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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer ersten und einer zweiten Leistungseinheit, wobei jede Leistungseinheit zumindest einen über eine Pleuelstange auf eine zugehörige erste oder zweite Kurbelwelle wirkenden Kolben besitzt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 31 33 892 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer ersten und einer zweiten Leistungseinheit bekannt, von denen jede eine unabhängige Kurbelwelle enthält. Eine der beiden Leistungseinheiten wird mit einer Ausgangswelle über eine Leistungsübertragungseinrichtung verbunden, während die andere Leistungseinheit über eine elektromagnetische Kupplung mit der Ausgangswelle verbunden wird. Die elektromagnetische Kupplung wird eingerückt, wenn die Motorlast einen vorbestimmten Wert übersteigt, um eine zusammengesetzte Leistung beider Leistungseinheiten zu erzeugen.
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Aus der
WO 2008/142465 A1 ist eine weitere Brennkraftmaschine mit zwei Kurbelwellen bekannt, die jeweils über eine entsprechende Kupplung mit einer Ausgangswelle koppelbar, das heißt antriebsverbindbar, ausgebildet sind.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Zylinderabschaltung auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Brennkraftmaschine mit einer ersten und einer zweiten Leistungseinheit, die jeweils eine Kurbelwelle aufweisen, die erste Kurbelwelle permanent drehfest über eine Zahnradverbindung mit einer Hauptquelle, d. h. mit einer Abtriebswelle, zu verbinden, wogegen die zweite Kurbelwelle lediglich bei Bedarf mit der Hauptwelle drehfest verbindbar ist und wobei eine bisher nicht zur Zylinderabschaltung verwirklichte Kupplungseinrichtung in der Art wenigstens eines auf der Hauptwelle oder auf der zweiten Kurbelwelle axial verschiebbaren Zahnrades vorzusehen, das in einer ersten Stellung mit einem zugehörigen, fest mit der zweiten Kurbelwelle oder mit der Hauptwelle verbundenen Zahnrad kämmt, während es in einer zweiten Stellung nicht mit einem weiteren Zahnrad kämmt und dadurch die zweite Kurbelwelle von der Hauptwelle entkoppelt. Die erste und die zweite Kurbelwelle sind dabei jeweils Bestandteil der ersten bzw. einer zweiten Leistungseinheit, die jeweils zumindest einen über eine Pleuelstange auf die jeweils zugehörige erste oder zweite Kurbelwelle wirkenden Kolben aufweist. Durch das axial auf der Hauptwelle oder auf der zweiten Kurbelwelle verschiebbar gelagerte Zahnrad, welches lediglich in einer bestimmten Stellung mit einem an der zweiten Kurbelwelle bzw. an der Hauptwelle gelegenen Zahnrad kämmt, kann eine einfache, kostengünstige und zugleich bauraumoptimierte Kupplungseinrichtung geschaffen werden, die es bei entsprechend geringer geforderter Antriebsleistung erlaubt, die zweite Leistungseinheit gänzlich abzukoppeln und deren Zylinder gänzlich stillzulegen, wobei im Vergleich zu bisher bekannten Brennkraftmaschinen, bei welchen die stillgelegten Kolben in ihren Laufbahnen weiter mitlaufen und dadurch für unerwünschte Reibungsverluste sorgen, deutliche Vorteile erzielt werden können. Das axial verschiebliche Zahnrad kann dabei selbstverständlich von einer Synchronisierungseinrichtung derart synchronisiert sein, dass ein Ein- bzw. Auskuppeln mit dem drehfest und axial festen Zahnrad auf der Hauptwelle bzw. auf der zweiten Kurbelwelle druckfrei erfolgen kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist das axial verschiebbare Zahnrad Führungskonturen auf, die in entsprechende an der Hauptwelle oder an der zweiten Kurbelwelle angeordnete Führungsnuten eingreifen. Die Führungskonturen können dabei bspw. in Axialrichtung verlaufende Stege sein, die in ebenfalls in Axialrichtung verlaufende Führungsnuten an der Hauptwelle oder an der zweiten Kurbelwelle eingreifen und dadurch eine exakte und zugleich einfache Möglichkeit einer Axialführung für das axial verschiebbare Zahnrad bilden. Selbstverständlich können dabei auch zwei axial zueinander beabstandet angeordnete und axial verschiebbar gelagerte Zahnräder vorgesehen sein, die je nach gewünschter Antriebsleistung in die eine oder andere Stellung verschoben werden und dadurch mit dem gegenüberliegenden an der Hauptwelle bzw. an der zweiten Kurbelwelle angeordneten Zahnrädern kämmen oder nicht.
