具有线性发电机和旋转发电机的内燃机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种内燃机，
[0002] -其中，内燃机具有第一汽缸，
[0003] -其中，内燃机的第一活塞在第一汽缸中线性地引导，使得第一活塞在第一汽缸中 在第一上止点和第一下止点之间摆动，
[0004] -其中，内燃机具有由第一活塞经由第一连杆驱动的第一曲轴，该第一曲轴抗扭地 与第一电机的转子连接，
[0005] -其中，第一电机的转子与第一电机的定子电磁地相互作用，
[0006] -其中，第一电机的定子为了双向地传输电能而与第一变流器单元连接。
【背景技术】
[0007] 这样的内燃机是普遍已知的。特别地，每个常规的备用发电机都是这样构造的。
[0008] 在常规的内燃机中，活塞的线性运动借助于曲轴转化为旋转运动。旋转运动随后 要么直接用作为机械能要么在其他方面应用，例如用于生成电能。
[0009] 通常，对此不应用现有技术的电机以便针对性地影响内燃机的周期的进行。然而， 对周期施加影响已经是已知的。
[0010] 从活塞经由连杆到曲轴上的机械的力传递取决于曲轴的转动位置地显著变化。特 别是在活塞运动的上止点和下止点附近，以很差的传动比实现将作用到活塞上的线性力转 换为引起曲轴的旋转运动的转矩。因此，仅能够在有限的范围中对内燃机的周期进行优化。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于，进一步改进开始所述类型的电机，以简化并改进对内燃机的 周期的优化。
[0012] 该目的通过具有权利要求1所述的特征的内燃机实现。内燃机的有利的设计方案 是从属权利要求的内容。
[0013] 根据本发明，开始所述类型的内燃机设计为，
[0014] -在第一活塞处布置第二电机的转子，
[0015] -在第一汽缸处布置第二电机的定子，
[0016] -第二电机的转子与第二电机的定子电磁地相互作用，
[0017] _第二电机的定子为了单向或双向地传输电能而与第二变流器单元连接，并且
[0018] -第一和第二变流器单元由变流器单元共同的控制装置驱控。
[0019] 通过该设计方案实现了，至少一个电机能够与曲轴的转动位置无关地在任何时间 点以良好的效率影响活塞的线性运动，并且反之，活塞的线性运动在任何时间点以良好的 效率影响至少一个电机。
[0020] 为了控制变流器单元，通常为控制装置提供第一曲轴的转动位置和/或第一活塞 的位置。优选地，控制装置驱控第一变流器单元，使得第一电机取决于第一曲轴的转动位置 和/或第一活塞的位置地作为发电机或者电动机起作用。控制装置优选地如下驱控第二变 流器单元，以使得第二电机在任何时间点都作为发电机起作用。该设计方案简化了第二变 流器单元的结构。
[0021] 在本发明的一个优选的设计方案中，控制装置驱控第一和第二变流器单元，以使 得第一电机在第一活塞的工作冲程期间也作为发电机起作用，并且在工作冲程之中在第一 上止点的附近，由第二电机输出的第二功率大于由第一电机输出的第一功率，并且在第一 上止点和第一下止点之间的中间区域中，由第二电机输出的第二功率小于由第一电机输出 的第一功率。在这种情况下特别优选的是，由第二电机输出的第二功率在工作冲程之中也 在第一下止点的附近大于由第一电机输出的第一功率。
[0022] 在最简单的情况中，第一和第二电机由控制装置调节转速地运行。替代地，第一和 第二电机能够由控制装置调节位置地运行。
[0023] 可行的是，内燃机仅具有一个唯一的汽缸。然而，在位置调节情况下同样作为替换 可行的是，
[0024]-内燃机具有第二汽缸，
[0025]-内燃机的第二活塞在第二汽缸中线性地引导，使得第二活塞在第二汽缸中在第 二上止点和第二下止点之间摆动，
[0026]-第一活塞的第一端面和第二活塞的第二端面分别单侧地界定内燃机的燃烧室，
[0027]-内燃机具有由第二活塞经由第二连杆驱动的第二曲轴，该第二曲轴抗扭地与第 三电机的转子连接，
[0028]-第三电机的转子与第三电机的定子电磁地相互作用，
[0029]-第三电机的定子为了双向地传输电能而与第三变流器单元连接，
[0030]-在第二活塞处布置有第四电机的转子，
[0031]-在第二汽缸处布置第四电机的定子，
[0032]-第四电机的转子与第四电机的定子电磁地相互作用，并且
[0033]-第四电机的定子为了单向或双向地传输电能而与第四变流器单元连接。
[0034] 优选地，第三变流器单元和第四变流器单元也由控制装置驱控。特别地，驱控能够 是如下的，即使得第二活塞与第一活塞不完全统一地运动。
[0035] 优选地，为控制装置提供第一曲轴的转动位置，但不提供第一活塞的位置。因此为 了正确地驱控第一和第二变流器单元，控制装置根据第一曲轴的转动位置和第一电机的转 速测定第一活塞的位置和线速度。只要存在有第二汽缸和第二活塞，那么相应的陈述以相 似的方式适用于第二曲轴的转动位置和第二活塞的位置。
