DE3045093A1

DE3045093A1 - Mehrfachanordnung von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3045093A1
Application number: DE19803045093
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr.-Ing. 7067 Plüderhausen Abthoff; Karlwalter Dipl.-Ing. 7056 Weinstadt Schmidt; Hans-Dieter Dipl.-Ing. 7060 Schorndorf Schuster
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1980-11-29
Filing date: 1980-11-29
Publication date: 1982-07-01
Also published as: FR2495224A1; DE3045093C2; IT1139516B; GB2088482A; FR2495224B1; US4481841A; IT8124452A0; GB2088482B

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 13 072/4

Stuttgart-Untertürkheim 27. November 198Ο

"Mehrfachanordnung von Brennkraftmaschinen"

Die Erfindung betrifft eine Mehrfachanordnung von Brennlcraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der heutigen Verkehrsdichte werden die Fahrzeuge im
Schnitt zu BO% mit weniger als l/h der maximalen Belastung gefahren.

Es ist bekannt, zum Antrieb von Schiffen, die vorzugsweise mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten fahren, Motoren
unterschiedlicher Leistung zu verwenden, welche über schaltbare Kupplungen wahlweise mit der Schraubenwelle gekuppelt werden können (DE-PS 1276491).

Es ist ferner ein Antrieb für Schienenkraftfahrzeuge mit
zwei Brennlcraftmaschinen gleicher Kurbelwellendrehzahl, aber unterschiedlicher Leistung bekannt, wobei in den Kraftfluß einer jeden Brennkraftmaschine zum Fahrzeug vor dem gemeinsamen Untorsetzungs- und Wendegetriebe jo ein Freilauf geschaltet ist. Die Arbeitsdrohrichtung der beiden Freilaufe ist dabei in bekannter Weise so, daß jeweils der eine Freilauf Leistung überträgt, während der andere überrollt wird.

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Diese Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß die nichtgefeuerte Brennkraftmaschine zinn Stillstand koinmt und erst erneut auf Drehzahl gebracht -werden muß, wenn sie wieder in Betrieb genommen wird. Dafür wird Leistung benötigt.

Darüber hinaus sind auch Mehrfachzylinder-Brennkraftmaschinen mit einer Kurbelwelle und abschaltbarer Verbrennung auf einigen Zylindern bekannt.

Das Abschalten einzelner Zylinder ist kompliziert und teuer. Bei Ottomotoren kommt hinzu, daß bei Teillast infolge der Quantitätsregelung im Saugrohr Unterdruck entsteht, durch den die Ladewechselarbeit erhöht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Start-Umsehalten von einer zur anderen Brennlcraftmaschine bei Mehrfachanordnungen derart zu verbessern, daß geringere mechanische und fltiidische Verluste gegenüber den bekannten Anordnungen mit zwei Motoren und gegenüber Brennkraftmaschinen mit abschaltbaren Zylindern erreichbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die einzelnen Brennkraftmaschinen solcher Mehrfachanordnugen sind über Getriebe miteinander gekoppelt. Bei Teilbelastungen der gesamten Mehrfachanordnung werden nur soviele Einzelmotoren befeuert, wie für die abzugebende Leistung erforderlich sind. Die übrigen werden mit niedrigerer Drehzahl als bei Lastbetrieb geschleppt. Ihr Verlustleistungsanteil wird im

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Verhältnis zur Drehzahlabsenkung geringer. Wird eine Brennlcraftmaschine geschleppt (Kraftstoff- oder Zündabschaltung) ändert sich das Reibmoment derselben nur unwesentlich. Erst wenn die Drehzahl verändert wird, ändert sich die Reibleistung (Reibmoment χ Drehzahl). Selbst dann, wenn die Brennräume dex- geschleppten Brennkraftmaschinen nicht belüftet werden, macht sich ihre Ladungswechselleistung durch die geringere Drehzahl kaum bemerkbar.

