DE102006031734A1

DE102006031734A1 - Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion

Info

Publication number: DE102006031734A1
Application number: DE200610031734
Authority: DE
Inventors: Kastriot Merlaku
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2009-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion, der mit einer besonderen Kurbelwelle ausgestattet ist, die in zwei Teilen getrennt ist. Die Kurbelwellen sind in einer Achse hintereinander angeordnet und mit einem Freiläufer miteinander verbunden. Der Freiläufer erlaubt, dass sich die zweite Kurbelwelle schneller als die erste dreht. Der Freiläufer dreht mit der zweiten Kurbelwelle mit. Wenn sich die erste Kurbelwelle langsamer als die zweite dreht, dann findet keine Kraftübertragung zwischen den beiden Kurbelwellenteilen statt. Praktisch dreht sich dann die erste Kurbelwelle gar nicht mehr. Es wird keine Luft komprimiert, es wird kein Kraftstoff verbrannt und keine Reibung durch eine sinnlose Kolbenbewegung erzeugt. Eine Kolben-Gruppe ist vollständig im Ruhezustand. Wenn mehr Kraft gebraucht wird, dann wird ein Steuer-Signal an den Freiläufer gegeben, der dann die beiden Kurbelwellen (oder Kurbelwellenteile) miteinander sofort koppelt und sie starr macht. Die Signal-Steuerung kann durch eine manuelle Eingabe oder automatisch durch eine Gaspedal- oder Drehmoment- oder Drehzahl-Steuerung erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion, der mit einer besonderen Kurbelwelle ausgestattet ist, die in zwei Teilen getrennt ist.
Ein wichtiges Teil im Motor ist die Kurbelwelle. Die Kurbelwelle soll die vom Kolben auf die Pleuelstangen übertragene Kraft als Drehmoment an das Schwungrad bzw. die Kupplung weiterleiten. Sie ist mit ihren Haupt- und Pleuellagern Teil des Kurbeltriebs, zu dem auch noch:

– Kolben mit Kolbenbolzen,
– Pleuel mit der Lagerbuchse am kleinen und den Lagerschalen am großen Pleuelauge,

Der Pleuel umschließt mit seinem großen Pleuelauge das Pleuellager der Kurbelwelle. Die Pleuellager sind gegenüber den Hauptlagern um den halben Hub versetzt. Damit bestimmt die Kurbelwelle den Hubraum mit, der sich aus Zylinderbohrung und Hub ergibt. Gegenüber den Pleuellagern sind häufig Gegengewichte angeordnet, die deren Unwuchten bei höheren Drehzahlen ausgleichen. Sollte die Kurbelwelle nach der Endfertigung noch Unwucht aufweisen, wird hier Material weggebohrt. Der Motor weist ein Antriebrad für den Nockenwellenantrieb über Zahnriemen auf. Damit werden andere Teile des Motors gesteuert (Ventile, etc.). Die Schmierung der Pleuellager erfolgt durch Querbohrungen innerhalb der Kurbelwelle von den Hauptlagern aus. Das an den Pleuellagern austretende Öl wird durch die Drehbewegung der Kurbelwelle gegen die Zylinderwände geschleudert und schmiert den Kolben und evtl. auch den Kolbenbolzen. Bei älteren V-Motoren können auch zwei Pleuel auf einem Kurbelzapfen arbeiten. Diese sind dann nicht nur breiter, sondern haben auch zwei Ölbohrungen zur Schmierung der Pleuellager. Viertaktmotoren haben in der Regel zweiteilige Dreischicht-Gleitlager. Hier werden die Schichten aus Bleibronze, Nickeldamm und Weißmetall von außen nach innen immer weicher. Eines der Lager hat einen Bund und dient als Passlager. Hier ist die Kurbelwelle mit einem Spiel von 0,1–0,3 mm axial gelagert. Mischungsgeschmierte Zweitaktmotoren haben Wälzlager. Die Kurbelwelle wird aus Kugelgraphitguss, Vergütungs- oder Nitrierstahl gefertigt. Höher beanspruchte Kurbelwellen können auch geschmiedet sein.
