EP3201437A1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

Verbrennungsmotor

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EP3201437A1
EP3201437A1 EP15771961.8A EP15771961A EP3201437A1 EP 3201437 A1 EP3201437 A1 EP 3201437A1 EP 15771961 A EP15771961 A EP 15771961A EP 3201437 A1 EP3201437 A1 EP 3201437A1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
engine
combustion engine
intermediate plate
crankshaft
Prior art date
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EP15771961.8A
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EP3201437B1 (de
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Johann SCHWÖLLER
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Individual
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Publication date
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Publication of EP3201437A1 publication Critical patent/EP3201437A1/de
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Publication of EP3201437B1 publication Critical patent/EP3201437B1/de
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    • F01B21/02—Combinations of two or more machines or engines the machines or engines being all of reciprocating-piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B1/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
    • F01B1/12—Separate cylinder-crankcase elements coupled together to form a unit
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B1/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
    • F01B1/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements with cylinders in V-arrangement
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B73/00—Combinations of two or more engines, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0021—Construction
    • F02F7/0031—Construction kit principle (modular engines)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0002—Cylinder arrangements
    • F02F7/0012—Crankcases of V-engines

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine.
  • DE 31 32 368 A1 discloses a vehicle engine.
  • This vehicle engine comprises at least two engine blocks.
  • the two engine blocks each have their own crankshaft.
  • One of the crankshafts is connected to an output shaft by means of a closing / free-wheeling clutch.
  • a first transmission is provided between the one-way clutch and the output shaft.
  • a second transmission is provided, which connects the crankshaft with a transmission shaft part by means of a freewheel.
  • the transmission shaft part is part of a transmission shaft that runs parallel to the crankshafts.
  • the transmission shaft has a second part. Via the transmission shaft, the output of the engine block is transmitted to the same output shaft to which the power of the second engine block is transmitted.
  • DE 27 47 131 A1 a vehicle unit is disclosed.
  • This document discloses various engine arrangements or vehicle aggregates in which, for example, two in-line engines are arranged next to one another or are arranged in a V-shape relative to one another and are coupled to one another via a "frame"
  • the vehicle assembly may be configured such that two V-shaped engine blocks are arranged in a V-shape relative to each other.
  • an output shaft is disclosed, which is arranged below the cylinder heads.
  • a stopped second internal combustion engine part is to be accelerated to a rotational speed until the speed difference permissible for the engagement process is reached or undershot.
  • the friction clutch should be controlled accordingly and thus the jaw clutch should initially be bridged.
  • first end faces of the at least three claws come into sliding contact with a second base. While maintaining a permissible speed difference, the first end faces should slide on the second base.
  • An engagement process is to be initiated automatically by the transition of a second base to a second engagement phase and the associated clearance when the required angular position is set and the respective claw can engage in the associated pawl pocket.
  • DE 10 2010 005915 A1 discloses a method and a device for operating a multi-cylinder internal combustion engine.
  • This document describes a synchronizing clutch required for connecting and disconnecting a sub-cylinder unit on a mass balance shaft of a permanently operated cylinder unit.
  • the mass balance shaft and thus the crankshaft of the permanently operated cylinder unit can be connected and disconnected with the crankshaft of the cylinder unit which can be switched on and off.
  • no additional shaft is required to actuate the cylinder inlet and cylinder deactivation.
  • crankshaft is divided into two sections.
  • the ends of the crankshaft sections support bevel gears which cooperate with a multi-plate clutch which is suitably operated to connect the two crankshaft sections or to keep a left-hand cylinder group idle.
  • An output shaft is connectable to a right cylinder group, and a bevel gear of an associated crankshaft section also drives, via another bevel gear, an air compressor housed in the cylinder, which communicates with an air intake manifold of the engine via a passage.
  • a vehicle engine which is composed of blocks, each of which contains at least one cylinder and which have at their end faces mutually similar fastening means which are arranged symmetrically with respect to a vertical center plane.
  • the engine includes a block having an odd number of cylinders and a block having an even number of cylinders, for example, two and three cylinders, respectively, which allow combinations of 2 + 2 and 3 + 3 combinations with an odd total number of cylinders.
  • the blocks may be directly interconnected with the housing containing the auxiliaries then connected to the free end of one of the blocks, while a housing for transmission to an output shaft is connected to the free end of the other block.
  • the blocks may be interconnected via a housing containing a transmission for an output shaft.
  • the transmission housing may then include clutches that selectively connect the crankshafts of the two blocks to the output shaft.
  • the vehicle engine comprises a first engine block and a second engine block, which are interconnected via a transmission housing.
  • a manual transmission is provided with an output shaft.
  • a differential for a front-wheel drive is provided, in which the performance is transmitted via a hollow shaft arrangement.
  • the power transmission should be done by means of a chain or belt drive.
  • a drive part forms part of the housing for two clutches and freewheel wheels.
  • a crankshaft is connected to a central shaft which carries a clutch disc and a freewheel 46a which cooperate with the housing.
  • the central shaft is continued by a free-running extension, which protrudes through another coupling housing.
  • a crankshaft is connected to a torque converter. Furthermore, the crankshaft has a clutch disc. On the clutch disc, a shaft is fixed, which encloses the shaft. The shaft can interact by means of a freewheel with clutch housings and also interact by means of a clutch disc 53 directly to the clutch housing.
  • a microcomputer is disclosed which opens or closes respective clutches when the output varies depending on the traffic or road conditions.
  • WO 2012/142993 discloses an internal combustion engine having a main engine with a first crankshaft part rotating about an axis of rotation and a supplemental engine with a second crankshaft part. Between the crankshaft parts a synchronizer clutch is arranged, which is formed of a friction clutch and a form-locking coupling.
  • the friction clutch is designed as a multi-plate clutch and serves to equalize the rotational speeds of the two crankshaft parts during their synchronization.
  • the form-fitting coupling contains the first crankshaft part associated form-fitting elements and the second crankshaft part associated form-fitting elements, which forms the positive engagement between them during axial operation of the positive locking clutch at a predetermined differential speed between the two crankshaft parts.
  • the interlocking elements are formed from trapezoidally aligned in the axial direction claws.
  • Object of the present invention is to provide a compact and simple design engine, which ensures high reliability.
  • the invention has the features specified in patent claim 1.
  • Advantageous embodiments thereof are specified in the subclaims.
  • an internal combustion engine is provided with at least two mutually coupled engine blocks each having two cylinders, which are each connected to a transmission and a clutch with a common drive shaft.
  • an engine block is understood to be a housing which, in addition to cylinders and corresponding cylinder heads, comprises a crankshaft bearing, a crankcase and a corresponding water or air cooling system.
  • both engine blocks are individually decoupled from the drive shaft via the corresponding coupling, the engine is redundant. In this way, both engine blocks can be operated completely independently of each other. This results in a high level of safety when using the engine in airplanes, since if one engine block fails, it can be automatically or manually disengaged and the other engine block continues to run without it being braked or blocked by the failed engine block.
  • the two engine blocks can be V-shaped such that the respective cylinder heads are arranged V-shaped and the drive shaft is arranged in the region of the V-recess between the cylinder heads.
  • Such an arrangement of the drive shaft allows a compact construction of the engine.
  • the two engine blocks can also be designed such that they form a boxer engine.
  • the drive shaft can then be arranged corresponding to above or below the cylinder.
  • Each engine block can have its own crankshaft.
  • the engine according to the invention thus does not have a continuous crankshaft. Therefore, the drive torque does not have to be transmitted from one side of the engine through the crankshaft to the one-sided output.
  • the torque is output via output-side or outer ends of the crankshafts.
  • an internal crankshaft e) lenwange including storage is only the leadership and balance. This allows a very simple and easy design of the crankshafts, which are inexpensive to manufacture.
  • crankshaft can be constructed as a built-up crankshaft, i. be formed as a 15 lightweight assembled crankshaft from individual parts.
  • the connecting rods require no Lagerverschraubung and can be easily assembled.
  • crankshaft cheeks designed, for example, as fineblanked parts or forged cheek segments.
  • Special contour elements such as collars or penetrations, increase the length of the joint for the cheek - bearing connection and ensure the separation of the thermal and geometric notches. This leads to an improvement in the component stiffness.
  • a forged or milled from the solid crankshaft requires connecting rods, which must be designed separable at the bearing to the crankshaft for mounting. This requires 30 more weight and higher production costs.
  • the transmission could be designed as a belt transmission or as a gear transmission. Furthermore, the two gear can be arranged at the output side ends of the crankshafts, which connect them to the drive shaft.
  • the two transmissions can be arranged in the region in which the two motor blocks are connected to one another or coupled to one another.
  • the gears are then preferably designed as a gear transmission.
  • the gear can be designed such that in each case a arranged on the crankshaft first gear is connected via a second gear with a arranged on the output shaft third gear.
  • the transmission can be made smaller with a given transmission ratio.
  • a gear arranged on a camshaft to be engaged by way of a fourth gearwheel coupled to the second gearwheel such that the camshaft is driven or driven via the gearwheel pair consisting of fourth and fifth gearwheels.
  • the clutches can be designed such that they enable a coupling of the corresponding crankshaft to the drive shaft only in a single angular position.
  • This can for example be realized by a dog clutch, in which a claw of one half of the dog clutch has a different geometry than the other claws, so that this claw is engageable only in a corresponding recess of the other half of the dog clutch.
  • the two engine blocks of the engine at standstill manually, ie be engaged by hand only in this one position.
  • the coupling in only one position has the advantage that the engine blocks are always coupled in the same angular position and so the balance of the engine parts remains the same even when reconnecting the engine parts. A manual adjustment of the engine parts is therefore not necessary.
  • the engine may have a lower or upper camshaft.
  • An underlying camshaft reduces the space required by the combustion engine.
  • a device for, preferably mechanical, decoupling of rocker arms and camshaft be provided such that a cylinder shutdown is possible.
  • the push rods are moved in the region of the camshaft so that here the transfer of the lifting movement is disengaged from the camshaft to the push rod.
  • An associated cylinder deactivation makes it possible to switch off one of the two engine blocks or its cylinders and in this way continue to operate the other engine block at its optimum operating point in the range between 70% and 80% load.
  • the cylinder deactivation is preferably carried out in the lower part load range. In this operating range, the entire engine would reach a poor efficiency.
  • these cylinders act as spring accumulators and consume significantly less energy during idling than when corresponding changes in gas occur due to the gas exchange when the valves open.
  • the internal combustion engine which would have a poorer efficiency with only 35, in particular 40% of the power across all cylinders of both engine blocks, instead be operated with 70, in particular 80% of the power with only one engine block. This increases the overall efficiency and at the same time reduces fuel consumption.
  • the internal combustion engine may have a water cooling device for cooling the cylinder heads, wherein on the drive shaft at least one roller fan is arranged, which is likewise designed to cool the cylinder.