Durch die erfindungsgemäße M ehr fa chan Ordnung wird eine Verringerung der Reibverluste bei Teillastbetrieb ermöglicht; bei nahezu gleich großem Reibtnoment ist das Verhältnis zwischen abgegebenem effektiven Drehmoment und Reibmoment günstiger. Dadurch kann boi NuI.1.;ar.t und Teillast des Gesamtmotors der Kraftstoffverbrauch und somit die Schadstoffemission erheblich gesenkt werden, ohne daß Drehmoment und Leistung verlorengeht.

Zur Verminderung der Schleppleistung (niedrigere Drehzahl der mitgeschleppten Brennkraftmaschine) ist es notwendig, jeweils zwischen zwei Erennkraftmaschinen zwei Getriebe-

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Übersetzungen einzubauen, mit je einem Freilauf in der entsprechenden Richtung, damit sich die unterschiedlichen Übersetzungen nicht gegenseitig sperren und jede Übersetzung wirksam werden kann. Durch die Freiläufe wird erreicht, daß die Drehzahl einer geschleppten Brennkraftmaschine einerseits niedriger ist und diese andererseits bei Befeuerung auf das Drehzahlniveau der zuvor schon gefeuerten Brennkraftmaschine hochdrehen und Leistung an die Abtriebswelle abgeben kann.

Außerdem können die Brennkraftmaschinen sowohl hinsichtlich der Leistung und Drehzahl unterschiedlich ausgelegt werden und es können von den beiden - jeweils zwei nebeneinander liegende Bi-ennkraf tmas chinen verbindenden Getriebestufen jeweils eine mit einer Übersetzung in der Nähe von 1:1 und die andere in Richtung zu der mit der niedrigeren Arbeitsdrehzahl ausgelegten Brennkraftmaschine hin stark untersetzend ausgelegt sein.

Die Ausbildung dos Getriebes als Planetengetriebe bietet

den Vorteil der einfachen Energieweitergäbe bei einer 1:1 Übertragung der Drehzahl. Es können selbstverständlich für die Übertragung auch Stirnrad- oder Riemengetriebe verwendet werden.

Darüber hinaus können die Nebenaggregate für die Gesamtanordnung der Brennkraftmaschinen nur an einer einzigen Brennkraftmaschine angeordnet und von dieser angetrieben werden; die Nebenaggregate können an der Brennkraftmaschinen mit der höchsten Drehzahl angeordnet werden.

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Dadurch wird erreicht, das die an der Welle der kleinst on Brennkraftmaschine (höchste Antriebadrehzahl) gekoppelten Aggregate bei Gesamt Ie or lauf der Mohrfachanordnxmg goniiyom¹. hochdrehen (nur kleinste Brennkraftrnaschine gefetiert) und bei Befeuerung der zweit kleinsten Brennkraftniaschine (kleinste Brennkraftmaschine geschleppt) nur unwesentlich höher drehen kann. Die Drehzahlspanne wird um den Drehzahlsprung von Last zu Schleppübersetzung zwischen Brennkraftmaschine l und 2 geringer. Dies kann zu einer Gewichtsverringerung für die Nebenaggregate genützt werden.

Des weiteren können die Freiläufe der Getriebestufen wenigstens zum Teil sperrbar sein. Durch eine formschlüssige Kupplung kann der Freilauf der Schleppübersetzung gesperrt werden. Dadurch kann dieso auch als Lastübersctzung für die zunächst geschleppte Brennkraftmaschine dienen. Di.o Reibungsverluste derselben bleiben durch die niedrige Drohzahl geringer als wenn sie gleich auf das 1:1 Drehzahlniveau hochdrehen würde.

Schließlich können drei Brennkraftmaschinen unterschiedliche Leistung vorgesehen werden, wobei der Abtrieb über die Brennkraftmaschine mit mittlerer Leistung erfolgt.

Der Abtrieb kann auch von der Brennkraftmaschine 1 aus erfolgen, dann geht jedoch der Vorteil einer Gewichtsverringerung verloren, denn drehmomentstarkο Getriebe sind bei drei vorgesehenen Brennkraftmaschinen nur zwischen den Brennkraftmaschinen 2 und 3 erforderlich. Das Getriebe zwischen Br ennkraftmas chine 2 tind 1 bi'aucht nur die Leistung der kleinsten Brennkraftmaschine 1 zu übertragen.

