DE19839231A1 - Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, Vorrichtung zur Leistungssteuerung eines Antriebssystems und Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Ein Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, enthaltend wenigstens zwei Verbrennungsmotoren (22, 26), die über je eine Kupplung (20, 24) mit einer Antriebswelle (10) kuppelbar sind, und ein Steuergerät (42), das den Betrieb der Verbrennungsmotoren (22, 26, 30, 34) und den Verbrennungsmotoren zugeordnete Kupplungen (20, 24, 28, 32) in Abhängigkeit zumindest von der Stellung eines Leistungsstellorgans (44) derart steuert, daß bei geringer Betätigung des Leistungsstellorgans nur einer der über seine Kupplung unmittelbar mit dem Getriebe kuppelbaren Verbrennungsmotoren in Betrieb ist und bei starker Betätigung des Leistungsstellorgans alle Verbrennungsmotoren in Betrieb sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Erfin­ dung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Leistungssteuerung eines Antriebssystems. Zu­ sätzlich betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Antriebs­ system.

Eine Eigenart von Hubkolbenverbrennungsmotoren liegt darin, daß ihr spezifischer Ver­ brauch, d. h. der auf die abgegebene Arbeit bezogene Verbrauch, in einem bestimmten Be­ triebsbereich ein Minimum hat und außerhalb dieses Betriebsbereichs mehr oder weniger stark ansteigt. Der Bereich minimalen Verbrauches liegt meistens bei einer Drehzahl deut­ lich unterhalb der Höchstdrehzahl und einem ungedrosselten Betrieb, d. h. einer Zylinder­ füllung, bei der der Motor ungedrosselt ansaugt und die Füllung weitgehend verbrannt wird. Hubraumstarke Motoren, deren Vorteil darin liegt, daß auch bei niedriger Drehzahl ein hohes Drehmoment unmittelbar verfügbar ist, haben den Nachteil, daß sie meistens in einem Bereich laufen, in dem sie stark gedrosselt sind bzw. mit geringem Mitteldruck ar­ beiten und dadurch einen hohen spezifischen Verbrauch aufweisen. Dies ist einer der Gründe dafür, daß der Stadtverbrauch im allgemeinen mit steigendem Hubraum ansteigt.

Ein immer wieder versuchter Ansatz zur Verbrauchssenkung von mehrzylindrigen Hubkol­ benverbrennungsmotoren liegt in der sogenannten Zylinderabschaltung, bei der einzelne Zylinder dadurch abgeschaltet werden, daß sie nicht mehr mit Kraftstoff beschickt werden. Die Wirksamkeit dieser Maßnahme zur Verbrauchssenkung ist beschränkt, da die Kolben auch bei abgeschalteten Zylindern mitlaufen, wodurch Pump- und Reibungsverluste entste­ hen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem, inbesondere für Kraftfahr­ zeuge, zu schaffen, das gegenüber herkömmlichen verbrennungsmotorischen Antriebssyste­ men einen geringeren Verbrauch aufweist. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung zur Leistungssteuerung eines Antriebssystems und einen Ver­ brennungsmotor, insbesondere für ein Antriebssystem zu schaffen.

Der auf das Antriebssystem gerichtete Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkma­ len des Hauptanspruchs gelöst.

Erfindungsgemäß weist das Antriebssystem mehrere Verbrennungsmotoren auf, von denen jeweils nur so viele in Betrieb sind, wie für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs benötigt wer­ den. Die nicht benötigten Verbrennungsmotoren werden vollständig abgeschaltet und haben somit keinerlei Reibungs- oder Drosselverluste. Der oder die für den Vortrieb benötigten Verbrennungsmotoren laufen mit verhältnismäßig hohem Mitteldruck und damit in einem verbrauchsgünstigen Bereich.

Die Unteransprüche 2 bis 12 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Antriebssystems gerichtet.

Die Ansprüche 13 bis 15 kennzeichnen Lösungen des auf die Leistungssteuerungsvorrich­ tung gerichteten Teils der Erfindungsaufgabe, wobei der Anspruch 13 die Leistungssteu­ erung von mit einem zentralen Drosselorgan gesteuerten Antriebssystemen betrifft. Der Anspruch 14 betrifft die Leistungssteuerung beispielsweise von drosselklappenlosen Otto­ motoren, die mit vorbestimmten Luft-Kraftstoffverhältnissen betrieben werden, und der Anspruch 15 betrifft die Leistungssteuerung beispielsweise von Dieselmotoren.

Die Ansprüche 16 bis 18 kennzeichnen Verbrennungsmotoren, die insbesondere für ein Antriebssystem mit mehreren Verbrennungsmotoren vorteilhaft sind.

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

Es stellen dar:

Fig. 1 ein Schema einer ersten Ausfürungsform eines Antriebssystems mit Steuergerät,

Fig. 2 ein Schema einer zweiten Ausführungsform eines Antriebssystems,

Fig. 3 ein Schema eines Zweizylindermotors mit Doppelkurbeltrieb,

Fig. 4 ein weiteres Schema eines Zweizylindermotors mit Doppelkurbeltrieb,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Doppelkurbeltrieb der Fig. 3 längs der Linie V-V,

Fig. 6 einen Schnitt durch den Doppelkurbeltrieb der Fig. 4, längs der Linie VI-VI und

Fig. 7 bis 9 schematische Darstellungen zur Erläuterung verschiedener Vorrichtungen zur Leistungssteuerung eines Antriebssystems.

