EP3207233A1 - Stromaggregat - Google Patents

Stromaggregat

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EP3207233A1
EP3207233A1 EP15770524.5A EP15770524A EP3207233A1 EP 3207233 A1 EP3207233 A1 EP 3207233A1 EP 15770524 A EP15770524 A EP 15770524A EP 3207233 A1 EP3207233 A1 EP 3207233A1
Authority
EP
European Patent Office
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generator
toothed chain
chain
crankshafts
generator according
Prior art date
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Granted
Application number
EP15770524.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3207233B1 (de
Inventor
Franz Laimboeck
Frank Obrist
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Obrist Technologies GmbH
Original Assignee
Obrist Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Obrist Technologies GmbH filed Critical Obrist Technologies GmbH
Publication of EP3207233A1 publication Critical patent/EP3207233A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3207233B1 publication Critical patent/EP3207233B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
    • F02B75/225—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement having two or more crankshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B1/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
    • F01B1/10—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements with more than one main shaft, e.g. coupled to common output shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B67/04—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus
    • F02B67/06—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus driven by means of chains, belts, or like endless members
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    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
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    • F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
    • F02B75/228—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement with cylinders arranged in parallel banks

Definitions

  • the invention relates to a generator with the features of
  • the preamble of claim 1 Such a generator is known for example from WO 2012/056275 AI.
  • Spur gears are coupled to the shaft journal realized.
  • the spur gears engage with each other and synchronize the opposing crankshafts.
  • the generator is coupled to one of the two crankshafts by an idler gear meshing on one side with the spur gear of the crankshaft in question and on the other hand with another spur gear on the drive shaft of the generator.
  • the reciprocating engine of the known power generator already has excellent characteristics with regard to smoothness, low vibration and the compact design.
  • the generator is therefore preferably used for driving a hybrid vehicle.
  • the spur gear set of the two crankshafts is elaborately machined.
  • the invention is based on the object to improve the series suitability of the known power generator, without giving up the excellent engine characteristics, such as smoothness, low vibration and compactness.
  • the invention is further based on the object to provide a vehicle with such a generator.
  • the object is achieved by a generator with the features of claim 1 and by a vehicle having the features of claim 14.
  • the invention is based on the idea to propose a generator, in particular for a hybrid vehicle, which has a two-cylinder reciprocating engine and having a generator.
  • the two-cylinder reciprocating engine has two pistons, which are guided in two cylinders in tandem arrangement, and two counter-rotating crankshafts.
  • the crankshafts are connected to the pistons by connecting rods.
  • the generator is driven by the crankshaft, the crankshafts are mechanically coupled in phase.
  • the crankshafts are coupled by a toothed chain which is toothed on both sides, wherein the first side of the toothed chain engages with a sprocket of one crankshaft and the second side of the toothed chain engages with a sprocket of the other crankshaft.
  • the tooth chain and the crankshafts form a toothed chain drive, which coincides with the
  • the direction of rotation reversal of the two crankshafts is achieved by the toothed chain on both sides, so that the two crankshafts are synchronized.
  • the invention provides that the first side of the toothed chain with the one of the two sprockets and the second side of the toothed chain are in engagement with the other of the two sprockets.
  • the generator according to the invention is therefore suitable for series production in an advantageous manner.
  • toothed chain opens up various design possibilities, as the generator is spatially arranged with respect to the reciprocating engine.
  • the use of the double-sided toothed chain has the advantage that further engine components can be drive-connected to the crankshafts in a very simple and space-saving manner.
  • the specific embodiment of these engine components is the subject of the dependent claims.
  • the generator is arranged fixedly or interchangeably laterally next to the sprockets in a housing of the engine.
  • the reciprocating engine and the generator thus form a unit that in
  • Vehicle can be installed.
  • the replaceable arrangement of the generator improves the serviceability of the generator.
  • the generator and the toothed chain advantageously move in opposite directions during operation.
  • the generator is between a
  • Tensioning wheel and a guide wheel for the toothed chain arranged.
  • the first side of the toothed chain is in each case with the tensioning wheel and the guide wheel and the second side of the toothed chain with a drive pinion of the generator in engagement.
  • the arrangement of the generator between the tensioning and deflection wheel is particularly space-saving.
  • the direction of rotation reversal between the generator and the toothed chain is achieved in this embodiment in that one side of the toothed chain meshes with the tension wheel and the deflection wheel and the other side of the toothed chain meshes with the drive pinion of the generator.
  • the tensioning wheel enables automatic tensioning of the toothed chain. This can be done mechanically, for example by means of a spring, and / or hydraulically. Thus, with the help of an oil pump, a hydraulic pressure can be built up, which leads to a tension of the silent chain.
  • the automatic tensioning of the toothed chain optimizes the
  • Friction damping provided for the tensioning wheel.
  • the hydraulic damping can be operated by the oil pump.
  • the tensioning wheel can have a
  • two counterbalancing balance shafts are preferably connected to the silent chain, the first side of the silent chain meshing with a drive pinion of one balance shaft and the second side of the silent chain meshing with a drive pinion of the other balance shaft.
  • This coupling of the toothed chain with the balance shafts leads to a reversal of rotation of the two balance shafts, so that they rotate in opposite directions to each other.
