DE102011013520A1

DE102011013520A1 - Pressure wave supercharger arrangement for internal combustion engine e.g. diesel engine, of motor car, has supercharger provided with cell rotor and motor that are coupled with magnetic clutch

Info

Publication number: DE102011013520A1
Application number: DE201110013520
Authority: DE
Inventors: Georg Glitz; Mario Wegener; Frank Rabe
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-13

Abstract

The arrangement (1) has a pressure wave supercharger provided with a motor for driving a cell rotor, where the cell rotor and the motor are coupled with a magnetic clutch (4). The clutch includes two permanent magnets that are respectively coupled with a cell rotor shaft (2) and an engine shaft (3), and includes two electro-magnets respectively coupled with the cell rotor shaft and the engine shaft. Sliding contacts are arranged on the cell rotor shaft and/or the engine shaft to supply and/or discharge electrical power of the electro-magnet. An independent claim is also included for a method for operating a pressure wave supercharger arrangement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckwellenladeranordnung an einem Verbrennungsmotor gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.The present invention relates to a pressure wave supercharger arrangement on an internal combustion engine according to the features in the preamble of claim 1.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Druckwellenladeranordnung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 12.The present invention further relates to a method for operating a pressure wave supercharger arrangement according to the features in the preamble of claim 12.

In Kraftfahrzeugen werden als bevorzugte Antriebe Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Diese Verbrennungskraftmaschinen folgen dem Verfahren der Selbstzündung im Falle eines Dieselmotors oder aber der Fremdzündung im Falle eines Ottomotors. Zum Erreichen eines möglichst hohen Wirkungsgrades und somit zur bestmöglichen Ausnutzung der im Kraftstoff enthaltenen Energie in Form von Bewegungsenergie werden Verbrennungskraftmaschinen mit verdichteter Luft aufgeladen.In motor vehicles, internal combustion engines are used as preferred drives. These internal combustion engines follow the method of autoignition in the case of a diesel engine or the spark ignition in the case of a gasoline engine. To achieve the highest possible efficiency and thus the best possible use of the energy contained in the fuel in the form of kinetic energy internal combustion engines are charged with compressed air.

Aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen haben einen Wirkungsgrad von bis zu 40%, ein niedrigeres Eigengewicht und eine hohe Leistungsdichte bei geringerem Hubraum als nichtaufgeladene Verbrennungskraftmaschinen. Als Aufladegeräte kommen Turbolader, Kompressoren oder aber auch Druckwellenlader zum Einsatz.Supercharged internal combustion engines have an efficiency of up to 40%, a lower dead weight and a high power density with less displacement than non-supercharged internal combustion engines. As superchargers turbocharger, compressors or even pressure wave loader are used.

Gerade beim Einsatz von Druckwellenladern mit Zellrotor ist es notwendig, dass der Zellrotor des Druckwellenladers eine spezifische Drehzahl zum Halten des Druckwellenvorgangs, eines Betriebszustandes oder aber zum Erreichen eines Sollbetriebszustandes der Verbrennungskraftmaschine aufweist.Especially when using pressure wave chargers with cell rotor, it is necessary that the cell rotor of the pressure wave supercharger has a specific speed for holding the pressure wave process, an operating state or to achieve a desired operating state of the internal combustion engine.

Um gerade bei Lastwechselreaktionen der Verbrennungskraftmaschine im Verlauf von Drehzahl- und Drehmomentzunahme oder Drehzahl- und Drehmomentabnahme entsprechende Drehzahlen des Zellrotors schnell zu erreichen, sind heutzutage Druckwellenlader bevorzugt mit Elektromotoren gekoppelt. Der Elektromotor treibt dabei den Zellrotor an oder unterstützt dessen Antriebsmechanismus bei dem Erreichen der Solldrehzahl und/oder beim Halten einer Istdrehzahl.In order to achieve corresponding speeds of the cell rotor quickly, especially in load change reactions of the internal combustion engine in the course of speed and torque increase or speed and torque decrease, nowadays, pressure wave loaders are preferably coupled with electric motors. The electric motor drives the cell rotor or supports its drive mechanism in reaching the setpoint speed and / or while holding an actual speed.