Gemäß Fig. 1 weist ein Kraftfahrzeug ein Getriebe 11 auf, das als Schalt- oder Automatik­ getriebe ausgebildet sein kann. Eine Ausgangswelle des Getriebes treibt über ein Differen­ tial 12 die Räder 14 wenigstens einer Achse an. Die Eingangswelle bzw. Antriebswelle 10 des Getriebes 11 ist über eine Kupplung 16 mit einem Verzweigungstrieb 18 verbunden, der über eine Kupplung 20 mit einem Verbrennungsmotor 22 und über eine weitere Kupp­ lung 24 mit einem weiteren Verbrennungsmotor 26 kuppelbar ist. Der Verbrennungsmotor 22 ist über eine Kupplung 28 mit einem Verbrennungsmotor 30 kuppelbar. Der Verbren­ nungsmotor 26 ist über eine Kupplung 32 mit einem Verbrennungsmotor 34 kuppelbar.

Die Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 und 34 sind auf einer gemeinsamen Tragstruktur 36 angeordnet, die an der Fahrzeugstruktur befestigt ist und bilden eine modulartige Anord­ nung.

Zusätzlich ist ein Elektromotor 38 vorgesehen, der über eine Kupplung 40 unmittelbar mit dem Getriebe 11 kuppelbar ist.

Zur Steuerung der gesamten Anordnung ist ein mit einem Rechner, Programm- und Daten­ speicher versehenes, elektronisches Steuergerät 42 vorgesehen, das mit den Kupplungen, den Verbrennungsmotoren, dem Elektromotor und einem Fahrpedal 44 verbunden ist. Der Übersichtlichkeit halber sind nur die Verbindungen zwischen dem Steuergerät 42 und den Verbrennungsmotoren eingezeichnet. Weitere Eingänge des Steuergerätes 42 sind beispiels­ weise mit einem Sensor zur Erkennung der Schaltstellung des Getriebes 11, einem Sensor zur Erfassung der Getriebeausgangsdrehzahl usw. verbunden.

Für die nachfolgende beispielhafte Erläuterung des Betriebs des Antriebssystems gemäß Fig. 1 sei angenommen, daß die Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 und 34 alle den gleichen Hubraum von beispielsweise 500 cm³ haben, so daß sie, wenn sie alle in Betrieb sind, mit einem 21-Verbrennungsmotor vergleichbar sind, wie er beispielsweise zum Antrieb eines Mittelklasse-PKW eingesetzt wird.

Es sei zunächst weiter angenommen, daß alle Verbrennungsmotoren mit einem eigenen Anlasser als autarke Motoren ausgebildet sind, die lediglich an ein gemeinsames Kraftstoff­ versorgungssystem angeschlossen sind. Es können also alle Verbrennungsmotoren über ihre Anlasser gleichzeitig angelassen werden.

Beim Inbetriebsetzen des Fahrzeugs mit einem Zündanlaßschalter werden beispielsweise nur die beiden inneren Motoren 22 und 26 angelassen, wobei zunächst alle Kupplungen of­ fen sind. Wird dann losgefahren, so werden die Kupplungen 20 und 24 vom Steuergerät 42, wie bei automatisierten Kupplungen an sich bekannt, geschlossen und elektronische Drosselklappen oder Leistungsstellorgane der Verbrennungsmotoren 22 und 26 entspre­ chend der Betätigung des Fahrpedals 44 betätigt.

Stellt sich nun heraus, daß der über das Fahrpedal 44 eingegebene Leistungswunsch so ge­ ring ist, daß die Leistung der Verbrennungsmotoren 22 und 26 nicht ausgeschöpft wird, so schaltet das Steuergerät 42 einen der Verbrennungsmotoren 22 oder 26 ab und öffnet die zugehörige Kupplung, so daß der weitere Betrieb nur mit einem einzigen Verbrennungsmo­ tor erfolgt, der entsprechend höher belastet wird und mit einem niedrigeren spezifischen Verbrauch läuft.

Übersteigt auch das Leistungsvermögen des einzigen in Betrieb verbliebenen Verbren­ nungsmotors den über das Fahrpedal 44 eingegebenen Leistungswunsch, so wird auch die­ ser Verbrennungsmotor durch Öffnen der Kupplung 24 abgestellt und erfolgt der weitere Vortrieb durch Ansteuerung des leistungsschwachen Elektromotors 38 über das Steuergerät 42 mittels Schließens der Kupplung 40 und Öffnen der Kupplung 16. Stopp- und Go-Ver­ kehr, in dem kaum Vortriebsleistung erforderlich ist, kann auf diese Weise mit einem leistungsschwachen Elektromotor abgasfrei bewältigt werden.

Reicht das Leistungsvermögen des Elektromotors 38 nicht aus, so wird je nach Leistungs­ wunsch einer oder werden mehrere der Verbrennungsmotoren zugeschaltet und der Elek­ tromotor 38 über die Kupplung 40 wiederum abgetrennt. Falls der Elektromotor 38 als Elektromotor/Generator ausgebildet ist, bleibt die Kupplung 40 geschlossen und wird der Elektromotor/Generator zum Nachladen der Batterien verwendet, wobei der Ladebetrieb vorteilhafterweise derart gesteuert wird, daß das Nachladen vorwiegend erfolgt, wenn der oder die in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotoren mit nur geringer Leistung läuft oder laufen. Ist der über das Fahrpedal 44 eingegebene Leistungswunsch sehr hoch, so werden alle Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 und 34 unter Schließen der jeweiligen Kupplungen zugeschaltet, so daß das maximale Leistungsvermögen des Antriebssystems zur Verfügung steht. Bei voll durchgetretenem Fahrpedal kann zusätzlich der Elektromotor 38 für den Vortrieb genutzt werden.

