DE19819233C2 - Aus mehreren Maschineneinheiten zusammengesetzte Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens zwei Maschinen­ einheiten mit eigenen Kurbelwellen und einer Verbindungskupplung, mittels der die Kurbelwellenphasenrichtung kuppelbar sind.

Der Verminderung des Kraftstoffverbrauches kommt in jüngerer Zeit steigende Bedeutung zu. Für Kolbenbrennkraftmaschinen gilt im allgemeinen, daß der spezifische Kraftstoffver­ brauch, d. h. der auf die abgegebene Leistung bezogene Kraftstoffverbrauch, mit abneh­ mender Füllung bzw. mit abnehmendem Mitteldruck zunimmt. Je größer der Hubraum ist, je stärker muß die Füllung vermindert werden, wenn das abgegebene Drehmoment abneh­ men soll. Einer Hubraumverkleinerung jedoch steht der Wunsch der Kunden nach hohem Drehmoment bereits bei geringen Drehzahlen entgegen. Es wurde vorgeschlagen, den Kraftstoffverbrauch bei Teillast dadurch zu vermindern, daß einzelne Zylinder mehrzylin­ driger Kolbenbrennkraftmaschinen nicht gezündet werden. Dadurch steigt zwar der effek­ tive Mitteldruck der arbeitenden Zylinder; der oder die nicht arbeitenden Zylinder müssen jedoch ständig mitgeschleppt werden, was Reibungsverluste bedeutet, die die in der Praxis erzielte Verbrauchsminderung herabsetzt.

Im Oberbegriff des Hauptanspruchs wird von einer Brennkraftmaschine ausgegangen, wie sie in der DE 35 22 988 C2 beschrieben ist. Die beiden Maschineneinheiten dieser Brennkraftmaschine sind mittels einer phasenrichtig einkuppelnden Überholkupplung kuppelbar. Der Kühlkreislauf ist derart gestaltet, daß bei niedriger Wassertemperatur ein innerer Kreislauf nur durch die kleinere Maschineneinheit erfolgt. Bei zunehmender Wassertemperatur öffnet ein Ventil und das Kühlwasser strömt durch einen Heizungswärmetauscher und die weitere Maschineneinheit. Bei weiter steigender Kühlwasser­ temperatur wird zusätzlich ein Kühler durchströmt.

Eine Eigenart der bekannten Brennkraftmaschine liegt darin, daß der Heizungswärme­ tauscher erst dann mit Warmwasser versorgt wird, wenn die kleinere Maschineneinheit ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Auch bei weiter ansteigender Wassertemperatur ist die verfügbare Energie gering, da ein großer Teil der in der kleineren Maschineneinheit entstehenden Wärme zur Aufheizung der parallel zum Heizungswärmetauscher angeordneten größeren Maschineneinheit verwendet wird. Gerade bei solchen Modulmotoren stellt die Verfügbarkeit ausreichender Heizenergie im Winter ein Problem dar, da beispielsweise im Stadtverkehr normalerweise nur die kleinere Maschineneinheit im Betrieb ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kolbenbrennkraft­ maschine dahingehend weiterzubilden, daß die verfügbare Heizenergie vergrößert ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Erfindungsgemäß wird vom Betriebsbeginn der Brennkraftmaschine an die in der kleineren Maschineneinheit entstehende Kühlwasserwärme durch den Heizungswärmetauscher hindurchgeleitet und steht dort im Bedarfsfall zur Verfügung. Damit ist auch bei Schwachlast ein möglichst günstiges Wärmeangebot für die Innenraumaufheizung gegeben. Durch die bei zunehmender Kühlwassertemperatur (betriebswarmer kleinerer Maschinen­ einheit) vorhandene Reihenschaltung aus den beiden Maschineneinheiten und dem Heizungswärmetauscher wird dieser mit möglichst konstanter Temperatur beaufschlagt, was vorteilhaft ist, da dieser Betriebszustand bei den normalerweise vorhandenen Lasten vorliegt.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird eine effiziente Kühlung der Maschineneinheit und damit rasche Aufheizung des Kühlwassers erreicht.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird die Abwärme zusätzlich zur Aufheizung des Öls verwendet, wodurch die Lager rasch auf Betriebstemperatur kommen und die Reibleistung abnimmt.

Der Anspruch 4 ist auf eine Ausbildung der Maschineneinheiten derart gerichtet, daß trotz nur zweier Zylinder jeder Maschineneinheit ein komfortabler, schwingungsarmer Lauf erzielt wird.

