JP2018501420A - パワーユニット - Google Patents

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Abstract

本発明は、２つのシリンダ（１、２）内でタンデム配置に案内される２つのピストン（３、４）と、コネクティングロッド（５、６）によってピストン（３、４）と結合される２つの逆回転するクランク軸（７、８）と、を有する２気筒レシプロエンジンと、第１のクランク軸（７）に対して反対方向に、且つ、第２のクランク軸（８）に対して同方向に、回転可能であるジェネレータ（１１）と、を備えた、特にハイブリッド車のための、パワーユニットに関する。本発明は、ジェネレータ（１１）がトラクション手段を介して少なくとも第１のクランク軸（７）と駆動結合され、且つ、バランス質量（１３）を有しており、第１のクランク軸（７）は、更なるバランス質量（１４）を担持するバランス軸（１２）とタイミングチェーン（１８）又はタイミングベルトを介して結合されている、ことを特徴とする。さらに本発明は斯かるパワーユニットを備えた車両、特にハイブリッド車に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部の特徴を備えたパワーユニットに関する。さらに本発明は、斯かるパワーユニットを備えた車両に関する。冒頭に記載した種類のパワーユニットは、例えば国際公開第２０１２／０５６２７５（Ａ１）号パンフレットにより知られている。
既知のパワーユニットは、逆回転するクランク軸を備えた２気筒レシプロエンジンを有しており、クランク軸はそれらジャーナルで平歯車によって互いに連結されている。平歯車は互いに係合しており、逆回転するクランク軸を同期させる。レシプロエンジンは、発電に用いるジェネレータを駆動する。ジェネレータは、両クランク軸の一方と噛み合うジェネレータ歯車を有している。ここでジェネレータは運転時に第１のクランク軸に対して反対方向に回転し、第２のクランク軸に対して同方向に回転する。
既知のパワーユニットは、特にハイブリッド車に使用されるため、高い静粛性、低振動及びコンパクトな構造が重視される。これら特性は既に既知のパワーユニットによって満たされている。それにも拘わらず、これら特性をさらに改善しようとする努力が存在する。
それゆえ本発明の課題は、既知のパワーユニットを、特にコンパクトな寸法で、静粛性及び低振動に関して改善された特性を有するように発展させることである。さらに本発明の課題は、斯かるパワーユニットを備えた車両を提案することである。
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、及び車両に関しては特許請求項９の対象によって解決される。
本発明の基礎をなす思想は、２つのシリンダ内でタンデム配置に案内される２つのピストンを有する２気筒レシプロエンジンを備えた、特にハイブリッド車のための、パワーユニットを提案することである。２気筒レシプロエンジンはさらに、コネクティングロッドによってピストンと結合される２つの逆回転するクランク軸を有する。パワーユニットは、第１のクランク軸に対して反対方向に、且つ、第２のクランク軸に対して同方向に回転可能であるジェネレータを備えている。本発明によれば、ジェネレータはトラクション手段を介して少なくとも第１のクランク軸と駆動連結され、且つ、バランス質量を有する。第１のクランク軸はさらに、更なるバランス質量を担持するバランス軸とタイミングチェーン又はタイミングベルトを介して結合されている。
ジェネレータはバランス質量を担持することによって、ジェネレータが既に第１のバランス軸として働く。これによりジェネレータは二重の機能、即ち一方では発電、他方では慣性力の平衡化の機能を果たす。したがってそうして構成されたジェネレータは静粛性の向上に寄与する。それゆえ２次慣性力を完全に平衡化するためには、単一の別個のバランス軸しか要求されない。そうして完全なランチェスターバランスにも拘わらず、静粛性と低振動に関して著しく改善されたパワーユニットのコンパクトな構造が実現されている。
好適な変形例において、トラクション手段は歯付きベルト又は歯付きチェーンであるようにされてよい。歯付きベルトの使用は、特に騒音の少ない構造形態を可能にする。歯付きチェーンの使用は、同様に騒音を減らす構造形態を可能にし、加えて高い耐摩耗性が生じる。さらに歯付きチェーンはレシプロエンジンのオイル潤滑に関して利点を有する。
本発明の変形例において、第１のクランク軸と第２のクランク軸とが互いに直接歯車係合している。換言すれば、クランク軸はそれぞれの端側にスプロケット又は歯付きクランクウェブを有しており、これらが互いに係合している。加えて第１のクランク軸は、トラクション手段を介してジェネレータと結合され、且つ、タイミングチェーンを介してバランス軸と結合されている。
特に好適な代替例では、トラクション手段が両側に歯切りを有する歯付きチェーンであり、歯付きチェーンの外側が第１のクランク軸のスプロケットと、且つ、歯付きチェーンの内側が第２のクランク軸のスプロケットと係合するようになっている。歯付きチェーンはこの点で比較的単純な経路を辿るが、これはスプロケットからジェネレータへの力の伝達に関して有利である。特に歯付きチェーンは荷重下で撓み点の数が少ない。そのうえクランク軸が相互に若しくはジェネレータと直接歯車係合することが回避され、これがレシプロエンジンの静粛性に資する。
