专利名称：用于连接蒸汽机与内燃机的电磁开关离合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及可通过蒸汽力过程驱动的、与内燃机连接的蒸汽机的领域。
背景技术：
对于内燃机开发，燃料消耗的减少具有重要意义。内燃机将燃料的能量转换成机械能来驱动机动车。在此情况下大量的能量作为余热被释放，该余热通过冷却系统导出或在内燃机的废气中被导出。为了利用该热能，内燃机与一个蒸汽力过程耦合。由此使来自内燃机的热能用来产生蒸汽，该蒸汽在一个膨胀机中被减压及由此提供附加能量，该附加能量可用于驱动机动车。一个内燃机与一个蒸汽机的组合特别适合载重汽车中余热的利用，因为在这里内燃机必需输出大的功率及由此可提供大量热能来产生蒸汽。在蒸汽机与内燃机连接的情况下可想到设置一个刚性离合器。然而这意味着，内燃机从其起动开始就拖动蒸汽机，尽管对于蒸汽机还不存在足够的蒸汽压力。由此产生了一个缺点，即尤其在内燃机起动时与蒸汽机的摩擦相应地使整个系统的效率变差。然而由此蒸汽机可由内燃机来拖动，以致蒸汽机未保留在一个不利的状况中，在该状况中蒸汽机可能不能由自己来起动。此外可考虑，蒸汽机及内燃机通过一个中间联接的空转件相互连接。因此当对于蒸汽机不存在足够的蒸汽压力时，内燃机可自由地转动。因而在此情况下内燃机不必负担蒸汽机的附加摩擦功率。然而在此情况下产生一个缺点，即内燃机不再拖动蒸汽机，由此当蒸汽机在不利的静止状态时它与其结构方式相关地可能不再能自行起动。
发明内容
根据本发明具有权利要求1的特征的电磁开关离合器具有其优点，即在整个系统效率改善的情况下允许蒸汽机由内燃机来拖动。通过从属权利要求中所述的措施可得到权利要求1中给出的电磁开关离合器的有利的进一步构型。该蒸汽机以有利的方式被构成活塞机。在此情况下也可具有不同类型的活塞机。由此尤其对于机动车的应用可实现蒸汽机的最佳设计及由此可实现高效率。然而该蒸汽机也可被构成其它的膨胀机或涡轮机。视其类型而定多种类型的蒸汽机能够在存在蒸汽压力时由自己来起动。然而，尤其在具有小缸数的活塞式蒸汽机-出于成本及结构空间的原因它是有利的-上，总是存在问题，即该活塞式蒸汽机不能自行起动。通过内燃机及蒸汽机之间的空转首先在起动阶段中可避免不希望的功率降低。一旦建立了所需的蒸汽压力，则通过电磁操作力可产生摩擦锁合，以跨接空转件。也可以产生跨接空转件的形状锁合。因此在热运行阶段后当存在足够的蒸汽压力时，通过摩擦锁合或形状锁合地跨接空转件的电磁操作使内燃机的旋转运动传递到蒸汽机上。因此内燃机可用作蒸汽机的起动机。在起动过程后可再关断该电磁操作。现在蒸汽机可通过这时锁止的空转件将其功率输出到内燃机上。特别有利的是通过电磁操作力在中间轮与离合器罩之间产生一个摩擦力。由此在用于跨接空转件的操作被激活时能够有利地带动第一轴来起动蒸汽机。由此即使当内燃机的转速相对高时也能保证蒸汽机的勻速起动。有利的是，中间轮具有一个锥形摩擦面；离合器罩具有一个锥形摩擦面；中间轮的锥形摩擦面与离合器罩的锥形摩擦面彼此面对；及通过电磁操作力使中间轮的锥形摩擦面及离合器罩的锥形摩擦面相互加载。由此在紧凑的结构方式的情况下可产生高的摩擦力，以致可由内燃机将大的力传递到蒸汽机上以起动蒸汽机。然而有利的还在于中间轮具有一个环形摩擦面；离合器罩具有一个环形摩擦面；中间轮的环形摩擦面与离合器罩的环形摩擦面相对第一轴的旋转轴线垂直地定向及彼此面对；及通过电磁铁的操作力使中间轮的环形摩擦面及离合器罩的环形摩擦面相互加载。由此能使离合器罩与中间轮之间的摩擦连接有利地打开及关闭。有利的还在于离合器罩至少部分地由铁磁材料构成。由此离合器罩例如可由一个电磁铁来操作，以产生摩擦锁合。也可以是在离合器罩上设置一个或多个铁磁部件。这种铁磁部件例如可嵌入离合器罩中或与离合器罩连接。在此情况下对铁磁部件配置一个或多个电磁铁。