电池，其中发电机的尺寸使得可以为混合动力车辆的行驶驱动提供足够电能。发电机组中的其他如运行辅助机组的电动机与此相对称为辅助发电机。

在本发明的另一优选实施中，第一牵引机构将第一曲轴仅与所述发电机连接。在此传递力的连接理解为第一曲轴和发电机之间的连接。换句话说，设置为第一牵引机构仅以传递力的方式连接第一曲轴与发电机。以这种方式进一步改善运转平稳性，这是因为避免了运动的部件之间的其他的力传递连接。此外该构造适于紧凑型发电机组。

优选地，通过如下方式进一步改善运转平稳性和紧凑型设计的优点，即，第二牵引机构将第二曲轴仅与平衡轴连接，尤其是以传递力的方式连接。

第一牵引机构和第二牵引机构可以尤其是具有相同的长度。因此，第一牵引机构和第二牵引机构可以使用相同的构件，由此可以提高批量生产标准化程度。这对构件成本有益，因而对发电机组的制造成本也有益。

第一牵引机构和第二牵引机构可以分别通过齿链或齿带形成。特别优选使用齿带，以便保持低噪声排放。齿链的特征在于耐久性更好且构件成本较低。

优选地，双缸活塞式发动机具有至少30kW和/或最多50kW的额定功率。在30kW和50kW之间的范围中的其他功率级是可能的。尤其是在一种优选变型中，双缸行程活塞式发动机具有45kW的额定功率。

为了尽可能地节省构件并且降低批量生产的成本，有益地如下设置，双缸活塞式发动机设计成单纯的自吸式发动机。在本申请的意义中这表示尤其是双缸活塞式发动机不具有排气涡轮增压器或电压缩机。

作为平衡轴在按照本发明的发电机组中优选使用的是包括平衡质量的轴。具体来说，可以特别优选地如下设置，平衡轴仅由具有平衡质量的轴形成。亦即，有益地，平衡轴特别简单地构造，这简化批量生产并且显著节省成本。

本发明的另一方面涉及一种车辆，尤其是包括之前所述的发电机组的混合动力车辆。由于发电机组的特别的运转平稳性，按照本发明的车辆行驶时特别舒适。

附图说明

下面借助实施例参考示意的附图进一步解释本发明。其中示出：

图1是基于优选实施例的按照本发明的发电机组，其中平衡轴带有平衡质元；以及

图2是基于另一个优选实施例的按照本发明的发电机组，其中第二曲轴带有平衡质元。

具体实施方式

图1示出按照本发明的发电机组，其基本上包括活塞式发动机、发电机11和平衡轴12。活塞式发动机具有前后直排形式、尤其是彼此平行设置的两个缸体1和2。在缸体1和2中引导活塞3、4，所述活塞通过连杆5、6分别与曲轴7、8铰接耦合。曲轴7、8反向可旋转并且分别在端侧具有齿轮9、10，所述齿轮9、10相啮合，以使活塞3、4的运动同步。

优选地，在连杆5、6和活塞3、4之间的铰接连接部之间的距离小于曲轴轴线彼此之间的距离。亦即缸体1、2关于曲轴7、8向内错开地设置。这样，在活塞上面的死点中，连杆5、6与曲轴线稍形成角度，由此减少活塞裙摩擦。由此使得发动机起动特别安静。

活塞3、4和曲轴7、8这样彼此定向，使得活塞3、4在双缸行程活塞式发动机运行时彼此相向运行。这表示，活塞3、4同时到达缸体1、2中的上面的和下面的死点。在此两个活塞优选穿过相同的工作容积。

在曲轴7、8的端侧上的齿轮9、10可以作为直齿的或斜齿的齿轮或圆柱齿轮构成。特别优选使用斜齿的齿轮，因为斜齿实现可显著减少噪声。

在缸体1、2侧向在与缸体1、2同一平面中设置发电机11，所述发电机通过第一牵引机构9与第一曲轴7直接驱动连接。第一牵引机构可以尤其是通过齿链或齿带形成。第一牵引机构9基本上无换向地在发电机11和第一曲轴7之间延伸。

此外，设置平衡轴12，其基本上设置在与发电机11相同的高度上。平衡轴12在活塞式发动机旁边设置在缸体1、2的平面中。在此平衡轴12优选与发电机11对置地设置。

换句话说，特别优选地如下设置，发电机11、平衡轴12和两个曲轴7、8的旋转轴线彼此平行地定向。在此，曲轴7、8的旋转轴线处于下面的水平面上并且发电机11和平衡轴12的旋转轴线处于上面的水平面上。以这种方式可以实现特别紧凑的发电机组构造，如在图1和2中可清楚地看出的那样。

活塞式发动机还具有未示出的位于下面的凸轮轴，所述凸轮轴驱动多个阀14。凸轮轴借助第三牵引机构15驱动第二曲轴8，尤其是可以借助由带或链构成的第三牵引机构15。

此外，活塞式发动机还具有包括油滤器17和油泵18的油底壳16，其中油泵18通过第四牵引机构19与第一耦连轴7驱动连接。

为了实现发电机组的有利的特殊运转平稳性，设置平衡质元13。平衡质元可以设计成包括偏心的旋转质量的飞轮。要平衡的惯性矩由发电机11产生，所述发电机11在旋转时引起相应的不平衡度并因此引起振荡。平衡通过平衡质元13如下实现，即，所述平衡质元装配在反向于发电机11旋转的构件上。这一方面涉及第二曲轴8，另一方面涉及平衡轴12。

