阅读说明：本技术 包括感应线圈的汽缸衬垫及使用其的混合内燃机和动力系 (Cylinder liner including induction coil and the mixing internal combustion engine and dynamical system using it ) 是由 A·康塞尔莱里 于 2019-05-09 设计创作，主要内容包括：混合内燃机(HICE)包括限定一个或多个缸膛的发动机缸体、设置在一个或多个缸膛中的每一个内的汽缸衬垫,和包括永磁体的活塞。每个汽缸衬垫包括非铁磁性材料和包封在非铁磁性材料内的感应线圈。每个活塞的永磁体可以经由附属感应线圈接收的电功率往复移动,或者反复地传输穿过感应线圈的高度以产生电能。车辆的混合动力系包括HICE、电能存储装置和电力电子模块,该电力电子模块配置为在一个或多个汽缸衬垫中的每一个和能量储存装置之间传递所产生的电能。与车轮接合的马达/发电机可以经由其制动驱动车轮或产生动力。(Mixing internal combustion engine (HICE) include the engine cylinder body for limiting one or more cylinder bores, each of one or more cylinder bores be set in cylinder liner, and the piston including permanent magnet.Each cylinder liner includes nonferromugnetic material and the induction coil that is encapsulated in nonferromugnetic material.The permanent magnet of each piston can be moved back and forth via the received electrical power of attached induction coil, or be transmitted through the height of induction coil repeatedly to produce electricl energy.The hybrid power system of vehicle includes HICE, electrical energy storage device and electric power electronic module, which is configured to transmit generated electric energy between energy accumulating device in each of one or more cylinder liners.The motor/generator engaged with wheel can brake driving wheel via it or generate power.)

包括感应线圈的汽缸衬垫及使用其的混合内燃机和动力系

引言

在内燃机(ICE)的燃烧循环期间，空气/燃料混合物被提供给ICE的发动机缸体内的汽缸。空气/燃料混合物被压缩和/或点燃并燃烧以经由定位在汽缸内的往复活塞提供输出转矩。

发明内容

提供了用于混合内燃机(HICE)的汽缸衬垫，并且其包括非铁磁性材料的管状主体和感应线圈，该非铁磁性材料的管状主体具有高度、由内径和外径限定的厚度和配置为对应于发动机缸体缸膛的内轮廓的外轮廓，该感应线圈在管状主体的内径和外径之间包封在非铁磁性材料内。非铁磁性材料可以是陶瓷材料。陶瓷材料可以是二氧化铈稳定的氧化锆。与感应线圈直接接触的非铁磁性材料可以是非导电的。

提供了一种混合内燃机(HICE)，且其包括限定一个或多个缸膛的发动机缸体、设置在一个或多个缸膛中的每一个内的汽缸衬垫，和活塞，该活塞具有设置在一个或多个汽缸衬垫中的每一个内的头部并且包括永磁体。每个汽缸衬垫可包括具有高度和由内壁和外壁限定的厚度的非铁磁性材料的管状主体，和在管状主体的内壁和外壁之间包封在非铁磁性材料内的感应线圈，其中外壁形成配置为对应于其相应缸膛的内轮廓的轮廓。非铁磁性材料可以是陶瓷材料。燃烧可以在每个汽缸中，至少部分地在其感应线圈限定的体积内发生。一个或多个活塞中的每一个可以联接到曲轴。感应线圈的高度可以在永磁体的上死点位置上方和在永磁体的下死点位置下方延伸。HICE可以通过将一个或多个汽缸衬垫中的每一个引入到缸膛中的一个或多个而由内燃机转换成。每个活塞可以经由附属于每个汽缸的感应线圈接收的电功率而在其附属的汽缸内往复运动。燃烧引起的每个活塞头的往复运动可以反复地将其永磁体运输穿过附属汽缸衬垫的感应线圈的高度的至少一部分并且产生电能。可基于由感应线圈产生的电信号来确定活塞在汽缸内的位置。可以通过向感应线圈中的每一个输送电功率来启动HICE。

提供了一种车辆的混合动力系，并且其包括电能存储装置和混合内燃机(HICE)。HICE可包括限定一个或多个缸膛的发动机缸体、设置在一个或多个缸膛中的每一个内的汽缸衬垫，和活塞，该活塞具有设置在一个或多个汽缸衬垫中的每一个内的头部并且包括永磁体。每个汽缸衬垫可包括具有高度和由内壁和外壁限定的厚度的非铁磁性材料的管状主体，和在管状主体的内壁和外壁之间包封在非铁磁性材料内的感应线圈，其中外壁形成配置为对应于其相应缸膛的内轮廓的轮廓。燃烧引起的每个活塞头的往复运动可以反复地将永磁体运输穿过感应线圈的高度的至少一部分并且产生电能。该混合动力系可以进一步包括电力电子模块，该电力电子模块配置为在一个或多个汽缸衬垫中的每一个和能量储存装置之间传递所产生的电能。混合动力系可以进一步包括马达/发电机，该马达/发电机电连接到电力电子模块并且配置为(1)将从电力电子模块接收的电功率转换成驱动一个或多个车轮的牵引转矩形式的机械功率，以及(2)由车轮制动产生电功率。每个活塞可以经由附属于每个汽缸的感应线圈从电能存储装置接收的电功率而在其附属的汽缸内往复运动。电力电子模块可以包括一个或多个可控功率逆变器，该一个或多个可控功率逆变器配置使电功率在交流电和直流电之间转换。该混合动力系可以进一步包括曲轴，该曲轴机械地联接到一个或多个活塞中的每一个并且能够将一个或多个活塞的往复运动转换成旋转运动。该混合动力系可以进一步包括HICE加热器系统，该HICE加热器系统包括能够接收电功率、将电功率转换为热量、以及将热量传递到冷却剂的电阻器，该冷却剂循环穿过HICE的一个或多个方面。