Bezüglich der mit der Ausbildung der Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 4 und die Ansprüche 5 bis 7 erzielten Vorteile wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung verwiesen.

Der Anspruch 8 kennzeichnet eine vorteilhafte Ausbildung der Verbindungskupplung zum phasenrichtigen Kuppeln der Kurbelwelle der beiden Maschineneinheiten.

Der Anspruch 9 ist auf eine kompakte Konstruktion der Brennkraftmaschine gerichtet.

Der Anspruch 10 kennzeichnet eine vorteilhafte Ausführungsform von Kolben.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 11 schließlich lassen sich die thermodynamischen Brennbedingungen und damit der spezifische Verbrauch sowie Abgasqualität der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorteilhaft beeinflussen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Kolbenbrenn­ kraftmaschine,

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Kolbenbrennkraftma­ schine,

Fig. 3 einen Kurbeltrieb einer Maschineneinheit,

Fig. 4 einen Zylinder zur Verdeutlichung der Kühlung,

Fig. 5 ein Schema des Kühlsystems der Kolbenbrennkraftmaschine,

Fig. 6 eine phasenrichtig koppelnde Kupplung,

Fig. 7 zwei Zylinderkonfigurationen,

Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Kolben und

Fig. 9 und 10 schematische Schnitte durch eine Maschineneinheit mit integrierter Aufladung.

Gemäß Fig. 1 ist eine Kolbenbrennkraftmaschine aus zwei Maschineneinheiten 2 und 4 zu­ sammengesetzt. Im dargestellten Beispiel weist jede Maschineneinheiten zwei sich gegen­ überliegende Zylinder auf. An die in der Figur rechte Maschineneinheit 2 ist in an sich be­ kannter Weise ein Getriebe 6 angeflanscht, das mit einer Kardanwelle und/oder Abtriebswellen (nicht dargestellt) verbunden ist.

Jede der Maschineneinheiten weist eine in ihrem Aufbau an sich bekannte elektronische Drosselklappeneinheit 8 auf, die von einem einen Mikroprozessor enthaltenden Steuergerät 10 gesteuert wird. Dem Steuergerät 10 werden als Eingangsgrößen die Stellung eines Gaspedals 12, die Schaltstellung des Getriebes 6, die von Winkelsensoren 14 erfaßten Drehstellungen der Kurbelwellen und die von weiteren Winkelsensoren 16 erfaßten Drehstellungen der Nockenwellen zugeführt.

Zwischen der Maschineneinheit 2 und der Maschineneinheit 4 ist eine Verbindungskupp­ lung 18 zum phasenrichtigen Kuppeln der beiden Maschineneinheiten 2 und 4 vorgesehen.

Der Betrieb der beschriebenen Brennkraftmaschine ist folgender:
Aus der jeweiligen Stellung der elektronischen Drosselklappeneinheiten 8 und der über die Winkelsensoren 14 erfaßten Drehzahl kann das jeweilige von der Brennkraftmaschine gegebene Drehmoment anhand im Steuergerät 10 abgelegter Kennfelder ermittelt werden. Weiter ist im Steuergerät 10 ein Kennfeld abgelegt, das das erwünschte Drehmoment oder die erwünschte Leistung in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals 12 und der Mo­ tordrehzahl und/oder Fahrzeugeschwindigkeit angibt. Kann der Drehmoment- oder Leistungswunsch mit der Maschineneinheit 2 alleine erfüllt werden, wird die Kupplung 8 vom Steuergerät 10 geöffnet und die Maschineneinheit 4 abgeschaltet, wobei die elektro­ nische Drosselklappeneinheit 8 der Maschineneinheit 2 entsprechend stärker betätigt wird.

Reicht das Drehmoment der Maschineneinheit 2 alleine nicht aus, so wird die Maschinen­ einheit 4 durch Schließen der Kupplung 18 und Aktivieren der Zündung und/oder Ein­ spritzung (nicht dargestellt) wieder in Betrieb gesetzt, wobei die elektronische Drosselklappeneinheit 8 zunächst so betätigt wird, daß das zusätzliche durch die Mitnahme der Maschineneinheit erforderliche Drehmoment von der Maschineneinheit 2 aufgebracht wird und kein Laststoß im Fahrzeug spürbar ist. Unter Abstimmung der Drehstellungen der in den elektronischen Drosselklappeneinheiten 8 enthaltenen Drosselklappen werden die beiden Maschineneinheiten 2 und 4 auf die angeforderte Leistung bzw. das angeforderte Drehmoment abgestimmt. Die Kupplung 18 wird erst dann vollständig geschlossen, wenn die beiden Maschineneinheiten 2 und 4 mit einer vorbestimmten Phasenzuordnung laufen. Die Phase wird von den Nockenwellen zugeordneten Winkelsensoren 16 eindeutig ermittelt. Es versteht sich, daß die Phase, bei der die Verbindungskupplung 18 vollständig geschlossen wird, derart ist, daß eine gleichmäßige Folge der Verbrennungstakte erzielt wird, so daß die gesamte, modulartig zusammengesetzte Brennkraftmaschine möglichst komfortabel läuft.