Üblicherweise ist der Zellrotor mit dem Elektromotor über eine mechanische Kupplung in der Weise verbunden, dass die Rotorwelle des Zellrotors mit der Motorwelle des Elektromotors dauerhaft oder im Falle einer Fliehkraftkupplung zustandsabhängig gekoppelt ist. Eine solche mechanische Kupplung hat meist einen kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Eingriff, so dass ein Längenausgleich, ein Winkelfehler oder aber ein Wellenversatz zwischen der Elektromotorwelle und der Zellrotorwelle nicht oder unter der Wirkung von Rückstellkräften ausgeglichen wird. Die direkte Kopplung wirkt sich weiterhin negativ auf den damit verbundenen Wirkungsgrad aus, da eine mechanische Kupplung in vielen Fällen Antriebsenergie in Form von Wärme oder Verformungsarbeit umsetzt. Ebenfalls ist eine mechanische Kopplung, gerade unter Berücksichtigung von Langlebigkeitsaspekten (Standfestigkeit) im Automobilbereich, über die Lebensdauer als besonders anfällig gegen verschleiß- und dauerlas- bedingte Störungen zu beurteilen.Usually, the cell rotor is connected to the electric motor via a mechanical coupling in such a way that the rotor shaft of the cell rotor is permanently coupled to the motor shaft of the electric motor or state-dependent in the case of a centrifugal clutch. Such a mechanical coupling usually has a frictional and / or positive engagement, so that a length compensation, an angle error or a shaft offset between the electric motor shaft and the cell rotor shaft is not compensated or under the action of restoring forces. The direct coupling also has a negative effect on the associated efficiency, since a mechanical coupling converts drive energy in the form of heat or deformation work in many cases. A mechanical coupling, especially taking into account longevity aspects (stability) in the automotive sector, is also to be assessed over the service life as being particularly susceptible to wear and permanent laser-induced disturbances.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Koppelungsmöglichkeit zum Betreiben einer Druckwellenladerordnung bereit zu stellen, die gegenüber den im Stand der Technik bekannten Kopplungsverfahren einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist, bei gleichzeitig hoher Betriebsdauerfestigkeit. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Druckwellenladeranordnung aufzuzeigen.Object of the present invention is therefore to provide a coupling option for operating a pressure wave supercharger order, which has a particularly high efficiency compared to the known in the prior art coupling method, while maintaining high service life. It is another object of the present invention to provide a method for operating such a pressure wave supercharger arrangement.

Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einer Druckwellenladeranordnung an einem Verbrennungsmotor mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.The aforementioned object is achieved with a pressure wave supercharger arrangement on an internal combustion engine having the features of patent claim 1.

Der verfahrenstechnische Anteil der Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren zum Betreiben einer Druckwellenladeranordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 12 gelöst.The procedural portion of the object is further achieved by a method for operating a pressure wave supercharger arrangement having the features according to patent claim 12.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.Advantageous embodiments of the present invention are part of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Druckwellenladeranordnung an einem Verbrennungsmotor weist einen Druckwellenlader mit Anschlussleitungen, mit einem Gehäuse und mit einem Zellrotor auf. Weiterhin wird der Zellrotor vorzugsweise über einen Elektromotor oder von einem anderen Motor mit veränderlicher Drehgeschwindigkeit angetrieben. Der Zellrotor ist dabei mit dem Motor über eine magnetische Kupplung gekoppelt. Erfindungsgemäß bedeutet dies, dass keine direkte Kopplung zwischen der Welle des Zellrotors und der Welle des Motors besteht. Die übertragene Kraft zum Antrieb des Zellrotors und des Motors wird dabei rein über die Magnetkraft übertragen.The pressure wave supercharger arrangement according to the invention on an internal combustion engine has a pressure wave supercharger with connection lines, with a housing and with a cell rotor. Furthermore, the cell rotor is preferably driven by an electric motor or by another variable speed motor. The cell rotor is coupled to the motor via a magnetic coupling. According to the invention this means that there is no direct coupling between the shaft of the cell rotor and the shaft of the motor. The transmitted force to drive the cell rotor and the motor is transmitted purely by the magnetic force.

Gerade beim Zusammenbau einer Verbrennungskraftmaschine mit ihren Anbaukomponenten ist eine erfindungsgemäße Anordnung besonders leicht komplettierbar. Durch die berührungslose Koppelung von den zuvor genannten Wellen werden alle an die Kupplung zu erfüllenden Aufgaben berücksichtigt und gleichsam gelöst. So kann durch die berührungslose Koppelung ein Ausgleich aller Bauteiltoleranzen vorgenommen werden bei gleichzeitig maximaler übertragbarer Kraft. Es entstehen somit keine Reibungsverluste in der Kupplung selber. Lastschläge und Pendel-(Wechsel-)Drehmomente, die von dem Zellrotorgehäuse auf den Motor weitergeleitet werden oder aber auch umgekehrt, werden durch die magnetische Kupplung selber gedämpft. Das Gesamtsystem ist somit keiner Alterung im Betrieb unterworfen. Ein Verschleiß oder aber ein Abnutzen einer mechanischen Kupplung erfolgt dabei nicht. Im Rahmen der Erfindung ist unter einem Motor auch ein Elektromotor zum Antrieb oder aber zum Bremsen des Zellrotors zu verstehen.Especially when assembling an internal combustion engine with their attachment components an arrangement according to the invention is particularly easy to complete. The non-contact coupling of the aforementioned waves all tasks to be performed on the clutch are taken into account and solved as it were. Thus, by the contactless coupling, a compensation of all component tolerances can be made while maximum transferable force. There are thus no Friction losses in the clutch itself. Load shocks and pendulum (alternating) torques, which are passed from the cell rotor housing on the engine or vice versa, are attenuated by the magnetic coupling itself. The entire system is therefore not subject to aging during operation. Wear or wear of a mechanical coupling does not occur. In the context of the invention, a motor is also understood to mean an electric motor for driving or braking the cell rotor.

