JP7504821B2 - パワーユニット - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載されたパワーユニットに関する。この種のパワーユニットは、例えば、特許文献１から知られている。

気候変動の観点から、車両による移動を可能な限り排出物ゼロとなる方法で行う目的が生じている。１つの非常に有望な可能性は、純粋にバッテリ電力の車両を使用することである。しかしながら、この種の車両は、欠点を有している。特に、十分な走行距離のために必要となる、比較的大型のバッテリのための製造コストは、高額である。さらに、バッテリ電力の車両の使用は、良好な充電インフラ構造を必要とし、これは世界の全ての地域に存在していない。

このような背景から、車両が日常的な移動に十分な電気容量を持つ比較的小型のバッテリを有し、電力網を介して充電可能なプラグインハイブリッド方式が目的にかなっている。一方、ハイブリッド車両は、バッテリを充電するために使用されるパワーユニットを有する。冒頭で述べた特許文献１から知られているように、このようなパワーユニットは、例えば、２気筒のレシプロピストンエンジンを備えており、このエンジンは、車両内で電流を発生させるために、ジェネレータと連結されている。

このようなハイブリッド車両では、パワーユニットは、連続的に作動されるのではなく走行状況に応じて切り替えられる。パワーユニットの２気筒レシプロピストンエンジンは、振動を発生させるため、不快な運転経験を引き起こす。特に、純粋な電気自動車で知られている車内の静けさや振動の無さは、パワーユニットによって妨げられ得る。

独国特許出願公開第１０２０１６１０２０４８号明細書

このような背景から、本発明の課題は、特に高度な走行の静かさを特徴とするパワーユニットを提供することである。さらに、本発明の課題は、この様なパワーユニットを有する車両を提供することである。

本発明によれば、この課題は、パワーユニットに関しては、請求項１の対象によって、そして、車両に関しては、請求項１３の対象によって解決される。

従って、本発明は、特にハイブリッド車両用のパワーユニットを開示するという考えに基づいており、パワーユニットは、タンデム配置で２つのシリンダに案内される２つのピストンと、２つの逆方向のクランクシャフトと、を有する２気筒レシプロピストンエンジンを備える。クランクシャフトは、コネクティングロッドによってピストンと連結されている。パワーユニットは、さらに、第１のクランクシャフトに対して同方向に回転可能とされ、第２のクランクシャフトに対して逆方向に回転可能とされた、少なくとも１つのジェネレータを有する。パワーユニットは、制御弁と作動可能に連結されたバルブカムを備えたカムシャフトも有する。本発明によれば、フライホイール質量要素と、補償カムシャフトと、が設けられている。フライホイール質量要素は、第２のクランクシャフト又はフライホイール質量補償シャフト上に配置されている。補償カムシャフトは、直線的に案内された補償質量と作動可能に連結された少なくとも１つの補償カム要素を備える。

ハイブリッド車両の車内に伝達され得るレシプロピストンエンジンの振動を抑制するために、一次の質量力と二次の質量力とを回避し、好ましくはそれらを排除することが有利である。ジェネレータを有するパワーユニットにおいて、さらに質量慣性モーメントが生じ、本発明によるフライホイール質量要素は、これらの質量慣性モーメントを相殺するように設計されている。一方、補償カムシャフトは、２次の質量力を相殺するのに役立つ。このようにして、質量慣性モーメント及び二次の質量力の相殺を伴う相互作用によって、特に高度の静かな走行が達成される。特に、他の既知の２気筒レシプロピストンエンジンでは到達できない静かな走行が達成される。

これによって生じる効果は、特にハイブリッド車両にとって重要である。２気筒レシプロピストンエンジンは、様々な走行状況において作動開始されるので、本発明に係るパワーユニットにおいては、通常激しい始動振動が生じず、この様なハイブリッド車両の搭乗者にとっては、パワーユニットが、今アクティブであるか否かは、実質的に知覚できないようになる。従って、バッテリ電力の車両によってのみ知られているような、運転経験を得る。