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Der Vorteil der Schleppübersetzung zwischen den Brennkraftmaschinen liegt darin, daß die angefeuerten Brennkraftmaschinen im Gegensatz zum Stillstand,ihre Arbeitsspiele durchführen und bei Zufuhr von Kraftstoff, ohne jede äußere mechanische Energiezufuhr, eigenständig auf die Lastdrehzahl hochlaufen. Die Lastoinsatzvorzögerungen und Schaltrucke sind minimal. Des weiteren ist die Möglichkeit gegeben, die Schlepp drehzahl en so zu wählen, daß die unatisgeglichenen Massenkräfte der gefeuerten Brennkraftmaschinen von den geschleppten ausgeglichen -werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die Fig. zeigt eine schematische Darstellung einer Mehrfachanordnung von Brennkraftmaschinen gemäß der Erfindung.

Die dargestellte Mehrfachanordnung besteht aus den Brennkraftmaschinen 1, 2 und 3» mit unterschiedlichen Leistungen und Drehzahlen, dio dux-ch Getriebe 4 und 5 miteinander gekoppelt sind. Als Getriebe 4, 5 können sowohl Planetengetriebe als auch Stirnrad- oder Riemengetriebe verwendet werden. Die Planetengetriebe bieten hingegen den Vorteil der einfachen Energieweitergäbe bei den an einer Mehrfachanordnung vorkommenden 1:1 Übertragungen. Als Brennkraftmaschinen können Ottomotoren, Dieselmotoren, Hubkolben-, Wanke lma schinen und jede Mischung dieser Arten angewandt weiden.

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Das zur Koppelung der Brennkraftmaschinen 1 und 2 verwendete Getriebe 4 ist beispielsweise so ausgebildet, daß auf der Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine 1 ein mit dieser fest verbundenes Stirnrad 7 und ein mit einem Freilauf 8 versehenes Ritzel 9 aufgebracht ist, derart, daß die Kurbelwelle 6 ein auf der Kurbelwelle 10 der Brennkraftmaschine festsitzendes Stirnrad 11 mit entsprechender Untersetzung antreiben kann. Der Abtrieb erfolgt von der Kurbelwelle 10 aus. Auf der Kurbelwelle 10 ist ein weiteres mit einem schaltbaren Freilauf 12 versehenes Stirnrad 13 vorgesehen, welches mit dem Stirnrad 7 kämmt. Die Hebenaggregate l4 werden von der Brennkraftmaschine 1 aus angetrieben. Die Freiläufe 8 und 12 sind so ausgelegt, daß sich dieselben nicht gegenseitig sperren. Die Hubraumabstufung ist derart gewählt, daß die kleinste Brennkraftmaschine 1 den kleinsten Lastbereich abdeckt, während die größeren Brennkraftmaschinen 2 und 3 nicht gefeuert sind und mit deutlich geringerer Drehzahl geschleppt werden. Bei steigender Lastanforderung an die gesamte Mehrfachanordnung wird die nächst größere Brennkraftmaschine 2 gefeuert. Diese übernimmt die Erzeugung der abzugebenden Last, der Schlepplast der nächstfolgenden, über das Getriebe 5 gekoppelten Brennkraftmaschine 3 und die der kleinsten Brennkraftmaschine 1, die nicht mehr gefeuert wird, mitsamt den Nebenaggregaten. Die Brennkraftmaschine 1 kann infolge des Freilaufes 8 von der Brennkraftmaschine 2 nicht geschleppt werden. Die Drehzahl fällt ab bis auf das Niveau der Kurbelwelle 10 und wird über den Freilauf 12 und das Stirnrad 13 1:1 angetrieben (Der Freilauf 12 sperrt in Lastrichtung von der Brennkraftmaschine nach Brennkraftmaschine 1, läuft aber in umgelcehrter Richtung frei). Der Hubraum der Brennkraftmaschine 2 soll so groß sein, daß er einen großen Teil der auftretenden Teillasten der gesamten Mehrfachanordnung abdecken kann. Die

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Drennkraftmaschine 3 wird erst gefeuert, wenn größere Lasten, als die mit der Brennkraftmaschine 2 erzielbaren, gefordert werden.

