一种增程器及汽车

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种增程器及汽车。

背景技术

随着汽车行业发展，新能源汽车成为了汽车工业的主要发展方向，但是纯电动车辆因电池能量密度以及低温功率保持等因素，使得续航里程成为了主要限制环节。同时充电桩数量、电网负荷等也限制了纯电车辆的快速发展，因此增程系统构型可以有效弥补上述两类问题，成为了当前新能源汽车的主要技术路径。增程器指发动机、发电机以及发电机控制器的组合。由于增程式电动汽车其整备质量，轴距相对偏大，纵梁开口尺寸较小。为了获得更好的轮胎悬架布置空间，以配置更大轮胎、预留双叉臂悬架升级空间，进一步减小转弯半径。需要压缩增程器在机舱的布置空间，因此对于增程器小型化提出了更高的要求。

相关技术中，为了提高增程器小型化程度，将发电机的转子与发动机曲轴集成设置在一起(即取消了两者中间的限扭减震器)，进而可以压缩增程器的轴向空间。但是由于发动机在工作运转过程中难免会有燃烧异常现象(爆震，早燃)。因此曲轴输出的扭矩/转速会产生波动，且取消了限扭减震器，必然会导致增程器系统的运转冲击且导致NVH劣化，极端情况下甚至会导致电机轴疲劳断裂(比如增程器频繁的启停或者电机倒拖工况)，高压电池异常过充，同时给整车的高压系统带来安全风险。

发明内容

针对现有技术中为了提高增程器小型化程度，取消了限扭减震器，导致增程器难以应对曲轴输出的扭矩/转速产生的波动影响，导致NVH性能劣化、电机轴疲劳断裂，甚至高压电池异常过充，给整车的高压系统带来安全风险。

第一方面，本申请提供一种增程器，其包括：发动机缸体和发电机；其中

发动机缸体，其内间隔设置有第一油缸模块和第二油缸模块，所述第一油缸模块内设有第一曲轴，所述第二油缸模块内设置有第二曲轴；

发电机，其设于所述发动机缸体内，并位于第一油缸模块和第二油缸模块之间，所述发电机一端与所述第二曲轴相连，另一端设有弹性联轴器，并通过所述弹性联轴器与所述第一曲轴相连。

结合第一方面，一些实施例中，所述发动机缸体内集成设置有发电机控制器，且所述发电机控制器安装于所述第一油缸模块和第二油缸模块之间。

结合第一方面，一些实施例中，所述发电机顶部通过三相铜排与所述发电机控制器插接。

结合第一方面，一些实施例中，所述发动机缸体底部设有储油空间和隔板部，所述隔板部将所述储油空间分隔为两个发动机存油区和一个发电区存油区。

结合第一方面，一些实施例中，所述隔板部设有供所述第一曲轴或第二曲轴穿过的过孔，且所述过孔中设有油封。

结合第一方面，一些实施例中，所述发电机包括：

转子轴，其一端与所述第二曲轴相连，另一端通过所述弹性联轴器与所述第一曲轴相连；

定子，其设于所述转子轴下方；

电机冷却组件，其部分设于所述发电区存油区内，所述电机冷却组件用于将所述发电区存油区内的冷却油抽送至所述转子轴上。

结合第一方面，一些实施例中，所述电机冷却组件包括：

冷却油泵，其设于所述发电区存油区；

冷却油回路，其一端与冷却油泵，另一端喷口与所述转子轴位置对应。

结合第一方面，一些实施例中，所述第一油缸模块和第二油缸模块均包括两个并排设置的油缸，且两个相邻的所述油缸内的活塞连杆通过所述第一曲轴或第二曲轴相连。

结合第一方面，一些实施例中，每个所述油缸上均设有一个火花塞。

第二方面，本身请提供一种汽车，其包括：如上述任意一项所述的增程器。

综上所述，本申请通过发电机布置于发动机中间位置，采用两段式曲轴，且发电机转子轴总成与分体式曲轴一体成型，其中发电机与左段曲轴通过弹性联轴器原件进行连接，确保发动机在转速/扭矩较大波动时，通过联轴器吸收振动能量，同时对于增程器启动或变功率工况时确保增程器的NVH性能以及输出电流/功率的稳定性，避免异常波动，保护动力电池及功率元器件不因为异常尖峰电压导致故障。。较传统的发电机布置在发动机外侧集成度更高，体积相对更小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中增程器的示意图；