本発明に係るパワーユニットの好ましい実施形態では、補償質量は、ばねで付勢されたタペットによって形成されている。この様なばねで付勢されたタペットは、わずかな組付け空間しか必要としないので、全体としてパワーユニットはコンパクトに構成することができる。車両の内部に客室及び／又は荷物室のためにより多くのスペースが残るため、コンパクトな形態は、ハイブリッド車両内で使用するためには特に好ましい。

補償質量、特にばねで付勢されたタペットは、実質的に補償カムシャフトの上方側で、シリンダに対して平行に延在する、スリーブ内を案内され得る。このようにして、２次又はより高次の慣性の質量移動が特に良好に相殺され、同時に、パワーユニットの高度のコンパクト性が達成される。

さらに、補償カムシャフトがカムシャフトによって形成されている場合に、特にコンパクトな構造が得られる。言い換えると、制御弁と作動可能に連結されているカムシャフトは、同時に補償カムシャフトとして作動し得る。この場合において、カムシャフトは、補償カム要素を備えており、この点において、直線的に案内される補償質量とも作動可能に連結されている。制御弁を作動するためのカムシャフトとして、及び、補償カムシャフトとしての、このカムシャフトの二重機能は、特にコンパクトな構造をもたらし、かつ、構成部品の数が少なくなるため、特に、価格的に好ましいパワーユニットの製造及び組み立てをもたらす。

補償カム要素は、２つ又は４つの補償カムを有することができる。補償カムの数は、補償カムシャフトがどのくらい速く回転するかに依存している。補償カムシャフトがカムシャフトによって形成されている場合には、カムシャフトは、通常、クランクシャフト回転数の半分で回転するから、二次及びより高次の質量力を相殺するために、４つの補償カムが効果的である。しかしながら、補償カムシャフトが別個の構成部品として形成されており、例えば、クランクシャフトと同じ回転数で回転する場合には、二次及びより高次の質量力を相殺するのに、２つの補償カムで十分である。

補償質量を補償カム要素上で均一に移動させるために、有利には、補償質量、特にばねで付勢されたタペットが、回転要素又はスライド要素を有する。作動中、回転要素は、補償カム要素の外面上で回転する。代替的に設けられるスライド要素は、補償カム要素の外面上を作動中にスライドする。

本発明に係るパワーユニットのさらに好ましい実施形態では、補償カムシャフトは、第１の補償カム要素と、第２の補償カム要素と、を有する。第１の補償カム要素は、第１の直線的に案内される補償質量と作動可能に連結され、かつ、第２の補償カム要素は、第２の直線的に案内される補償質量と作動可能に連結され得る。２つの補償カム要素及びこれらに対応づけられた２つの補償質量を利用することによって、補償カムシャフトに作用する傾斜モーメントを抑制することができ、これは、さらにパワーユニットの２気筒レシプロピストンエンジンの静かな作動に貢献する。

この点において、補償カム要素が、補償カムシャフトの中心点に対して等距離で配置される場合が、特に好ましい。補償カムシャフトがカムシャフトによって形成されている場合には、バルブカムが第１の補償カム要素と第２の補償カム要素との間に配置されている場合が特に好ましい。

好ましい変形例において、補償カムシャフトは、タイミングベルト又はタイミングチェーンを介して第１のクランクシャフト及び／又は第２のクランクシャフトと作動可能に連結された駆動ホイールを有する。クランクシャフト、特に第１のクランクシャフトと第２のクランクシャフトは、好ましくは、互いに歯合する平歯車を有する。補償カムシャフトの駆動ホイールが、平歯車に対向するエンジン側に配置されている場合が特に好ましい。この種の形態は、一方では、パワーユニットが全体として非常にコンパクトな構造を維持することにつながる。それゆえ、一方では、クランクシャフトが、駆動ホイールに対向する側において、例えば、牽引手段又は特に中間歯車を有するギアドライブを介して、ジェネレータと連結し得ることによって生じる、クランクシャフトに作用する傾斜モーメントを相殺することができる。