更なる好適な変形例における本発明によるパワーユニットでは、第１のクランク軸又はバランス軸がフライホイール質量を担持している。フライホイール質量はトルク変動を平衡化する役目を果たす。好ましくはフライホイール質量が第１のクランク軸、つまりジェネレータと反対に回転するクランク軸に配置されている。代替としてフライホイール質量はバランス軸に配置されてもよく、これはパワーユニットの車両内の取付け位置によってはクランク軸面内においてパワーユニットの幅をできるだけ小さくするために有利であり得る。さらに、第１のクランク軸もバランス軸もそれぞれ部分的なフライホイール質量を担持するようにされてよい。
２次慣性力を平衡化するためにクランク軸とジェネレータ及び／又はバランス軸との変速比が２：１であると好都合である。バランス質量を備えたジェネレータはバランス軸としても働くので、ランチェスターバランサにとって、つまり自由な２次慣性力の平衡化にとって好都合な変速比２：１が順守されるべきである。その結果、バランス軸若しくはジェネレータがクランク軸に対してそれぞれ２倍の回転数で回転することになる。
さらに第１のクランク軸は、タイミングチェーン又はタイミングベルトを介してタイミング駆動装置の中間歯車と連結される、タイミング歯車を有することができる。中間歯車はタイミング歯車の直径の２倍に相当する直径を有している。換言すればタイミングチェーン若しくはタイミングベルトは、第１のクランク軸のタイミング歯車をバランス軸とも、中間歯車とも連結するようになっている。中間歯車は端側でタイミング駆動装置上に配置されてよい。
タイミング歯車に対する中間歯車の２倍の大きさによって、クランク軸とタイミング駆動装置との間に変速比１：２が存在する。つまりタイミング駆動装置はクランク軸の半分の速さで回転する。ここでタイミング駆動装置は、レシプロエンジンのシリンダ封止面の下方に配置される、低置タイミング駆動装置であってよい。
有利な実施形態における本発明によるパワーユニットでは、単一のジェネレータが設けられている。単一のジェネレータに制限することは、パワーユニットのコンパクト性に資するだけでなく、生産コストも引き下げる。そのため総じて特に効率的、低騒音、静粛で、廉価に生産可能なパワーユニットが提供される。同時に構造部品の数の少なさがパワーユニットの保守性を改善する。
副次的な態様によれば、上述のパワーユニットを備えた車両、特にハイブリッド車が開示され請求される。
以下に本発明を実施形態に基づき、添付の図面を参照して詳しく説明する。
本発明によるパワーユニットの模式的な側面図を示しており、本発明にとって本質的でない部材は省略されている。
図に示されたパワーユニットは、内部でピストン３、４が案内される２つのシリンダ１、２を備えた、レシプロエンジン（２気筒レシプロエンジン）を備えている。ピストン３、４は、コネクティングロッド５、６によってクランク軸７、８と結合されている。各ピストン３、４は、それぞれクランク軸７、８に割当てられる。したがってレシプロエンジンは、互いに平行に並置された２つのクランク軸７、８を有している。クランク軸７、８は反対方向に回転する。この点で２気筒レシプロエンジンはタンデム配置に構成されている。
クランク軸７、８は端側でスプロケット９、１０を担持している。スプロケット９、１０は互いに離間して配置され、歯付きチェーン１５によって互いに連結されている。歯付きチェーン１５は両側に歯切りを有しており、歯付きチェーン１５の外側１５ａは第１のクランク軸７のスプロケット９と係合している。歯付きチェーン１５の内側１５ｂは第２のクランク軸８のスプロケット１０と係合している。さらに歯付きチェーン１５はジェネレータ１１まで延び、歯付きチェーン１５の内側１５ｂがジェネレータ１１の歯車に係合する。それゆえにジェネレータ１１は歯付きチェーン１５によってクランク軸７、８と連結されており、クランク軸７、８によって駆動される。ここでジェネレータ１１は第１のクランク軸７に対しては反対方向に回転し、第２のクランク軸８に対しては同方向に回転する。
歯付きチェーン１５はスプロケット９、１０の間で部分的に直線的に延び、スプロケット９、１０間の歯付きチェーン１５の直線部分は、歯付きチェーン１５の個々の歯がスプロケット９、１０内に正確に係合することを保証するために少なくとも３０ｍｍであることが好ましい。
図から明確に分かる通り、歯付きチェーン１５の張り側１６はジェネレータ１１と第１のクランク軸７若しくは第１のクランク軸７のスプロケット９との間に延びている。第２のクランク軸８若しくは第２のクランク軸８のスプロケット１０とジェネレータ１１との間には、歯付きチェーン１５の緩み側１７が延びている。第２のクランク軸８のスプロケット１０とジェネレータ１１との間の距離は比較的大きいので、ジェネレータ１１と第２のクランク軸８との間にチェーンガイド２３を設けるようにしてあることが好都合である。チェーンガイド２３は緩み側１７が垂れ下がるのを本質的に防ぎ、その限りでパワーユニットの静粛性に寄与する。
第１のクランク軸７のジャーナル上にタイミング歯車２１が配置されている。タイミング歯車２１は、第１のクランク軸７のスプロケット１０と固く結合されてよい。いずれにせよタイミング歯車２１と第１のクランク軸７のスプロケット１０とが一緒に回転するように接続されている。タイミング歯車２１は、バランス軸１２をタイミング歯車２１及びタイミング駆動装置１９と連結する、タイミングチェーン１８内で係合する。特にタイミングチェーン１８は、タイミング歯車２１からバランス軸１２まで、さらにタイミング駆動装置１９の端側に着座する、中間歯車２０まで延びている。中間歯車２０は好ましくは、タイミング駆動装置１９とクランク軸７、８との間の変速比が２：１に調節されるように、タイミング歯車２１の２倍の大きさであることが好ましい。タイミング駆動装置１９は有利には、低置タイミング駆動装置として構成できる。具体的にはタイミング駆動装置１９は好ましくはシリンダ封止面の下方に配置される。このことがパワーユニットの全高を縮小する。
