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Abstract

Stromaggregat, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, mit einem Hubkolbenmotor und mit einem mit diesem antriebsverbindbaren Generator, wobei der Hubkolbenmotor wenigstens zwei Kolben (3, 4), die in wenigstens zwei Zylindern (1, 2) in Tandem-Anordnung geführt sind, und zwei mit den Kolben (3, 4) durch Pleuel (5, 6) verbundene, gegenläufig angetriebene Kurbelwellen (7, 8) aufweist, die mechanisch phasengleich gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Generator (11) mit der ersten Kurbelwelle (7) und ein zweiter Generator (12) mit der zweiten Kurbelwelle (8) jeweils koaxial und drehfest verbunden sind, wobei die Generatoren (11, 12) jeweils eine Unwucht, insbesondere ein Gegengewicht, aufweisen.Power unit, in particular for a hybrid vehicle, with a reciprocating piston engine and with a generator that can be drive-connected to it, the reciprocating piston engine having at least two pistons (3, 4) which are guided in at least two cylinders (1, 2) in a tandem arrangement, and two with the piston (3, 4) has crankshafts (7, 8) which are driven in opposite directions and are connected by connecting rods (5, 6) and are mechanically coupled in phase, characterized in that a first generator (11) with the first crankshaft (7) and a second generator (12) are each coaxially and non-rotatably connected to the second crankshaft (8), the generators (11, 12) each having an imbalance, in particular a counterweight.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromaggregat, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, mit einem Hubkolbenmotor und mit einem mit diesem antriebsverbindbaren Generator, wobei der Hubkolbenmotor wenigstens zwei Kolben, die in wenigstens zwei Zylindern in Tandem-Anordnung geführt sind, und zwei mit den Kolben durch Pleuel verbundene, gegenläufig angetriebene Kurbelwellen aufweist, die mechanisch phasengleich gekoppelt sind.The invention relates to a power unit, in particular for a hybrid vehicle, with a reciprocating piston engine and with a generator that can be drive-connected to it, the reciprocating piston engine having at least two pistons, which are guided in at least two cylinders in a tandem arrangement, and two connected to the pistons by connecting rods, having counter-rotating crankshafts that are mechanically coupled in phase.

Aus der WO 2012/056 275 A1 ist eine Maschinenkombination mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Generator für die Aufladung der Batterie eines Hybridantriebs bekannt. Die Verbrennungskraftmaschine ist als paarweise angeordnete Zylinder-Kolbeneinheit ausgeführt, wobei die beiden Kolben über Pleuelstangen mit je einer eigenen Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehen. Der in Reihe mit den Zylinder-Kolbeneinheiten angeordnete Generator wird von den Kurbelwellen angetrieben. Ähnliche Maschinenkombinationen sind aus US 2013/0319349 A1 und AT 511 552 B1 bekannt.From the WO 2012/056 275 A1 a machine combination with an internal combustion engine and a generator for charging the battery of a hybrid drive is known. The internal combustion engine is designed as a cylinder-piston unit arranged in pairs, the two pistons being in drive connection via connecting rods each with their own crankshaft. The generator, which is arranged in series with the cylinder-piston units, is driven by the crankshafts. Similar machine combinations are off US 2013/0319349 A1 and AT 511 552 B1 known.

Aus DE 10 2006 033 270 A1 ist ein Hubkolbenmotor bekannt, der einen Kolben aufweist, welcher über zwei Pleuel mit zwei gegenläufigen Kurbelwellen verbunden ist. An die Kurbelwellen kann jeweils ein elektrischer Generator angeschlossen werden. Der Aufbau mit zwei Kurbelwellen und einem Kolben bzw. Zylinder führt zu hohen Kräften und einer starken Vibrationstendenz, wodurch der bekannte Hubkolbenmotor im Betrieb deutlich hörbar ist.Out DE 10 2006 033 270 A1 a reciprocating piston engine is known which has a piston which is connected to two opposing crankshafts via two connecting rods. An electric generator can be connected to each of the crankshafts. The structure with two crankshafts and one piston or cylinder leads to high forces and a strong tendency to vibrate, so that the known reciprocating engine can be clearly heard during operation.

US 2009/0107426 A1 beschreibt einen Sechszylinder-Hubkolbenmotor mit zwei gegenläufigen Kurbelwellen. An einer Kurbelwelle kann ein Generator angeordnet sein. Die andere Kurbelwelle trägt eine Schwungscheibe. Bei diesem Motor wird wegen der Sechszylinder-Bauweise zwar eine hohe Laufruhe erzielt, sie haben jedoch einen sehr hohen Raumbedarf. US 2009/0107426 A1 describes a six-cylinder reciprocating engine with two counter-rotating crankshafts. A generator can be arranged on a crankshaft. The other crankshaft carries a flywheel. In this engine, because of the six-cylinder construction, a very smooth running is achieved, but they have a very high space requirement.