パワーユニットの特にコンパクトな構造は、さらに、好ましい実施形態として設けられているように、スリーブが、エンジン筐体と一体で及び／又は統合して形成されている場合に、得られる。言い換えると、補償質量は、エンジン筐体の一部として形成されたガイド内で直線的に案内され得る。例えば、エンジン筐体は、鋳造部品として形成することができ、その場合には、鋳造部品内に補償質量のためのガイド通路が設けられている。

本発明の同等の態様は、車両、特に、上述のパワーユニットを有するハイブリッド車両に関する。

以下、添付の概略的な図面を参照しながら実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は、好ましい実施例に基づく本発明に係るパワーユニットの横断面図を示す。 図２は、図１におけるパワーユニットの縦断面図を示す。 図３は、図１におけるパワーユニットの背面図を示す。

図面に示された実施例に基づくパワーユニットは、２つのシリンダ１、２を有する２気筒レシプロピストンエンジンと、このレシプロピストンエンジンと連結されたジェネレータ５と、を有する。２気筒レシプロピストンエンジンは、タンデム配置のシリンダ１、２を有して形成されており、各シリンダ１、２には、各クランクシャフト３、４が対応づけられている。これらのクランクシャフトは、互いに対して平行に延在されており、かつ、平歯車９を介して互いに回転可能に連結されている。

ジェネレータ５は、第１のクランクシャフト３と作動可能に連結されているため、ジェネレータ５は、第１のクランクシャフト３と同一の回転方向を有する。具体的には、ジェネレータ５は中間歯車２２を介して第１のクランクシャフト３の平歯車９と連結されている（図３）。第２のクランクシャフト４は、同様に、歯部によって第１のクランクシャフトの平歯車９と回転可能に連結された平歯車９を有する。ここでは、第２のクランクシャフト４は、第１のクランクシャフト３に対して逆方向に回転し、従って、ジェネレータ５に対しても逆方向に回転する。

特にジェネレータ５を介して生じる質量慣性モーメントを相殺するために、レシプロピストンエンジンは、好ましくは、フライホイール質量要素２１を有する。図に示される実施例において、フライホイール質量要素２１は、第２のクランクシャフト４上に配置されている。図３は、第２のクランクシャフト４上のフライホイール質量要素２１の配置を示す。フライホイール質量要素２１は、好ましくは、第２のクランクシャフト４の平歯車９と回動しないように連結されている。

代替的には、フライホイール質量要素２１を支持する、別個のフライホイール質量補償シャフトを設けることができる。フライホイール質量補償シャフトは、例えば、ジェネレータ５に対してミラー反転方式で配置することができ、かつ、第２のクランクシャフト４と作動可能に連結することができる。代替的には、フライホイール質量要素２１が、第２のクランクシャフト４とミラー反転方式で連結された第２のジェネレータ５によって形成されることも可能である。この実施形態は、パワーユニットがより高い電気出力を発生させることができるという更なる利点を有する。

図に示されるパワーユニットの実施例において、二次の質量力を相殺するために、補償カムシャフト１０が設けられており、補償カムシャフト１０は、直線的かつシリンダ１、２内のピストンに対して平行に移動する補償質量１３に作用する。補償カムシャフト１０は、具体的には、レシプロピストンエンジンの制御弁８を駆動するために用いられるカムシャフト６によって形成されている。言い換えると、カムシャフト６は、二重の機能を有する。カムシャフトは、一方で、制御弁８の制御をもたらし、他方では、さらに補償質量１３の直線移動をもたらし、従って、補償カムシャフト１０として用いられる。

制御弁８を駆動するためのカムシャフト６としての機能のために、カムシャフト６は複数のバルブカム７を有する（図２）。これらのバルブカム７は、カムシャフト６をエンジン筐体２０内に保持する２つのボールベアリング１９の間に配置されている。ボールベアリング１９の外側において、カムシャフト６又は補償カムシャフト１０は、それぞれ補償カム要素１１を有する。具体的には、２つの補償カム要素１１、すなわち、第１補償カム要素及び第２の補償カム要素１１が設けられている。これらの補償カム要素１１は、好ましくは、補償カムシャフト１０の中心点から等距離で離間されており、これによって、補償カムシャフト１０へ作用する傾斜モーメントが相殺される。