Mit dem geschilderten Antriebssystem läßt sich der Hubraum zwischen 500 cm³ und 2000 cm³ in 500 cm³-Stufen variieren, so daß jeweils der Hubraum aktiviert werden kann, der für einen verbrauchsgünstigen Betrieb erforderlich ist.

Es versteht sich, daß das beschriebene System in vielfältiger Weise abgeändert werden kann:
Beispielsweise kann der Elektromotor 38 die Funktion eines Anlassers übernehmen, wenn eine weitere Kupplung unmittelbar vor dem Getriebe 11 vorgesehen ist, so daß das Dreh­ moment des Anlassers 38 auf die Verbrennungsmotoren geleitet werden kann und alle Ver­ brennungsmotoren gleichzeitig angelassen werden. Die Kupplung 40 kann fehlen, wenn der Elektromotor 38 als Elektromotor/Generator ausgebildet ist, da der Elektromotor/Genera­ tor dann ständig mitläuft. Die Kupplung 16 kann fehlen, wenn nicht an rein elektromotori­ schen Vortrieb gedacht ist.

Die Kupplungen 20, 24, 28 und 32 werden vorteilhafterweise derart vom Steuergerät 42 angesteuert, daß in ihrem voll geschlossenen Zustand die Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 und 34 in einer Phasenbeziehung laufen, bei der eine gleichmäßige Zünd-/Arbeitstaktfolge gegeben ist, so daß ein möglichst komfortabler Betrieb erzielt wird.

Wenn nicht alle Verbrennungsmotoren mit eigenen Anlassern versehen sind, kann das An­ lassen eines zuzuschaltenden Verbrennungsmotors dadurch erfolgen, daß der zuzuschalten­ de Verbrennungsmotor durch Schließen der zugehörigen Kupplung mitgenommen wird.

Ein infolge der Mitnahme auftretender Bremsdruck kann durch Beaufschlagen des Elektro­ motors 38 mit einem entsprechenden Zusatzstrom kompensiert werden. Das Anlassen von Verbrennungsmotoren mit Hilfe anderer, bereits laufende Verbrennungsmotoren entlastet das Bordnetz und gestattet dadurch Kosten- und Gewichtseinsparungen.

Zwischen dem Getriebe 11 und dem Differential 12 kann ein nicht dargestellter Freilauf angeordnet werden, so daß das Antriebssystem bei schiebendem Fahrzeug mit Leerlauf­ drehzahl laufen kann oder ganz abgeschaltet werden kann. Die Kupplungen 62 oder 16 können ebenfalls wie Freiläufe betrieben werden, wobei, wenn im Schubbetrieb die Kupp­ lung 16 geöffnet wird, die Elektromotor-/Generatoreinheit weiterhin zum Laden der Batte­ rie verwendet werden kann.

Die Verbrennungsmotoren müssen nicht zwangsläufig alle den gleichen Hubraum haben. Wenn beispielsweise der Verbrennungsmotor 22 einen Hubraum von lediglich 250 cm³ hat, und die anderen Verbrennungsmotoren einen Hubraum von 500 cm³ aufweisen, kann das Antriebssystem mit folgender Hubraumstaffelung in Betrieb gesetzt werden:
250 cm³ (Motor 22),
500 cm³ (Motor 26),
750 cm³ (Motoren 22 und 26),
1000 cm³ (Motoren 26 und 34),
1250 cm³ (Motoren 26, 34 und 22)
1750 cm³ (alle Motoren).

Fig. 2 zeigt eine Anordnung der Verbrennungsmotoren, die sich von der der Fig. 1 vor al­ lem dadurch unterscheidet, daß jeder der Verbrennungsmotoren unmittelbar mit dem Ge­ triebe verbunden bzw. unabhängig von den anderen Verbrennungsmotoren für den Vortrieb verwendet werden kann. Dazu sind zwei Verzweigungstriebe 18 vorgesehen, auf die je­ weils zwei Motoren wirken. Die Verzweigungstriebe 18 können durch einfache Kegelver­ zahnungen gebildet sein, wobei mit einem im zentralen Antriebsstrang befindlichen Kegel­ rad 50 jeweils zwei Kegelräder 52 und 54 kämmen, die jeweils mit einem der Verbren­ nungsmotoren kuppelbar sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sitzt im zentralen Antriebsstrang eine Elektromo­ tor/Generatoreinheit 60, die über die Kupplung 62 mit dem Getriebe 11 und über die Kupplung 16 mit dem Verzweigungstrieb 18 kuppelbar ist.

Die Verbrennungsmotoren 22, 26, 30, 34 haben beispielsweise Hubräume von 200 cm³, 400 cm³, 800 cm³ und 1600 cm³. Durch geeignetes Inbetriebsetzen läßt sich der Hubraum dieses Systems, bei dem die Hubräume der einzelnen Motoren jeweils verdoppelt sind, in gleichmäßigen Stufen von je 200 cm³ zwischen 200 cm³ und 3000 cm³ variieren. Damit ist ein besonders verbrauchsgünstiger Betrieb des Gesamtsystems möglich. Der Elektromotor/­ Generator 60 ist vorteilhafterweise derart ausgelegt, daß seine Nennleistung maximal bei der Hälfte der Leistung liegt, bei der der Schwächste der Verbrennungsmotor 26 in seinem Verbrauchsminimum läuft.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 lassen sich alle Verbrennungsmotoren durch geeignete Betätigung der Kupplungen einzeln oder gemeinsam mittels des Elektromotors/Generators 60 starten.