在按照图1的实施例中，平衡质元13紧固在平衡轴12上。具体而言，平衡轴12带有平衡质元13。平衡质元13与平衡轴12不可相对旋转地连接。在发电机组的该实施形式中，在发电机11和平衡轴12上安装有与相应的牵引机构9、10嵌接的齿轮或皮带盘，齿轮或皮带盘直径相同。这使得发电机11和平衡轴12以相同的旋转速度旋转，从而发电机11的旋转质量和平衡质元13的旋转质量平衡。以这种方式尤其是平衡二阶的惯性矩。

在按照图2的实施例中，平衡质元13设置在第二曲轴8上。具体而言，第二曲轴8带有平衡质元13。然而平衡质元13与第二曲轴8的耦合优选地间接通过变速机构实现，从而平衡质元13在运行时以相对于第二曲轴8双倍的速度旋转。

在图1和2中原则上可看出，牵引机构9、10引起发电机11或平衡轴12和两个曲轴7、8之间的以比例2：1的传动。这表示，发电机11的旋转速度是曲轴7、8的两倍。因此为了平衡通过发电机11决定性地触发的惯性矩，适宜的是，使平衡质元13以和发电机11相同的旋转速度、然而反向地旋转。亦即，如果平衡质元由第二曲轴8带有，则2：1的传动是有利的，从而平衡质元13如曲轴7、8两倍那样快地旋转并且因此与发电机相同快地旋转。将平衡质元13布置在第二曲轴8上尤其是可平衡滚动力矩。

优选地，双缸活塞式发动机具有至少30kW和/或最多50kW的额定功率。在30kW和50kW之间的范围中的其他功率级是可能的。尤其是在一种优选变型中，双缸行程活塞式发动机具有45kW的额定功率。

所有实施例中，双缸活塞式发动机设计为单纯的自吸式发动机，尤其是没有排气涡轮增压器或压缩机，亦即没有对燃烧抽吸空气的压缩。这可额外减少构件成本并且借此保证批量生产中的特别简化。

本发明的另一实施例涉及一种车辆，尤其是包括之前所述的发电机组的混合动力车辆。由于发电机组的特别的运转平稳性，按照本发明的车辆行驶时特别舒适。

附图标记

1、2 缸体

3、4 活塞

5、6 连杆

7 第一曲轴

8 第二曲轴

9 第一牵引机构

10 第二牵引机构

11 发电机

12 平衡轴

13 平衡质元

14 阀

15 第三牵引机构

16 油底壳

17 油滤器

18 油泵

19 第四牵引机构

Claims (12)

1.一种发电机组，尤其是用于混合动力车辆的发电机组，包括

-双缸活塞式发动机，其具有两个活塞(3、4)和两个反向的曲轴(7、8)，所述活塞在以前后直排布置结构的两个缸体(1、2)中引导，所述曲轴与活塞(3、4)通过连杆(5、6)连接,

-发电机(11)，所述发电机相对于所述第一曲轴(7)同步并且相对于所述第二曲轴(8)反向可旋转，以及

-平衡轴(12)，所述平衡轴相对于所述第二曲轴(8)同步并且相对于所述第一曲轴(7)反向可旋转，

其中

所述发电机(11)通过第一牵引机构(9)直接与所述第一曲轴(7)驱动连接，并且所述平衡轴(12)通过第二牵引机构(10)直接与所述第二曲轴(8)驱动连接，并且其中所述平衡轴(12)和/或所述第二曲轴(8)带有平衡质元(13)。

2.按照权利要求1所述的发电机组，其特征在于，

所述平衡质元(13)的旋转质量的量基本上对应于所述发电机(11)和所述第一曲轴(7)的旋转质量的量的总和。

3.按照权利要求1或2所述的发电机组，其特征在于，

所述第一牵引机构(9)在所述第一曲轴(7)和所述发电机(11)之间并且所述第二牵引机构(10)在所述第二曲轴(8)和所述平衡轴(12)之间无换向地引导。

4.按照权利要求1-3中任意一项所述的发电机组，其特征在于，

只有唯一的所述发电机(11)与活塞式发动机耦合。

5.按照权利要求1-4中任意一项所述的发电机组，其特征在于，

所述第一牵引机构(9)将所述第一曲轴(7)仅与所述发电机(11)连接。

6.按照权利要求1-5中任意一项所述的发电机组，其特征在于，

所述第二牵引机构(10)将所述第二曲轴仅与所述平衡轴(12)连接。

7.按照权利要求1-6中任意一项所述的发电机组，其特征在于，

所述第一牵引机构(9)和所述第二牵引机构(10)具有相同的长度。

8.按照权利要求1-7中任意一项所述的发电机组，其特征在于，

所述第一牵引机构(9)和所述第二牵引机构(10)分别通过齿链或齿带形成。

9.按照权利要求1-8中任意一项所述的发电机组，其特征在于，

所述双缸活塞式发动机具有至少30kW和/或最多50kW的额定功率。

10.按照权利要求1-9中任意一项所述的发电机组，其特征在于，

所述双缸活塞式发动机设计成单纯的自吸式发动机。

11.按照权利要求1-10中任意一项所述的发电机组，其特征在于，

所述平衡轴(12)仅通过带有平衡质量的轴形成。

12.一种车辆，尤其是混合动力车辆，其包括按照上述权利要求之一所述的发电机组。