各補償カム要素１１に、補償質量１３が対応づけられている。具体的には、第１の補償カム要素１１は第１の補償質量１３に作用し、第２の補償カム要素１１は第２の補償質量１３に作用する。これらの補償質量１３は、スリーブ１７内で案内されるタペット１４として形成されている。スリーブ１７は、エンジン筐体２０の一体的な構成部分とされている。言い換えると、エンジン筐体２０は、スリーブ形状の切り欠きを有しており、その中でタペット１４が直線的に案内されている。

タペット１４は、各スリーブ１７内で直線的に案内されており、かつ、ばね１５を介して弾性力が負荷されている。圧力ばねとして形成されている、ばね１５の弾性力によって、タペット１４は補償カム要素１１上へ押圧される。従って、回転要素１６と補償カム要素１１との間の連続的な接触が保証される。

各タペット１４と各補償カム要素１１との間に回転要素１６が配置されている。特に回転要素は、ローラーとして形成され得る。ローラーは、ボールベアリングに取り付けられてもよく、スライドベアリングに取り付けられてもよい。ローラー又は各回転要素１６は、補償カム要素１１上で回転する。

添付された図面に係る実施例において、補償カム要素１１は、それぞれ４つの補償カム１２を有する。これらの補償カム１２は、実質的に星形に配置されている。具体的には、補償カム要素１１の最大部は、互いに対して直角に配置され得る。

基本的に、補償カム１２の異なる数又は構成が可能である。図示された実施例において設けられているように、補償カムシャフト１０の配置において、補償カムシャフト１０はシリンダ１、２の中央に配置されているので、補償カム要素１１を対称に形成すると効果的である。中心を外れた、又は、偏心した配置では、補償カム１２が非対称に配置されていると、有利であり得る。

また、補償カム１２の数は、補償カムシャフト１０の構成に依存する。図示された実施例において、補償カムシャフト１０は、作動中に、通常は、クランクシャフト３、４の半分の速度で回転するカムシャフト６を同時に形成する。この場合において、二次の質量慣性モーメントを相殺するために、４つの補償カム１２が効果的である。補償カムシャフト１０がカムシャフト６とは別個に設けられており、かつ、例えば、クランクシャフト３、４と同じ回転速度で回転するような、パワーユニットの変形例においては、２つの補償カム１２で十分であり得る。この様な実施形態は、例えば、２気筒レシプロピストンエンジンにオーバヘッドカムシャフト６を装備する場合に効果的である。その場合には、補償カムシャフト１０は二次の質量慣性モーメントを相殺するためだけに設けられており、かつ、制御弁８を駆動するための付加的なカムシャフト６としての二重機能を持たない。

図２において示されているように、カムシャフト６又は補償カムシャフト１０は、クランクシャフト３、４の平歯車９に対向するエンジン側に、駆動ホイール１８を有する。駆動ホイール１８は、歯車として形成されてもよく、かつ、タイミングチェーンを介してクランクシャフト３、４と連結されてもよい。代替的に、駆動ホイール１８は、駆動ベルトによってクランクシャフト３、４の１つと連結されてもよい。図示された実施例において、駆動ホイール１８は、カムシャフト６又は各補償カムシャフト１０が作動中にクランクシャフト３、４の半分の速度で回転するように、寸法が決められている。

