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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Antriebsaggregat, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wie einen Personenkraftwagen, ist beispielsweise aus der
DE 102015008292 A1 bekannt. Das dort offenbarte Antriebsaggregat umfasst eine Verbrennungskraftmaschine, welche eine Mehrzahl von Brennräumen, insbesondere in Form von Zylindern, aufweist. Das Antriebsaggregat umfasst ferner wenigstens einen Abgasturbolader, welcher eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbare Turbine und einen von der Turbine antreibbaren Verdichter zum Verdichten von den Brennräumen zuzuführender Luft aufweist. Der Abgasturbolader wird hierbei zum Aufladen der Verbrennungskraftmaschine genutzt, wobei unter dem Aufladen die Versorgung der Brennräume mit verdichteter Luft zu verstehen ist. Das Antriebsaggregat umfasst ferner wenigstens einen von einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine antreibbaren mechanischen Lader zum Verdichten von den Brennräumen zuzuführender Luft. Der mechanische Lader wird üblicherweise auch als Kompressor bezeichnet und ist ein mechanisch antreibbarer Lader, da er nicht von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine, sondern von der beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle antreibbar, das heißt mechanisch antreibbar ist.
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Zum Koppeln des mechanischen Laders mit der Abtriebswelle sowie zum Entkoppeln des mechanischen Laders von der Abtriebswelle wird eine in der
DE 102015008292 A1 nicht näher definierte Kupplung verwendet, welche geöffnet und geschlossen werden kann. Ist die Kupplung geschlossen, so ist der mechanische Lader mit der Abtriebswelle gekoppelt und von der Abtriebswelle antreibbar, so dass mittels des mechanischen Laders Luft verdichtet wird. Ist die Kupplung geöffnet, so ist der mechanische Lader von der Abtriebswelle entkoppelt, so dass der mechanische Lader nicht von der Abtriebswelle angetrieben wird.
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Aus der
EP 1070837 A2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Leistungssteigerung einer mittels eines Abgasturboladers aufgeladenen Brennkraftmaschine bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen zusätzlich zum Abgasturbolader vorgesehenen Verdichter, einen High-Speed-Elektromotor als Antrieb für dessen Verdichterrad, wobei sich Verdichterrad auf einer Welle des High-Speed-Elektromotors befindet und von dieser angetrieben wird, eine zweite Elektromaschine zur Energiebereitstellung für den High-Speed-Elektromotor und Ladung der Batterie und eine Regeleinheit. Die zweite Elektromaschine ist getrieblich mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden. Aus der
DE 40 30 817 A1 ist ein Kreisellader mit Verdichterrädern bekannt, die von einer Verdichterradwelle angetrieben werden.
DE 30 44 565 A1 offenbart eine Montagevorrichtung für ein dem Anschluss von Zubehöreinrichtungen dienendes Getriebe oder Räderwerk am Motorblock eines Verbrennungsmotors mit einer das Getriebe tragenden, am Motorblock befestigbaren Getriebeplatte.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Antriebsaggregat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Antriebsaggregat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Antriebsaggregat, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer eine Mehrzahl von Brennräumen aufweisenden Verbrennungskraftmaschine und mit einem von einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine antreibbaren mechanischen Lader zum Verdichten von den Brennräumen zuzuführender Luft ist dadurch kennzeichnet, dass der mechanische Lader ein gelagertes Verdichterrad umfasst, das über den Umfang verteilte Zähne aufweist, die direkt mit den Zähnen eines Zahnrades, das drehfest mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, in Eingriff bringbar sind.
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Durch die Ausbildung des Verdichterrades nach Art eines Zahnrades, das über den Umfang verteilte Zähne aufweist, welches direkt mit einem drehfest mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Zahnrad in Wirkverbindung steht, wird ein besonders effektives System zum Antrieb des Verdichterrades zur Verfügung gestellt. Durch Antreiben der Abtriebswelle dreht sich das auf dieser angeordnete Zahnrad, das dann das das gelagerte Verdichterrad direkt antreibt.
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Das Verdichterrad befindet sich vorzugsweise in einem Ansaugtrakt des Antriebsaggregats, durch welchen Luft strömt und den Zylindern zugeführt wird. Das angetriebene Verdichterrad verdichtet hierbei die den Ansaugtrakt durchströmende Luft. Es kann zweckmäßig sein, in dem Ansaugtrakt wenigstens eine Kühleinrichtung, beispielsweise in Form eines Ladeluftkühlers, anzuordnen. Diese ist für bestimmte Einsatzfälle vorzugsweise vor dem Verdichterrad angeordnet, so dass die dem mechanischen Lader zugeführte Luft gekühlt in das Verdichterrad eintritt und sich durch das Verdichten wieder erwärmt. Es kann für einige Einsatzfälle aber auch vorteilhaft sein, wenn die Kühleinrichtung hinter dem Verdichterrad angeordnet ist, so dass die durch den mechanischen Lader erwärmte Luft abgekühlt wird. Für gewisse Einsatzfälle kann es auch vorteilhaft sein, wenn eine Kühleinrichtung vor und eine Kühleinrichtung hinter dem Verdichterrad angeordnet ist. Es kann auch zweckmäßig sein, vor der wenigstens einen Kühleinrichtung und/oder dem Verdichterrad wenigstens einen Luftfilter anzuordnen, um die Luft vor dem Passieren der Kühleinrichtung und/oder des Verdichterrades von unerwünschten Verunreinigungen zu befreien.