图2为本发明实施例中增程器与相关技术中增程器的局部对比图。

图中：1、发动机缸体；11、第一油缸模块；111、第一曲轴；12、第二油缸模块；121、第二曲轴；13、隔板部；131、过孔；132、油封；133、火花塞；14、发电区存油区；15、发动机存油区；16、油缸；161、活塞连杆；2、发电机；21、转子轴；22、弹性联轴器；23、定子；24、电机冷却组件；241、冷却油泵；242、冷却油回路；3、发电机控制器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。需要进一步说明的是，一些实施例中增程器集成化方案是将发电机转子与发动机曲轴集成在一起，即取消中间的限扭减震器，压缩轴向空间约40-50mm，可以一定程度减小尺寸。但是由于发动机在工作运转过程中难免会有燃烧异常现象(爆震，早燃)，因此曲轴输出的扭矩/转速可能会产生波动，势必会导致电机转子转速/扭矩发生剧烈变化，从而使发电机控制器输入/输出电流产生波动，当电流波动值超过功率元器件IGBT、驱动芯片的限值时，可能会导致电机输出功率超调，极端情况下引起IGBT炸管，高压电池异常过充，同时给整车的高压系统带来安全风险。然而，由于转速/转矩波动的存在，且取消了限扭减震器，必然会导致增程器系统的运转冲击且导致NVH劣化，影响整车的声品质。此外，由于是曲轴与发电机转子轴是硬联接，且没有传统构型的限扭减震器，会导致在增程器启动或变工况过程中给电机轴端带来较大冲击和交变载荷，极端情况下会导致电机轴疲劳断裂(比如增程器频繁的启停或者电机倒拖工况)。

针对现有技术中为了提高增程器小型化程度，取消了限扭减震器，导致增程器难以应对曲轴输出的扭矩/转速产生的波动影响，导致NVH性能劣化、电机轴疲劳断裂，甚至高压电池异常过充，给整车的高压系统带来安全风险。

第一方面，如图1所示，本申请请提供一种增程器，其包括：发动机缸体1和发电机2；其中，

发动机缸体1，其内间隔设置有第一油缸模块11和第二油缸模块12，所述第一油缸模块11内设有第一曲轴111，所述第二油缸模块12内设置有第二曲轴121。发电机2，其设于所述发动机缸体1内，并位于第一油缸模块11和第二油缸模块12之间，所述发电机2一端与所述第二曲轴121相连，另一端设有弹性联轴器22，并通过所述弹性联轴器22与所述第一曲轴111相连。

需要说明的是，发电机2布置于发动机缸体1中间位置，采用两段式曲轴，且发电机转子轴总成与分体式曲轴一体成型，其中发电机2与第一曲轴111通过弹性联轴器22进行连接，确保发动机在转速/扭矩较大波动时，文件3提到的联轴器和本案所述功能相当。通过弹性联轴器22吸收振动能量，同时对于增程器启动或变功率工况时确保增程器的NVH性能以及输出电流/功率的稳定性，避免异常波动，保护动力电池及功率元器件不因为异常尖峰电压导致故障。较传统的发电机布置在发动机外侧集成度更高，体积相对更小。目的为了减轻弱化增程器启停过程中的冲击及振动，同时降低轴颈疲劳风险，减小轴向空间尺寸。进一步地，如图2所示，本申请取消限扭减震器及发动机飞轮，将发电机转子与曲轴集成在一起，可以有效压缩增程器的轴向尺寸(约40-50m)，提升增程器的空间利用率，实现小型化。

