JP2019505437A - パワーユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、パワーユニット、特にハイブリッド車両のパワーユニットに関するものであって、クランク軸ハウジング（１０）を備えた、２シリンダ往復ピストンエンジン（１）を有し、前記クランク軸ハウジング内に２つの逆方向のクランク軸（１１、１２）が配置されており、前記クランク軸がコネクティングロッド（１３）によってピストン（１８、１９）と結合されており、前記ピストンが２つのシリンダ（２１、２２）内にタンデム配置で案内されており、少なくとも１つのクランク軸（１１、１２）がジェネレータ（４１、４２）と駆動結合されており、かつ往復ピストンエンジン（１）がシリンダヘッド（２０）を有し、前記シリンダヘッドがクランク軸ハウジング（１０）と結合されおり、往復ピストンエンジン（１）が下方に位置するカム軸（３０）を有し、かつシリンダヘッド（２０）が少なくとも２つの、特に互いに対して１８０°回動された位置において、クランク軸ハウジング（１０）と結合可能である。さらに、本発明は、この種のパワーユニットを有する車両に関する。【選択図】図１ｄ

Description

本発明は、パワーユニット、特にハイブリッド車両のパワーユニット及びこの種のパワーユニットを有する車両に関する。冒頭で挙げた種類のパワーユニットは、たとえば国際公開第２０１２／０５６２５７（Ａ１）号パンフレットから知られている。

この既知のパワーユニットは、２つのピストンを備えた２シリンダ往復ピストンエンジンを有しており、そのピストンは２つのシリンダ内にタンデム配置で案内されている。各ピストンは、コネクティングロッドによってそれぞれのクランク軸と結合されている。２つのクランク軸は、逆方向に回転する。２シリンダ往復ピストンエンジンは、さらに、クランク軸ハウジングを有しており、その中にクランク軸が配置されている。さらにジェネレータが設けられており、それが少なくともクランク軸と駆動結合されている。クランク軸ハウジング上にシリンダヘッドが取り付けられており、そのシリンダヘッドがクランク軸ハウジングと堅固に結合されている。

すでに知られているこのパワーユニットは、好ましくは、ハイブリッド車両内で使用される。この種のハイブリッド車両においては、エネルギ蓄積部材、特にアキュムレータのために、特に大きい組み込み空間が必要とされるので、パワーユニットの組み込み大きさを削減することが望まれる。また、車両内のパワーユニットの所望の組み込み場所も、考慮されなければならない。重量分配の理由からは、パワーユニットをエンジンルームの隔壁のできるだけ近傍に位置決めすることが、好ましい。その場合には、シリンダヘッドに接続されている排ガス導管又は空気供給導管がじゃまになることがあり得る。その限りにおいて、柔軟かつ場所をとらずに車両内へ組み込むことができる、パワーユニットが必要とされる。

国際公開第２０１２／０５６２５７（Ａ１）号パンフレット

これを背景として、本発明の課題は、冒頭で挙げた種類のパワーユニットを改良し、それによってパワーユニットを様々な組み込み状況において柔軟に挿入することができるようにすることである。本発明の他の課題は、この種のパワーユニットを有する車両を提供することである。

本発明によれば、この課題は、パワーユニットに関しては、特許請求項１の対象によって解決される。車両に関しては、課題は、特許請求項１１の対象によって解決される。

すなわち本発明は、クランク軸ハウジングを備えた２シリンダ往復ピストンエンジンを有するパワーユニット、特にハイブリッド車両のパワーユニットを提供する、という考えに基づいている。クランク軸ハウジング内には、２つの逆方向のクランク軸が配置されており、それらはコネクティングロッドによって２つのピストンと結合されている。ピストンは、２つのシリンダ内にタンデム配置で案内されている。少なくとも１つのクランク軸が、ジェネレータと駆動結合されている。往復ピストンエンジンがシリンダヘッドを有し、そのシリンダヘッドがクランク軸ハウジングと結合されている。往復ピストンエンジンは、好ましくは下方に位置するカム軸を有している。シリンダヘッドは、少なくとも２つの、特に互いに対して１８０°回動された位置において、クランク軸ハウジングと結合可能とすることができる。