  • Tooth chain front sprocket between 60 ° and 80 °, in particular between 65 ° and 75 °, a particularly good torque transfer between the silent chain and the sprocket is achieved. If the toothed chain forms a straight chain distance in the course between the sprockets of the crankshafts, which is at least approximately 30 mm, the running properties of the toothed chain, specifically the inlet of the toothed chain, are improved in the front sprocket in the direction of movement of the toothed chain. In the case of an ignition offset of 360 °, the situation arises that the crankshaft which is located in the running direction of the toothed chain is in the working stroke while the front crankshaft is in the intake stroke.
  • toothed chain is a Wiegezapfenkette.
  • a further reduction of the gas exchange torque and the load of the toothed chain drive is achieved in that the ignition interval is 0 ° crank angle. This applies in the event that the engine is a four-stroke engine.
  • the gas alternating torques of both cylinders occur at 0 ° Zündversatz at the same time and compensate each other because of the opposite movement of the crankshaft.
  • the stress on the chain drive becomes clear
  • each gear ratio of 1: 2 are available, so the drive pinion rotate at twice the speed. This concerns in particular the drive pinion of the balance shafts.
  • the cylinders are arranged parallel or inclined to each other with an inclination angle of 3 ° to 7 °, in particular 4 ° to 6 ° per cylinder.
  • the angle of inclination is measured between a vertical plane and the central axis of the respective cylinder. In other words, the total angle between the two cylinders is the sum of the inclination angles of the individual cylinders.
  • the parallel arrangement of the cylinder is structurally easy to implement.
  • the inclined arrangement has the advantage that the housing can be made compact in the cylinder area.
  • Cylinder centerlines in this case is smaller than the center distance of
  • the smoothness is further improved by the fact that the opposite direction to the generator rotating crankshaft has a larger flywheel than the same direction rotating to the generator crankshaft.
  • the single FIGURE shows a plan view of the front of a generator according to an embodiment of the invention.
  • the generator shown in the single figure is preferably, but not exclusively, used in a hybrid vehicle for charging the hybrid battery. Other applications where it depends on a quiet running, low-vibration and compact reciprocating engine, are possible.
  • the two pistons and the two cylinders which are guided in tandem arrangement.
  • the two counter-rotating crankshafts 10, 11 are drive-connected to the two pistons by connecting rods.
  • each crankshaft has its own piston-cylinder arrangement.
  • the cylinder center axes run in one and the same plane transverse to the crankshaft axes (tandem arrangement).
  • the two crankshafts are in opposite directions, ie they turn in the opposite direction. This is achieved by a corresponding arrangement of the crank pin and connecting rod in a conventional manner.
  • Synchronization of the two sprockets 12, 13 is a double-toothed chain 14 is provided, the first side with the first sprocket 12 and the second side with the second sprocket 13 is engaged. This reverses the direction of rotation.
  • One of the two sides of the toothed chain 14 may also be referred to as a spine.
  • the toothed chain 14 forms, together with the two crankshafts 10, 11, a sprocket drive which is connected to a generator 15. Together, the two-cylinder reciprocating engine and the generator 15, the power generator or power generator, the
  • a battery for example, for charging a battery, in particular for a hybrid drive, can be used.
  • the generator 15 is arranged in the same plane of rotation as the sprockets 12, 13, laterally beside them.
  • the axis of rotation of the generator 15 extends above the two crankshaft axes, which are arranged in one and the same horizontal plane.
  • the Genevatrum of the toothed chain 14 extends.
  • the coupling of the generator 15 with the toothed chain 14 is effected by a drive pinion 24, which sits on the generator drive shaft 21.
  • Drive pinion 24 is engaged with the same, in particular the first side of the toothed chain 14, as in the direction of movement of the toothed chain 14 front sprocket 12.
  • the generator drive shaft 21 and the first sprocket 12 thus rotate in the same direction. Accordingly, the generator drive shaft 21 and the rear in the direction of movement of the toothed chain 14 sprocket 13 rotate in opposite directions.
  • the generator 15 is arranged so that the Glastrum of the toothed chain 14 extends approximately horizontally between the drive pinion 24 of the generator 15 and the first sprocket 12. Another height position of the drive pinion 15 and the generator 15 relative to the crankshaft axes is possible. As can be seen in the single figure, the generator 15 and the
  • Reciprocating engine provided in the same housing 22 of the generator.
  • the generator 15 may be fixed or interchangeable in the housing 22.
  • connection of the generator 15 with the first side of the toothed chain 14 ensures that the generator 15 and the toothed chain 14 move in opposite directions during operation. In other words, the toothed chain 14 moves in the counterclockwise direction, whereas the generator 15 rotates clockwise.
  • the tensioning wheel 16 is adjustably mounted in the housing 22 in order to adjust the chain tension can.
  • the guide wheel 17 serves to guide the toothed chain 14 and is arranged upstream of the tensioning wheel 16 in the direction of movement of the toothed chain 14.
  • the tensioning wheel 16 is disposed below the drive shaft 21 of the generator and has a pinion which engages with the toothed chain 14.
  • the deflection wheel 17 is arranged above the drive shaft 21 of the generator and also has a pinion which engages with the toothed chain 14.