Es versteht sich, daß unterschiedlichste Ausbildungen des Antriebssystems mit mehr oder weniger Verbrennungsmotoren als dargestellt, unterschiedlichen Hubräumen usw. möglich sind. Die Elektromotor-/Generatoreinheit muß nicht im Antriebsstrang angeordnet sein. Sie kann beispielsweise durch einen ebenfalls über eine Kupplung zuschaltbaren Elektromotor und einer herkömmlichen, vorteilhafterweise an dem schwächsten, weil meistens laufenden Verbrennungsmotor 26 angeordneten Generator ersetzt sein.

In der Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet ist eine weitere Kupplung 64, mit der der Verbren­ nungsmotor 26 mit Hilfsaggregaten 66, wie Generator, Klimapumpe usw. verbindbar ist. Der Verbrennungsmotor 26 kann beispielsweise über eine Fernsteuerung angelassen wer­ den, so daß das Fahrzeug vor dem Wegfahren in einen komfortablen Zustand konditionier­ bar ist. Es versteht sich, daß auch einer der äußeren Motoren 30 oder 34 der Fig. 1 über eine weitere Kupplung ständig oder bei Bedarf zum Antrieb von Hilfsaggregaten einsetzbar ist.

Der geschilderte modulare Aufbau des Antriebssystems führt dazu, daß die einzelnen Ver­ brennungsmotoren in großen Stückzahlen und damit kostengünstig herstellbar sind, und auf der gemeinsamen Tragstruktur 36 integrierbar sind. Außerdem verfügt das System über ausgezeichnete Notlaufeigenschaften im Fall des Ausfalls einzelner Verbrennungsmotoren.

Mit Vorteil sind die einzelnen Verbrennungsmotoren als Einzylindermotoren oder maximal als Zweizylindermotoren ausgebildet. Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines für die Verbrennungsmotoren einsetzbaren Kurbeltriebs.

Gemäß Fig. 3 weist ein Verbrennungsmotor zwei gegenläufig mit gleicher Drehzahl dre­ hende Kurbelwellen bzw. Kurbelscheiben 70, 72 auf, wobei die Kurbelwellen über nicht dargestellte Verzahnungen in gegenseitigem Zahneingriff sind. Der Abtrieb nach außen er­ folgt über eine oder beide Kurbelwellen 70, 72.

In zwei Zylindern 74 und 76 arbeitet je ein Kolben 78 und 80, wobei jeder Kolben über ein Pleuel 82 mit jeder der Kurbelwellen 70 und 72 verbunden ist. Die Kolben sind auf diese Weise durch die Pleuel bzw. die Kurbelwellen linear geführt und bewegen sich in­ nerhalb der Zylinder 74 und 76 seitenkraftfrei. Der geschilderte Doppelkurbeltrieb erlaubt die Verwendung außerordentlich leichter Pleuel und Kolben, was zu einer Verringerung von Massenkräften führt. Die Seitenkraftfreiheit vermindert zusätzlich die auftretenden Mo­ mente. Auch mit nur einem Zylinder läuft ein Verbrennungsmotor mit einem solchen Doppelkurbeltrieb außerordentlich vibrationsarm. Die Gemischbildung, Ladungswechsel­ steuerung usw. erfolgt wie an sich bekannt und wird daher nicht beschrieben. Die Zylinder 74 und 76 sind vorteilhafterweise axial zueinander anspricht.

Fig. 4 zeigt eine gegenüber Fig. 3 abgeänderte Ausführungsform eines Zweizylindermotors mit Doppelkurbeltrieb. Der Unterschied besteht darin, daß bei der Ausführungsform ge­ mäß Fig. 4 die Pleuel 82 für den gemäß der Figur rechten Kolben 78 gegenüber den Pleueln 84 für den linken Kolben 80 um 180° versetzt an den Kurbelwellen 70 und 72 an­ gebracht sind. Während sich die Kolben bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 gleichsin­ nig bewegen, was zu einem gegenphasigen Betrieb der Arbeitszylinder 74 und 76 führt, bewegen sich die Kolben 78 und 80 bei dem Verbrennungsmotor gemäß Fig. 4 gegensin­ nig, was zu einem vollständigen Massenausgleich führt. Bei Betrieb der Kolbenzylinderein­ heit 74, 78 bzw. 76, 80 können die Arbeitstakte der beiden Kolbenzylindereinheiten jedoch um 360° Kurbelwinkel phasenverschoben werden, so daß eine gleichmäßige Arbeitstaktfol­ ge erreicht wird. Mit Vorteil ist insbesondere bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Abstand zwischen den Anlenkpunkten der Pleuel an den Kolben der gleiche wie der Ab­ stand zwischen den Achsen der Kurbelwellen bzw. Kurbelscheiben. Ein geringfügig ande­ rer Verlauf des Verdichtungshubs und entsprechend des Verbrennungshubs zwischen dem linken Kolben und dem rechten Kolben, wenn die Pleuel 82 bzw. 84 gleichachsig an den Kolben angelenkt sind, hat jedoch keinen wesentlichen Einfluß auf den außerordentlich komfortablen und schwingungsarmen Lauf insbesondere des Verbrennungsmotors gemäß Fig. 4.

Die Kurbeltriebe sind in Fig. 3 und 4 nur schematisch dargestellt. Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Kurbeltrieb der Fig. 3 in der Ebene V-V; Fig. 6 zeigt eine Schnitt durch den Kurbeltrieb der Fig. 4, geschnitten längs der Linie VI-VI.