下方に位置するカム軸と、クランク軸ハウジングと結合可能なシリンダヘッドとからなる組み合わせは、特別な利点を有している。下方に位置するカム軸は、特にパワーユニットのための小さい組み立て大きさをもたらす。２つの異なる位置においてクランク軸ハウジングと結合可能なシリンダヘッドは、そのようにして車両内部のパワーユニットの配置を柔軟に構成できる限りにおいて、それに寄与する。したがってパワーユニットは、それぞれ組み込み状況に応じて、車両内でできる限り少ない組み込み空間しか必要としない。というのは、クランク軸ハウジングと異なるように結合可能なシリンダヘッドが、空気供給導管又は排ガス導管のためのそれに応じた導管ガイドを許すからである。

たとえば、パワーユニットは、エンジンルーム内の隔壁の比較的近傍に位置決めすることができる。というのは、シリンダヘッドは、走行方向において吸気パイプ又は排気パイプがシリンダヘッドから前方へ張り出すように、方向づけすることができるからである。したがってエンジンルーム内に比較的大きい割合の提供可能な容積が残り、それを、たとえば蓄積部材のために利用することができる。その代わりに、パワーユニットを寝かせて配置する場合に、他の導管ガイドが好ましい場合もある。その限りにおいて、このパワーユニットは、シリンダヘッドが種々の位置においてクランク軸ハウジングと結合できることにより、柔軟に挿入することができる。

特に好ましくは、シリンダヘッドは対称の構造を有している。具体的には、シリンダヘッド内及び／又はクランク軸ハウジング内の接続面もしくは接続開口部は、パワーユニットの中心軸線に対して軸対称に配置することができるので、クランク軸ハウジングに対するシリンダヘッドの方向づけが任意に選択可能となる。言い換えると、シリンダヘッドは２つの異なる方向づけで任意にクランク軸ハウジングと結合することができ、その場合に同時に、クランク軸ハウジングに対するシリンダヘッドの方向づけとは関係なく、それぞれの接続開口部は互いに合致する。

本発明の好ましい形態において、カム軸はクランク軸の間の中心平面内に配置されている。特にカム軸は、ピストンのコネクティングロッドの間の中心平面内に配置することができる。したがってピストンのコネクティングロッドの間で提供可能なスペースが、特に効率的に利用され、それが、パワーユニットのコンパクト性を支援する。

カム軸は、好ましくはピストンの下死点の下方に配置されている。これによって同様に、パワーユニットが特にコンパクトに構成される。特にピストンの間隔をつめることができ、コネクティングロッド又はシリンダがカム軸と衝突することはない。

シリンダヘッドは、好ましくは、点火混合気のための吸気スリーブと排ガスのための排気スリーブとを有している。吸気スリーブと排気スリーブは、好ましくはシリンダヘッドの互いに逆となる側に配置されている。

カム軸は、好ましくは、ベルトドライブ又はチェーンドライブを介してクランク軸の１つと駆動結合されている。カム軸は、好ましくは、少なくとも１つのカムを有することができ、そのカムが制御ロッドと結合されている。制御ロッドは、好ましくはシリンダヘッド内の弁のロッカーアームと作動的に結合されている。制御ロッドは、カムの外側輪郭をロッカーアームの傾き運動へ伝達するので、シリンダヘッド内の弁はカム輪郭を用いて開放し、かつ閉鎖することができる。

本発明において、カム軸が複数の、特に４つのカムを有し、そのカムがそれぞれ制御ロッドと結合されていると、特に効果的である。その場合に好ましくは、制御ロッド、特にすべての制御ロッドが２つのシリンダの間に配置されている。制御ロッドのこの配置も、シリンダもしくはピストンの間に残る自由空間を同様にきわめて効率的に利用するので、パワーユニットのコンパクトな構造を支援する。

本発明の好ましい形態において、２つのクランク軸は、それぞれ歯切りを備えた平歯車を支持しており、その場合に２つのクランク軸の平歯車が互いにかみ合い、かつクランク軸を互いに同位相で結合する。クランク軸の平歯車が互いにかみ合うことにより、２つのピストンの運動の互いに対する強制的な依存性が生じる。これが、パワーユニットの同期を支援する。

