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CN113357001A - 发电机组 - Google Patents

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CN113357001A
CN113357001A CN202110234905.5A CN202110234905A CN113357001A CN 113357001 A CN113357001 A CN 113357001A CN 202110234905 A CN202110234905 A CN 202110234905A CN 113357001 A CN113357001 A CN 113357001A
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Obrist Technologies GmbH
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Abstract

本发明涉及一种发电机组，尤其用于混合动力车辆的发电机组，发电机组包括：‑双缸活塞式发动机，双缸活塞式发动机具有两个活塞和两个反向的曲轴(3、4)，活塞串联地在两个汽缸(1、2)中引导，曲轴通过连杆与活塞连接，‑至少一个发电机(5)，发电机能与第一曲轴(3)同向地且与第二曲轴(4)反向地转动，‑包括阀凸轮(7)的凸轮轴(6)，阀凸轮与控制阀(8)有效连接。本发明的特征在于，设有飞轮质量元件(21)和平衡凸轮轴(10)，飞轮质量元件布置在第二曲轴(4)上或飞轮质量平衡轴上，其中，平衡凸轮轴(10)包括至少一个平衡凸轮元件(11)，至少一个平衡凸轮元件与线性引导的平衡质量块(13)有效连接。

Description

发电机组
技术领域
本发明涉及一种可用于混合动力车辆的发电机组，这种发电机组例如由DE 102016102 048A1得知。
背景技术
在气候变化的过程中，目标是将车辆的机动性设计成尽可能零排放。一种有希望的可能性是使用纯电池电动车辆。但是这些车辆具有缺点。尤其为实现足够的有效范围所需的相对大的电池来说，制造成本非常高。此外，使用电池电动车辆要求良好的充电基础设施，这在世界上的所有地区都不具备。
在此基础上，插电式混合动力概念是适宜的，其中车辆具有相对小的电池，电池具有对于日常行驶来说足够的电容量，并且可经由电网充电。另一方面，混合动力车辆具有发电机组，发电机组用于对电池充电。例如由开头所述DE 10 2016 102 048A1已知的这种发电机组例如具有双缸活塞式发动机，双缸活塞式发动机与发电机联接，以便在车辆中产生电流。
在这种混合动力车辆中，发电机组不是连续运转，而是根据行驶情况被接通。因为发电机组的双缸活塞式发动机产生振动，这可导致不舒服的行驶感受。尤其在车辆中由纯电池电动车辆已知的平稳性和无振动性由此会被发电机组破坏。
发明内容
在该背景下，本发明的目的是提供一种发电机组，其具有特别高的运转稳定性。本发明的目的还在于，提供具有这种发电机组的车辆。
根据本发明，关于发电机组的目的及关于车辆的目的是通过下述技术方案实现的。
因此，本发明基于以下理念，即提供一种发电机组，尤其用于混合动力车辆的发电机组，其中，发电机组包括双缸活塞式发动机，双缸活塞式发动机具有两个活塞和两个反向的曲轴，活塞串联地在两个汽缸中引导。曲轴通过连杆与活塞连接。此外，发电机组具有至少一个发电机，发电机可与第一曲轴同向地且与第二曲轴反向地转动。发电机组也具有包括阀凸轮的凸轮轴，阀凸轮与控制阀有效连接。根据本发明设有飞轮质量元件和平衡凸轮轴。飞轮质量元件布置在第二曲轴上或飞轮质量平衡轴上。平衡凸轮轴包括至少一个平衡凸轮元件，该平衡凸轮元件与线性引导的平衡质量块有效连接。
为了避免在活塞式发动机中的振动有利的是，该振动在混合动力车辆中会传递到车辆内部空间中，避免、优选消除一阶的质量力和二阶的质量力。在具有发电机的发电机组中还产生质量惯性矩，其中，根据本发明飞轮质量元件设计成补偿质量惯性矩。而平衡凸轮轴用于补偿二阶的质量力。以这种方式，与对质量惯性矩和二阶的质量力的补偿相互作用实现了特别高的运转平稳性。尤其实现了在已知的双缸活塞式发动机中不可实现的运转平稳性。