Zwischen der Brennkraftmaschine 2 und 3 ist das Getriebe 5 vorgesehen, das von der Kurbelwelle 10 über ein Ritzel 15 mit schaltbarein Freilauf l6 die Brennkraftmaschine 3 mittels des auf der Kurbelwelle 17 festsitzenden Stirnrades l8 schleppt- Ein weiteres mit der Kurbelwelle 10 festverbundenes Stirnrad 19 kämmt mit einem Stirnrad 20 in dem ein Freilauf 21 angeordnet ist,-wobei dieser derart ausgelegt ist, daß bei geschleppter Brennkraftmaschine 3 der Freilauf 21 nicht sperrt. Gibt die Brennkraftmaschine 3 Last ab, bleibt zunächst durch den schaltbaren Freilauf l6 (Freilaufsperre) der Eingriff des Stirnrades 18 mit dem Ritzel 15 wirksam bis zur vollen Belastung der Brennkraftmaschine 3. Dann wird die Freilaufsperre im schaltbaren Freilauf l6 gelöst, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 3 nimmt zu bis auf das Niveau, das die Stirnräder 19, 20 des Getriebes 5 in der Lastrichtung zur Brennkraftmaschine 2 zulassen. Diese Stirnräder 19, 20 laufen bei Belastung von. dor Brennkraftmaschine 2 zur Brennkraftmaschine 3 frei. Entsprechend der Drehzahlerhöhung beim Arbeitskraftfluß über die Stirnräder 19 j 20 kann die Brennkraftmaschine 3 mehr Drehmoment und Leistung an die Kurbelwelle 10 (Abtriebswelle) abgeben.

Wird an der Abtriebswelle 10 die maximale Last erwartert, dann wird die Brennkraftmaschine I wieder befeuert. Der schaltbare Freilauf 12 im Stirnrad 13 wird gesperrt, so daß Leistung über die Stirnräder 7» 13 an die Abtriebswelle 10 abgegeben \«ürd. Sollte die Leistung, welche die Nebenaggregate lh der gesamten Mehrfachanordnung an der Welle 6 abverlangen, größer sein, als die Brennkraftmaschine 1 bei

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wirksamen Eingriff der Stirnräder 7» 13 zu erbringen vermag, dann wird die Freilaufsperre des Freilaufes 12 gelöst. Dadurch kann die Brennkraftmaschine 1 die Leistungsabgabe an die Nebenaggregate l4 erhöhen. Die Abtriebswelle 10 braucht dadurch keine Leistung für die Nebenaggregate l'± abgeben. Die Leistungsabgabe für vollbelastete Nebenaggregate l4 kann in gleicher Weise verhindert werden, wenn die Brennkraftmaschine 3 nicht gefeuert ist.

Eine Mehrfachanordnung von Brennkraftmaschinen funktioniert mit eingeschränkten Möglichkeiten auch bei zwei Brennkraftmaschinen. Beim Wegfall der Brennkraftmaschine 1 sind die Nebenaggregate l4 von der Brennkraftmaschine Γ2 anzutreiben, diese sind dann mit der Abtriebswellc 10 fest gekoppelt. Beim Wegfall der Brennkraftmaschine 3 ergeben sich jedoch nur im Leerlauf Verbrauchsvorteile.

Ansonsten kann die Anzahl der Brennkraftmaschinen in einer Mehrfachanordnung beliebig groß sein. Für den instationären Betrieb kann ein Optimum mit drei Brennkraftmaschinen erreicht werden. Die Zahl der Getriebe muß mindestens zwei sein. Bei mehr Getriebe sind die Anpassungsraöglichkoiten an Last und Drehzahlen bei Schub und Zug größer. Der Einsatz von mehr als zwei Getrieben wäre zwischen den Brennkraftmaschinen 2 und 3 zur Verminderung der Schaltspriingo vorteilhaft.