此外有利的是，蒸汽机具有一个壳体部分；离合器罩的一个端面向着壳体部分；及在壳体部分上设置了一个电磁铁，该电磁铁配置给离合器罩的该端面。由此可得到整个系统的一个紧凑的结构。在此情况下有利的还在于蒸汽机的该壳体部分由一种铁磁材料构成。此外有利的是，离合器罩通过一个柔性的离合器与第二轴连接。这种柔性的离合器例如可被构成牙嵌式离合器。因此在蒸汽机的常规工作中当空转件锁止时可通过该牙嵌式离合器使转矩传递到第二轴上，该第二轴可为内燃机的轴。有利的还在于，第一轴具有一个锥形区段；中间轮具有一个锥形的接收部分，它接收第一轴的锥形区段；及为了连接中间轮与第一轴，借助一个夹紧螺母使锥形区段向着锥形接收部分被加载。由此在紧凑构型的情况下可实现可靠的连接。此外有利的是设有一个控制装置；及该控制装置为了起动蒸汽机指令电磁铁操作力的产生。在此情况下当蒸汽压力足够大时，该控制装置可直接地或通过一个电的或电子的开关操作电磁线圈，以便跨接空转件。在蒸汽机起动后控制装置可再取消电磁铁操作力，以致通过锁止的空转件来进行由蒸汽机到内燃机的力传递。
在以下的说明中将借助附图来详细描述本发明的优选实施例，在附图中相应的部件设有相一致的标号。附图表不图1 :根据本发明的一个可能构型概要表示的、具有一个内燃机及一个蒸汽机的装置，该内燃机及蒸汽机通过电磁开关离合器相互连接；图2 :以概要的截面图表示的、根据第一实施例的图1中所示的电磁开关离合器；及图3 :根据本发明的第二实施例的图2中所示的电磁开关离合器。
具体实施例方式图1表示根据本发明的一个可能构型的、具有一个蒸汽机2及一个内燃机3的装置I，该内燃机及蒸汽机通过一个电磁开关离合器4相互连接。这里电磁开关离合器4不一定要与蒸汽机2及内燃机3设置成一个固定的结构，而是可与蒸汽机2及内燃机3无关地制造及销售。在具体的应用场合，尤其在一个机动车、例如一个载重汽车的情况下，根据装置I的电磁开关离合器4可被安装在蒸汽机2与内燃机3之间。然而其它的结构也是可能的。尤其可设置多个彼此不同的旋转轴线来取代蒸汽机2与内燃机3的一个共同的旋转轴线5。蒸汽机2也可专门地设置在内燃机3的侧面，其中一个传动装置通过齿带或齿轮实现转矩的传递。在该实施例中内燃机具有四个汽缸6A, 6B, 6C, 6D。此外蒸汽机2具有相互对置的汽缸7A，7B。蒸汽机2的汽缸7A，7B作用于第一轴8，该轴可由蒸汽机驱动。在该实施例中第一轴8是蒸汽机2的轴。汽缸6A至6D作用于第二轴9，因此该轴可由内燃机3驱动。在该实施例中第二轴9是内燃机3的轴。电磁开关离合器4被布置在蒸汽机2与内燃机3之间。电磁开关离合器4包括第一轴8及第二轴9。因为第一轴8同时为蒸汽机2的轴8及第二轴9同时为内燃机3的轴，故在该实施例中得到装置I的一个紧凑的构型。然而各个轴也可通过合适的传动装置、尤其齿带或齿轮相互连接。此外电磁开关离合器4还包括一个控制装置10。这里该控制装置10可为机动车的一个中央的或分散的控制装置的一部分或通过这样一个控制装置来控制。此外设有保持臂11，12，它们使蒸汽机2的一个壳体部分13与内燃机3的一个发动机体14相连接。图2以概要的截面图表示根据第一实施例的、图1中所示的电磁开关离合器4。在该实施例中第一轴8借助一个轴承20支承在壳体部分13中。第一轴8具有一个锥形区段21，该锥形区段被插入在一个中间轮23的锥形空槽22中。由此中间轮23被套放在第一轴8上。此外设有一个夹紧螺母24，它被旋拧在第一轴8的一个端部侧螺纹25上。借助该夹紧螺母24使中间轮23压在第一轴8的锥形区段21上，以致在第一轴8与中间轮23之间形成一个摩擦锁合的连接。因此中间轮23借助夹紧螺母24被可靠地旋拧在第一轴8上。开关离合器4还包括一个离合器罩26。在离合器罩26与中间轮23之间设有一个空转件27。空转件27被这样地设置，即离合器罩26可根据第二轴9的转向绕旋转轴线5自由转动。另一方面在这样的旋转运动时中间轮23通过空转件27带动离合器罩26。此外设有一个轴承28作为附加支撑，在一定情况下也可取消该轴承。