  • the roller fan which is arranged on the drive shaft, allows a high volume flow for cooling the cylinder, at the same time low pressure. Cooling air can be selectively supplied via such air cooling in order to support the water cooling device of the cylinder heads.
  • the roller fans also ensure that the engine does not have to be supplied externally with a cooling air flow. Due to the roller fans, the cylinders are always forced cooled as long as the drive shaft rotates, ie the engine is running.
  • the internal combustion engine according to the invention comprises all components which are necessary for the operation of one of the two engine blocks of the engine in duplicate, only the drive shaft is present only once. There may also be two completely separate power grids, which are connected to the on-board supply via diodes in order to avoid mutual influences of the power grids on each other.
  • the engine according to the invention preferably has two separate cooling and oil circuits and correspondingly two cooling water and two oil pumps.
  • the second engine block is not loaded by the cooling line to be applied to the first engine block.
  • the internal combustion engine according to the invention is preferably intended for use in aircraft, in particular in ultralight aircraft.
  • the internal combustion engine also have an electric drive, whereby it is thus designed as a hybrid drive.
  • the additional electric motor also serves for short-term performance enhancement, e.g. at take-off, in short-term climb or in aerobatics.
  • An advantage of the engine concept is therefore also that the cylinders are air-cooled, but the cylinder head is water-cooled. If the cooling water is lost, the engine can continue to run in emergency mode for a certain amount of time even without cooling water, since the heat can also be dissipated via the forced air-cooled cylinders.
  • the internal combustion engine according to the invention is preferably completely redundant. This means that all ancillaries also exist at least twice are. This will be achieved eg two separate lubrication systems, two separate circuits, two generators, two turbochargers, etc.
  • an intermediate plate for connecting at least two engine blocks is provided.
  • the intermediate plate is a plate-shaped component which has two sealing surfaces, which are designed to seal one side of an engine block, wherein the intermediate plate has at least one bearing bore for receiving at least one bearing of a crankshaft.
  • Such an intermediate plate serves both for sealing and for connecting the two engine blocks.
  • a storage opening with corresponding storage devices for supporting the two crankshafts is arranged in the intermediate plate.
  • the storage opening can be designed for coaxial storage of two crankshafts.
  • the two crankshafts are stored in the intermediate plate both in the area of the crank arm and in the middle.
  • the center distance of the bearing of each crankshaft part can be designed as large as possible
  • a crankshaft at the corresponding end has a pin-shaped portion
  • the other crankshaft has a tubular portion at the corresponding end.
  • the crankshafts mesh with one another, whereby the bearing distances of each crankshaft are made substantially larger than if a separate bearing were provided for each crankshaft part in the middle of the intermediate plate.
  • An engine according to the invention preferably has a displacement of between 1500 and 2000 cc.
  • the power of the engine can be in a suction version at about 150 hp and in the turbocharger version at about 200 hp.
  • the additional power through the electric motor can be about 30 hp (continuous load) and 50 hp (peak load).
  • the combustion engine offers more power in a smaller space compared to comparable comparable four-cylinder aircraft engines available on the market. It is also lighter and easier to set up.
  • the internal combustion engine comprises two identical V-engines, one of which is designed as a left-hand rotor and one as a right-handed runner.
  • the two crankshafts rotate in the same direction of rotation. Due to the fact that the drive off of the crankshafts takes place on both end sides of the engine, a bearing of the crankshaft ends in itself is possible in the region of the intermediate plate. As a result, the bearing distances of these crankshaft parts can be maximized without lengthening the length of the engine.
  • This internal combustion engine also allows due to its construction a simple timing belt replacement, since only the drive shaft and not the entire engine must be removed.
  • sensors are provided with which an operating condition of the two engine blocks can be detected independently.
  • the operating state sensors may be arranged in both clutches as torque sensors.
  • the torque sensors may be designed as electronic sensors for torque detection, for example as piezoelectric sensors or non-contact torque sensors.
  • the Fraunhofer ITWM sells an inductive sensor for non-contact detection of torques.
  • the measuring concept of the sensor is based on the anisotropic magnetostrictive effect in ferromagnetic wave surfaces.
  • This effect causes a different magnetic permeability in the direction of the tensile stresses and compressive stresses as a function of the mechanical torsional stresses at the measuring point.
  • this permeability change is measured, which is proportional to the torsional stress on the shaft surface over a wide measuring range.
  • Another way to torque detection is to provide a spring-loaded roller on the gear, such as a tension roller adjacent to a run of the belt. Depending on whether the belt drive the drive shaft or the engine block (in case of failure) is driven, one or the other run of the belt is stretched. This tension can be detected with the tension pulley and a corresponding sensor. Additionally and / or alternatively, at least two exhaust gas sensors may be provided, which are correspondingly integrated into the exhaust system of the two engine blocks in such a way that the exhaust gas temperatures of the two engine blocks can be monitored independently of one another.
  • the internal combustion engine according to the invention has a control device (not shown) which monitors the torque and / or the exhaust gas temperature of the two engine blocks by means of the sensors.
  • FIG. 1 is a perspective view of an internal combustion engine according to the invention
  • FIG. 2 shows the internal combustion engine of Figure 1 in a side exploded view
  • FIG. 3 shows two V-shaped arranged cylinder blocks with intermediate plate of the inventive internal combustion engine in a perspective exploded view
  • FIG. 7 is a further perspective view of the internal combustion engine according to the invention
  • Fig. 8 is a perspective view of a turbocharger with intercooler
  • Fig. 9 is another perspective view of the turbocharger with intercooler
  • FIG. 10 is a perspective view of the internal combustion engine according to the invention with two provided on the intermediate plate gear housings, and
  • FIG. 1 shows the transmission of the embodiment shown in Figure 10 with a camshaft control in a perspective view
  • FIG. 12 shows a device for decoupling rocker arms in a perspective view
  • FIG. 13 shows an alternative embodiment of the device for decoupling
  • FIG. 14 shows an alternative embodiment of the device for decoupling rocker arms in a perspective view.
  • An embodiment of an internal combustion engine 1 comprises two mutually coupled V-type engines or engine blocks 2, 3, each with two cylinders 4 (FIGS. 1 to 3).
  • the V-shaped engine blocks have corresponding V-shaped arranged cylinder or cylinder heads.
  • a piston (FIG. 4) is arranged, each of which acts on a crankshaft 5, 6 with a connecting rod.
  • the first and second crankshaft 5, 6 of the first and second engine blocks 2, 3 are thus formed separately, i. they are not connected.
  • crankshafts 5, 6 are each mounted with their ends on an intermediate plate 11 and on a first or second crankcase 8, 10.
  • the intermediate plate 1 1 is arranged between the two crankcases 8.10.
  • the crankcase 8,10 are arranged at the from the intermediate plate 1 1 facing away outer sides of the engine blocks 2.3.
  • the intermediate plate 1 1 is for sealing and connecting the first and second engine block 2, 3 with first and second crankcase 8, 10 is formed ( Figures 2 to 5).
  • the intermediate plate 1 1 is a disc-shaped element on the radially circumferentially equally spaced from each other holes 12 are formed for connection to the two Kur- belgeperusen 8, 10.
  • a transverse to the intermediate plate 1 1 extending bearing bore 13 is formed (Fig. 5)
  • a storage-side end 18 of the first crankshaft 5 and a storage-side end 19 of the second crankshaft 6 are arranged.
  • the storage-side end 18 of the first crankshaft 5 is a tubular portion 20.
  • the storage-side end 19 of the second crankshaft 6 is a pin-shaped portion 21.
  • the outer diameter of the pin-shaped portion 21 is smaller than the inner diameter of the tubular portion 20. (Is that correct?)
  • a bearing device 17 such as a sliding, ball or roller bearing, is provided between the inner surface of the bearing bore and the outer surface of the tubular portion 20.
  • a further storage device 17 is arranged in the tubular portion of the pin-shaped portion 21 of the second crankshaft 6 in the bearing bore 13 and the further bearing means 17, the two crankshafts are completely decoupled from each other in their rotational movement.
  • the bearing bore 13 is extended on both sides of the intermediate plate by corresponding pipe sections 14 and expanded in diameter.
  • the pipe sections 14 are additionally connected via stiffening struts 15 with the intermediate plate 1 1.
  • the cavities of the pipe sections 14 form storage openings 16.
  • crank webs 36 of the first and second crankshaft 5, 6 are mounted (Fig. 5).
  • the two crankshafts 5, 6 are thus stored in the intermediate plate 1 1 both in the region of the crank arm 36 and in the middle of the bearing opening 13 of the intermediate plate 1 1.
  • the center distance of the bearings of each crankshaft can be made large.
  • the bearing distances of each crankshaft can be made substantially larger than if a separate bearing were provided in the middle of the intermediate plate for each crankshaft part.
  • the storage-side end 18 of the first crankshaft 5 and the storage-side end 19 of the second crankshaft 6 are decoupled from one another and stored in their own storage device 17 in the storage opening 16 (not shown).
  • camshaft drive 22 and an oil pump drive 23 are provided on the intermediate plate 1 1 (FIGS. 3 to 5).
  • the camshaft 22 and oil pump drives 23 are designed as bevel gear wheel and extend from the region of the bearing bore 13 in which they are in engagement with one of the crankshafts 5,6, radially outwardly to camshaft 33 and an oil pump.
  • these drives could also be designed as a spur or other gear
  • a device 39 for, preferably mechanical, decoupling rocker arms 40 and camshaft 33 is provided (FIGS. 12 to 14).
  • the device 39 comprises an eccentric shaft 41 on which the rocker arms 40 are mounted eccentrically such that the pivot point of the rocker arms 40 can be displaced such that the rocker arms 40 can no longer reach the valves 44 due to the displacement of the pivot point in the actuated state.
  • valves remain closed even with a lifting movement of the push rod 41, whereby a cylinder deactivation is possible.
  • the rotation of the eccentric shaft can take place, for example, by means of a hydraulic cylinder 42.
  • This or the hydraulic cylinders are connected via a valve, such. B. a solenoid valve, an electric valve or a mechanical valve can be controlled.
  • a valve such. B. a solenoid valve, an electric valve or a mechanical valve can be controlled.
  • the engine oil pressure existing from the engine circuit can be used.
  • the eccentric shaft 43 can thus be arranged in a rocker arm disengaged position and in a rocker arm engaged position.
  • a spring 45 may be provided which presses the rocker arm even with rotated eccentric shaft on the push rod 41, whereby it is held on the camshaft 33.
  • the eccentric shaft 43 may also be actuated electromagnetically or mechanically.
  • a spring 46 may be provided which pushes up the push rod 41 in the cylinder head.
  • the rocker arm 40 also remains on the valve.
  • a mechanical decoupling of the rocker arms 40 from the camshafts 33 may be realized by means for displacing the plungers and thereby disengaging the rocker arms so that the plungers are no longer in communication with the rocker arms.