  • the tensioning wheel 16 and the guide wheel 17 are in each case with the other side of the toothed chain 14 as the generator 15 into engagement, resulting in the direction of rotation between the tensioning wheel 16 and the guide wheel 17 on the one hand and the generator 15 on the other. In other words rotate the tensioning wheel 16 and the guide wheel 17 and the rear in the direction of movement of the toothed chain 14 sprocket 13 in the same direction.
  • a guide rail can be provided for guiding a free chain length.
  • the tensioning wheel 16 and the guide wheel 17 are arranged offset one above the other.
  • the axial distance between the tensioning wheel 16 and the guide wheel 17 is dimensioned so that the drive shaft 21 of the generator in between
  • the tensioning wheel 16 is arranged below the horizontal plane through the two crankshaft axes and the deflection wheel 17 above this horizontal plane.
  • the guide wheel 17 is, relative to the tensioning wheel 16, arranged offset inwards, so that the toothed chain 14 between the Tensioning wheel 16 and the guide wheel 17 inwards in the direction of the two
  • the toothed chain 14 is connected to two counter-rotating balance shafts 18, 19.
  • the first side of the toothed chain 14 is connected to the drive pinion of the first balance shaft, i. the rear in the direction of movement of the toothed chain 14 balance shaft 18, connected.
  • the second side of the silent chain 14 is connected to the drive pinion of the second balance shaft 19, i. the front in the direction of movement of the toothed chain 14 balance shaft 19, connected. This results in the direction of rotation reversal of the two balance shafts 18, 19.
  • the two balance shafts 18, 19 are arranged in the Lostrum of the toothed chain 14. As can be seen in the single figure, the two balance shafts 18, 19 counterweights 23, which are arranged in-phase, but opposite directions. The balance shafts 18, 19 cooperate to balance the second-order mass forces.
  • the center distance between the two balance shafts 18, 19 is dimensioned so that there is space between them for the cylinder not shown in the single figure.
  • the toothed chain 14 extends straight between the first and second sprocket 12,
  • the toothed chain 14 is coupled to the second balance shaft 19 and extends from there under a change of the engagement side of the toothed chain 14 to the first balance shaft 18. From the first balance shaft 18th the toothed chain 14 continues to the guide roller 17, in which case again a change of the engagement side of the toothed chain and thus a
  • the pressure angle of the toothed chain 14 in all driving sprockets 12, 13 or the driven gears or pinions 15, 18, 19 is between 60 ° and 80 °, in particular between 65 ° and 75 °.
  • the gear ratio between the drive pinions 15, 18, 19 and the sprockets 11, 12 is 1: 2.
  • the double-sided toothed toothed chain has in a conventional manner toothed lugs, which engage in the corresponding teeth of the sprockets 12, 13 and take over the tensile force.
  • the cradle link of the silent chain has pivots or cradles that control the movement of the silent chain
  • tooth chains are well known.
  • the peculiarity of the above used toothed chain 14 is that the toothed chain is toothed on both sides.
  • Timing chain 26 the first crankshaft 10 with a camshaft sprocket 25 which is arranged on the front side of the camshaft.
  • the first crankshaft 10 has a chain pinion 27, which is fixedly connected to the first crankshaft 10 and / or the first sprocket 12.
  • the transmission ratio between the sprocket 27 and the camshaft sprocket 25 is in a conventional manner 1: 2.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stromaggregat, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, mit einem Zweizylinder-Hubkolbenmotor, der zwei Kolben, die in zwei Zylindern in Tandem-Anordnung geführt sind, und zwei gegenläufigen Kurbelwellen (10, 11) aufweist, die mit den Kolben durch Pleuel verbunden sind, und einem Generator (15), der durch die Kurbelwellen antreibbar ist, wobei die Kurbelwellen (10, 11) mechanisch phasengleich gekoppelt sind, wobei die Kurbelwellen (10, 11) durch eine beidseitig verzahnte Zahnkette (14) gekoppelt sind, wobei die erste Seite der Zahnkette (14) mit einem Kettenrad (12) der einen Kurbelwelle (10) und die zweite Seite der Zahnkette (14) mit einem Kettenrad (13) der anderen Kurbelwelle (11) in Eingriff stehen und wobei die Zahnkette (14) und die Kurbelwellen (10, 11) einen Zahnkettentrieb bilden, der mit dem Generator (15) verbunden ist.

Description

Stromaggregat
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromaggregat mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein derartiges Stromaggregat ist beispielsweise aus WO 2012/056275 AI bekannt.
Bei dem bekannten Stromaggregat wird der Antrieb des Generators durch einen Zweizylinder-Hubkolbenmotor mit gegenläufigen Kurbelwellen, die durch
Stirnräder an den Wellenzapfen gekoppelt sind, realisiert. Die Stirnräder stehen miteinander in Eingriff und synchronisieren so die gegenläufigen Kurbelwellen. Der Generator ist mit einer der beiden Kurbelwellen durch ein Zwischenzahnrad gekoppelt, das einerseits mit dem Stirnrad der betreffenden Kurbelwelle und andererseits mit einem weiteren Stirnrad auf der Antriebswelle des Generators in Eingriff steht.