EP 2 308 708 A1 beschreibt ein Stromaggregat mit einem Einzylindermotor. Solche Motoren fallen im Betrieb durch ihren unrunden Lauf und das hohe Geräuschniveau auf. DE 600 27 008 T2 befasst sich mit einem Vierzylinder-Boxermotor, der aus zwei Boxermotormodulen zusammengestellt ist, wobei die Module durch verzahnte Kurbelwellen miteinander verbunden sind. EP 2 308 708 A1 describes a generator set with a single cylinder engine. Such motors are noticeable during operation because of their uneven running and the high level of noise. DE 600 27 008 T2 deals with a four-cylinder boxer engine composed of two boxer engine modules, the modules being connected to one another by toothed crankshafts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Stromaggregat der eingangs genannten Bauweise so zu verbessern, dass eine besonders ruhige - geräuscharme und vibrationsfreie - Arbeitsweise sowohl des Motors als auch der gesamten Einheit erreichbar ist und darüber hinaus neben einem besonders einfachen und besonders raumsparenden Aufbau eine Konstruktion mit geringen Reibungsverlusten, geringer Verschleißanfälligkeit erreichbar ist, die für den Intervallbetrieb eines Hybridantriebs besonders geeignet ist.The invention is based on the object of improving a generator of the type mentioned at the beginning so that a particularly quiet - low-noise and vibration-free - operation of both the motor and the entire unit can be achieved and, in addition to a particularly simple and particularly space-saving structure, a Construction with low friction losses, low susceptibility to wear can be achieved, which is particularly suitable for the intermittent operation of a hybrid drive.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass auf jeder der beiden Kurbelwellen des Hubkolbenmotors jeweils ein Generator koaxial und drehfest verbunden angeordnet ist. Ferner ist bei der Erfindung vorgesehen, an den Generatoren zusätzlich eine Unwucht vorzusehen - z.B. ein Gegengewicht anzuordnen -, um aus der Umsetzung der oszillierenden in die rotierende Bewegung bei den Verbrennungstakten auftretende Massenkräfte auszugleichen. Außerdem können an den Kurbelwellen Gegengewichte, vorzugsweise phasenverschoben, angeordnet werden.This object is achieved according to the invention in that a generator is arranged on each of the two crankshafts of the reciprocating piston engine, coaxially and non-rotatably connected. In addition, the invention provides for an imbalance to be provided on the generators - e.g. a counterweight - in order to compensate for inertia forces arising from the conversion of the oscillating into the rotating movement during the combustion cycles. In addition, counterweights, preferably out of phase, can be arranged on the crankshafts.

Bei den Generatoren kann es sich um Scheibenläufer- oder auch WalzenGeneratoren handeln.The generators can be pancake or roller generators.

Durch die direkte Anordnung der Generatoren auf der Kurbelwelle des Hubkolbenmotors werden die zur Leistungserzeugung vorgesehenen Bauteile der Generatoren, beispielsweise Magnete, in idealer Weise gleichzeitig zum Massenausgleich und damit für einen ruhigen Lauf des Hubkolbenmotors benutzt.Due to the direct arrangement of the generators on the crankshaft of the reciprocating engine, the components of the generators provided for power generation, for example magnets, are ideally used at the same time for mass balancing and thus for smooth running of the reciprocating engine.

Besonders vorteilhaft ist es, die Generatoren auf Wellenzapfen an sich gegenüberliegenden Enden der Kurbelwellen anzuordnen. Damit kann eine besonders platzsparende Bauweise des Stromaggregats dadurch erreicht werden, dass die Generatoren sich gegenseitig überlappen bzw. der erste Generator die zweite Kurbelwelle radial überlappt und/oder der zweite Generator die erste Kurbelwelle entsprechend radial überlappt.It is particularly advantageous to arrange the generators on shaft journals at opposite ends of the crankshafts. A particularly space-saving design of the generator set can thus be achieved in that the generators overlap one another or the first generator radially overlaps the second crankshaft and / or the second generator accordingly radially overlaps the first crankshaft.

Um zusätzlich zu den über die auf den Kurbelwellen angeordneten Generatoren erreichbaren Massenausgleich eine noch größere Laufruhe des Aggregats erreichen zu können, kann es vorteilhaft sein, zwei über die Kurbelwellen antreibbare Ausgleichswellen vorzusehen, die über eine entsprechende Übersetzung, z.B. durch eine passende Verzahnung, mit doppelter Drehzahl der Kurbelwelle antreibbar sein können.In order to be able to achieve even greater running smoothness of the unit in addition to the mass balancing that can be achieved via the generators arranged on the crankshafts, it can be advantageous to provide two balancing shafts that can be driven via the crankshafts and that have a corresponding gear ratio, e.g. Speed of the crankshaft can be driven.

Zusätzlich - auch um eine kompaktere Bauweise und eine Verminderung von Reibungsverlusten zu erreichen - können die Zylinder mit einer nach innen gerichteten Schränkung so angeordnet werden, dass sie einen geringeren Abstand voneinander haben, als dem Abstand der Kurbelwellen entspricht. Die Schränkung der Zylinder verläuft somit in Richtung auf die Gegendruckseite. Damit wird erreicht, dass die Pleuel im Moment der größten Krafteinwirkung eine etwas steilere Position in Bezug auf die Kolben-/Zylinder-Achse aufweisen, so dass an den Kolben bzw. an den Zylindern entsprechend geringere, die Kolbenreibung und den Zylinderverschleiß beeinflussende Kräfte auftreten.In addition - also in order to achieve a more compact design and a reduction in friction losses - the cylinders can be arranged with an inwardly directed offset so that they have a smaller distance from one another than corresponds to the distance between the crankshafts. The offset of the cylinder thus runs in the direction of the counter-pressure side. This ensures that the connecting rods have a somewhat steeper position in relation to the piston / cylinder axis at the moment when the force is greatest, so that the Pistons or on the cylinders correspondingly lower forces that influence piston friction and cylinder wear occur.

