DE3045093C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschinenan­ lage mit drei durch je ein Getriebe mit mindestens einer Übersetzungsstufe und einer Freilaufkupplung miteinander schaltbar gekoppelten Brennkraftmaschinen gemäß den wei­ teren im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk­ malen.

Eine Brennkraftmaschinenanlage der gattungsgemäßen Bauart ist aus der GB-PS 10 07 193 bekannt. Die dabei innerhalb der Getriebe angeordneten Freilaufkupplungen wirken derart, daß beide Freiläufe in Kraftübertragungsrichtung gesperrt, jedoch in entgegengesetzter Richtung bei auftretenden Drehzahlunterschieden gelöst sind.

Dies hat den Nachteil, daß ein Schleppbetrieb von nicht befeuerten Brennkraftmaschinen nur in Kraftübertragungsrichtung möglich ist. Wird hierbei beispielsweise die in Kraftflußrichtung liegende erste und zweite Brennkraftmaschine abgeschaltet, fallen diese in der Drehzahl bis zum Stillstand ab, wodurch eine schnelle und übergangslose Zuschaltung nicht mehr möglich ist.

Ferner ist von Nachteil, daß das Getriebe zwischen der mittleren und abtriebsseitigen Brennkraftmaschine drehmomentstark ausgebildet werden muß, da von diesem die Höchstleistung der vorgeschalteten Brennkraftmaschine übertragen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Brennkraftmaschinenanlage derart zu verbessern, daß einerseits die Verlustleistung im Schleppbetrieb gering ist und andererseits die Getriebe mit möglichst geringem Gewicht in kompakter Bauweise ausgeführt werden können.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zwar ist es aus der FR-PS 8 99 237 allgemein bekannt, bei Getrieben mit unterschiedlichem Lasteingang zur Erzielung unterschiedlicher Übersetzungen innerhalb der Getriebestufen gegensinnig sperrende Freilaufkupplungen vorzusehen, jedoch ist in dieser Schrift über die besondere Gestaltung derartiger Getriebe zur Anwendung bei Brennkraftmaschinenanlagen nichts angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanlage erfolgt die Lastabnahme von der mittleren Brennkraftmaschine aus. Dies hat den Vorteil, daß die Getriebe nur die Leistung der ihr eingangsseitig vorgeschalteten Brennkraftmaschine übertragen müssen, die deshalb mit kleineren Abmessungen besonders kompakt ausgelegt werden können.

Ferner ergibt sich durch die erfindungsgemäße Auslegung der Getriebe mit einer Antriebs- und einer Schleppübersetzung sowie schaltbaren Freilaufkupplungen innerhalb der Antriebsübersetzungen der Vorteil, daß im Teillastbereich ein Schleppbetrieb der abgeschalteten Brennkraftmaschinen mit der halben Drehzahl der gerade lastabgebenden Brennkraftmaschine möglich ist, wodurch einerseits die Verlustleistung der abgeschalteten Brennkraftmaschinen geringer ist und andererseits nach deren Zuschalten die Lastaufnahme wesentlich schneller und ohne nachteiligen Drehzahlabfall einsetzen kann.

Der Vorteil der Schleppübersetzung zwischen den Brennkraftmaschinen liegt darin, daß die ungefeuerten Brennkraftmaschinen im Gegensatz zum Stillstand, ihre Arbeitsspiele durchführen und bei Zufuhr von Kraftstoff, ohne jede äußere mechanische Energiezufuhr, eigenständig auf die Lastdrehzahl hochlaufen. Die Lasteinsatzverzögerungen und Schaltdrucke sind minimal. Des weiteren ist die Möglichkeit gegeben, die Schleppdrehzahlen so zu wählen, daß die unausgeglichenen Massenkräfte der gefeuerten Brennkraftmaschinen von den geschleppten ausgeglichen werden.