Der Hubkolbenmotor des bekannten Stromaggregats weist bereits hervorragende Eigenschaften mit Blick auf die Laufruhe, die Vibrationsarmut und den kompakten Aufbau auf. Das Stromaggregat wird daher bevorzugt für den Antrieb eines Hybridfahrzeuges eingesetzt. Um die Geräuschentwicklung des Motors zu dämpfen, wird der Stirnradsatz der beiden Kurbelwellen aufwändig bearbeitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Serientauglichkeit des bekannten Stromaggregats zu verbessern, ohne die hervorragenden Motoreigenschaften, wie Laufruhe, Vibrationsarmut und Kompaktheit, aufzugeben. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug mit einem derartigen Stromaggregat anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Stromaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein Stromaggregat, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, vorzuschlagen, das einen Zweizylinder-Hubkolbenmotor und einen Generator aufweist. Der Zweizylinder-Hubkolbenmotor weist zwei Kolben, die in zwei Zylindern in Tandem-Anordnung geführt sind, und zwei gegenläufige Kurbelwellen auf. Die Kurbelwellen sind mit den Kolben durch Pleuel verbunden. Der Generator ist durch die Kurbelwellen antreibbar, wobei die Kurbelwellen mechanisch phasengleich gekoppelt sind. Erfindungsgemäß sind die Kurbelwellen durch eine beidseitig verzahnte Zahnkette gekoppelt, wobei die erste Seite der Zahnkette mit einem Kettenrad der einen Kurbelwelle und die zweite Seite der Zahnkette mit einem Kettenrad der anderen Kurbelwelle in Eingriff stehen. Die Zahnkette und die Kurbelwellen bilden einen Zahnkettentrieb, der mit dem
Generator verbunden ist.
Die Drehrichtungsumkehr der beiden Kurbelwellen wird durch die beidseitig verzahnte Zahnkette erreicht, so dass die beiden Kurbelwellen synchronisiert sind. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Seite der Zahnkette mit dem einen der beiden Kettenräder und die zweite Seite der Zahnkette mit dem anderen der beiden Kettenräder in Eingriff stehen. Dadurch behält der Zweizylinder-Hubkolbenmotor seine hervorragenden Eigenschaften bezüglich Laufruhe, Vibrationsarmut und Kompaktheit. Die für die Übertragung der
Antriebsmomente von den Kurbelwellen auf die Zahnkette vorgesehenen
Kettenräder sind einfach zu fertigen, so dass der Herstellungsaufwand des Stromaggregats signifikant verringert wird. Das erfindungsgemäße Stromaggregat ist daher in vorteilhafter Weise serientauglich.
Die Nutzung der Zahnkette eröffnet verschiedene konstruktive Möglichkeiten, wie der Generator in Bezug auf den Hubkolbenmotor räumlich angeordnet wird.
Überdies bringt die Verwendung der beidseitig verzahnten Zahnkette den Vorteil, dass weitere Motorkomponenten auf sehr einfache und platzsparende Weise mit den Kurbelwellen antriebsverbunden werden können. Die konkrete Ausgestaltung dieser Motorkomponenten ist Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Generator seitlich neben den Kettenrädern in einem Gehäuse des Motors fest oder austauschbar angeordnet. Der Hubkolbenmotor und der Generator bilden also eine Einheit, die in
unterschiedlichen Positionen, beispielsweise liegend oder stehend, in ein
Fahrzeug eingebaut werden kann. Die austauschbare Anordnung des Generators verbessert die Wartungsfreundlichkeit des Stromaggregats. Um die Wechseldrehmomente des Generators zumindest teilweise auszugleichen, bewegen sich der Generator und die Zahnkette im Betrieb vorteilhafterweise gegenläufig .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Generator zwischen einem
Spannrad und einem Umlenkrad für die Zahnkette angeordnet. Die erste Seite der Zahnkette steht jeweils mit dem Spannrad und dem Umlenkrad und die zweite Seite der Zahnkette mit einem Antriebsritzel des Generators in Eingriff. Die Anordnung des Generators zwischen dem Spann- und Umlenkrad ist besonders platzsparend . Die Drehrichtungsumkehr zwischen Generator und Zahnkette wird bei dieser Ausführung dadurch erreicht, dass die eine Seite der Zahnkette mit dem Spannrad und dem Umlenkrad und die andere Seite der Zahnkette mit dem Antriebsritzel des Generators in Eingriff steht. Das Spannrad ermöglicht die automatische Spannung der Zahnkette. Dies kann mechanisch, beispielsweise mittels einer Feder, und/oder hydraulisch erfolgen. So kann mit Hilfe einer Ölpumpe ein hydraulischer Druck aufgebaut werden, der zu einer Spannung der Zahnkette führt. Das automatische Spannen der Zahnkette optimiert den
Kettenlauf und reduziert so den Verschleiß der Zahnkette und der Kettenräder bzw. Antriebsritzel . Außerdem ist eine hydraulische Dämpfung oder eine
Reibungsdämpfung für das Spannrad vorgesehen. Die hydraulische Dämpfung kann durch die Ölpumpe betrieben werden. Das Spannrad kann einen
selbstnachstellenden bzw. selbsthemmenden Mechanismus umfassen.