Besonders vorteilhaft ist es, den Hubkolbenmotor mit einem Zündabstand von 0° Kurbelwinkel im 4-Takt-Betrieb zu betreiben.It is particularly advantageous to operate the reciprocating piston engine with an ignition interval of 0 ° crank angle in 4-stroke operation.

Bei Verwendung von Walzengeneratoren können diese in vorteilhafter Weise an gleichseitig angeordneten Wellenzapfen der Kurbelwelle angeordnet sein und die Zylinder des Hubkolbenmotors können zur Gegendruckseite geschränkt und zueinander geneigt angeordnet werden.When using roller generators, these can advantageously be arranged on shaft journals arranged on the same side of the crankshaft and the cylinders of the reciprocating piston engine can be arranged offset to the counterpressure side and inclined to one another.

Zum gegenläufigen Antrieb der Kurbelwelle ist es vorteilhaft, auf den Kurbelwellen Zahnräder anzuordnen, die zur Koppelung der Kurbelwellen miteinander in Eingriff stehen, wobei diese Zahnräder vorzugsweise zwischen den Hauptlagern der Kurbelwellen oder an den über die jeweiligen Hauptlager vorstehenden Wellenzapfen der Kurbelwellen angeordnet sein können. Die Zahnräder können als gerade verzahnte oder auch schräg verzahnte Stirnräder oder auch als verspannte Zahnräder ausgeführt sein.To drive the crankshaft in opposite directions, it is advantageous to arrange gears on the crankshafts that mesh with one another to couple the crankshafts, these gears preferably being arranged between the main bearings of the crankshafts or on the shaft journals of the crankshafts protruding over the respective main bearings. The gears can be designed as straight or helical spur gears or as braced gears.

Denkbar ist auch eine Lösung nach der Erfindung, bei der die Kurbelwellen verzahnte Kurbelwangen aufweisen, die zur Koppelung der Kurbelwellen direkt miteinander in Eingriff stehen.A solution according to the invention is also conceivable in which the crankshafts have toothed crank webs which are in direct engagement with one another in order to couple the crankshafts.

Es ist ferner denkbar, den Antrieb der Kurbelwellen mittels eines beidseitig verzahnten Zahnriemens vorzusehen. Dabei kann der Zahnriemen eine andere Zähnezahl z.B. 1 bis 5, vorzugsweise 4, Zähne mehr, als die Kurbelwange aufweisen. Die zusätzliche Zahnzahl erlaubt ein Abheben des Zahnriemens und ein Überholen des Zahnrades innerhalb des gelüfteten Zahnriemens. Dazu sollte sich der Zahnriemen mehr als die Zahnfußhöhe radial über den Kopfkreis des Zahnrades hinaus erheben können. Die Fliehkraft unterstützt dieses Abheben. Motivation dafür ist die Vermeidung der Wiederkehr der Höchstbelastung auf denselben Zähnen des beidseitig verzahnten Zahnriemens, z.B. bei Übertragung der Zündkraft bei einem Viertakt-Betrieb mit 360° Zündabstand.It is also conceivable to provide the drive of the crankshafts by means of a toothed belt that is toothed on both sides. The toothed belt can have a different number of teeth, e.g. 1 to 5, preferably 4, more teeth than the crank web. The additional number of teeth allows the toothed belt to be lifted off and the toothed wheel to be overtaken within the released toothed belt. For this purpose, the toothed belt should be able to rise radially above the tip circle of the gear wheel by more than the height of the tooth base. The centrifugal force supports this lift-off. The motivation for this is to avoid the recurrence of the maximum load on the same teeth of the toothed belt, which is toothed on both sides, e.g. when transmitting the ignition force in four-stroke operation with 360 ° ignition interval.

Ein einfacher Aufbau der Generatoren wird dadurch erreicht, dass diese mit verzahnten Generatorläufern versehen sind, die in derselben Drehebene miteinander zur Koppelung der Kurbelwellen in Eingriff sind. Auch bei dieser Lösung ist es denkbar, für den Antrieb einen beidseitig verzahnten Zahnriemen vorzusehen, der den ersten Generatorläufer umschlingen kann, wobei der Zahnriemen 1 bis 5, insbesondere 4, Zähne mehr als die Verzahnung des Generatorläufers aufweist.A simple construction of the generators is achieved in that they are provided with toothed generator rotors which are in engagement with one another in the same plane of rotation for coupling the crankshafts. With this solution it is also conceivable to provide a double-sided toothed belt for the drive, which can loop around the first generator rotor, the toothed belt having 1 to 5, in particular 4, teeth more than the toothing of the generator rotor.

