DE4405846A1 - Verbrennungsmotor-Elektrogenerator-Antrieb für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Der zukünftige Automobilantrieb erfolgt elektrisch. Auch Federung, Niveausteuerung, sowie Bremsung müssen elektronisch geregelt werden, um diese Vorgänge hysteresefrei ablaufen lassen zu können.

Beim Antrieb von Kraftwagen auf einen Verbrennungsmotor zu verzichten, um jede Verunreinigung der Atmosphäre auszuschließen und beispielsweise die Bewegungsenergie des Kraftwagens allein aus einem elektrisch angetriebenen Schwungradspeicher zu beziehen, ist jedoch in zweifacher Hinsicht nachteilig:

• a) der Schwungradspeicher muß mit umweltbelasteten Kraftwerksstrom auf­ geladen werden
• b) für den Kraftwagenantrieb steht dann eine Leistungsquelle mit abnehmen­ dem Energiepotential zur Verfügung, wodurch die Verkehrstüchtigkeit des Fahrzeugs laufend geringer wird und bei einem zu weit entladenen Speicher nicht mehr gewährleistet ist.

Ein Schwungradspeicher eignet sich jedoch dafür, Verzögerungsenergie aufzunehmen, wodurch Antriebsenergie und somit Brennstoff eingespart werden kann.

Inzwischen sind Vorschläge für Kraftfahrzeugantriebe mit Verbrennungsmotoren und angeflanschten Generatoren, welche über, an den Rädern angeordnete E-Motoren das Fahrzeug antreiben, bekannt geworden. Dadurch wird der mechanische Antriebsstrang mit Stufenschaltgetriebe, Antriebswellen mit Differential überflüssig. Eine wesentliche Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades wird dadurch allerdings nicht erzielt, weil der Motorwirkungsgrad reduzierende Kurbeltrieb des Antriebs beibehalten wurde.

Einen Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor/Generatorantrieb erheblich verbesserten Wirkungsgrades, schadstoffärmer, dazu durch Reduktion der Einzelteile leichter und billiger zu gestalten, hat sich die Erfindung zur Aufgabe gesetzt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst.

In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel des Motor-Generators der Erfindung dargestellt. Es handelt sich dabei um einen Schwingankergenerator, der durch einen mit zwei Brennräumen ausgerüsteten, durch Schwingkolben-Spülzylinder aufgeladenen Zweitakt-Diesel-Freikolbenmotor mit beispielsweise 0,65 l Hubvolumen angetrieben wird und bei 65 Hz Hubfrequenz 40 kW leistet. Ein durch dieses Gerät angetriebener Kleinwagen mit 1200 kg Bruttogewicht wurde rechnerisch bei Drittelmix-Belastung des Fahrzeugs mit einem Dieselölverbrauch von unter 2 Liter/100 km auskommen.

Das Ausführungsbeispiel ist in drei Schnittebenen wiedergegeben. In Fig. 1 ist der in Fig. 2 und Fig. 3 mit A-B gekennzeichnete Längsschnitt durch den Dieselmotor-Arbeitsraum mit Vierkantkolben und beidseitig durch Zahnsegmente angetriebene Lade-Schwingkolben in den beiden Lade-Halbzylindern dargestellt. Fig. 2 gibt den in Fig. 3 mit G-H gekennzeichneten Querschnitt durch Lade-Halbzylinder sowie eine Seite des elektrischen Teiles des Gerätes wieder. In Fig. 3 ist schließlich der senkrecht zum Schnitt A-B gelegte, in Fig. 1 mit E-F gekennzeichnete Querschnitt durch die elektrischen Teile beider Motorseiten, den Schwingkolben in seiner Schmalseite, sowie die zylindrischen Zündräume mit durch den Einspritz-Pumpdüsen veranschaulicht.