由此产生的效果对于混合动力车辆尤其重要。因为双缸活塞式发动机在不同的行驶情况下被接通，在根据本发明的发电机组中不会产生通常严重的起动振动，由此这种混合动力车辆的乘客基本上没有感觉到此时发电机组是活动的还是不活动的。因此产生仅通过电池电动车辆已知的行驶感受。
在根据本发明的发电机组的优选的实施方式中，平衡质量块由弹簧预紧的挺杆形成。这种弹簧预紧的挺杆需要小的结构空间，使得发电机组总体上可紧凑地设计。紧凑的设计对于在混合动力车辆中的应用特别优选，因为由此在车辆内留有更多的空间给乘客舱和/或储藏空间。
平衡质量块、尤其弹簧预紧的挺杆可在套筒中引导，套筒基本上在平衡凸轮轴之上平行于汽缸延伸。以这种方式可特别好地补偿二阶或更高阶的质量惯性力，其中同时实现了发电机组的高度紧凑性。
此外，在平衡凸轮轴由凸轮轴形成时实现了特别紧凑的结构。换句话说，与控制阀有效连接的凸轮轴同时用作平衡凸轮轴。在这种情况下，凸轮轴也包括平衡凸轮元件并且也与线性引导的平衡质量块有效连接。凸轮轴作为用于操控控制阀的凸轮轴和作为平衡凸轮轴的双重功能实现了特别紧凑的结构并且由于较少数量的构件也实现了发电机组的成本特别有利的制造和安装。
平衡凸轮元件可具有两个或四个平衡凸轮。平衡凸轮的数量取决于平衡凸轮轴的转动速度。在平衡凸轮轴由凸轮轴形成时，四个平衡凸轮是适宜的，从而补偿二阶和更高阶的质量力，因为凸轮轴通常以一半的曲轴转速旋转。但是如果平衡凸轮轴构造成单独的构件并且例如以与曲轴相同的转速旋转，则两个平衡凸轮就足够了，以便平衡二阶和更高阶的质量力。
为了使平衡质量块均匀地在平衡凸轮元件上运动，有利的是，平衡质量块、尤其弹簧预紧的挺杆具有滚动元件或滑动元件。在运行时，滚动元件在平衡凸轮元件的外表面上滚动。在运行中，替代设置的滑动元件在平衡凸轮元件的外表面上滑动。
在根据本发明的发电机组的另一优选的实施方式中，平衡凸轮轴具有第一平衡凸轮元件和第二平衡凸轮元件。第一平衡凸轮元件可与线性引导的第一平衡质量块有效连接并且第二平衡凸轮元件可与线性引导的第二平衡质量块有效连接。通过使用两个平衡凸轮元件以及为其配备的两个平衡质量块可避免作用到平衡凸轮元件上的倾斜力矩，这又有助于发电机组的双缸活塞式发动机的运转平稳性。
就此而言特别有利的是，平衡凸轮元件与平衡凸轮轴的中点相等距离地布置。在平衡凸轮轴由凸轮轴形成时特别优选的是，阀凸轮布置在第一平衡凸轮元件和第二平衡凸轮元件之间。
在优选的变型方案中，平衡凸轮轴具有驱动轮，驱动轮经由控制皮带或控制链条与第一和/或第二曲轴有效连接。曲轴、尤其第一曲轴和第二曲轴优选具有分别接合到彼此中的正齿轮。特别优选的是，平衡凸轮轴的驱动轮布置在与正齿轮相对的发动机侧上。这种设计一方面使得发电机组总体上保持非常紧凑的结构。另一方面，可补偿由此作用到曲轴上的倾斜力矩，该倾斜力矩通过以下方式产生，即，曲轴在与驱动轮相对的一侧上例如可经由牵伸件或齿轮传动机构、尤其借助中间齿轮与发电机连接。
此外在例如在优选的实施方式中套筒与发动机壳体构造成一件和/或一体时实现了发电机组的特别紧凑的设计。换句话说，平衡质量块可线性地在引导部中引导，该引导部构造成发动机壳体的一部分。例如发动机壳体可构造成铸造件，其中，在铸造件中设置用于平衡质量块的引导通道。
本发明的并列方案涉及一种车辆，尤其具有前述发电机组的混合动力车辆。
附图说明
下面将借助实施例并参考附上的示意图对本发明进行更详细的阐述。图中显示：
图1示出了根据优选的实施例的根据本发明的发电机组的横截面；
图2示出了通过根据图1的发电机组的纵截面；以及
图3示出了根据图1的发电机组的后视图。
具体实施方式
根据在附图中示出的实施例的发电机组包括双缸活塞式发动机，双缸活塞式发动机具有两个汽缸1、2和发电机5，发电机与活塞式发动机联接。双缸活塞式发动机与汽缸1、2串联布置，其中，为每个汽缸1、2分别配备曲轴3、4。曲轴彼此平行伸延并且经由正齿轮9彼此转动联接。
