DE102015220167A1 - Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine, umfassend ein Verdichterrad (2), ein Turbinenrad (3) und eine erste Elektromaschine (4), welche untereinander trieblich über ein zwischenliegendes Getriebe (6) gekoppelt sind. Um einen vollvariablen Betrieb des Abgasturboladers (1) zu ermöglichen, ist zudem eine zweite Elektromaschine (5) vorgesehen, die über das Getriebe (6) ebenfalls mit dem Verdichterrad (2), dem Turbinenrad (3) und der ersten Elektromaschine (4) in Triebverbindung steht.The invention relates to an exhaust-gas turbocharger (1) for an internal combustion engine, comprising a compressor wheel (2), a turbine wheel (3) and a first electric machine (4), which are coupled to one another via an intermediate gear (6). In order to enable a fully variable operation of the exhaust gas turbocharger (1), a second electric machine (5) is also provided, which via the transmission (6) also with the compressor wheel (2), the turbine wheel (3) and the first electric machine (4) in Drive connection is.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, umfassend ein Verdichterrad, ein Turbinenrad und eine erste Elektromaschine, welche untereinander trieblich über ein zwischenliegendes Getriebe gekoppelt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem vorgenannten Abgasturbolader.The invention relates to an exhaust-gas turbocharger for an internal combustion engine, comprising a compressor wheel, a turbine wheel and a first electric machine, which are coupled to one another via an intermediate gearbox. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine with an aforementioned exhaust gas turbocharger.

Aus der DE 10 2011 005 825 A1 geht ein Abgasturbolader hervor, welcher ein Turbinenrad und ein Verdichterrad umfasst. Zwischen dem Verdichterrad und dem Turbinenrad ist zudem ein Getriebe in Form eines Planetengetriebes vorgesehen, über welches das Verdichterrad, das Turbinenrad und eine Elektromaschine trieblich untereinander verbunden sind. Das Getriebe fungiert dabei als Überlagerungsgetriebe, so dass Drehzahlen des Verdichterrades, des Turbinenrades und der Elektromaschine entsprechend miteinander überlagert werden. From the DE 10 2011 005 825 A1 goes out an exhaust gas turbocharger, which comprises a turbine wheel and a compressor wheel. In addition, a transmission in the form of a planetary gear is provided between the compressor wheel and the turbine wheel, via which the compressor wheel, the turbine wheel and an electric machine are drivingly interconnected. The transmission acts as a superposition gear, so that speeds of the compressor wheel, the turbine wheel and the electric machine are superimposed corresponding to each other.

Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader zu schaffen, dessen Betrieb vollvariabel gestaltet werden kann. Based on the above-described prior art, it is now the object of the present invention to provide an exhaust gas turbocharger whose operation can be made fully variable.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. This object is achieved on the basis of the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. The following dependent claims give each advantageous embodiments of the invention.

Gemäß der Erfindung umfasst ein Abgasturbolader ein Verdichterrad, ein Turbinenrad und eine erste Elektromaschine, welche untereinander trieblich über ein zwischenliegendes Getriebe gekoppelt sind. Erfindungsgemäß ist die jeweilige Anbindung an das Getriebe dabei derartig gestaltet, dass das Turbinenrad über eine Turbinenwelle, das Verdichterrad über eine Verdichterwelle und die erste Elektromaschine an einem Rotor über eine Rotorwelle seitens des Getriebes angebunden sind. Insofern dient das Getriebe einer Überlagerung der Drehbewegungen von Turbinenrad, Verdichterrad und erster Elektromaschine. According to the invention, an exhaust gas turbocharger comprises a compressor wheel, a turbine wheel and a first electric machine, which are coupled to one another via an intermediate transmission. According to the respective connection to the transmission is designed such that the turbine wheel via a turbine shaft, the compressor via a compressor shaft and the first electric machine are connected to a rotor via a rotor shaft side of the transmission. In this respect, the transmission serves to superpose the rotational movements of turbine wheel, compressor wheel and first electric machine.

Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass zudem eine zweite Elektromaschine vorgesehen ist, die über das Getriebe ebenfalls mit dem Verdichterrad, dem Turbinenrad und der ersten Elektromaschine in Triebverbindung steht. Mit anderen Worten ist also neben der ersten Elektromaschine noch eine weitere, zweite Elektromaschine vorgesehen, die seitens des Getriebes ebenfalls trieblich eingebunden ist. Insofern koppelt das Getriebe die insgesamt vier Komponenten in Form des Turbinenrades, des Verdichterrades und der beiden Elektromaschinen untereinander und überlagert deren Drehbewegungen entsprechend. The invention now includes the technical teaching that, in addition, a second electric machine is provided, which is also in drive connection via the transmission with the compressor wheel, the turbine wheel and the first electric machine. In other words, therefore, in addition to the first electric machine still another, second electric machine is provided, which is also geared integrated by the transmission. In this respect, the transmission couples the four components in the form of the turbine wheel, the compressor wheel and the two electric machines with each other and superimposed their rotational movements accordingly.

Eine derartige Ausgestaltung eines Abgasturboladers hat dabei den Vorteil, dass durch das Vorsehen von zwei Elektromaschinen, die über das Getriebe jeweils untereinander, sowie mit dem Verdichter- und dem Turbinenrad gekoppelt sind, neben einer Drehzahlüberlagerung auch eine Überlagerung von Drehmomenten der einzelnen Komponenten möglich wird. Insgesamt ist hierdurch eine vollvariable Drehzahl- und Drehmomentregelung für den Verdichter und die Turbine möglich, d. h. es kann prinzipiell jeder Betriebspunkt gefahren werden. Das Getriebe fungiert dabei als sogenanntes reduziertes Koppelgetriebe. Schließlich kann bei geeigneter Wahl der Übersetzung des Getriebes bei schnelllaufendem Verdichterrad und Turbinenrad ein langsames Laufen der beiden Elektromaschinen realisiert werden. Such an embodiment of an exhaust gas turbocharger has the advantage that by the provision of two electric machines, which are coupled via the transmission in each case, as well as to the compressor and the turbine, in addition to a rotational speed superposition and a superposition of torques of the individual components is possible. Overall, this allows a fully variable speed and torque control for the compressor and the turbine, d. H. In principle, every operating point can be driven. The transmission acts as a so-called reduced coupling gear. Finally, with a suitable choice of the ratio of the transmission with high speed compressor wheel and turbine wheel, a slow running of the two electric machines can be realized.

Hingegen ist im Falle der DE 10 2011 005 825 A1 nur eine einzige Elektromaschine vorgesehen. Hierdurch können zwar Drehzahlen von Verdichterrad und Turbinenrad über die Elektromaschine mithilfe des zwischenliegenden Überlagerungsgetriebes eingestellt werden, eine Einregelung gewünschter, verdichter- und turbinenseitiger Drehmomente ist hierbei aber nicht möglich. Es kann also kein vollvariabler Betrieb des Turboladers dargestellt werden. On the other hand, in the case of DE 10 2011 005 825 A1 only a single electric machine provided. As a result, although rotational speeds of the compressor wheel and turbine wheel can be adjusted via the electric machine with the aid of the intermediate superposition gearing, it is not possible to adjust desired, compressor and turbine-side torques. Thus, no fully variable operation of the turbocharger can be represented.