  • the push rods are moved in the region of the camshaft so that here the transfer of the lifting movement is disengaged from the camshaft to the push rod.
  • the two V-shaped first and second engine blocks 2, 3 form a V-recess 24 in the region between their cylinders.
  • a drive shaft 26 is arranged in the area of the V-recess between cylinder heads 25 of the cylinder 4.
  • crankcases 8.10 In the au wash matter arranged crankcases 8.10 is in each case a transmission 72 and a clutch 28, which connects the respective output-side end of the first crankshaft 7,9 and 5 of the second crankshaft 6 with the drive shaft 26 (Fig. 6).
  • Such an arrangement of the gear 27 is referred to as an external gear assembly.
  • the gear 27 are designed as belt transmissions. Alternatively, the gear 27 may also be designed as a gear transmission.
  • the two transmissions 27 can, according to an advantageous embodiment, be arranged in the region in which the two engine blocks 2, 3 are connected or coupled with one another. This means that the gear 27 are in the range of intermediate plate 1 1 arranged. Such an arrangement of the gear 27 is referred to as internal gear assembly.
  • the gear 27 are then preferably designed as a gear transmission.
  • the gear 27 may be formed such that in each case a arranged on the crankshaft first gear 47 is connected via a second gear 48 with a arranged on the output shaft 26 third gear.
  • the transmission can be made smaller or formed at a given transmission ratio.
  • a fifth gearwheel arranged on a camshaft engages in such a way that the camshaft is driven or driven via this gearwheel pair consisting of fourth and fifth gearwheel 50, 51 becomes.
  • the gears are covered by a fixed to the intermediate plate 1 1 housing 52.
  • the clutches 28 are designed as jaw clutches.
  • the jaw clutches are designed such that a claw of one half of the claw coupling has a different geometry than the other claws, so that this claw can only be engaged in a correspondingly complementary recess of the other half of the claw coupling. This ensures that the two halves of the couplings 28 can be engaged with each other only in a certain rotational position.
  • Each of the two engine blocks 2, 3 is provided with a turbocharger 29.
  • the internal combustion engine 1 is redundantly formed by the two separate turbocharger systems 29 with respect to the air supply. This means that if one part of the engine fails and the turbocharger gets damaged, this only leads to a 50% loss of power, because then the remaining engine part with turbocharger still reaches its full capacity. Alternatively, a single turbocharger is conceivable.
  • Intercoolers for cooling the compressed and heated intake air are integrated in a section of pipe between the turbochargers 29 and the intake bends to the cylinders. These coolers are designed to increase their surface of lamell lenförmigen pipe sections. In the inner part of these pipe sections, the compressed and heated air flows from the turbochargers to the intake pipes and gives off the heat to the corrugated pipe fins. Cooling air flows in the opposite direction around the fins on the outside of the pipe fins and dissipates the heat here. The oppositely directed air flows result in an optimal cooling effect combined with very small installation space and low weight.
  • roller fans 31 On the drive shaft 26, two roller fans 31 are provided.
  • the roller fans cause that the engine does not have to be supplied with a cooling air flow from the outside.
  • the cylinders are always cooled by the roller fans as long as the drive shaft rotates, ie the engine is running.
  • a water cooling device 35 with two separate cooling circuits for cooling the two engine blocks 2, 3 is arranged.
  • a cooling fan 30 is provided in this area in order to increase the cooling capacity.
  • This cooling fan 30 provides an air flow for both the intercooler and the water cooling device 35 ready.
  • a fan housing of the cooling fan is designed such that it leads in the upper part of the cooling air flow to the intercoolers. The lower area ensures the supply of the cooling air flow to the water cooling device 35.
  • a driven end 32 of the drive shaft are two separate generators 34 to ensure at any time, ie even in case of failure of a generator sufficient power.
  • These generators can also be electric drives to form a hybrid drive.
  • the above-explained camshaft drive is arranged centrally on the intermediate plate.
  • the camshaft and oil pump drives can be arranged on the opposite / outer sides of the housing.
  • the internal combustion engine can also have an electric drive (FIGS. 2 and 7), as a result of which the internal combustion engine is designed as a hybrid drive.
  • sensors are provided with which an operating state of the two engine blocks can be detected independently of one another.
  • These sensors can preferably be designed for the independent detection of the torque of the two engine blocks or also of the exhaust gas temperatures of the two engine blocks or else for the detection of other suitable parameters for determining the operating state. These sensors are therefore subsumed below under the term operating condition sensors.
  • the operating state sensors may be arranged in both clutches as torque sensors.
  • the torque sensors may be designed as electronic sensors for torque detection, for example as piezoelectric sensors or non-contact torque sensors.
  • the Fraunhofer ITWM sells an inductive sensor for non-contact detection of torques.
  • the measuring concept of the sensor is based on the anisotropic magnetostrictive effect in ferromagnetic wave surfaces. This effect causes a different magnetic permeability in the direction of the tensile stresses and compressive stresses as a function of the mechanical torsional stresses at the measuring point. With the sensor, this permeability change is measured, which is proportional to the torsional stress on the shaft surface over a wide measuring range.
  • Another way of detecting torque is to apply a spring-loaded pulley to the transmission, such as a spring. to provide a tension roller adjacent to a run of the belt. Depending on whether the belt drive the drive shaft or the engine block (in case of failure) is driven, one or the other run of the belt is stretched. This tension can be detected with the tension pulley and a corresponding sensor.
  • At least two exhaust gas sensors may be provided, which are correspondingly integrated in the exhaust system of the two engine blocks in such a way that the exhaust gas temperatures of the two engine blocks can be monitored independently of each other.
  • the internal combustion engine according to the invention has a control device (not shown) which monitors the torque and / or the exhaust gas temperature of the two engine blocks by means of the sensors. Once the torque of one of the two engine blocks over a longer period, eg. B. greater than 0.5, or 1, or 1, 5, or 2, or 3 or 4 seconds, having a predetermined difference from the other engine block, the control device controls the clutch of the corresponding engine block and disengages this , In this way, the crankshaft of this engine no longer has to be turned and the other engine can continue to work without the frictional resistance of the failed engine block.
  • a control device not shown
  • a manual disengagement may additionally or alternatively be provided.
  • the driver receives this information from the control electronics. This can then Disconnect the engine by manually or electrically actuating the appropriate clutch.
  • the internal combustion engine comprises two - except for the mirrored camshaft - completely identical engines or engine blocks, each of which is operable by itself.
  • component reduction would be, e.g. Although the cooling water and oil containers and cooler to separate the circuit side, but, for. the double containers or coolers in each case in a double component summarize.
  • engagement may be possible during operation as long as a clutch can be provided to ensure the unique angular position during engagement during the run.
  • engagement in any angular position of the two engine parts would be conceivable, but then the unbalance of the two engine parts could add up in the worst case and thus double.
  • the two gears can also be arranged in the region of the intermediate plate.
  • the at least two engine blocks are preferably arranged in a V-shape. But it is also a boxer or a series arrangement of the cylinder possible.
  • an engine block may also comprise only one cylinder.
  • the engine blocks can also be designed as a series or boxer engines.
  • the internal combustion engine according to the invention comprises all components which are necessary for the operation of an engine block of the engine in duplicate, only the drive shaft is present only once. This means that there are two completely separate power grids, which are supplied by two separate generators and which are connected to the on-board supply via diodes for protection.
  • the motor according to the invention has two separate cooling and oil circuits and correspondingly two cooling water and two oil pumps. This means that even if an engine block fails, an operation of the second engine block is ensured.

Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Verbrennungsmotor mit zumindest zwei miteinander gekoppelten Motorblöcken mit jeweils zumindest zwei Zylindern vorgesehen, die jeweils mit einem Getriebe und einer Kupplung mit einer gemeinsamen Antriebswelle verbunden sind. Bei Problemen mit einem Motorblock kann dieser von der Antriebswelle getrennt werden, so dass der Motor mit dem anderen Motorblock weiter betrieben werden kann.

Description

Verbrennungsmotor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor.
Aus der DE 31 32 368 A1 geht ein Fahrzeugmotor hervor. Dieser Fahrzeugmotor um- fasst zumindest zwei Motorblöcke. Die beiden Motorblöcke weisen jeweils eine eige- ne Kurbelwelle auf. Eine der Kurbelwellen ist mittels einer Schließ/Freilauf-Kupplung mit einer Abtriebswelle verbunden. Zwischen der Freilaufkupplung und der Abtriebswelle ist eine erste Transmission vorgesehen. Zudem ist eine zweite Transmission vorgesehen, die mittels eines Freilaufrades die Kurbelwelle mit einem Transmissionswellenteil verbindet. Der Transmissionswellenteil ist Teil einer Transmissions- welle, die parallel zu den Kurbelwellen verläuft. Die Transmissionswelle weist einen zweiten Teil auf. Über die Transmissionswelle wird der Abtrieb des Motorblocks auf dieselbe Abtriebswelle, auf die auch die Kraft des zweiten Motorblocks übertragen wird, übertragen. In der DE 27 47 131 A1 ist ein Fahrzeugaggregat offenbart. Dieses Dokument offenbart verschiedenen Motoranordnungen bzw. Fahrzeugaggregate, bei der beispielsweise zwei Reihenmotoren nebeneinander angeordnet sind bzw. V-förmig zueinander angeordnet sind und über einen „Rahmen" miteinander gekoppelt sind. Weiterhin kann das Fahrzeugaggregat derart ausgebildet sein, dass zwei V-förmig ausgebildete Motorblöcke V-förmig zueinander angeordnet sind. Weiterhin ist eine Abtriebswelle offenbart, die unterhalb der Zylinderköpfe angeordnet ist. Aus der DE 10 2013 005652 A1 geht eine Kupplungseinrichtung zum winkelgetreuen und zündfolgerichtigen Verbinden von Brennkraftmaschinenteilen hervor. Insbesondere sind eine Klauenkupplung und eine Reibkupplung vorgesehen. Mittels der Reibkupplung soll ein stillgesetzter zweiter Brennkraftmaschinenteil auf eine Drehzahl beschleunigt werden, bis die für den Einrückvorgang zulässige Drehzahldifferenz er- reicht bzw. unterschritten wird. Hierfür soll die Reibkupplung entsprechend angesteuert und somit die Klauenkupplung zunächst überbrückt werden. Durch die Betätigung der Klauenkupplung treten erste Stirnflächen der wenigstens drei Klauen mit einer zweiten Grundfläche in Gleitkontakt. Unter Einhaltung einer zulässigen Drehzahldifferenz sollen die ersten Stirnflächen auf der zweiten Grundfläche gleiten. Ein Einrück- Vorgang soll durch den Übergang einer zweiten Grundfläche zu einer zweiten Einrückphase und dem damit einhergehenden Freigang automatisch eingeleitet werden, wenn die erforderliche Winkelposition eingestellt ist und die jeweilige Klaue in die zugeordnete Klauentasche einrücken kann. In der DE 10 2010 022544 A1 ist eine Vorrichtung zum Ausgleich der freien Massenkräfte und Massenmomente bei Brennkraftmaschinen mit einem geteilt ausgeführten Kurbeltrieb beschrieben. In der Beschreibungseinleitung dieses Dokuments ist offenbart, dass es aus dem Stand der Technik bekannt sei zur besseren Ausnutzung des Wirkungsgrades einer Brennkraftmaschine bei Teillastbetrieb einen oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine abzuschalten und bei Volllastbetrieb zuzuschalten. Durch die Zylinderabschaltung im Teillastbetrieb werden gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch sowie der Schadstoffausstoß der Maschine verringert.
