DE3316728A1

DE3316728A1 - Kraftfahrzeug mit zwei motoren

Info

Publication number: DE3316728A1
Application number: DE19833316728
Authority: DE
Inventors: Albert 5432 Wirges Klein
Original assignee: Individual
Current assignee: Kunst Geb Klein Brigitte Huebinger Geb Klein
Priority date: 1983-03-17
Filing date: 1983-05-07
Publication date: 1984-09-20
Also published as: DE3316728C2

Description

Beschreibung: .. J

Öie Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit zwei Motoren, von denen wenigstens einer als mit fossilem Kraftstoff antreibbarer Verbrennungsmotor ausgebildet ist.

Insbesondere größere Nutzfahrzeuge werden bereits mit mehr als einem Motor ausgerüstet. Meistens ist der Fahrantriebs-

motor ein Verbrennungsmotor und der zweite Motor, der auch j

I als Verbrennungsmotor ausgebildet sein kann, dient irgend- j welchen Sonderzwecken. Bei Tankfahrzeugen bspw. zum Betreiben der Tankpumpen, bei Kühlfahrzeugen z. B. zum Betreiben einer Kühlanlage, bei Omnibussen z. B. zum Betreiben besonderer Stromerzeuger oder Klimaanlagen usw.

Der Erfindung liegt abweichend von dem bisherigen Anwendungs zweck eines zweiten Motores bei Kraftfahrzeugen die Aufgjabe zugrunde, den zweiten Motor zum Zwecke der Einsparung flüssi gen fossilen- Treibstoffes und zur Verminderung der beim Betrieb mit "solchen Treibstoffen entstehenden Umweltbelastung durch Abgase, vornehmlich in dicht bev/ohnten Ballungsgebieten , zu verwenden.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich das eingangs genannte Kraftfahrzeug erfindungsgemäß dadurch, daß der zweite Motor als mit Wasserstoff betreibbarcr Kreiskolben- vorzugsweise Wankelmotor ausgebildet ist. Beide .Motore—.sind über

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ein Umschalt- und Anpassungsgetriebe mit der beiden gemeinsam dienenden Schaltkupplung und deren nachgeschaltetem Schaltgetriebe oder einer gemeinsamen Getriebeautomatik getrieblich verbunden. Ferner ist eine abhängig vom Lastmoment des Kraftfahrzeugs arbeitende, vorzugsweise elektronisch geregelt und gesteuert arbeitende Umschalteinrichtung vorgesehen, welche bei geringer Fahrlast den zweiten Motor allein in Betrieb setzt, bei höherer Fahrlast den ersten, mit fossilen Brennstoffen arbeitenden Motor in Betrieb setzt und den zweiten Motor abstellt sowie ggfs. bei Höchstlast beide Motore in Betrieb setzt. Der zweite Motor weist eine kleinere, höchstens die gleiche,Leistung wie der erste Motor auf und beide Motore besitzen ein gemeinsames Gaspedal. ;

Die Erfindung basiert auf der technischen Entwicklung bei ^: der Speicherung von Wasserstoff. Es ist inzwischen gelungen, Wasserstoff im sog. Metall-Hydrid-Speicher mit geringem Gewicht auf kleinem Raum in verhältnismäßig großen Mengen zu speichern. Dies ist die Voraussetzung dafür, daß Wasserstoff in ausreichender. Menge, der an sich preiswert zu kaufen ist, für längere Fahrstrecken getankt werden kann. Ein weiterer Ausgangspunkt der Erfindung ist die Tatsache, daß das Betreiben von Verbrennungsmotoren mit Wasserstoff inzwischen befriedigend gelöst ist.