示例性实施例的其他目标、优点和新颖特征将从示例性实施例和附图的以下详细描述中变得显而易见。

附图说明

图1示出了根据一个或多个实施例的混合内燃机的剖面侧视图。

图2示出了根据一个或多个实施例的混合动力系的示意图。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开实施例仅仅是示例，且其他实施例可采取各种形式和备选形式。附图并不一定是成比例的；一些特征可以被放大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在本文公开的特定结构和功能性细节不应解释为限制，而是仅仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员所理解，参照附图中的任何一个示出和描述的各种特征可以与在一个或多个其他附图中示出的特征结合以产生未明确示出或描述的实施例。所示出的特征的组合提供典型应用的代表性实施例。然而，符合本公开的教导的特征的各种组合和修改可以期望用于特定应用或实施方式。

本文提供了包含内燃机(ICE)和线***流发电机的方面的混合内燃机(HICE)。本文公开的HICE独特地提供了燃烧室，该燃烧室设置在由线***流发电机的感应线圈限定的体积内。本文所公开的HICE简化了混合动力系，改进了ICE和混合动力车辆的各种性能方面，并且给传统的ICE和混合动力车辆提供了前所未有的额外优点。

图1示出了HICE10的剖面侧视图，该HICE10包括限定多个缸膛13的发动机缸体12，其中每个缸膛13具有连续的汽缸壁14，其通常为圆柱形壁。汽缸衬垫40设置在缸膛13内，并且包括具有高度H和厚度T的大致的管状主体43。厚度T由内壁41和外壁42限定，其中内壁41限定内轮廓，外壁42限定外轮廓，该外轮廓配置为对应于汽缸壁14的轮廓。汽缸衬垫40进一步包括在内壁41和外壁42之间包封在管状主体43内的感应线圈45。感应线圈45同心地缠绕过汽缸衬垫40的高度H的至少一部分。感应线圈45可进一步包括可将感应线圈45联接到各种其它组件的第一插塞46和第二插塞47，如下文将描述的。感应线圈可包括铜或具有理想低电阻率的其它导电材料，诸如铝、银和钨。在一个实施例中，感应线圈45直径包括约5mm，并且汽缸衬垫40厚度H为约5.2mm至约7mm。感应线圈45可包括多个转弯部和磁极。

为了清楚起见，仅示出和描述了一个缸膛13和附属汽缸衬垫40，虽然在其他实施例中，HICE10可以包括多个缸膛13和本领域已知的各种配置的附属汽缸衬垫40。关闭缸膛13的一端的是汽缸盖11，该汽缸盖11与活塞20的顶表面31协作以限定可变体积燃烧室15。汽缸盖11分别限定进气端口16和排气端口17，该进气端口16和排气端口17分别由阀诸如提升阀18和19选择性地打开。进气端口16和排气端口17设置成与燃烧室15选择性连通，以提供空气或空气-燃料混合物引入到燃烧室15和从燃烧室15排放燃烧产物。

活塞头30由顶表面31和圆周侧表面限定，该圆周侧表面从顶表面31向下延伸并且大致限定圆柱形活塞裙部32。在一些实施例中，活塞头30可以是非圆柱形的，只要顶表面31大致对应于汽缸衬垫40的剖面几何形状(即，内轮廓)。活塞头30可进一步包括销座部52，该销座部52从由活塞裙部32限定的底部空腔内的顶表面31向下延伸。活塞头30进一步需要永磁体33，该永磁体33出现在活塞头30的一个或多个区域中。例如，永磁体可以包括靠近顶表面31(如图所示)的环，或者可以出现在圆周侧表面附近并且形成活塞裙部32的一部分或全部。在一些实施例中，永磁体33可包括多个磁极。永磁体33可包括具有大于活塞头30最大温度的T_居里的任何铁磁性材料，使得永磁体33的磁性33特性在HICE10的操作期间不削弱。在一个实施例中，永磁体包括AlNiCo。

