本發(fā)明涉及一種內燃機，具有至少一個氣缸，活塞以能線性移動的方式支承在所述至少一個氣缸中，其中，活塞通過連桿與內燃機的曲軸作用連接。此外本發(fā)明涉及一種用于運行內燃機的方法。

背景技術：

內燃機例如用于驅動機動車，就此而言即提供用于驅動機動車的轉矩。內燃機具有至少一個氣缸、然而優(yōu)選具有多個氣缸。在氣缸中或者說在每一個氣缸中分別以能線性移動的方式布置活塞。在運行期間，燃料以及氧化劑、尤其是氧氣——例如以空氣中的氧的形式——進入到氣缸或者說氣缸的燃燒室中，該燃燒室由氣缸和活塞一起界定。燃料以及氧化劑隨后進行燃燒，由此形成氣體壓力，該氣體壓力引起了活塞的用于擴大燃燒室的移位。

活塞通過連桿與曲軸作用連接。曲軸將由氣體壓力引起的活塞線性運動轉換成轉動運動。在內燃機的工作間隙期間，連桿或者說其縱向中心軸線與氣缸的縱向中心軸線處于可變化的角度之下。然而這意味著，不僅反作用于氣體壓力的、平行于氣缸的縱向中心軸線延伸的縱向力反作用到活塞上，而且附加地引起了橫向力，該橫向力具有垂直于縱向力的作用方向的作用方向。換句話說，橫向力關于氣缸的縱向中心軸線沿徑向方向作用到活塞上，即朝向氣缸的活塞工作面擠壓活塞，或者說將其擠壓到活塞工作面上。橫向力就此而言提高了活塞在活塞工作面上的摩擦并且相應地提高了內燃機的摩擦損失。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提出一種內燃機，該內燃機相對于已知的內燃機具有下述優(yōu)點：尤其是獲得了較小的摩擦損失。

上述情況根據(jù)本發(fā)明利用具有權利要求1的特征的內燃機來實現(xiàn)。在此規(guī)定，活塞設計成線性電機的動子，線性電機的定子的、配屬于氣缸的、能獨立運行的定子元件關于氣缸的縱向中心軸線沿周向方向部分地包圍氣缸，以用于借助線性電機將沿徑向方向定向的平衡力至少暫時地施加到活塞上。換句話說規(guī)定了，線性電機內置到內燃機中并且同時配屬于活塞。如果內燃機具有多個氣缸，則所述氣缸中的至少一個具有這種線性電機。不言而喻然而還可以規(guī)定，氣缸中的多個氣缸、尤其是氣缸中的所有氣缸分別配備有這種線性電機。

內燃機可以具有任意的表面形狀(topographie)。例如內燃機的氣缸分布到多個缸體底座上。就此而言，缸體底座中的每一個具有至少一個氣缸、然而優(yōu)選具有多個氣缸?，F(xiàn)在類似于前述實施方式，缸體底座中的僅一個、即缸體底座的氣缸中的至少一個可以具有這種線性電機。然而還可以如此設計缸體底座的多個或所有氣缸。

缸體底座中的其它缸體底座可以不帶有線性電機。替選地或附加地，然而還可以規(guī)定，其它缸體底座的氣缸中的至少一個配備有線性電機。此外在此還可以相應地設計缸體底座的多個或所有氣缸。下面總是僅對其中一個氣缸和配屬于其的線性電機進行研究。然而不言而喻的是，可以將這些實施方式復制到多個氣缸和分別配屬于其的線性電機上。

線性電機具有動子和定子。動子配屬于活塞或者說設計成該活塞的組成部分。而定子關于氣缸位置固定地布置，尤其是定子位于內燃機的氣缸曲軸箱中。線性電機可以選擇性地作為馬達或發(fā)電機運行；就此而言，該線性電機替選地可以稱為線性機器。即可以規(guī)定，線性電機或者用于輔助內燃機，即提高了能由其產(chǎn)生的或提供的轉矩。在這種情況下實現(xiàn)了線性電機作為馬達運行，其中，對活塞的線性運動進行輔助，該線性運動通過氣體壓力引起。

然而還可以規(guī)定，線性電機作為發(fā)電機運行，從而一部分由內燃機產(chǎn)生的或提供的轉矩由線性電機使用，用于提供電能。在這種情況下，線性電機將一種力作用于活塞，該力反向于氣體壓力，從而降低了由內燃機產(chǎn)生的或者說提供的轉矩。特別優(yōu)選地可以在內燃機上調節(jié)多種運行模式之一，其中，線性電機在運行模式中的第一種運行模式中作為馬達運行并且在運行模式中的第二種運行模式中作為發(fā)電機運行。然而當然替選地，可以規(guī)定線性電機僅作為馬達或發(fā)電機運行。