Es versteht sich, daß sowohl die beschriebene Brennkraftmaschine als auch der geschil­ derte Betrieb in vielfältiger Weise abgeändert werden können:
Anstelle von lediglich zwei Maschineneinheiten können mehrere, in Reihe geschaltete Maschineneinheiten vorgesehen sein, zwischen denen jeweils eine Verbindungskupplung vorhanden ist. Die einzelnen Maschineneinheiten müssen keine Boxermotoren sein. Sie können einander gleich oder unterschiedlich aufgebaut sein. Die Zylinderzahl kann unter­ schiedlich sein. Bei Ottomotoren müssen nicht notwendigerweise elektronische Drossel­ klappeneinheiten vorgesehen sein; die Laststeuerung kann auch durch Verstellen der Öff­ nungskurve der Einlaßventile erfolgen. Bei Dieselmotoren wird die elektronische Drossel­ klappeneinheit durch einen entsprechenden Versteller der Einspritzpumpe ersetzt, was auch bei Direkteinspritz-Ottomotoren möglich ist.

Die bei geringer Last abgeschaltete Maschineneinheit kann über einen eigenen Anlasser verfügen und selbst hochlaufen, bevor sie über die Verbindungskupplung 18 synchron zu­ geschaltet wird. Die Mitnahme der zugeschalteten Maschineneinheit 4 ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Maschineneinheit 4 nicht über eine eigene Schwungscheibe verfügt, weil deren Trägheitsmoment dann entsprechend klein ist.

Das Getriebe 6 kann ein automatisches Getriebe sein, das ebenfalls vom Steuergerät 10 oder einem eigenen Steuergerät gesteuert wird.

Fig. 2 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Anordnung der Maschineneinheiten 2 und 4, zwischen denen das Getriebe 6 angeordnet ist.

Die auch bei niedriger Last in Betrieb befindliche Maschineneinheit 2 ist über eine nicht im einzelnen dargestellte Anfahrkupplung mit einer als Hohlwelle 20 ausgebildeten Hauptwelle des Getriebes verbunden, dessen Ausgangswelle über ein Differential die Räder antreibt. Durch die Hohlwelle 20 hindurch erstreckt sich eine mit der Kurbelwelle der Maschineneinheit 2 verbundene Welle 22, die über die Verbindungskupplung 18 mit der Maschineneinheit 4 kuppelbar ist. Die Funktion der Anordnung gemäß Fig. 2 ist im übrigen gleich der der Fig. 1.

Es versteht sich, daß die beschriebene modular aufgebaute Brennkraftmaschine zusätzlich mit einem vorteilhafterweise noch schwächer als die Maschineneinheit 2 ausgelegten Elektromotor zusammenarbeiten kann, wodurch eine besonders sparsame und bei niedrigster Last (nur elektromotorischen Betrieb) umweltfreundliche Antriebsquelle geschaffen ist.

Die beschriebene, in unterschiedlichster Weise abwandelbare, aus mindestens zwei Ma­ schineneinheiten aufgebaute Brennkraftmaschine eignet sich für alle Anwendungsfälle, in denen ein breiter Leistungsbedarf abgedeckt werden muß.

Fig. 3 zeigt den Kurbeltrieb einer besonders vorteilhaft verwendbaren Maschineneinheit. Die Kurbelwelle 24 weist drei, um jeweils 180° gekröpfte Kurbeln 25a, 25b und 25c auf. Das Pleuel 26 für den gemäß Fig. 3 rechten Kolben 30 ist an der mittleren Kurbel 25b gelagert. Das für den Nebenkolben 28 vorgesehene Pleuel 32 ist als Gabelpleuel ausgeführt und an den beiden äußeren Kurbeln 25a und 25c gelagert. Auf diese Weise können die beiden Kolben 28 und 26 sich gleichachsig gegenläufig bewegen, so daß ein S vollständiger Massenausgleich erzielt wird. Die Einzelzylindervolumina können verhältnismäßig groß sein, so daß günstige thermodynamische Voraussetzungen für geringen Verbrauch geschaffen sind.