２次慣性力の平衡化のために、即ちいわゆるランチェスターバランサのために、バランス質量１３、１４が設けられている。ここでバランス質量１３はジェネレータ１１に配置されている。これと同位相であるが反対方向に更なるバランス質量１４がバランス軸１２に配置されている。バランス軸１２若しくはジェネレータ１１とクランク軸７、８との間にそれぞれ変速比１：２が存在する。換言すれば、ジェネレータ１１もバランス軸１２もクランク軸７、８の２倍の速さで回転する。ここで２次慣性力の効率的な平衡化を保証するためにバランス軸１２とジェネレータ１１の回転がそれぞれ互いに反対方向に行われる。
４ストローク運転においてレシプロエンジンの点火順序によって生じるトルク変動の平衡化のために、第１のクランク軸７と結合されたフライホイール質量２２が設けられている。フライホイール質量２２は好ましくは、レシプロエンジンの後側に配置されている。換言すれば、第１のクランク軸７は、その長手方向端部にそれぞれ１つのジャーナルを有しており、第１の前部ジャーナルにはスプロケット９とタイミング歯車２１とが配置されている。反対側の第２のジャーナルにはフライホイール質量２２が一緒に回転するように固定されている。更なるフライホイール質量２４が第２のクランク軸８と結合されてよい。第２のクランク軸８に割当てられる、この更なるフライホイール質量２４は、好ましくは第１のクランク軸７のフライホイール質量２２より小さい。
１、２ シリンダ
３、４ ピストン
５、６ コネクティングロッド
７ 第１のクランク軸
８ 第２のクランク軸
９、１０ スプロケット
１１ ジェネレータ
１２ バランス軸
１３、１４ バランス質量
１５ 歯付きチェーン
１５ａ 外側
１５ｂ 内側
１６ 張り側
１７ 緩み側
１８ タイミングチェーン
１９ タイミング駆動装置
２０ 中間歯車
２１ タイミング歯車
２２、２４ フライホイール質量
２３ チェーンガイド

Claims (9)

  1. ２つのシリンダ（１、２）内でタンデム配置に案内される２つのピストン（３、４）と、コネクティングロッド（５、６）によって前記ピストン（３、４）と結合される２つの逆回転するクランク軸（７、８）と、を有する２気筒レシプロエンジンと、第１のクランク軸（７）に対して反対方向に、且つ、第２のクランク軸（８）に対して同方向に、回転可能であるジェネレータ（１１）と、を備えた、特にハイブリッド車のための、パワーユニットであって、
    前記ジェネレータ（１１）は、トラクション手段を介して少なくとも前記第１のクランク軸（７）と駆動結合され、且つ、バランス質量（１３）を有しており、前記第１のクランク軸（７）は、更なるバランス質量（１４）を担持するバランス軸（１２）とタイミングチェーン（１８）又はタイミングベルトを介して結合されている、ことを特徴とするパワーユニット。
  2. 前記トラクション手段は、歯付きベルト又は歯付きチェーン（１５）であ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. 前記第１のクランク軸（７）と前記第２のクランク軸（８）とが、互いに直接歯車係合し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. 前記トラクション手段が両側に歯切りを有する歯付きチェーン（１５）であり、前記歯付きチェーン（１５）の外側（１５ａ）が前記第１のクランク軸（７）のスプロケット（９）と、且つ、内側（１５ｂ）が前記第２のクランク軸（８）のスプロケット（１０）と係合す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。
  5. 前記第１のクランク軸（７）又は前記バランス軸（１２）は、フライホイール質量（２２）を担持し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. 前記クランク軸（７、８）とジェネレータ（１１）及び／又はバランス軸（１２）との変速比は２：１であ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. 前記第１のクランク軸（７）は、タイミングチェーン（１８）又はタイミングベルトを介してタイミング駆動装置（１９）の中間歯車（２０）と連結される、タイミング歯車（２１）を有しており、前記中間歯車の直径がタイミング歯車（２１）の直径の２倍に相当することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のパワーユニット。
  8. 単一のジェネレータ（１１）が設けられていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のパワーユニット。
  9. 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を備えた車両、特にハイブリッド車。
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