Die Kurbelwellen 70 und 72 sind jeweils durch ein Scheibenpaar 85 und 86 gebildet, des­ sen Scheiben über Bolzen 87 und 88 drehfest miteinander verbunden sind, wobei jedes Scheibenpaar über axial außerhalb vorgesehene Wellenzapfen 89 und 90 gehäusefest gela­ gert ist. Die gemäß Fig. 5 unteren Scheiben jedes Scheibenpaars sind mit Außenverzahnun­ gen 91 versehen und kämmen miteinander, wodurch die gegensinnige Drehung mit glei­ cher Drehzahl gewährleistet ist. Der oder die Wellenzapfen 90 sind durch das Gehäuse hin­ durch nach außen verlängert und bilden eine Antriebswelle. Die Bolzen 87 und 88 dienen zur Lagerung der Pleuel 82 (in Fig. 5 nicht sichtbar).

Der Kurbeltrieb gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von dem der Fig. 5 dadurch, daß die Scheibenpaare 85 und 86 mittels axial zwischen ihnen angeordneten Wellen 89a und 90a gehäusefest gelagert sind, wobei die Wellen 89a und 90a gleichzeitig zur drehfesten Ver­ bindung der Scheiben jedes Scheibenpaares 85 und 86 dienen.

An jedem Scheibenpaar 85 und 86 sind jeweils an einer Scheibe ein Wellenzapfen 87a, 87b und 88a, 88b ausgebildet, wobei die Wellenzapfen 87a, 87b bezüglich der Kurbelwelle 70 um 180° versetzt sind und die Wellenzapfen 88a und 88b bezüglich der Kurbelwelle 72 um 180° versetzt sind. Durch Anlenken der Pleuel 84 der Fig. 4 an den Zapfen 87b und 88b sowie der Pleuel 82 an den Zapfen 87a und 88a läßt sich somit der Doppelkurbeltrieb ge­ mäß Fig. 4 realisieren. Der Abtrieb nach außen erfolgt bei der Anordnung gemäß Fig. 6 über eine weitere, mit einer der Scheiben in Verzahnungseingriff befindlicher Scheibe 85a, die an einer Welle 85b gehäusefest gelagert ist, wobei sich die mit der Scheibe 85a dreh­ fest verbundene Welle 85b als Abtriebswelle nach außerhalb des Gehäuses erstreckt.

Es versteht sich, daß die beiden Doppelkurbeltriebe gemäß Fig. 5 und 6 nur beispielhaft dargestellt sind und vielfältige Abwandlungen möglich sind.

Mit Vorteil ist der leistungsschwächste Motor des Antriebssystems als Zweizylindermotor beispielsweise gemäß Fig. 4 ausgebildet, damit auch bei Betrieb des Antriebssystems mit nur einem Motor komfortable Laufeigenschaften sichergestellt sind.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist nicht auf Kraftfahrzeuge be­ schränkt; es kann auch für Kraftwerke, Pumpen, Schiffe usw. eingesetzt werden, d. h. ins­ besondere überall dort, wo nicht ständig die Maximalleistung des Antriebssystems erforder­ lich ist. Die einzelnen Verbrennungsmotoren können in unterschiedlicher Weise angeordnet sein, beispielsweise sternförmig.

Das beschriebene Antriebssystem kann durch Abgasturbo- oder Fremdaufladung in vielfäl­ tiger Weise erweitert werden.

Fig. 7 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform zur Leistungssteuerung des Antriebs­ systems, wobei die Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 und 34 Ottomotoren sind, deren Leistung durch Drosselung gesteuert wird.

Gemäß Fig. 7 sind die Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 und 34 an ein gemeinsames An­ saugsystem 90 angeschlossen, das ein allen Verbrennungsmotoren gemeinsames Saugrohr 92 aufweist, das über ein Verzweigungsrohr in Einzelsaugrohre 94 übergeht, die zu den einzelnen Verbrennungsmotoren führen. In dem gemeinsamen Saugrohr 92 ist eine Dros­ selklappe 96 angeordnet, die von einem Stellmotor 98 angetrieben wird, der von dem Steuergerät 42 angesteuert wird. Das Gas- bzw. Fahrpedal 44 ist mit dem Steuergerät 42 verbunden.

Jeder der Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 und 34 verfügt über ein Einspritzsystem 100, 102, 104, 106. Die Einspritzsysteme sind an das Steuergerät 42 angeschlossen und werden über eine gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung 108, in der Kraftstoff unter einem vor­ bestimmten Druck vorhanden ist, mit Kraftstoff versorgt.

Die Funktion der beschriebenen Vorrichtung ist folgende:

Es sei angenommen, der über das Gas- bzw. Fahrpedal 44 eingegebene Leistungswunsch ist so groß, daß alle Verbrennungsmotoren in Betrieb sind. Die den einzelnen Zylindern der Verbrennungsmotoren zugeteilten Kraftstoffmengen verhalten sich etwa wie die Hub­ räume der einzelnen Zylinder (gleiche Füllungen vorausgesetzt) und sind im Steuergerät 42 entsprechend den Hubräumen vorprogrammiert.

