Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Stromaggregat, insbesondere ein Stromaggregat eines Hybridfahrzeugs, sowie ein Fahrzeug mit einem derartigen Stromaggregat. Ein Stromaggregat der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus WO

2012/056275 AI bekannt.

Das bekannte Stromaggregat umfasst einen Zweizylinder-Hubkolbenmotor mit zwei Kolben, die in zwei Zylindern in Tandemanordnung geführt sind. Jeder Kolben ist durch einen Pleuel mit jeweils einer Kurbelwelle verbunden. Die beiden Kurbelwellen drehen gegenläufig. Der Zweizylinder-Hubkolbenmotor umfasst ferner ein Kurbelwellengehäuse, in welchem die Kurbelwellen angeordnet sind. Ferner ist ein Generator vorgesehen, der wenigstens mit einer Kurbelwelle antriebsverbunden ist. Auf das Kurbelwellengehäuse ist ein Zylinderkopf aufgesetzt, der mit dem Kurbelwellengehäuse fest verbunden ist. Das vorbekannte Stromaggregat kommt vorzugsweise in einem Hybridfahrzeug zum Einsatz. Bei derartigen Hybridfahrzeugen wird ein besonders großer Bauraum für die Energiespeicherelemente, insbesondere Akkumulatoren, benötigt, so dass eine Reduktion der Baugröße des Stromaggregats wünschenswert ist. Zu berücksichtigen ist auch der gewünschte Einbauort des Stromaggregats in einem Fahrzeug . Aus Gewichtsverteilungsgründen ist es vorteilhaft, das Stromaggregat möglichst nah an eine Spritzwand des Motorraums zu platzieren. Dabei können Abgasleitungen oder Luftzuführleitungen, die am Zylinderkopf angeschlossen sind, hinderlich sein. Es besteht insofern ein Bedarf an einem Stromaggregat, das derart flexibel und platzsparend in ein Fahrzeug integrierbar ist.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ein Stromaggregat der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass dadurch das Stromaggregat flexibel in unterschiedlichen Einbausituationen eingesetzt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit einem solchen Stromaggregat anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das Stromaggregat durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Im Hinblick auf das Fahrzeug wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Patentanspruchs 11 gelöst. So beruht die Erfindung auf dem Gedanken, ein Stromaggregat, insbesondere ein Stromaggregat eines Hybridfahrzeugs, mit einem Zweizylinderhubkolbenmotor anzugeben, der ein Kurbelwellengehäuse aufweist. In dem Kurbelwellengehäuse sind zwei gegenläufige Kurbelwellen angeordnet, die durch Pleuel mit zwei Kolben verbunden sind. Die Kolben sind in zwei Zylindern in Tandemanordnung geführt. Wenigstens eine Kurbelwelle ist mit einem Generator antriebsverbunden. Der Hubkolbenmotor weist einen Zylinderkopf auf, der mit dem Kurbelwellengehäuse verbunden ist. Der Hubkolbenmotor weist vorzugsweise eine untenliegende Nockenwelle auf. Der Zylinderkopf kann in wenigstens zwei, insbesondere um 180° zueinander verdrehten, Positionen mit dem Kurbelwellengehäuse verbindbar sein.

Die Kombination aus der unten liegenden Nockenwelle und dem drehbar mit dem Kurbelwellengehäuse verbindbaren Zylinderkopf sind besondere Vorteile verbunden. Die unten liegende Nockenwelle sorgt insbesondere für eine geringe Baugröße des Stromaggregats. Der in zwei unterschiedlichen Positionen mit dem Kurbelwellengehäuse verbindbare Zylinderkopf trägt dazu insofern bei, als dass auf diese Weise die Anordnung des Stromaggregats innerhalb eines Fahrzeugs flexibel gestaltet werden kann. Somit benötigt das Stromaggregat je nach

Einbausituation einen möglichst geringen Bauraum im Fahrzeug, da der verschiedenartig mit dem Kurbelwellengehäuse verbindbare Zylinderkopf eine entsprechende Leitungsführung für Luftzufuhr- oder Abgasleitungen erlaubt.