Es ist bekannt, das je mehr Hubraum vorhanden ist und je höher die Zylinder-Anzahl in einem Motor ist, desto mehr Leistung erbringt der Motor. Leider steigt dadurch auch der Kraftstoffverbrauch. Ein starker Motor im Fahrzeugtechnik-Bereich wird nicht kontinuierlich an seinen Grenzen getrieben. Ein Nachteil von Motoren ist, das auch wenn sie nicht stark belastet werden, zwar weniger als bei Voll-Last aber trotzdem viel Kraftstoff verbrauchen. Ideal wäre ein Motor, bei dem, wenn nicht die volle Leistung gebraucht wird, eine Gruppe von Zylindern einfach abgeschaltet wird. Diesen Motor gibt sogar. Aber er ist immer noch ein Stück von „Idealen-Motor" entfernt. Diese Motor-Funktion wird in der Fachwelt als Zylinderabschalt-Funktion genant. Systeme zur Zylinderabschaltung sind seit langer Zeit bereits bekannt. Es wird berichtet dass sogar ende 18-te Jahrhundert solche Systeme erfunden worden sind. Diese wurden eingesetzt um bei Teilastbetrieb des Motors eine verbesserte Kraftstoffersparnis zu erzielen. Anfang der achtziger Jahre versuchte General Motors den Durst seiner großvolumigen V8-Gasoline-Guzzler durch zeitweiliges Abschalten von vier Zylindern zu mäßigen. Dem Serieneinsatz war allerdings kein Erfolg gekrönt, denn die Technik war noch nicht so weit. Inzwischen scheint die Zeit reif für den Einsatz dieser Technik. Verspricht sie doch Verbrauchsvorteile von sieben bis 15 Prozent, die ohne signifikante Nachteile mit relativ geringem Aufwand realisiert werden können. Der Spareffekt beruht darauf, dass die durch Schließen der Ventile abgeschalteten Zylinder wie eine Feder wirken und keine Ladungswechselverluste verursachen. Andererseits laufen die übrig bleibenden Arbeitszylinder mit höherer Last, geringeren Drosselverlusten und dadurch günstigerem Verbrauch. Das System arbeitet umso wirkungsvoller, je größer der Hubraum, je höher die Zylinderzahl und je höher die Anzahl der deaktivierten Zylinder ist. Üblicherweise begnügt man sich mit einer Abschaltquote von 50 Prozent. Die klassischen amerikanischen V8 mit zentraler Nockenwelle sind hier besonders geeignet. General Motors hat den 5,3-Liter-Small-Block auf DOD (Displacement on Demand, Hubraum auf Wunsch) umgerüstet, Daimler-Chrylser bietet den 5,7-Liter-Hemi-V8 mit der vergleichbaren MDS-Technik (Multiple Displacement System) an.
Im Prinzip geht das auch mit weniger Zylindern. Honda praktiziert Zylinderabschaltung mit Erfolg im V6 des Japan-Modells Inspire und im Hybrid-Antrieb des Accord IMA. Sogar beim Civic IMA greift Honda darauf zurück, der im Schiebebetrieb drei von seinen vier Zylindern stilllegt.
Zylinderabschaltung und Hybridtechnik lassen sich eben sehr gut miteinander kombinieren, ohne ihre spezifischen Vorteile zu verlieren.
Es ist bekannt, dass insbesondere Ottomotoren bei Niedriglast weniger effizient arbeiten, weil durch das Drosseln Pumpverluste verursacht werden. Insbesondere bei großen Motoren ist es effizienter bei Erzeugung gleicher Ausgangsleitung eine Gruppe von Zylindern unter höhere Last zu betreiben als zwei Gruppen unter niedrigere Last. Die Abschaltung einer Gruppe wird durch eine spezielle Steuerung realisiert. Die abgeschaltete Zylinder-Gruppe komprimiert weiterhin Luft in den Brennkammern.
Der Luft-Komprimiervorgang verursacht leider weiterhin Energie-Verluste und damit zwangsweise auch Kraftstoffverluste, obwohl kein Kraftstoff zufließt. Die Fachleute erzählen zwar, dass die Luftkomprimierung keinesfalls Energie-Verluste erzeugt, weil angeblich durch den Gummi-Effekt, die eingesteckte Energie für die Komprimierung wiedergegeben wird, wenn die Luft dekomprimiert wird. Einen wichtigen Faktor vergessen aber diese Fachleute: die Luftkomprimierung erzeugt Wärme, die an die Zylinderwand verloren geht. Bei der Dekomprimierung wird Wärme entzogen, aber die abgestrahlte Wärme, die das geschlossene System (den Motor) schon längst verlassen hat, ist nicht mehr zu entziehen. Das führt zwangsweise zu Energieverlust im System. Auch die Reibungskraft an die Zylinderwand wird durch die Luft-Komprimierung erhöht. Die erzeugte Reibung durch die unnötige Kolben-Bewegung ist auch als Energie-Verschwendung zu berücksichtigen. Als Nebeneffekt bringt eine Luftkomprimierung die Stöchiometrie der Abgase durcheinander, wobei man eine besondere Lösung braucht, um den normalen Katalysator-Betrieb zu gewährleisten.
DE 10002268 A1 beschreibt ein Verfahren zur Zylinderabschaltung an einem Verbrennungsmotor. Eine Einspritzventil-Abschalteinheit wird mit einem Speichermittel zur Speicherung eines Zylinderabschaltprogramms versehen.
DE 102004049688 A1 beschreibt eine Steuerung für eine Zylinderabschaltung auf Drehmomentbasis mit Unterdruckkorrektur.
DE 10302782 A1 beschreibt eine hydraulische Zylinderabschaltung mit Drehhülsen, wobei die Umschaltventilstellglieder durch Drehventilhülsen gesteuert werden.
DE 10329020 A1 , EP 1252428 , DE 19606584 C2 , DE 19712966 A1 , DE 19913908 A1 beschreiben unterschiedliche Verfahren zur Zylinderabschaltung.
DE 19606402 A1 beschreibt Zylinderabschaltung bei Otto-Motoren mit elektromagnetisch arbeitenden Einspritzventilen in der Anzahl der Zylinder.
Der in den Patentansprüchen 1 bis 32 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Motor-Kurbelwelle zu schaffen, die in Motoren mit Zylinderabschalt-Funktion eingebaut wird und die in der Lage ist, sich in zwei Teilen zu trennen und dadurch eine geregelte Kraftübertragung von den aktiven Kolben auf den Antrieb-Übertragungs-Elemente bereit zu stellen, wobei die Energie-Verluste auf Minimum reduziert werden. Ausserdem ist die Aufgabe der Erfindung eine einfache Lösung für die Stöchiometrie-Probleme zu finden, die durch Zylinderabschaltung entstehen.
Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 32 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Vorteile der Erfindung sind:

– die abgeschalteten Kolben werden nicht mehr von der Kurbelwelle in Bewegung gesetzt,
– weniger Kraftstoffverbrauch durch geringere Gesamt-Reibung,
– umweltfreundlich,
– weniger Motor-Verschleiss,
– relativ einfach gebaut.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 12 erläutert. Es zeigen:
1 eine Motor-Kurbelwelle mit einem Freiläufer,
2 eine Kurbelwelle, die in zwei Teilen getrennt ist und die von aussen durch Zahnräder oder Kette mit einander gekoppelt sind,
3 den Mechanismus, der die Kurbelwellenteile mit einander lösbar verbindet,
4 den Spiralfeder, der eine sanfte Kopplung ermöglicht,
5 einen mechanisch steuerbaren Freiläufer,
6 einen elektrisch steuerbaren Freiläufer,
7 einen Motor mit zwei Kurbelwellen, die durch einen Flachscheiben-Freiläufer mit einander gekoppelt sind,
8 einen Motor mit Kurbelwellen, die durch einen Zylinder-/Hohlzylinder-Freiläufer mit einander gekoppelt sind,
9 einen Mechanismus, der statisch im Motor eingebaut ist, der eine Verbindung für die beiden Kurbelwellenteile bildet,
10 eine Variante, wobei die Kurbelwellenteile durch eine Einraststelle mit einander gekoppelt werden können,
11 eine Variante mit einem Drehsperr-Hydraulik-System,
12 eine Variante mit einem Hydraulik-System.
Die Kurbelwellen 1 sind in eine Achse 2 hinter einander angeordnet und mit einem Freiläufer 3 mit einander verbunden. Der Freiläufer erlaubt, dass die zweite Kurbelwelle 4 schneller als die Erste 5 sich dreht. Der Freiläufer dreht mit der zweiten Kurbelwelle mit. Wenn die erste Kurbelwelle langsamer als die zweite sich dreht, dann findet keine Kraftübertragung zwischen den beiden Kurbelwellenteilen statt. Die erste Kurbelwelle dreht sich, von der zweiten aus gesehen in Gegenrichtung.
Für den Freiläufer ist das eine Drehung in freie Richtung. Das geschieht, wenn die Zylinder-Gruppe 6 der ersten Kurbelwelle abgeschaltet worden ist. Praktisch dreht sich dann die erste Kurbelwelle 5 gar nicht mehr. Es wird keine Luft komprimiert, es wird kein Kraftstoff verbrannt und keine Reibung durch eine sinnlose Kolbenbewegung erzeugt. Die Kolben 7 sind vollständig in Ruhezustand. Das Sinken der Betriebs-Temperatur im abgeschalteten Bereich des Motors kann durch die Kühl-Wasserzirkulation von den „heißen Bereich" kompensiert werden. Wenn mehr Kraft gebraucht wird, dann wird ein Steuer-Signal an den Freiläufer gegeben, der dann die beiden Kurbelwellen (oder Kurbelwellenteile) mit einander sofort koppelt und sie starr macht. Die Signal-Steuerung kann durch eine manuelle Eingabe oder automatisch durch eine Gaspedal- oder Drehmoment- oder Drehzahl-Steuerung erfolgen. Wenn der Freiläufer sich starr macht, dann wird die erste Kurbelwelle 5 gezwungen mit zu drehen. Dadurch startet die abgeschaltete Zylinder-Gruppe 6 im Betrieb und der Motor gewinnt an Leistung. Die Steuerung des Freiläufers ist relativ einfach. Er kann mit eine Elektromagnet-Spule 8 ausgestattet werden, die in dem Freiläufer eingebaut werden kann und die mitdreht, durch die er berührungslos und durch Induktion Energie aus eine andere statisch angebrachten Elektromagnet-Induktions-Spule 9 gewinnt. Die elektrische Energie wird dann für die Bewegung der Sperrwalzen 10 in Sperr- oder Frei-Dreh-Richtung benutzt. Auch eine mechanische Lösung kann dafür gut geeignet sein, die aus einem Hebel 11 und einem Freiläufer-Ring 12, der in Drehachsen-Richtung hin und her schwenken kann besteht. Der Hebel kann durch einen Elektromagnet 13 hin und her bewegt werden. Wenn er z. B. nach rechts sich bewegt, dann ist der Freiläufer so gesteuert, dass er eine Drehrichtung erlaubt und die andere sperrt. Wenn der Hebel den Freiläufer-Ring 12 in die andere Richtung schiebt, dann sperrt der Freiläufer beide Drehrichtungen und somit verbindet er die beiden Kurbelwellen starr mit einander (zu eine mechanischen Einheit). Solche Lösungen sind relativ einfach realisierbar. Der Freiläufer kann mit einer Struktur ausgestattet werden, die eine zylinderförmige Kammer 14 für jede Sperrwalze oder Kugel darstellt, die z. B. rechts oder links eine Neigung aufweist. Wenn die Neigungsstelle durch den Hebel näher ran an die Sperrwalze geschoben wird, dann blockieren die Sperrwalzen jede Drehung. Man kann so einen Freiläufer herstellen, dessen Sperr-Richtung beliebig änderbar ist.