好ましくは、各クランク軸は、バランスマスを備えたはずみ車を支持している。その場合に少なくとも１つのはずみ車は、クランク軸センサによってクランク軸位置を検出するための周方向マーキングを有することができる。具体的には、はずみ車の１つが外歯切りを有することができ、その場合に外歯切りは、実質的に等しい歯間隔を有している。例外が、はずみ車周面のある箇所であって、そこにおいて外歯切りは、たとえばより広い隙間を有することができる。より広い隙間は、好ましくは次のように、すなわちその隙間が適切な、たとえば光学的なセンサを通過する際に認識されて、それによって２つのピストンの１つがその下死点又は上死点にあることが明らかになるように、配置されている。いずれにせよこの種のマーキングを用いて、クランク軸の位置を求めて、パワーユニットの制御に使用することができる。

本発明の他の視点は、上述したパワーユニットを有する車両、特にシングルトラック又はマルチトラックのハイブリッドエンジン車両に関する。この車両において、パワーユニットは、好ましくはエンジンルーム内の隔壁に配置されており、その場合に隔壁が客室をエンジンルームから分離する。好ましくは、パワーユニットは２つの異なる方向づけでエンジンルーム内に挿入することができ、それによってこのパワーユニットは、多数の車両形式に普遍的に適している。

以下、添付の図式的な図面を参照しながら実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

好ましい実施形態に基づく本発明に係るパワーユニットの正面を示す斜視図である。 図１ａに基づくパワーユニットの背面を示す斜視図である。 図１ａに基づくパワーユニットを示す上面図である。 図１ａに基づくパワーユニットの正面をクランク軸ハウジングなしで示す斜視図である。 図１ａに基づくパワーユニットの正面を示す斜視図であって、その場合にシリンダヘッドが１８０°回動して取り付けられている。 図２ａに基づくパワーユニットの背面を示す斜視図である。 図２ａに基づくパワーユニットを示す上面図である。 図１ａに基づくパワーユニットのピストン配置の背面を示す斜視図である。

添付の図には、全体としてパワーユニット、特にハイブリッド車両のパワーユニットが示されており、それは２シリンダ往復ピストンエンジン１を有している。２シリンダ往復ピストンエンジンは、ジェネレータ４１、４２と機械的に結合されている。ジェネレータ４１、４２が電流を発生させ、その電流が、たとえば走行アキュムレータを充電するために利用される。

２シリンダ往復ピストンエンジン１は、クランク軸ハウジング１０を有しており、その中に第１のクランク軸１１と第２のクランク軸１２が配置されている。第１のクランク軸１１と第２のクランク軸１２は、それぞれコネクティングロッド１３によって第１のピストン１８及び第２のピストン１９と結合されている。ピストン１８、１９は２つのシリンダ２１、２２内にタンデム配置で案内されている。シリンダ２１、２２は、シリンダヘッド２０内に配置されている。シリンダヘッド２０は、さらに、２つの吸気スリーブ２３と１つの排気スリーブ２４とを有している。吸気スリーブ２３を介して燃焼空気を吸引して、シリンダ２１、２２へ案内することができる。シリンダ２１、２２内で生じた排ガスは、排気スリーブ２４を介して排出される。

図１ａにおいてよくわかるように、２シリンダ往復ピストンエンジン１の側方に並んでジェネレータ４１、４２が配置されている。特に、２シリンダ往復ピストンエンジン１は、実質的に２つのジェネレータ４１、４２の間に配置されている。ジェネレータ４１、４２は、特に２シリンダ往復ピストンエンジン１と一直線に方向づけされており、それによってパワーユニットの特に幅狭の構造が得られる。

シリンダヘッド２０の高さにおいて、２シリンダ往復ピストンエンジン１の両側に電子機器ハウジング２７が設けられており、それらはパワーエレクトロニクスを有することができる。電子機器ハウジングは、それぞれジェネレータ４１、４２の上方に配置されている。電子機器ハウジング２７内に配置されているパワーエレクトロニクスは、それぞれジェネレータ４１、４２の１つと電気的に接続することができる。