In den Abbildungen ist mit 1 der durch flache Stege 2 abgedichtete Grauguß-Rechteckkolben gekennzeichnet, der sich im seitlich offenen Leichtmetallgehäuse-Mittelteil 3 auf und ab bewegt. Letzteres ist durch Anker 4 mit den beiden, die Seitenflächen der Kolbenlautbahnen bildenden und unter Deckeln 5₁ und 6₁ die Ständerwicklungen 7 und 8 tragenden Leichtmetall-Seitenteilen 5 und 6 fest verbunden. Die beiden Seitenteile sind bis auf die Öffnungen 5₂ und 5₃ zur Aufnahme der Pumpdüsen 9 und 10 gleich ausgebildet. Sie weisen auf beiden Seiten die durch Gehäusemittelteil 3 und Seitenteile 5 und 6 gebildeten Motor-Arbeitsräume 11 und 12 mit Auslaßschlitzen 13 auf, während die Einlaßschlitze 14 senkrecht dazu im Gehäuse-Mittelteil 3 angeordnet sind. Dahinter befindet sich auf jeder Motorseite der Spülhalbzylinder 15 und 16, in denen sich die Schwenkkolben 15₁ und 16₁, angetrieben durch die in die Kolbenverzahnungen 1₁ und 1₂ eingreifenden Ritzel 15₂ und 16₂, die durch Schrauben 15₃ und 16₃ mit den Schwenkkolben 15₁ und 16₁ verbunden sind. Zur Zentrierung sind die Schwenkkolben auf Zylinderfortsätzen 15₆, 15₇ und 16₆, 16₇ gelagert. Die Schwenkkolben 15₁ und 16₁ saugen über die mit Membranen 15₄, 15₅ und 16₄, 16₅ ausgerüsteten Saugkanäle 15₆ und 16₆ die Frischluft für den Motor an und drücken sie am jeweiligen UT des Motorkolbens über die Einlaß-Schlitze 13 in die Arbeitsräume des Motors.

Zur Aufrichtung des Frischgasstromes und zur Wirbelbildung bei der Einspritzung ist der Kolben 1 mit zwei Rippen 1₃ und 1₄ ausgerüstet. Beim Frischgaseinlaß sorgt die Rippe jeweils für eine Aufrichtung des Luftstromes, wie es die Pfeile 17 und 18 andeuten, um die Luft im Arbeitsraum zur schnellen Verteilung aufzurichten. Beim Verdichten sorgen dieselben Rippen, unterstützt durch die Quetschwirkung des Kolbens, für eine intensive Wirbelbewegung im Brennraum, um den Zündverzug beim Einspritzen zu reduzieren. Die Pfeile 19 und 20 geben diese Wirbelbewegung an.

Der elektrische Teil des Verbrennungsmotor-Elektrogenerator-Antriebs besteht aus den Ständerwicklungen 7 und 8, welche den durch die Schwenkbewegung der Kurzschlußanker 21 und 22 induzierten E-Strom über ihre Anschlüsse 7₁ und 8₁, gesteuert durch den Zentralrechner des Fahrzeugs an die Radantriebsmotoren, bzw. den nicht mit dargestellten Motor/Generator des gegebenenfalls verwendeten Schwungradspeichers zur Aufnahme von Verzögerungsenergie und Abgabe von Zusatzenergie beim Beschleunigen des Fahrzeugs abgeben.

Innerhalb der Ständerwicklungen schwingen die beiden Kurzschlußanker-Seg­ mente dadurch im Takt des Motorkolbens in entgegengesetzter Richtung, daß an den Breitseiten des Kolbens 1 die Verzahnungen 1₅ und 1₆ angebracht sind, in welche die Zylinderverzahnungen 23₁ und 24₁ der die Kurzschlußanker tragenden Schwenkhalter 23 und 24 der Kurzschlußanker 21 und 22 eingreifen. Die Schwenkhalter sind durch Wälzlager 23₂ und 24₂ auf an den Seitenteilen 5 und 6 befestigten Hülsen 23₃ und 24₃ gelagert. Schwenkhalter 23 und 24 mit Kurzschlußanker sind durch überwiegende Anwendung von Leichtmetall derart dimensioniert, daß ihre schwingenden Massen zusammen mit denen der Schwenkkolben 15₁ und 16₁ den Massenausgleich zum Graugußkolben des Motorteils bilden.

Claims (1)

1. Verbrennungsmotor-Elektrogenerator-Antrieb für Kraftfahrzeuge, mit linear frei schwingendem Motorkolben, dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt rechteckig ausgebildete Motorkolben (1) auf allen vier Seiten Verzahnungen (1₁, 1₂, 1₅, 1₆) aufweist, über die auf zwei gegenüberliegenden Seiten Schwingkolben (15₁, 16₁) für den Motor-Stoffwechsel und über die zwei weiteren gegenüberliegenden Seiten die Schwinganker (21, 22) des Generatorteils angetrieben werden.