Bei der Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wurde der zweite Antriebsmotor als mit Wasserstoff betreib-

barer Kreiskolben-, vorzugsweise Wankelmotor, ausgebildet, weil derartige Kreiskolbenmotoren klein, kompakt und zuverlässig arbeitend für vergleichsweise große Leistungen ge- i baut werden- Sie lassen sich daher durchaus bequem im Motorraum eines Kraftfahrzeuges neben dem normalen, mit flüssigen Treibstoff arbeitenden Verbrennungsmotor unterbringen. ^:;

Das wesentliche des erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftfahrzeuges besteht darin, daß das Lastmoment, d. h. das Antriebs drehmoment, das der Motor aufzubringen hat, gemessen wird und elektronisch ausgewertet einer ümschalteinrichtung als Steuersignal zugeführt wird. Die Umschalteinrichtung verfügt über zahlreiche Einzelelemente, um Hilfsfunktionen zu • steuern. Aufgrund dieser elektronischen Steuerung der Umschalteinrichtung wird das Umschalt- und Anpassungsgetriebe derart betätigt, daß es den mit Wasserstoff arbeitenden Kreiskolbenmotor bei niedrigeren Fahrlastzuständen getrieblich mit dem normalen Schalt- bzw. Fahrgetriebe des Kraftfahrzeuges verbindet. Ein derartiger Betrieb liegt bspw. in Städten usw. sowie beim Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten vor. Während dieser Fahr entsteht als Abgas lediglich Wasserdampf, so daß jegliche Umweltbelastung vermieden wird.

Sind Steigungen zu bewältigen oder wird höhere Geschwindigkeit, z. B. auf Autobahnen, gefahren, so erhöht sich die Fahrlast und die Umschalteinrichtung startet zunächst im Umschalt- und Anpassungsgetriebe mittels des Antriebsmomentes des mit Wasserstoff arbeitenden Krci^kabonraotores und

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durch Einschalten der Zündung den ersten Verbrennungsmotor, der mit flüssigem Treibstoff arbeitet. Ist dieser in Betrieb, so wird der zweite, mit Wasserstoff arbeitende, Kreiskolben, motor abgeschaltet. Die Umschalteinrichtung sorgt dafür, daß der Kreiskolbenmotor zugleich auch getrieblich von den anderen Aggregaten -" getrennt wird.

Beim Befahren von Gefällstrecken sinkt das Lastfahrmoment und die Umschalteinrichtung nimmt zunächst in der bereits geschilderten Weise den mit Wasserstoff arbeitenden Kreiskolbenmotor in Betrieb und schaltet alsdann den mit flüssigem Treibstoff arbeitenden ersten Motor wieder ab. Steigt das Belastungsmoment wieder, so vollzieht sich die bereits geschilderte Inbetriebnahme des ersten, mit flüssigem Brennstoff arbeitendem Motors.

Es ist auch denkbar, für Höchstlasten, bei extrem hohen Geschwindigkeiten oder extremen Steigungen, bei Anhängerfahrt mit Wohnwagen o. dgl., die Leistung beider Motore auszunutzen. Es werden dann beide Motore von der Umschalteinrichtung in Betrieb gesetzt, wobei das Zu- und Abschalten bzw. Starten in der bereits erläuterten Weise durchgeführt wird. In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, wenn das Umschalt- und Anpassungsgetriebe zum Ausgleich unterschiedlicher Drehzahlen beider Motore als Umlaufrädergetriebe ausgebildet ist.

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Erfindungsgemäß sollte sinnvollerweise der zweite, mit Wasserstoff betriebene Kreiskolbenmotor eine kleinere oder ;,i höchstens die gleiche Leistung wie der erste, mit flüssigem Treibstoff arbeitende Motor, aufweisen. ■%

Es ist kein Problem, beide Motore an ein gemeinsames Gaspe-. dal anzuschließen, so daß der Bedienungskomfort des Kraft- .: fahrzeuges in keiner Weise beeinträchtigt wird. Die Kupplung, falls vorhanden, dient beiden Motoren gemeinsam, das gleiche gilt für das übliche Schaltgetriebe.

Aufwendigere Kraftfahrzeuge mit Getriebeautomatik können so gestaltet werden, daß das Umschalt- und Anpassungsgetriebe als hydraulisches Getriebe ausgestaltet wird.