Insbesondere weist die Kupplung dazu einen Dauermagneten auf. Der Dauermagnet kann beispielsweise an der Welle des Zellrotors oder aber auch an der Welle des Elektromotors gekoppelt sein. Es kann auch ein Dauermagnet auf beiden Wellen gekoppelt sein, wobei dann die gegensätzlichen Pole eine magnetische Anziehungskraft aufeinander ausüben.In particular, the coupling to a permanent magnet. The permanent magnet may, for example, be coupled to the shaft of the cell rotor or else to the shaft of the electric motor. It may also be coupled to a permanent magnet on both shafts, in which case the opposing poles exert a magnetic attraction to each other.

Weiterhin kann besonders bevorzugt die magnetische Kupplung einen Elektromagneten aufweisen. Die Kupplungskraft ist hierbei über den Elektromagnet selber einstellbar. Insbesondere kann auch eine Kombination von Dauermagnet und Elektromagnet vorhanden sein. Dabei kann wiederum ein Elektromagnet an der Zellrotorwelle oder aber auch ein Elektromagnet an der Motorwelle gekoppelt sein. Im Rahmen der Erfindung kann auch an beiden zuvor genannten Wellen jeweils mindestens ein Elektromagnet angeordnet sein. Besonders vorteilig ist es, wenn Dauermagnet und Elektromagnet kombiniert an mindestens einer der zuvor genannten Wellen angeordnet sind.Furthermore, the magnetic coupling may particularly preferably have an electromagnet. The coupling force is adjustable by the solenoid itself. In particular, a combination of permanent magnet and electromagnet may be present. In this case, in turn, an electromagnet may be coupled to the cell rotor shaft or else an electromagnet may be coupled to the motor shaft. In the context of the invention, in each case at least one electromagnet can also be arranged on both aforementioned shafts. It is particularly advantageous if the permanent magnet and the electromagnet are combined and arranged on at least one of the aforementioned shafts.

Durch die Kombination von Dauermagnet und Elektromagnet kann über den Dauermagnet ein zugelassener Schlupf im Kupplungssystem voreingestellt sein. Sofern Spitzenbelastung auftreten, ist es durch Zuschaltung des Elektromagneten bzw. durch die geregelte Überlagerung der Intensität der durch den Elektromagneten übertragenen Kraft möglich, die magnetische Kupplung dem von dem Motor an den Zellrotor zu übertragenden Drehmoment anzupassen.Due to the combination of permanent magnet and electromagnet, a permissible slip in the coupling system can be preset via the permanent magnet. If peak load occur, it is possible by switching the electromagnet or by the controlled superposition of the intensity of the force transmitted through the electromagnet to adapt the magnetic coupling to the motor to be transmitted to the cell rotor torque.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind an einer Zellrotorwelle und/oder einer Motorwelle Schleifkontakte oder kontaktlose, vorzugsweise induktive Elektrizitäts-Übertrager zur Zuleitung und/oder Ableitung von elektrischer Energie des Elektromagneten angeordnet. Im Falle eines nur an der Zellrotorwelle oder aber nur an der Motorwelle angeordneten Elektromagneten können hier Schleifkontakte oder induktive Elektrizitäts-Übertrager angeordnet sein, so dass ein besonders wartungsarmer Betrieb und eine gute Instandhaltungmöglichkeit gegeben sind. Es kann jedoch auch im Rahmen der Erfindung eine Kombination von Elektromagneten auf der Zellrotorwelle und Elektromagneten auf der Motorwelle ausgebildet sein. In diesem Fall sind Schleifkontakte oder bürstenlose (induktive) Elektrizitäts-Übertrager an beiden Wellen erforderlich. Über die Schleifkontakte oder die induktiven Elektrizitäts-Übertrager kann den Elektromagneten elektrische Energie zukommen, so dass eine erhöhte magnetische Kupplungskraft bei Bedarf bereitgestellt werden kann.In a preferred embodiment, sliding contacts or contactless, preferably inductive, electricity transformers for supplying and / or dissipating electrical energy of the electromagnet are arranged on a cell rotor shaft and / or a motor shaft. In the case of an electromagnet arranged only on the cell rotor shaft or only on the motor shaft, sliding contacts or inductive electricity transformers can be arranged here, so that a particularly low-maintenance operation and a good maintenance possibility are provided. However, it can also be formed in the invention, a combination of electromagnets on the cell rotor shaft and electromagnets on the motor shaft. In this case, sliding contacts or brushless (inductive) electricity transformers are required on both shafts. About the sliding contacts or the inductive electricity transformer can be supplied to the electromagnet electrical energy, so that an increased magnetic coupling force can be provided if necessary.

