JP2018521253A - 少なくとも１つの電動モーターを有する内燃機関 - Google Patents

少なくとも１つの電動モーターを有する内燃機関 Download PDF

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Abstract

内燃機関のクランクケース上に配置された少なくとも一つの電動モーター（８、１２、１６、２０）と、少なくとも一つの内燃機関および／または電動モータを制御する制御ユニット（１）と、少なくとも１つの高電圧変換器（１５）とを有する内燃機関。

Description

本発明は、少なくとも１つの電動モーターを有する内燃機関に関するものである。
従来のハイブリッド概念では、構成要素（Komponenten）(電気Ｅ−ＭＡ−機械、elektrische E-Ma-schinen)は、多くの場合、ギヤボックス側に設計されている。現在の内燃機関のエンジン設計（アーキテクチャ）の大部分はシステム構成要素の古典的配列によって決まり、既存のインタフェースを今後開発される技術、例えばシームレスハイブリッドの概念に合わせることは物理的にできない。
従って、今後のハイブリッド用途の開発には技術的および経済的に解決すべき課題がある。
ハイブリッドシステムが種々の用途に広がり、顧客の要求が増加するにつれて伝統的な基本的エンジン概念を用いて妥当なコストで上記課題を解決することは困難になってきている。
従って、本発明の目的は、種々の構成要素を内燃機関と一体化し、伝動系を変更または変更せずに、顧客が種々の用途をカバーし、将来の用途範囲を拡大できるようにすることにある。
本発明の上記目的は、内燃機関のクランクケース上に配置した少なくとも１つの電動モータと、内燃機関および／または電動機を制御するための少なくとも一つの制御ユニットと、少なくとも一つ高電圧変換器（Hochvoltumrichter）とを含む内燃エンジンによって解決される。
本発明の有利な実施形態では、少なくとも１つの電動モーターがスタータとして構成される。
本発明のさらに有利な実施形態では、少なくとも１つの電動モーターが発電機として構成される。この場合の利点は生成した不要なエネルギーをバッテリーに貯蔵できることにある。
本発明の別の有利な実施形態では、コモンレール（Common-Rail、共通レール）がシリンダヘッドカバー上に配置される。これにはスペース上および組み立て上のメリットがある。
本発明の他の有利な実施形態では、ワイヤハーネス（Kabelbaum）がシリンダヘッドカバー上に配置される。これにもスペース上および組み立て上のメリットがある。
本発明の別の有利な実施形態では、制御ユニットが実質的にシリンダヘッドカバー上またはそれから離れて配置される。これにはスペース上および組み立て上のメリットがある。
本発明の別の有利な実施形態では、制御ユニットがシリンダヘッドカバー内で実質的にリードレス（leitungslos）に接続可能である。これにはスペース上、組み立て上およびサービス上のメリットがある。
本発明の別の有利な実施形態では、エンジンオイルクーラーがクランクケースの横側、特に排気側の横側の空間的に後方のほぼ電動モーターの高さの所にある。これにはスペース上、組み立て上およびサービス上のメリットがある。
本発明の有利な実施形態では、排気ガス再循環（ＥＧＲ）モジュール（Abgasruckfuhr (AGR)-Modul）がクランクケースの側方、特に排気側の実質的エンジンオイルクーラーの上方に配置される。これには設置スペースが取り易く、組み立ておよびサービスに便利であるという利点がある。
本発明のさらに有利な実施形態では、油圧ポンプ（Hochdruckpum）ＰＥが実質的にシリンダヘッドカバーの側部、特にサービス側の側部に配置され、シリンダヘッド内でコモンレールとリードレスで接続される。これには設置スペースおよび組み立て上のメリットがあり、サービス上の利点がある。
本発明のさらに有利な実施形態では、少なくとも一つ油圧ポンプが電動モータの下側に配置され、クランクケースの横側に取り付けられた電動モータが歯車列のフロントギヤと連結する。これには設置スペースや組み立て上のメリットと、サービス上の利点があり、用途の可能性を高くする。
本発明のさらなる他の利点は、定義された電源接続（definierter Kraftanbindung）を有する強化されたクランクケースにある。フロントカバー（vorderen Deckels）の機能はクランクケースと一体化される。