Nimmt der Leistungswunsch nun soweit ab, daß das Steuergerät 42 errechnet, daß die Leistung mit geringem Verbrauch bereitgestellt werden kann, wenn einer der Verbren­ nungsmotoren, beispielsweise der Verbrennungsmotor 30 abgestellt wird, so unterbricht das Steuergerät 42 die Kraftstoffbeschickung des Verbrennungsmotors 30 durch entspre­ chende Ansteuerung des Einspritzsystems 104. Der Verbrennungsmotor 30 kommt an­ schließend derart zum Stillstand, daß seine Einlaßventile oder Auslaßventile geschlossen sind, so daß der Luftdurchsatz durch den Verbrennungsmotor 30 aufhört. Der Luftdurch­ satz durch die verbleibenden Verbrennungsmotoren 22, 26 und 34 würde sich nun etwa entsprechend dem Verhältnis des abgeschaltenen Hubraums zu den in Betrieb bleibenden Hubräumen ändern, wenn nicht die Drosselklappe 96 vom Stellmotor 98 unter Steuerung durch das Steuergerät 42 entsprechend einem, darin abgelegten Kennfeld derart zusätzlich geöffnet wird, daß der Luftdurchsatz konstant bleibt. Entsprechend der Zunahme des Luftdurchsatzes steuert das Steuergerät 42 die Einspritzsysteme 100, 102 und 106 derart an, daß sich die eingespritzten Kraftstoffmengen entsprechend erhöhen. Auf diese Weise wird ein glatter Übergang vom Betrieb mit vier Verbrennungsmotoren auf den Betrieb mit nur drei Verbrennungsmotoren erreicht. Entsprechendes gilt bei weiterer Abschaltung von Verbrennungsmotoren oder Zuschaltung. Aus der Stellung der einzigen Drosselklappe 96, den in Betrieb befindlichen Motoren und Information über die Lufttemperatur, den Luftdruck und die Drehzahl des Systems, die den Eingängen des Steuergerätes 42 über entsprechende Sensoren zugeführt wird, kann der gesamte Luftdurchsatz errechnet werden, der sich auf die einzelnen Verbrennungsmotoren in vorbestimmter Weise aufteilt.

Es versteht sich, daß das beschriebene System in vielfältiger Weise abgeändert werden kann. Beispielsweise kann der Luftdurchsatz stromab der allen Verbrennungsmotoren ge­ meinsamen Drosselklappe 96 mit Hilfe an sich bekannter Meßeinrichtungen unmittelbar ge­ messen werden und dem Steuergerät 42 zugeführt werden. Desweiteren können die Ver­ brennungsmotoren dahingehend "autark" ausgebildet sein, daß in den Einzelsaugrohren je­ des Verbrennungsmotors die Luftmenge erfaßt wird und von einem eigenen Motorsteuerge­ rät zur Steuerung der Einspritzmenge und des Zündzeitpunkts verarbeitet wird. Das Steuer­ gerät 42 hat dann nur die Aufgabe, die einzelnen Motoren zweckentsprechend abzuschalten und zuzuschalten.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der Steuervorrichtung, die sich von der der Fig. 7 vor allem dadurch unterscheidet, daß keine Drosselklappe vorgesehen ist. Die Leistungs­ steuerung der Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 und 34 erfolgt mittels an sich bekannter Stellvorrichtungen 110, mit denen die Öffnungsdauer der Einlaßventile veränderbar ist. Die Stellvorrichtungen 110 werden vom Steuergerät 42 mittels Stellsignalen angesteuert, die von der Betätigung des unmittelbar mit dem Steuergerät 42 verbundenen Fahrpedals 44 abhängen.

Die Funktion der Vorrichtung gemäß Fig. 8 ist folgende:
Es sei zunächst angenommen, daß sich das System in einem Zustand befindet, in dem alle Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 und 34 in Betrieb sind. Bei zunehmender Betätigung des Fahrpedals 44 werden die Stellvorrichtungen 110 vom Steuergerät 42 dann derart ange­ steuert, daß sich die Öffnungsdauern und/oder Öffnungshübe der Einlaßventile der einzel­ nen Verbrennungsmotoren vergrößern, so daß die abgegebene Leistung zunimmt. Der Luftdurchsatz durch die Verbrennungsmotoren hängt von dem Öffnungsverlauf der Einlaß­ ventile, der Drehzahl der Brennkraftmaschine, der Lufttemperatur und dem Luftdruck ab. Diese Größen werden den Eingängen des Steuergerätes 42 zugeführt oder sind dort be­ kannt (Öffnungen der Einlaßventile), so daß im Steuergerät die Einspritzmengen errechnet werden können, die den Verbrennungsmotoren über deren Einspritzsysteme 100, 102, 104 und 106 zugeführt werden.

Im Steuergerät 42 sind in Abhängigkeit von der Gesamtleistung Kennfelder abgelegt, die die Zu- und Abschaltung einzelner Motoren bei bestimmten Leistungswünschen und/oder Drehzahlen und die zugehörigen Steuerwerte für die Stellvorrichtung 110 für die Einlaß­ ventile und die Einspritzsysteme angeben. Nimmt der über das Fahrpedal 44 eingegebene Leistungswunsch soweit ab, daß die Leistung verbrauchsgünstiger durch Abschalten eines der Verbrennungsmotoren und entsprechend dem Betrieb der anderen Verbrennungsmoto­ ren mit höherem Mitteldruck zur Verfügung gestellt werden kann, so schaltet das Steuerge­ rät 42 einen Vorbestimmten der Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 oder 34 ab und steuert den Betrieb der verbleibenden Verbrennungsmotoren so, daß diese die gleiche Leistung ab­ geben, so daß das Außerbetriebsetzen eines Verbrennungsmotors ohne Leistungssprung er­ folgt. Das Abschalten weiterer Verbrennungsmotoren oder Zuschalten von Verbrennungs­ motoren erfolgt entsprechend.