Beispielsweise kann das Stromaggregat vergleichsweise nah an eine Spritzwand in einem Motorraum positioniert werden, da der Zylinderkopf so ausgerichtet werden kann, dass Luftansaugrohr oder Abgasrohr in Fahrtrichtung nach vorne aus dem Zylinderkopf entspringen. Damit bleibt im Motorraum ein größerer Anteil verfügbaren Volumens, der beispielsweise durch Speicherelemente genutzt werden kann. Bei einer liegenden Anordnung des Stromaggregats kann indessen eine andere Leitungsführung vorteilhaft sein. Insofern ist das Stromaggregat wegen des in verschiedenen Positionen mit dem Kurbelwellengehäuse

verbindbaren Zylinderkopfs flexibel einsetzbar. Insbesondere ist bevorzugt vorgesehen, dass der Zylinderkopf einen

symmetrischen Aufbau aufweist. Konkret können die Anschlussflächen bzw.

Anschlussöffnungen im Zylinderkopf und/oder im Kurbelwellengehäuse zu einer Mittelachse des Stromaggregats achsensymmetrisch angeordnet sein, so dass die Orientierung des Zylinderkopfs gegenüber dem Kurbelwellengehäuse beliebig wählbar ist. Mit anderen Worten kann der Zylinderkopf beliebig in zwei verschiedenen Orientierungen mit dem Kurbelwellengehäuse verbunden werden, wobei gleichzeitig unabhängig von der Orientierung des Zylinderkopfs gegenüber dem Kurbelwellengehäuse die jeweiligen Anschlussöffnungen deckungsgleich sind .

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nockenwelle in einer Mittelebene zwischen den Kurbelwellen angeordnet ist. Insbesondere kann die Nockenwelle in der Mittelebene zwischen den Pleueln der Kolben angeordnet sein. Damit wird der zwischen den Pleueln der Kolben verfügbare Platz besonders effizient genutzt, was zur Kompaktheit des

Stromaggregats beiträgt.

Die Nockenwelle ist vorzugsweise unterhalb eines unteren Todpunkts der Kolben angeordnet. Dies führt ebenfalls dazu, dass das Stromaggregat besonders kompakt ausgebildet ist. Insbesondere können die Kolben näher

zusammengerückt werden, ohne dass die Pleuel oder Zylinder mit der

Nockenwelle kollidieren. Der Zylinderkopf weist vorzugsweise einen Ansaugstutzen für ein Zündgemisch und einen Auslassstutzen für Abgase auf. Der Ansaugstutzen und der

Auslassstutzen sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des

Zylinderkopfs angeordnet. Die Nockenwelle ist vorzugsweise über einen Riementrieb oder einen Kettentrieb mit einer der Kurbelwellen antriebsverbunden. Die Nockenwelle kann wenigstens einen Nocken aufweisen, der mit einer Steuerstange gekoppelt ist. Die

Steuerstange ist vorzugsweise mit einem Kipphebel eines Ventils im Zylinderkopf wirkverbunden. Die Steuerstange überträgt die Außenkontur der Nocke auf eine Kippbewegung des Kipphebels, so dass das Ventil im Zylinderkopf anhand der Nockenkontur geöffnet und geschlossen werden kann. Besonders bevorzugt ist es bei der vorliegenden Erfindung, wenn die Nockenwelle mehrere, insbesondere vier, Nocken aufweist, die mit jeweils einer Steuerstange gekoppelt sind . Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuerstange, insbesondere alle Steuerstangen zwischen den beiden Zylindern angeordnet sind . Diese Anordnung der Steuerstangen nutzt ebenfalls sehr effizient den zwischen den Zylindern bzw. Kolben verbleibenden Freiraum, so dass dies dem kompakten Aufbau des Stromaggregats zu Gute kommt.

Die beiden Kurbelwellen können bei einer bevorzugten Ausgestaltung der

Erfindung jeweils ein verzahntes Stirnrad tragen, wobei die Stirnräder der beiden Kurbelwellen ineinander greifen und die Kurbelwellen miteinander phasengleich koppeln. Durch das Ineinandergreifen der Stirnräder der Kurbelwellen wird eine erzwungene Abhängigkeit der Bewegungen der beiden Kolben voneinander erreicht. Dies fördert den Gleichlauf des Stromaggregats.