本発明は例えば下記で使用される：（クランク軸がフライホイールおよび各エッジホイール（Rand jeweils gro-sseres Lager）に対する特別なストレージを有する強化エンジンおよびギアドライブ；前方、後方および横方向への連結のための支持部としてのブロック構成のモータ設計（鋳造オイルパンと支持部品とを一体にしたエンジン）；産業用各種ハイブリッドシステムとの接続性（Anbindungsmoglichkeite）；互いに異なるシリンダー数、例えば４つおよび６つのシリンダー数を有する（ダイナミックダンパーの外側形状を有する）内燃機関の機能分離設計の互換性；冷却水およびオイルの回路の圧力損失に対する最適調整；高速電動モータおよびクラッチおよびプラグイン接続を介したオイル供給装置、オプションとして連続的に電気が供給される補助ユニットを有するベルトレスモーターを有する動力取出し（ＰＴＯ）用の多機能アタッチメントギヤ；顧客の便宜に可能最大限に合わせるために、厳格な安全基準およびサービス要件を満たすことができるシステムコンポーネント分離および分配機能。
好ましい実施形態では、高圧ポンプを騒音保護ケージ、衝撃保護ケージまたは衝突保護ケージで取り囲む。
以下、本発明の一つの例を示す実施形態を用いて本発明を詳細に説明する。
内燃機関のサービス側（Serviceseite）を示す図。 内燃機関の排気側（Abgasseite）を示す図。 各空間エリア（Bauraumbereiche）を示す図。 シリンダヘッドの平面図。
本発明の基本的な考え方は、コンポーネント（構成要素）の配置および設計に関して全システムを変更して、基本モータの設計の複雑さを減らし、それと同時に自由度を増加させて、連結を容易にする新しいインターフェースを利用できるようにすることにある。
ハイブリッドシステムを受け入れるための空間エリア（領域）は一般に下記の３つのエリア（例えば［図３］を参照）で表すことができる：
（Ａ）フライホイールおよびＳＡＥのエリア、
（Ｂ）サービスおよびＰＴＯエリア、
（Ｃ）ファンおよびベルトドライブエリア、
本発明は、各システム構成要素を調整され且つ連動化（ineinandergreifende）した配置に関するものである。本発明の有利な実施形態では、各機能を明確に分離し、キーとなる全てのコンポーネントをセグメント化し、非常に高い機能密度とコンパクトな空間利用ができるように再構成（アセンブル）してある。
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
［図１］および［図２］はケーブル通路（Kabelkanal）を有するオーバーヘッド制御ユニット１を示す。このケーブル通路はシリンダーヘッドカバーと平行に配置するか、シリンダーヘッドカバーの内部に直接配置される。
変形例ではオーバーヘッド制御ユニット１上にダストや水から保護するためのカバーを設けることもできる。シリンダヘッド２はクロスフローに設計され、噴射装置の種々の構成要素を保護する防塵被覆を施した高圧ラインを有するコモンレール噴射装置（Common-Rail-Injektoren）２５を収容している。シリンダヘッド２はさらに、排気後処理システム（ＥＡＴ）用のセンサ、インターフェースおよびアクセスポイントを収容している。配管接続部（Kunden-Verroh-rungs-Anbindung）(ＫＶＡ）はオプショイとして騒音防止装置を介して（または介さずに）シリンダヘッドに直接接続されたオーバーヘッドファンベアリング、モータ保護・モータ輸送ブラケットおよびオーバーヘッド高圧ポンプ３をさらに有している。クランクケース４は冷却回路いわゆるスプリッ冷却回路を備えていてもよい。密閉オイルパンはシールを破らずに強化されたエンジン（verstarkten Triebwerk）、強化されたギアドライブ（verstarkten Ra-dertrie）に接続される。
排気ガス再循環（ＥＧＲ）の戻り部はエンジンの排気側に配置されている。取付け部品用およびモータベアリング用のインターフェースもある。燃料およびオイルのフィルターモジュール５はオイル冷却機能から分離されている。動力取出し（ＰＴＯ、Power Take Off）モジュール６はクランクケースに直接取り付けられている。フロントマウント変速機７は例えばフレキシブルカップリングを有する（または有しない）高速トランスミッション用の平歯車変速機である。
本発明の内燃機関は、電気機械（E-Maschine）(System High Speed)の防塵装置を有している。この内燃機関は動力取出し（ＰＴＯ）インターフェイス（Ａ）を有する設計でも、有しない設計でもよい。この内燃機関ではプラグイン要素によょて直接給電（leitungslose Olversor-gung）できる。上記電気機械（E-Maschine）(System High Speed)８はヘビーデューティ（高負荷）用のもので、防塵されている。支持ブラケット９はクランクケースにトレランスをもって直接接続される。オイルパン１０は音響挙動が最適化された鉄板、鋳造品およびプラスチック部品で構成されている。排気管１１および排気ガスターボチャージャ（ＡＴＬ）は種々の取付け位置に設けることができる。