Im Sinne der Erfindung sind die beiden Elektromaschinen und auch das Getriebe bevorzugt axial zwischen dem Turbinen- und dem Verdichterrad liegend in einem Gehäuse des Abgasturboladers aufgenommen. Besonders bevorzugt liegt das Getriebe dabei zwischen den beiden Elektromaschinen, wobei ggf. auch eine anderweitige Anordnung denkbar ist, sofern die getriebeseitige Anbindung der einzelnen Komponenten dies zulässt. For the purposes of the invention, the two electric machines and also the transmission are preferably accommodated axially between the turbine and the compressor wheel lying in a housing of the exhaust gas turbocharger. Particularly preferably, the transmission is in this case between the two electric machines, where appropriate, an otherwise arrangement is conceivable, if the transmission-side connection of the individual components permits.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe als Planetengetriebe gestaltet, wodurch eine Überlagerung der Drehbewegungen der einzelnen Komponenten auf kompakte Art und Weise ermöglicht wird. In Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Verdichterrad dann mit einem ersten Sonnenrad und das Turbinenrad mit einem zweiten Sonnenrad des Getriebes verbunden. Weiter bevorzugt steht von den Elektromaschinen dabei dann die eine Elektromaschine drehfest mit einem Planetensteg des Getriebes in Verbindung, welcher zumindest ein Planetenrad führt. Das zumindest eine Planetenrad ist dann wiederum einerseits mit beiden Sonnenrädern, sowie andererseits mit einem Hohlrad trieblich gekoppelt, mit dem die jeweils andere Elektromaschine drehfest verbunden ist. Hierdurch wird ein Planetengetriebe ausgestaltet, bei welchem aufgrund der Einbindung der einzelnen Komponenten geeignete Überlagerungen von Drehzahlen und Drehmomenten stattfinden. Zudem kann hierbei ein langsames Laufen der beiden Elektromaschinen bei gleichzeitig schnelllaufenden Turbinen- und Verdichterrädern realisiert werden. According to one embodiment of the invention, the transmission is designed as a planetary gear, whereby a superposition of the rotational movements of the individual components is made possible in a compact manner. In a further development of this embodiment, the compressor wheel is then connected to a first sun gear and the turbine wheel to a second sun gear of the transmission. More preferably stands of the electric machines in this case then an electric machine rotatably connected to a planetary gear of the transmission in connection, which leads at least one planetary gear. The at least one planetary gear is then in turn coupled on the one hand with two sun gears, and on the other hand with a ring gear, with which the respective other electric machine is rotatably connected. As a result, a planetary gear is designed in which due to the involvement of the individual components suitable superpositions of speeds and Torques take place. In addition, in this case a slow running of the two electric machines can be realized at the same time high-speed turbine and compressor wheels.

Alternativ zu der vorgenannten Weiterbildung sind die Elektromaschinen jeweils mit je einem Hohlrad verbunden, wobei die Hohlräder über zumindest ein zwischenliegendes Planetenrad mit den Sonnenrädern trieblich in Verbindung stehen. Auch hierbei kann eine geeignete Ausgestaltung eines Planetengetriebes verwirklicht werden, über das ein vollvariabler Betrieb des Abgasturboladers darstellbar ist. As an alternative to the aforementioned development, the electric machines are each connected to a respective ring gear, wherein the ring gears are drivingly connected via at least one intermediate planetary gear with the sun gears. Here, too, a suitable embodiment of a planetary gear can be realized, via which a fully variable operation of the exhaust gas turbocharger can be displayed.