Wenn die Maschineneinheiten jeweils zwei Zylinder entsprechend der Fig. 3 umfassen, sind die Zylinder einzeln freistehend und gut zugänglich, was große bauliche Freiheiten ermöglicht und Wärmeverzüge minimiert.

Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Auslegung des Kühlsystems für jeden Zylinder. Dargestellt ist ein dachartiger Brennraum 34 mit einer schematisch gezeigten Öffnung für ein Einlaß­ ventil 36 und ein Auslaßventil 38. Es versteht sich, daß je zwei oder mehr Ein- und Aus­ laßventile vorgesehen sein können. Der im Zylinderkopf 40 vorhandene Kühlwasserhohl­ raum 42 umschließt eine mittlere Bohrung für eine beispielsweise Zündkerze und hat aus­ laßventilseitig einen Einlaß und einlaßventilseitig einen Auslaß. Der Kühlwasserhohlraum 42 setzt sich in den Motorblock 44 hinein als Ringraum 46 fort, wobei die Tiefe des Ringraums 46 etwa der Höhe der Ringzone des Kolbens 28 zuzüglich dem Kolbenweg zwischen dem oberen Totpunkt und 30° Kurbelwinkel entspricht. Auf diese Weise ist der Brennraum in dem Bereich, in dem die größte Hitze anfällt, unmittelbar wassergekühlt.

Wie dargestellt, ist in den Motorblock 44 eine Laufbuchse 48 eingesetzt, die mittels O- Ringen 50 und 52 gedichtet ist. In dem Motorblock 44 sind die Laufbuchse 48 umschlie­ ßende Ringnuten 54 ausgebildet, die von Motoröl durchströmt sind, das über einen Zulauf 56 zuströmt und aus einem Ablauf 58 abströmt.

Mit der beschriebenen Kühlkonstruktion, bei der die Ringräume 46 nicht absolut zwingend sind, wird bei sehr geringem Wasservolumen eine außerordentlich wirksame Kühlung erzielt. Wegen der Einzelzylinderkonstruktion ist die Oberseite des Brennraums 34 für die Wasserkanäle bzw. den Kühlwasserhohlraum weitgehend zugänglich, so daß niedrige Wandtemperaturen und damit eine hohe Klopffestigkeit erzielt werden können.

Fig. 5 zeigt die Gesamtauslegung des Kühlsystems.

Dargestellt sind die beiden Maschineneinheiten 2 und 4, eine von der Maschineneinheit 2 oder elektrisch angetriebene Wasserpumpe 60, ein Heizungswärmetauscher 62, ein Kühler 63 und Ventile 64, 66 und 68, die alle über Wasserleitungen verbunden sind.

Die Funktion des Kühlsystems ist folgende:
Bei angenommen, daß nach dem Anlassen nur die Maschineneinheit 2 in Betrieb ist. Die Ventile 64 und 66 befinden sich dann in einer Stellung, derart, daß von der Wasserpumpe 60 durch die Maschineneinheit 2 gepumptes Wasser unter Umgehung der Maschineneinheit 4 direkt in den Wärmetauscher 62 und von dort durch das Ventil 68 zurück in die Wasserpumpe gelangt. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Wassertemperatur steuern die Ventile 64 und 66 um, so daß das aus der Maschineneinheit 2 gelangende Kühlwasser durch die Maschineneinheit 4 hindurch in den Wärmetauscher 62 gelangt und somit nicht nur den Innenraum des Fahrzeugs, sondern auch den Zylinderkopf der Maschineneinheit 4 aufheizt. Steigt die Wassertemperatur weiter an, steuert das Ventil 68 um, so daß das Wasser nach Durchströmen des Heizungswärmetauschers 62 durch den Kühler 63 gelangt. Die Ventile 64, 66 und 68 können Thermostatventile sein oder aktiv von Temperatursensoren her angesteuert werden. Die Ventile 64 und 66, die Verbindungsleitung zwischen ihnen und die die Ma­ schineneinheit 4 umgehende Leitung von dem Ventil 66 zum Heizungswärmetauscher 62 können in einer vereinfachten Ausführungsform des Kühlsystems fehlen. Mit Vorteil er­ folgt die Steuerung derart, daß bei Schwachlast bzw. wenn jede Maschineneinheit im Teillastbetrieb läuft, mit höherer Kühlwassertemperatur gearbeitet wird als bei Vollast.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verbindungskupplung 18.