Die Verbindung der Kurbelwellen muss nicht unbedingt in dem Motor stattfinden. Das kann auch von aussen erreicht werden. Zahnräder 33 und Ketten 34 oder Zahnriemen können eine Verbindung herstellen. Diese Methode ist in der 3 dargestellt worden.
Selbstverständlich sind bei dieser Lösung getrennte Ventil- und Kraftstoff-Zufuhr-Steuerungen für beiden Zylinder-Gruppen notwendig.
In der 4 ist eine Spiral-Feder 15 dargestellt worden, die eine sanfte Kopplung der Kurbelwellen ermöglicht. Die Feder befindet sich in einem Raum zwischen der Sperrwalzen-Hülle 16 und dem Verbindungsstück 17, der mit der anderen Kurbelwelle gekoppelt ist. Wenn der Freiläufer sich frei dreht, dann entspannt sich die Feder. Wenn die Sperrwalzen zugreifen, dann erlaubt die Spiralfeder z. B. noch eine Teilumdrehung oder z. B. eine halbe oder volle Umdrehung der Kurbelwellenteile, bis die volle Kopplung erreicht wurde. Anstatt der Spiralfeder kann auch ein massiver Gummi-Teller 50 eingebaut werden, wobei durch den Gummi die Kraft übertragen wird. Der Gummiteller kann in diesem Fall eine kleine Toleranz durch seine Elastizität erlauben und dadurch die sanfte Kopplungs-Funktion unterstützen.
Der Freiläufer koppelt in der Regel die Kurbelwellen oder Kurbelwellenteile mit einander automatisch sobald die erste sich schneller zu drehen versucht. Das kommt automatisch vor, wenn die abgeschaltete Zylinder-Gruppe aktiviert wird. Dadurch, dass die zweite Zylinder-Gruppe 18 (die immer aktiviert bleibt) dauernd unter Last steht, kann sie niemals so schnell sich drehen, als sie frei wäre. Die andere (abschaltbare) Zylindergruppe 5 ist lastfrei, solange sie sich langsamer als die zweite Kurbelwelle 4 dreht. Dadurch dass sie bei Aktivierung ebenfalls die gleiche Kraftstoffmenge und Frischluft wie die immer aktive Zylindergruppe bekommt, wird deren Kurbelwelle versuchen schneller als die der aktiven Zylindergruppe zu drehen. Sobald dieser Zeitpunkt erreicht wird, dann greift der Freiläufer 3 an, der sich ständig mit der aktiven Kurbelwelle 4 sich dreht und sperrt die Drehrichtung der ersten Kurbelwelle 5. Das bedeutet, er verbindet die beiden Kurbelwellen starr und kraftübertragend mit einander, so als es nur eine Kurbelwelle gäbe. Diese Methode hat nur einen Nachteil: die aktive Zylinder-Gruppe 18 kann die abgeschalteten Zylinder-Gruppe 6 nicht starten. Das Problem kann aber durch einen zweiten Anlasser 19 gelöst werden.
Ein mechanisch steuerbarer Freiläufer ist in der 5 dargestellt worden. Hier kann der Freiläufer jederzeit durch einen Hebel 11 die Kurbelwellen mit einander starr verbinden. Das hat einen Vorteil: die abgeschaltete Zylinder-Gruppe 6 kann durch die aktive Zylinder-Gruppe 18 jederzeit gestartet werden. Ein Elektromagnet 13 kann den Hebel in Achsenrichtung hin und her schwenken. Das bewirkt eine Blockierung der Sperrwalzen in dem Freiläufer und dadurch eine Herstellung der starren Verbindung zwischen den Kurbelwellen oder Kurbelwellenteile.
In der 6 ist ein komplett elektrisch steuerbarer Freiläufer (Drehrichtungs-Sperr-Vorrichtung) dargestellt worden. Er weist Piezo-Elemente 20 oder feine Elektromagneten auf, die in dem Freiläufer 3 eingebaut sind und die die Sperrwalzen 10 in eine Richtung elektrisch schieben können. Dadurch kann der Freiläufer jederzeit elektrisch gesteuert blockieren und damit die Kurbelwellen starr mit einander verbinden.