Beispielsweise kann durch die Intensität des Elektromagneten eine derartige Kupplungskraft hergestellt werden, dass ein asynchroner Betrieb mit Schlupf gänzlich vermieden wird und somit die Welle des Zellrotors mit der des Motors synchron rotiert. Die Schleifkontakte oder induktiven Elektrizitäts-Übertrager können allerdings auch zur Ableitung von elektrischer Energie genutzt werden. Im Lastwechselbetrieb, insbesondere im Bremsbetrieb des Elektromotors, kann die von dem Elektromagneten der Kupplung oder des Elektromotors erzeugte elektrische Energie einer Fahrzeugbatterie oder einem sonstigen Akkumulator oder aber Kondensator zugeführt werden. Im Falle von benötigter elektrischer Energie zur Einschaltung des Elektromagneten der Kupplung oder des Elektromotors wäre diese wiederum kurzzeitig abrufbar. Das System arbeitet somit besonders energiesparend.For example, by the intensity of the electromagnet such a coupling force can be made that asynchronous operation with slip is completely avoided and thus the shaft of the cell rotor synchronously rotates with that of the motor. However, the sliding contacts or inductive electricity transformers can also be used to dissipate electrical energy. In load change operation, in particular in the braking operation of the electric motor, the electrical energy generated by the electromagnet of the clutch or the electric motor of a vehicle battery or other accumulator or capacitor can be supplied. In the case of required electrical energy for switching on the electromagnet of the clutch or the electric motor, this in turn would be available for a short time. The system thus works particularly energy-saving.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weist die magnetische Kupplung einen Toleranzbereich zur Koppelung der Zellrotorwelle mit der Motorwelle auf oder wirkt infolge der magnetischen Kräfte selbstzentrierend. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Montierbarkeit des Systems bei der Produktion sehr kostengünstig und durch ”Blindsteckbarkeit” einfach gestaltet ist. Des Weiteren werden somit alle Bauteiltoleranzen kompensiert, was die Produktionskosten eines jeden einzelnen Bauteils senkt, den Wirkungsgrad im Betrieb hoch hält und eine hohe Betriebsdauerfestigkeit sicherstellt.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the magnetic coupling has a tolerance range for coupling the cell rotor shaft with the motor shaft or acts self-centering due to the magnetic forces. This ensures that the mountability of the system during production is very cost-effective and simply designed by "blind plug-in". Furthermore, all component tolerances are thus compensated, which lowers the production costs of each individual component, keeps the operating efficiency high and ensures high durability.

Insbesondere ist als Toleranzbereich ein Spalt innerhalb der magnetischen Kupplung selber ausgebildet. Hierunter ist ein Luftspalt zu verstehen, der die Magneten der Zellrotorwelle von denen der Motorwelle trennt. Aufgrund des konstruktionsbedingten Luftspalts werden ebenfalls mögliche auftretende Resonanzen, Schwingungen, Pendel-(Wechsel-)Drehmomente oder aber Lastschläge des Systems derart ausgeglichen, dass eine Entkoppelung der ansonsten drehsteifen Verbindung zwischen der Zellrotorwelle und der Motorwelle stattfindet. Dieses bewirkt eine Dämpfung und einen gradlinigen d. h. zeitlich glatten Verlauf des jeweils anliegenden Drehmoments. Ein Verspannen oder Verbiegen des Systems wird ebenfalls durch den Luftspalt unterbunden.In particular, a gap within the magnetic coupling itself is formed as a tolerance range. This is an air gap that separates the magnets of the cell rotor shaft from those of the motor shaft. Due to the design-related air gap also occurring resonances, vibrations, pendulum (alternating) torques or load surges of the system are balanced so that a decoupling of otherwise rigid connection between the cell rotor shaft and the motor shaft takes place. This causes a damping and a straight-line d. H. temporally smooth course of each applied torque. A distortion or bending of the system is also prevented by the air gap.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist die Kupplung mit wenigstens einem feststehenden Elektromagneten als Wirbelstrombremse versehen. Weiterhin bevorzugt ist die Kupplung mit wenigstens einem drehbaren Elektromagneten als Dämpferwicklung versehen.In a further advantageous embodiment of the present invention, the coupling provided with at least one fixed electromagnet as eddy current brake. Further preferably, the coupling is provided with at least one rotatable electromagnet as a damper winding.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Druckwellenanordnung, wobei die Druckwellenladeranordnung einen Druckwellenlader mit Anschlussleitungen, ein Gehäuse und einen Zellrotor aufweist sowie darüber hinaus einen Motor zum Antrieb des Zellrotors, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet eine Koppelung mit voreingestelltem Schlupf herstellt und bei Beschleunigungsvorgängen des Zellrotors der Elektromagnet zugeschaltet wird. Im Rahmen der Erfindung kann der Dauermagnet dabei mit der Zellrotorwelle gekoppelt sein und/oder mit der Motorwelle.The inventive method for operating a pressure wave arrangement, wherein the pressure wave supercharger has a pressure wave supercharger with connecting lines, a housing and a cell rotor and beyond a motor for driving the cell rotor, according to the invention is characterized in that the permanent magnet makes a coupling with preset slip and during acceleration operations of the Cell rotor of the solenoid is switched on. In the context of the invention, the permanent magnet can be coupled with the cell rotor shaft and / or with the motor shaft.