Von der auch bei schwacher Last laufenden Maschineneinheit 2 kommt die Welle 70, die in einem Keilprofil 72 endet. Von der anderen Maschineneinheit 4 kommt die Welle 74, die ebenfalls in einem Keilprofil 76 endet. Mit der Welle 70 drehfest verbunden ist eine Hülse 78, die eine an sich bekannte Reibungskupplung 80 trägt, deren Kupplungsscheibe 82 mittels eines Ausrückhebels 84 von einer mit der Welle 74 drehfest verbundenen Scheibe 86 trennbar ist. Zur Betätigung des Ausrückhebels 84 ist eine nicht dargestellte Betätigungseinheit vorgesehen, wie sie in üblichen automatisierten Reibungskupplungen eingesetzt wird und von dem Steuergerät 10 (Fig. 1) betätigbar ist). Mit den bisher ge­ schilderten Bauteilen ist mit Hilfe der Reibungskupplung 80 eine reibmäßige Verbindung zwischen den Wellen 70 und 74 möglich. Zur phasenrichtigen Kupplung der Wellen 70 und 74 miteinander ist innerhalb der Hülse 78 ein Schiebestück 88 vorgesehen, das in das Keilprofil 76 eingreift und von einer Feder 90 unter Zwischenanordnung eines nicht dargestellten Axiallagers normalerweise derart gemäß Fig. 6 nach links gedrückt wird, daß es sich vollständig im Bereich des Keilprofils 76 befindet. Wenn ein die Hülse 78 umschließender Ringmagnet 92 vom Steuergerät 10 (Fig. 1) hier aktiviert wird, wird das Schiebestück 88 gegen die Kraft der Feder 90 nach rechts bewegt und gerät in Eingriff mit dem Keilprofil 72 der Welle 70, so daß die beiden Wellen 70 und 74 starr miteinander gekuppelt sind. Die phasenrichtige Kupplung der beiden Wellen geschieht dadurch, daß das Schiebestück 88 vom Ringmagneten 92 dann bewegt wird, wenn das Steuergerät mit Hilfe der Winkelsensoren 14 und 16 die phasenrichtige Zuordnung und Synchronisation zwischen den Wellen 74 und 70 feststellt.

Es versteht sich, daß die beschriebene Konstruktion der Verbindungskupplung 18 in viel­ fältiger Weise abgeändert werden kann, indem beispielsweise das Schiebestück 88 ständig in Eingriff mit der Welle 70 ist oder ganz fehlt, indem die Reibungskupplung 80 entspre­ chend ausgelegt ist.

Eine phasenrichtige Kupplung der Kurbelwellen von zwei Maschineneinheiten kann auch derart erfolgen, daß durch besondere Ausbildung der Profile von Keilwellen die Kupplung nur in der richtigen Winkelstellung erfolgen kann. Dies ist möglich bei der Kupplung von zwei Zweizylinder-Boxermotoren, bei denen nur die Kurbelwellen phasenrichtig zueinander ausgerichtet werden müssen, nicht aber die Nockenwellen.

Die Erzeugung von Drall ist ein wirksames Mittel, um die Brenngeschwindigkeit und da­ mit den Wirkungsgrad insbesondere bei Teillast, zu vergrößern. Drallerzeugung über die Ausbildung von Drallkanälen ist im allgemeinen mit Füllungsverlusten verbunden, d. h. führt zu Einbußen an maximalem Drehmoment und maximaler Leistung. Bei den erfin­ dungsgemäß vorgesehenen Einzelzylindern mit großem Hubvolumen bzw. großer Bohrung (es sind Einzelzylindervolumina über 500 ccm denkbar) ist der Umfang des Brennraums gut zugänglich.

Fig. 7a zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Einzelzylinder mit zwei Einlaßventilen 36 und einem Auslaßventil 38. Zündkerzen 94 sind um jeweils 120° versetzt längs des Umfangs angeordnet. Durch zeitversetztes Zünden der Zündkerzen 94, beispielsweise zündet die Zündkerze unten rechts als erste, dann die Zündkerze oben rechts und dann die Zündkerze links, kann im Brennraum ein Drall erzeugt werden. Des weiteren kann durch diese zeitversetzte Zündung ein Drall ganz erheblich verstärkt werden, der beispielsweise dadurch bewirkt wird, daß das untere der Einlaßventile 36 kurz vor dem oberen Einlaß­ ventil 36 geöffnet wird. Bei Dieselmotoren können die Zündkerzen durch entsprechend angeordnete Einspritzdüsen ersetzt sein, die vorteilhafterweise leicht in Richtung des erwünschten Dralles geneigt sind. Die Einspritzdüsen werden bei einem Dieselmotor vorteilhafterweise zeitlich leicht versetzt betätigt, wobei über eine Einspritzdüse lediglich eine Voreinspritzung erfolgen kann und über die anderen Einspritzdüsen die Haupteinspritzung.