因此根据由内燃机3取决其原理所预给定的第二轴9的旋转方向，离合器罩26也可相对第一轴8自由地转动。因而在蒸汽机2停止的情况下内燃机3可起动，而不会带动蒸汽机2。由此一方面易于内燃机3的起动及另一方面可改善起动阶段中的效率。相反地如果蒸汽机2运行，则可通过这时锁止的空转件27使蒸汽机2的转矩由第一轴8传递到第二轴9上。因此当设置于内燃机3旁边的蒸汽机2正常工作时，空转件27被锁止及可传递转矩。在此情况下离合器罩26通过一个柔性的离合器29可由离合器罩26传递到第二轴9上。这里在第二轴9上可设置爪30。柔性的离合器29则被构成牙嵌式离合器29。因此蒸汽机2的转矩可通过锁止的空转件27及柔性的离合器29传递到内燃机3的第二轴9上。当内燃机3起动及发动机体14仍为冷时，通常还未出现足够的余热，以建立所属蒸汽回路的用于蒸汽机2工作所需的蒸汽压力。通过现在有效的空转件27可使内燃机3起动，而无需拖动蒸汽机2。当基于内燃机3的余热建立了足够的蒸汽压力时，控制装置10即指令电磁开关离合器4的电磁操作。在该实施例中壳体部分13由一种铁磁材料构成。这里在蒸汽机2的壳体部分13中置入了一个电磁线圈31，该电磁线圈直接地或通过一个电的或电子的开关与控制装置10连接。当控制装置10对电磁线圈31施加电流时，由壳体部分13及电磁线圈31构成的电磁铁13，31被激活。此外在该实施例中离合器罩26也由一种铁磁材料构成。因此当电磁铁13，31被激活时离合器罩26在向着壳体部分13的方向上被施加一个电磁操作力。在此情况下离合器罩26的一个端面32以有利的方式被配置给电磁铁13，31。离合器罩26被这样地支承，即该离合器罩在轴承28及仍未锁止的空转件27上可轴向地移动。现在通过操作力引起离合器罩26的一个轴向移动,直到离合器罩26紧靠在中间轮23上为止。在该实施例中中间轮23具有一个锥形摩擦面33，该摩擦面与离合器罩26的一个锥形摩擦面34相互配合。通过电磁操作力在中间轮23的锥形摩擦面33与离合器罩26的锥形摩擦面34之间产生摩擦锁合。通过所产生的摩擦使蒸汽机2被拖动及带动。一旦蒸汽机2至少近似地达到内燃机3的转速并由自身的力继续转动或甚至可将一个附加转矩传递到内燃机3上时，电磁线圈31又被关断，因此摩擦面33，34之间的摩擦锁合又被释放。在该运行状态中空转件27被锁止，以致蒸汽机2可将其功输出给内燃机3。因此视装置I的构型而定通过电磁线圈31的通电及由此对离合器罩26的操作使第一轴8的转速被带到第二轴9的转速上。接着第一轴8以第二轴9的转速转动，其中由第一轴8通过锁止的空转件27可以将一个附加转矩传递到第二轴9上。因此尤其可保证对蒸汽机2的起动辅助。图3表示根据第二实施例的图2中所示的电磁开关离合器4。在该实施例中电磁铁31，35由一个铁磁部件35及电磁线圈31构成。这里铁磁部件35被置入壳体部件13中。由此壳体部件13可由一个非磁性材料构成。此外在该实施例中离合器罩26也由一个非磁性材料构成。因此在离合器罩26中嵌入一个铁磁部件36。在此情况下也可在壳体部分13和/或在离合器罩26上设置多个铁磁部件。铁磁部件36被设置在离合器罩26的端面32的区域中并配置给电磁铁31，35。通过电磁线圈31的通电，电磁铁31，35在铁磁部件36上产生了一个电磁操作力，该电磁操作力导致离合器罩26的移动。此外在该实施例中中间轮23上的摩擦面33被构成环形的摩擦面33。另外在离合器罩26上的摩擦面34也被构成环形的摩擦面34。在此情况下摩擦面33，34相对旋转轴线5垂直地定向。此外摩擦面33，34相互面对着。因此可通过相对操作力垂直地定向的摩擦面33，34形成一个摩擦锁合。应当指出，也可有所述方案的其它组合。尤其借助图3描述的环形摩擦面33，34也可使用在借助图2描述的实施例中，其中壳体部分13及离合器罩26是由铁磁材料构成的。