活塞20配置为经由燃烧室15中的燃料燃烧在缸膛13内往复运动，并且活塞头30在其往复运动期间与汽缸衬垫40内壁41可接合。活塞顶表面31形成燃烧室15的一个壁，当活塞20移动时，该壁引起燃烧室15的膨胀或收缩，如内燃机工作循环中的操作所需要的。为了将活塞20用作产生动力的装置，活塞20与外部元件诸如车辆的曲轴62操作地可接合。例如，曲轴62可将一个或多个活塞20的往复运动转换成旋转运动并将后者平移到车辆传动系的一个或多个车轮。曲轴箱9可以靠着发动机缸体12封装曲轴62的全部或一部分。曲轴62可以经由一个或多个相应连杆58操作地联接到一个或多个活塞20；例如，每个连杆58可以经由活塞销56联接到销座52的活塞销孔54。在一些实施例中，活塞销孔54可形成在穿过活塞裙部32的一个或多个位置中。在这种实施例中，销座52可以是可选的特征。

汽缸衬垫40管状主体43包括非铁磁性材料。与感应线圈45直接接触的汽缸衬垫40管状主体43进一步包括不导电的介电材料。非铁磁性材料可包括陶瓷材料，诸如二氧化铈稳定的氧化锆。在燃烧引起的活塞头30的往复运动期间，永磁体33反复地传输穿过感应线圈45的高度的至少一部分。在这种运动期间，永磁体33利用电线圈形成和打破磁场，并且根据已知的电磁原理产生电能。通常，每个汽缸的燃烧室15(以及燃料本身的燃烧)至少部分地发生在由其感应线圈45限定的体积内。在一个实施例中，为了使效率最大化，感应线圈45的高度在永磁体33的上死点位置上方和在永磁体33的下死点位置下方延伸。

图2示出了例如车辆所使用的混合动力系100的示意图。混合动力系100包括HICE10(为了清楚起见省略了发动机缸体12和其它部件)，该HICE10包括四个汽缸，每个汽缸都具有附属汽缸衬垫40，在该汽缸衬垫40中，附属活塞20可以往复运动。混合动力系100进一步包括电连接到HICE10的电力电子模块(PEM)110、电连接到PEM110的能量储存装置(ESD)120和连接到PEM110的马达/发电机130。例如，曲轴62和马达130可以连接到一个或多个车轮140以给附属车辆提供动力。混合动力系100可进一步包括HICE10加热器150，该加热器150包括能够接收来自PEM110或ESD120的电功率并将电功率转换为热量的电阻器151。来自电阻器151的热量被传递到冷却剂152，该冷却剂152循环穿过为了清楚起见被示意性地示出的HICE10冷却剂回路7。例如，冷却剂回路7可直接冷却发动机缸体12、汽缸盖11、活塞20或HICE10的其它方面。例如，在HICE10冷起动期间，加热器150可用于快速加热其部件。

PEM110包括多个可控功率逆变器，该可控功率逆变器包括配置和控制为使电能在交流电和直流电之间变换的功率晶体管。电功率经由配置为处理适当的电压负载的电气总线在PEM110、HICE10、ESD120和马达130之间传递。马达/发电机130将电功率转换为机械功率，并将机械功率转换为可存储在ESD120中的电功率。例如，马达/发电机130通过使用电功率产生牵引转矩形式的机械功率来驱动一个或多个车轮140而作为马达操作。例如，马达/发电机130通过将来自车辆车轮140制动的牵引转矩形式的机械功率转换为可存储在ESD120中的电功率(即，恢复车辆动能)而作为发电机操作。例如，ESD120可包括电池(例如，串联和/或并联连接的多个锂离子电池单元)、电容器或电容器辅助的电池。控制器101可以操作地连接到PEM110、ESD120、马达/发电机130和HICE10。

混合动力系100提供许多优点。在一些实施例中，可以通过将所公开的汽缸衬垫40***到其汽缸中并且形成如本文所公开的所需电连接来将标准ICE转化为HICE10。因此，HICE10可包括由标准ICE转换的HICE。在操作中，每个汽缸13和附属活塞20可以经由燃烧引起的活塞头30的运动产生电能，或利用电能(例如，从ESD120接收的)在汽缸13内移动活塞头30。在燃烧期间，每个汽缸盖的瞬时位置可以使用由感应线圈产生的电信号(例如，电流或电压反馈)由控制器101来确定。因此，其它活塞20位置感测方面可变得多余并被消除。类似地，电功率可以被传递到感应线圈45中的每一个，以驱动每个附属活塞20，以便启动HICE10。因此，HICE10启动器可以变得多余并被消除。

尽管以上描述了示例性实施例，但不意味着这些实施例描述了权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词汇是描述性而非限定性词汇，且应当理解，可以作出各种变化而不脱离本公开的精神和范围。如前所述，各实施例的特征可以进行组合以进一步形成可能未明确描述或示出的本发明的其他实施例。尽管各实施例可以描述为提供关于一个或多个期望特点的优点或优于其他实施例或现有实施方式，但本领域普通技术人员将认识到一个或多个特征或特点可以折中以获得期望总体系统属性，该期望总体系统属性取决于具体应用或实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、适销性、外观、包装、大小、可用性、重量、可制造性、易组装性等。照此，描述为关于一个或多个特征比其他实施例或现有实施方式不太合意的实施例不在本公开的范围外且可以是特定应用所需要的。