Fig. 7b zeigt einen Zylinder mit zwei Einlaßventilen 36, zwei Auslaßventilen 38 und ins­ gesamt fünf Zündkerzen 94, von denen eine mittig über den Brennraum angeordnet ist. Mit dieser Anordnung läßt sich durch gleichzeitiges Zünden aller Zündkerzen ein außer­ ordentlich rasches Durchbrennen des Brennraums bewirken. Es versteht sich, daß das zeitversetzte Zünden und/oder Einspritzen an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden kann, beispeilsweise bei Vollast gleichzeitig und bei Teillast zeitversetzt gezündet werden kann.

Bei herkömmlichen Motoren, insbesondere Reinenmotoren, treten mehr oder weniger große temperaturbedingte Verzüge der Zylinderlaufbuchsen auf. Bei dem erfindungsgemäßen Einzelzylinder treten solche Verzüge nur minimal auf, insbesondere wenn er gekühlt ist wie in Fig. 4 dargestellt. Eine solche verzugfreie Laufbuchse läßt eine Kolbenkonstruktion mit minimalem Spiel und lediglich zwei oder sogar nur einem Kolbenring zu. Die Konstruktion eines entsprechenden Kolbens ist in Fig. 8 beispielsweise dargestellt:
Der Kolben weist einen insgesamt scheibenförmogen Kolbenboden 96 auf, der einteilig mit einem Bolzenauge ausgebildet ist, in dem mittels einer Buchse das Pleuel gelagert ist. Der Kolbenboden wird von einem Kolbenhemd 98 umschlossen, das die Kolbenringe 100 hält und die Funktion hat, den Kolben längs der Laufbüchse zu führen und die bei einem Kolbenkippen wirkenden Kräfte aufzunehmen.

Der Kolbenboden 96 ist hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzt und hat die Auf­ gabe, die Verbrennungskräfte in das Pleuel einzuleiten. Das Kolbenhemd 98 dagegen hat hauptsächlich Führungs- und Dichtungsaufgaben. Entsprechend ist es zweckmäßig, beide Teile aus unterschiedlichem Materialien auszubilden, die den jeweiligen Anforderungen am besten gerecht werden.

Somit besteht der Kolbenboden 96 aus einem mechanisch hochfesten, thermisch ausreichend stabilen Material und ist ggfs. brennraumseitig hochtemperaturfest beschichtet. Das Kolbenhemd 98 ist vorteilhafterweise hinsichtlich seiner Wärmedehnung auf die Laufbüchse abgestimmt und besteht aus Material mit guten Gleiteigenschaften oder ist zumindest außenseitig entsprechend beschichtet.

Die Gesamtkonstruktion ist derart, daß vom Kolbenboden wenig Wärme in die äußere Ringzone eingeleitet wird, wodurch ein Kolbenring entfallen kann. Außerdem sollen der oder die verbleibenden Kolbenringe möglichst nah am Brennraum angeordnet sein. In an sich bekannter Weise wird der Kolbenboden 96 erforderlichenfalls von unten her durch Anspritzen mit Öl gekühlt (nicht dargestellt).

Die Befestigung des Kolbenhemdes 98 am Kolbenboden 96 kann beisüielsweise durch Verschweißen längs des Umfangs des Kolbenbodens erfolgen. Am Kolbenboden 96 und am Kolbenhemd 98 können Ringansätze 102 und 104 ausgebildet sein, die ebenfalls mit­ einander verschweißt sein können. Alternativ ist es möglich, die Ringansätze derart auszuführen, daß sich der Ringansatz 104 beim Aufpressen des Kolbenhemdes hinter dem Ringansatz 102 verklemmt, sodaß über die Ringansätze und den Eingriff zwischen Kolbenboden und einem Bund am Kolbenhemd ein formschlüssiger Eingriff gewährleistet ist. In einer abgeänderten Ausführungsform können die Ringansätze miteinander verschraubt oder lediglich verpreßt sein. Wegen der geringen, in diesem Bereich herrschenden Temperaturen können die Ringansätze auch miteinander verklebt werden.

Insgesamt wird wegen der mit der beschriebenen konstruktion bestehenden Waflfreiheit bezüglich der einsetzbaren Materialien ein flach bauender, gewichtsgünstiger Kolben erhalten, der ein geringes Spaltmaß zwischen Kolbenhemd 98 und Zylinderinnenwand bzw. Laufbüchse, beispielsweise nur 0,1 mm, ermöglicht. Dadurch kann ein Kompressionsring als Kolbenring vollständig entfallen.