Vorzugsweise trägt jede Kurbelwelle ein Schwungrad mit einer Ausgleichsmasse. Dabei kann wenigstens ein Schwungrad eine Umfangsmarkierung zur Erfassung einer Kurbelwellenstellung mittels eines Kurbelwellensensors aufweisen. Konkret kann vorgesehen sein, dass eines der Schwungräder eine Außenverzahnung aufweist, wobei die Außenverzahnung im Wesentlichen gleiche Zahnabstände aufweist. Eine Ausnahme besteht an einer Stelle des Schwungradumfangs, bei welchem die Außenverzahnung beispielsweise eine längere Lücke aufweisen kann. Die längere Lücke ist vorzugsweise so angeordnet, dass sie beim Vorbeilaufen an einem entsprechenden, beispielweise optischen, Sensor zu erkennen gibt, dass sich einer der beiden Kolben an seinem unteren oder oberen Todpunkt befindet. Jedenfalls kann mittels einer solchen Markierung die Position der Kurbelwelle ermittelt und für die Regelung des Stromaggregats eingesetzt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein einspuriges oder mehrspuriges Hybridmotorfahrzeug, mit einem zuvor

beschriebenen Stromaggregat. Bei dem Fahrzeug ist das Stromaggregat vorzugsweise im Motorraum an einer Spritzwand angeordnet, wobei die

Spritzwand einen Fahrgastraum von dem Motorraum trennt. Vorteilhaft ist es, dass das Stromaggregat in zwei unterschiedlichen Orientierungen in dem

Motorraum eingesetzt werden kann, wodurch sich das Stromaggregat universell für eine Vielzahl von Fahrzeugformen eignet. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen : eine perspektivische Vorderansicht eines

erfindungsgemäßen Stromaggregats nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; eine perspektivische Rückansicht des Stromaggregats gemäß Fig. la; eine Draufsicht auf das Stromaggregat gemäß Fig. la; eine perspektivische Vorderansicht des Stromaggregats gemäß Fig. la ohne ein Kurbelwellengehäuse; eine perspektivische Vorderansicht des Stromaggregats gemäß Fig. la, wobei der Zylinderkopf um 180° verdreht aufgesetzt ist; eine perspektivische Rückansicht des Stromaggregats gemäß Fig. 2a; eine Draufsicht auf das Stromaggregat gemäß Fig. 2a; und

Fig. 3: eine perspektivische Rückansicht der Kolbenanordnung des Stromaggregats gemäß Fig. la.

In den beigefügten Figuren ist insgesamt ein Stromaggregat, insbesondere ein Stromaggregat eines Hybridfahrzeugs, gezeigt, welches einen Zweizylinder- Hubkolbenmotor 1 aufweist. Der Zweizylinder-Hubkolbenmotor ist mit

Generatoren 41, 42 mechanisch gekoppelt. Die Generatoren 41, 42 erzeugen Strom, der beispielsweise zum Laden eines Fahrakkumulators genutzt wird.

Der Zweizylinder-Hubkolbenmotor 1 umfasst ein Kurbelwellengehäuse 10, in dem eine erste Kurbelwelle 11 und eine zweite Kurbelwelle 12 angeordnet sind. Die erste Kurbelwelle 11 und die zweite Kurbelwelle 12 sind jeweils durch Pleuel 13 mit einem ersten Kolben 18 und einem zweiten Kolben 19 verbunden. Die Kolben 18, 19 sind in Tandemanordnung in zwei Zylindern 21, 22 geführt. Die Zylinder

21, 22 sind in einem Zylinderkopf 20 angeordnet. Der Zylinderkopf 20 weist ferner zwei Ansaugstutzen 23 und einen Auslassstutzen 24 auf. Über den