図１ｂは、パワーユニットの背面を示しており、その場合に、図１ａ−１ｄに示す変形例において、シリンダヘッド２０の排気スリーブ２４は、後ろ側へ向かって方向づけされていることが、認識できる。パワーユニットの後ろ側には、カバー２８が設けられている。カバー２８は、平歯車を覆っており、その平歯車はクランク軸１１、１２と相対回動不能に結合されている。

図１ｃには、パワーユニットの上面図が示されている。ジェネレータ４１、４２と電子機器ハウジング２７の配置によって、パワーユニットの特にコンパクトな、特に幅狭の構造が得られることが、認識できる。さらに上面図では、シリンダヘッド２０の形態が良好に認識できる。

シリンダヘッド２０は、前側に排気スリーブ２４を有している。排気スリーブ２４は、二重管腔で形成されており、それぞれ各々のシリンダ２１、２２内へ連通している。シリンダヘッド２０のそれぞれ逆となる前側には、吸気スリーブ２３が配置されている。これらの吸気スリーブ２３は、互いに離隔して配置されており、それぞれ直接第１のシリンダ２１もしくは第２のシリンダ２２内へ連通している。シリンダ２１、２２の各々に、別々の吸気スリーブ２３が対応づけられている。

そのほか、図１ｃの上面図において、図面平面内で垂直の対称軸に関して、シリンダヘッド２０が実質的に軸対称に形成されていることが、認識できる。これは、シリンダヘッド２０はクランク軸ハウジング１０上に２つの異なる方向づけで取り付けることができる、という利点を有している。特にシリンダヘッド２０は、１８０°回動された方向づけでクランク軸ハウジング１０上に取り付けることができるので、排気スリーブ２４はパワーユニットの後ろ側へ向かう代わりに、前側へ向けて方向づけされている。

図２ａ−２ｃにおいて、パワーユニットが認識可能であり、それにおいてシリンダヘッド２０は１８０°回動されてクランク軸ハウジング１０上に取り付けられている。図１ａ−１ｄに示すパワーユニットの構成部品は、図２ａ−２ｃに示すパワーユニットの構成部品と実質的に同一である。差は、シリンダヘッド２０が、図１ａ−１ｃのように組み立てた場合に、図２−２ｃのように組み立てた場合に対して、１８０°変位した方向づけでクランク軸ハウジング１０上に取り付けられていることのみである。

図１ｃにおいては、さらに弁カバー２９が上から認識でき、その弁カバーはシリンダヘッド２０上に取り付けられている。それに対して図１ｄは、パワーユニットの内部の構造を示しており、その場合にわかりやすくするために、クランク軸ハウジング１０と弁カバー２９が取り除かれている。

図１ｄにおいてよく認識できるように、パワーユニットは２つのクランク軸１１、１２を有しており、それらは同位相で互いに結合されている。結合は、平歯車３４、３５を介して行われ、それらは互いにかみ合う歯切りを有している。平歯車３４、３５はパワーユニットの後ろ側に配置されており、図３の露出した位置においてはっきりと認識できる。各平歯車３４、３５上にドライブ歯車３６、３７が取り付けられている。各ドライブ歯車３６、３７は、ベルト又はチェーンを介して１つのジェネレータ４１、４２の駆動歯車と結合されている。したがってクランク軸１１、１２とそれぞれ対応づけられたジェネレータ４１、４２との結合は、クランク軸１１、１２と同軸に結合されたドライブ歯車３６、３７、ベルトドライブ又はチェーンドライブ及び、ジェネレータ軸と同軸に相対回動不能に結合された、ジェネレータに設けられた駆動歯車を介して行われる。