Die Steuerungen 21 der Zylinder-Gruppen sind komplett elektrisch und mechanisch von einander getrennt. Sowohl die Kraftstoffzufuhr auch die elektrische Zünd-Steuerung sind getrennt. Für die Steuerung der Ventile kann man zwei getrennte Nockenwellen einbauen. Das ist notwendig, weil die Kurbelwellen so gut wie nie die gleichen Zylinder-Zündfolgen einhalten können. Das Problem kann zwar durch eine Einraststelle 22 in der Kurbelwellen-Koppel-Stelle 23 gelöst werden, ist jedoch wegen einer Komplizierung nicht unbedingt notwendig. Die Einraststelle würde die Kurbelwellen nur dann mit einander koppeln, wenn sie tatsächlich nur eine bestimmte Drehposition zu einander erreichen. Dann würden die Zündfolge und die Ventilsteuerung für beide Kurbelwellen gleich funktionieren. Die Komprimierungsphasen und die Zündfolgen wären dann wie in einem kompakten Verbrennungsmotor mit nur einer Kurbelwelle zu betrachten (10). Ein Konus 35 mit einer abgerundeten Spitze könnte zwischen zwei Drehplatten 37 und 38 elektrisch geschoben werden, wobei eine davon eine Öffnung 39 aufweist und die andere eine vertiefte Stelle 40. Sobald der Konus 35 in die vertiefte Stelle 40 einrasten würde, wären dann die Drehplatten fest mit einander gekoppelt. Die Kraftübertragung wäre dann wie bei einer normalen Kurbelwelle. Der Konus weist einen Antriebskörper 42 auf, der zylindrisch (wie einen Bolzen) oder kantig geformt ist. Der Antriebskörper wird in einer Elektromagnet-Spule 41 eingesteckt. Durch die Elektromagnetkraft wird sie sich bewegen und den Konus-Spitzen in die Vertiefung einstecken oder herausziehen. Dadurch, dass der Konus exzentrisch eingebaut ist, kann er die Kurbellwellenteile exakt nur in eine Position miteinander verbinden, was für die Steuerung der Brennvorgänge sehr wichtig ist (10). Anstatt der Elektromagnet-Spule kann man auch andere elektrische Antriebe verwenden wie z. B. piezoelektrische Antriebe oder Magnetostriktions-Elemente. Anstatt des Konussen, kann man auch andere Verbindungsteile verwenden, jedoch diese Form bringt einige Vorteile mit sich. Die Konusform des Verbindungs-Stücks soll gewählt werden, weil es leichter abgekoppelt werden kann. Durch die schräge Konuswände ist eine Verklemmung beim Abkoppeln so gut wie ausgeschlossen.
In der 7 ist ein Motor mit zwei Kurbelwellen dargestellt worden, die durch einen Flachscheiben-Freiläufer 24 mit einander gekoppelt sind. Der Freiläufer ist zwischen beiden Kurbellwellen eingebaut und bildet die Verbindungsstelle für die Kurbelwellen. Durch die grossflächigen Freiläufer-Scheiben ist eine bessere und genauere Kraftübertragung zwischen den beiden Kurbelwellen realisierbar. Die Sperrwalzen (Sperrzylinder oder Kugel oder Kegel) sind in die Scheibe 25 radial angeordnet und in kleinen schrägen Hohlräumen 26 eingebaut, die eine freie Bewegung an einem Ende der Hohlraum ermöglichen, aber eine Blockierung der Walzen am anderen Hohlraum-Ende 27 verursachen. Die Sperrwalzen 10 werden durch die Drehrichtung der zweiten Scheibe 28, die mit der zweiten Kurbelwelle gekoppelt ist, gedreht. Solange die zweite Kurbelwelle langsamer als die erste sich dreht, verhindern die Sperrwalzen diese Gegenläufiges drehen nicht. Die Sperrwalzen werden durch diese Drehung an dem breiteren Ende der Hohlraum geschoben. Wenn aber die zweite Kurbelwelle (und damit auch die zweite Drehscheibe) sich schneller zu drehen versucht, als die erste Kurbelwelle bereit sich dreht, dann wirkt das als eine Drehrichtungs-Änderung für die erste Kurbelwelle aus. Dadurch werden die Sperrwalzen automatisch (durch diese geänderte Drehrichtung) in dem engeren Hohlraum-Ende eingezogen und eine Blockierung der Drehung verursachen. Dieses Prinzip ist bei allen Kugel- oder Walzen-Freiläufer bekannt.
In der 8 ist ebenfalls ein Motor mit zwei Kurbelwellen dargestellt worden, die durch einen Zylinder-/Hohlzylinder-Freiläufer 29 mit einander gekoppelt sind. Hier sind die Kurbelwellen anstatt mit Scheiben, mit Hohlzylindern 30 am treffenden Kurbelwellen-Enden 31 ausgestattet. Die Hohlzylinder sind in einander gesteckt und dazwischen sind die Sperrwalzen 10 eingebaut. Die Hohlzylinder bilden praktisch den Freiläufer. Durch die vergrösserte Fläche kann eine noch bessere Drehbewegungs-Steuerung erreicht werden.
In der 9 ist ein Mechanismus dargestellt worden, der statisch im Motor eingebaut ist, der eine Verbindung für die beiden Kurbelwellenteile bildet. Er besteht aus Drehringen 32, in denen die Kurbelwellen-Enden 31 eingesteckt sind. Eine elektrische Drehsperre bewirkt, dass elektrisch gesteuert die Kurbelwellenteile mit einander verbunden oder getrennt werden können. Die Drehsperre weist elektrisch steuerbare Elemente auf, die in der Lage sind die Sperr-Walzen so zu bewegen, dass sie eine Drehung in Gegenrichtung blockieren sollen. Das drehen in erlaubten Richtung wird gestattet.
Die Kurbelwellenteile können auch durch eine Bewegung eines Ringes oder einer Hülse in Drehachsenrichtung, der die Achse der Kurbellwellen in dem Zusammenführungsbereich umschliesst, mit einander lösbar gekoppelt werden. Die Bewegung des Ringes oder der Hülse in eine andere Richtung auf der Achse entlang, kann die Kurbelwellenteile von einander lösen. Die Bewegung wird durch Elektromagneten erzeugt.