質量慣性モーメント及び二次の質量力の相殺によって、パワーユニットの２気筒レシプロピストンエンジンは、特に静音に作動する。それゆえ、このパワーユニットは、主に電気モータによって駆動されるハイブリッド車両のドライブトレインの構成部品として特に適している。パワーユニットは、ここではハイブリッド車両の駆動に必要な電気エネルギーのパワージェネレータとして用いられる。２気筒レシプロピストンエンジンの回転の静かな作動は、特に、車内に侵入する振動を伝達することなく、走行状況に応じてパワーユニットと連結することを可能にする。さらに、騒音の放出が大幅に減少するため、この結果として、ハイブリッド車両において、純粋に電気的に駆動される車両の運転の印象に相当する運転経験を生じさせることができる。
態様（１）によれば、特にハイブリッド車両用のパワーユニットであって、
－タンデム配置の２つのシリンダ（１、２）内を案内される２つのピストンと、前記ピストンとコネクティングロッドによって連結された２つの逆方向のクランクシャフト（３、４）と、を有する２気筒レシプロピストンエンジンと、
－第１の前記クランクシャフト（３）に対して同方向に回転可能とされ、第２の前記クランクシャフト（４）に対して逆方向に回転可能とされた少なくとも１つのジェネレータ（５）と、
－制御弁（８）と作動可能に連結されたバルブカム（７）を有するカムシャフト（６）と、を有しており、
第２の前記クランクシャフト（４）又はフライホイール質量補償シャフト上に配置されたフライホイール質量要素（２１）と、補償カムシャフト（１０）と、が設けられており、前記補償カムシャフト（１０）は、直線的に案内された補償質量（１３）と作動可能に連結された少なくとも１つの補償カム要素（１１）を備えることを特徴とする、パワーユニットである。
態様（２）によれば、前記補償質量（１３）は、ばねで付勢されたタペット（１４）によって形成されていることを特徴とする。
態様（３）によれば、前記補償質量（１３）、特にばねで付勢された前記タペット（１４）は、実質的に前記補償カムシャフト（１０）の上方側において、前記シリンダ（１，２）に対して平行に延在するスリーブ（１７）内で案内されていることを特徴とする。
態様（４）によれば、前記補償カムシャフト（１０）は、前記カムシャフト（６）によって形成されていることを特徴とする。
態様（５）によれば、前記補償カム要素（１１）は、２つ又は４つの補償カム（１２）を有することを特徴とする。
態様（６）によれば、前記補償質量（１３）、特にばねで付勢された前記タペット（１４）は、作動中に、前記補償カム要素（１１）の外表面上で回転又はスライドする、回転要素（１６）又はスライド要素を有することを特徴とする。
態様（７）によれば、前記補償カムシャフト（１０）は、第１の前記補償カム要素（１１）と、第２の前記補償カム要素（１１）と、を有しており、第１の前記補償カム要素（１１）は、第１の直線的に案内される前記補償質量（１３）と作動可能に連結されており、かつ、第２の前記補償カム要素（１１）は、第２の直線的に案内される前記補償質量（１３）と作動可能に連結されていることを特徴とする。
態様（８）によれば、前記バルブカム（７）は、第１の前記補償カム要素（１１）と第２の前記補償カム要素（１１）との間に配置されていることを特徴とする。
態様（９）によれば、前記補償カムシャフト（１０）は、タイミングベルト又はタイミングチェーンを介して第１の前記クランクシャフト（３）及び／又は第２の前記クランクシャフト（４）と作動可能に連結された駆動ホイール（１８）を有することを特徴とする。
態様（１０）によれば、前記クランクシャフト（３、４）は、互いに歯合する平歯車（９）を有することを特徴とする。
態様（１１）によれば、前記駆動ホイール（１８）は、前記平歯車（９）に対向するエンジン側に配置されていることを特徴とする。
態様（１２）によれば、前記スリーブ（１７）は、エンジン筐体（２０）と一体で又は統合されて形成されている、ことを特徴とする。
態様（１３）によれば、態様（１）から態様（１２）の何れか１つのパワーユニットを有する車両、特にハイブリッド車両である。

１、２ シリンダ
３ 第１のクランクシャフト
４ 第２のクランクシャフト
５ ジェネレータ
６ カムシャフト
７ バルブカム
８ 制御弁
９ 平歯車
１０ 補償カムシャフト
１１ 補償カム要素
１２ 補償カム
１３ 補償質量
１４ タペット
１５ ばね
１６ 回転要素
１７ スリーブ
１８ 駆動ホイール
１９ ボールベアリング
２０ エンジン筐体
２１ フライホイール質量要素
２２ 中間歯車

Claims (16)