Je nach Auslegung der Leistung der beiden Motore·lassen sich bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftfahrzeug etwa 40 bis 50 Prozent des flüssigen Treibstoffes einsparen und durch den billigeren, insbesondere aber absolut umweltfreundlichen Wasserstoff als Kraftstoff ersetzen. Erfindungsgemäß ausgebildete Kraftfahrzeuge können auch dann noch betrieben werden, wenn der normale Betrieb mit üblichen flüssigen Brennstoffen wegen Smoggefahr in Ballungsgebieten verboten ist, weil Wasserstoff keine Abgase erzeugt, die den Smog fördern. Es muß in derartigen Situationen lediglich darauf geachtet werden, daß ausschließlich ein Betrieb mit dem mit Wasserstoff arbeitenden Kreiskolbenmotor eingehalten wird.

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Sinnvoll und besonders vorlollhal L ist. es m\ch einem we.LLoren Merkmal der Erfindung, wenn beide Motore eine gemeinsame Kühlanlage einschließlich gemeinsamer Kühlwasserumlaufpumpe sowie eine gemeinsame Lichtmaschine aufweisen.

Die Verwendung gemeinsamer Nebenaggregate der Motore für beide führt zunächst zu dem Vorteil, daß ein geringer Raum . beansprucht wird und auch der Preis gering ist. Eine gemeinsame Kühlanlage hat den weiteren Vorteil, daß durch das ständige Umwälzen des Kühlwassers der jeweils z. Zt. nicht in Betrieb befindliche Motor erwärmt wird und somit ohne Schaden sofort mit hoher Leistung in Betrieb gesetzt werden kann, insbesondere aber auch bei tiefen Umgebungstemperaturen keinerlei Startprobleme verursacht.

Von besonderer Bedeutung ist die Weiterbildung nach Anspruch 3, nach welcher die Umschalteinrichtung wenigstens für das Zu- und Abschalten des ersten Motors eine für das Zu- und ', Abschalten jeweils getrennt einstellbare Verzögerungseinrichtung aufweist.

Diese Weiterbildung verhindert zu häufiges Umschalten der beiden Motore. So wird zum Beispiel vermieden, daß im Stadtverkehr beim Anfahren oder kurzfristigen Überholen, bei welchem etwa Vollgas gegeben wird, kurzfristig der erste Motor eingeschaltet wird. Der erste mit flüssigem Treibstoff arbeitende Motor wird jeweils erst dann zugeschaltet, wenn

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die höhere Last eine bestimmte einstellbare Zeitspanne anhält. Ebenso ist es beim Nachlassen der Fahrlast, etwa wenn_ bei Schnellfahrt auf Autobahnen o. dgl. beim Schalten vorübergehend keine Betriebslast vorhanden ist. In einem solchen Fall würde ohne Verzögerung auf den mit Wasserstoff arbeitenden Kreiskolbenmotor zurückgeschaltet werden und es müßte eine gewisse Zeitspanne abgewartet werden, bevor beim' erneuten Gasgeben der erste, mit flüssigem Treibstoff ar- ι beitende, Motor wieder zugeschaltet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftfahrzeuges ist gegeben, wenn das Umschalt- und Anpassungsgetriebe für jeden Motor eine gesteuert'von der Umschalteinrichtung betätigbare Kupplung aufweist, welche abtreibsseitig mit dem Abtriebsrad oder -ritzel getrieblich

verbunden ist. ;

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird erreicht, daß die zwischenzeitlichen Umschaltvorgänge von einem Motor auf den anderen ohne Beanspruchung des Bordnetzes,. ohne zusatz- · liehen zweiten Starter u. dgl. vollzogen werden, weil eine von der Umschalteinrichtung automatisch betätigte Kupplung für jeden Motor automatisch dafür sorgt, daß der jeweils .in Betrieb zu setzende Motor von dem in Betrieb befindlichen gestartet wird, indem die Kupplung eingreift und den jeweils ruhenden Motor mitnimmt. Dabei ist es bequem möglich, für ausreichenden Kupplungsschlupf beim Ein- and Ausschalten zu

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sorgen, um ein weiches Starten des jeweiligen Motors zu gewährleisten.

Gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, daß ausschließlich der zweite Motor mit einem Elektrostarter versehen ist. Diese Weiterbildung ist die Konsequenz aus der Tatsache, daß für niedrigere Fahrleistungen der mit Wasserstoff betriebene Kreiskolbenmotor eingesetzt wird. Der mit flüssigem Treibstoff arbeitende erste Motor wird durch das Drehmoment und die Leistung des mit Wasserstoff arbeitenden Kreiskolbenmotors betrieben und bedarf daher keines eigenen Elektrostarters.

Ein auf die Wiedergabe der Motorenanordnung beschränktes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftfahrzeuges ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 - eine Schema-Draufsicht auf das Motoraggregat des erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 - eine Schemaansicht, welche die gegenseitige Anordnunge, gesehen vom Umschalt- und Anpassungegetriebe aus, in Stirnansicht wiedergibt,

Fig. 3 - eine vereinfachte Teil-Schnittansicht des Umschalt- und Anpassungsgetriebes,

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Fig. 4 - eine Einzelheit des bspw. im Umschaltgetriebe oder aber gem. Fig. 1 im üblichen Schaltgetriebe untergebrachten Drehmomentsensors,

Fig. 5 - eine Schnittansicht durch die Konstruktion zur Unterbringung des Drehmomentsensors. ^:

Das in den Figuren nicht gezeigte Kraftfahrzeug weist gem. Fig. 1 einen ersten Motor 1 auf, der zum Betrieb mit fossilen flüssigen Brennstoffen, wie Benzin, Super oder Diesel, ausgelegt ist. Es ist ein zweiter mit Wasserstoff betriebener Kreiskolbenmotor 2 vorgesehen. Zwischen den beiden Mo toren 1 und 2 befindet sich ein Umschalt- und Anpassungsgetriebe 3, an welches die übliche Schalt-Kupplung 4 angeflanscht ist. An die Schaltkupplung 4 schließt sich das übliche Schaltgetriebe 5 an.

Jeder der Motoren 1 und 2 hat einen eigenen Vergaser und beide Vergaser 6 und 7 sind über Baudenzüge 8 oder Gestänge mit einem gemeinsamen Gaspedal 9 am Fahrersitz des Kraftfahrzeuges verbunden und werden von diesem aus betätigt.

Beide Motoren T und 2 haben eine gemeinsame Lichtmaschine 10, eine gemeinsame Kühlwasser-Umlaufpumpe 11 sowie einen gemeinsamen Kühler 12.

Bspw. im Getriebe 5 ist ein Drehmoment-Sensor 13 untergebracht, dessen Lastmomentsignale einer elektronischen Eh-

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richtung 14 zugeführt werden. Diese gibt die Signale an eine Verzögerungseinrichtung 15 weiter und speist sie in eine Um- _ - schalteinrichtung 16 ein'. Die Umschalteinrichtung ist elektronisch gesteuert und "geregelt und erfüllt zahlreiche Funktionen.

Die Umschalteinrichtung"16 sorgt dafür, daß bei niedrigen Drehmomenten zunächst der zweite, mit Wasserstoff betriebene, Kreiskolbenmotor 2 in Betrieb gehalten wird, während der ι erste, mit flüssigem Kraftstoff arbeitende, Motor 1 stillgelegt ist. Steigt das gemessene Fahrlastmoment, so wird zunächst über eine Verzögerungseinrichtung dafür gesorgt, daß nicht sofort die Umschalteinrichtung 16 in Betrieb gesetzt wird. Hält das steigende Fahrlastmoment jedoch eine bestimmte einstellbare Zeitspanne an, so tritt die Umschalteinrichtung

16 in Betrieb und betätigt eine Kupplung 17 im Umschalt- und Anpassungsgetriebe 5 derart, daß .ein Abtriebsritzel 18 des Motors 1 kraftschlüssig mit einem vom Motor 2 über ein gleiches - nicht dargestelltes - Abtriebsritzel 18 und Kupplung

17 angetriebenes Mehrfachinnenzahnrad in Rotation versetzt wird, indem die Kupplung 17 mit Schlupf einrückt. Zugleich wird die Zündung des Motors 1 in Betrieb genommen und der Motor springt an und läuft mit der vom Gaspedal abhängigen Drehzahl. Die Umschalteinrichtung 16 schaltet alsdann den mit Wasserstoff betriebenen Motor 2 ab und stellt dessen Zündung ab. Zum Abschalten wird die Kupplung 17 des mit Wasserstoff arbeitenden Kreiskolbenmotors ausgerückt.