Aus der DE 10 2010 005915 A1 gehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Be- treiben einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine hervor. Dieses Dokument beschreibt eine zur Zu- und Abschaltung einer Teilzylindereinheit benötigte synchronisierende Kupplung auf einer Massenausgleichswelle einer permanent betriebenen Zylindereinheit. Über eine Getriebestufe soll die Massenausgleichswelle und somit die Kurbelwelle der permanent betriebenen Zylindereinheit mit der Kurbelwelle der zu- und abschaltbaren Zylindereinheit verbindbar und trennbar sein. Auf diese Weise soll eine Reduzierung der benötigten Bauraumlänge erreicht werden. Außerdem ist keine Zusatzwelle zur Betätigung der Zylinderzu- und Zylinderabschaltung mehr not- wendig.
Die DE 32 26 458 A1 offenbart einen Motor, wobei eine Kurbelwelle in zwei Abschnitte unterteilt ist. Die Enden der Kurbelwellenabschnitte tragen Kegelräder, die mit einer Lamellenkupplung zusammenarbeiten, die in geeigneter Weise so betätigt wird, dass sie die beiden Kurbelwellenabschnitte verbindet oder eine linke Zylindergruppe untätig hält. Eine Abtriebswelle ist mit einer rechten Zylindergruppe verbindbar, und ein Kegelrad eines zugehörigen Kurbelwellenabschnitts treibt auch über ein weiteres Kegelrad einen in dem Zylinder untergebrachten Luftverdichter, der mit einem Luftansaugkrümmer des Motors über einen Kanal in Verbindung steht.
In der DE 31 32 367 A1 ist ein Fahrzeugmotor beschrieben, der aus Blöcken zusammengesetzt ist, von denen jeder mindestens einen Zylinder enthält und die an ihren Endflächen wechselseitig ähnliche Befestigungseinrichtungen aufweisen, die bezüglich einer vertikalen Mittelebene symmetrisch angeordnet sind. Vorzugsweise enthält der Motor einen Block mit einer ungeraden Zylinderzahl und einen Block mit einer geraden Zylinderzahl, beispielsweise zwei bzw. drei Zylinder, die neben Kombinationen von 2+2 und 3+3 Kombinationen mit einer ungeraden Gesamtzahl von Zylindern ermöglichen. Die Blöcke können direkt miteinander verbunden sein, wobei das die Hilfseinrichtungen enthaltende Gehäuse dann mit dem freien Ende eines der Blöcke verbunden ist, während ein Gehäuse für eine Transmission zu einer Ausgangswelle mit dem freien Ende des anderen Blocks verbunden ist. Alternativ können die Blöcke über ein Gehäuse miteinander verbunden sein, das eine Transmission für eine Ausgangswelle enthält. Das Transmissionsgehäuse kann dann Kupplungen enthalten, die die Kurbelwellen der beiden Blöcke selektiv mit der Ausgangswelle verbinden. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Fahrzeugmotor einen ersten Motorblock und einen zweiten Motorblock, die über ein Transmissionsgehäuse miteinander verbunden sind. Weiterhin ist ein Schaltgetriebe mit einer Ausgangswelle vorgesehen. Zudem ist ein Differential für einen Frontantrieb vorgesehen, bei dem die Leistung über eine Hohlwellenanordnung übertragen wird. Die Leistungsübertragung soll mittels eines Ketten- oder Riemenantriebes erfolgen. Ein Antriebsteil bildet einen Teil vom Gehäuse für zwei Kupplungen und Freilaufräder aus. Eine Kurbelwelle ist mit einer zentralen Welle verbunden, die eine Kupplungsscheibe und ein Freilaufrad 46a trägt, die mit dem Gehäuse zusammenwirken. Die zentrale Welle wird durch eine freilaufende Erstreckung fortgesetzt, die durch ein weiteres Kupplungsgehäuse hindurchragt. Eine Kurbelwelle ist mit einem Drehmomentwandler verbunden. Weiterhin weist die Kurbelwelle eine Kupplungsscheibe auf. An der Kupplungsscheibe ist eine Welle befestigt, die die Welle umschließt. Die Welle kann mittels eines Freilaufrades mit Kupplungsgehäusen zusammenwirken und zudem mittels einer Kupplungsscheibe 53 direkt mit dem Kupplungsgehäuse zusammenwirken. Bei diesem Fahrzeugmotor ist vorgesehen, eine Verringerung des Kraftstoffverbrauches dadurch zu erzielen, dass die Kraftstoffversorgung für gewisse Zylinder unterbrochen wird. Insbesondere ist ein Mikro-Computer offenbart, der entsprechende Kupplungen öffnet oder schließt, wenn sich die Ausgangsleistung in Abhängigkeit von den Verkehrs- oder Straßenbedingungen ändert.
Aus der WO 2012/142993 geht eine Brennkraftmaschine mit einem Hauptmotor mit einem um eine Drehachse drehenden ersten Kurbelwellenteil und einem Ergän- zungsmotor mit einem zweiten Kurbelwellenteil hervor. Zwischen den Kurbelwellenteilen ist eine Synchronkupplung angeordnet, die aus einer Reibungskupplung und einer Formschlusskupplung gebildet ist. Die Reibungskupplung ist als Lamellenkupplung ausgebildet und dient der Angleichung der Drehzahlen der beiden Kurbelwellenteile während deren Synchronisation. Die Formschlusskupplung enthält dem ersten Kurbelwellenteil zugeordnete Formschlusselemente und dem zweiten Kurbelwellenteil zugeordnete Formschlusselemente, die bei Betätigung der Formschlusskupplung bei einer vorgegebenen Differenzdrehzahl zwischen den beiden Kurbelwellenteilen durch axiales Ineinandergreifen den Formschluss zwischen diesen bildet. Die Formschlusselemente sind aus trapezförmig in axialer Richtung ausgerichteten Klauen gebildet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen kompakten und einfach aufgebauten Motor bereitzustellen, der eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet. Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Verbrennungsmotor vorgesehen mit zumindest zwei miteinander gekoppelten Motorblöcken mit jeweils zwei Zylindern, die jeweils mit einem Getriebe und einer Kupplung mit einer gemeinsamen Antriebswelle verbunden sind. Unter einem Motorblock wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse verstanden, das neben Zylindern und entsprechenden Zylinderköpfen eine Kurbelwellenlagerung, ein Kurbelgehäuse und eine entsprechende Wasser- oder Luftkühlung um- fasst. Dadurch, dass beide Motorblöcke über die entsprechende Kupplung einzeln von der Antriebswelle entkoppelbar sind, ist der Motor redundant ausgebildet. Auf diese Weise können beide Motorblöcke völlig unabhängig voneinander betrieben werden. Daraus ergibt sich eine hohe Sicherheit beim Einsatz des Motors in Flugzeugen, da bei Ausfall eines Motorblocks dieser automatisch oder manuell ausgekuppelt werden kann und der andere Motorblock entsprechend weiterläuft, ohne dass dieser durch den ausgefallenen Motorblock gebremst oder blockiert wird.
Die beiden Motorblöcke können derart V-förmig ausgebildet sind, dass die jeweiligen Zylinderköpfe V-förmig angeordnet sind und die Antriebswelle im Bereich der V- Ausnehmung zwischen den Zylinderköpfen angeordnet ist.
Eine derartige Anordnung der Antriebswelle ermöglicht einen kompakten Aufbau des Motors.
Die beiden Motorblöcke können auch derart ausgebildet sein, dass sie einen Boxermotor ausbilden. Die Antriebswelle kann dann entsprechend ober- oder unterhalb der Zylinder angeordnet sein. Jeder Motorblock kann eine eigene Kurbelwelle aufweisen.
Der erfindungsgemäße Motor hat dann somit keine durchgehende Kurbelwelle. Das 5 Antriebsmoment muss daher nicht von einer Motorenseite über die Kurbelwelle bis zum einseitigen Abtrieb übertragen werden.
Erfindungsgemäß wird das Drehmoment über abtriebseitige bzw. außen liegende Enden der Kurbelwellen abgegeben. Hierdurch dient eine innenliegende Kurbelwell e) lenwange samt Lagerung ausschließlich der Führung und Wuchtung. Dies ermöglicht eine sehr einfache und leichte Ausführung der Kurbelwellen, welche kostengünstig herzustellen sind.
Durch diese Anordnung kann die Kurbelwelle als gebaute Kurbelwelle, d.h. als eine 15 leichte aus Einzelteilen zusammengesetzte Kurbelwelle ausgebildet sein. Dadurch benötigen die Pleuel keine Lagerverschraubung und können leichter aufgebaut werden können.
Dadurch, dass die gebaute Kurbelwelle als gefügte Baugruppe ausgebildet ist, ist sie 20 massenoptimiert und spart schwingungsdämpfender Bauteile am Motor ein. Wesentliche Bestandteile sind die zum Beispiel als Feinschneidteile oder geschmiedete Wangensegmente ausgelegten Kurbelwellenwangen. Spezielle Konturelemente, wie zum Beispiel Kragen oder Durchsetzungen, schaffen eine Vergrößerung der Fügelänge für die Verbindung Wange - Lager und gewährleisten die Trennung von ther- 25 mischer und geometrischer Kerbe. Dies führt zu einer Verbesserung der Bauteilstei- figkeit.
Eine geschmiedete oder aus dem Vollen gefräste Kurbelwelle benötigt Pleuel, die am Lager zur Kurbelwelle zur Montage trennbar ausgelegt sein müssen. Dies bedingt 30 mehr Gewicht und höheren Produktionsaufwand.
Die Getriebe könne als Riemengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet sein. Weiterhin können die zwei Getriebe an den abtriebseitigen Enden der Kurbelwellen angeordnet sein, die diese mit der Antriebswelle verbinden.
Durch die außenliegenden Getriebestufen wird ein möglichst geringer Abstand der Zylinderpaare der beiden Motorenteile erreicht, wodurch eine hohe Laufruhe erreicht werden kann.
Die zwei Getriebe können gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform in dem Bereich, in dem die beiden Motorblöcke miteinander verbunden bzw. gekoppelt sind, angeordnet sein.