Es ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass das zumindest eine Planetenrad jeweils als Stufenplanet ausgestaltet ist. Die entsprechenden Außendurchmesser bzw. -verzahnungen für die Koppelung mit den beiden Sonnenrädern und dem oder den Hohlrädern sind dementsprechend bei dem Planetenrad axial nebeneinanderliegend ausgestaltet. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, dass sich das zumindest eine Planetenrad aus zwei drehfest miteinander gekoppelten Einzelrädern zusammensetzt, wobei von diesen Einzelrädern dann das eine Rad mit dem einen Sonnenrad und dem einen Hohlrad in Verbindung steht, während das jeweils andere Rad mit dem anderen Sonnenrad und dem ggf. vorgesehenen, weiteren Hohlrad in Kontakt steht. Erfindungsgemäß führt der Planetensteg des Getriebes besonders bevorzugt mehrere Planetenräder, über welche jeweils eine Verbindung zu den Sonnenrädern und dem oder den Hohlrädern hergestellt ist. It is a further embodiment of the invention that the at least one planet gear is configured in each case as a stepped planet. The corresponding outer diameters or toothings for the coupling with the two sun gears and the ring gear (s) are accordingly configured axially adjacent to one another in the planetary gear. Alternatively, it is also conceivable that the at least one planetary gear composed of two rotatably coupled to each other single wheels, of which these single wheels then the one sun gear and the one ring gear is in communication, while the other wheel with the other Sun gear and possibly provided, further ring gear is in contact. According to the invention, the planet carrier of the transmission particularly preferably carries a plurality of planet gears, via which in each case a connection to the sun gears and the ring gear or wheels is produced.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Planetengetriebe als Zahnradgetriebe gestaltet, d. h. das zumindest eine Planetenrad, die Sonnenräder und das Hohlrad bzw. die Hohlräder stehen untereinander an Verzahnungen in Verbindung, wobei die Verzahnungen dabei bevorzugt als Schrägverzahnungen gestaltet sind. Alternativ dazu ist das Getriebe als Reibradgetriebe ausgeführt, bei welchem dann eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten des Getriebes hergestellt ist. In a further development of the invention, the planetary gear is designed as a gear transmission, d. H. the at least one planetary gear, the sun gears and the ring gear or the ring gears are connected to each other in teeth, the gears are preferably designed as helical gears. Alternatively, the transmission is designed as a friction gear, in which then a frictional connection between the individual components of the transmission is made.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken. The invention is not limited to the specified combination of the features of the main claim or the claims dependent thereon. It also results in ways to combine individual features, even if they emerge from the claims, the following description of preferred embodiments of the invention or directly from the drawings. The reference of the claims to the drawings by use of reference numerals is not intended to limit the scope of the claims.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:Advantageous embodiments of the invention, which are explained below, are shown in the drawings. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines Abgasturboladers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 a schematic representation of an exhaust gas turbocharger according to a first embodiment of the invention;

2 eine schematische Ansicht eines Abgasturboladers entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und 2 a schematic view of an exhaust gas turbocharger according to a second embodiment of the invention; and

3 eine schematische Ansicht eines Abgasturboladers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 3 a schematic view of an exhaust gas turbocharger according to a third embodiment of the invention.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Abgasturboladers 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Wie zu erkennen ist, setzt sich dieser Abgasturbolader 1 dabei im Wesentlichen aus einem Verdichterrad 2, einem Turbinenrad 3, zwei Elektromaschinen 4 und 5, sowie einem Getriebe 6 zusammen. In axialer Richtung betrachtet sind das Turbinenrad 3 und das Verdichterrad 2 dabei außenliegend vorgesehen, während das Getriebe 6 in der Mitte und die Elektromaschinen 4 und 5 jeweils zwischen Getriebe 6 und Verdichterrad 2 bzw. Turbinenrad 3 vorgesehen sind. 1 shows a schematic view of an exhaust gas turbocharger 1 according to a first embodiment of the invention. As can be seen, this exhaust gas turbocharger sits down 1 essentially a compressor wheel 2 , a turbine wheel 3 , two electric machines 4 and 5 , as well as a gearbox 6 together. Viewed in the axial direction are the turbine wheel 3 and the compressor wheel 2 while outboard provided while the gearbox 6 in the middle and the electric machines 4 and 5 each between gear 6 and compressor wheel 2 or turbine wheel 3 are provided.