排気ガス再循環（ＥＧＲ）モジュールシステム（AGR-Modul System）１４は、排気ガスのレベルに応じて機能範囲を拡大できるようにブラケットおよび冷却ライン無しでクランクケース内の排気ガス再循環および冷却回路システムに直接接続され、アクチュエータを介して（または介さずに）クランクケース内で完全に一体化することができる。Ｅ−機械１２（マイルドハイブリッドシステム、System Mild Hybrid）はヘビーデューティ用に設計され、防塵保護されている。電気−機械に直接接続するためのアダプタユニット１３（ＳＡＥ−エリア）はクランクケースの中心に配置される。高電圧変換器（Hochvolt-Umrichter）１５はフロントプレートにソフトにマウントされ、接続されている。スタータ１６はダスト保護仕様にしてもしなくてもよく、防水設計をしてもしなくてもよい。エンジンオイルクーラ１７ーはクランクケースとに完全一体化でき、冷却循環システムに直接流体接続される。フロントプレート１８はクランクケースの中心に配置され、それに直接結合されている。アダプタユニット１９は、電気機械２０をクランクケースの中心に直接接続するために、ファンベルトドライブのエリアに配置されている。ヘビーデューティ用の設計では電気機械２０およびアダプタユニット１９を防塵保護する。
［図１］は、コントローラ１がシリンダヘッドカバー２３上にあり、シリンダヘッドカバー２３に平行に配置されたハーネス通路２２に接続されていることを示している。ディーゼル高圧ポンプ３はシリンダヘッド２上に配置され、図示していない［図４］に示すコモンレール２１に基本的にリードレス（leitungslos）に接続されている。フィルターモジュール５はクランクケース４のサービス側に配置されている。いわゆる動力取出し装置（ＰＴＯ）６はサービス側のディーゼル高圧ポンプ３の下側かつフロントマウント変速機７の上方に配置されている。電動モータ８はフロントマウント変速機７上に配置され、このフロントマウント変速機７はフロントサイドホイールドライブ上に配置される。電動モータ８を支持する支持ブラケット９はクランクケース４の下方で油圧ポンプ２４に隣接している。オイルパン１０はクランクケース４の下方に配置されている。
［図２］は［図１］の内燃機関の排気側を示しており、シリンダヘッドカバー２３またはシリンダヘッド２は排気ガスラインおよび排気ターボチャージャ（ＡＴＬ）１１とほぼ同じ高さの所にある。電動モータ１２は−アダプタユニット（ＳＡＥ）１３を介して内燃機関の端部に配置されている。排気ガス再循環（ＥＧＲ）モジュール１４は排気管および排気ガスターボチャージャ（ＡＴＬ）１１の下側かつ電動モータ／スタータモータ１６およびエンジンオイルクーラ１７の上方のほぼシリンダヘッド２の高さの所に配置されている。高電圧変換器１５は、内燃機関の上記と反対側の端部のアダプタユニット１９および電動モータ２０の上方で、電動モータ２０にライン接続されている。クランクケースの他端側にはフェースプレート（Frontplatte）１８が配置されている。
［図３］は［図１］および［図２］に示した内燃機関の３つのエリア（領域）Ａ、ＢおよびＣを示し、エリアＡは内燃機関の一方の端部領域を示し、エリアＣは内燃機関の他方の端部領域を示し、エリアＢは電動モータを含む内燃機関のサービス側の一部を示す。
［図４］はコモンレール２１に実質的にワイヤレス接続された高圧ディーゼルポンプ３の構成を示している。開いたシリンダヘッドがクランクケース４の上側にあり、シリンダヘッドカバー２３の下に配置されたワイヤハーネス２２が示めされている。シリンダヘッドカバー２３の下方では噴射装置２５がシリンダヘッド２３から突出している。内燃機関の燃料はコモンレール２１を介して噴射装置２５に供給される。
１ 制御ユニット
２ シリンダーヘッド
３ ディーゼル高圧ポンプ
４ クランクケース
５ フィルターモジュール
６ 動力取出部（ＰＴＯ）
７ 補助歯車
８ 電動モータ
９ サポートブラケット
１０ オイルパン
１１ 排気管および排気ターボチャージャ（ＡＴＬ）
１２ 電動モータ
１３ ＳＡＥアダプターユニット
１４ ＥＧＲモジュール
１５ 高電圧変換器
１６ 電動モーター／スターター
１７ エンジンオイルクーラー
１８ フロントパネル
１９ アダプターユニット
２０ 電動モータ
２１ コモンレール
２２ ワイヤハーネス
２３ シリンダヘッドカバー
２４ 油圧ポンプ
２５ 噴射装置