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Durch die direkte Wirkverbindung von Zahnrad und Verdichterrad lässt sich eine besonders kompakte Bauform des Antriebsaggregates erreichen. Vorteilhaft hat eine solche erfindungsgemäße Wirkverbindung von Zahnrad und Verdichterrad eine längere Lebensdauer bzw. Haltbarkeit. Ein zwischengeschalteter Zahnriemen wäre anfälliger und würde höhere Wartungskosten verursachen.
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Vorzugsweise weisen das Zahnrad sowie das Verdichterrad eine Schrägverzahnung, also eine nicht zur Rotationsachse der Räder parallele Anordnung der Zähne auf. Durch die Schrägverzahnung wird insbesondere eine bessere Laufruhe und eine geringere Geräuschentwicklung erreicht.
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Es kann von Vorteil sein, wenn mehrere mechanische Lader vorgesehen sind, die mit dem oder wenigstens einem weiteren Zahnrad der Abtriebswelle in Wirkverbindung stehen. Mehrere erfindungsgemäße bzw. erfindungsgemäß mit dem Zahnrad oder wenigstens einem weiteren Zahnrad der Abtriebswelle in Wirkverbindung stehende Verdichterräder erhöhen die Zufuhr verdichteter Luft zu den Brennräumen. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Verdichterräder über den Umfang eines einzigen Zahnrades der Abtriebswelle angeordnet sind, so dass eine besondere kompakte Bauform des Antriebsaggregats realisierbar ist.
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Es kann vorteilhaft sein sein, wenn das Antriebsaggregat keinen Abgasturbolader aufweist. Auf einen solchen Abgasturbolader kann erfindungsgemäß insbesondere dann verzichtet werden, wenn mehrere mechanische Verdichter für den erforderlichen Überdruck zum Füllen der Brennräume mit Luft sorgen.
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Es kann von Vorteil sein, wenn die Zähnezahl und/oder der Durchmesser des Verdichterrades und des Zahnrades derart gewählt sind, dass die Drehzahl des Verdichterrades eine optimale Luftverdichtung und Zuführung zu den Brennräumen sicherstellt. Dies kann je nach Antriebsaggregat unterschiedlich sein
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Es kann von Vorteil sein, wenn wenigstens ein Nebenaggregat, beispielsweise ein Kühlerlüfter, ein Kompressor für eine Klimaanlage, eine Lichtmaschine oder eine Ausgleichswelle, vorgesehen ist, welches ein gelagertes Rad aufweist, das über den Umfang verteilte Zähne umfasst, die direkt mit den Zähnen des Zahnrades der Abtriebswelle in Eingriff bringbar sind. Dadurch lässt sich eine kompakte Bauform des Antriebsaggregats weiter verbessern. Auf einen sonst üblichen, insbesondere anfälligen und damit wartungsintensiven Zahnriemen zum Antrieb wenigstens eines Nebenaggregats kann vorteilhaft verzichtet werden. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Wirkverbindung zwischen dem Zahnrad der Abtriebswelle und dem Rad wenigstens eines Nebenaggregats über eine Schrägverzahnung des Zahnrades und des Rades verwirklicht ist.
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Es kann von Vorteil sein, wenn das Rad ein Laufrad einer Strömungsmaschine, beispielsweise eines Ventilators, Gebläses oder Verdichters, ist. Es handelt sich hierbei um ein rotierendes Teil, das dem strömenden Fluid Arbeit zuführt.
Es kann zweckmäßig sein, wenn das Laufrad einen Kranz von Schaufeln, Flügeln, Rotorblättern oder dergleichen umfasst, die zur Rotation axial gelagert sind oder über eine geeignete Befestigung auf einer Welle gehalten sind. Erfindungsgemäß sind die Schaufeln, Flügel, Rotorblätter oder dergleichen außen durch einen Ring verbunden, der über den Umfang die genannten Zähne aufweist.
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Es kann von Vorteil sein, wenn das Rad ein Zahnrad ist, das drehfest mit einer Welle, insbesondere der Antriebswelle eines Nebenaggregats oder der Ausgleichswelle, verbunden ist.
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Es kann von Vorteil sein, wenn das Zahnrad der Abtriebswelle eine Außen- und/oder Innenverzahnung aufweist. Somit lässt sich das von der Abtriebswelle angetriebene Zahnrad optimal für den Antrieb wenigstens eines mechanischen Verdichters und/oder Nebenaggregats nutzen. Dadurch lässt sich insbesondere eine kompakte Bauform des Antriebsaggregats verwirklichen.