図１ｄには、パワーユニットの他の重要な視点が示されており、この視点は、パワーユニットの組み込み大きさの削減に寄与する。具体的には、図１ｄはカム軸３０を示しており、そのカム軸はクランク軸１１、１２の間に位置している。特にカム軸３０は、コネクティングロッド１３の間でシリンダヘッド２０の下方に延びている。具体的には、コネクティングロッド１３がシリンダヘッド２０及びクランク軸１１、１２と共に自由空間を画成しており、その自由空間がカム軸３０によって効率的に利用される。カム軸３０は特に２つのクランク軸１１、１２の間の中心線内に配置されている。カム軸３０の駆動は、ベルトドライブ３１を介して行われる。ベルトドライブ３１は、第２のクランク軸１２の歯車３９をカム軸３０と結合する。

図示される実施例において、カム軸３０は４つのカム３２を有しており、それらのカムにそれぞれ制御ロッド３３が対応づけられている。制御ロッド３３は、カム軸３０からクランク軸ハウジング１０とシリンダヘッド２０を通して弁カバー２９の下方の弁室内へ延びている。弁室内にはロッカーアーム２６が配置されており、そのロッカーアームが弁２５と協働する。すなわち制御ロッド３３を介してカム３２の外側輪郭が検出されて、ロッカーアーム２６の該当する傾き位置に変換される。ここに示される実施例において、全体で４つの弁が設けられていると、効果的である。したがって各制御ロッド３３に、弁２５が対応づけられている。

図２ａと２ｂはパワーユニットを示しており、そのパワーユニットは図１ａ、１ｂに示すパワーユニットに対して実質的に同様に形成されている。いずれにせよ、個々の構成部品は同一である。図２ａ、２ｂに示す表示は、シリンダヘッド２０の配置が回動されていることによって、図１ａ、１ｂに示す組み立てから区別される。図２ａに明らかなように、図１ａに示す配置とは異なり、シリンダヘッド２０は、排気スリーブ２４がパワーユニットの前側へ向かって方向づけされるようにして、クランク軸ハウジング１０上に取り付けられている。同様に弁カバー２９も、図１ａに示す組み立てに対して１８０°回動して取り付けられている。同じことが、図２ｂの表示についても実質的に当てはまり、それにおいては、図１ｂの表示に対して、シリンダヘッド２０と弁カバー２９が１８０°回動されてクランク軸ハウジング１０上に取り付けられていることが、認識できる。

図２ｃは、図２ａ、２ｂに示すように組み立てた場合のパワーユニットを上面図で示している。図２ｃの上面図は図１ｃの上面図に比較して、同様に、シリンダヘッド２０を２つの異なる方向づけでクランク軸ハウジング１０上に取り付けることができることを、はっきりと示している。

図３は、２つのクランク軸１１、１２を有する２シリンダ往復ピストンエンジンの内部構造を示しており、それらのクランク軸はそれぞれ平歯車３４、３５を有している。平歯車３４、３５の歯切りが互いにかみ合い、それによってピストン１８、１９の運動を同期させる。ピストンは、ここには示されないシリンダ２１、２２内にタンデム配置で案内されている。これは、ピストン１８、１９が同時にその上死点もしくは下死点に達することを意味している。

図３においては、同様に、全部で４つの弁２５が設けられており、それらがロッカーアーム２６を介して操作可能であることが、示されている。ロッカーアーム２６は、４つの制御ロッド３３と結合されており、その制御ロッドにはそれぞれカム軸３０のカム３２が対応づけられている。

クランク軸１１、１２に関しては、さらに、これらがドライブ歯車３６、３７とは逆の側にそれぞれはずみ車１４、１５を有していることが、認識できる。その場合に各はずみ車は、２シリンダ往復ピストンエンジン１の駆動時の振動を減少させるために、バランスマス１６を有している。少なくとも、第１のクランク軸１１と結合されている第１のはずみ車１４は、周方向マーキング１７を有している。この周方向マーキング１７を用いてクランク軸センサが、シリンダ２１、２２内のピストン１８、１９の実際の位置を検出することができる。その場合に幅広のマーキングは、ピストン１８、１９の上死点又は下死点を表す。

添付図面から認識できるように、シリンダヘッド２０を様々な方向づけでクランク軸ハウジング１０上に取り付ける可能性によって、パワーユニットのための組み込み状況が個別に適合可能である。同時に、下方に位置するカム軸３０が、パワーユニットの特にコンパクトな構造をもたらす。すなわち全体として、車両内で必要な組み込み空間を削減することができる。