Die Konstruktion des Kurbelgehäuses der Maschineneinheiten 2 und 4 gemäß Fig. 3 er­ möglicht die Integration einer Aufladung der Maschineneinheiten mit Hilfe des bei der gegenläufigen Bewegung der Kolben im Kurbelgehäuse auftretenden Druckstoßes. Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer solchen integrierten Aufladung:
Die Kolben 28 machen im Laufe einer Umdrehung der Kurbelwelle eine gegenseitige Be­ wegung aufeinander zu, was zu einem Druckstoß im Inneren des Kurbelgehäuses 206 führt. Zum insgesamt mit 108 bezeichneten Saugrohr hin sind im Kurbelgehäuse Ölab­ scheider 110 mit gegeneinander versetzten Öffnungen sowie ein Flammschutzgitter 112 bzw. einer Membrane angeordnet.

Im Falle der Ausbildung der Maschineneinheiten als Ottomotor ist zusätzlich ein Dreh­ schieber 114 vorgesehen, mit dem sich die Verbindung zwischen Kurbelgehäuse und Saugrohr 108 vollständig verschließen läßt, sowie ein bei Überdruck im Kurbelgehäuse öffnendes Überdruckventil 116.

Zwischen einem im Einlaß des Saugrohrs angeordneten Luftfilter 118 und dem Inneren des Saugrohrs ist ein Rückschlagventil 120 angeordnet, das vorteilhafterweise einfach als Rückschlagklappe ausgebildet ist.

Vom Saugrohr 108 gehen Einzelsaugrohre 122 zu den Zylindern ab.

An den Lagern der Kurbelwelle 24 ist eine Ölabsaugung 124 vorgesehen, die gewährleis­ tet, daß kein Öl aus dem Kurbelgehäuse nach außen gelangt. Eine vorgeschaltete Labyrinthabdichtung verhindert eine zu hohe Druckbeaufschlaging der Wellendichtringe (nicht im einzelnen dargestellt).

Die Funktion der Kurbelgehäuseaufladung ist an sich bekannt:
Bei der Auseinanderbewegung der Kolben 28 vergrößert sich der Rauminhalt des Kurbel­ gehäuses 106, so daß durch das offene Rückschlagventil 120 hindurch Frischluft angesaugt wird, die bei der gegenseitigen Annäherung der Kolben 28 in die Einzelsaugrohre 122 gedrückt wird und die Füllung der Zylinder vergrößert.

Bei einem Dieselmotor ist diese Füllungsvergrößerung auch bei Teillast tendenziell von Vorteil, während sei bei einem mit Drosselklappe ausgebildeten Ottomotor nachteilig ist. Bei einem Ottomotor wird daher der Drehschieber 114 betätigt, so daß das Kurbelgehäuse 106 geschlossen ist, wenn an sich Luft angesaugt würde. Erst wenn Aufladung erwünscht ist, bleibt der Drehschieber 114 offen. Damit bei geschlossenem Drehschieber 114 die Dichtringe der Kurbelwelle nicht übermäßig belastet werden, ist das Überdruckventil 116 vorgesehen.

Fig. 10 zeigt eine gegenüber Fig. 9 modifizierte Ausführungsform in der Aufladung. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ist das Kurbelgehäuse 106 vom Saugrohr 108 (mit Ausnahme des Weges durch das Überdruckventil 116) vollständig getrennt. Die Trennung erfolgt dadurch, daß innerhalb einer in der Verbindung zwischen Kurbelgehäuse 106 und Saugrohr 108 angeordneten Laufbüchse 126 ein großflächiger Trennkolben 128 gegen beidseitig angeordnete Federn 130 beweglich ist. Vorteilhafterweise weist der Trennkolben 128 einen Ölabstreifring 132 auf.

Bei sich auseinanderbewegenden Kolben 28 bewegt sich der Trennkolben 128 infolge des Unterdrucks im Kurbelgehäuse 106 nach unten und saugt Frischluft durch das Luftfilter 118 hindurch an. Wenn sich die Kolben 28 aufeinanderzubewegen, bewegt sich der Trennkolben 128 aufwärts und drückt die angesaugte Frischluft in die Einzelsaugrohre 122.

Bei einem Ottomotor ist ein Stellglied 132 vorgesehen, mit Hilfe dessen der Trennkolben 128 bei Teillast oder in Betriebsbereichen, in denen keine Aufladung erwünscht ist, arre­ tierbar ist.

