JP6153869B2 - 内燃機関およびジェネレータを備える機械の組み合わせ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関とハイブリッド駆動装置のバッテリーを充電するためのジェネレータとを備える機械の組み合わせであって、この機械の組み合わせにおいて、内燃機関が、共通のハウジングに囲まれる一対のシリンダ／ピストンユニットを有し、これらのユニットの２つのピストンが接続ロッドを介してそれぞれ１つの専用のクランクシャフトに駆動接続され、２つのクランクシャフトがそれぞれ１つの歯車を介して反対方向に回転するように互いに回転接続される機械の組み合わせに関する。

オートバイを駆動するように意図される上述のタイプの内燃機関は英国特許第５８４２１５号明細書から知られている。互いに平行に延びる２つのピストンおよびそれらのクランクシャフトの２つのバランスウェイトの両方が、シャフトの長手方向に互いにオフセットされて配置されるので、このタイプの機械の慣性力は、滑らかな作動のためにバランスされず、特にジェネレータに直接接続するには適切でない。

本発明の目的は、冒頭に記載したタイプの機械の組み合わせであって、この機械の組み合わせが、その内燃機関の特に滑らかな、すなわち、低ノイズおよび振動なしの動作を有し、特に低い摩擦損失を有する実施形態を簡単に可能にし、その結果、自発的な始動運転および摩耗に対する低い感受性により、ハイブリッド駆動装置の断続動作に特に十分に適切である機械の組み合わせを見出すことである。さらに、前記機械の組み合わせは、空間を節約しかつ簡単に製造することができる設計のコンパクトな構造ユニットを形成するように、ハイブリッド駆動装置のジェネレータに接続されるべきであり、その結果、車両の構造ユニットの構成に対して新しい選択肢ができる。

本発明によれば、上述の目的は請求項１の特徴によって達成される。

本発明の好ましい一実施形態では、内側に向かうオフセットを形成するために、互いに平行である内燃機関のシリンダ軸線は、両方のクランクシャフトの軸線の間の間隔に対応する場合よりも互いに小さい間隔にある。この設計は、最初に、機械のより小さな寸法に寄与し、次に、ピストンに対する最大の横方向の力の低減、したがって、より低いピストン摩擦およびシリンダ壁に対するより低い摩耗をもたらす。

さらに、一方のシリンダ／ピストンユニットへのそれぞれ１つのクランクシャフトの割り当ては、本発明の有利な一実施形態において、両方のクランクシャフトが低摩擦で転がり軸受に取り付けられることを可能にするので、機械の自発的な始動が、特に低い摩擦抵抗および摩耗に対する低い感受性で行われ、結果として、ハイブリッド駆動装置の断続動作に特に十分に適切となる。

ハイブリッド駆動装置の断続動作に対する特定の適合性は、本発明の別の実施形態において、内燃機関のハウジングが、このタイプの機械の通例である温度制御のための手段に加えて、断熱体を有することによって向上させることができる。このタイプの断熱体は、比較的長い動作中断後でさえも冷間始動が回避されることを保証する。さらに、このタイプの断熱体は機械の作動ノイズのさらなる低減に寄与する。

コンパクトな設計の本発明による機械の組み合わせのほぼ独立した構成に関する選択肢は、ドライサンプ潤滑システムがコンパクトな機械ハウジングに設けられることによって改善することができる。

さらに、このタイプの機械の組み合わせのエンジンの効率度は、機械の組み合わせが全負荷動作のためのスロットル弁なしに構成され、機械の組み合わせの動作状態が、発電電動機の消費電力に応じて制御される機械の組み合わせの燃料供給によって規定されることによって向上させることができる。

本発明の別の有利な改良形態では、シリンダヘッド、および２つのクランクシャフトのために設けられるクランクケースが一体鋳造部として形成されるので、シリンダヘッドガスケットおよびシリンダヘッドボルトが回避される。