Hierbei bewirkt der Dauermagnet eine Verbindung zwischen der Zellrotorwelle und der Motorwelle. Das von der magnetischen Kupplung zu übertragende Drehmoment weist bei bestimmten anliegenden Drehmomenten einen voreingestellten Schlupf auf, der beispielsweise als Überlastschutz erst beim Überschreiten einer oberen Drehmomentgrenze wirksam wird. Wird das zu übertragende Drehmoment in einem Beschleunigungsvorgang positiv oder aber negativ erhöht, so tritt eine Änderung des Schlupfes auf.Here, the permanent magnet causes a connection between the cell rotor shaft and the motor shaft. The torque to be transmitted by the magnetic clutch has a preset slip at certain applied torques which becomes effective, for example, as an overload protection only when an upper torque limit is exceeded. If the torque to be transmitted is increased positively or negatively in an acceleration process, a change in the slip occurs.

Zum Ausgleich oder aber zur Unterbindung der Schlupfänderung ist ein Elektromagnet dem Dauermagneten zuschaltbar. Hierdurch erhöht sich das zu übertragende Kupplungsdrehmoment wahlweise. Auch können mehrere Elektromagnete selektiv oder aber additiv zuschaltbar sein, so dass durch Überlagerung der Magnet-Kräfte eine gestaffelte oder eine kontinuierliche Änderung der zu übertragenden Kupplungskraft stattfindet. Des Weiteren ermöglicht die mit Elektromagneten versehene Kupplung die Erzeugung eines zum Motor zusätzlichen Antriebs- oder Brems-Moments nach Wirkweise des elektrischen Schleifring- oder bürstenlosen Motors.To compensate or to prevent the slip change an electromagnet is the permanent magnet switchable. This selectively increases the clutch torque to be transmitted. It is also possible for a plurality of electromagnets to be switchable selectively or else additively, so that a staggered or a continuous change of the coupling force to be transmitted takes place by superposition of the magnetic forces. Furthermore, the coupling provided with electromagnets enables the generation of an additional drive or braking torque for the motor according to the mode of operation of the electric slip ring or brushless motor.

Besonders bevorzugt werden Schwingungen und Resonanzen des Gesamtsystems durch die Kupplung und/oder den Schlupf nicht übertragen. Durch die magnetische Kupplung erfolgt stofflich oder dynamisch eine Entkoppelung von Zellrotorwelle und Motorwelle.Particularly preferably, vibrations and resonances of the overall system are not transmitted by the coupling and / or the slip. The magnetic coupling materially or dynamically decoupling of cell rotor shaft and motor shaft.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Bremsvorgang die elektrische Energie zum Betreiben des Elektromagneten von dem Elektromotor selbst erzeugt. Hierbei kann eine gezielte Regelung zwischen Bremsstrom und Nutzstrom stattfinden. Im Falle einer negativen Beschleunigung, also eines Bremsvorgangs des Zellrotors, kann die überschüssige elektrische Energie, die von dem Elektromotor als Generator erzeugt wird, entweder zum Betreiben des Elektromagneten z. B. nach dem Prinzip der Wirbelstrom-Bremse bzw. Retarder genutzt werden oder aber in einen Fahrzeugakkumulator eingespeist werden. Für den Bremsbetrieb über das maximale Motormoment hinaus kann ein weiterer Elektromagnet statisch außen um die Kupplung herum angeordnet sein. Wird dieser mit einer elektrischen Stromstärke gespeist, erfolgt ein Bremsmoment infolge des in die Kupplung induzierten Wirbelstroms.In a further advantageous embodiment variant of the method according to the invention, the electrical energy for operating the electromagnet is generated by the electric motor itself during the braking process. Here, a targeted control between braking current and load current can take place. In the case of a negative acceleration, ie a braking action of the cell rotor, the excess electrical energy generated by the electric motor as a generator, either for operating the electromagnet z. B. be used on the principle of eddy current brake or retarder or fed into a vehicle battery. For the braking operation beyond the maximum engine torque, a further electromagnet may be arranged statically outside the clutch. If this is supplied with an electric current, a braking torque occurs as a result of the eddy current induced in the clutch.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Druckwellenladeranordnung wird die elektrische Energie dazu der Fahrzeugbatterie zugeführt.In a further preferred embodiment of the method according to the invention for operating a pressure wave supercharger arrangement, the electrical energy is supplied to the vehicle battery.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird bei dem Verfahren zum Betreiben einer Druckwellenladeranordnung ein regelbarer Schlupf so gewählt, dass nach der Wirkweise einer Fliehkraftkupplung bei einem Beschleunigungsvorgang zunächst der Motor, vorzugsweise der Elektromotor, seine Solldrehzahl erreicht. Hierdurch liegt ein entsprechend maximales Drehmoment des Motors für den jeweiligen Betriebspunkt an und durch Zuschalten der elektromagnetischen Kupplung wird die Kraft entsprechend auf den Zellrotor übertragen. In der Folge stellt sich ein schnelleres Ansprechverhalten des Gesamtsystems ein, was sich wiederum vorteilig auf die Agilität der Verbrennungskraftmaschine auswirkt.In a further preferred embodiment, in the method for operating a pressure wave supercharger arrangement, a controllable slip is selected such that after the mode of action of a centrifugal clutch during an acceleration process, first the motor, preferably the electric motor, reaches its setpoint speed. As a result, there is a corresponding maximum torque of the motor for the respective operating point and by connecting the electromagnetic clutch, the force is transmitted accordingly to the cell rotor. As a result, sets a faster response of the overall system, which in turn has an advantageous effect on the agility of the internal combustion engine.