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

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

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

Das zur Koppelung der Brennkraftmaschinen 1 und 2 verwendete Getriebe 4 ist beispielsweise so ausgebildet, daß auf der Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine 1 ein mit dieser fest verbundenes Stirnrad 7 und ein mit einer Freilaufkupplung 8 versehenes Ritzel 9 aufgebracht ist, derart, daß die Kurbelwelle 6 ein auf der Kurbelwelle 10 der Brennkraftmaschine 2 festsitzendes Stirnrad 11 mit entsprechender Untersetzung antreiben kann. Der Abtrieb erfolgt von der Kurbelwelle 10 aus. Auf der Kurbelwelle 10 ist ein weiteres mit einer schaltbaren Freilaufkupplung 12 versehenes Stirnrad 13 vorgesehen, welches mit dem Stirnrad 7 kämmt. Die Nebenaggregate 14 werden von der Brennkraftmaschine 1 aus angetrieben. Die Freilaufkupplungen 8 und 12 sind so ausgelegt, daß sich dieselben nicht gegenseitig sperren. Die Hubraumabstufung ist derart gewählt, daß die kleinste Brennkraftmaschine 1 den kleinsten Lastbereich abdeckt, während die größeren Brennkraftmaschinen 2 und 3 nicht gefeuert sind und mit deutlich geringerer Drehzahl geschleppt werden. Bei steigender Lastanforderung an die gesamte Mehrfachanordnung wird die nächst größere Brennkraftmaschine 2 gefeuert. Diese übernimmt die Erzeugung der abzugebenden Last, der Schlepplast der nächstfolgenden, über das Getriebe 5 gekoppelten Brennkraftmaschine 3 und die der kleinsten Brennkraftmaschine 1, die nicht mehr gefeuert wird, mitsamt den Nebenaggregaten. Die Brennkraftmaschine 1 kann infolge der Freilaufkupplung 8 von der Brennkraftmaschine 2 nicht geschleppt werden. Die Drehzahl fällt ab bis auf das Niveau der Kurbelwelle 10 und wird über die Freilaufkupplung 12 und das Stirnrad 13 1 : 1 angetrieben. (Die Freilaufkupplung 12 sperrt in Lastrichtung von der Brennkraftmaschine 2 nach Brennkraftmaschine 1, läuft aber in umgekehrter Richtung frei). Der Hubraum der Brennkraftmaschine 2 soll so groß sein, daß er einen großen Teil der auftretenden Teillasten der gesamten Mehrfachanordnung abdecken kann. Die Brennkraftmaschine 3 wird erst gefeuert, wenn größere Lasten, als die mit der Brennkraftmaschine 2 erzielbaren, gefordert werden.

Zwischen der Brennkraftmaschine 2 und 3 ist das Getriebe 5 vorgesehen, das von der Kurbelwelle 10 über ein Ritzel 15 mit schaltbarer Freilaufkupplung 16 die Brennkraftmaschine 3 mittels des auf der Kurbelwelle 17 festsitzenden Stirnrades 18 schleppt. Ein weiteres mit der Kurbelwelle 10 festverbundenes Stirnrad 19 kämmt mit einem Stirnrad 20 in dem eine Freilaufkupplung 21 angeordnet ist, wobei diese derart ausgelegt ist, daß bei geschleppter Brennkraftmaschine 3 die Freilaufkupplung 21 nicht sperrt. Gibt die Brennkraftmaschine 3 Last ab, bleibt zunächst durch die schaltbare Freilaufkupplung 16 (Freilaufsperre) der Eingriff des Stirnrades 18 mit dem Ritzel 15 wirksam bis zur vollen Belastung der Brennkraftmaschine 3. Dann wird die Freilaufsperre im schaltbaren Freilauf 16 gelöst, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 3 nimmt zu bis auf das Niveau, das die Stirnräder 19, 20 des Getriebes 5 in der Lastrichtung zur Brennkraftmaschine 2 zulassen. Diese Stirnräder 19, 20 laufen bei Belastung von der Brennkraftmaschine 2 zur Brennkraftmaschine 3 frei. Entsprechend der Drehzahlerhöhung beim Arbeitskraftfluß über die Stirnräder 19, 20 kann die Brennkraftmaschine 3 mehr Drehmoment und Leistung an die Kurbelwelle 10 (Abtriebswelle) abgeben.

Wird an der Abtriebswelle 10 die maximale Last erwartet, dann wird die Brennkraftmaschine 1 wieder befeuert. Die schaltbare Freilaufkupplung 12 im Stirnrad 13 wird gesperrt, so daß Leistung über die Stirnräder 7, 13 an die Abtriebswelle 10 abgegeben wird. Sollte die Leistung, welche die Nebenaggregate 14 der gesamten Mehrfachanordnung an der Welle 6 abverlangen, größer sein, als die Brennkraftmaschine 1 bei wirksamen Eingriff der Stirnräder 7, 13 zu erbringen vermag, dann wird die Freilaufsperre der Freilaufkupplung 12 gelöst. Dadurch kann die Brennkraftmaschine 1 die Leistungsabgabe an die Nebenaggregate 14 erhöhen. Die Abtriebswelle 10 braucht dadurch keine Leistung für die Nebenaggregate 14 abgeben. Die Leistungsabgabe für vollbelastete Nebenaggregate 14 kann in gleicher Weise verhindert werden, wenn die Brennkraftmaschine 3 nicht gefeuert ist.