Ansaugstutzen 23 kann Verbrennungsluft angesaugt und an die Zylinder 21, 22 geleitet werden. In den Zylinder 21, 22 entstehende Abgase werden über den Auslassstutzen 24 ausgeleitet. Wie in Fig . la gut erkennbar ist, sind seitlich neben dem Zweizylinder-Hubkolbenmotor 1 die Generatoren 41, 42 angeordnet. Insbesondere ist der Zweizylinder- Hubkolbenmotor 1 im Wesentlichen zwischen den beiden Generatoren 41, 42 angeordnet. Die Generatoren 41, 42 sind insbesondere in einer Linie mit dem Zweizylinder-Hubkolbenmotor 1 ausgerichtet, wodurch sich eine besonders schmale Bauweise des Stromaggregats ergibt.

Auf Höhe des Zylinderkopfs 20 sind beidseitig am Zweizylinder-Hubkolbenmotor 1 Elektronikgehäuse 27 vorgesehen, die eine Leistungselektronik enthalten können. Die Elektronikgehäuse sind jeweils oberhalb eines Generators 41, 42 angeordnet. Die in den Elektronikgehäusen 27 angeordneten Leistungselektroniken können jeweils elektrisch mit einem der Generatoren 41, 42 verbunden sein.

Fig . lb zeigt eine Rückansicht des Stromaggregats, wobei erkennbar ist, dass bei der Variante gemäß Fig . la-ld der Auslassstutzen 24 des Zylinderkopfs 20 zur Rückseite ausgerichtet ist. Auf der Rückseite des Stromaggregats ist eine

Abdeckung 28 vorgesehen. Die Abdeckung 28 deckt Stirnräder 34, 35 ab, die drehfest mit den Kurbelwellen 11, 12 verbunden sind.

In Fig . lc ist eine Draufsicht auf das Stromaggregat gezeigt. Es ist erkennbar, dass durch die Anordnung der Generatoren 41, 42 und der Elektronikgehäuse 27 eine besonders kompakte, insbesondere schmale Bauweise des Stromaggregats erreicht wird. Außerdem ist in der Draufsicht die Gestaltung des Zylinderkopfs 20 gut erkennbar. Der Zylinderkopf 20 weist auf einer Stirnseite den Auslassstutzen 24 auf. Der Auslassstutzen 24 ist zweilumig ausgeführt und mündet in jeden der Zylinder 21,

22. Auf einer gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinderkopfs 20 sind die Ansaugstutzen 23 angeordnet. Die Ansaugstutzen 23 sind voneinander

beabstandet angeordnet und münden jeweils direkt in den ersten Zylinder 21 bzw. den zweiten Zylinder 22. Jedem der Zylinder 21, 22 ist ein separater

Ansaugstutzen 23 zugeordnet.

Im Übrigen ist in der Draufsicht gemäß Fig. lc erkennbar, dass bezogen auf eine in der Zeichnungsebene vertikale Symmetrieachse der Zylinderkopf 20 im

Wesentlichen achsensymmetrisch ausgebildet ist. Das hat den Vorteil, dass der Zylinderkopf 20 in zwei unterschiedlichen Orientierungen auf das

Kurbelwellengehäuse 10 aufgesetzt werden kann. Insbesondere kann der

Zylinderkopf 20 in einer um 180° verdrehten Orientierung auf das

Kurbelwellengehäuse 10 aufgesetzt werden, so dass der Abgasstutzen 24 anstatt zu einer Rückseite, zu einer Vorderseite des Stromaggregats ausgerichtet ist. In den Figuren 2a-2c ist das Stromaggregat erkennbar, bei dem der Zylinderkopf 20 um 180° verdreht auf das Kurbelwellengehäuse 10 aufgesetzt ist. Im

Wesentlichen sind die Bauteile des Stromaggregats gemäß Figuren la-ld identisch zu den Bauteilen des Stromaggregats gemäß Figuren 2a-2c. Der

Unterschied besteht lediglich darin, dass der Zylinderkopf 20 bei dem

Zusammenbau gemäß Figuren la-ld gegenüber dem Zusammenbau gemäß

Figuren 2a-2c in um 180° versetzter Orientierung auf das Kurbelwellengehäuse 10 aufgesetzt ist.