Die Komponenten Verdichterrad 2, Turbinenrad 3, sowie Elektromaschinen 4 und 5 sind untereinander über das Getriebe 6 gekoppelt, welches als reduziertes Koppelgetriebe in Form eines Planetengetriebes 7 realisiert ist. Wie aus 1 zu erkennen ist, umfasst dieses Planetengetriebe 7 dabei zwei Sonnenräder 8 und 9, von denen das Sonnenrad 8 mit einer Verdichterwelle 10 des Verdichterrades 2 und das Sonnenrad 9 mit einer Turbinenwelle 11 drehfest verbunden ist. Die Verdichterwelle 10 und die Turbinenwelle 11 liegen dabei koaxial zueinander. The components compressor wheel 2 , Turbine wheel 3 , as well as electric machines 4 and 5 are among each other via the transmission 6 coupled, which as a reduced coupling mechanism in the form of a planetary gear 7 is realized. How out 1 can be seen, includes this planetary gear 7 with two sun wheels 8th and 9 of which the sun wheel 8th with a compressor shaft 10 of the compressor wheel 2 and the sun wheel 9 with a turbine shaft 11 rotatably connected. The compressor shaft 10 and the turbine shaft 11 are coaxial with each other.

Radial außen stehen die Sonnenräder 8 und 9 jeweils mit gemeinsamen Planetenrädern 12 im Zahneingriff, die für den gleichzeitigen Zahneingriff sowohl mit dem Sonnenrad 8, als auch mit dem Sonnenrad 9 als Stufenplaneten mit axial nebeneinanderliegenden Verzahnungen ausgestaltet sind und über einen gemeinsamen Planetensteg 13 des Planetengetriebes 7 drehbar gelagert geführt werden. Dieser Planetensteg 13 wiederum ist mit einer Rotorwelle 14 verbunden, die als Hohlwelle umliegend zur Turbinenwelle 11 verläuft und den Planetensteg 13 mit einem Rotor 15 der Elektromaschine 5 verbindet. An einer ihrer Verzahnungen kämmen die Planetenräder 12 zudem mit einem radial umliegenden Hohlrad 16, welches mit einer Rotorwelle 17 eines Rotors 18 der Elektromaschine 4 drehfest gekoppelt ist. Die Rotorwelle 17 verläuft dabei als Hohlwelle zu der Verdichterwelle 10. Radially outside are the sun gears 8th and 9 each with common planetary gears 12 in a meshing, for simultaneous toothing with both sun gear 8th , as well as with the sun wheel 9 are designed as stepped planets with axially adjacent teeth and a common planetary web 13 of the planetary gear 7 be guided rotatably mounted. This planetary bridge 13 turn is with a rotor shaft 14 connected as a hollow shaft surrounding the turbine shaft 11 runs and the planetary bridge 13 with a rotor 15 the electric machine 5 combines. At one of their teeth mesh the planetary gears 12 also with a radially surrounding ring gear 16 , which with a rotor shaft 17 a rotor 18 the electric machine 4 rotatably coupled. The rotor shaft 17 runs as a hollow shaft to the compressor shaft 10 ,

Mit Hilfe des Planetengetriebes 7 werden Drehbewegungen des Verdichterrades 2, des Turbinenrades 3 und der Rotoren 15 und 18 entsprechend miteinander überlagert, wobei durch entsprechende Regelung der beiden Elektromaschinen 4 und 5 Drehzahlen und Drehmomente des Verdichterrades 2 und des Turbinenrades 3 frei eingestellt werden können. Insofern kann ein vollvariabler Betrieb des Abgasturboladers 1 verwirklicht werden, indem zur Einregelung von verdichter- und turbinenseitigen Betriebspunkten über die Elektromaschinen 4 und 5 entsprechende Leistungen zugeführt oder abgezweigt werden. Letzteres ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Turbinenleistung höher ist als die Verdichterleistung oder umgekehrt. Aufgrund des Aufbaus des Planetengetriebes 7 können sowohl das Verdichterrad 2, als auch das Turbinenrad 3 schnelllaufend betrieben werden, während seitens der Elektromaschinen 4 und 5 ein langsamen Laufen der Rotoren 15 und 18 stattfindet. With the help of the planetary gear 7 be rotational movements of the compressor wheel 2 , the turbine wheel 3 and the rotors 15 and 18 superposed according to each other, whereby by appropriate regulation of the two electric machines 4 and 5 Speeds and torques of the compressor wheel 2 and the turbine wheel 3 can be adjusted freely. In this respect, a fully variable operation of the exhaust gas turbocharger 1 be realized by adjusting the compressor and turbine side operating points on the electric machines 4 and 5 corresponding services are supplied or diverted. The latter is the case, for example, when the turbine power is higher than the compressor power or vice versa. Due to the structure of the planetary gear 7 can both the compressor wheel 2 , as well as the turbine wheel 3 be operated fast running while on the part of the electric machines 4 and 5 a slow running of the rotors 15 and 18 takes place.