在借助图3所描述的电磁铁31，35的构型中该电磁铁可被制成预组装的单元，然后将它安装到蒸汽机2的壳体3中。由此电磁回路周围的区域可被构造为单独的构件。本发明不局限于所述的实施例。
权利要求
1.电磁开关离合器(4)，它用于将一个蒸汽机(2)与一个内燃机(3)连接，其中，设有一个可由蒸汽机(2)驱动的第一轴(8)及一个可由内燃机(3)驱动的第二轴(9)，设有一个与第一轴(8)连接的中间轮(23)及一个至少间接地与第二轴(9)连接的离合器罩(26)，在中间轮(23)与离合器罩(26)之间设有一个空转件(27)，该空转件用于将旋转运动从与第一轴(8)连接的中间轮(23)传递到离合器罩(26)上及可使离合器罩(26)相对中间轮(23)自由转动，及通过电磁操作力可至少间接地在中间轮(23 )与离合器罩(26 )之间产生摩擦力和/或形状锁合。
2.根据权利要求1的电磁开关离合器，其特征在于中间轮(23)具有一个锥形摩擦面(33);离合器罩(26)具有一个锥形的摩擦面(34);中间轮(23)的锥形摩擦面(33)与离合器罩(26)的锥形摩擦面(34)彼此面对；及通过电磁操作力使中间轮(23)的锥形摩擦面(33)和离合器罩(26)的锥形摩擦面(34)相互加载。
3.根据权利要求1的电磁开关离合器，其特征在于中间轮(23)具有一个环形摩擦面(33);离合器罩(26)具有一个环形摩擦面(34);中间轮(23)的环形摩擦面(33)与离合器罩(26)的环形摩擦面(34)相对第一轴(8)的旋转轴线(5)垂直地定向及彼此面对；及通过电磁操作力使中间轮(23)的环形摩擦面(33)和离合器罩(26)的环形摩擦面(34)相互加载。
4.根据权利要求1至3中一项的电磁开关离合器，其特征在于离合器罩(26)至少部分地由铁磁材料构成和/或在离合器罩(26)上设置至少一个铁磁部件(36)。
5.根据权利要求1至4中一项的电磁开关离合器，其特征在于蒸汽机(2)具有一个壳体部分(13);离合器罩(26)的一个端面(32)向着壳体部分(13);及在壳体部分(13)上设置一个电磁铁(31),该电磁铁配置给离合器罩的该端面。
6.根据权利要求5的电磁开关离合器，其特征在于蒸汽机(2)的壳体部分(13)由一种铁磁材料构成。
7.根据权利要求1至6中一项的电磁开关离合器，其特征在于离合器罩(26)通过一个柔性的离合器(29)与第二轴(9)连接。
8.根据权利要求7的电磁开关离合器，其特征在于柔性的离合器(29)被构成牙嵌式尚合器(29，30 ) ο
9.根据权利要求1至8中一项的电磁开关离合器，其特征在于第一轴(8)具有一个锥形区段(21);中间轮(23)具有一个锥形接收部分(22)，它接收第一轴(8)的锥形区段(21);及为了连接中间轮(23)与第一轴(8)，借助一个夹紧螺母(24)向着锥形接收部分(22)对锥形区段(21)加载。
10.根据权利要求1至9中一项的电磁开关离合器，其特征在于设有一个控制装置(10);及该控制装置被构造用于为了起动蒸汽机(2)而指令产生电磁操作力。
全文摘要
电磁开关离合器(4)，它用于将一个蒸汽机(2)与一个内燃机(3)连接，包括一个可由蒸汽机(2)驱动的第一轴(8)及一个可由内燃机(3)驱动的第二轴(9)。在这里设有一个与第一轴(8)连接的中间轮(23)及一个与第二轴(9)连接的离合器罩(26)。此外在中间轮(23)与离合器罩(26)之间设有一个空转件(27)，该空转件用于将旋转运动从与第一轴(8)连接的中间轮(23)传递到离合器罩(26)上及可使离合器罩(26)相对中间轮(23)自由转动。此外通过电磁操作力可在中间轮(23)与离合器罩(26)之间产生一个摩擦力，以便带动蒸汽机(2)。
文档编号F16D27/118GK103003588SQ201180034998
公开日2013年3月27日 申请日期2011年6月8日 优先权日2010年7月19日
发明者N·艾森门格尔, A·布伦克, H-C·马格尔, A·温格特 申请人:罗伯特·博世有限公司