Anhand eines Zahlenbeispieles sollen die Vorteile einer Mehrfachanordnung aufgezeigt werden;

Ein Drei-Liter-Ottomotor hat im Leerlauf bei 700 Umdrehungen pro Minute ca 1,5 kW Reib- und 1,5 kW Ladungswechselleistung.

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Wird dieser" Motor erfindungsgemäß in 3 Motoren avLfgeteilt, ergibt sich:

Motor 1: 0,3 Liter Hubraum, 1 200 Umdrehungen/Minute, Reibleistung 0,26 kW und 0,3 kW für· Aggregate, Ladungswechselleistung 0,26 kW.

Motor 2: 0,9 Liter Hubratan, 400 Un dr ellung en/Minut e, 0,l6 kW Reib-, Ladungswechselleistung 0 (belüftet)

Motor J: 1,8 Liter Hubraun, 133 Umdrehungen/Minute, 0,l6 IcW Reib-, Ladungswechselleistung 0 (belüftet)

Summe der Verluste = 1,24 IcVJ", das heißt, die Verluste verringern sich auf etwa k±% eines Normalmotors.

Bei Teilbelastung verringern sich die Verluste auf etwa oOJo eines Normalmotors.

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Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 1.3 072/4

Stuttgart-Untertürkheim 27. November 1980

Ansprüche

( 1.) Mehrfachanordnung von Brennkraftmaschinen, die über Fr ei- ^ laufe und Getriebe auf eine gemeinsame Antriebswelle au einem Arbeitskraftfluß koppelbar sind, d a d u r c h gekennzeichnet , daß zusätzlich zu dem Arbeitekraftfluß die einzelnen Brennkraftmaschinen (l, 2, 3) untereinander noch mit einem weiteren, durch ins Langsame übersetzende Getriebestufen (9, 11 und 15, l8) und Freiläufe (8, 16) gebildeten 5chleppkraftfluß verbindbar sind, der nur in der dem Arbeitskraftfluß entgegengesetzt wirkenden Kraftflußrichtung wirksam ist,und daß bei mechanisch nebeneinander oder hintereinander angeordneten Brennkraftmaschinen (l, 2, 3) die Arbeitswellen (6, 10 bzw. 10, 17) jeweils zweier nebeneinander oder hintereinander liegender Bronnlcraftmcischinen (l, 2 br.w. 2, 3) mit zwei tint crs chi ο dl ich üb ers et tendon, mit on t j; 0;¹; eng c ü ο I;', t W;i Kraftfluß parallel liegenden Gotriebcstufen (7, 13 und 9, 11 bzw. 19, 20 und 15, l8) verbtmden sind, von denen aufgrund einer wechselseitigen FreilaufanOrdnung (8, 12 bzw. l6, 2l) in jeder Kraftflußrichtung jeweils nur eine Getriebestufe (7, 13 oder 9, 11 bzw. 19, 20 oder 15, l8) wirksam ist.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkraftmaschinen (l, 2, 3) sowohl hinsichtlich der Leistung und Drehzahl unterschiedlich ausgelegt sind und daß von den beiden, ' jeweils zwei nebeneinander liegende Brennkraftmaschinen (l, 2 bzw. 2, 3) verbindenden Getriebestufen (7* 13 - l9i 20), jeweils eine mit einor Übersetzung in der Nähe von 1:1. imd die andere in Richtung zu der mit der niedrigeren Arbeitsdrehzahl ausgelegten Brennkraftmaschine hin stark untersetzend ausgelegt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Nebenaggregate (l4) für die gesamte Mehrfachanordnung der Br ennlcr aftmas chin en (l, 2, 3) nur an einer einzigen Brennkraftmaschine angeordnet und von dieser angetrieben sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet , daß die Nebenaggregate (l4) an der Drennkraftmaschine (l) mit der höchsten Antriebsdrehzahl angordnet sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Freiläufe der Getriebestufen (7, 13-9» 11 - 191 21-15, l8) wenigstens zum Teil sperrbar sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5j d a d u r chh gekennzeichnet , daß drei Brennkraftmaschinen (l, 2, 3) unterschiedlicher Leistung vorgesehen sind, wobei der Alltrieb über die Brennkraftmaschine (2) mit mittlerer Leistung erfolgt.

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