線性電機應以下述方式設計：利用其能將平衡力施加到活塞上。平衡力關于氣缸的縱向中心軸線沿徑向方向取向。平衡力在此優(yōu)選為合力的分量，其能借助線性電機施加到活塞上。為了能將平衡力、即合力的沿徑向方向指向的分量施加到活塞上，設置有定子的專門的設計方案。為此，設置有定子的定子元件，該定子元件能單獨地運行，即與可能的其它定子元件無關地運行，尤其是可以被加載電流。

定子元件沿周向方向僅部分地包圍氣缸。在運行線性電機時，即尤其是在為定子或可單獨運行的定子元件通電流時，朝向與定子或者說定子元件背離的方向擠壓活塞。就此而言，線性電機例如可以用于反作用于橫向力。在這種情況下，定子或者說定子元件相應地布置，并且線性電機此外以下述方式運行：平衡力相當于橫向力、尤其是在其振幅或者說大小方面。

在本發(fā)明的另一種設計方案的范圍內規(guī)定，定子元件設計成沿周向方向延伸的定子區(qū)段，其中，定子具有至少另一個沿周向方向與定子元件相鄰布置的定子區(qū)段。即定子元件僅為定子的一個區(qū)段，從而除了定子元件之外還設置有至少另一個定子區(qū)段。另一個定子區(qū)段相鄰于定子元件或定子區(qū)段設置。例如另一個定子區(qū)段直接相鄰于該定子元件，即沿周向方向看直接連接到該定子元件上。定子元件和至少另一個定子區(qū)段也就可以沿周向方向彼此間隔開或彼此直接鄰接。

可以規(guī)定，定子區(qū)段和至少另一個定子區(qū)段沿周向方向完全包圍氣缸。然而在此，定子區(qū)段能完全與另一個定子區(qū)段無關地運行。就此而言為了施加平衡力，運行定子區(qū)段，而在其它情況下——例如當非故意地施加時——附加地或替選地運行至少另一個定子區(qū)段。例如可以規(guī)定，定子區(qū)段和至少另一個定子區(qū)段被加載不同的電壓和/或電流強度，以實現(xiàn)所希望的平衡力?？傊?，僅定子元件或者說定子區(qū)段、僅另一個定子區(qū)段、或不僅定子元件且另一個定子區(qū)段能運行，以便獲得線性電機的所希望的作用。

本發(fā)明的另一種優(yōu)選設計方案提出，定子布置在內燃機的、具有氣缸的氣缸曲軸箱中。氣缸曲軸箱為此具有用于定子的相應的接納部。接納部例如在注塑氣缸曲軸箱時構成，并且隨后將定子裝入到接納部中。然而當然還可以規(guī)定，將定子注塑到氣缸曲軸箱中。

本發(fā)明的一種改進方案提出，氣缸沿周向方向至少部分地由水套包圍，定子沿徑向方向布置在水套和氣缸的活塞工作面之間。水套用于冷卻內燃機、尤其是氣缸曲軸箱。水套沿周向方向至少部分地、優(yōu)選大部分地、尤其是完全地包圍氣缸。水套至少在運行內燃機期間由冷卻介質、例如冷卻水流經(jīng)，從而在運行內燃機期間排出積累的熱量。

為了在線性電機的定子和動子之間盡可能最佳地構成磁通量，定子沿徑向方向布置在水套和活塞工作面之間?；钊ぷ髅嬖诖藨斫獬蓺飧椎膬葓A周面，活塞能沿著該內圓周面線性移動。如果活塞具有至少一個活塞環(huán)，則活塞環(huán)可以至少暫時地與活塞工作面接觸或者說在其上滑動。

本發(fā)明的另一種優(yōu)選設計方案提出，氣缸沿周向方向至少部分地由另一個水套包圍，定子沿軸向方向相鄰于所述另一個水套布置，尤其是布置在另一個水套下方。另一個水套可以與水套無關地被加載冷卻介質。沿軸向方向看，另一個水套鄰接于水套。替選地，另一個水套沿軸向方向與其間隔開。沿徑向方向看，水套和另一個水套優(yōu)選至少部分地、尤其是僅部分地或完全地重疊。優(yōu)選地，另一個水套沿徑向方向看不僅搭接水套、而且搭接定子。另一個水套優(yōu)選布置在所述水套上方。這優(yōu)選意味著，另一個水套布置在水套的背離曲軸的一側上。相應地，定子位于另一個水套下方。