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Zweckmäßig ist zumindest eine Stelleinrichtung zum Verstellen des zumindest einen Zahnrades vorgesehen, die insbesondere elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben ist. Vor allem elektromagnetische Stelleinrichtungen bieten den großen Vorteil, einen lediglich geringen Bauraumbedarf zu erfordern und zugleich exakte Stellbewegungen ausführen zu können, sodass eine derart ausgebildete Stelleinrichtung direkt im Bereich zumindest einen axial verschiebbar gelagerten Zahnrades angeordnet werden kann. Bei zwei axial verschiebbar gelagerten Zahnrädern können zwei separate Stelleinrichtungen vorgesehen sein, wobei auch denkbar ist, dass lediglich eine einzige Stelleinrichtung vorgesehen ist, die über ein entsprechendes Stellgestänge beide axial verschiebbaren Zahnräder verstellt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weisen beide Leistungseinheiten eine gleiche oder eine unterschiedliche Anzahl an Zylindern auf. Bei einer gleichen Anzahl an Zylindern kann bei einem geringen Bedarf an Antriebsleistung die Hälfte der Zylinder durch ein einfaches axiales Verstellen des zumindest einen Zahnrades abgeschaltet werden. So ist bspw. bei einer Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern ein Abschalten von drei Zylindern bei entsprechend geringem Leistungsbedarf denkbar. Ebenfalls vorstellbar ist, dass an die zweite Kurbelwelle eine geringere Anzahl an Kolben angeschlossen ist, so dass bspw. bei einer Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern vier Zylinder auf die erste Kurbelwelle wirken, wogegen auf die zweite Kurbelwelle lediglich zwei Kolben wirken.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 eine erste Leistungseinheit 2 sowie eine zweite Leistungseinheit 3 auf, wobei jede Leistungseinheit 2, 3 zumindest einen über eine Pleuelstange auf eine zugehörige erste Kurbelwelle 4 oder eine zweite Kurbelwelle 5 wirkenden Kolben 6 aufweist. Die erste Leistungseinheit 2 weist dabei zwei Kolben 6 auf, ebenso wie die zweite Leistungseinheit 3, d. h. die Kolbenanzahl der beiden Leistungseinheiten 2, 3 ist identisch. Denkbar ist aber auch, dass beide Leistungseinheiten 2, 3 eine unterschiedliche Anzahl an Zylindern bzw. Kolben 6 aufweisen. Die erste Kurbelwelle 4 ist dabei drehfest mit einer Hauptwelle 7 antriebsverbunden, wogegen die zweite Kurbelwelle 5 lediglich optional, das heißt bei Bedarf, mit der Hauptwelle 7 antriebsverbindbar ist. Hierzu ist auf der Hauptwelle 7 zumindest ein axial verschiebbar gelagertes Zahnrad 8, in vorliegendem Fall zwei Zahnräder 8, angeordnet, das in einer ersten Stellung mit einem zugehörigen fest mit der zweiten Kurbelwelle 5 verbundenen Zahnrad 9 kämmt und in einer zweiten Stellung die zweite Kurbelwelle 5 von der Hauptwelle 7 entkoppelt, d. h. in diesem Fall nicht die auf der zweiten Kurbelwelle 5 angeordneten Zahnräder 9 kämmt. Hierdurch ist die zweite Leistungseinheit 3 im Bedarfsfall entkoppelbar und gänzlich abschaltbar.