Die Getriebe sind dann vorzugsweise als Zahnradgetriebe ausgebildet.
Durch eine derartige Ausbildung und Anordnung ergibt sich ein höhere Dauerfestig- keit durch ein geringeres Aufschwingverhalten und verminderte Drehschwingungen gegenüber außenseitig bzw. abtriebsseitig angeordneten Riemengetrieben..
Insbesondere können die Getriebe derart ausgebildet sein, dass jeweils ein auf der Kurbelwelle angeordnetes erstes Zahnrad über ein zweites Zahnrad mit einem auf der Abtriebswelle angeordneten dritten Zahnrad verbunden ist. Hierdurch kann das Getriebe bei gegebenem Übersetzungsverhältnis kleiner aufgebaut werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass über ein mit dem zweiten Zahnrad gekoppeltes viertes Zahnrad ein auf einer Nockenwelle angeordnetes Zahnrad derart in Ein- griff steht, dass über das Zahnradpaar bestehend aus viertem und fünftem Zahnrad die Nockenwelle angesteuert bzw. angetrieben wird.
Hierdurch lässt sich eine nahezu spielfreie Nockenwellsteuerung, insbesondere wenn diese Zahnräder als Stirnzahnräder oder Kegelräder ausgebildet sind, realisieren. Dies liegt daran, dass bei einer derartigen Anordnung keine Probleme mit Längenänderungen auftreten. Ein weiterer Vorteil besteht dann darin, dass die gesamt Mechanik im bereits vorhanden Ölbad des bzw. der beiden Motorblöcke angeordnet ist. Die Kupplungen kann derart ausgebildet sein, dass sie nur in einer einzigen Winkelstellung eine Koppelung der entsprechenden Kurbelwelle mit der Antriebswelle ermöglichen. Dies kann beispielsweise durch eine Klauenkupplung realisiert werden, bei der eine Klaue einer Hälfte der Klauenkupplung eine andere Geometrie aufweist als die übrigen Klauen, so dass diese eine Klaue nur in eine entsprechende Ausnehmung der anderen Hälfte der Klauenkupplung einkuppelbar ist. Hierdurch können die beiden Motorblöcke des Verbrennungsmotors im Stillstand manuell, d.h. von Hand nur in dieser einen Position eingekuppelt werden. Die Kopplung nur in einer Stellung hat den Vorteil, dass die Motorblöcke immer in der gleichen Winkelstellung gekoppelt sind und so die Wuchtung der Motorenteile auch beim Wiederverbinden der Motorenteile gleich bleibt. Eine händische Justierung der Motorenteile ist daher nicht notwendig.
Der Motor kann eine unten oder eine oben liegende Nockenwelle aufweisen.
Durch eine untenliegende Nockenwelle wird der vom Verbrennungsmotor benötigte Bauraum geringer.
Weiterhin kann eine Einrichtung zum, vorzugsweise mechanischen, Entkoppeln von Kipphebeln und Nockenwelle derart vorgesehen sein, dass eine Zylinderabschaltung möglich ist.
Eine mechanische Entkoppelung der Kipphebel von den Nockenwellen wird durch eine Einrichtung realisiert, mit der die Stößel außer Eingriff mit den Kipphebeln gebracht werden können, so dass diese keine Verbindung mehr mit der Nockenwelle haben.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Stößelstangen im Bereich der Nockenwelle derart verschoben werden, dass hier die Übertragung der Hubbewegung von der Nockenwelle auf die Stößelstange außer Eingriff gebracht wird. Eine damit verbundene Zylinderabschaltung ermöglicht es, einen der beiden Motorblöcke bzw. dessen Zylinder abzuschalten und auf diese Weise den anderen Motorblock weiterhin an seinem optimalen Betriebspunkt im Bereich zwischen 70% und 80% Last zu betreiben.
Die Zylinderabschaltung erfolgt vorzugsweise im unteren Teillastbereich. In diesem Betriebsbereich würde der gesamte Motor einen schlechten Wirkungsgrad erreichen. Durch die Abschaltung einzelner Zylinder durch geschlossene Ventile, abgeschalteter Einspritzung und Zündung wirken diese Zylinder als Federspeicher und verbrauchen im Mitlauf wesentlich weniger Energie, als wenn durch die Gaswechsel bei sich öffnenden Ventilen entsprechende Gaswechsel Verluste auftreten. So kann z.B. der Verbrennungsmotor, welcher mit nur 35, insbesondere 40 % der Leistung über alle Zylinder beider Motorblöcke einen schlechteren Wirkungsgrad haben würde, stattdessen mit 70, insbesondere 80 % der Leistung mit nur einem Motorblock betrieben werden. Hierdurch steigt der Gesamtwirkungsgrad und gleichzeitig sinkt der Treibstoffverbrauch.
Der Verbrennungsmotor kann eine Wasserkühleinrichtung zum Kühlen der Zylinder- köpfe aufweisen, wobei auf der Antriebswelle zumindest ein Walzenlüfter angeordnet ist, der ebenfalls zur Kühlung der Zylinder ausgebildet ist.
Der Walzenlüfter, der auf der Antriebswelle angeordnet ist, ermöglicht einen hohen Volumenstrom zur Kühlung der Zylinder, bei gleichzeitig geringem Druck. Über eine derartige Luftkühlung kann gezielt Kühlluft zugeführt werden, um die Wasserkühleinrichtung der Zylinderköpfe zu unterstützen. Die Walzenlüfter bewirken zudem, dass der Motor nicht von au ßen mit einem Kühlluftstrom versorgt werden muss. Durch die Walzenlüfter werden die Zylinder immer zwangsgekühlt, solange sich die Antriebswelle dreht, also der Motor läuft.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor umfasst alle Bauteile die zum Betrieb eines der beiden Motorblöcke des Motors notwendig sind in zweifacher Ausführung, lediglich die Antriebswelle ist nur einmal vorhanden. Es können auch zwei vollständig getrennte Stromnetze vorhanden sein, die mit der Bordversorgung über Dioden verbunden sind, um wechselseitige Einflüsse der Stromnetze aufeinander zu vermeiden.
Der erfindungsgemäße Motor verfügt vorzugsweise über zwei getrennte Kühl- und Ölkreise und entsprechend zwei Kühlwasser- und zwei Ölpumpen.
Hierdurch wird bei einem Ausfall eines ersten Motorblocks der zweite Motorblock nicht durch die für den ersten Motorblock aufzubringende Kühlleitung belastet.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor ist vorzugsweise zur Verwendung in Flugzeugen, insbesondere in Ultraleicht-Flugzeugen, vorgesehen. Um die Ausfallsicherheit weiter zu erhöhen kann der Verbrennungsmotor zudem einen Elektroantrieb aufweisen, wodurch er somit als Hybridantrieb ausgebildet ist. Der zusätzliche Elektromotor dient ebenfalls zur kurzfristigen Leistungssteigerung, z.B. beim Start, im kurzfristigen Steigflug oder im Kunstflug. Durch die Integration der Kühlluftversorgung für die Wasser- bzw. Ölkühler durch einen Lüfter auf der gemeinsamen Antriebswelle ist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor auch optimal für Hubschrauber, Gyrocopter und andere Luftfahrzeuge und Geräte einsetzbar, bei denen kein externer Luftstrom für die Kühlung zur Verfügung steht.
Ein Vorteil des Motorkonzeptes liegt somit auch darin, dass die Zylinder luftgekühlt werden, der Zylinderkopf jedoch wassergekühlt ist. Bei einem Verlust des Kühlwassers kann so der Motor für eine gewisse Zeit auch ohne Kühlwasser im Notbetrieb weiterlaufen, da die Wärme auch über die zwangs-luftgekühlten Zylinder abgeleitet werden kann.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor ist vorzugsweise völlig redundant aufgebaut. Das bedeutet, dass auch alle Nebenaggregate mindestens doppelt vorhanden sind. Diese wird z.B. zwei getrennte Schmiersysteme, zwei getrennte Stromkreise, zwei Generatoren, zwei Turbolader, usw. erreicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zwischenplatte zur Verbindung zumindest zweier Motorblöcke vorgesehen. Die Zwischenplatte ist ein plattenförmiges Bauteil, das zwei Dichtflächen aufweist, die zur Abdichtung jeweils einer Seite eines Motorblocks ausgebildet sind, wobei die Zwischenplatte zumindest eine Lagerungsbohrung zur Aufnahme von zumindest einer Lagerung einer Kurbelwelle aufweist.
Eine derartige Zwischenplatte dient sowohl zum Abdichten als auch zum Verbinden der beiden Motorblöcke.
Weiterhin ist in der Zwischenplatte eine Lagerungsöffnung mit entsprechenden Lage- rungseinrichtungen zur Lagerung der beiden Kurbelwellen angeordnet.
Die Lagerungsöffnung kann zur koaxialen Lagerung zweier Kurbelwellen ausgebildet sein. Die beiden Kurbelwellen werden in der Zwischenplatte sowohl im Bereich der Kurbelwange als auch in der Mitte gelagert. Damit der Achsabstand der Lager jedes Kurbelwellenteils möglichst groß ausgelegt werden kann, hat eine Kurbelwelle am entsprechenden Ende einen zapfenförmigen Abschnitt, die andere Kurbelwelle hat am entsprechenden Ende einen rohrförmigen Abschnitt. Hierdurch können die Kurbelwel- len ineinander greifen, womit die Lagerabstände jeder Kurbelwelle wesentlich größer ausgeführt werden, als wenn in der Mitte der Zwischenplatte für jeden Kurbelwellenteil ein separates Lager vorgesehen wäre.
Um die vorstehend beschriebenen Vorteile von Zahnradgetrieben zu realisieren, sind diese vorzugsweise mittig zwischen den beiden Motorblöcken im Bereich der Zwischenplatte angeordnet. Ein erfindungsgemäßer Motor hat vorzugsweise einen Hubraum zwischen 1500 und 2000 ccm.
Die Leistung des Triebwerks kann in einer Saugversion bei ca. 150 PS und in der Turbolader-Version bei ca. 200 PS liegen. Die zusätzliche Leistung durch den Elektromotor kann bei ca. 30 PS (Dauerbelastung) und 50 PS (Spitzenbelastung) liegen.
Der Verbrennungsmotor bietet bei geringerem Bauraum mehr Leistung gegenüber auf dem Markt erhältlichen vergleichbaren Vierzylinder-Flugmotoren. Zudem ist er leichter und einfacher aufgebaut.
Dies liegt unter anderem daran, dass der Verbrennungsmotor zwei gleiche V-Motoren umfasst von denen einer als Linksläufer und einer als Rechtsläufer ausgebildet ist. Die beiden Kurbelwellen drehen in die gleiche Drehrichtung. Dadurch, dass der Ab- trieb der Kurbelwellen an beiden Stirnseiten des Motors erfolgt ist im Bereich der Zwischenplatte eine Lagerung der Kurbelwellenenden in sich greifend möglich. Hierdurch können die Lagerabstände dieser Kurbelwellenteile maximiert werden, ohne die Baulänge des Motors zu verlängern. Dieser Verbrennungsmotor ermöglicht zudem auf Grund seines Aufbaus einen einfachen Zahnriemenwechsel, da lediglich die Antriebswelle und nicht der gesamte Motor ausgebaut werden muss.