本發(fā)明的另一種設計方案提出，定子元件至少部分地、尤其是完全地布置在假想的平面的一側上，所述假想的平面本身接納氣缸的縱向中心軸線并且平行于曲軸的轉動軸線布置。即氣缸的縱向中心軸線位于假想的平面中。同時，該平面平行于曲軸的轉動軸線延伸。特別優(yōu)選地，所述平面本身接納轉動軸線。位于平面的第一側上的一側現(xiàn)在例如可以稱為壓力側，與壓力側對置的一側稱為背壓側。壓力側理解成下述側，活塞在內燃機運行期間在工作沖程中由于反作用于氣體壓力的反力而被壓入到所述側中。定子元件至少部分地布置在假想的平面的一側上。定子元件尤其是完全位于該側上。此外特別優(yōu)選地，關于所述平面對稱布置定子元件，其中，定子元件在兩側沿周向方向等距地遠離于所述平面。

本發(fā)明的一種優(yōu)選改進方案提出，垂直于平面的橫向力——所述橫向力由于在燃燒行程/燃燒節(jié)拍期間出現(xiàn)的氣體壓力而作用到活塞上——從平面的背壓側指向平面的壓力側，其中，定子元件布置在壓力側上。對此前面已經(jīng)指出。定子元件特別優(yōu)選完全布置在壓力側上，尤其是關于平面對稱。通過運行線性電機可以反作用于橫向力，特別優(yōu)選地完全補償該橫向力。上述情況能實現(xiàn)以摩擦特別低的方式運行內燃機。

最后在本發(fā)明的另一種實施方式中可以規(guī)定，動子具有至少一個永久磁鐵或設計成鼠籠式動子。原則上，線性電機或者說其動子能以任意方式設計。例如，線性電機設計成永久激勵的線性電機，為此動子具有永久磁鐵。替選地，線性電機可以設計成自激勵的線性電機。為此例如設置鼠籠式動子，或者說動子設計成鼠籠式動子。

此外本發(fā)明涉及一種用于運行內燃機的方法，該方法尤其是用于運行根據(jù)前述實施方式所述的內燃機，其中，內燃機具有至少一個氣缸，活塞以能線性移動的方式支承在所述至少一個氣缸中，其中，活塞通過連桿與內燃機的曲軸作用連接。在此規(guī)定，活塞設計成線性電機的動子，線性電機的定子的、配屬于氣缸的、能獨立運行的定子元件關于氣缸的縱向中心軸線沿周向方向部分地包圍氣缸，以用于借助線性電機將沿徑向方向定向的平衡力施加到活塞上，其中，線性電機至少暫時地運行，以用于施加平衡力。

已經(jīng)指明了內燃機的這種設計方案或者這種方式的優(yōu)點。不僅所述方法而且所述內燃機都可以根據(jù)前述實施方式改進，從而就此而言參照前述實施方式。

在本發(fā)明的另一種實施方式的范圍內可以規(guī)定，線性電機至少暫時地以下述方式運行，即平衡力反作用于橫向力，所述橫向力由于在燃燒行程期間出現(xiàn)的氣體壓力而作用到活塞上。已經(jīng)指出了這一點。

附圖說明

下面借助在附圖中示出的實施例詳細闡述本發(fā)明，而沒有對本發(fā)明構成限制。其中：

圖1示出了內燃機區(qū)域的示意性橫截面圖，其中，內燃機的活塞配備有線性電機，和

圖2示出了內燃機的示意圖，其中，借助多個氣缸示出了線性電機的不同的設計方案。

具體實施方式

圖1示出了內燃機1的區(qū)域的示意性橫截面圖。內燃機具有至少一個氣缸2，活塞3尤其是關于氣缸2的縱向中心軸線4沿軸向方向以能線性移動的方式布置在所述至少一個氣缸中?；钊?通過連桿5與曲軸6、尤其是與曲軸6的連桿軸頸7作用連接。曲軸6以能圍繞轉動軸線8轉動的方式支承。轉動軸線8可以、然而不是必須與縱向中心軸線4相交。更確切地說，轉動軸線可以——如在此示出的那樣——偏斜于該縱向中心軸線布置。連桿5一方面優(yōu)選直接接合在活塞3上并且另一方面優(yōu)選直接接合在曲軸6或者說連桿軸頸7上。因此，通過連桿5實現(xiàn)了在活塞3和曲軸6之間的直接連接。

氣缸2配備有線性電機9。為此目的，活塞3設計成線性電機9的動子。該活塞為此具有至少一個永久磁鐵10，在這里示出的實施例中具有多個永久磁鐵10、11和12。永久磁鐵10或者說永久磁鐵10、11和12關于縱向中心軸線4沿周向方向優(yōu)選完全地包圍活塞3。

此外，線性電機9具有定子13，該定子具有至少一個定子元件14。定子元件14能獨立地工作并且沿周向方向僅部分地包圍氣缸2。該定子元件優(yōu)選形狀匹配于氣缸2，即具有彎曲部，從而該定子元件在沿周向方向不同的位置處總是沿徑向方向與氣缸2的活塞工作面15具有相同的距離。定子元件14優(yōu)選設計成定子區(qū)段。