In Fig . lc ist von oben zusätzlich ein Ventildeckel 29 erkennbar, der auf den Zylinderkopf 20 aufgesetzt ist. Fig . ld zeigt hingegen den inneren Aufbau des Stromaggregats, wobei zur Verdeutlichung das Kurbelwellengehäuse 10 und der Ventildeckel 29 weggelassen wurden.

Wie in Fig . ld gut erkennbar ist, weist das Stromaggregat zwei Kurbelwellen 11, 12 auf, die phasengleich miteinander gekoppelt sind. Die Kopplung erfolgt über die Stirnräder 34, 35, die eine ineinandergreifende Verzahnung aufweisen. Die Stirnräder 34, 35 sind auf einer Rückseite des Stromaggregats angeordnet und gut in der freigestellten Darstellung gemäß Fig . 3 erkennbar. Auf jedem Stirnrad 34, 35 sitzt ein Treibrad 36, 37. Jedes Treibrad 36, 37 ist über einen Riemen oder eine Kette mit einem Antriebsrad eines der Generatoren 41, 42 gekoppelt. Die Kopplung der Kurbelwelle 11, 12 mit dem jeweilig zugeordneten Generator 41, 42 erfolgt also über das koaxial mit der Kurbelwelle 11, 12 verbundene Treibrad 36, 37, einen Riementrieb oder Kettentrieb und das koaxial mit einer Generatorachse drehfest verbundene Antriebsrad am Generator.

In Fig . ld ist ein weiterer wesentlicher Aspekt des Stromaggregats gezeigt, der zur Reduktion der Baugröße des Stromaggregats beiträgt. Konkret zeigt Fig . ld die Nockenwelle 30, die sich zwischen den Kurbelwellen 11, 12 befindet.

Insbesondere erstreckt sich die Nockenwelle 30 zwischen den Pleueln 13 und unterhalb des Zylinderkopfs 20. Konkret begrenzen die Pleuel 13 mit dem

Zylinderkopf 20 und den Kurbelwellen 11, 12 einen Freiraum, der effizient durch die Nockenwelle 30 genutzt wird . Die Nockenwelle 30 ist insbesondere in einer Mittellinie zwischen den beiden Kurbelwellen 11, 12 angeordnet. Der Antrieb der Nockenwelle 30 erfolgt über einen Riementrieb 31. Der Riementrieb 31 verbindet ein Zahnrad 39 der zweiten Kurbelwelle 12 mit der Nockenwelle 30. Die Nockenwelle 30 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier Nocken

32 auf, welchen jeweils eine Steuerstange 33 zugeordnet ist. Die Steuerstangen

33 erstrecken sich von der Nockenwelle 30 durch das Kurbelwellengehäuse 10 und den Zylinderkopf 20 bis in den Ventilraum unterhalb des Ventildeckels 29. Im Ventilraum sind Kipphebel 26 angeordnet, die mit den Ventilen 25

zusammenwirken. So wird über die Steuerstange 33 eine Außenkontur des

Nockens 32 abgegriffen und in eine entsprechende Kippstellung des Kipphebels 26 umgewandelt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, wenn insgesamt vier Ventile vorgesehen sind . Jeder Steuerstange 33 ist somit ein Ventil 25 zugeordnet.