Für einen Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung sind vorzugsweise zwei gegenläufige Ausgleichswellen mit der Zahnkette verbunden, wobei die erste Seite der Zahnkette mit einem Antriebsritzel der einen Ausgleichswelle und die zweite Seite der Zahnkette mit einem Antriebsritzel der anderen Ausgleichswelle in Eingriff stehen. Diese Kopplung der Zahnkette mit den Ausgleichswellen führt zu einer Drehrichtungsumkehr der beiden Ausgleichswellen, so dass diese entsprechend gegenläufig zueinander drehen.
Wenn der Eingriffswinkel der Zahnkette in das in Bewegungsrichtung der
Zahnkette vordere Kettenrad zwischen 60° und 80°, insbesondere zwischen 65° und 75° beträgt, wird eine besonders gute Momentenübertragung zwischen der Zahnkette und dem Kettenrad erreicht. Wenn die Zahnkette im Verlauf zwischen den Kettenrädern der Kurbelwellen eine gerade Kettenstrecke bildet, die mindestens ca. 30 mm beträgt, werden die Laufeigenschaften der Zahnkette, konkret der Einlauf der Zahnkette, in das in Bewegungsrichtung der Zahnkette vordere Kettenrad verbessert. Bei einem Zündversatz von 360° ergibt sich die Situation, dass sich die in Laufrichtung der Zahnkette hintere Kurbelwelle im Arbeitstakt befindet während die vordere Kurbelwelle im Ansaugtakt steht. Dies führt zu einer hohen Kraft die über das Zugtrum der Kette an den Generator geleitet wird . Währenddessen wird die vordere Kurbelwelle über das Lostrum der Zahnkette im Ansaughub angetrieben. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das gesamte Spiel der Zahnkette in dem geraden Stück zwischen den beiden Kurbelwellen, da beide Kettentrume unter Zug stehen. Die beidseitig verzahnte Zahnkette kann folglich auf der Außenseite einer Krümmung die Zähne aufspreizen, so dass ein sauberes Einlaufen in gekrümmten Zustand in eine gegenüberliegende Krümmung nicht ohne Verschleiß und Geräusch möglich ist. Durch die gerade Kettenstrecke wird dies kompensiert, wodurch Verschleiß und Geräuschentwicklung reduziert werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Zahnkette eine Wiegezapfenkette ist.
Eine weitere Verringerung des Gaswechsel-Drehmoments und der Belastung des Zahnkettentriebs wird dadurch erreicht, dass der Zündabstand 0° Kurbelwinkel beträgt. Dies gilt für den Fall, dass der Motor ein Viertaktmotor ist. Die Gas- Wechseldrehmomente beider Zylinder treten bei 0° Zündversatz zum selben Zeitpunkt auf und kompensieren sich wegen der gegenläufigen Bewegung der Kurbelwellen. Zudem wird die Beanspruchung des Kettentriebs deutlich
verringert, da beide Kurbelwellen zeitgleich Drehmoment produzieren und dieses über das Zugtrum der Zahnkette gemeinsam auf den Generator übertragen. Das Lostrum der Kette erfährt dadurch weniger Wechselbelastung und das Einlaufen der Kette in die in Bewegungsrichtung der Zahnkette vordere Kurbelwelle erfolgt im Wesentlichen schwingungsfrei.
Für den Ausgleich von Massenkräften/-momenten ist es besonders vorteilhaft, wenn die Antriebsritzel und die Kettenräder der Kurbelwellen in einem
Übersetzungsverhältnis von jeweils 1 : 2 stehen, also die Antriebsritzel mit doppelter Drehzahl drehen. Dies betrifft insbesondere die Antriebsritzel der Ausgleichswellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zylinder parallel oder zueinander geneigt mit einem Neigungswinkel von 3° bis 7°, insbesondere 4° bis 6° pro Zylinder angeordnet. Der Neigungswinkel wird zwischen einer Vertikalebene und der Mittelachse des jeweiligen Zylinders gemessen. Mit anderen Worten ist der Gesamtwinkel zwischen den beiden Zylindern die Summe der Neigungswinkel der Einzelzylinder. Die Parallelanordnung der Zylinder ist konstruktiv einfach umzusetzen. Die geneigte Anordnung hat den Vorteil, dass das Gehäuse im Bereich der Zylinder kompakt gebaut werden kann.
Durch eine Schränkung der Zylinder zur Gegendruckseite und eine
phasenverschobene Anordnung der Ausgleichsgewichte an den Kurbelwellen wird die Laufruhe des Stromaggregats insgesamt verbessert. Der Abstand der
Zylindermittelachsen ist in diesem Fall kleiner als der Achsabstand der
Kurbelwellen.
Die Laufruhe wird weiter dadurch verbessert, dass die gegensinnig zum Generator drehende Kurbelwelle eine größere Schwungmasse als die gleichsinnig zum Generator drehende Kurbelwelle aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend in weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügte schematische Figur anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine Draufsicht auf die Frontseite eines Stromaggregats nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel .
Das in der einzigen Figur dargestellte Stromaggregat kommt vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, in einem Hybridfahrzeug zum Aufladen der Hybridbatterie zum Einsatz. Andere Einsatzgebiete, bei denen es auf einen ruhig laufenden, vibrationsarmen und kompakten Hubkolbenmotor ankommt, sind möglich. In der einzigen Figur nicht dargestellt sind die beiden Kolben und die beiden Zylinder, die in Tandem-Anordnung geführt sind . Die zwei gegenläufigen Kurbelwellen 10, 11 sind mit den beiden Kolben durch Pleuel antriebsverbunden. Mit anderen Worten weist jede Kurbelwelle eine eigene Kolben-Zylinderanordnung auf. Die Zylindermittelachsen verlaufen in ein- und derselben Ebene quer zu den Kurbelwellenachsen (Tandem-Anordnung). Die beiden Kurbelwellen sind gegenläufig, d.h. sie drehen in gegensinniger Richtung. Dies wird durch eine entsprechende Anordnung der Kurbelzapfen und Pleuel in an sich bekannter Weise erreicht.
In der einzigen Figur sind die Wellenzapfen der beiden Kurbelwellen 10, 11 zu sehen, die aus dem Gehäuse 22 des Stromaggregats herausragen. Auf den Wellenzapfen sind koaxial und drehfest zwei Kettenräder 12, 13 angeordnet. Die beiden Kettenräder 12, 13 befinden sich in derselben Drehebene. Zur
Synchronisierung der beiden Kettenräder 12, 13 ist eine beidseitig verzahnte Zahnkette 14 vorgesehen, deren erste Seite mit dem ersten Kettenrad 12 und deren zweite Seite mit dem zweiten Kettenrad 13 in Eingriff steht. Dadurch wird die Drehrichtungsumkehr erreicht. Eine der beiden Seiten der Zahnkette 14 kann auch als Rücken bezeichnet werden. Die Zahnkette 14 bildet zusammen mit den beiden Kurbelwellen 10, 11 einen Zahnkettentrieb, der mit einem Generator 15 verbunden ist. Zusammen bilden der Zweizylinder-Hubkolbenmotor und der Generator 15 das Stromaggregat bzw. Stromerzeugungsaggregat, das
beispielsweise zum Aufladen einer Batterie, insbesondere für einen Hybridantrieb, genutzt werden kann.
Wie in der einzigen Figur ferner zu sehen ist, ist der Generator 15 in derselben Drehebene wie die Kettenräder 12, 13, seitlich neben diesen, angeordnet. Dabei verläuft die Drehachse des Generators 15 oberhalb der beiden Kurbelwellenachsen, die in ein- und derselben Horizontalebene angeordnet sind. Zwischen dem Generator 15 und den beiden Kettenrädern 12, 13 verläuft das Zugtrum der Zahnkette 14. Die Kopplung des Generators 15 mit der Zahnkette 14 erfolgt durch ein Antriebsritzel 24, das auf der Generatorantriebswelle 21 sitzt. Das
Antriebsritzel 24 steht mit derselben, insbesondere der ersten Seite der Zahnkette 14 in Eingriff, wie das in Bewegungsrichtung der Zahnkette 14 vordere Kettenrad 12. Die Generatorantriebswelle 21 und das erste Kettenrad 12 drehen also gleichsinnig. Dementsprechend drehen die Generatorantriebswelle 21 und das in Bewegungsrichtung der Zahnkette 14 hintere Kettenrad 13 gegensinnig. Der Generator 15 ist dabei so angeordnet, dass das Zugtrum der Zahnkette 14 annähernd horizontal zwischen dem Antriebsritzel 24 des Generators 15 und dem ersten Kettenrad 12 verläuft. Eine andere Höhenposition des Antriebsritzels 15 bzw. des Generators 15 bezogen auf die Kurbelwellenachsen ist möglich. Wie in der einzigen Figur zu sehen ist, sind der Generator 15 und der
Hubkolbenmotor im selben Gehäuse 22 des Stromaggregats vorgesehen. Dabei kann der Generator 15 im Gehäuse 22 fest oder austauschbar angeordnet sein.
Durch die Verbindung des Generators 15 mit der ersten Seite der Zahnkette 14 wird erreicht, dass der Generator 15 und die Zahnkette 14 sich im Betrieb gegenläufig bewegen. Mit anderen Worten bewegt sich die Zahnkette 14 im Gegenuhrzeigersinn, wohingegen sich der Generator 15 im Uhrzeigersinn dreht.
Der Generator 15, konkret die Antriebswelle 21 des Generators, ist zwischen einem Spannrad 16 und einem Umlenkrad 17 angeordnet. Das Spannrad 16 ist verstellbar im Gehäuse 22 gelagert, um die Kettenspannung einstellen zu können. Das Umlenkrad 17 dient der Führung der Zahnkette 14 und ist dem Spannrad 16 in Bewegungsrichtung der Zahnkette 14 vorgeordnet. Das Spannrad 16 ist unterhalb der Antriebswelle 21 des Generators angeordnet und weist ein Ritzel auf, das mit der Zahnkette 14 in Eingriff steht. Das Umlenkrad 17 ist oberhalb der Antriebswelle 21 des Generators angeordnet und weist ebenfalls ein Ritzel auf, das mit der Zahnkette 14 in Eingriff steht. Das Spannrad 16 und das Umlenkrad 17 stehen jeweils mit der anderen Seite der Zahnkette 14 als der Generator 15 in Eingriff, woraus sich die Drehrichtungsumkehr zwischen dem Spannrad 16 und dem Umlenkrad 17 einerseits und dem Generator 15 andererseits ergibt. Mit anderen Worten drehen das Spannrad 16 und das Umlenkrad 17 sowie das in Bewegungsrichtung der Zahnkette 14 hintere Kettenrad 13 gleichsinnig.
