JP7117848B2 - 少なくとも１つの電動モーターを有する内燃機関 - Google Patents

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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、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／または電動モータ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（Abgasr・ckf・hr (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、所定の力接続部（definierter Kraftanbindung）を有する強化されたクランクケースにある。この場合、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。強化されたパワー列およびギアドライブは特別な軸受け（クランク軸はフライホイールの方向にエッジに向かう拡大ベアリング）を有する。これはエンジンの前方、後方および横方向の連結のための支持部としてのブロックアッセンブリーとして設計される（鋳造オイルパンと一緒に、エンジンが支持部品になる）。
本発明は産業用各種ハイブリッドシステムの連結に使用でき、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内燃機関（ダイナミックダンパーの外側形状が別の機能を有する）の機能分離設計の互換性に使用でき、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ができ、クラッチおよびプラグイン接続を介したケーブルレスオイル供給装置を含む高速電動モータおよび動力取出し装置（ＰＴＯ）用の多機能アタッチメントギヤに使用でき、オプションとしてベルトレスエンジンおよび連続的に電気が供給される補助ユニットに使用でき、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に機能を分離および分配するために使用できる。
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。 各設置空間エリア（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設置空間エリア（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アダプタユニット（ＳＡＥ）のエリア、
（Ｂ）サービスおよび動力取出し（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の全体コーディネート（調整）および連動化（ineinandergreifende）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）する。
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は冷却回路を分離する機能、いわゆるスプリッツ冷却回路を備えていてもよい。密閉オイルパンにすることでシールを破らずに強化されたエンジン（verst・rkten Triebwerk）および強化されたギアドライブ（verst・rkten R・-dertrie）とすることができる。
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ってケーブルレスでオイルを直接供給できる。上記電気機械（E-Maschine）(高速システム)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は緩み補償装置を介してクランクケースに直接接続される。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は位置決め装置を介して（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、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。この電気－機械１２を直接接続するためのアダプタユニット１３（ＳＡＥ－エリア）が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、取付けられる。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され、冷却循環システムに直接流体接続されている。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。
電気機械２０をファンベルトドライブのエリアでクランクケースの中心に直接接続するためにアダプタユニット１９が配置されている。ヘビーデューティ用の設計ではこの電気機械２０およびアダプタユニット１９を防塵保護する。
［図１］は、制御ユニット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）で接続される。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の下側かつアタッチメントギア７の上方に配置されている。
電動モータ８はアタッチメントギア７上に配置され、このアタッチメントギア７はフロントサイドホイールドライブ上に配置される。この電動モータ８を支持する支持ブラケット９は油圧ポンプ２４に当接している。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他方の端部でアダプタユニット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。クランクケースの上記他方の端側にはフロントプレート（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は内燃機関の上記他方の端部領域を示し、エリアＢは電動モータ８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 アタッチメントギア
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 フロントプレート
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 (5)

  1. クランクケース（４）と、このクランクケース（４）上に配置された一つの電動モータ（２０）と、この電動モータ（２０）にライン接続された少なくとも一つの高電圧変換器（１５）と、シリンダヘッドカバー（２３）とを有する内燃機関であって、
    上記内燃機関および／または上記電動モータ（２０）を制御するための少なくとも１つの制御ユニット（１）を有し、
    上記高電圧変換器（１５）はクランクケース（４）の正面に結合されたフロントプレート（１８）に取り付けられており、
    上記電動モータ（２０）は上記フロントプレート（１８）に固定されたアダプタユニット（１９）に取り付けられており、
    上記シリンダヘッドカバー（２３）上にコモンレール（２１）が配置されていることを特徴とする内燃機関。
  2. 上記制御ユニット（１）がワイヤハーネス（２２）に接続可能で、このワイヤハーネス（２２）は上記シリンダヘッドカバー（２３）上に配置されているか、上記シリンダヘッドカバー（２３）と一体化されている請求項１に記載の内燃機関。
  3. エンジンオイルクーラー（１７）とスタータ電動モータ（１６）とをさらに有し、上記エンジンオイルクーラー（１７）がクランクケース（４）の排気側の側部の上記スタータ電動モータ（１６）の後方且つこのスタータ電動モータ（１６）とほぼ同じ高さの所に配置されている請求項１または２に記載の内燃機関。
  4. 排気ガス再循環（ＥＧＲ）モジュール（１４）をさらに有し、この排気ガス再循環（ＥＧＲ）モジュール（１４）が上記エンジンオイルクーラー（１７）の上方で且つクランクケース（４）の排気側の側部に配置されている請求項３に記載の内燃機関。
  5. 高圧ポンプ（３）をさらに有し、この高圧ポンプ（３）はシリンダヘッド（２）のサービス側の側部に配置され、この高圧ポンプ（３）はシリンダーヘッドカバー（２３）内で上記コモンレール（２１）と接続可能である請求項１～４のいずれか一項に記載の内燃機関。
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