Da bei der Vorrichtung gemäß Fig. 8 im Unterschied zu der der Fig. 7 der Luftdurchsatz durch die einzelnen Verbrennungsmotoren individuell mittels der Stellvorrichtungen 110 gesteuert werden kann, bestehen hinsichtlich des Betriebs der einzelnen Verbrennungsmo­ toren außerordentlich große Freiheitsgrade.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 9 unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausfüh­ rungsformen dadurch, daß keinerlei Einrichtung vorgesehen ist, mit der die Luftzufuhr zu den Verbrennungsmotoren 22, 26, 30 und 34 beeinflußt werden kann, wie es beispielswei­ se bei Dieselmotoren der Fall ist. Das Fahrpedal 44 ist wiederum unmittelbar an das Steuergerät 42 angeschlossen. Das Steuergerät 42 bestimmt lediglich durch Ansteuerung der Einspritzsysteme 100, 102, 104 und 106 den Mitteldruck, mit dem die Verbrennungs­ motoren betrieben werden und damit das von den Verbrennungsmotoren abgegebene Dreh­ moment, aus dem die Leistung errechnet werden kann. Nimmt der über das Fahrpedal 44 eingegebene Leistungs- bzw. Drehmomentwunsch ab, so wird entsprechend im Steuergerät 42 abgelegten Kennfeldern einer der Verbrennungsmotoren durch Abschalten des zugehöri­ gen Einspritzsystems außer Betrieb gesetzt und die Einspritzsysteme der anderen Motoren entsprechend geändert angesteuert, so daß sich kein Drehmoment- bzw. Leistungssprung ergibt.

Die beschriebenen Steuervorrichtungen können in vielfältiger Weise abgeändert werden. Beispielsweise können insbesondere bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 in den Einzel­ saugrohren 94 Klappen angeordnet sein, die beim Abschalten des zugehörigen Verbren­ nungsmotors vollständig geschlossen werden und vollständig öffnen, sobald der Verbren­ nungsmotor wieder in Betrieb gesetzt wird, um zu gewährleisten, daß kein Luftdurchsatz durch einen abgeschalteten Verbrennungsmotor erfolgt.

Die anhand der Fig. 7 bis 9 geschilderten Leistungssteuervorrichtungen können auch für Antriebssystem bzw. Motoren verwendet werden, bei denen die Bezugszeichen 22, 26, 30 und 34 einzelne Zylinder eines konventionellen Verbrennungsmotors bezeichnen, dessen Zylinder auf einer gemeinsamen Kurbelwelle arbeiten. Es handelt sich dann um einen Mehrzylinderverbrennungsmotor mit der eingangs erwähnten Zylinderabschaltung. Die be­ schriebenen Steuervorrichtungen gestatten in einfacher Weise eine Zylinderabschaltung sol­ cher Verbrennungsmotoren ohne bei der Abschaltung oder Zuschaltung auftretende Lei­ stungssprünge.

Bezugszeichenliste

10

Antriebswelle

11

Getriebe

12

Differential

14

Räder

16

Kupplung

18

Verzweigungstrieb

20

Kupplung

22

Verbrennungsmotor

24

Kupplung

26

Verbrennungsmotor

28

Kupplung

30

Verbrennungsmotor

32

Kupplung

34

Verbrennungsmotor

36

Tragstruktur

38

Elektromotor

40

Kupplung

42

Steuergerät

44

Fahrpedal

50

Kegelrad

52

Kegelrad

54

Kegelrad

60

Elektromotor/Generator

62

Kupplung

64

Kupplung

66

Hilfsaggregate

70

Kurbelwelle

72

Kurbelwelle

74

Zylinder

76

Zylinder

78

Kolben

80

Kolben

82

Pleuel

84

Pleuel

85

Scheibenpaar

86

Scheibenpaar

87

Bolzen

87

a, b Wellenzapfen

88

Bolzen

88

a, b Wellenzapfen

89

Wellenzapfen

89

a Welle

90

Wellenzapfen

90

a Welle

91

Außenverzahnung

92

gemeinsames Saugrohr

94

Einzelsaugrohr

96

Drosselklappe

98

Stellmotor

100

Einspritzsystem

102

Einspritzsystem

104

Einspritzsystem

106

Einspritzsystem

108

Kraftstoffversorgungsleitung

110

Stellvorrichtung

Claims (18)

1. Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, enthaltend
wenigstens zwei Verbrennungsmotoren (22, 26), die über je eine Kupplung (20, 24) mit einer Antriebswelle (10) kuppelbar sind,
ein Steuergerät (42), das den Betrieb der Verbrennungsmotoren (22, 26, 30, 34) und den Verbrennungsmotoren zugeordnete Kupplungen (20, 24, 28, 32) in Abhängig­ keit zumindest von der Stellung eines Leistungsstellorgans (44) derart steuert, daß bei ge­ ringer Betätigung des Leistungsstellorgans nur einer der über seine Kupplung unmittelbar mit dem Getriebe kuppelbaren Verbrennungsmotoren in Betrieb ist und bei starker Betäti­ gung des Leistungsstellorgans alle Verbrennungsmotoren in Betrieb sind und zum Antrieb der Antriebswelle beitragen.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei zwei der Verbrennungsmotoren (22, 26) über je eine Kupplung (20, 24) unmittelbar mit der Antriebswelle (10) kuppelbar sind und weitere Verbrennungsmotoren (30, 34) in Reihe hinter dem unmittelbar mit der An­ triebswelle verbindbaren Verbrennungsmotoren geschaltet sind (Fig. 1).

3. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei jeder der Verbrennungsmotoren (22, 26, 30, 34) über die ihm zugeordnete Kupplung (20, 24, 28, 32) unmittelbar mit der An­ triebswelle (10) kuppelbar ist (Fig. 2).

4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei alle Verbrennungs­ motoren (22, 26, 30, 34) einander gleich sind.