Bevorzugt wird bei Erreichen der Solldrehzahl des Motors der Elektromagnet zugeschaltet. Im Anlauffall kann das Entlasten des Antriebs mittels eines definierten Schlupfs der Kupplung so ein schnelleres Anspringen des Motors und ein Erreichen seiner Solldrehzahl in kürzester Zeit ermöglichen.Preferably, when the setpoint speed of the engine is reached, the electromagnet is switched on. In the event of a start, relieving the drive by means of a defined slip of the clutch can thus enable a faster starting of the engine and a reaching of its setpoint speed in the shortest possible time.

Weitere Vorteil, Merkmale, Aspekte und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten sind in der schematischen Figur dargestellt. Dies dient dem einfachen Verständnis der Erfindung.Further advantages, features, aspects and characteristics of the present invention will become apparent from the following description. Preferred embodiments are shown in the schematic figure. This is for easy understanding of the invention.

Es zeigen:Show it:

1a eine Druckwellenladeranordnung; 1a a pressure wave charger assembly;

1b eine erfindungsgemäße magnetische Kupplung; 1b a magnetic coupling according to the invention;

2 zeigt eine Ausführungsvariante als Magnetzahnkupplung; 2 shows an embodiment variant as Magnetahnkupplung;

3 eine erfindungsgemäße magnetische Kupplung als Transversalfluss-Kupplung; 3 a magnetic coupling according to the invention as Transversalfluss coupling;

4 eine erfindungsgemäße magnetische Kupplung als Axialflusskupplung und 4 a magnetic coupling according to the invention as Axialflusskupplung and

5 eine erfindungsgemäße magnetische Kupplung als Radialflusskupplung. 5 a magnetic coupling according to the invention as a radial flux coupling.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components, even if a repeated description is omitted for reasons of simplicity.

In 1a ist eine Druckwellenladeranordnung 1 gezeigt, die über eine erfindungsgemäße Koppelung zwischen der Zellrotorwelle 2 und der Motorwelle 3, ausgebildet durch eine magnetische Kupplung 4, verfügt.In 1a is a pressure wave charger arrangement 1 shown, via a coupling according to the invention between the cell rotor shaft 2 and the motor shaft 3 formed by a magnetic coupling 4 , features.

Die 1b zeigt die erfindungsgemäße Koppelung mittels magnetischer Kupplung als Prinzipschnittdarstellung. Im Detail zeigt 1b eine Druckwellenladeranordnung 1 aufweisend eine Zellrotorwelle 2 und eine Motorwelle 3. Zur Koppelung der beiden Wellen 2, 3 ist eine magnetische Kupplung 4 integriert. Die magnetische Kupplung 4 in der dargestellten Ausführungsvariante besteht dabei aus einer dauermagnetischen Kupplung 5 und aus einer elektromagnetischen Kupplung 6. Im Falle der Zellrotorwelle 2 sind ein Dauermagnet 7 und ein Elektromagnet 8 auf die Welle 2 aufgebracht.The 1b shows the coupling according to the invention by means of magnetic coupling as a schematic sectional view. In detail shows 1b a pressure wave charger arrangement 1 comprising a cell rotor shaft 2 and a motor shaft 3 , To couple the two waves 2 . 3 is a magnetic coupling 4 integrated. The magnetic coupling 4 in the illustrated embodiment consists of a permanent magnetic coupling 5 and from an electromagnetic clutch 6 , In the case of the cell rotor shaft 2 are a permanent magnet 7 and an electromagnet 8th on the wave 2 applied.

An der Zellrotorwelle 2 ist weiterhin eine Schleifbahn 9 mit einem Schleifkontakt 10 zur Übertragung der elektrischen Erregerstromstärke angeordnet. Auf die Elektromotorwelle 3 ist ein Kupplungsgehäuse 11 aufgebracht. In dem Kupplungsgehäuse 11 sind wiederum ein Dauermagnet 12 sowie ein Elektromagnet 13 angeordnet. Ebenfalls befindet sich auf der Elektromotorwelle 3 eine Schleifbahn 9 mit einem Schleifkontakt 10 zur Übertragung der elektrischen Energie. Zwischen den jeweiligen Magneten 7, 8, 12, 13 befindet sich ein Spalt 14 in Form eines Luftspaltes. Hierdurch werden Toleranzen in Axialrichtung A und Radialrichtung R der Wellen 2, 3 zueinander ausgeglichen.At the cell rotor shaft 2 is still a sliding track 9 with a sliding contact 10 arranged to transmit the electrical excitation current. On the electric motor shaft 3 is a coupling housing 11 applied. In the clutch housing 11 are again a permanent magnet 12 as well as an electromagnet 13 arranged. Also located on the electric motor shaft 3 a sliding track 9 with a sliding contact 10 for transmission of electrical energy. Between the respective magnets 7 . 8th . 12 . 13 there is a gap 14 in the form of an air gap. As a result, tolerances in the axial direction A and radial direction R of the waves 2 . 3 balanced.