Ferner zeigt 2 eine schematische Ansicht eines Abgasturboladers 19 gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Hierbei entspricht diese Ausführungsform im Wesentlichen der Variante nach 1, wobei als einziger Unterschied ein Planetengetriebe 20 im Vergleich zu der Variante nach 1 gespiegelt angeordnet ist. Insofern ist in diesem Fall ein Hohlrad 21 drehfest mit der Rotorwelle 14 und ein Planetensteg 22 drehfest mit der Rotorwelle 17 verbunden. Ferner sind auch die Planetenräder 23, sowie die Sonnenräder 24 und 25 dieses Planetengetriebes 20 im Vergleich zu dem Planetengetriebe 7 in 1 spiegelbildlich vorgesehen. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus, sowie der Betriebsweise des Abgasturboladers 19 entspricht die Ausführungsform der vorhergehenden Variante, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird. Further shows 2 a schematic view of an exhaust gas turbocharger 19 according to a second embodiment of the invention. In this case, this embodiment essentially corresponds to the variant 1 , the only difference being a planetary gear 20 compared to the variant after 1 is arranged mirrored. In this respect, in this case, a ring gear 21 rotatably with the rotor shaft 14 and a planetary bridge 22 rotatably with the rotor shaft 17 connected. Furthermore, the planet gears 23 , as well as the sun wheels 24 and 25 this planetary gearbox 20 compared to the planetary gear 7 in 1 provided in mirror image. With regard to the further construction, as well as the operation of the exhaust gas turbocharger 19 corresponds to the embodiment of the previous variant, so that reference is made to that described.

Schließlich geht aus 3 noch eine schematische Ansicht eines Abgasturboladers 26 entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung hervor. Auch diese Ausgestaltungsmöglichkeit entspricht dabei wieder weitestgehend der Variante nach 1, wobei sie sich von der Ausführung nach 1 durch die konkrete Ausgestaltung eines Planetengetriebes 27 unterscheidet. Auch dieses Planetengetriebe 27 verfügt wiederum über zwei Sonnenräder 28 und 29, von denen das Sonnenrad 28 auf der Verdichterwelle 10 und das Sonnenrad 29 auf der Turbinenwelle 11 vorgesehen ist. Zudem stehen beide Sonnenräder 28 und 29 erneut mit gemeinsamen Planetenrädern 30 im Zahneingriff, die hierfür wiederum als Stufenplaneten ausgeführt sind. Finally, go out 3 still a schematic view of an exhaust gas turbocharger 26 according to a third embodiment of the invention. Again, this design option corresponds again largely to the variant 1 , being different from the execution 1 by the specific embodiment of a planetary gear 27 different. Also this planetary gear 27 again has two sun gears 28 and 29 of which the sun wheel 28 on the compressor shaft 10 and the sun wheel 29 on the turbine shaft 11 is provided. In addition, both sun gears 28 and 29 again with common planet wheels 30 in meshing, which in turn are designed as stepped planetary.