5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mit Ausnahme des hubraumstärksten Verbrennungsmotors der Hubraum je eines der Verbrennungsmotoren doppelt so groß ist wie der eines anderen der Verbrennungsmotoren.

6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Elektromotor (38; 60) mit einer Leistung kleiner als der schwächste Verbrennungsmotor vorgesehen ist, der die Antriebswelle (10) bei einer sehr geringen Betätigung des Leistungsstellorgans (44) an­ treibt.

7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenigstens einer der direkt mit der Antriebswelle (10) kuppelbaren Verbrennungsmotoren einen Anlasser auf­ weist.

8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei alle Verbrennungs­ motoren (22, 26, 30, 34) auf einer gemeinsamen Tragstruktur (36) angebracht sind.

9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kupplungen (20, 24, 28, 32) derart ausgebildet sind, daß die eingekuppelten Verbrennungsmotoren (22, 26, 30, 34) mit vorbestimmter Phasenbeziehung laufen.

10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Verbrennungsmo­ toren (22, 26, 30, 34) einen Doppelkurbeltrieb aufweisen, bei dem zwei gegenläufig und mit gleicher Drehzahl drehende Kurbelwellen (70, 72) über je ein Pleuel (82) mit einem durch den Doppelkurbeltrieb linear geführten Kolben (78, 80) verbunden sind.

11. Antriebssystem nach Anspruch 10, wobei alle Verbrennungsmotoren (22, 26, 30, 34) als Einzylindermotoren ausgebildet sind.

12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wenigstens der leistungsschwächste Verbrennungsmotor als Zweizylindermotor ausgebildet ist.

13. Vorrichtung zur Leistungssteuerung eines Antriebssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, enthaltend
eine Mehrzahl von einzeln außer Betrieb setzbaren Verbrennungsmotoren (22, 26, 30, 34), die an ein gemeinsames Saugrohr (92) angeschlossen sind, in der ein allen Verbrennungsmotoren gemeinsames Drosselorgan (96) angeordnet ist,
ein Steuergerät (42) und Sensoren, aufgrund derer Signale das Steuergerät die außer Betrieb zu setzenden Verbrennungsmotoren bestimmt, wobei bei einem Ab- oder Zu­ schalten eines Verbrennungsmotors das Drosselorgan für eine Konstanz des Luftdurchsat­ zes verstellt und die dem Luftdurchsatz entsprechende Kraftstoffmenge auf die in Betrieb befindlichen Motoren entsprechend deren Luftdurchsätzen verteilt.

14. Vorrichtung zur Leistungssteuerung eines Antriebssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, enthaltend
eine Mehrzahl von einzeln außer Betrieb setzbaren Verbrennungsmotoren (22, 26, 30, 34),
eine allen Verbrennungsmotoren gemeinsames Leistungsstellorgan (44),
ein Steuergerät (42) mit einer Einrichtung zum Bestimmen des gesamten Luft­ durchsatzes durch die Verbrennungsmotoren in Abhängigkeit wenigstens von der Betäti­ gung des Leistungsstellorgans,
eine je einem der Verbrennungsmotoren zugeordnete, von dem Steuergerät an­ gesteuerte Vorrichtung (110) zum Festlegen des Luftdurchsatzes durch den Verbrennungs­ motor, und
Sensoren, aufgrund derer Signale das Steuergerät die außer Betrieb zu setzen­ den Verbrennungsmotoren bestimmt, wobei
die Luftdurchsatzfestlegvorrichtung der einzelnen Verbrennungsmotoren vom Steuergerät bei Außerbetriebsetzen oder Inbetriebsetzen eines Verbrennungsmotors derart angesteuert wird, daß der Gesamtluftdurchsatz konstant bleibt.

15. Vorrichtung zur Leistungssteuerung eines Antriebssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, enthaltend
eine Mehrzahl von einzeln außer Betrieb setzbaren Verbrennungsmotoren (22, 26, 30, 34),
ein allen Verbrennungsmotoren gemeinsames Leistungsstellorgan (44) zum Ein­ stellen der von dem Antriebssystem abgegebenen Leistung durch Beeinflussung der dem Antriebssystem zugeführten Kraftstoffmenge und
ein Steuergerät (42), welches in Abhängigkeit von der durch das Leistungsstell­ organ beeinflußten, von dem Antriebssystem abgegebenen Leistung sowie ggf. weiteren, von Sensoren erfaßten Betriebsparametern die außer Betrieb zu setzenden Verbrennungs­ motoren bestimmt, und die Kraftstoffmenge auf die in Betrieb befindlichen Verbrennungs­ motoren aufteilt.

16. Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Antriebssystem nach Anspruch 1, mit einem Doppelkurbeltrieb, bei dem zwei gegenläufig und mit gleicher Drehzahl drehende Kurbelwellen (70, 72) über je wenigstens ein Pleuel (82; 84) mit jedem von zwei auf ent­ gegengesetzten Seiten des Doppelkurbeltriebs angeordneten und durch ihn linear geführten Kolben verbunden sind.

17. Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, wobei die Pleuel (82) der auf entgegen­ gesetzten Seiten des Doppelkurbeltriebs angeordneten, sich gegenüberliegenden Kolben (78, 80) gleichachsig an dem Doppelkurbeltrieb angreifen.

18. Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, wobei die Pleuel (82, 84) der auf ent­ gegengesetzten Seiten des Doppelkurbeltriebs angeordneten, sich gegenüberliegenden Kol­ ben (78, 80) um 180° versetzt an dem Doppelkurbeltrieb angreifen.