Die Figuren 2a und 2b zeigen ein Stromaggregat, das im Wesentlichen analog zum Stromaggregat gemäß Fig . la, lb ausgebildet ist. Jedenfalls die einzelnen Bauteile sind identisch. Die Darstellung gemäß Figuren 2a, 2b unterscheidet sich von dem Zusammenbau gemäß Fig. la, lb durch die verdrehte Anordnung des Zylinderkopfs 20. In Fig. 2a ist erkennbar, dass im Unterschied zu der Anordnung gemäß Fig. la, der Zylinderkopf 20 so auf dem Kurbelgehäuse 10 montiert ist, dass der Auslassstutzen 24 zur Vorderseite des Stromaggregats gerichtet ist. Ebenso ist der Ventildeckel 29 gegenüber dem Zusammenbau gemäß Fig. la um 180° verdreht aufgesetzt. Dasselbe gilt im Wesentlichen für die Darstellung gemäß Fig. 2b, bei der gegenüber der Darstellung gemäß Fig. l b erkennbar ist, dass der Zylinderkopf 20 und der Ventildeckel 29 um 180° verdreht auf das Kurbelwellengehäuse 10 aufgesetzt ist. Fig . 2c zeigt die Draufsicht auf das Stromaggregat bei dem Zusammenbau gemäß Figuren 2a, 2b. Die Draufsicht gemäß Fig . 2c zeigt im Vergleich zu der Draufsicht gemäß Fig. lc ebenfalls deutlich, dass der Zylinderkopf 20 in zwei verschiedenen Orientierung auf das Kurbelwellengehäuse 10 montiert werden kann.

Fig. 3 verdeutlicht den inneren Aufbau des Zweizylinder-Hubkolbenmotors mit den beiden Kurbelwellen 11, 12, die jeweils Stirnräder 34, 35 aufweisen. Die

Stirnräder 34, 35 greifen mit ihrer Verzahnung ineinander und synchronisieren so die Bewegung der Kolben 18, 19. Die Kolben sind in den hier nicht dargestellten Zylindern 21, 22 in Tandemanordnung geführt. Das bedeutet, dass die Kolben 18, 19 gleichzeitig ihren oberen bzw. unteren Todpunkt erreichen.

In Fig . 3 ist ebenfalls erkennbar, dass insgesamt vier Ventile 25 vorgesehen sind, die über Kipphebel 26 betätigbar sind. Die Kipphebel 26 sind mit den vier

Steuerstangen 33 gekoppelt, denen jeweils ein Nocken 32 der Nockenwelle 30 zugeordnet ist.

Hinsichtlich der Kurbelwellen 11, 12 ist außerdem erkennbar, dass diese auf der den Treibrädern 36, 37 gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Schwungrad 14, 15 aufweisen. Dabei weist jedes Schwungrad eine Ausgleichsmasse 16 auf, um Schwingungen beim Betrieb des Zweizylinder-Hubkolbenmotors 1 zu reduzieren. Wenigstens das erste Schwungrad 14, das mit der ersten Kurbelwelle 11 verbunden ist, weist eine Umfangsmarkierung 17 auf. Anhand der

Umfangsmarkierung 17 kann ein Kurbelwellensensor die aktuelle Position des Kolbens 18, 19 im Zylinder 21, 22 erfassen. Eine verbreiterte Markierung zeigt dabei den oberen oder unteren Todpunkt des Kolbens 18, 19 an.

Aus den beigefügten Zeichnungen ist erkennbar, dass durch die Möglichkeit, den Zylinderkopf 20 in unterschiedlichen Orientierungen auf das Kurbelgehäuse 10 zu setzen, die Einbausituation für das Stromaggregat individuell anpassbar ist.

Gleichzeitig bewirkt die untenliegende Nockenwelle 30 einen besonders

kompakten Aufbau des Stromaggregats. Insgesamt kann so der notwendige Bauraum in einem Fahrzeug reduziert werden. Bezugszeichenliste

1 Zweizylinder-Hubkolbenmotor

10 Kurbelwellengehäuse

11 erste Kurbelwelle

12 zweite Kurbelwelle

13 Pleuel

14 erste Schwungrad

15 zweites Schwungrad

16 Ausgleichsmasse

17 Umfangsmarkierung

18 erster Kolben

19 zweiter Kolben

20 Zylinderkopf

21 erster Zylinder

22 zweiter Zylinder

23 Ansaugstutzen

24 Auslassstutzen

25 Ventil

26 Kipphebel

27 Elektronikgehäuse

28 Abdeckung

29 Ventildeckel

30 Nockenwelle

31 Riementrieb

32 Nocken

33 Steuerstange

34 erstes Stirnrad

35 zweites Stirnrad

36 erstes Treibrad

37 zweites Treibrad

39 Zahnrad

41 erster Generator

42 zweiter Generator