Bei einer Ausführung des Hubkolbenmotors mit vier Kolben/Zylindern kann sich eine Anordnung als Quadrat (square-four) als besonders vorteilhaft erweisen, wenn jeweils zwei Kolben bei einem Kurbelzapfenversatz von 270° durch Pleuel mit derselben Kurbelwelle verbunden sind. Eine Kurbelwelle mit 270° Kurbelzapfenversatz erzeugt keine Massenkräfte zweiter Ordnung sondern Momente zweiter Ordnung, die in der Zylinderachsenebene wirken. Beim gleichzeitigen Erreichen der Totlage der diagonal gegenüberliegend angeordneten Kolben des „Square Four“ heben sich die Momente beider Kurbelwellen daher auf. Es sind somit keine weiteren Ausgleichsmaßnahmen für die Kräfte oder Momente zweiter Ordnung erforderlich.In an embodiment of the reciprocating engine with four pistons / cylinders, an arrangement as a square (square-four) can prove to be particularly advantageous if two pistons are connected to the same crankshaft by connecting rods with a crank pin offset of 270 °. A crankshaft with a 270 ° crank pin offset does not generate second-order inertial forces but rather second-order moments that act in the plane of the cylinder axis. When the dead point of the diagonally opposite pistons of the "Square Four" is reached at the same time, the torques of both crankshafts cancel each other out. No further compensation measures for the forces or moments of the second order are therefore required.

Die Zylinderanordnung - sowohl in Tandem, als auch in „square-four“-Form - kann parallel zueinander oder zueinander geneigt mit einem Neigungswinkel zwischen 1° bis 15°, vorzugsweise zwischen 4° bis 8°, pro Zylinder betragen.The cylinder arrangement - both in tandem and in "square-four" form - can be parallel to one another or inclined to one another with an inclination angle between 1 ° to 15 °, preferably between 4 ° to 8 °, per cylinder.

Bei einer weiteren Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Generator im Zahnradeingriff mit einer Zwischenwelle steht. Die Zwischenwelle kann über ein Zugmittel, insbesondere einen Zahnriemen, mit dem zweiten Generator verbunden sein. Die Zwischenwelle ermöglicht so auf einfache Weise eine Drehrichtungsumkehr zwischen den gegenläufig drehenden Generatoren und dient der Synchronisation der Rotationsbewegungen.In a further variant of the invention it can be provided that the first generator is in gear mesh with an intermediate shaft. The intermediate shaft can be connected to the second generator via a traction device, in particular a toothed belt. The intermediate shaft thus enables the direction of rotation to be reversed between the counter-rotating generators in a simple manner and is used to synchronize the rotational movements.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Zwischenwelle eine Ausgleichswelle mit zwei Gegengewichten. Insgesamt können zwei Ausgleichwellen vorgesehen sein, die jeweils mit einem Generator im Zahnradeingriff stehen. Vorzugsweise besteht zwischen der Ausgleichswelle oder den Ausgleichswellen und dem jeweils zugeordneten Generator ein Übersetzungsverhältnis von 1:2. Die erste Ausgleichwelle, die dem ersten Generator zugeordnet ist, kann über ein Zugmittel, beispielsweise einen Zahnriemen, mit dem zweiten Generator verbunden sein. Die erste Zwischenwelle/Ausgleichswelle sorgt somit für eine Synchronisation der Rotationsbewegungen.In a particularly preferred embodiment of the invention, the intermediate shaft is a balance shaft with two counterweights. A total of two balancing shafts can be provided, each of which is in gear engagement with a generator. There is preferably a transmission ratio of 1: 2 between the balance shaft or the balance shafts and the respectively assigned generator. The first balance shaft, which is assigned to the first generator, can be connected to the second generator via a traction device, for example a toothed belt. The first intermediate shaft / balance shaft thus ensures that the rotational movements are synchronized.

Die Merkmale und weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Beispielen näher erläutert. Da die einzelnen Bauteile sowohl zum Hubkolbenmotor als auch zu den Generatoren dem Fachmann hinreichend geläufig sind, ist auf eine detaillierte Darstellung verzichtet worden.The features and further details of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to examples shown schematically in the drawing. Since the individual components both for the reciprocating piston engine and for the generators are sufficiently familiar to the person skilled in the art, a detailed representation has been dispensed with.

Es zeigt:

  • 1 schematisch die Anordnung eines Stromaggregats nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem tandemartig angeordneten Hubkolbenmotor, zwei Kurbelwellen, zwei gegenläufigen Ausgleichswellen und zwei auf jeweils einer Kurbelwelle angeordneten Scheibenläufergeneratoren;
  • 2 eine schematische Draufsicht auf die Kurbelwellen- bzw. Generator-Anordnung nach 1;
  • 3 schematisch die Anordnung eines Stromaggregats nach der Erfindung mit einem tandemartig angeordneten Hubkolbenmotor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in Seitenansicht und Draufsicht;
  • 4 schematisch die Anordnung eines Stromaggregats nach der Erfindung mit einem tandemartig angeordneten Hubkolbenmotor nach einem dritten Ausführungsbeispiel in Seitenansicht und Draufsicht; und
  • 5 eine schematische Darstellung der über einen beidseitig verzahnten Zahnriemen geräuscharm gekoppelten Kurbelwellen.
It shows:
  • 1 schematically the arrangement of a power unit according to a first embodiment of the invention with a reciprocating engine arranged in tandem, two Crankshafts, two counter-rotating balancer shafts and two pancake generators each arranged on a crankshaft;
  • 2 a schematic plan view of the crankshaft or generator arrangement according to 1 ;
  • 3 schematically the arrangement of a power unit according to the invention with a tandem-like arranged reciprocating piston engine according to a second embodiment in side view and plan view;
  • 4th schematically the arrangement of a power unit according to the invention with a reciprocating piston engine arranged in tandem according to a third embodiment in side view and plan view; and
  • 5 a schematic representation of the crankshafts coupled with low noise via a toothed belt that is toothed on both sides.