Um einen der beiden Motorblöcke bei Drehmomentverlust oder Totalausfall außer Betrieb nehmen zu können, sind Sensoren vorgesehen, mit welchen ein Betriebszustand der beiden Motorblöcke unabhängig voneinander erfasst werden kann.
Diese Sensoren können vorzugsweise zum unabhängigen Erfassen des Drehmoments der beiden Motorblöcke oder auch der Abgastemperaturen der beiden Motor- blocke oder auch zum Erfassen anderer geeigneter Kenngrößen zum Bestimmen des Betriebszustandes ausgebildet sein. Diese Sensoren werden daher im Folgenden unter dem Begriff Betriebszustandssensoren subsummiert. Die Betriebszustandssensoren können in beiden Kupplungen als Drehmomentsensoren angeordnet sein. Die Drehmomentsensoren können als elektronische Sensoren zur Drehmomenterfassung, beispielsweise als piezoelektrische Sensoren oder berührungslose Drehmomentsensoren, ausgebildet sein. Das Fraunhofer ITWM vertreibt einen induktiven Sensor zur berührungslosen Erfassung von Drehmomenten. Das Messkonzept des Sensors basiert auf dem anisotropen magnetostriktiven Effekt in ferromagnetischen Wellenoberflächen. Dieser Effekt verursacht in Abhängigkeit von der mechanischen Torsionsspannungen an der Messstelle eine unterschiedliche magnetische Permeabilität in Richtung der Dehnspannungen und Druckspannungen. Mit dem Sensor wird diese Permeabilitätsänderung gemessen, die in einem großen Messbereich proportional zur Torsionsspannung an der Wellenoberfläche ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Drehmomenterfassung besteht darin, am Getriebe eine federbeaufschlagte Rolle, wie z.B. eine Spannrolle anliegend an einem Trum des Riemens vorzusehen. Je nachdem, ob mit dem Riemengetriebe die Antriebswelle oder der Motorblock (bei Ausfall) angetrieben wird, ist der eine oder der andere Trum des Riemens gespannt. Diese Spannung kann mit der Spannrolle und einem entsprechenden Sensor erfasst werden. Zusätzlich und/oder alternativ können auch zumindest zwei Abgassensoren vorgesehen sein, die entsprechend in das Abgassystem der beiden Motorblöcke derart integriert sind, dass sich die Abgastemperaturen der beiden Motorblöcke unabhängig voneinander überwachen lassen. Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor verfügt über eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt), die das Drehmoment und/oder die Abgastemperatur der beiden Motorblöcke mittels der Sensoren überwacht. Sobald das Drehmoment eines der beiden Motorblöcke über einen längeren Zeitraum, z. B. größer 0,5, bzw. 1 , bzw. 1 ,5, bzw. 2, bzw. 3 bzw. 4 Sekunden, eine vorbestimmte Differenz zum anderen Motorblock auf- weist, steuert die Steuereinrichtung die Kupplung des entsprechenden Motorblocks an und kuppelt diesen aus. Auf diese Weise muss die Kurbelwelle dieses Motors nicht mehr mitgedreht werden und der andere Motor kann ohne den Reibungswiderstand des ausgefallenen Motorblocks weiterarbeiten. Neben diesem automatischen Auskuppeln mittels einer Steuereinrichtung kann auch zusätzlich oder alternativ ein manuelles Auskuppeln vorgesehen sein. Falls ein Motorenteil nicht mehr korrekt arbeitet, erhält der Fahrer, insbesondere der Pilot, diese Information von der Steuerelektronik. Dieser kann dann den entsprechenden Motor durch manuelles oder elektrisches Betätigen der entsprechenden Kupplung auskuppeln. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors,
Fig. 2 den Verbrennungsmotor aus Fig.1 in einer seitlichen Explosionsdarstellung,
Fig. 3 zwei V-förmig angeordnete Zylinderblöcke mit Zwischenplatte des erfin- dungsgemäßen Verbrennungsmotors in einer perspektivischen Explosionsdarstellung,
Fig. 4 die Zwischenplatte mit erster und zweiter Kurbelwelle und mit Nockenwellen- und Ölpumpenantrieb in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 5 die Zwischenplatte mit erster und zweiter Kurbelwelle und mit Nockenwellen- und Ölpumpenantrieb in einer seitlich geschnittenen Ansicht,
Fig. 6 ein Getriebe und eine Kupplung des Verbrennungsmotors in einer per- spektivischen Detailansicht,
Fig. 7 eine weiter perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Turboladers mit Ladeluftkühler, Fig. 9 eine weitere perspektivische Ansicht des Turboladers mit Ladeluftkühler
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit zwei an der Zwischenplatte vorgesehenen Getriebegehäusen, und
Fig.1 1 die Getriebe der in Figur 10 dargestellten Ausführungsform mit einer Nockenwellensteuerung in einer perspektivischen Ansicht
Fig. 12 eine Einrichtung zum Entkoppeln von Kipphebeln in einer perspektivischen Ansicht, Fig. 13 eine alternative Ausführungsform der Einrichtung zum Entkoppeln von
Kipphebeln in einer perspektivischen Ansicht, und.
Fig. 14 eine alternative Ausführungsform der Einrichtung zum Entkoppeln von Kipphebeln in einer perspektivischen Ansicht.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 1 umfasst zwei miteinander gekoppelte V-Motoren bzw. Motorblöcke 2, 3 mit jeweils zwei Zylindern 4 (Figuren 1 bis 3). Die V-förmig ausgebildeten Motorblöcke weisen entsprechen V-förmig angeordnete Zylinder bzw. Zylinderköpfe auf.
In den Zylindern 4 ist jeweils ein Kolben (Fig. 4) angeordnet, die mit jeweils einer Pleuelstange auf eine Kurbelwelle 5,6 wirken. Die erste und zweite Kurbelwelle 5,6 des ersten und zweiten Motorblocks 2,3 sind somit separat ausgebildet, d.h. sie sind nicht miteinander verbunden.
Die Kurbelwellen 5,6 sind jeweils mit ihren Enden an einer Zwischenplatte 1 1 und an einem ersten bzw. zweiten Kurbelgehäuse 8,10 gelagert. Die Zwischenplatte 1 1 ist zwischen den beiden Kurbelgehäusen 8,10 angeordnet. Die Kurbelgehäuse 8,10 sind an den von der Zwischenplatte 1 1 weg weisenden Außenseiten der Motorblöcke 2,3 angeordnet.
Die Zwischenplatte 1 1 ist zum Abdichten und Verbinden des ersten und des zweiten Motorblocks 2, 3 mit erstem und zweitem Kurbelgehäuse 8, 10 ausgebildet (Figuren 2 bis 5).
Die Zwischenplatte 1 1 ist ein scheibenförmiges Element an dem radial umlaufend gleich beabstandet voneinander Bohrungen 12 zum Verbinden mit den beiden Kur- belgehäusen 8, 10 ausgebildet sind. In der Mitte der Zwischenplatte 1 1 ist eine quer zur Zwischenplatte 1 1 verlaufende Lagerungsbohrung 13 ausgebildet (Fig. 5)
In der Lagerungsbohrung 13 sind 1 1 ein lagerungsseitiges Ende 18 der ersten Kurbelwelle 5 und ein lagerungsseitiges Ende 19 der zweiten Kurbelwelle 6 angeordnet.
Das lagerungsseitige Ende 18 der ersten Kurbelwelle 5 ist ein rohrförmiger Abschnitt 20. Das lagerungsseitige Ende 19 der zweiten Kurbelwelle 6 ist ein zapfenförmiger Abschnitt 21. Der Außendurchmesser des zapfenförmigen Abschnitts 21 ist kleiner als der Innendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 20. (stimmt das?)
In der Lagerungsbohrung 13 ist eine Lagerungseinrichtung 17, wie z.B. ein Gleit-, Kugel- oder Walzenlager, zwischen der Innenfläche der Lagerungsbohrung und der Außenfläche des rohrförmigen Abschnitts 20 vorgesehen. In dem rohrförmigen Abschnitt des lagerungsseitigen Endes 18 der ersten Kurbelwelle 5 ist eine weitere Lagerungseinrichtung 17 angeordnet. In dieser Lagerungseinrichtung und somit im rohrförmigen Abschnitt ist der zapfenförmige Abschnitt 21 der zweiten Kurbelwelle 6 drehbar gelagert. Durch die Lagerungseinrichtung 17 in der Lagerungsbohrung 13 und die weitere Lagerungseinrichtung 17 sind die beiden Kurbelwellen in ihrer Drehbewegung vollständig voneinander entkoppelt. Die Lagerungsbohrung 13 ist auf beiden Seiten der Zwischenplatte durch entsprechende Rohrstücke 14 verlängert und im Durchmesser erweitert. Die Rohrstücke 14 sind zusätzlich über Versteifungsstreben 15 mit der Zwischenplatte 1 1 verbunden. Die Hohlräume der Rohrstücke 14 bilden Lagerungsöffnungen 16 aus.
In diesen Lagerungsöffnungen 16 sind ebenfalls Lagerungseinrichtungen 17 angeordnet in denen Kurbelwangen 36 der ersten und zweiten Kurbelwelle 5, 6 gelagert sind (Fig. 5). Die beiden Kurbelwellen 5, 6 werden somit in der Zwischenplatte 1 1 sowohl im Bereich der Kurbelwange 36 als auch in der Mitte der Lagerungsöffnung 13 der Zwischenplatte 1 1 gelagert. Dadurch kann der Achsabstand der Lager jeder Kurbelwelle groß ausgelegt werden. Hierdurch können die Lagerabstände jeder Kurbelwelle wesentlich größer ausgeführt werden, als wenn in der Mitte der Zwischenplatte für jeden Kurbelwellenteil ein separates Lager vorgesehen wäre.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das lagerungsseitige Ende 18 der ersten Kurbelwelle 5 und das lagerungsseitige Ende 19 der zweiten Kurbelwelle 6 entkoppelt voneinander in jeweils einer eigenen Lagerungseinrichtung 17 in der Lagerungsöff- nung 16 gelagert sind (nicht dargestellt).