Die 11 zeigt eine Variante (Querschnittansicht), wobei Hydraulik-Elemente eingebaut sind, die die Kurbelwellenteile mit einander lösbar verbinden. Elektroventile 43, die mit einer Steuerung 47 gekoppelt sind, können den Druck in einer Druckkammer 45 steuern. Ein Hydraulik-Hebel 49, der durch einen Befestigungsteil 44 gelenkartig schwenkbar ist, kann eine Sperrwalze oder Kugel 10 so steuern, dass sie eine Drehung der aktiven Kurbelwelle 4 gegenüber der inaktiven Kurbellwelle 5 erlaubt oder sperrt. Das wird durch die Schwenkung des Hydraulik-Hebels erreicht. Er verengt ein Ende des Hohlraums, in der die Kugel oder die Sperrwalze sich bewegt und erzeugt ein Freiläufer-Funktion oder eine Drehrichtungs-Sperre. Die Kippneigung des Hydraulik-Hebels regelt die Dreh-Sperrefunktion. Als Antrieb für den Hydraulik-Hebel 49 können ebenfalls Piezoelemente 20 oder Elektromagneten eingebaut werden. Sobald der Hebel geschwenkt worden ist, schliesst der Elektroventil zu und hält die Position. Die Hydraulik ist notwendig, weil allein die Piezoelemente oder Elektromagneten nicht die Position des Hebels halten können, weil die danach einwirkende Kraft sehr gross ist. Druckkolben 48 übertragen den Druck durch die Flüssigkeit 46 von einem Ende auf das andere.

1: Kurbelwelle
2: Achse
3: Freiläufer
4: Zweite (aktive) Kurbelwelle
5: Erste Kurbelwelle
6: Erste (abschaltbare) Zylinder-Gruppe
7: Kolben
8: Elektromagnet-Spule
9: Elektromagnet-Induktions-Spule
10: Sperrwalzen
11: Hebel
12: Freiläufer-Ring
13: Elektromagnet
14: Kammer
15: Spiral-Feder
16: Sperrwalzen-Hülle
17: Verbindungsstück
18: Zweite (aktive) Zylinder-Gruppe
19: Anlasser
20: Piezo-Elemente
21: Steuerung
22: Einraststelle
23: Kurbelwellen-Koppel-Stelle
24: Flachscheiben-Freiläufer
25: Scheibe
26: Hohlräumen
27: Hohlraum-Ende
28: Zweite Scheibe
29: Hohlzylinder-Freiläufer
30: Hohlzylindern
31: Treffende Kurbelwellen-Enden
32: Drehringe
33: Zahnräder
34: Kette
35: Konus
36: Öffnung für den Konus
37: erste Platte
38: zweite Platte
39: Öffnung in der ersten Platte
40: Vertiefung in der zweiten Platte
41: Antriebs-Spule für den Konus
42: Antriebskörper für den Konus
43: Elektroventile
44: Befestigungsteil
45: Druckkammer
46: Flüssigkeit
47: Steuerung
48: Druckkolben
49: Hydraulik-Hebel
50: Gummi-Teller
51: Arbeitszylinder (Druckkolben)
52: Kugel-Lager
53: Elektroventil
54: Elektroventil-Steuerung
55: Steuer-Platte
56: Lagerteller
57: Druckkammer
58: Flüssigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10002268 A1 [0009]
- DE 102004049688 A1 [0010]
- DE 10302782 A1 [0011]
- DE 10329020 A1 [0012]
- EP 1252428 [0012]
- DE 19606584 C2 [0012]
- DE 19712966 A1 [0012]
- DE 19913908 A1 [0012]
- DE 19606402 A1 [0013]

Claims

Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion, der – eine Zylinder-Gruppe aufweist, die während Motorbetrieb, immer aktiv bleibt, – eine andere Zylinder-Gruppe aufweist, die während des Motorbetriebs, abgeschaltet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens – eine Kurbelwelle aufweist, die aus mindestens zwei getrennten Teilen/Bereichen besteht, die auf derselben geometrischen Achse sich drehen, wobei jedes Teil/Bereich von jeweils einer Zylinder-/Kolben-Gruppe angetrieben wird, – mit einem Kurbelwellen-Verbindungs-Mechanismus ausgestattet ist, der die Kurbelwellenteile kraftübertragend zusammenkoppeln oder diese von einander mechanisch abkoppeln kann, – eine Steuerung aufweist, die mit der Zylinderabschalt-Steuerung gekoppelt ist und die den Kurbelwellen-Verbindungs-Mechanismus steuert, – zwei getrennte Ventil- und/oder Abgas- und/oder Kraftstoff-Zufuhr- und/oder elektrische Zünd-System-Steuerungen aufweist, die die Zylindergruppen unabhängig von einander steuern (1 bis 6).
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-Gruppe, die immer aktiv bleibt, mit Antriebs-Kraft-Übertragungs-Elemente (Kupplung oder ähnliches) direkt gekoppelt ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle – in mindestens zwei Teilen getrennt ist, die unabhängig von einander drehbar sind und die in derselben Achse hinter einander angeordnet sind und in derselben Reihe sich drehen, wobei – der erste Teil der Kurbelwelle mit einer abschaltbaren Zylinder-Gruppe gekoppelt ist und unabhängig von den zweiten Kurbelwellenteil drehbar ist, – der zweite Teil der Kurbelwelle mit eine Zylinder-Gruppe gekoppelt ist, die nicht abschaltbar ist und die mit Antriebs-Kraft-Übertragungs-Elemente gekoppelt ist, – mit eine Drehrichtungs-Sperre oder einem Freiläufer ausgestattet ist, der die beiden Kurbelwelle-Teilen an einer Stelle verbindet, wobei er eine Kopplung der Kurbelwellenteile oder eine Kraftübertragung der ersten Teil der Kurbelwelle auf dem zweiten Teil erst dann ermöglicht, wenn der erste Teil genau so schnell wie der zweite Kurbelwellenteil sich dreht oder sich schneller als der zweite zu drehen versucht (1 bis 6).