发电机5与第一曲轴3有效连接，使得发电机5具有与第一曲轴3相同的转动方向。具体而言，发电机5经由中间齿轮22与第一曲轴3的正齿轮9联接(图3)。第二曲轴4也具有正齿轮9，正齿轮通过齿部与第一曲轴的正齿轮9转动连接。在此，第二曲轴4与第一曲轴3反向转动以及也与发电机5反向转动。
为了补偿尤其通过发电机5引起的质量惯性矩，活塞式发动机优选具有飞轮质量元件21。在附图中示出的实施例中，飞轮质量元件21布置在第二曲轴4上。图3示出了飞轮质量元件21在第二曲轴4上的布局。在此，飞轮质量元件21优选与第二曲轴4的正齿轮9不可相对转动地连接。
替代地，可设有单独的飞轮质量平衡轴，飞轮质量平衡轴承载着飞轮质量元件21。飞轮质量平衡轴例如可与发电机5镜像布置并且与第二曲轴4有效连接。替代地，.也可使得飞轮质量元件21由第二发电机5形成，第二发电机与第二曲轴4镜像地连接。该实施方式还具有的优点是，发电机组可产生较高的输出电功率。
为了补偿二阶的质量力，在附图示出的发电机组的实施例中设有平衡凸轮轴10，平衡凸轮轴作用到平衡质量块13上，平衡质量块线性地或平行于活塞在汽缸1、2中运动。平衡凸轮轴10具体地由凸轮轴6形成，凸轮轴用于操控活塞式发动机的控制阀8。换句话说，凸轮轴6具有双重功能。一方面，凸轮轴引起对控制阀8的控制并且另一方面凸轮轴还引起平衡质量块13的线性运动并且由此用作平衡凸轮轴10。
对于作为凸轮轴6用于操控控制阀8的功能，凸轮轴6具有多个阀凸轮7(图2)。阀凸轮7布置在两个球轴承19之间，球轴承将凸轮轴6保持在发动机壳体20中。在球轴承19之外，凸轮轴6或平衡凸轮轴10分别具有平衡凸轮元件11。具体而言，设有两个平衡凸轮元件11，即第一平衡凸轮元件和第二平衡凸轮元件11。平衡凸轮元件11优选与平衡凸轮轴10的中点间隔开相同的距离，使得补偿在平衡凸轮轴10上的倾斜力矩。
为每个平衡凸轮元件配备平衡质量块13。具体而言，第一平衡凸轮元件11作用到第一平衡质量块13上并且第二平衡凸轮元件11作用到第二平衡质量块13上。平衡质量块13分别构造成挺杆14，挺杆在套筒17中被引导。套筒17是发动机壳体20的一体的组成部分。换句话说，发动机壳体20具有套筒状的凹口，挺杆14在凹口中线性地被引导。
挺杆14在相应的套筒17中线性地被引导并且经由弹簧15被加载弹簧力。构造成压缩弹簧的弹簧15的弹簧力使得挺杆14压紧到平衡凸轮元件11上。由此确保在滚动元件15和平衡凸轮元件11之间的直接接触。
在每个挺杆14和每个平衡凸轮元件11之间均布置有滚动元件16。尤其滚动元件可构造成滚轮。滚轮可为球支承或滑动支承。滚轮或滚动元件16在平衡凸轮元件11上滚动。
在根据附图的实施例中，平衡凸轮元件11分别具有四个平衡凸轮12。平衡凸轮12基本上呈星形布置。具体而言，平衡凸轮12的最大值可分别彼此成直角地布置。
原则上可有其他数量或其他构型的平衡凸轮12。在平衡凸轮轴10的布局中，例如在示出的实施例中，平衡凸轮元件11的对称设计是适宜的，因为平衡凸轮轴10布置在汽缸1、2之间的中间。在非中间的或偏心的布局中可有利的是，平衡凸轮12非对称地布置。
平衡凸轮12的数量也与平衡凸轮轴10的构型相关。在示出的实施例中，平衡凸轮轴10同时形成凸轮轴6，凸轮轴在运行中通常转动为曲轴3、4的一半快。在这种情况下，为了补偿二阶的质量惯性矩，四个平衡凸轮12是适宜的。在发电机组的平衡凸轮轴10与凸轮轴6分开设置且例如以与曲轴3、4相同的转速转动的变型方案中，两个平衡凸轮12就可足够。适宜的实施方式例如是，双缸活塞式发动机需配备有上述凸轮轴6。此时，平衡凸轮轴10仅用于补偿二阶的质量惯性矩，并且没有双重功能作为额外的凸轮6来操控操控阀8。
在图2中可看出，凸轮轴6或平衡凸轮轴10在与曲轴3、4的正齿轮9相对的马达侧上具有驱动轮18。驱动轮18可构造成齿轮并且可经由控制链与曲轴3、4中的其中一个连接。替代地，驱动轮18也可通过驱动皮带与曲轴3、4中的其中一个连接。在示出的实施例中，驱动轮18的尺寸确定为，使得凸轮轴6或平衡凸轮轴10在运行中以曲轴3、4一半快来转动。