Im Unterschied zu der Variante nach 1 und auch der Ausgestaltung nach 2 stehen die Planetenräder 30 aber an ihren axial nebeneinanderliegenden Verzahnungen mit Hohlrädern 31 und 32 im Zahneingriff, von welchen das Hohlrad 31 mit der Rotorwelle 17 und das Hohlrad 32 mit der Rotorwelle 14 drehfest verbunden ist. Die Planetenräder 30 sind ggf. über einen gemeinsamen Planetensteg miteinander gekoppelt, wobei dieser Planetensteg frei verdrehbar ist. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltung nach 3 sonst der Variante nach 1, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird. Unlike the variant after 1 and also the design 2 stand the planet wheels 30 but at their axially adjacent teeth with ring gears 31 and 32 in meshing, of which the ring gear 31 with the rotor shaft 17 and the ring gear 32 with the rotor shaft 14 rotatably connected. The planet wheels 30 are optionally coupled together via a common planetary web, said planetary web is freely rotatable. Incidentally, the embodiment corresponds to 3 otherwise the variant 1 so that reference is made to what has been described.

Die Planetengetriebe 7, 20 und 27 der einzelnen Varianten nach den 1 bis 3 können abgesehen von einer Gestaltung als Zahnradgetriebe auch als Reibradgetriebe ausgeführt werden. The planetary gear 7 . 20 and 27 the individual variants after the 1 to 3 can be carried out as a gear transmission apart from a design as a gear transmission.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Abgasturboladers ist dessen vollvariabler Betrieb möglich.By means of the embodiments of an exhaust gas turbocharger according to the invention whose fully variable operation is possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Abgasturbolader turbocharger
22
Verdichterrad compressor
33
Turbinenrad turbine
44
Elektromaschine electric machine
55
Elektromaschine electric machine
66
Getriebe transmission
77
Planetengetriebe planetary gear
88th
Sonnenrad sun
99
Sonnenrad sun
1010
Verdichterwelle compressor shaft
1111
Turbinenwelle turbine shaft
1212
Planetenrad planet
1313
Planetensteg planet spider
1414
Rotorwelle rotor shaft
1515
Rotor rotor
1616
Hohlrad ring gear
1717
Rotorwelle rotor shaft
1818
Rotor rotor
1919
Abgasturbolader turbocharger
2020
Planetengetriebe planetary gear
2121
Hohlrad ring gear
2222
Planetensteg planet spider
2323
Planetenrad planet
2424
Sonnenrad sun
2525
Sonnenrad sun
2626
Abgasturbolader turbocharger
2727
Planetengetriebe planetary gear
2828
Sonnenrad sun
2929
Sonnenrad sun
3030
Planetenrad planet
3131
Hohlrad ring gear
3232
Hohlrad ring gear

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011005825 A1 [0002, 0008] DE 102011005825 A1 [0002, 0008]

Claims (9)