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass – er zwei Kurbelwellen aufweist, die unabhängig von einander drehbar sind, die mit je eine Anzahl von Kolben und Pleuelstangen verbunden sind, – die beiden Kurbelwellen in derselben geometrischen Drehachse sich drehen, – die erste Kurbelwelle mit dem Getriebe über Verbindungs-Elemente gekoppelt ist, – die zweite Kurbelwelle frei drehbar ist und über einem Freiläufer oder eine Drehrichtungs-Sperr-Vorrichtung mit der ersten Kurbelwelle gekoppelt ist, wobei nur bei einer Kraftanwendung den Antriebs-Kraft über den Freiläufer auf die erste Kurbelwelle überträgt, wobei bei langsamere Drehung als die erste Kurbelwelle oder gar Stillstand, keine Kraft-Übertragung zwischen den beiden Kurbelwellen erfolgt, – er eine separate Steuerung aufweist, die den Kraftstoffzufuhr und den Brennvorgang für die Brennkammer und Kolben, die mit der zweiten Kurbelwelle gekoppelt sind, nur bei Aktivierung separat steuernd übernimmt, die Kraftstoffzufuhr für die betroffenen Brennkammer über eine Ventilsteuerung unterbricht und die zweite Kurbelwelle stilllegt, wobei wenn sie nicht aktiviert ist, die Kraftstoffzufuhr für alle vorhandenen Brennkammer von eine andere Steuerung wie bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren erfolgt, – er eine Aktivierungs-System, das von der Motordrehzahl oder Kraftmoment oder Gaspedal-Druck oder manuell gesteuert ist, das die separate Steuerung aktivieren kann, aufweist (1 bis 6).
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Freiläufer (Drehrichtungs-Sperr-Vorrichtung) in dem Motor an einer Stelle, wo die Kurbelwellen sich treffen eingebaut ist und die Kurbelwellen mit einander verbindet.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiläufer oder eine Richtungs-Drehsperre ausserhalb des Motors eingebaut ist und durch Zahnräder und Wellen die beiden Kurbelwellen mit einander ausserhalb des Motors kraftübertragend verbindet.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiläufer mit einem Einrastmechanismus ausgestattet ist, der die Kurbelwellen oder Kurbelwellenteile kraftübertragend mit einander erst dann koppelt, wenn unter anderen eine bestimmte Stelle oder Kurbelwellenposition erreicht ist, die eine Synchronisation der Steuerung der Begleitelemente (Ventile, Kraftstoffzufuhrsteuerung) für beiden Kurbelwellenteile ermöglicht.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teil der Kurbelwelle durch einen Freiläufer mit einander gekoppelt sind, wobei der Freiläufer den Kurbelwellenteil, der mit dem abschaltbaren Teil des Motors gekoppelt ist, mit dem Kurbelwellenteil, der mit dem aktiven Teil des Motors gekoppelt ist, kraftübertragend in eine Drehrichtung verbindet.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine elektrische Zünd-Steuerung und eine Kraftstoff-Zufuhr-Steuerung, die die Kraftstoffzufuhr für einzelnen oder Brennkammer-Gruppen steuert, aufweist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Steuer-Riemen oder Steuerketten, die jeweils mit einer der Kurbelwellen oder Kurbelwellenteile gekoppelt sind, die die dazugehörigen Zylinder-Gruppen getrennt steuern, aufweist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kurbelwellen-Trennmechanismus eingebaut ist oder ein Freiläufer, der mit einem elektrischen Bewegungselement oder Aktuator ausgestattet ist, das durch ein elektrisches Signal die getrennten Kurbelwellen-Teile kraftübertragend zusammenkoppelt oder sie von einander trennt.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement ein Elektromagnet oder ein Piezoelement oder ein Magneto-Striktions-Element ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiläufer mit einem Sperr-Richtungs-Änderungs-Mechanismus ausgestattet ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperr-Richtungs-Änderungs-Mechanismus des Freiläufers elektrisch oder mechanisch steuerbar ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelwellen-Trennmechanismus oder der Freiläufer mit einen elektrisch gesteuerten internen Brems-Mechanismus ausgestattet ist, der den Kurbelwellen-Trennmechanismus oder den Freiläufer bei einer Signalsteuerung zu eine starren Einheit macht und die getrennten Kurbelwellenteile als ein einziges Teil drehen lässt.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalsteuerung durch eine manuelle Eingabe oder automatisch durch eine Gaspedal- oder Drehmoment- oder Drehzahl-Steuerung erfolgt.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch steuerbaren Elemente des Freiläufers oder des Kurbelwellen-Trennmechanismus berührungslos durch eingebaute Induktions-Spulen oder durch Schleifkontakte mit Energie und/oder elektrische Signale versorgt werden.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiläufer oder der Kurbelwellen-Trennmechanismus mit einem starken Spiralfeder oder einem massiven Gummi-Teller, der eine sanfte Kopplung der beiden Kurbelwellen oder Kurbelwellenteile ermöglicht, ausgestattet ist (4).