可以理解的是，为节约轴向空间，将发电机以及发电机控制器总成布置于发动机中间位置，较传统的发电机布置在发动机外侧集成度更高，体积相对更小。

进一步地，分体式曲轴，意图在于通过左右电机的吸合来实现断开或联接，主要意图可以在低负荷条件下通过断开曲轴来达到目标发电功率的需求，减少了整体式曲轴的额外拖曳负荷及点火能量。

一些优选地实施例中，所述发动机缸体1内集成设置有发电机控制器3，且所述发电机控制器3安装于所述第一油缸模块11和第二油缸模块12之间。进一步地，所述发电机2顶部通过三相铜排与所述发电机控制器3插接。

需要说明的是，发电机控制器3(即GCU)整体布置在发电机2正上方及发动机第一油缸模块11与第二油缸模块12中间位置，发电机2三相铜排与发电机控制器3直接对插连接，经功率元器件IGBT将三相电流通过滤波、整流后输出DC直流电至动力电池，该构型减少了传统增程器的高压三相线连接，有效节约了空间和成本。

一些优选第实施例中，所述发动机缸体1底部设有储油空间和隔板部13，所述隔板部13将所述储油空间分隔为两个发动机存油区15和一个发电区存油区14。进一步地，所述隔板部13设有供所述第一曲轴111或第二曲轴121穿过的过孔131，且所述过孔131中设有油封132。

可以理解的是，发电机冷却油与发动机机油均存放于一体式油底壳处的储油空间，并通过隔板部13将二者存油区间隔断，同时发电机通过前后内置式油封将发动机曲轴箱体(即第一油缸模块11和第二油缸模块12)与发电机箱体进行隔断，避免油气互窜。

具体地，如图1所示，所述发电机2包括：转子轴21、定子23和电机冷却组件24；其中，

转子轴21，其一端与所述第二曲轴121相连，另一端通过所述弹性联轴器22与所述第一曲轴111相连。定子23，其设于所述转子轴21下方。电机冷却组件24，其部分设于所述发电区存油区14内，所述电机冷却组件24用于将所述发电区存油区14内的冷却油抽送至所述转子轴21上。

进一步地，为了更好地实现冷却，提高发电效率，所述电机冷却组件24包括：冷却油泵241和冷却油回路242；其中，

冷却油泵241，其设于所述发电区存油区14；冷却油回路242，其一端与冷却油泵241，另一端喷口与所述转子轴21位置对应。

可以理解的是，上述实施例中同时在发电区存油区14处设置有电子机的冷却油泵241，通过泵体工作将冷却机油注入转子处(一般注入转子轴21的空心轴内)，再经过转子径向的油道定点喷射于定子23及绕组处，可以充分将电机进行冷却，避免过温。

优选地，所述第一油缸模块11和第二油缸模块12均包括两个并排设置的油缸16，且两个相邻的所述油缸16内的活塞连杆161通过所述第一曲轴111或第二曲轴121相连。可选地，为方便使用者灵活调整控制，每个所述油缸16上均设有一个火花塞133。

可以理解的是，发电机控制器3可对每个火花塞133独立控制，以调整发动机点火策略。

第二方面，本申请提供一种汽车动力系统，其包括一种增程器，该增程器包括：发动机缸体1和发电机2；其中，

发动机缸体1，其内间隔设置有第一油缸模块11和第二油缸模块12，所述第一油缸模块11内设有第一曲轴111，所述第二油缸模块12内设置有第二曲轴121。发电机2，其设于所述发动机缸体1内，并位于第一油缸模块11和第二油缸模块12之间，所述发电机2一端与所述第二曲轴121相连，另一端设有弹性联轴器22，并通过所述弹性联轴器22与所述第一曲轴111相连。

进一步地，分体式曲轴，意图在于通过左右电机的吸合来实现断开或联接，主要意图可以在低负荷条件下通过断开曲轴来达到目标发电功率的需求，减少了整体式曲轴的额外拖曳负荷及点火能量。