2 zeigt in 2a eine magnetische Kupplung 4 in der Ausführungsvariante einer Magnetzahn-Kupplung. Hierzu sind sternförmig Dauermagnete 7, 12 umlaufend angeordnet. Insgesamt befinden sich in Umlaufrichtung beispielhaft acht Dauermagnete 7, 12, wobei diese jeweils versetzt als Dauermagnete 7 der Zellrotorwelle 2 oder Dauermagnete 12 der Motorwelle 3 angeordnet sind. In 2b ist eine Schnittansicht gezeigt, wobei hier erkenntlich ist, dass zusätzlich zu den Dauermagneten 7, 12 jeweils ein Elektromagnet 8 der Zellrotorwelle 2 und ein Elektromagnet 13 der Motorwelle 3 zugeordnet sind. Damit die Elektromagneten 8, 13 einen Kontakt haben, weist die Zellrotorwelle 2 einen Satz Schleifkontakte 10 mit dazugehöriger Schleifbahn 9 auf sowie die Motorwelle 3 einen Schleifkontakt 10 mit dazugehöriger Schleifbahn 9 auf. 2 shows in 2a a magnetic coupling 4 in the embodiment of a magnetic tooth coupling. These are star-shaped permanent magnets 7 . 12 arranged circumferentially. Overall, there are eight permanent magnets in the direction of rotation by way of example 7 . 12 , each of which is offset as permanent magnets 7 the cell rotor shaft 2 or permanent magnets 12 the motor shaft 3 are arranged. In 2 B is shown a sectional view, which is recognizable here that in addition to the permanent magnet 7 . 12 one electromagnet each 8th the cell rotor shaft 2 and an electromagnet 13 the motor shaft 3 assigned. So that the electromagnets 8th . 13 have a contact, the cell rotor shaft 2 a set of sliding contacts 10 with associated slideway 9 on as well as the motor shaft 3 a sliding contact 10 with associated slideway 9 on.

3 zeigt eine magnetische Kupplung 4 in der Ausführungsvariante einer Transversalfluss-Kupplung. Hierzu sind wiederum an der Zellrotorwelle 2 über das Kupplungsgehäuse 11 Dauermagneten 7 sowie Elektromagneten 8 mit dieser gekoppelt. Auf der Seite der Motorwelle 3 sind Dauermagneten 12 sowie Elektromagneten 13 mit dieser gekoppelt. Über den Spalt 14, welcher hier in Axialrichtung A verläuft, ergibt sich somit die Möglichkeit, die Zellrotorwelle 2 und die Motorwelle 3 beliebig über einen durch die Magneten einzustellenden Schlupf unabhängig voneinander drehen zu können. 3 shows a magnetic coupling 4 in the embodiment of a transversal flow coupling. These are in turn at the cell rotor shaft 2 over the clutch housing 11 permanent magnets 7 as well as electromagnets 8th coupled with this. On the side of the motor shaft 3 are permanent magnets 12 as well as electromagnets 13 coupled with this. About the gap 14 , which runs here in the axial direction A, thus resulting in the possibility of the cell rotor shaft 2 and the motor shaft 3 can be rotated independently of each other via a slip to be set by the magnets.

In 4 ist eine magnetische Kuppung 4 dargestellt, in der Ausführungsvariante einer Axialfluss-Kupplung, wobei hier die magnetische Kraftübertragung in Axialrichtung A verläuft. Hierzu sind wiederum Elektro- und Dauermagnete (12, 13) an der Motorwelle 3 angeordnet und in axialer Richtung dazu versetzt, Elektromagneten 8 und Dauermagneten 7 an der Zellrotorwelle 2.In 4 is a magnetic coupling 4 shown, in the embodiment of an axial flow coupling, in which case the magnetic force transmission in the axial direction A runs. For this are in turn electric and permanent magnets ( 12 . 13 ) on the motor shaft 3 arranged and offset in the axial direction, electromagnet 8th and permanent magnets 7 at the cell rotor shaft 2 ,