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Gruppe von Zylindern, die mit einer der Kurbelwellen oder Kurbelwellen-Teile gekoppelt ist, abschaltbar ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle oder der Kurbelwellenteil, die/der zu den abschaltbaren Zylinder-Gruppe gehört, mit einem elektrischen Anlasser-System gekoppelt ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubzapfen der Kurbelwelle nicht fest sondern gesteuert radial zu oder von der Kurbelwellen-Drehachse beweglich sind und mit einem Bewegungsmechanismus ausgestattet sind.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmechanismus elektrisch gesteuert ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Benzin oder Diesel-Motor ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle oder Kurbelwellenteile mit einer Scheibe oder eine vergrößerten Fläche an die Verbindungsstelle ausgestattet ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiläufer ein Bindeglied zwischen beiden benachbarten Kurbelwellen-Enden bildet.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiläufer aus mindestens zwei großflächigen Scheiben besteht, die jeweils mit eine der Kurbelwellen oder Kurbelwellenteile gekoppelt sind, die parallel zu einander angeordnet sind, wobei ein kleiner Luftspalt dazwischen sich bildet, wobei eine der Scheiben mit Sperr-Walzen oder Kugel ausgestattet ist, die die andere Scheibe berühren und das Drehen der anderen Scheibe in eine Richtung erlauben und in eine Sperr-Richtung verhindern/blockieren.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiläufer zylinderförmig oder hohlzylinderförmig gebaut ist, wobei die Zylindern/Hohlzylindern mit je einem der Enden der Kurbelwellen/benachbarten Kurbelwellen-Enden, die sich treffen oder nahe einander eingebaut sind, gekoppelt sind.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelwellenteile-Verbindungs-System, das die mechanische Verbindung zwischen den Kurbelwellenteilen gewährleistet, mindestens – eine rechtwinklig zu der Kurbellwellendrehachse angeordnete Platte, die fest mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, die an dem Kurbellwellen-Ende eingebaut ist, das unmittelbar zu der Anfang der zweiten Kurbellwelle sich befindet, – eine exzentrisch eingebaute Öffnung in der Platte, – ein elektrisch bewegbarer Konus mit einer abgerundeten Spitze, der exzentrisch angeordnet ist, der durch die Öffnung der Platte sich bewegen kann, – ein Antriebs-Element für den Konus, das elektromagnetisch oder piezoelektrisch oder durch Magnetostricktion ihn durch die Öffnung der Platte bewegen kann, – eine weitere parallel zu der erste Platte angeordnete Platte, die mit der zweiten Kurbellwelle fest gekoppelt ist, wobei ein kleiner Luftspalt zwischen den beiden parallel angeordneten Platten vorhanden ist, – eine Vertiefung in der zweiten Platte, an der der Konus einrasten kann, aufweist (10).
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ähnlich wie in dem Anspruch 28 angegebene Lösung, für die Verbindung von mechanischen Ventilsteuerungs-Teile der beiden Kurbelwellenteile Konusse und Einraststellen eingebaut sind.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelwellen-Verbindungs-System aus einem mit einem elektrohydraulischen Freiläufer-System, das aus mindestens – einem Druckkammer (45), der mit einer Flüssigkeit (46) gefüllt ist, – einem oder mehreren Druckkolben (48), die mit einem schwenkbaren Hydraulik-Hebel (49) gekoppelt sind, die den Druck von einem Ende auf das andere in dem Druckkammer übertragen, – einem Elektroventil (43), das den Flüssigkeitsfluss in dem Druckkammer unterbrechen kann, – einem Antriebselement (20), das den Hydraulik-Hebel hin und her schwenken kann, – eine Steuerung (47), die mit dem Elektroventil und dem Antriebselement gekoppelt ist, – eine Sperrwalze oder Kugel (10), die nach dem Freiläufer-Prinzip, abhängig davon, welches Ende der Hohlkammer (26) durch die Schwenk-Position des Hydraulik-Hebels verengt worden ist, eine Drehrichtungs-Sperre bildet und dadurch einen aktiven Kurbelwelle (4) von einer abschaltbaren Kurbelwelle (5) mechanisch miteinander kraftübertragend koppeln oder abkoppeln kann, besteht.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, das das Antriebselement (20) ein Piezoelement oder eine Elektromagnet oder ein Magnetostriktions-Element ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltfunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt von Freiläufer oder Sperrvorrichtungen, ein Kurbelwellen-Kupplungs-System (12), dass aus mindestens – einen schräg angeordneten Dreh-/Steuer-Platte (55), die mit dem Ende der Kurbelwelle gekoppelt ist, das in unmittelbarer nähe zu dem anderen Ende der anderen Kurbelwelle angeordnet ist, – einem Teller (56), der gelagert ist, der auf der schrägen Platte (55) liegt, – einem oder mehreren Kolben/Arbeitszylinder (51), die mit dem Teller (56) gelenkartig gekoppelt sind, – einem oder mehreren Druckkammern (57), an denen die Kolben angebracht sind, die druckübertragend mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, – einem Ventil oder Elektroventil (53), das die Flüssigkeitsströmung in dem Druckkammer steuern kann, – eine Steuerung (54), die mit dem Elektroventil gekoppelt ist, besteht.