DE102006028235A1

DE102006028235A1 - Turbocompound

Info

Publication number: DE102006028235A1
Application number: DE102006028235A
Authority: DE
Inventors: Frank Eberle; Thomas Dipl.-Ing. Laufer (BA)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2007-12-27
Also published as: JP2009541628A; WO2007147465A1; CN101473125A; US20090139231A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Turbocompound (1), bei welchem eine Abgasnutzturbine (3) eine Leistung über ein Reduktionsgetriebe (6) und eine sich diesem anschließende hydrodynamische Kupplung (14) auf eine Kurbelwelle (35) überträgt. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, erfolgt eine Abkopplung der Abgasnutzturbine (3) im Teillastbetrieb. Dazu ist ein Freilauf (12) vorzugsweise im Reduktionsgetriebe (6) integriert. Der Freilauf (40) kann jedoch auch im Bereich einer Abtriebswelle (16) der hydrodynamischen Kupplung (14) angeordnet sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbocompound gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1.
Aus der DE 103 19 748 A1 ist bereits ein Turbocompound bekannt. Bei diesem Tubocompound ist eine Abgasnutzturbine vorgesehen, die über eine hydrodynamische Kupplung eine Kurbelwelle antreibt. Die Schaufeln des Pumpenrades und des Turbinenrades dieser hydrodynamischen Kupplung sind gegenüber deren Längsachse geneigt, und zueinander spielend angeordnet, wobei die Neigung der Schaufeln des Primärrads in der Drehrichtung und die Neigung der Schaufeln des Sekundärrads entgegen der Drehrichtung ausgeführt ist.
Aus der DE 103 60 155 A1 ist ebenfalls ein Turbocompound mit einer hydrodynamischen Kupplung bekannt. Das Pumpenrad dieser hydrodynamischen Kupplung ist mittels einer Lamellenkupplung gegen ein Gehäuse kuppelbar, so dass die hydrodynamische Kupplung auch als Retarder betrieben werden kann. Demzufolge ist die Kurbelwelle in einem Bremsbetrieb mit dieser Funktion als hydrodynamischer Retarder gegen das Gehäuse abbremsbar. Ein solcher Retarder entlastet die Betriebsbremse des Nutzfahrzeuges. Um die Lamellenkupplung trotz der hohen Bremslasten klein auszuführen bzw. nicht zu überlasten, ist die hydrodynamische Kupplung auf einen vorgegebenen Füllgrad entleerbar. Eine vom Füllungsgrad variable hydrodynamische Kupplung ist auch in der WO 2005/040578 A1 beschrieben.
Die DE 102 04 066 A1 betrifft eine schaltbare hydrodynamische Kupplung eines Turbocompounds.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Turbocompound mit einem besonders hohen Wirkungsgrad zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist der Leistungsfluss von der Kurbelwelle auf die Abgasnutzturbine mittels eines Freilaufs abtrennbar. Im Teillastbereich des Verbrennungsmotors würde das Turbocompound gegenüber einem Antriebsstrang ohne Turbocompound einen schlechteren Wirkungsgrad aufweisen, was einen höheren Kraftstoffverbrauch zur Folge hätte, da ein Leistungsfluss von der Kurbelwelle zur Abgasnutzturbine stattfindet. So weist die volle Leistungsübertragung nur im Volllastbereich des Verbrennungsmotors einen besonders hohen Wirkungsgrad auf. Mittels des erfindungsgemäßen Turbocompounds ist es in diesem Teillastbereich möglich, den unerwünschten umgekehrten Leistungsfluss von der Kurbelwelle auf die Abgasnutzturbine zu unterbrechen. Damit erhöht sich der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Freilauf im Bereich eines Reduktionsgetriebes zwischen der Abgasnutzturbine und der hydrodynamischen Kupplung angeordnet.
Das Reduktionsgetriebe kann insbesondere als Zahnradgetriebe ausgeführt sein, da solche beispielsweise im Gegensatz zu Keilriemen/Zahnriemen eine hohe Wartungsfreiheit aufweisen.
In besonders vorteilhafter Weise kann der Freilauf dabei zwischen dem einen Zahnrad und dem Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung angeordnet sein. Damit muss nämlich das andere Zahnrad des Reduktionsgetriebes im Teillastbetrieb nicht mitgeschleppt werden. Außerdem ist an diesem zweiten Zahnrad des Reduktionsgetriebes die Drehzahl geringer, was die auf den Freilauf wirkenden Fliehkräfte reduziert. Das vom Freilauf getragene Zahnrad kann dabei insbesondere als Zahnkranz ausgeführt sein.
Der Freilauf kann in einer weiteren Ausgestaltungsform auch im Bereich einer Abtriebswelle der hydrodynamischen Kupplung angeordnet sein.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung vor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit zwei alternativen Ausgestaltungsformen erläutert.
Dabei zeigt die einzige Zeichnung ein Turbocompound 1 eines nicht näher dargestellten Antriebsstranges, der unter anderem einen als Dieselmotor ausgeführten Antriebsmotor, ein Getriebe und eine angetriebene Achse umfasst.
Von einem Abgaskrümmer wird der Abgasstrom auf einen nicht näher dargestellten Turbolader zur Gemischaufladung und damit zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Antriebsstranges geleitet.
Der Abgaskrümmer dieses Dieselmotors führt zu einer Abgasnutzturbine 3. Somit werden Abgase an Schaufelrädern 4 eines Abgasnutzturbinenrades 5 der Abgasnutzturbine 3 vorbeigeführt.
Infolge des Abgasstromes dreht sich das Abgasnutzturbinenrad 5 mit bis zu 60000 U/min, die über zwei nachfolgende Reduktionsgetriebe 6, 7 auf das Drehzahlband einer Kurbelwelle 2 des Dieselmotors reduziert werden, dass im Durchschnitt bei lediglich ca. 2000 U/min liegt. Dazu ist das Abgasnutzturbinenrad 5 über eine Abgasnutzturbinenwelle 9 drehfest mit einem kleinen schrägverzahnten ersten Zahnrad 10 verbunden, welches mit einem ebenfalls schrägverzahnten großen zweiten Zahnkranz 11 kämmt. Dieser große zweite Zahnkranz 11 ist drehfest mit einem Außenring eines Freilaufs 12 verbunden. Ein Innenring dieses Freilaufs 12 ist hingegen drehfest mit einem Pumpenrad 13 einer hydrodynamischen Kupplung 14 verbunden, so dass der Zahnkranz 11 im Volllastbetrieb – d.h. beim Leistungsfluss von der Abgasnutzturbine 3 auf die Kurbelwelle 35 – auf diese hydrodynamische Kupplung 14 abtreibt. Dabei reduziert die hydrodynamische Kupplung 14 Drehschwingungen auf die Kurbelwelle 35.
Das kleine erste Zahnrad 10 bildet zusammen mit dem großen zweiten Zahnkranz 11 das erste zweistufige Reduktionsgetriebe 6. In das Pumpenrad 13 sind einteilig Schaufeln 20 eingearbeitet. Diese Schaufeln 20 weisen nach vorne auf Schaufeln eines Turbinenrades 15. Das Turbinenrad 15 der hydrodynamischen Kupplung 14 ist somit koaxial und drehbar vor dem Pumpenrad 13 angeordnet, so dass es fluidisch von dem Pumpenrad 13 antreibbar ist. Dabei sind das Pumpenrad 13 und das Turbinenrad 15 in einer Gehäuseschale 30 angeordnet, die gegenüber dem Turbinenrad 15 drehbar und gegenüber dem Pumpenrad 13 drehfest ist. Zur besagten fluidischen Antrieb ist in der hydrodynamischen Kupplung 14 ein Öl vorgesehen, welches im Volllastbetrieb