Das schematisch dargestellte Stromaggregat nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist zwei in Tandemform angeordnete Zylinder 1 und 2 (siehe 1) auf, in denen Kolben 3 bzw. 4 geführt sind und z.B. im Vier-Takt-Betrieb über Pleuel 5 bzw. 6 jeweils eine Kurbelwelle 7 und 8 antreiben. Auf den Kurbelwellen sind Zahnräder 9 bzw. 10 (siehe 2) angeordnet, die miteinander in Eingriff stehen und so für einen gegenläufigen Antrieb der mechanisch phasengleich gekoppelten Kurbelwellen 7 bzw. 8 Sorge tragen. Vorzugsweise sind die Zahnräder 9 bzw. 10 zwischen den Hauptlagern der Kurbelwellen (Hauptlager nicht dargestellt) oder an über die jeweiligen Hauptlager vorstehenden Wellenzapfen (ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellt) der Kurbelwelle angeordnet. Die Zahnräder können als gerade- oder schrägverzahnte Stirnräder oder auch als verspannte Zahnräder ausgeführt sein.The generator set according to the first exemplary embodiment of the invention, shown schematically, has two cylinders arranged in tandem 1 and 2 (please refer 1 ) on in which piston 3 or. 4th are guided and, for example, in four-stroke operation via connecting rods 5 or. 6th one crankshaft each 7th and 8th drive. There are gears on the crankshafts 9 or. 10 (please refer 2 ) arranged, which are in engagement with each other and so for a counter-rotating drive of the mechanically in-phase coupled crankshafts 7th or. 8th Take care. Preferably the gears are 9 or. 10 arranged between the main bearings of the crankshafts (main bearings not shown) or on shaft journals projecting over the respective main bearings (also not shown in the drawing) of the crankshaft. The gears can be designed as straight or helical spur gears or as braced gears.

Alternativ (in der Zeichnung nicht dargestellt) kann die Antriebskoppelung der Kurbelwellen 7 und 8 auch über verzahnte Kurbelwangen 17, 18 erfolgen, die zur Koppelung der Kurbelwellen 7 und 8 direkt miteinander in Eingriff stehen. Eine weitere, in 5 schematisch veranschaulichte, Alternative wird darin gesehen, dass die Koppelung der Kurbelwellen über einen beidseitig verzahnten Zahnriemen 19 erfolgt, wobei es zur Verschleißminderung und zum ruhigen Lauf besonders vorteilhaft ist, die Verzahnung des Zahnriemens 19 gegenüber der Verzahnung der Kurbelwangen 17, 18 mit unterschiedlicher Zähnezahl vorzusehen. Alternatively (not shown in the drawing) the drive coupling of the crankshafts 7th and 8th also via toothed crank webs 17th , 18th which are used to couple the crankshafts 7th and 8th are directly engaged with each other. Another, in 5 The schematically illustrated alternative is seen in the fact that the crankshafts are coupled via a toothed belt with teeth on both sides 19th takes place, whereby it is particularly advantageous to reduce wear and to run smoothly, the toothing of the toothed belt 19th compared to the toothing of the crank webs 17th , 18th to be provided with a different number of teeth.

Insbesondere kann der Zahnriemen 19 beidseitig 1 bis 5, vorzugsweise 4, Zähne mehr aufweisen als die Kurbelwangen 17, 18. Das bewirkt, dass in den Totpunkten des Kolbenlaufs jeweils unterschiedliche Zähne des Zahnriemens 19 mit den Zähnen der Kurbelwangen 17, 18 im Eingriff stehen. Somit wird vermieden, dass Gaswechselkräfte immer auf dieselbe Zahnpaarung wirken. Es ist auch möglich, den beidseitig verzahnten Zahnriemen 19 zur geräuscharmen Koppelung der Kurbelwellen 7, 8 in Verbindung mit Zahnrädern 9, 10 einzusetzen.In particular, the toothed belt 19th have 1 to 5, preferably 4, more teeth on both sides than the crank webs 17th , 18th . This has the effect that different teeth of the toothed belt are in each case at the dead centers of the piston movement 19th with the teeth of the crank webs 17th , 18th are engaged. This prevents gas exchange forces from always acting on the same pair of teeth. It is also possible to use the toothed belt with teeth on both sides 19th for low-noise coupling of the crankshafts 7th , 8th in connection with gears 9 , 10 to use.

Ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellt, aber für den Fachmann ohne weiteres verständlich nachvollziehbar, können die in der zeichnerischen Darstellung nach 1 mit zueinander parallelen Achsen angeordneten Zylinder eine nach innen gerichtete Schränkung aufweisen, so dass der Achsabstand der Zylinder voneinander geringer ist, als der Abstand zwischen den Achsen der beiden Kurbelwellen 7 und 8. Mit dieser zur Gegendruckseite geschränkten Anordnung der Zylinder wird nicht nur eine kompakte Bauweise, sondern vor allem auch über die Pleuel 5 bzw. 6 und deren im Betrieb unterschiedliche bzw. geringere Schrägstellung infolge der Schränkung geringere Krafteinleitung in die Kolben 3 bzw. 4 und damit ein leichterer und verschleißmindernder Lauf der Kolben in den Zylindern erreicht.Also not shown in the drawing, but easily comprehensible for the person skilled in the art, can be found in the graphic representation 1 cylinders arranged with mutually parallel axes have an inwardly directed offset, so that the center distance of the cylinders from one another is less than the distance between the axes of the two crankshafts 7th and 8th . With this arrangement of the cylinders on the counter-pressure side, not only is a compact design, but also above all via the connecting rod 5 or. 6th and their different or lower inclination during operation as a result of the offset, lower introduction of force into the piston 3 or. 4th and thus a lighter and wear-reducing run of the pistons in the cylinders is achieved.

Auf der Kurbelwelle 7 ist auf einem endseitigen Wellenzapfen ein erster Generator 11 angeordnet - im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 2 ein sogenannter Scheibenläufer-Generator. Entsprechend ist auf einem endseitigen Wellenzapfen der Kurbelwelle 8 - und zwar an dem dem Wellenzapfen mit dem Generator 11 auf der Kurbelwelle 7 gegenüberliegenden Ende der Kurbelwelle 8 - ein zweiter Generator 12, wiederum koaxial und drehfest mit der Kurbelwelle verbunden, angeordnet. Durch diese endseitig gegenüberliegende Anordnung der Generatoren 11 bzw. 12 auf den Kurbelzapfen der Kurbelwellen 7 bzw. 8 wird ein radiales Überlappen der Generatoren bzw. der Kurbelwellen erreicht und damit eine platzsparende Aufbauweise für ein Stromaggregat nach der Erfindung.On the crankshaft 7th is a first generator on an end shaft journal 11 arranged - in the embodiment shown after 2 a so-called pancake generator. Correspondingly, the crankshaft is on an end shaft journal 8th - namely on the shaft journal with the generator 11 on the crankshaft 7th opposite end of the crankshaft 8th - a second generator 12th , in turn coaxially and non-rotatably connected to the crankshaft, arranged. This arrangement of the generators opposite one another at the ends 11 or. 12th on the crankpin of the crankshaft 7th or. 8th a radial overlapping of the generators or the crankshafts is achieved and thus a space-saving design for a generator according to the invention.

Da die Generatoren 11 bzw. 12 drehfest mit den Kurbelwellen 7 bzw. 8 verbunden sind, kann vorgesehen werden, die Generatoren mit einer Unwucht, z.B. mit einem Gegengewicht zum Massenausgleich beim Hubkolbenmotor, vorzusehen. Diese Gegengewichte können bezogen auf die Phasen der Verbrennungstakte phasenverschoben angeordnet werden.As the generators 11 or. 12th rotatably with the crankshafts 7th or. 8th are connected, provision can be made to provide the generators with an imbalance, for example with a counterweight for mass balancing in the reciprocating piston engine. These counterweights can be arranged out of phase with respect to the phases of the combustion cycles.

Denkbar ist auch, dass die Generatoren 11 bzw. 12 mit Generatorläufern mit Verzahnung in derselben Drehebene ausgestattet sind, so dass darüber eine direkte Koppelung der Kurbelwellen erreichbar ist. Alternativ kann ein beidseitig verzahnter Zahnriemen den verzahnten Generatorläufer des ersten Generators umschlingen und dabei die zweite Kurbelwelle und damit den zweiten Generator entsprechend antreiben.It is also conceivable that the generators 11 or. 12th are equipped with generator rotors with teeth in the same plane of rotation, so that a direct coupling of the crankshafts can be achieved. Alternatively, a toothed belt toothed on both sides can loop around the toothed generator rotor of the first generator and thereby drive the second crankshaft and thus the second generator accordingly.

Bei dem in 3 dargestellten, zweiten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu den Generatoren eine Zwischenwelle 13 vorgesehen. Die Zwischenwelle 13 dient der Synchronisierung der beiden Generatoren 11, 12. Die Zwischenwelle 13 ist zur Umkehrung des Drehsinns im Zahnradeingriff mit einem verzahnten Außendurchmesser eines Generatorläufers. Dazu weist die Zwischenwelle 13 ein erstes Zahnrad auf. Der Zahnradeingriff des ersten Zahnrads mit einem der Generatoren 11, 12 kann durch einen den Generatorläufer umfassenden beidseitig verzahnten Zahnriemen gebildet sein. Die Zwischenwelle 13 führt auf die gegenüberliegende Motorseite. Dort greift ein zweites Zahnrad der Zwischenwelle 13 in ein Umschlingungsgetriebe, das mittels eines Zugmittels 14, vorzugsweise mittels eines Zahnriemens, den zweiten Generatorläufer am Umfang antreibt. Damit wird die zweite, gegenläufige Kurbelwelle 8, 7 phasenrichtig angetrieben.The in 3 The illustrated second exemplary embodiment is, in addition to the generators, an intermediate shaft 13th intended. The intermediate shaft 13th is used to synchronize the two generators 11 , 12th . The intermediate shaft 13th is to reverse the direction of rotation in gear mesh with a toothed outer diameter of a generator rotor. To this end, the intermediate shaft 13th a first gear on. The gear engagement of the first gear with one of the generators 11 , 12th can be formed by a toothed belt that surrounds the generator rotor and is toothed on both sides. The intermediate shaft 13th leads to the opposite motor side. A second gear on the intermediate shaft engages there 13th in a belt drive, which by means of a traction mechanism 14th , preferably by means of a toothed belt, drives the second generator rotor on the circumference. This creates the second, counter-rotating crankshaft 8th , 7th driven in phase.

Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass anstelle der Zwischenwelle 13 eine erste Ausgleichswelle 15 zur Drehrichtungsumkehr genutzt wird. Dazu ist der verzahnte Außendurchmesser eines Generatorläufers unter einem Übersetzungsverhältnis von 1:2 im Zahnrad-Eingriff mit der ersten Ausgleichswelle 15. Diese weist dazu ein erstes Zahnrad auf. Der Zahnradeingriff zwischen dem ersten Zahnrad und dem Generator 11, 12 kann analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 durch einen den Generatorläufer umfassenden beidseitig verzahnten Zahnriemen gebildet werden. Die erste Ausgleichswelle 15 umfasst mindestens ein Gegengewicht, vorzugsweise zwei Gegengewichte, und führt auf die gegenüberliegende Motorseite. Dort greift ein zweites Zahnrad der ersten Ausgleichswelle 15 in ein Umschlingungsgetriebe, das mittels eines Zugmittels 14, insbesondere mittels eines beidseitig verzahnten Zahnriemens, den zweiten Generatorläufer am Umfang und damit die zweite, gegenläufige Kurbelwelle phasenrichtig antreibt. Der zweite Generatorläufer steht mit einer zweiten Ausgleichswelle 16 phasenrichtig im Eingriff.The third embodiment according to 4th differs from the second embodiment in that instead of the intermediate shaft 13th a first balance shaft 15th is used to reverse the direction of rotation. For this purpose, the toothed outer diameter of a generator rotor is in gear mesh with the first balance shaft at a gear ratio of 1: 2 15th . This has a first gear. The gear mesh between the first gear and the generator 11 , 12th can analogously to the embodiment according to 3 be formed by a toothed belt that encompasses the generator rotor and is toothed on both sides. The first balancer shaft 15th comprises at least one counterweight, preferably two counterweights, and leads to the opposite side of the motor. A second gear on the first balance shaft engages there 15th in a belt drive, which by means of a traction mechanism 14th , in particular by means of a toothed belt toothed on both sides, drives the second generator rotor on the circumference and thus the second, counter-rotating crankshaft in the correct phase. The second generator rotor is connected to a second balance shaft 16 in the correct phase in the intervention.

Das Stromaggregat nach der Erfindung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für den Antrieb von Hybridfahrzeugen, unabhängig davon, ob diese zu Lande, Wasser oder in der Luft bewegt werden.The generator according to the invention is particularly suitable for driving hybrid vehicles, regardless of whether they are moved on land, water or in the air.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1, 21, 2
Zylindercylinder
3, 43, 4
KolbenPistons
5, 65, 6
PleuelConnecting rod
7, 87, 8
Kurbelwellecrankshaft
9, 109, 10
ZahnräderGears
11, 1211, 12
GeneratorenGenerators
1313th
ZwischenwelleIntermediate shaft
1414th
ZugmittelTraction means
15, 1615, 16
AusgleichswellenBalance shafts
17, 1817, 18
KurbelwangenCrank webs
1919th
ZahnriemenTiming belt

Claims (14)