Bei einer vergleichsweise großen Länge der Zahnkette 14, insbesondere bei einem großen Abstand zwischen den Ausgleichswellen 18, 19, der von der Zahnkette 14 frei überbrückt werden muss, kann in vorteilhafter Weise eine Führungsschiene zur Führung einer freien Kettenstrecke vorgesehen sein.
Das Spannrad 16 und das Umlenkrad 17 sind schräg versetzt übereinander angeordnet. Der Achsabstand zwischen dem Spannrad 16 und dem Umlenkrad 17 ist so bemessen, dass die Antriebswelle 21 des Generators dazwischen
angeordnet sein kann. Das Spannrad 16 ist unterhalb der horizontalen Ebene durch die beiden Kurbelwellenachsen und das Umlenkrad 17 oberhalb dieser Horizontalebene angeordnet. Das Umlenkrad 17 ist, bezogen auf das Spannrad 16, nach innen versetzt angeordnet, so dass die Zahnkette 14 zwischen dem Spannrad 16 und dem Umlenkrad 17 nach innen in Richtung der beiden
Kurbelwellen 10, 11 geneigt verläuft.
Die Zahnkette 14 ist mit zwei gegenläufigen Ausgleichswellen 18, 19 verbunden. Dazu ist die erste Seite der Zahnkette 14 mit dem Antriebsritzel der ersten Ausgleichswelle, d.h. der in Bewegungsrichtung der Zahnkette 14 hinteren Ausgleichswelle 18, verbunden. Die zweite Seite der Zahnkette 14 ist mit dem Antriebsritzel der zweiten Ausgleichswelle 19, d.h. der in Bewegungsrichtung der Zahnkette 14 vorderen Ausgleichswelle 19, verbunden. Dadurch ergibt sich die Drehrichtungsumkehr der beiden Ausgleichswellen 18, 19. Die beiden
Ausgleichswellen 18, 19 sind auf derselben Höhe wie das Umlenkrad 17
angeordnet. Eine andere Anordnung der Ausgleichswellen 18, 19 ist möglich. Die beiden Ausgleichswellen 18, 19 sind im Lostrum der Zahnkette 14 angeordnet. Wie in der einzigen Figur zu sehen ist, weisen die beiden Ausgleichswellen 18, 19 Gegengewichte 23 auf, die gleichphasig, aber gegenläufig, angeordnet sind. Die Ausgleichswellen 18, 19 wirken zum Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung zusammen. Der Achsabstand zwischen den beiden Ausgleichswellen 18, 19 ist so bemessen, dass dazwischen Bauraum für die in der einzigen Figur nicht dargestellten Zylinder vorgesehen ist.
Ausgehend von dem in Bewegungsrichtung der Zahnkette 14 ersten Kettenrad 12 verläuft die Zahnkette 14 gerade zwischen dem ersten und zweiten Kettenrad 12,
13 und bildet dabei eine gerade Kettenstrecke 20 mit einer Länge von ca. 30 mm. Die Zahnkette 14 umschlingt das in Bewegungsrichtung der Zahnkette 14 hintere Kettenrad 13. Nach dem Kettenrad 13 ist die Zahnkette 14 mit der zweiten Ausgleichswelle 19 gekoppelt und verläuft von dort unter einem Wechsel der Eingriffsseite der Zahnkette 14 zur ersten Ausgleichswelle 18. Von der ersten Ausgleichswelle 18 verläuft die Zahnkette 14 weiter zur Umlenkrolle 17, wobei hier wieder ein Wechsel der Eingriffsseite der Zahnkette und somit eine
Drehrichtungsumkehr erfolgt. Von dem Umlenkrad 17 erstreckt sich die Zahnkette
14 weiter bis zum Spannrad 16, das mit derselben Seite der Zahnkette 14 wie das Umlenkrad 17 verbunden ist. Nach dem Spannrad 16 ist die Zahnkette 14 über das Antriebsritzel 24 des Generators 15 geführt, wobei die Eingriffsseite und damit die Drehrichtung wechseln. Nach dem Antriebsritzel 24 des Generators 15 schließt sich der Verlauf der Zahnkette 14 am ersten Kettenrad 12. Der Eingriffswinkel der Zahnkette 14 in alle treibenden Kettenräder 12, 13 oder die angetriebenen Zahnräder bzw. Ritzel 15, 18, 19 beträgt zwischen 60° und 80°, insbesondere zwischen 65° und 75°. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den Antriebsritzeln 15, 18, 19 und den Kettenrädern 11, 12 beträgt 1 : 2.
Die doppelseitig verzahnte Zahnkette weist in an sich bekannter Weise Zahnlaschen auf, die in die entsprechende Verzahnung der Kettenräder 12, 13 eingreifen und die Zugkraft übernehmen. Das Wiegegelenk der Zahnkette weist Gelenkzapfen oder Wiegezapfen auf, die die Bewegung der Zahnkette
ermöglichen. Derartige Zahnketten sind allgemein bekannt. Die Besonderheit bei der vorstehend verwendeten Zahnkette 14 besteht darin, dass die Zahnkette auf beiden Seiten verzahnt ist.