– als Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung 14 das Drehmoment überträgt und
– die hydrodynamische Kupplung 14 kühlt und schmiert.

Das Pumpenrad 13 ist mittels Wälzlagern 34 drehbar auf einer Abtriebswelle 16 der hydrodynamischen Kupplung 14 angeordnet. Diese Abtriebswelle 16 nimmt das Turbinenrad 15 mittels einer Keilwellenverzahnung 36 drehfest auf.
Das Turbinenrad 15 treibt über die Abtriebswelle 16 und das zweite Reduktionsgetriebe 7 auf die Kurbelwelle 35 ab. Dieses zweite Reduktionsgetriebe 7 übersetzt ebenfalls ins Langsame und ist ebenfalls mittels einer Zahnradpaarung verwirklicht.
Wird nun beispielsweise im Tellastbereich von Seiten der Kurbelwelle 35 ein Drehmoment eingeleitet, so dreht der Freilauf 12 frei, so dass die Abgasnutzturbine 3, die Abgasnutzturbinenwelle 9, das erste kleine Zahnrad 10 und der Zahnkranz 11 nicht mitgeschleppt werden müssen. Dadurch werden auch die Reibungsverluste gering gehalten.
Um die Funktion des Freilaufs nicht durch hohe Fliehkräfte zu beeinträchtigen kann der Zahnkranz 11 wesentlich dicker ausgeführt sein, als dies in der Zeichnung dargestellt ist, so dass der Freilauf auf einem relativ geringen Durchmesser des Pumpenrades 13 angeordnet ist. Die Drehmomentbelastung des Freilaufs 12 nimmt mit höherem Durchmesser ab, wobei jedoch die Reduktion der Fliehkräfte hier die größere Rolle spielt.
In der selben Zeichnung ist einer weitere Ausführungsform dargestellt. Dabei ist ein schematisch gestrichelt dargestellter Freilauf 40 im Bereich der Abtriebswelle 16 angeordnet, so dass der Leistungsfluss von dem zweiten Reduktionsgetriebe 7 auf die hydrodynamische Kupplung 14 auftrennbar ist.
Anstelle eines Dieselmotors kann auch ein anderer Verbrennungsmotor – insbesondere ein Ottomotor – vorgesehen sein.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Turbocompound (1) bei welchem eine Abgasnutzturbine (3) eine Leistung über ein Reduktionsgetriebe (6) und eine sich diesem anschließende hydrodynamische Kupplung (14) auf eine Kurbelwelle (35) überträgt, wobei in einem Leistungsfluss zwischen der Abgasnutzturbine (3) und der Kurbelwelle (35) ein Freilauf (12) integriert ist.
Turbocompound (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (12) im Reduktionsgetriebe (6) integriert ist.
Turbocompound nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgetriebe (6) zweistufig ist, wobei sich der hydrodynamischen Kupplung (14) ein zweites Reduktionsgetriebe (7) anschließt.
Turbocompound nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (12) radial zwischen einem die zweite Stufe des zweistufigen Reduktionsgetriebes (6) bildenden äußeren Zahnkranz (11) und einem Pumpenrad (13) der hydrodynamischen Kupplung (14) angeordnet ist.
Turbocompound (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplung (14) die Leistung über eine Abtriebswelle (16) und ein zweites Reduktionsgetriebe (7) auf die Kurbelwelle (35) überträgt, wobei der Freilauf (40) im Bereich der Abtriebswelle (16) angeordnet ist, so dass der Leistungsfluss von dem zweiten Reduktionsgetriebe (7) auf die hydrodynamische Kupplung (14) auftrennbar ist.