Stromaggregat, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, mit einem Hubkolbenmotor und mit einem mit diesem antriebsverbindbaren Generator, wobei der Hubkolbenmotor wenigstens zwei Kolben (3, 4), die in wenigstens zwei Zylindern (1, 2) in Tandem-Anordnung geführt sind, und zwei mit den Kolben (3, 4) durch Pleuel (5, 6) verbundene, gegenläufig angetriebene Kurbelwellen (7, 8) aufweist, die mechanisch phasengleich gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Generator (11) mit der ersten Kurbelwelle (7) und ein zweiter Generator (12) mit der zweiten Kurbelwelle (8) jeweils koaxial und drehfest verbunden sind, wobei die Generatoren (11, 12) jeweils eine Unwucht, insbesondere ein Gegengewicht, aufweisen.Power unit, in particular for a hybrid vehicle, with a reciprocating piston engine and with a generator that can be drive-connected to it, the reciprocating piston engine having at least two pistons (3, 4) which are guided in at least two cylinders (1, 2) in a tandem arrangement, and two with the piston (3, 4) has crankshafts (7, 8) which are driven in opposite directions and are connected by connecting rods (5, 6) and are mechanically coupled in phase, characterized in that a first generator (11) with the first crankshaft (7) and a second generator (12) are each coaxially and non-rotatably connected to the second crankshaft (8), the generators (11, 12) each having an imbalance, in particular a counterweight. Stromaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (11) und/oder der zweite Generator (12) ein Scheibenläufergenerator ist.Generator set after Claim 1 , characterized in that the first generator (11) and / or the second generator (12) is a pancake generator. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoren (11, 12) an gegenüberliegenden Wellenzapfen der Kurbelwellen (7, 8) angeordnet sind.Power unit according to one of the preceding claims, characterized in that the generators (11, 12) are arranged on opposite shaft journals of the crankshafts (7, 8). Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (11) die zweite Kurbelwelle (8) radial überlappt und/oder der zweite Generator (12) die erste Kurbelwelle (7) radial überlappt.Power unit according to one of the preceding claims, characterized in that the first generator (11) radially overlaps the second crankshaft (8) and / or the second generator (12) radially overlaps the first crankshaft (7). Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (1, 2) zur Gegendruckseite geschränkt sind und die Kurbelwellen (7, 8) Gegengewichte aufweisen, die phasenverschoben angeordnet sind.Power unit according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinders (1, 2) are set towards the counterpressure side and the crankshafts (7, 8) have counterweights which are arranged out of phase. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündabstand 0° Kurbelwinkel, insbesondere im 4-Takt-Betrieb, beträgt.Power unit according to one of the preceding claims, characterized in that the ignition interval is 0 ° crank angle, in particular in 4-stroke operation. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellen (7, 8) Zahnräder (9, 10) aufweisen, die zur Kopplung der Kurbelwellen miteinander in Eingriff stehen, wobei die Zahnräder (9, 10) zwischen den Hauptlagern der Kurbelwellen (7, 8) oder an den über die jeweiligen Hauptlager vorstehenden Wellenenden der Kurbelwellen (7, 8) angeordnet sind.Generator set according to one of the preceding claims, characterized in that the crankshafts (7, 8) have gears (9, 10) which mesh with one another to couple the crankshafts, the gears (9, 10) being between the main bearings of the crankshafts ( 7, 8) or to the Shaft ends of the crankshafts (7, 8) protruding over the respective main bearings are arranged. Stromaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellen (7, 8) Zahnräder (9, 10) oder verzahnte Kurbelwangen (17, 18) aufweisen, die zur Koppelung der Kurbelwellen (7, 8) über einen beidseitig verzahnten Zahnriemen (19) miteinander drehverbunden sind, wobei der Zahnriemen (19) eines der Zahnräder (9, 10) oder eine der Kurbelwangen (17, 18) umschlingt.Generator set according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the crankshafts (7, 8) have gears (9, 10) or toothed crank webs (17, 18) which are rotatably connected to one another for coupling the crankshafts (7, 8) via a toothed belt (19) with teeth on both sides, wherein the toothed belt (19) wraps around one of the toothed wheels (9, 10) or one of the crank webs (17, 18). Stromaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der beidseitig verzahnte Zahnriemen (19) 2 bis 4 Zähne mehr als die Verzahnung des Zahnrads (10) oder der Kurbelwange (18) der zweiten Kurbelwelle (8) aufweist.Generator set after Claim 8 , characterized in that the toothed belt (19) toothed on both sides has 2 to 4 teeth more than the toothing of the toothed wheel (10) or the crank web (18) of the second crankshaft (8). Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier Kolben des Hubkolbenmotors in vier Zylindern in Quadrat-Anordnung (square-four) geführt sind, von denen jeweils zwei Kolben durch Pleuel mit derselben Kurbelwelle verbunden sind, wobei der Kurbelzapfenversatz 270° beträgt und diagonal gegenüberliegend angeordnete Kolben gleichzeitig die Totlage erreichen.Power unit according to one of the preceding claims, characterized in that four pistons of the reciprocating engine are guided in four cylinders in a square arrangement (square-four), of which two pistons are connected to the same crankshaft by connecting rods, the crank pin offset being 270 ° and Pistons arranged diagonally opposite each other reach the dead center at the same time. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder des Hubkolbenmotors parallel oder zueinander in einem Neigungswinkel von 1° bis 15°, vorzugsweise 4° bis 8° pro Zylinder angeordnet sind.Power unit according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinders of the reciprocating piston engine are arranged parallel to one another or at an angle of inclination of 1 ° to 15 °, preferably 4 ° to 8 ° per cylinder. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (11) im Zahnradeingriff mit einer Zwischenwelle (13) steht, wobei die Zwischenwelle (13) über ein Zugmittel (14), insbesondere einem Zahnriemen, mit dem zweiten Generator (12) verbunden ist.Power unit according to one of the preceding claims, characterized in that the first generator (11) is in gear wheel engagement with an intermediate shaft (13), the intermediate shaft (13) being connected to the second generator (12) via a traction device (14), in particular a toothed belt ) connected is. Stromaggregat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolbenmotor eine erste Ausgleichswelle (15) und eine zweite Ausgleichswelle (16) aufweist, wobei die erste Ausgleichswelle (15) ein Gegengewicht trägt und die Zwischenwelle (13) bildet, und wobei die zweite Ausgleichswelle (16) bezüglich zur Motormitte symmetrisch zur ersten Ausgleichswelle (15) angeordnet ist.Generator set after Claim 12 , characterized in that the reciprocating piston engine has a first balancer shaft (15) and a second balancer shaft (16), wherein the first balancer shaft (15) carries a counterweight and forms the intermediate shaft (13), and the second balancer shaft (16) with respect to the The engine center is arranged symmetrically to the first balance shaft (15). Fahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, mit einem Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle, in particular hybrid vehicle, with a power unit according to one of the preceding claims.
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