Eine Mehrfachanordnung von Brennkraftmaschinen funktioniert mit eingeschränkten Möglichkeiten auch bei zwei Brennkraftmaschinen. Beim Wegfall der Brennkraftmaschine 1 sind die Nebenaggregate 14 von der Brennkraftmaschine 2 anzutreiben, diese sind dann mit der Antriebswelle 10 fest gekoppelt. Beim Wegfall der Brennkraftmaschine 3 ergeben sich jedoch nur im Leerlauf Verbrauchsvorteile.

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

Anhand eines Zahlenbeispiels sollen die Vorteile einer Mehrfachanordnung aufgezeigt werden:

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

Wird dieser Motor erfindungsgemäß in 3 Motoren aufgeteilt, ergibt sich:

Motor 1:
0,3 Liter Hubraum, 1200 Umdrehungen/Minute, Reibleistung 0,26 kW und 0,3 kW für Aggregate, Ladungswechselleistung 0,26 kW.
Motor 2:
0,9 Liter Hubraum, 400 Umdrehungen/Minute, 0,16 kW Reib-, Ladungswechselleistung 0 (belüftet).
Motor 3:
1,8 Liter Hubraum, 133 Umdrehungen/Minute, 0,16 kW Reib-, Ladungswechselleistung 0 (belüftet).

Summe der Verluste = 1,24 kW, das heißt, die Verluste verringern sich auf etwa 41% eines Normalmotors.

Bei Teilbelastung verringern sich die Verluste auf etwa 80% eines Normalmotors.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschinenanlage mit drei durch je ein Getriebe mit mindestens einer Übersetzungsstufe und einer Freilaufkupplung miteinander in Reihe schaltbar gekoppelten Brennkraftmaschinen, von denen eine Brennkraftmaschine eine Abtriebswelle zur Leistungsabgabe aufweist und von denen eine erste Brennkraftmaschine bis zu einer vorgegebenen unteren Drehzahl zur Leistungsabgabe über ein Getriebe mit der Abtriebswelle direkt verbunden ist, während die beiden anderen Brennkraftmaschinen geschleppt werden, daß mit Erreichen der vorgegebenen unteren Drehzahl eine zweite Brennkraftmaschine zugeschaltet wird, während die dritte Brennkraftmaschine geschleppt wird und daß ab einer vorgegebenen mittleren Drehzahl die dritte Brennkraftmaschine zugeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abtriebswelle die Kurbelwelle (10) der zweiten Brennkraftmaschine (2) ist,
daß die im Kraftfluß zwischen den Brennkraftmaschinen (1 bis 3) liegenden Getriebe (4, 5) je eine zweite Übersetzungsstufe (7, 13; 19, 20) mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 und je eine Freilaufkupplungen (12, 21) aufweisen, von denen zur Leistungsübertragung an die Kurbelwelle (10) die Freilaufkupplungen (12 und 21) gesperrt sind,
daß die ersten Übersetzungsstufen (Zahnräder 9, 11 und 15, 18) ein Übersetzungsverhältnis von 2 : 1 besitzen, wobei deren Freilaufkupplungen (8, 16) jeweils zwischen der Kurbelwelle (6) der ersten Brennkraftmaschine (1) und dem Antriebsritzel (9) bzw. der Kurbelwelle (10) der zweiten Brennkraftmaschine (2) und dem Antriebsritzel (15) liegen und daß die Freilaufkupplungen (8, 16) im Schleppbetrieb der jeweils nachgeordneten Brennkraftmaschine (2, 3) gesperrt sind.

2. Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschinen (1, 2, 3) mit unterschiedlicher Leistung und Drehzahl ausgeführt sind, wobei die Brennkraftmaschine (1) eine kleine, die Brennkraftmaschine (2) eine mittlere Leistung und die Brennkraftmaschine (3) eine große Leistung aufweist.

3. Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenaggregate (14) aller Brennkraftmaschinen (1, 2, 3) an der Brennkraftmaschine (1) mit der höchsten Antriebsdrehzahl angeordnet sind und von dieser angetrieben werden.