一些优选地实施例中，所述发动机缸体1内集成设置有发电机控制器3，且所述发电机控制器3安装于所述第一油缸模块11和第二油缸模块12之间。进一步地，所述发电机2顶部通过三相铜排与所述发电机控制器3插接。

一些优选第实施例中，所述发动机缸体1底部设有储油空间和隔板部13，所述隔板部13将所述储油空间分隔为两个发动机存油区15和一个发电区存油区14。进一步地，所述隔板部13设有供所述第一曲轴111或第二曲轴121穿过的过孔131，且所述过孔131中设有油封132。

具体地，如图1所示，所述发电机2包括：转子轴21、定子23和电机冷却组件24；其中，

转子轴21，其一端与所述第二曲轴121相连，另一端通过所述弹性联轴器22与所述第一曲轴111相连。定子23，其设于所述转子轴21下方。电机冷却组件24，其部分设于所述发电区存油区14内，所述电机冷却组件24用于将所述发电区存油区14内的冷却油抽送至所述转子轴21上。

进一步地，为了更好地实现冷却，提高发电效率，所述电机冷却组件24包括：冷却油泵241和冷却油回路242；其中，

冷却油泵241，其设于所述发电区存油区14；冷却油回路242，其一端与冷却油泵241，另一端喷口与所述转子轴21位置对应。

优选地，所述第一油缸模块11和第二油缸模块12均包括两个并排设置的油缸16，且两个相邻的所述油缸16内的活塞连杆161通过所述第一曲轴111或第二曲轴121相连。可选地，为方便使用者灵活调整控制，每个所述油缸16上均设有一个火花塞133。

第三方面，本申请提供一种汽车，其包括：一种增程器，其包括：发动机缸体1和发电机2；其中，

发动机缸体1，其内间隔设置有第一油缸模块11和第二油缸模块12，所述第一油缸模块11内设有第一曲轴111，所述第二油缸模块12内设置有第二曲轴121。发电机2，其设于所述发动机缸体1内，并位于第一油缸模块11和第二油缸模块12之间，所述发电机2一端与所述第二曲轴121相连，另一端设有弹性联轴器22，并通过所述弹性联轴器22与所述第一曲轴111相连。

需要说明的是，发电机2布置于发动机缸体1中间位置，采用两段式曲轴，且发电机转子轴总成与分体式曲轴一体成型，其中发电机2与第一曲轴111通过弹性联轴器22进行连接，确保发动机在转速/扭矩较大波动时，文件3提到的联轴器和本案所述功能相当。通过弹性联轴器22吸收振动能量，同时对于增程器启动或变功率工况时确保增程器的NVH性能以及输出电流/功率的稳定性，避免异常波动，保护动力电池及功率元器件不因为异常尖峰电压导致故障。较传统的发电机布置在发动机外侧集成度更高，体积相对更小。目的为了减轻弱化增程器启停过程中的冲击及振动，同时降低轴颈疲劳风险，减小轴向空间尺寸。进一步地，如图2所示，本申请取消限扭减震器及发动机飞轮，将发电机转子与曲轴集成在一起，可以有效压缩增程器的轴向尺寸(约40-50m)，提升增程器的空间利用率，实现小型化。

可以理解的是，为节约轴向空间，将发电机以及发电机控制器总成布置于发动机中间位置，较传统的发电机布置在发动机外侧集成度更高，体积相对更小。

进一步地，分体式曲轴，意图在于通过左右电机的吸合来实现断开或联接，主要意图可以在低负荷条件下通过断开曲轴来达到目标发电功率的需求，减少了整体式曲轴的额外拖曳负荷及点火能量。

一些优选地实施例中，所述发动机缸体1内集成设置有发电机控制器3，且所述发电机控制器3安装于所述第一油缸模块11和第二油缸模块12之间。进一步地，所述发电机2顶部通过三相铜排与所述发电机控制器3插接。