除了定子元件14之外還可以設置至少另一個定子區(qū)段16。另一個定子區(qū)段16優(yōu)選沿周向方向看至少單側地、然而尤其是雙側地直接連接到定子元件14上。這意味著，定子元件14和定子區(qū)段16沿周向方向共同完全包圍氣缸2。在此，定子元件14和定子區(qū)段16還可以沿周向方向重疊。

不僅定子元件14而且定子區(qū)段16分別由多個線圈17組成，在所述多個線圈中僅示例性標注幾個。定子元件14的線圈17然而在此能與定子區(qū)段16的線圈17無關地被加載電流，從而定子元件14能與定子區(qū)段16無關地工作。

為了冷卻內燃機1，氣缸2沿周向方向至少部分地、尤其是完全地由水套18包圍。定子13、尤其是定子元件14和/或定子區(qū)段16現(xiàn)在沿徑向方向布置在水套18和活塞工作面15之間。在水套18上方設置有另一個水套19。該水套可以與水套18一起或與其無關地被加載冷卻介質、尤其是冷卻水。水套19在橫截面中看分別至少部分地、尤其是分別完全地搭接水套18和/或定子13。利用水套18和19可以確定對內燃機1進行充分冷卻并且此外還對線性電機9進行冷卻。

氣缸2由設想的平面20劃分，該平面本身接納氣缸2的縱向中心軸線4并且平行于曲軸6的轉動軸線8布置或者同樣本身接納該轉動軸線。在平面20的一側上現(xiàn)在設置壓力側21并且在對置的側面上設置背壓側22。在內燃機1運行期間，活塞3由作用到其上的氣體壓力或者說由反向于氣體壓力的、通過連桿5施加到其上的反力朝向壓力側21擠壓。上述情況引起的反力的分量被看作是橫向力。橫向力的力矢量垂直于平面20(在此未示出)。

該橫向力要通過相應地運行線性電機9被反作用。尤其是為此運行定子13的定子元件14，即加載電流。上述情況可以間隙性地實現(xiàn)，從而橫向力越強地作用到活塞3上，則借助線性電機9產(chǎn)生的平衡力——其反向于反力——越大。這通常意味著，定子元件14在內燃機1的僅一部分工作間隙中運行或者至少與至少另一個定子區(qū)段16不同地運行。而且定子元件14可以在曲軸區(qū)域中與在曲軸區(qū)域之外不同地運行，尤其是以另一種功率。在這種情況下，線性電機9原則上可以或者作為馬達或者作為發(fā)電機運行。線性電機9例如能以下述方式運行：使由內燃機1提供的或產(chǎn)生的轉矩平滑。

圖2示出了內燃機1的示意圖。示出了多個氣缸2，這些氣缸分別配屬于線性電機9的不同的設計方案。從而從上向下示出了具有線性電機9的五種不同的實施方式的五個氣缸2。然而原則上，內燃機1優(yōu)選僅具有一種類型的線性電機9，從而所有氣缸2分別配屬于相同的線性電機9。然而，不同類型的線性電機9配屬于相同的內燃機1。

在線性電機9的第一種實施方式中僅設置定子元件14。該定子元件沿周向方向僅部分地包圍氣缸2。在此，該定子元件布置在壓力側21上。而在第二種實施方式中，定子元件14設置在背壓側22上。第三種實施方式除了定子元件14之外又具有定子區(qū)段16，其中，定子元件14位于壓力側21上，且定子區(qū)段16位于背壓側22上。定子元件14和定子區(qū)段16沿周向方向具有相同的延伸長度并且在此關于平面20對稱地布置。

線性電機9的第四種實施方式除了定子元件14之外還具有多個定子區(qū)段16，在此示出的實施例中具有三個定子區(qū)段16。定子元件14和定子區(qū)段16沿周向方向分別具有相同的延伸長度并且均勻分布地布置在氣缸2的周部上。第五種實施方式具有定子元件14和剛好一個定子區(qū)段16。定子元件14僅設置在壓力側21上，而定子區(qū)段16延伸過整個背壓側22直至壓力側21，尤其是僅在一側或(如在此示出的那樣)在兩側。就此而言，定子區(qū)段16優(yōu)選至少在一側、尤其是在兩側直接地鄰接于定子元件14。

借助在此描述的具有一體的線性電機9的內燃機1，在運行內燃機1期間作用到活塞3上的橫向力可以至少部分地、特別優(yōu)選完全地被補償。上述情況能實現(xiàn)低摩擦地運行內燃機1并且因此能實現(xiàn)高效率。