Das Mehrfachinnenzahnrad 19 arbeitet auf ein Abtriebsritzel 20, das auf einer Welle 21 sitzt/ die in die Schaltkupplung 4 übergeht. . .,

Die beschriebene Ausgestaltung des Anpassungs- und Umschalt- ! getriebes 5 gemäß Fig. 3 ist nicht verbindlich, insbesondere ! dann nicht, wenn das Kraftfahrzeug eine Getriebeautomatik auf- \ weist oder wenn beide Motoren 1 und 2 gleichzeitig in Betrie: setzbar sein'sollen. Bei gleichzeitigem Inbetriebsetzen beider Motoren 1und 2 ist ein Umlaufrädergetriebe erforderlich.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Möglichkeit, das Drehmoment zu messen. Zu diesem Zweck ist an ein Zahnrad 22 eine Scheibe 23 angesetzt. Beide, nämlich das Zahnrad 22 und die Scheibe 23, sind auf getrennte Wellen 24 aufgeflanscht oder drehsi-. eher aufgesetzt. ■ · ;

Das Zahnrad 22 und die Scheibe 23 greifen mit Nocken 25 ineinander. Zwischen den Nocken befinden sich Federn, z. B. Tellerfedern oder Wendelfedern 26. Diese gestattennur einen sehr geringen Winkelhub zwischen Zahnrad 22 und Scheibe 23, belasten jedoch einen elektronischen Drucksensor 27.. Auf die' se Weise wird das Drehmoment zwischen dem Zahnrad 22 und der Scheibe 23 gemessen und in Form elektronischer Signale über eine Leitung 28 abgeleitet und der elektronischen Einrichtung 14 zugeführt. Der Drucksensor 27 ist mit dem Sensor 13 gem.

Fig. 1 identisch.

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Bei Getriebeautomatiken oder Verwendung hydraulischer Zwischengetriebe kann der Hydraulikdruck einen Drucksensor be-""■-' >- aufschlagen.

Die in Fig. 2 gezeigte räumliche gegenseitige Anordnung der Motoren 1 und 2 ist nicht bindend. Bei Frontantrieben kann auch die in Fig. 1 dargestellte Gliederung umgekehrt werden und auf den Frontantrieb wirken. Es ist auch möglich, den Verbrennungsmotor 1 querzustellen, was in einigen Kraftfahrzeugen bereits praktiziert wird und den wasserstoffbetriebenen Kreiskolbenmotor 2 längszustellen. In diesem Fall ist das Umschalt- und Anpassungsgetriebe 3 mit einem geeigneten StLrnrädersatz bzw. Winkelrädersatz auszurüsten, um den getrieblichen Zusammenschluß zu erzielen.

Die räumliche Ausgestaltung und konstruktive Verwirklichung hängt von den unterschiedlichen Fahrzeugtypen -ab bzw. von den Raumverhältnissen im Motorraum. Die Zusammenfassung von Nebenaggregaten kann sehr weit gesteigert werden, bspw. derart, daß die Kontrollinstrumente am Armaturenbrett als jeweils Doppel-Anzeigegeräte ausgebildet werden. Auf diese Weise bleibt die Übersichtlichkeit erhalten.