１ ２シリンダ往復ピストンエンジン
１０ クランク軸ハウジング
１１ 第１のクランク軸
１２ 第２のクランク軸
１３ コネクティングロッド
１４ 第１のはずみ車
１５ 第２のはずみ車
１６ バランスマス
１７ 周方向マーキング
１８ 第１のピストン
１９ 第２のピストン
２０ シリンダヘッド
２１ 第１のシリンダ
２２ 第２のシリンダ
２３ 吸気スリーブ
２４ 排気スリーブ
２５ 弁
２６ ロッカーアーム
２７ 電子機器ハウジング
２８ カバー
２９ 弁カバー
３０ カム軸
３１ ベルトドライブ
３２ カム
３３ 制御ロッド
３４ 第１の平歯車
３５ 第２の平歯車
３６ 第１のドライブ歯車
３７ 第２のドライブ歯車
３９ 歯車
４１ 第１のジェネレータ
４２ 第２のジェネレータ

Claims (11)

1. パワーユニット、特にハイブリッド車両のパワーユニットであって、クランク軸ハウジング（１０）を備えた、２シリンダ往復ピストンエンジン（１）を有し、前記クランク軸ハウジング内に２つの逆方向のクランク軸（１１、１２）が配置されており、前記クランク軸がコネクティングロッド（１３）によってピストン（１８、１９）と結合されており、前記ピストンが２つのシリンダ（２１、２２）内にタンデム配置で案内されており、少なくとも１つのクランク軸（１１、１２）がジェネレータ（４１、４２）と駆動結合されており、かつ往復ピストンエンジン（１）がシリンダヘッド（２０）を有し、前記シリンダヘッドがクランク軸ハウジング（１０）と結合されており、
   往復ピストンエンジン（１）が下方に位置するカム軸（３０）を有し、かつシリンダヘッド（２０）が少なくとも２つの、特に互いに対して１８０°回動された位置において、クランク軸ハウジング（１０）と結合可能であることを特徴とするパワーユニット。
2. カム軸（３０）は、クランク軸（１１、１２）の間の中心平面内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーユニット。
3. カム軸（３０）は、ピストン（１８、１９）の下死点の下方に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーユニット。
4. シリンダヘッド（２０）は、点火混合気用の吸気スリーブ（２３）と排ガス用の排気スリーブ（２４）とを有しており、吸気スリーブ（２３）と排気スリーブ（２４）とがシリンダヘッド（２０）の異なる側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のパワーユニット。
5. カム軸（３０）は、ベルトドライブ（３１）又はチェーンドライブを介してクランク軸（１１、１２）と駆動結合されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のパワーユニット。
6. カム軸（３０）は、少なくとも１つのカム（３２）を有しており、前記カムが制御ロッド（３３）と結合されており、前記制御ロッドがシリンダヘッド（２０）内の弁（２５）のロッカーアーム（２６）と作動的に結合されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のパワーユニット。
7. カム軸（３０）は、複数の、特に４つのカム（３２）を有しており、前記カムがそれぞれ制御ロッド（３３）と結合されていることを特徴とする請求項５に記載のパワーユニット。
8. 制御ロッド（３３）、特にすべての制御ロッド（３３）は、２つのシリンダ（２１、２２）の間に配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のパワーユニット。
9. ２つのクランク軸（１１、１２）は、それぞれ歯切りを備えた平歯車（３４、３５）を支持しており、２つのクランク軸（１１、１２）の平歯車（３４、３５）が互いにかみ合い、かつクランク軸（１１、１２）を互いに同位相で結合する、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のパワーユニット。
10. 各クランク軸（１１、１２）は、バランスマス（１６）を備えたはずみ車（１４、１５）を支持しており、少なくとも１つのはずみ車（１４）が、クランク軸センサによってクランク軸位置を検出するための周方向マーキング（１７）を有していることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のパワーユニット。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のパワーユニットを有する車両、特にシングルトラック又はマルチトラックのハイブリッド車両。

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