[0036] 电机和变流器单元能够根据需要确定规格。可行的是，电机仅是辅助发电机，例如 Kfz(机动车）发动机的发电机。然而优选地，电机和变流器单元的规格确定为，在内燃机运 行时由内燃机仅输出电能，而不输出机械能。
[0037] 替代地，内燃机能够根据两冲程原理或者根据四冲程原理工作。
【附图说明】
[0038] 本发明的上述属性、特征和优点以及如何实现这些的方式和方法，结合下述联系 附图详细阐述的对实施例的示意性说明更清楚易懂。在此以示意图示出：
[0039] 图1是内燃机的纵截面，
[0040] 图2是图1的内燃机的横截面，
[0041] 图3是时间图表，
[0042] 图4是框图，
[0043]图5是另外的内燃机的纵截面，
[0044]图6是图5的内燃机的横截面。
【具体实施方式】
[0045] 根据图1和2,内燃机具有第一汽缸1。内燃机的第一活塞2在第一汽缸1中线性 地引导。第一活塞2在第一汽缸1中在第一上止点OT和第一下止点UT之间摆动。第一活 塞2的第一端面3单侧地界定内燃机的燃烧室4。替代地，内燃机能够根据两冲程原理或者 根据四冲程原理工作。
[0046] 内燃机还具有第一曲轴5。第一曲轴5由第一活塞2经由第一连杆6驱动。第一 曲轴（见图2)抗扭地与第一电机8的转子7连接。根据图2的示图实现了，第一电机8布 置在内燃机的曲轴箱9的外部。替代地，第一电机8能够布置在曲轴箱9的内部，并且因此 集成到内燃机中。
[0047] 第一电机8的转子7与第一电机8的定子10电磁地相互作用。第一电机8的定 子10为了双向地传输电能而与第一变流器单元11连接。在第一电机8的定子10和第一 变流器单元11之间能够双向地传输电能。第一电机8能够因此-根据第一变流器单元11 的驱控-交替地作为发电机或作为电动机运行。
[0048] 在第一活塞2处-例如在第一活塞2的外周面12上-布置有第二电机14的转子 13。转子13能够例如根据图1的示图地包括永磁体15。在该情况下，第二电机14构造为 永磁激励同步电机。替代地，转子13能够具有绕组，并且第二电机14由此构造为电励磁同 步电机。再次替代地，第二电机14能够例如构造为异步电机。其它的设计方案也是可行的。
[0049] 在第一汽缸1处-例如在第一汽缸1的外周面16上-布置有第二电机14的定子 17。定子17与第二电机14的转子13电磁地相互作用。至少在其中布置有定子17的区域 中，存在优选地由不能磁化的或仅能弱磁化的材料、例如由铝、高合金钢或足够耐热的塑料 制成的第一汽缸1。
[0050] 根据图1，第二电机14的定子17与第二变流器单元18连接。在第二电机14的 定子17和第二变流器单元18之间也许能够双向地传输电能。在该情况下，第二电机14能 够-根据第二变流器单元18的驱控-交替地作为发电机或作为电动机运行。替代地可行 的是，在第二电机14的定子17和第二变流器单元18之间仅能够单向地传输电能。在该情 况下，第二电机14始终作为发电机运行。
[0051] 第一和第二变流器单元11，18由变流器单元11，18共同的控制装置19驱控。特别 地，通过由控制装置19的相应地驱控变流器单元11，18,能够特别地在第一活塞2的工作冲 程期间针对性地延迟和加速第一活塞2的运动，以便由此优化内燃机的燃料消耗、排放和/ 或功率输出量和/或其它的运行参数。
[0052] 为控制装置19提供第一曲轴5的转动位置印和/或第一活塞2的位置X。优选 地，特别地为控制装置19提供第一曲轴5的转动位置例如，能够为第一电机8分配旋转 传感器20,借助于其检测第一电机8的转动位置(p以及因而检测第一曲轴5的转动位置。 所检测的转动位置染能够由旋转传感器20传输到控制装置19。
[0053] 可行的是，附加地也为控制装置19明确地提供第一活塞2的位置X。然而优选地， 不为控制装置19提供第一活塞2的位置X。因为特别地，控制装置19能够根据第一曲轴5 的转动位置f直接地和立刻地测定第一活塞2的位置X和线速度V的方向。线速度V的值 根据第一曲轴5的转动位置f和第一电机8的转速n得到。
[0054] 图3以任意单位示例性示出了由第一电机8施加的第一作用Wl和由第二电机14 施加的第二作用W2以及由这两个电机8,14总体施加的总作用W作为第一曲轴5的转动位 置爭（度数形式）的函数的时间曲线。作用W1，W2,W例如能够相当于功率或电流。在任 意时间点适用以下关系式
[0055] W = ffl+W2〇
[0056]图3-纯示例性地-示出了内燃机作为两冲程发动机的设计方案的时间曲线。然 而，下面的实施方案原则上能毫无问题地应用到内燃机作为四冲程发动机的设计方案上。
[0057] 由图3 -方面可见的是，控制装置19如下地驱控第二变流器单元18,以使得第二 电机14在任何时间点都作为发电机起作用。然而，不仅第二作用W2的绝对值、还有其相对 于总作用W的份额都在波动。由图3还可见的是，控制装置19如下地驱控第一变流器单元 11，以使得第一电机8取决于第一曲轴5的转动位置9和/或第一活塞2的位置X地作为 发电机或者电动机起作用。特别地，第一电机8在第一活塞2的工作冲程期间作为发电机 起作用、其余优选地作为电