需要说明的是，发电机控制器3(即GCU)整体布置在发电机2正上方及发动机第一油缸模块11与第二油缸模块12中间位置，发电机2三相铜排与发电机控制器3直接对插连接，经功率元器件IGBT将三相电流通过滤波、整流后输出DC直流电至动力电池，该构型减少了传统增程器的高压三相线连接，有效节约了空间和成本。

一些优选第实施例中，所述发动机缸体1底部设有储油空间和隔板部13，所述隔板部13将所述储油空间分隔为两个发动机存油区15和一个发电区存油区14。进一步地，所述隔板部13设有供所述第一曲轴111或第二曲轴121穿过的过孔131，且所述过孔131中设有油封132。

可以理解的是，发电机冷却油与发动机机油均存放于一体式油底壳处的储油空间，并通过隔板部13将二者存油区间隔断，同时发电机通过前后内置式油封将发动机曲轴箱体(即第一油缸模块11和第二油缸模块12)与发电机箱体进行隔断，避免油气互窜。

具体地，如图1所示，所述发电机2包括：转子轴21、定子23和电机冷却组件24；其中，

转子轴21，其一端与所述第二曲轴121相连，另一端通过所述弹性联轴器22与所述第一曲轴111相连。定子23，其设于所述转子轴21下方。电机冷却组件24，其部分设于所述发电区存油区14内，所述电机冷却组件24用于将所述发电区存油区14内的冷却油抽送至所述转子轴21上。

进一步地，为了更好地实现冷却，提高发电效率，所述电机冷却组件24包括：冷却油泵241和冷却油回路242；其中，

冷却油泵241，其设于所述发电区存油区14；冷却油回路242，其一端与冷却油泵241，另一端喷口与所述转子轴21位置对应。

可以理解的是，上述实施例中同时在发电区存油区14处设置有电子机的冷却油泵241，通过泵体工作将冷却机油注入转子处(一般注入转子轴21的空心轴内)，再经过转子径向的油道定点喷射于定子23及绕组处，可以充分将电机进行冷却，避免过温。

优选地，所述第一油缸模块11和第二油缸模块12均包括两个并排设置的油缸16，且两个相邻的所述油缸16内的活塞连杆161通过所述第一曲轴111或第二曲轴121相连。可选地，为方便使用者灵活调整控制，每个所述油缸16上均设有一个火花塞133。

可以理解的是，发电机控制器3可对每个火花塞133独立控制，以调整发动机点火策略。

综上所述，本申请通过发电机布置于发动机中间位置，采用两段式曲轴，且发电机转子轴总成与分体式曲轴一体成型，其中发电机与左段曲轴通过弹性联轴器原件进行连接，确保发动机在转速/扭矩较大波动时，通过联轴器吸收振动能量，同时对于增程器启动或变功率工况时确保增程器的NVH性能以及输出电流/功率的稳定性，避免异常波动，保护动力电池及功率元器件不因为异常尖峰电压导致故障。较传统的发电机布置在发动机外侧集成度更高，体积相对更小。进一步地，分体式曲轴，意图在于通过左右电机的吸合来实现断开或联接，主要意图可以在低负荷条件下通过断开曲轴来达到目标发电功率的需求，减少了整体式曲轴的额外拖曳负荷及点火能量。同时，发电机与控制器的高压三相线取消，直接通过铜排进行对插连接，优化机舱布置集成度，降低Z向高度约50mm。此外，油底壳集成了发动机与发电机的储油空间。最后，当前传统的限扭减震器可以有效改善转速波动及冲击，确保NVH性能，但是与小型化方向违背，因此在尺寸压缩的前提目标下，通过增加联轴器弹性元件，可以优化NVH性能并确保增程器轴向空间的节约。同时增加弹性元件，可以吸收/缓冲由于发动机爆震/早燃带来的输出扭矩波动，规避潜在的发电电流/电压波动变化，从而保护控制器及电池元件。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。