本発明の別の有利な改良形態および用途は従属請求項の主題であり、図面を用いた以下の説明から理解することができる。

図１は、クランクシャフトの歯車接続部および関連するピストンロッドおよびピストンを有する本発明による機械の対向したクランクシャフトの別個の図を示している。 図２は、機械のハウジングを通して案内されるかまたは前記ハウジングに鋳造される入口チャネルおよび出口チャネルを有し、かつ関連する弁ステムを有する図１による構成の概略図を示している。 図３は、図２による構成の概略平面図を示している。 図４は、本発明による機械の２つのシリンダ／ピストンユニットのカムシャフト制御手段の別個の概略図を示している。 図５は、一列に並んで配置されるジェネレータを有する図１〜図４による機械の駆動構成要素の組み合わせの図を示している。 図６は、図４による弁制御手段と、ドライサンプ潤滑手段の吸引ポンプおよびオイルポンプ用の歯付きベルト駆動装置とを有する図５による構成図を示している 。 図７は、内燃機関およびジェネレータの一列に並んだ組み合わせの全体図を示している。 図８は、図７による機械の組み合わせの反対側の全体図を示している。 図９は、関連するクランクシャフトの軸線に対するシリンダ軸線の内側に変位してオフセットされた構成を説明するための別個の図を示している。 図１０は、機械を囲む断熱ハウジングシェルの狭い側の概略図を示している。 図１１は、図１０によるハウジングシェルの側面図を示している。 図１２は、ジェネレータが内燃機関に対して横方向の構成である内燃機関およびジェネレータの組み合わせの全体図を示している。

以下で機械１と呼ばれる内燃機関は、共通のハウジング２内に互いに平行に配置されかつ４ストロークの動作方法で制御される２つのシリンダ／ピストンユニットを有し、これらのユニットの往復ピストン３、４はそれぞれ１つの接続ロッド５、６を介してそれぞれ１つの専用のクランクシャフト７、８に駆動接続される。前記クランクシャフト７、８の部分は、それらに同軸に締結される歯車９、１０を介して反対方向に回転するように駆動接続され、その結果、歯車９、１０の振動慣性力が互いに相殺し合うので、バランスシャフトを使用することなく機械１が振動なしに動作する。このため、一方のクランクシャフト７のクランク１１、１２の回転位置およびバランスウェイト１３、１４の回転位置が、他方のクランクシャフト８のクランク１１、１２の回転位置およびバランスウェイト１３、１４の回転位置に対して１８０°オフセットされる。結果として、クランクシャフト７、８に作用する往復ピストン３、４が互いに平行に移動する。規則正しい動作方法について、両方のシリンダ／ピストンユニットの関連する作動ストロークが３６０°のクランクシャフトの回転の間隔で制御され、その結果、吸気ストロークにおいて、他方のピストン４が一方のピストン３の作動ストロークと並行して作動する。

クランクシャフト７、８はそれぞれ２つの転がり軸受１５、１６および１７、１８に取り付けられるので、機械は低い摩擦抵抗を有し、断続動作に特に適切である。

摩擦損失のさらなる低減は、図３および図９の図面で示されるように、上述のクランク機構のオフセットによって達成される。図３に示されるシリンダ２１、２２の相互に平行な軸線１９、２０が、内側に向かうオフセットを形成するために、両方のクランクシャフトの軸線２３、２４の間の間隔に対応する場合よりも互いに小さい間隔にあるという事実により、接続ロッド５、６は、最大作用力のモーメントにおいて、このタイプのオフセットがない場合よりも急勾配の位置を有し、その結果、ピストンの摩擦およびシリンダの摩耗に影響を与える相応してより低い横方向の力がピストンに生じる。さらに、互いに隣接するピストン／シリンダユニットのより近接した構成（前記オフセットのために設けられる）は、機械１のよりコンパクトな設計に寄与する。

機械１の特に低い摩擦損失へのさらなる寄与は、両方のシリンダ／ピストンユニットの弁２５〜２８を制御しかつ転がり軸受２９に同様に取り付けられる中央カムシャフト３０の使用から得られる。カムシャフト３０の２つのカム３１、３２は、各弁のために設けられる２つのアームのロッカアーム３７〜４０のレバーアームに取り付けられる追随するローラ３３〜３６を介して、その都度低摩擦で追随作動する。