An der Zwischenplatte 1 1 sind zudem ein Nockenwellenantrieb 22 und ein Ölpum- penantrieb 23 vorgesehen (Figur 3 bis 5). Die Nockenwellen- 22 und Ölpumpenantriebe 23 sind als Kegel radgetriebe ausgeführt und erstrecken sich vom Bereich der Lagerbohrung 13 , in dem sie mit einer der Kurbelwellen 5,6 in Eingriff stehen, radial nach außen bis zu Nockenwellen 33 bzw. einer Ölpumpe. Diese Antriebe könnten jedoch auch als Stirnrad- oder andere Getriebe ausgeführt sein
Weiterhin ist eine Einrichtung 39 zum, vorzugsweise mechanischen, Entkoppeln von Kipphebeln 40 und Nockenwelle 33 vorgesehen (Fig. 12 bis 14). Die Einrichtung 39 umfasst eine Exzenterwelle 41 , auf der die Kipphebel 40 derart exzentrisch gelagert sind, dass der Drehpunkt der Kipphebel 40 so verlagert werden kann, dass die Kipphebel 40 durch die Verlagerung des Drehpunkts im betätigten Zustand die Ventile 44 nicht mehr erreichen können.
Hierdurch bleiben die Ventile auch bei einer Hubbewegung der Stößelstange 41 geschlossen, wodurch eine Zylinderabschaltung ermöglicht wird.
Das Verdrehen der Exzenterwelle kann beispielsweise mittels eines Hydraulikzylin- ders 42 erfolgen. Dieser bzw. die Hydraulikzylinder sind über ein Ventil, wie z. B. ein Magnetventil, ein elektrisches Ventil oder ein mechanisches Ventil ansteuerbar. Für die Betätigung des Zylinders 42 kann der aus dem Motorenkreislauf vorhandene Motoröldruck verwendet werden. Die Exzenterwelle 43 ist somit in einer Kipphebel-Außer-Eingriff-Stellung und in einer Kipphebel-In-Eingriff-Stellung anordbar.
Weiterhin kann eine Feder 45 vorgesehen sein, die den Kipphebel auch bei gedrehter Exzenterwelle auf die Stößelstange 41 drückt, wodurch diese auf der Nockenwelle 33 gehalten wird.
Durch die Feder 45 wird sichergestellt, dass die Kipphebel 40 bei gedrehter Exzenterwelle nicht frei pendeln kann und damit die Stößelstange 41 auf der Nockenwelle gehalten wird.
Alternativ kann die Exzenterwelle 43 auch elektromagnetisch oder mechanisch betätigbar sein.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann eine Feder 46 vorgesehen sein, die die Stößelstange 41 im Zylinderkopf nach oben drückt. Auf diese Weise verbleibt der Kipphebel 40 ebenfalls auf dem Ventil. Hierdurch ensteht ein durch die Verdrehung der Exzenterwelle 43 erzeugter Abstand zwischen der Nockenwelle 33 und der Stößelstange 41 , wodurch sowohl die Stößelstange 41 als auch der Kipphebel 40 und das Ventil 44 nicht betätigt werden. Dies führt also ebenfalls zu einer Zylinderabschaltung durch die geschlossen bleibenden Ventile 44.
Eine mechanische Entkoppelung der Kipphebel 40 von den Nockenwellen 33 kann alternativ auch durch eine Einrichtung realisiert, mit der die Stößel verschoben, und auf diese Weise außer Eingriff mit den Kipphebeln gebracht werden können, so dass die Stößel keine Verbindung mehr mit den Kipphebeln haben.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Stößelstangen im Bereich der Nockenwelle derart verschoben werden, dass hier die Übertragung der Hubbewegung von der Nockenwelle auf die Stößelstange außer Eingriff gebracht wird.
Die beiden V-förmig angeordneten ersten und zweiten Motorblöcke 2, 3 bilden im Bereich zwischen ihren Zylindern eine V-Ausnehmung 24 aus. Im Bereich der V- Ausnehmung zwischen Zylinderköpfen 25 der Zylinder 4 ist eine Antriebswelle 26 angeordnet.
In den au ßenseitig angeordneten Kurbelgehäusen 8,10 befindet sich jeweils ein Getriebe 72 und eine Kupplung 28, die das jeweilige abtriebsseitige Ende 7,9 der ersten Kurbelwelle 5 und der zweiten Kurbelwelle 6 mit der Antriebswelle 26 verbindet (Fig. 6). Eine derartige Anordnung der Getriebe 27 wird als außenliegende Getriebeanordnung bezeichnet.
Durch die außenliegenden Getriebestufen wird ein möglichst geringer Abstand der Zylinderpaare der beiden Motorteile erreicht, wodurch eine hohe Laufruhe erzielt werden kann.
Die Getriebe 27 sind als Riemengetriebe ausgebildet. Alternativ können die Getriebe 27 auch als Zahnrad-Getriebe ausgeführt sein.
Die zwei Getriebe 27 können gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform in dem Bereich, in dem die beiden Motorblöcke 2, 3 miteinander verbunden bzw. gekoppelt sind, angeordnet sein. Das bedeutet, die Getriebe 27 sind im Bereich der Zwischen- platte 1 1 angeordnet. Eine derartige Anordnung der Getriebe 27 wird als innenliegende Getriebeanordnung bezeichnet.
Die Getriebe 27 sind dann vorzugsweise als Zahnradgetriebe ausgebildet.
Insbesondere können die Getriebe 27 derart ausgebildet sein, dass jeweils ein auf der Kurbelwelle angeordnetes erstes Zahnrad 47 über ein zweites Zahnrad 48 mit einem auf der Abtriebswelle 26 angeordneten dritten Zahnrad verbunden ist. Hierdurch kann das Getriebe bei gegebenen Übersetzungsverhältnis kleiner aufgebaut bzw. ausgebildet werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass über ein mit dem zweiten Zahnrad 48 gekoppeltes viertes Zahnrad 50 ein auf einer Nockenwelle angeordnetes fünftes Zahnrad derart in Eingriff steht, dass über dieses Zahnradpaar bestehend aus vierten und fünften Zahn- rad 50, 51 , die Nockenwelle angesteuert bzw. angetrieben wird.
Die Zahnräder sind von einem an der Zwischenplatte 1 1 fixierten Gehäuse 52 abgedeckt. Die Kupplungen 28 sind als Klauenkupplungen ausgebildet. Die Klauenkupplungen sind derart ausgebildet, dass eine Klaue einer Hälfte der Klauenkupplung eine andere Geometrie aufweist als die übrigen Klauen, so dass diese eine Klaue nur in eine entsprechend komplementär ausgebildete Ausnehmung der anderen Hälfte der Klauenkupplung einkuppelbar ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die beiden Hälften der Kupplungen 28 nur in einer bestimmten Drehstellung zueinander in Eingriff sein können.
Jeder der beiden Motorblöcke 2, 3 ist mit einem Turbolader 29 versehen. Der Verbrennungsmotor 1 ist durch die zwei getrennten Turbolader-Systeme 29 bezüglich der Luftzufuhr redundant ausgebildet. D.h. wenn ein Motorenteil ausfällt und dabei der Turbolader beschädigt wird führt dies lediglich zu einem 50%igen Leistungsverlust, da dann der verbleibende Motorenteil mit Turbolader immer noch seine volle Leistung erreicht. Alternativ ist auch ein einziger Turbolader denkbar.
In einem Rohrstück zwischen den Turboladern 29 und den Ansaugbögen zu den Zy- lindern sind Ladeluftkühler (Figur 7 bis 9) zur Kühlung der komprimierten und erhitzten Ansaugluft integriert. Diese Kühler sind zur Erhöhung ihrer Oberfläche aus lamel- lenförmigen Rohrstücken ausgebildet. Im Innenteil dieser Rohrstücke strömt die verdichtete und erhitzte Luft von den Turboladern zu den Ansaugrohren und gibt an die gewellten Rohrlamellen die Wärme ab. An der Außenseite der Rohrlamellen strömt Kühlluft in entgegengesetzter Richtung um die Lamellen und führen hier die Wärme ab. Durch die entgegengesetzt gerichteten Luftströmungen ergibt sich ein optimaler Kühlungseffekt kombiniert mit sehr kleinem Bauraum und geringem Gewicht.
Auf der Antriebswelle 26 sind zwei Walzenlüfter 31 vorgesehen. Die Walzenlüfter be- wirken, dass der Motor nicht von außen mit einem Kühlluftstrom versorgt werden muss. Durch die Walzenlüfter werden die Zylinder immer gekühlt, solange sich die Antriebswelle dreht, also der Motor läuft.
Im Bereich des zweiten Motorblocks 3 ist eine Wasserkühleinrichtung 35 mit zwei se- paraten Kühlkreisläufen zur Kühlung der beiden Motorblöcke 2, 3 angeordnet.
Zudem ist in diesem Bereich ein Kühllüfter 30 vorgesehen, um die Kühlleistung zu erhöhen. Dieser Kühllüfter 30 stellt einen Luftstrom sowohl für die beiden Ladeluftkühler als auch für die Wasserkühleinrichtung 35 bereit. Ein Lüftergehäuse des Kühl- lüfters ist derart ausgebildet, dass es im oberen Bereich einen Teil des Kühlluftstromes zu den Ladeluftkühlern führt. Der untere Bereich stellt die Zuführung des Kühlluftstromes zur Wasserkühleinrichtung 35 sicher.
An einem abtriebsseitigen Ende 32 der Antriebswelle sind zwei separate Generatoren 34, um zu jedem Zeitpunkt, d.h. auch bei Ausfall eines Generators eine ausreichende Stromversorgung sicherzustellen. Diese Generatoren können auch Elektroantriebe sein, um einen Hybridantrieb auszubilden. Der oben erläuterte Nockenwellenantrieb ist mittig an der Zwischenplatte angeordnet. Alternativ können die Nockenwellen- und Ölpumpenantriebe an den gegenüberliegenden/außen liegenden Gehäuseseiten angeordnet sein. Um die Ausfallsicherheit weiter zu erhöhen und/oder eine zusätzliche Leistungssteigerung zur Verfügung zu stellen kann der Verbrennungsmotor zudem einen Elektroantrieb (Figuren 2 und 7) aufweisen, wodurch der Verbrennungsmotor als Hybridantrieb ausgebildet ist. Durch das Vorsehen des Elektroantriebes kann auch bei Ausfall beider Motorblöcke des Verbrennungsmotors eine ausreichende Leistung bzw. ein ausreichendes Drehmoment an der Antriebswelle für den Notbetrieb (z.B. zum Erreichen des nächsten Flugplatzes) zur Verfügung gestellt werden, um ein mit dem Verbrennungsmotor ausgestattetes Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, anzutreiben. Im Folgenden wird das Ein- und Auskuppeln der beiden Motorblöcke näher beschrieben.
Um einen der beiden Motorblöcke bei Drehmomentverlust oder Totalausfall außer Betrieb nehmen zu können, sind Sensoren vorgesehen, mit welchen ein Betriebszu- stand der beiden Motorblöcke unabhängig voneinander erfasst werden kann.