In 5 ist eine erfindungsgemäße magnetische Kupplung 4 als Radialfluss-Kupplung dargestellt. Hierbei sind in Radialrichtung R zu der Motorwelle 3 und Zellrotorwelle 2 jeweils wiederum an der Motorwelle 3 Dauermagneten 7 und Elektromagneten 8 gekoppelt sowie an der Zellrotorwelle 2 und dem dazugehörigen Zellrotorgehäuse ebenfalls Dauermagneten 7, 12 und Elektromagneten 8, 13.In 5 is a magnetic coupling according to the invention 4 shown as a radial flow coupling. Here are in the radial direction R to the motor shaft 3 and cell rotor shaft 2 each turn on the motor shaft 3 permanent magnets 7 and electromagnets 8th coupled as well as on the cell rotor shaft 2 and the associated cell rotor housing also permanent magnets 7 . 12 and electromagnets 8th . 13 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: DruckwellenladeranordnungPressure wave supercharger arrangement
22: ZellrotorwelleCell rotor shaft
33: Motorwellemotor shaft
44: magnetische Kupplungmagnetic coupling
55: dauermagnetische Kupplungpermanent magnetic coupling
66: elektromagnetische Kupplungelectromagnetic clutch
77: Dauermagnet zu 2 Permanent magnet too 2
88th: Elektromagnet zu 2 Electromagnet too 2
99: Schleifbahnsliding track
1010: Schleifkontaktsliding contact
1111: Kupplungsgehäuseclutch housing
1212: Dauermagnet zu 3 Permanent magnet too 3
1313: Elektromagnet zu 3 Electromagnet too 3
1414: Spaltgap
AA: Axialrichtungaxially
RR: Radialrichtungradial direction

Claims

Pressure wave charger arrangement ( 1 ) to an internal combustion engine, comprising a pressure wave charger with connection lines, a housing and a cell rotor and a motor for driving the cell rotor, characterized in that the Cell rotor and the motor with a magnetic coupling ( 4 ) are coupled.

Pressure wave charger arrangement according to claim 1, characterized in that the coupling ( 4 ) at least one permanent magnet ( 7 ) provided with a cell rotor shaft ( 2 ) is coupled.

Pressure wave charger arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling ( 4 ) at least one permanent magnet ( 12 ) provided with a motor shaft ( 3 ) is coupled.

Pressure wave charger arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coupling ( 4 ) at least one electromagnet ( 8th ) which is connected to the cell rotor shaft ( 2 ) is coupled.

Pressure wave charger arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the coupling ( 4 ) at least one electromagnet ( 13 ) connected to the motor shaft ( 3 ) is coupled.

Pressure wave charger arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that on the cell rotor shaft ( 2 ) and / or a motor shaft ( 3 ) Sliding contacts ( 10 ) for the supply and / or discharge of electrical energy of the electromagnet ( 8th ) are arranged.

Pressure wave charger arrangement according to one of claims 4 to 6, characterized in that on the cell rotor shaft ( 2 ) and / or the motor shaft ( 3 ) inductive electricity transmission devices for the supply and / or discharge of electrical energy of the electromagnet ( 8th ) are arranged.

Pressure wave charger arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the magnetic coupling ( 4 ) a tolerance range for coupling the cell rotor shaft ( 2 ) with the motor shaft ( 3 ) having.

Pressure wave charger arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that a gap ( 14 ) within the magnetic coupling ( 4 ) is trained.

Pressure wave charger arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the coupling ( 4 ) is provided with at least one fixed electromagnet as eddy current brake.

Pressure wave charger arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that the coupling ( 4 ) is provided with at least one rotatable electromagnet as a damper winding.

Method for operating a pressure wave supercharger arrangement, which has a pressure wave loader with connecting lines, a housing and a cell rotor and a motor for driving the cell rotor, in particular according to one of claims 1 to 11, characterized in that the motor with the cell rotor shaft ( 2 ) connected permanent magnet ( 7 ) establishes a coupling with preset slip and during acceleration the electromagnet ( 8th ) is switched on.

A method according to claim 12, characterized in that the with the motor shaft ( 3 ) connected permanent magnet ( 12 ) establishes a coupling with preset slip and during acceleration the electromagnet ( 13 ) is switched on.

A method according to claim 12 or 13, characterized in that vibrations and pendulum torques of the overall system by the coupling ( 4 ) are dampened.

A method according to claim 12 or 14, characterized in that in a braking operation, the electrical energy for operating the electromagnet ( 8th ) is generated by an electric motor for driving the cell rotor itself.

Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that in a braking operation, the electrical energy for operating the electromagnet ( 13 ) is generated by the electric motor itself.

Method according to one of claims 9 to 16, characterized in that during a braking operation, the generator-generated electrical energy is used to operate an eddy current brake.

Method according to one of claims 9 to 16, characterized in that generated electrical energy is supplied to an accumulator.

Method according to one of claims 9 to 18, characterized in that a controllable slip is set during an acceleration process, so that the engine reaches its target speed under partial load.

Method according to one of claims 9 to 19, characterized in that upon reaching the target speed of the electromagnet ( 8th ) or the electromagnet ( 13 ) is switched on.

Method according to one of claims 9 to 14, characterized in that the electromagnet ( 8th ) or the electromagnet ( 13 ) generates an additional drive torque or braking torque to the engine.