図５〜図８の図面は、ハイブリッド駆動装置用のエネルギー源として働かせるために、本発明による機械１を特にコンパクトになるようにジェネレータ４１と組み合わせて、機械の組み合わせ４２を形成することができるかを示している。このタイプの機械の組み合わせ４２の特にコンパクトな設計は、前記一方の歯車１０が直接または中間歯車４３を介して、ジェネレータ４１のシャフト４４に締結されるスパー歯車４５に駆動接続されることによって、両方のクランクシャフト７、８を互いに接続するスパー歯車９、１０を介して可能である。図５〜図８の図面は、一体的に形成された共通のハウジング４６に組み合わされるこのタイプの機械の組み合わせ４２により可能である平坦かつコンパクトな設計を示している。

細長くて平坦な機械の組み合わせ４２の代わりに、図１２の図面による特にコンパクトな機械の組み合わせ４７は、ジェネレータ４８の歯車が、機械１の歯車９、１０と一列に並ぶ代わりに、前記歯車９、１０に対して上部にまたは三角形状に設けられることによって、機械１に設けられる歯車９、１０に基づいて実現することもでき、その結果、ジェネレータ４８は機械１の２つのピストン／シリンダユニットに密接して配置される。

機械１または機械の組み合わせ４２または４７のコンパクトな設計により、図７および図８または図１２による機械１または機械の組み合わせ４２または４７を、さらに大きな構造自由度および位置自由度によってハイブリッド車両に設置することを可能にするために、およびコンパクトな設計を困難にする底部オイルサンプを回避するために、本発明による機械にはドライサンプ潤滑手段が備えられることが好ましい。このドライサンプ潤滑手段は、図６〜図８の図面による機械１の上部領域に吸引および圧力ポンプを備えるポンプの組み合わせ４９を有し、このポンプの組み合わせ４９は、歯付きベルト駆動装置５１と係合する歯車５０を介して駆動される。ドライサンプ潤滑手段の必要な吸引および圧力チャネルは、鋳造された機械ハウジング２、５２に形成される。

さらに、機械１または機械の組み合わせ４２のために設けられるハウジング２、４６、５２は、シリンダヘッド５３とクランクケース５４の部分とを含むように、シリンダ面の形成されたねずみ鋳鉄ライニングを有する軽金属製の鋳造部から有利に形成され、その結果、シリンダヘッドボルトを有するシリンダヘッドガスケットが回避される。この場合、両方のシリンダの排気ガス管５４、５５は、図２および図３の概略図による前記一体鋳造部内に組み合わされ、シリンダ２１、２２の吸気管５６、５７はシリンダヘッドに対して斜めに案内されるので、燃焼室内の燃焼空気の旋回が補助される。燃焼順序を補助する二重点火について、２つのスパークプラグ５８〜６１がガソリンエンジンとしての実施形態の各シリンダ２１、２２のために設けられる。

冷却媒体を循環させて機械温度を制御するための通常のチャネルシステム（より詳細には図示せず）に加えて、機械は、断熱材料から製造された図１０および図１１の図面による二重シェルの外部被覆６２を有し、その結果、比較的長い動作中断後でさえも冷間始動が回避される。さらに、このタイプの断熱体は機械の作動ノイズの低減に寄与する。その上、前記断熱ハウジングシェル６２は、動作温度の最小値を維持するために、電気エネルギー供給部を有する加熱システムを有することができる。

Claims (10)