通过补偿二阶的质量惯性矩和质量力，使得发电机组的双缸活塞式发动机特别顺利运转。因此发电机组尤其适合当作混合动力车辆的驱动系的组成部分，其主动借助电动机驱动。发电机组在此用作电能的电流生成器，该电能用于驱动混合动力车辆。双缸活塞式发动机的运转平稳性尤其使得能够根据行驶情况接通发动机组，而不会将干扰性的振动传递到车辆内部。此外，显著降低了噪音发出，使得可在混合动力车辆中得到相应于纯电驱动的车辆的行驶印象的行驶感受。
附图标记列表
1、2汽缸
3第一曲轴
4第二曲轴
5发电机
6凸轮轴
7阀凸轮
8控制阀
9正齿轮
10平衡凸轮轴
11平衡凸轮元件
12平衡凸轮
13平衡质量块
14挺杆
15弹簧
16滚动元件
17套筒
18驱动轮
19球轴承
20发动机壳体
21飞轮质量元件
22中间齿轮

Claims (13)

1.一种发电机组，尤其用于混合动力车辆的发电机组，所述发电机组包括：
-双缸活塞式发动机，所述双缸活塞式发动机具有两个活塞和两个反向的曲轴(3、4)，所述活塞串联地在两个汽缸(1、2)中引导，所述曲轴通过连杆与所述活塞连接，
-至少一个发电机(5)，所述发电机能与第一曲轴(3)同向地且与第二曲轴(4)反向地转动，以及
-包括阀凸轮(7)的凸轮轴(6)，所述阀凸轮与控制阀(8)有效连接，
其特征在于，
设有飞轮质量元件(21)和平衡凸轮轴(10)，所述飞轮质量元件布置在所述第二曲轴(4)上或飞轮质量平衡轴上，其中，所述平衡凸轮轴(10)包括至少一个平衡凸轮元件(11)，所述平衡凸轮元件与线性引导的平衡质量块(13)有效连接。
2.根据权利要求1所述的发电机组，其特征在于，所述平衡质量块(13)由弹簧预紧的挺杆(14)形成。
3.根据权利要求1所述的发电机组，其特征在于，所述平衡质量块(13)、尤其弹簧预紧的挺杆(14)在套筒(17)中引导，所述套筒基本上在所述平衡凸轮轴(10)之上平行于所述汽缸(1、2)延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的发电机组，其特征在于，所述平衡凸轮轴(10)由凸轮轴(6)形成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的发电机组，其特征在于，所述平衡凸轮元件(11)具有两个或四个平衡凸轮(12)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的发电机组，其特征在于，所述平衡质量块(13)、尤其弹簧预紧的挺杆(14)具有滚动元件(16)或滑动元件，所述滚动元件或滑动元件在运行中在所述平衡凸轮元件(11)的外表面上滚动或滑动。
7.根据前述权利要求中任一项所述的发电机组，其特征在于，所述平衡凸轮轴(10)具有第一平衡凸轮元件(11)和第二平衡凸轮元件(11)，其中，所述第一平衡凸轮元件(11)与线性引导的第一平衡质量块(13)有效连接并且所述第二平衡凸轮元件(11)与线性引导的第二平衡质量块(13)有效连接。
8.根据权利要求4和7所述的发电机组，其特征在于，所述阀凸轮(7)布置在所述第一平衡凸轮元件(11)和所述第二平衡凸轮元件(11)之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的发电机组，其特征在于，所述平衡凸轮轴(10)具有驱动轮(18)，所述驱动轮经由控制皮带或控制链条与所述第一和/或第二曲轴(3、4)有效连接。
10.根据前述权利要求中任一项所述的发电机组，其特征在于，所述曲轴(3、4)分别具有接合到彼此中的正齿轮(9)。
11.根据权利要求10所述的发电机组，其特征在于，所述驱动轮(18)布置在与所述正齿轮(9)相对的发动机侧上。
12.根据权利要求3至10中任一项所述的发电机组，其特征在于，所述套筒(17)与发动机壳体(20)构造成一件和/或一体。
13.一种车辆，尤其混合动力车辆，其具有根据前述权利要求中任一项所述的发电机组。
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