Abgasturbolader (1; 19; 26) für eine Brennkraftmaschine, umfassend ein Verdichterrad (2), ein Turbinenrad (3) und eine erste Elektromaschine (4), welche untereinander trieblich über ein zwischenliegendes Getriebe (6) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zudem eine zweite Elektromaschine (5) vorgesehen ist, die über das Getriebe (6) ebenfalls mit dem Verdichterrad (2), dem Turbinenrad (3) und der ersten Elektromaschine (4) in Triebverbindung steht.Exhaust gas turbocharger ( 1 ; 19 ; 26 ) for an internal combustion engine, comprising a compressor wheel ( 2 ), a turbine wheel ( 3 ) and a first electric machine ( 4 ), which inter-drive via an intermediate transmission ( 6 ), characterized in that in addition a second electric machine ( 5 ) provided by the transmission ( 6 ) also with the compressor wheel ( 2 ), the turbine wheel ( 3 ) and the first electric machine ( 4 ) is in drive connection. Abgasturbolader (1; 19; 26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (6) als Planetengetriebe (7; 20; 27) gestaltet ist.Exhaust gas turbocharger ( 1 ; 19 ; 26 ) according to claim 1, characterized in that the transmission ( 6 ) as a planetary gear ( 7 ; 20 ; 27 ) is designed. Abgasturbolader (1; 19; 26) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (2) mit einem ersten Sonnenrad (8; 24; 28) des Getriebes (6) und das Turbinenrad (3) mit einem zweiten Sonnenrad (9; 25; 29) des Getriebes (6) verbunden ist.Exhaust gas turbocharger ( 1 ; 19 ; 26 ) according to claim 2, characterized in that the compressor wheel ( 2 ) with a first sun gear ( 8th ; 24 ; 28 ) of the transmission ( 6 ) and the turbine wheel ( 3 ) with a second sun gear ( 9 ; 25 ; 29 ) of the transmission ( 6 ) connected is. Abgasturbolader (1; 19) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von den Elektromaschinen (4, 5) die eine Elektromaschine (5; 4) drehfest mit einem Planetensteg (13; 22) des Getriebes (6) in Verbindung steht, welcher zumindest ein Planetenrad (12; 23) führt, wobei das zumindest eine Planetenrad (12; 23) einerseits mit beiden Sonnenrädern (8, 9; 24, 25), sowie andererseits mit einem Hohlrad (16; 21) trieblich gekoppelt ist, mit dem die jeweils andere Elektromaschine (4; 5) drehfest verbunden ist.Exhaust gas turbocharger ( 1 ; 19 ) according to claim 3, characterized in that of the electric machines ( 4 . 5 ) which is an electric machine ( 5 ; 4 ) rotatably with a planetary bridge ( 13 ; 22 ) of the transmission ( 6 ), which at least one planetary gear ( 12 ; 23 ), wherein the at least one planetary gear ( 12 ; 23 ) on the one hand with both sun wheels ( 8th . 9 ; 24 . 25 ), and on the other hand with a ring gear ( 16 ; 21 ) is drivingly coupled, with which the respective other electric machine ( 4 ; 5 ) is rotatably connected. Abgasturbolader (26) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen (4, 5) jeweils mit je einem Hohlrad (31, 32) verbunden sind, wobei die Hohlräder (31, 32) über zumindest ein zwischenliegendes Planetenrad (30) mit den Sonnenrädern (28, 29) trieblich in Verbindung stehen.Exhaust gas turbocharger ( 26 ) according to claim 3, characterized in that the electric machines ( 4 . 5 ) each with a ring gear ( 31 . 32 ), wherein the ring gears ( 31 . 32 ) via at least one intermediate planetary gear ( 30 ) with the sun wheels ( 28 . 29 ) communicatively connected. Abgasturbolader (1; 19; 26) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Planetenrad (12; 23; 30) jeweils als Stufenplanet ausgestaltet ist. Exhaust gas turbocharger ( 1 ; 19 ; 26 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the at least one planetary gear ( 12 ; 23 ; 30 ) is designed in each case as a stepped planet. Abgasturbolader (1; 19; 26) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (7; 20; 27) als Zahnradgetriebe gestaltet ist.Exhaust gas turbocharger ( 1 ; 19 ; 26 ) according to claim 2, characterized in that the planetary gear ( 7 ; 20 ; 27 ) is designed as a gear transmission. Abgasturbolader (1; 19; 26) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (7; 20; 27) als Reibradgetriebe gestaltet ist.Exhaust gas turbocharger ( 1 ; 19 ; 26 ) according to claim 2, characterized in that the planetary gear ( 7 ; 20 ; 27 ) is designed as a friction gear. Brennkraftmaschine, umfassend einen Abgasturbolader (1; 19; 26) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8.Internal combustion engine, comprising an exhaust gas turbocharger ( 1 ; 19 ; 26 ) according to one or more of claims 1 to 8.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011005825A1 (en) 2011-03-21 2012-09-27 Robert Bosch Gmbh Turbocharger for internal combustion engine of motor vehicle, has compressor and turbine which are operatively connected to electric machine by rotational speed superposition gears

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011005825A1 (en) 2011-03-21 2012-09-27 Robert Bosch Gmbh Turbocharger for internal combustion engine of motor vehicle, has compressor and turbine which are operatively connected to electric machine by rotational speed superposition gears

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110080831A (en) * 2019-05-31 2019-08-02 西安热工研究院有限公司 The driving speed regulation layout structure and method of supercritical carbon dioxide thermodynamic cycle electricity generation system compressor

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