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Gelagert sind sowohl die erste Kurbelwelle 4 als auch die zweite Kurbelwelle 5 und die Hauptwelle 7 in einem ersten Hauptlagerschild 10 und in einem zweiten Hauptlagerschild 11. Darüber hinaus ist noch ein drittes, d. h. ein mittleres, Hauptlagerschild 12 vorgesehen, in welchem ebenfalls die beiden Kurbelwellen 4, 5 und die Hauptwelle 7 gelagert sind. Zusätzlich ist die Hauptwelle 7 an zwei weiteren Stellen, nämlich an einem Lagerbock 13 und 13' gelagert, sodass die Hauptwelle 7 an insgesamt fünf Stellen gelagert ist.
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Das axial verschiebbare Zahnrad 8 kann selbstverständlich auch auf der zweiten Kurbelwelle 5 axial verschiebbar angeordnet sein, wobei in diesem Fall dann das zugehörige Zahnrad 9 axial fest auf der Hauptwelle 7 angeordnet wäre. Im vorliegenden Fall sind zwei axial verschiebbar auf der Hauptwelle 7 gelagerte Zahnräder 8 vorgesehen, wobei auch lediglich ein einziges axial verschiebbares Zahnrad 8 zum Ein- und Auskoppeln der zweiten Leistungseinheit 3 ausreichen würde.
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Das axial verschiebbare Zahnrad 8 weist Führungskonturen auf, die in entsprechende, an der Hauptwelle 7 angeordnete Führungsnuten 14 eingreift. Selbstverständlich können die Führungsnuten auch im Bereich des axial verschiebbaren Zahnrades 8 angeordnet sein, sodass in diesem Fall die zugehörigen Führungskonturen an der Hauptwelle 7 angeordnet wären. In gleicher Weise wären die Führungskonturen bzw. die Führungsnuten 14 auszubilden, sofern diese im Bereich der zweiten Kurbelwelle 5 angeordnet wären. In diesem Fall wäre dann das axial verschiebbare Zahnrad 8 an der zweiten Kurbelwelle 5 angeordnet, wogegen das axial feste Zahnrad 9 an der Hauptwelle 7 angeordnet wäre.
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Des Weiteren ist eine nicht näher bezeichnete Stelleinrichtung zum Verstellen des zumindest einen Zahnrades 8 vorgesehen, die insbesondere hydraulisch, elektromagnetisch oder pneumatisch betrieben ist.
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Mit dem zumindest einen erfindungsgemäß auf der Hauptwelle 7 oder auf der zweiten Kurbelwelle 5 angeordneten axial verschiebbaren Zahnrad 8, das in einer ersten Stellung mit einem zugehörigen fest mit der zweiten Kurbelwelle 5 oder mit der Hauptwelle 7 verbundenen Zahnrad 9 kämmt und in einer zweiten Stellung die zweite Kurbelwelle 5 damit die zweite Leistungseinheit 3 von der Hauptwelle 7 entkoppelt, kann eine einfache Zylinderabschaltung, insbesondere eine mechanische Halbierung der Zylinderanzahl im Bedarfsfall erreicht werden, wodurch sich insbesondere ein Kraftstoffverbrauch und eine Stickoxidemission reduzieren lassen. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass bei einem Abschalten der zweiten Leistungseinheit 3 deren Kolben 6 nicht mehr weiterbewegt sondern tatsächlich stillgelegt werden, sodass hierdurch keine weitere Reibung auftritt. Die abgeschaltete Zylinderreihe, d. h. die abgeschaltete Leistungseinheit 3 ist dabei komplett mechanisch komplett entkoppelt, was insbesondere bei modernen Range-Extender(Reichweitenerhöhungs-)Konzepten von großem Vorteil ist. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 kann dabei in ein nicht näher beschriebenes Kraftfahrzeug 15 eingebaut sein. Die Kunden können mit derartigen Kraftfahrzeugen 15 weiterhin eine „hohe” Zylinderzahl ordern, aber zugleich im Bedarfsfall umweltbewusst mit bspw. der halben Zylinderanzahl, d. h. mit einer abgeschalteten zweiten Leistungseinheit 3 fahren und dadurch sowohl Kraftstoff als auch Emissionen reduzieren. Jeder der beiden Kurbelwellen 4, 5 hat dabei ihren eigenen Ventiltrieb und dadurch eine feste Zuordnung zu eigenen Arbeitstakten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3133892 A1 [0002]
- WO 2008/142465 A1 [0003]