Claims (11)

  1. 内燃機関のクランクケース上に配置された少なくとも一つの電動モータ（８、１２、１６、２０）と、内燃機関および／または電動モータを制御するための少なくとも１つの制御ユニット（１）と、少なくとも一つの高電圧変換器（１５）と含む内燃機関。
  2. 少なくとも１つの電動モーター（８、１２、１６、２０）がスターターとして設計された請求項１に記載の内燃機関。
  3. 少なくとも１つの電動モーター（８、１２、１６、２０）が発電機として設計された請求項１または２に記載の内燃機関。
  4. シリンダヘッドカバー上にコモンレールが配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
  5. シリンダヘッドカバー上にワイヤハーネスが配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。
  6. 制御ユニット（１）がシリンダヘッドカバーの上または側面に配置されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関。
  7. 制御ユニット（１）がシリンダヘッドカバーと実質的に一体化されたケーブルハーネスに接続可能である請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関。
  8. エンジンオイルクーラー（１７）がクランクケースの側部、特に排気側の側部の電動モータ（１６）の後方且つ電動モータ（１６）とほぼ同じ高さの所に配置されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関。
  9. 排気ガス再循環（ＥＧＲ）モジュールがエンジンオイルクーラー（１７）の上方じクランクケースの側部、特に排気側の側部に配置されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関。
  10. 高圧ポンプが基本的にシリンダヘッドの側部、特にサービス側の側部に配置され、シリンダーヘッド カバー内でコモンレールと接続可能である請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関。
  11. クランクケースの横側に配置された電動モータ（８）の下側に少なくとも一つの油圧ポンプが配置され、上記電動モータ（８）がフロントギアボックスの伝動装置によって駆動される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関。
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