1. 内燃機関とハイブリッド駆動装置のバッテリーを充電するためのジェネレータとを備える機械の組み合わせであって、前記内燃機関（１）が、共通のハウジングに囲まれる一対のシリンダ／ピストンユニットを有し、前記一対のシリンダ／ピストンユニットの２つのピストン（３、４）が接続ロッド（５、６）を介してそれぞれ１つの専用のクランクシャフト（７、８）に駆動接続され、前記２つのクランクシャフト（７、８）がそれぞれ１つの歯車（９、１０）を介して反対方向に回転するように回転接続される機械の組み合わせにおいて、駆動力が、同じ平面に配置される歯車（１０、４３、４５）を介して前記内燃機関（１）の前記クランクシャフト（７、８）から前記ジェネレータ（４１、４８）の駆動シャフトに伝達され、両方のシリンダ／ピストンユニットが前記ジェネレータ（４１）と一列に並んで配置され、前記機械の組み合わせ（４２）が共通のハウジング（４６）に囲まれ、前記２つのシリンダ／ピストンユニットのシリンダヘッド（５３）、両方のクランクシャフトのために設けられるクランクケース（５４）、および前記ジェネレータ（４１）のハウジング（５２）が一体鋳造部として形成されることを特徴とする機械の組み合わせ。
2. 請求項１に記載の機械の組み合わせにおいて、前記機械の組み合わせが断熱ハウジングシェル（６２）に囲まれることを特徴とする機械の組み合わせ。
3. 請求項２に記載の機械の組み合わせにおいて、動作温度を所定の範囲内に維持するために、前記機械の組み合わせの前記ハウジングシェル（６２）が、電気エネルギー供給部を有するサーモスタット制御の加熱システムに接続されることを特徴とする機械の組み合わせ。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の機械の組み合わせにおいて、前記内燃機関（１）の慣性力をバランスさせるために、前記一方のクランクシャフト（７、８）のクランク（１１、１２）の位置が前記他方のクランクシャフトのクランク（１１、１２）の位置に対して１８０°オフセットされ、両方のシリンダ／ピストンユニットの作動サイクルが３６０°のクランクシャフトの回転の間隔で互いに追随し、両方のシリンダ／ピストンユニットの幾何学的軸線が、前記クランクシャフト（７、８）に対して直角に延在する共通の第１の平面に配置され、また、両方のクランクシャフト（７、８）のそれぞれ２つのバランスウェイト（１３、１４）の循環通路が、前記他方のクランクシャフト（８、７）の前記バランスウェイト（１４）としての前記第１の平面に対して平行である同じ面にそれぞれ延びることを特徴とする機械の組み合わせ。
5. 請求項４に記載の機械の組み合わせにおいて、両方のシリンダ／ピストンユニット（３、４）の前記クランクシャフト（７、８）の前記バランスウェイト（１３、１４）の前記循環通路が延在する前記平面は、両方の接続ロッド（５、６）が移動する平面に対して鏡面対称に延びることを特徴とする機械の組み合わせ。
6. 請求項４または５に記載の機械の組み合わせにおいて、内側に向かうオフセットを形成するために、互いに平行であるシリンダ軸線（１９、２０）が、両方のクランクシャフト（７、８）の前記軸線の間の間隔に対応する場合よりも互いに小さい間隔にあることを特徴とする機械の組み合わせ。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の機械の組み合わせにおいて、一方のシリンダ／ピストンユニットにそれぞれ割り当てられる前記クランクシャフト（７、８）がそれぞれ２つの転がり軸受（１５〜１８）に取り付けられることを特徴とする機械の組み合わせ。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の機械の組み合わせにおいて、ロッカアーム（３７〜４０）にそれぞれ作用する２つのカム（３１、３２）を有するカムシャフト（３０）が、両方のシリンダ／ピストンユニットのそれぞれ２つの弁（２５〜２８）を制御するために設けられることを特徴とする機械の組み合わせ。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の機械の組み合わせにおいて、前記機械の組み合わせが全負荷動作のためのスロットル弁なしに構成され、前記機械の組み合わせの動作状態が、発電電動機の消費電力に応じて制御される前記機械の組み合わせの燃料供給によって規定されることを特徴とする機械の組み合わせ。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の機械の組み合わせにおいて、前記機械の組み合わせに潤滑油を供給するために、ドライサンプ潤滑手段のチャネルシステムには、前記ハウジングに一体化されるオイルタンクと吸引および圧力ポンプ（４９）とが設けられることを特徴とする機械の組み合わせ。

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