Die Vorteile der beschriebenen Ausgestaltung des Motoraggregates eines Kraftfahrzeuges bestehen darin, daß der Kraftfahrer die Möglichkeit hat, erhebliche Mengen des zum Teil konjunkturbedingt recht teuren flüssigen Treibstoffes,etwa ..> . BAD ORIGINAL

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40 bis 50 %, einzusparen, weil bei niedrigen Fahrlasten ausschließlich der wasserstoffbetriebene Kreiskolbenmotor ,arbeitet. Da 40 bis 50 % flüssigen fossilen Treibstoffes eingespart werden, reduziert sich auch im gleichen Umfange . die abgasbedingte Umweltverschmutzung, denn Wasserstoff erzeugt als Abgas lediglich Dampf. Die Leistungsaufteilung zwischen Motor 1 und Mo'tor 2 kann beliebig variiert werden und jeweiligen überwiegenden Fahrbedürfnissen entsprechen. ^! Bei Fahrzeugen, die überwiegend für Schnellverkehr ausgelegt sind oder die aufgrund des häufigen Befahrens von Steigungen oder durchschnittlichen Betriebes mit Anhängern eine höhere Leistung benötigen, kann der zweite, mit Wasserstoff'.betriebene, Kreiskolbenmotor relativ klein ausgelegt werden, damit er lediglich bzw. überwiegend den Stadtverkehr bewältigt,', i während für größere Leistungen im Hauptbetrieb der mit flüs-

sigem, fossilen Treibstoff arbeitende Motor 1 zur Verfügung „; steht. Bei Fahrzeugen, die überwiegend im Stadtverkehr'· oder Kurzstreckenverkehr betrieben werden, sind größere Leistungei des mit Wasserstoff betriebenen Kreiskolbenmotores 2 sinnvoller. Höchstleistungskraftfahrzeuge können so ausgelegt werden, daß bei Höchstlast beide Motore 1 und 2 arbeiten.

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Claims

HENTSCHEL & IIKNTSCHEL· 331672

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Patentansprüche:

/ 1. !kraftfahrzeug mit zwei Motoren, von denen wenigstens Biner als mit fossilem Kraftstoff antreibbarer Verbrennungsmotor ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Motor (2) als mit Wasserstoff betreibbarer Kreiskolben-, vorzugsweise Wankelmotor, ausgebildet ist, daß beide Motore 1, 2 über ein Umschalt-und Anpassungsgetriebe (3) mit der beiden gemeinsam dienenden Schaltkupplung (4) und deren nachgeschaltetem Schaltgetriebe (5) oder einer gemeinsamen Getriebeautomatik getrieblich verbunden sind, daß eine abhängig vom Lastmoment des Kraftfahrzeugs arbeitende, vorzugsweise elektronisch geregelt und gesteuert arbeitende Umschalteinrichtung (16) vorgesehen ist, welche bei geringer Fahrlast den zweiten Motor (2) allein in Betrieb setzt, bei höherer Fahrlast den ersten, mit fossilen Brennstoffen arbeitenden Motor (1) in Betrieb setzt und den zweiten Motor (2) abstellt sowie ggfs. bei Höchstlast beide Motore (1, 2) in Betrieb setzt, daß der zweite Motor (2) eine kleinere, höchstens die gleiche Leistung wie der erste Motor (1) aufweist, daß beide Motore (1, 2) ein gemeinsames Gaspedal (9) aufweisen.

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2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Motore (1, 2) eine gemeinsame Kühlanlage (12) einschließlich gemeinsamer Kühlwasserumlaufpumpe (11) sowie eine gemeinsame Lichtmaschine (10) aufweisen.
3. Kraftfahrzeug:nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (16) wenigstens für das Zu- und Abschalten des ersten Motors (1) eine für das Zu- und Abschalten jeweils getrennt einstellbare Verzögerungseinrichtung (15) aufweist.
4. Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalt- und Anpassungsgetriebe für jeden Motor (1, 2) eine gesteuert von der Umschalteinrichtung (16) automatisch betätigbare Kupplung (17) aufweist, welche abtreibsseitig mit dem Abtriebsrad oder -ritzel (18) getrieblich verbunden ist.
5. Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich der zweite Motor (2) mit einem Elektrostarter versehen ist.

Beschreibung:

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