1. パワーユニットであって、
   －タンデム配置の２つのシリンダ（１、２）内を案内される２つのピストンと、前記ピストンとコネクティングロッドによって連結された２つの逆方向のクランクシャフトである第１のクランクシャフト（３）及び第２のクランクシャフト（４）と、を有する２気筒レシプロピストンエンジンと、
   －前記第１のクランクシャフト（３）に対して同方向に回転可能とされ、前記第２のクランクシャフト（４）に対して逆方向に回転可能とされた少なくとも１つのジェネレータ（５）と、
   －制御弁（８）と作動可能に連結されたバルブカム（７）を有するカムシャフト（６）と、を有しており、
   前記第２のクランクシャフト（４）又はフライホイール質量補償シャフト上に配置されたフライホイール質量要素（２１）と、補償カムシャフト（１０）と、が設けられており、前記補償カムシャフト（１０）は、直線的に案内された補償質量（１３）と作動可能に連結された少なくとも１つの補償カム要素（１１）を備え、
   前記補償質量（１３）は、前記シリンダ（１、２）内の前記ピストンに対して直線的かつ平行に移動し、
   前記補償カムシャフト（１０）が、前記第１のクランクシャフト（３）及び前記第２のクランクシャフト（４）と同じ回転速度で回転する場合には、前記補償カム要素（１１）は、２つの補償カム（１２）を有し、又は、
   前記補償カムシャフト（１０）が、前記第１のクランクシャフト（３）及び前記第２のクランクシャフト（４）の半分の速度で回転する場合には、前記補償カム要素（１１）は、４つの補償カム（１２）を有することを特徴とする、パワーユニット。
2. 前記パワーユニットは、ハイブリッド車両用である、請求項１に記載のパワーユニット。
3. 前記補償質量（１３）は、ばねで付勢されたタペット（１４）によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のパワーユニット。
4. 前記補償質量（１３）は、前記補償カムシャフト（１０）の上方側において、前記シリンダ（１，２）に対して平行に延在するスリーブ（１７）内で案内されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のパワーユニット。
5. 前記補償質量は、ばねで付勢されたタペットによって形成される、請求項４に記載のパワーユニット。
6. 前記補償カムシャフト（１０）は、前記カムシャフト（６）によって形成されている、又は、前記補償カムシャフトは、別個の構成部品として形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか１項に記載のパワーユニット。
7. 前記補償質量（１３）は、作動中に、前記補償カム要素（１１）の外表面上で回転又はスライドする、回転要素（１６）又はスライド要素を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のパワーユニット。
8. 前記補償カムシャフト（１０）は、第１の補償カム要素と、第２の補償カム要素と、を有しており、前記第１の補償カム要素は、第１の直線的に案内される前記補償質量（１３）と作動可能に連結されており、かつ、前記第２の補償カム要素は、第２の直線的に案内される前記補償質量（１３）と作動可能に連結されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のパワーユニット。
9. 前記バルブカム（７）は、前記第１の補償カム要素と前記第２の補償カム要素との間に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載のパワーユニット。
10. 前記補償カムシャフト（１０）は、タイミングベルト又はタイミングチェーンを介して前記第１のクランクシャフト（３）及び／又は前記第２のクランクシャフト（４）と作動可能に連結された駆動ホイール（１８）を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のパワーユニット。
11. 前記第１のクランクシャフト（３）及び前記第２のクランクシャフト（４）は、互いに歯合する平歯車（９）を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のパワーユニット。
12. 前記第１のクランクシャフト（３）及び前記第２のクランクシャフト（４）は、互いに歯合する平歯車（９）を有することを特徴とする、請求項１０に記載のパワーユニット。
13. 前記駆動ホイール（１８）は、エンジンの横に配置され、前記エンジンに対して前記平歯車（９）の反対側にあることを特徴とする、請求項１２に記載のパワーユニット。
14. 前記スリーブ（１７）は、エンジン筐体（２０）と統合されて形成されている、ことを特徴とする請求項４に記載のパワーユニット。
15. 請求項１又は請求項２に記載のパワーユニットを有する車両。
16. 前記車両は、ハイブリッド車両である、請求項１５に記載の車両。