Claims (11)

1. Kolbenbrennkraftmaschine enthaltend
wenigstens zwei Maschineneinheiten (2, 4) mit eigenen Kurbelwellen,
eine Verbindungskupplung (18), mittels der die Kurbelwellen phasenrichtig kuppelbar sind,
ein Steuergerät (10), dessen Eingang mit einem Lastforderungsglied (12) verbunden ist und dessen Ausgänge die Maschineneinheiten derart steuern, daß bei geringer Lastanforderung nur eine Maschineneinheit (2) in Betrieb ist und beide Maschi­ neneinheiten (2, 4) in Betrieb sind, wenn die Lastanforderung eine vorbestimmte Größe übersteigt, und einem durch beide Maschineneinheiten (2, 4), einen Heizungswärmetau­ scher (62) und einen Kühler (63) führenden Kühlwasserkreislauf, der von einer Wasser­ pumpe (60) angetrieben ist und Ventile (64, 66, 68) derart aufweist, daß er bei niedriger Kühlwassertemperatur durch die bei Schwachlast laufende Maschineneinheit (2), bei zunehmender Kühlwassertemperatur zusätzlich durch eine weitere Maschineneinheit (4) führt und bei weiter zunehmender Kühlwassertemperatur zusätzlich durch einen Kühler (63) führt,
dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Kühlwasserkreislauf vorgesehenen Ventile (64, 66, 68) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß das Kühlwasser bei niedriger Kühlwassertemperatur durch die bei Schwachlast laufende Maschineneinheit (2) und den Heizungswärmetauscher (62) strömt und bei zunehmender Kühlwassertemperatur von der bei Schwachlast laufenden Maschineneinheit (2) durch die weitere Maschinen­ einheit (4) hindurch zum Heizungswärmetauscher (62) strömt.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die bei Schwachlast laufende Maschineneinheit (2) einen im Bereich ihres Zylinderkopfes (40) ausgebildeten Kühlwasserhohlraum (42) aufweist, der mit einem Ringraum (46) verbunden ist, der den oberen Endbereich der Zylinderwand (48) umschließt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwand (48) unterhalb des Ringraums (46) von Ölkanälen (54) umschlossen ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Maschineneinheiten eine Kurbelwelle (24) mit drei nebeneinander angeordne­ ten, jeweils um 180° versetzten Kurbeln (25a, 25b, 25c) aufweist, wobei ein Kolben (28) über ein Pleuel (26) mit der mittleren Kurbel (25b) verbunden ist und ein weiterer Kolben (28) über ein gegabeltes Pleuel (32) mit den beiden anderen Kurbeln (25a, 25c) verbunden ist, so daß sich die Kolben (28) innerhalb gleichachsig angeordneter Zylinder gegenläufig zueinander bewegen.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den Kolben (28) befindliche Volumen des Kurbelgehäuses (106) über ein Rück­ schlagventil (120) mit der Frischluftansaugung (118) verbunden ist und zur Kompression der den Zylindern zugeführten Frischladung benutzt wird.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kurbelgehäuse (106) und dem Saugrohr (108) ein innerhalb einer Buchse (126) hin und her beweglicher Trennkolben (128) vorgesehen ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beweg­ barkeit des Trennkolbens (128) mittels eines Stellgliedes (132) sperrbar ist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verbindungskupplung (18) ein drehfest mit einer der Kurbelwellen (74) verbundenes, bewegliches Verbindungsbauteil (88) enthält, das bei phasenrichtiger Stellung der beiden Kurbelwellen (70, 74) in eine Stellung bewegbar ist, in der es eine drehfeste Verbindung zwischen beiden Kurbelwellen herstellt.

9. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kurbelwellen der Maschineneinheiten (2, 4) axial zueinander ausgerichtet sind und über eine Verbindungswelle (22) und die Verbindungskupplung (18) miteinander kuppelbar sind und daß die Verbindungswelle durch eine Hohlwelle (20) eines zwischen den Maschineneinheiten (2, 4) angeordneten Getriebes (6) hindurchführt.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Kolben (28) einen an den Brennraum angrenzenden Kolbenboden (96) auf­ weist, an dem das Pleuel gelagert ist und dessen Umfang von einem aus anderem Material als der Kolbenboden bestehenden Kolbenhemd (98) umschlossen ist, das wenigstens einen Kolbenring (100) trägt.

11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß längs des Umfangs eines Zylinders mehrere Einspritzdüsen und mehrere Zündker­ zen (94) angeordnet sind, die selektiv ansteuerbar sind.