Diese Sensoren können vorzugsweise zum unabhängigen Erfassen des Drehmoments der beiden Motorblöcke oder auch der Abgastemperaturen der beiden Motorblöcke oder auch zum Erfassen anderer geeigneter Kenngrößen zum Bestimmen des Betriebszustandes ausgebildet sein. Diese Sensoren werden daher im Folgenden unter dem Begriff Betriebszustandssensoren subsummiert.
Die Betriebszustandssensoren können in beiden Kupplungen als Drehmomentsensoren angeordnet sein. Die Drehmomentsensoren können als elektronische Sensoren zur Drehmomenterfassung, beispielsweise als piezoelektrische Sensoren oder berührungslose Drehmomentsensoren, ausgebildet sein. Das Fraunhofer ITWM vertreibt einen induktiven Sensor zur berührungslosen Erfassung von Drehmomenten. Das Messkonzept des Sensors basiert auf dem anisotropen magnetostriktiven Effekt in ferromagnetischen Wellenoberflächen. Dieser Effekt verursacht in Abhängigkeit von der mechanischen Torsionsspannungen an der Messstelle eine unterschiedliche magnetische Permeabilität in Richtung der Dehnspannungen und Druckspannungen. Mit dem Sensor wird diese Permeabilitätsänderung gemessen, die in einem großen Messbereich proportional zur Torsionsspannung an der Wellenoberfläche ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Drehmomenterfassung besteht darin, am Getriebe eine federbeaufschlagte Rolle, wie z.B. eine Spannrolle anliegend an einem Trum des Riemens vorzusehen. Je nach dem, ob mit dem Riemengetriebe die Antriebswelle oder der Motorblock (bei Ausfall) angetrieben wird, ist der eine oder der andere Trum des Riemens gespannt. Diese Spannung kann mit der Spannrolle und einem entsprechenden Sensor erfasst werden.
Zusätzlich und/oder alternativ können auch zumindest zwei Abgassensoren vorgese- hen sein, die entsprechend in das Abgassystem der beiden Motorblöcke derart integriert sind, dass sich die Abgastemperaturen der beiden Motorblöcke unabhängig voneinander überwachen lassen.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor verfügt über eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt), die das Drehmoment und/oder die Abgastemperatur der beiden Motorblöcke mittels der Sensoren überwacht. Sobald das Drehmoment eines der beiden Motorblöcke über einen längeren Zeitraum, z. B. größer 0,5, bzw. 1 , bzw. 1 ,5, bzw. 2, bzw. 3 bzw. 4 Sekunden, eine vorbestimmte Differenz zum anderen Motorblock aufweist, steuert die Steuereinrichtung die Kupplung des entsprechenden Motorblocks an und kuppelt diesen aus. Auf diese Weise muss die Kurbelwelle dieses Motors nicht mehr mitgedreht werden und der andere Motor kann ohne den Reibungswiderstand des ausgefallenen Motorblocks weiterarbeiten.
Neben diesem automatischen Auskuppeln mittels einer Steuereinrichtung kann auch zusätzlich oder alternativ ein manuelles Auskuppeln vorgesehen sein.
Falls ein Motorenteil nicht mehr korrekt arbeitet, erhält der Fahrer, insbesondere der Pilot, diese Information von der Steuerelektronik. Dieser kann dann den entsprechen- den Motor durch manuelles oder elektrisches Betätigen der entsprechenden Kupplung auskuppeln.
Ein Einkuppeln ist, wenn die Kupplungen als Klauenkupplungen ausgebildet sind, erst wieder im Stillstand bzw. nach dem Landen möglich, da hierfür die korrekte Drehwinkelstellung der beiden Motoren zueinander sicherzustellen ist.
Im bevorzugten Aufbau umfasst der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor zwei - bis auf die gespiegelte Nockenwelle - völlig gleiche Motoren bzw. Motorblöcke, die jeder für sich alleine betriebsfähig ist.
Eine Möglichkeit zur Bauteilereduzierung wäre, z.B. die Kühlwasser- und Ölbehälter sowie Kühler zwar kreislaufseitig zu trennen, jedoch z.B. die doppelten Behälter oder Kühler jeweils in ein Doppelbauteil zusammenzufassen.
Als Kupplung können auch andere Kupplungen eingesetzt werden, die die Funktion einer eindeutigen Winkelposition erfüllen.
Alternativ kann ein Einkuppeln während des Betriebes möglich sein, sofern eine Kupplung bereitgestellt werden kann, die die eindeutige Winkelstellung beim Einkuppeln während des Laufes sicherstellt. Im Notfall wäre auch ein Einkuppeln in einer beliebigen Winkelstellung der beiden Motorenteile zueinander denkbar, allerdings könnten sich dann die Unwuchten der beiden Motorenteile im ungünstigen Fall addieren und damit verdoppeln.
Die beiden Getriebe können auch im Bereich der Zwischenplatte angeordnet sein.
Die zumindest zwei Motorblöcke sind vorzugsweise V-förmig angeordnet. Es ist aber auch eine Boxer- oder eine Reihenanordnung der Zylinder möglich.
Es ist auch möglich mehr als zwei bspw. drei oder vier Motorblöcke mit dem erfindungsgemäßen Prinzip miteinander zu verbinden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind nicht nur zwei Zweizylindermotorblöcke, bzw. zwei Motorblöcke mit zwei Zylindern, sondern bspw. zwei Vierzylindermotorblöcke, ein Vierzylindermotorblock und ein Zweizylindermotorblock, zwei Dreizylindermotorblöcke erfindungsgemäß gekoppelt, um kleine, aber noch leistungsstärkere Einhei- ten realisieren zu können. Grundsätzlich ist es auch möglich, drei Zweizylindermotorenblöcke zu koppeln, wobei zwischen zwei Motorblöcken ein Abstand eingehalten werden muss, um ein Getriebe und eine Kupplung für den Abtrieb zur Antriebsstelle vorzusehen. Alternativ ist auch denkbar, zwei oder mehr Motorblöcke auf die erfindungsgemäße Art miteinander zu koppeln.
Grundsätzlich kann ein Motorblock auch nur einen Zylinder umfassen. Die Motorblöcke können auch als Reihen- oder Boxermotoren ausgebildet sein.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor umfasst alle Bauteile die zum Betrieb eines Motorblocks des Motors notwendig sind in zweifacher Ausführung, lediglich die Antriebswelle ist nur einmal vorhanden. Das bedeutet, es sind zwei komplett getrennte Stromnetze vorhanden, die über zwei separate Generatoren versorgt werden und die mit der Bordversorgung über Dioden zur Absicherung verbunden sind. Der erfin- dungsgemäße Motor verfügt über zwei getrennte Kühl- und Ölkreise und entsprechend zwei Kühlwasser- und zwei Ölpumpen. Das bedeutet, auch wenn ein Motorblock ausfällt ist ein Betrieb des zweiten Motorblocks sichergestellt.
Bezugszeichenliste
Verbrennungsmotor 27 Getriebe
erster Motorblock 28 Kupplung
zweiter Motorblock 32 abtriebsseitiges Ende der An¬
Zylinder triebswelle
erste Kurbelwelle 33 Nockenwelle
zweite Kurbelwelle 34 Generator
abtriebsseitiges Ende 35 Wasserkühleinrichtung erstes Kurbelgehäuse 36 Kurbelwange
abtriebseitiges Ende 37 Elektroantrieb
zweites Kurbelgehäuse 38 Ladeluftkühler
Zwischenplatte 39 Einrichtung zum Entkoppeln von
Bohrungen Kipphebeln
Ausnehmungen 40 Kipphebel
Rohrstück 41 Stößelstange
Versteifungsstreben 42 Hydraulikzylinder
Lagerungsbohrung 43 Exzenterwelle
Lagerungseinrichtung 44 Ventil
lagerungsseitiges Ende 45 Feder
lagerungsseitiges Ende 46 Feder
rohrförmiger Abschnitt 47 erstes Zahnrad
zapfenförmiger Abschnitt 48 zweites Zahnrad
Nockenwellenantrieb 49 drittes Zahnrad
Ölpumpenantrieb 50 viertes Zahnrad
V-Ausnehmung 51 fünftes Zahnrad
Zylinderkopf 52 Gehäuse
Antriebswelle
Turbolader
Kühllüfter
Walzenlüfter

Claims

Patentansprüche
1 . Verbrennungsmotor, umfassend
zumindest zwei miteinander gekoppelte Motorblöcke mit jeweils zumindest einem und vorzugsweise zwei Zylindern, die jeweils mit einem Getriebe und einer Kupplung mit einer gemeinsamen Antriebswelle verbunden sind.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden otorblocke derart V-förmig ausgebildet sind, dass die Zylinderköpfe V-förmig angeordnet sind und die Antriebswelle im Bereich der V-Ausnehmung zwischen den Zylinderköpfen angeordnet ist.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Motorblock eine Kurbelwelle aufweist.
4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kupplungen derart ausgebildet sind, dass sie nur in einer einzigen Winkel- Stellung eine Koppelung der (entsprechenden) Kurbelwelle mit der Antriebswelle ermöglichen.
5. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kupplungen als Klauenkupplungen ausgebildet sind.
6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Motor eine unten liegende Nockenwelle aufweist.
7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Einrichtung zum Entkoppeln von Kipphebeln und Stößeln derart vorgesehen ist, dass eine Zylinderabschaltung möglich ist.
8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Wasserkühleinrichtung zu Kühlen der Zylinderköpfe vorgesehen ist, wobei auf der Antriebswelle zumindest ein Walzenlüfter angeordnet ist, der ebenfalls zur zusätzlichen Kühlung der Zylinder ausgebildet ist.
9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Motorblöcke jeweils zumindest vier, sechs oder mehr Zylinder aufweisen.
10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verbrennungsmotor zudem einen Elektroantrieb aufweist und somit als Hybridantrieb ausgebildet ist.
1 1. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass Betnebszustandssensoren zum Detektieren der Betriebszustände der Motorblöcke vorgesehen sind.
12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Betriebszustandssensoren ein Signal erzeugen oder mit einer Steuereinrichtung gekoppelt sind, die dann einen nicht oder nur teilweise laufenden Motorblock durch Auskuppeln von der Antriebswelle entfernt.
13. Zwischenplatte zur Verbindung zumindest zweier Motorblöcke eines Motors vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Zwischenplatte ein platten- förmiges Bauteil ist, wobei die Zwischenplatte zudem zumindest eine Lagerungsbohrung zur Aufnahme von zumindest einer Lagerung einer Kurbelwelle aufweist.
14. Zwischenplatte nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagerungsbohrung zur koaxialen Lagerung zweier Kurbelwellen ausgebildet ist.
15. Zwischenplatte nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zwischenplatte zwei Dichtflächen aufweist, die zur Abdichtung jeweils einer Seite der Motorblöcke ausgebildet sind.
16. Zwischenplatte nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zwischenplatte zur Aufnahme der Zahnradgetriebe und/oder der Nockenwellenantriebe ausgebildet ist.
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