Zur Bewegung einer Nockenwelle des Hubkolbenmotors verbindet eine
Steuerkette 26 die erste Kurbelwelle 10 mit einem Nockenwellenritzel 25, das stirnseitig an der Nockenwelle angeordnet ist. Dazu weist die erste Kurbelwelle 10 ein Kettenritzel 27 auf, welches fest mit der ersten Kurbelwelle 10 und/oder dem ersten Kettenrad 12 verbunden ist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Kettenritzel 27 und dem Nockenwellenritzel 25 beträgt in an sich bekannter Weise 1 : 2.
Bezugszeichenliste
10, 11 Kurbelwellen
12, 13 Kettenrad
14 Zahnkette
15 Generator
16 Spannrad
17 Umlenkrad
18, 19 Ausgleichswellen
20 Kettenstrecke
21 Generatorantriebswelle
22 Gehäuse
23 Gegengewicht
24 Antriebsritzel des Generators
25 Nockenwellenritzel
26 Steuerkette
27 Kettenritzel

Claims

Ansprüche
1. Stromaggregat, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, mit einem
Zweizylinder-Hubkolbenmotor, der zwei Kolben, die in zwei Zylindern in Tandem-Anordnung geführt sind, und zwei gegenläufigen Kurbelwellen (10, 11) aufweist, die mit den Kolben durch Pleuel verbunden sind, und einem Generator, der durch die Kurbelwellen antreibbar ist, wobei die Kurbelwellen (10, 11) mechanisch phasengleich gekoppelt sind,
dad u rch geken nzeich net, dass
die Kurbelwellen (10, 11) durch eine beidseitig verzahnte Zahnkette (14) gekoppelt sind, wobei die erste Seite der Zahnkette (14) mit einem
Kettenrad (12) der einen Kurbelwelle (10) und die zweite Seite der
Zahnkette (14) mit einem Kettenrad (13) der anderen Kurbelwelle (11) in Eingriff stehen und wobei die Zahnkette (14) und die Kurbelwellen (10, 11) einen Zahnkettentrieb bilden, der mit dem Generator (15) verbunden ist.
2. Stromaggregat nach Anspruch 1,
dad u rch g eken nzeich net, dass
der Generator (15) seitlich neben den Kettenrädern (12, 13) in einem Gehäuse des Motors fest oder austauschbar angeordnet ist.
3. Stromaggregat nach Anspruch 1 oder 2,
dad u rch g eken nzeich net, dass
der Generator (15) und die Zahnkette (14) sich im Betrieb gegenläufig bewegen.
4. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch g eken nzeich net, dass
der Generator (15) zwischen einem Spannrad (16) und einem Umlenkrad (17) für die Zahnkette (14) angeordnet ist, wobei die erste Seite der Zahnkette (14) jeweils mit dem Spannrad (16) und dem Umlenkrad (17) und die zweite Seite der Zahnkette (14) mit einem Antriebsritzel (21) des Generators (15) in Eingriff stehen.
5. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch g eken nzeich net, dass
zwei gegenläufige Ausgleichswellen (18, 19) mit der Zahnkette (14) verbunden sind, wobei die erste Seite der Zahnkette (14) mit einem
Antriebsritzel der einen Ausgleichswelle (18) und die zweite Seite der Zahnkette (14) mit einem Antriebsritzel der anderen Ausgleichswelle (19) in Eingriff stehen.
6. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch g eken nzeich net, dass
ein Eingriffswinkel der Zahnkette (14) in das in Bewegungsrichtung der Zahnkette (14) vordere Kettenrad (12) zwischen 60° und 80°, insbesondere zwischen 65° und 75° beträgt.
7. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch g eken nzeich net, dass
die Zahnkette (14) im Verlauf zwischen den Kettenrädern (12, 13) der Kurbelwellen (10, 11) eine gerade Kettenstrecke (20) bildet, die mindestens ca.30mm beträgt.
8. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch g eken nzeich net, dass
die Zahnkette (14) eine Wiegezapfenkette ist.
9. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch g eken nzeich net, dass
der Motor ein Viertaktmotor ist, wobei der Zündabstand 0° beträgt.
10. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch g eken nzeich net, dass
die Antriebsritzel und die Kettenräder (12, 13) der Kurbelwellen (10, 11) in einem Übersetzungsverhältnis von jeweils ca. 1:2 stehen.
11. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e ke n n ze i c h n et, dass
die Zylinder parallel oder zueinander geneigt mit einem Neigungswinkel von 3° bis 7°, insbesondere 4° bis 6°, pro Zylinder angeordnet sind.
12. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
g e ke n n ze i c h n et d u r c h
eine Schränkung der Zylinder zur Gegendruckseite und eine
phasenverschobene Anordnung der Ausgleichsgewichte an den Kurbelwellen (10, 11).
13. Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
g e ke n n ze i c h n et d u r c h
die gegensinnig zum Generator drehende Kurbelwelle (11) eine größere Schwungmasse als die gleichsinnig zum Generator drehende Kurbelwelle (10) aufweist.
14. Fahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, mit einem Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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