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Es kann von Vorteil sein, wenn das auf der Abtriebswelle vorgesehene wenigstens eine Zahnrad ein Multifunktionsrad bildet zum Antrieb eines Verdichterrades und zum Antrieb wenigstens eines weiteren Verdichterrades und/oder gelagerten Rades. Dabei ist der Begriff Multifunktion dahingehend zu verstehen, dass das auf der Abtriebswelle angeordnete Zahnrad oder die auf der Abtriebswelle angeordneten Zahnräder mehrere Funktionen ausführen. Es wird nicht nur ein mechanischer Verdichter, sondern wenigstens ein zweiter mechanischer Verdichter und/oder ein Nebenaggregat angetrieben. Je mehr mechanische Verdichter und je mehr Nebenaggrgate von den vorgenannten Zahnrädern in erfindungsgemäßer Weise angetrieben werden, desto multifunktionaler ist das Zahnrad oder die Einheit aus mehreren Zahnrädern.
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Es kann von Vorteil sein, wenn das Multifunktionsrad wenigstens zwei Zahnräder, vorzugsweise mit unterschiedlicher Zähnezahl und/oder unterschiedlichem Durchmesser, aufweist.
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Die Erfindung betrifft zudem ein entsprechendes Multifunktionsrad, insbesondere für ein erfindungsgemäßes Antriebsaggregat, umfassend wenigstens ein, vorzugsweise mehr als ein, drehfest mit der Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors zu verbindendes Zahnrad zum Antrieb eines Verdichterrades und zum Antrieb wenigstens eines weiteren Verdichterrades und/oder gelagerten Rades.
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Es kann zweckmäßig sein, wenn mehrere auf der Abtriebswelle anzuordnende Zahnräder zum Antrieb wenigstens eines mechanischen Verdichters und/oder wenigstens eines Nebenaggregats einstückig miteinander verbunden sind, vorzugsweise in einem Stück hergestellt sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können sich aus der Zeichnung in Zusammenhang mit deren Beschreibung ergeben, wobei nachfolgend die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird, das in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Multifunktionsrades, umfassend ein Zahnrad, wobei das Multifunktionsrades drehfest auf der rotierenden Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine eines erfindungsgemäßen Antriebsaggregats angeordnet ist,
- 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Multifunktionsrades, umfassend zwei Zahnräder, wobei das Multifunktionsrad drehfest auf der rotierenden Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine eines erfindungsgemäßen Antriebsaggregats angeordnet ist,
- 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Multifunktionsrades, umfassend drei Zahnräder, wobei das Multifunktionsrad drehfest auf der rotierenden Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine eines erfindungsgemäßen Antriebsaggregats angeordnet ist und
- 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Multifunktionsrades, umfassend drei Zahnräder, wobei eines der Zahnräder eine zusätzliche Innenverzahnung aufweist und das Multifunktionsrad drehfest auf der rotierenden Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine eines erfindungsgemäßen Antriebsaggregats angeordnet ist.
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Das hier nicht dargestellte Antriebsaggregat dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs und umfasst eine hier nicht dargestellte Verbrennungskraftmaschine, welche als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine weist eine in den 1 bis 4 dargestellte Abtriebswelle 10 auf, welche als Kurbelwelle ausgebildet ist.
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Die Abtriebswelle 10 ist an einem in den 1 bis 4 nicht erkennbaren Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar. Über die Abtriebswelle 10 stellt die Verbrennungskraftmaschine 12 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereit.
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Das Antriebsaggregat umfasst ferner einen Ansaugtrakt, welcher von Luft durchströmbar ist. Mittels des Ansaugtrakts wird die Luft den Zylindern zugeführt. Durch Antreiben eines mechanischen Laders kann die den Ansaugtrakt durchströmende Luft verdichtet werden. Das Antreiben des mechanischen Laders erfolgt mechanisch durch die Kurbelwelle 10.
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Hierzu umfasst der mechanische Lader ein gelagertes, in 1 bis 4 durch eine Strichlinie angedeutetes Verdichterrad 12, das über den Umfang verteilte hier nicht dargestellte Zähne aufweist, die direkt mit den hier nicht dargestellten Zähnen eines Zahnrades 14, das drehfest mit der rotierenden Abtriebswelle 10 der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, in Eingriff bringbar sind.
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Erfindungsgemäß sind mehrere, vorliegend zwei mechanische Lader vorgesehen, deren jeweils durch eine Strichlinie angedeutete Verdichterräder 12, 20 mit einem Zahnrad 14 des Multifunktionsrades 36 in Wirkverbindung stehen.
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Die Zähnezahl und/oder der Durchmesser des Verdichterrades 12, 20 und des Zahnrades 14 sind derart gewählt, dass die Drehzahl der Verdichterrades 12, 20 eine optimale Luftverdichtung und Zuführung zu den Brennräumen sicherstellt.
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1 zeigt ein auf der Abtriebswelle angeordnetes Zahnrad 14, das ein Multifunktionsrad 36 bildet, da es zwei Verdichterräder 12, 20 antreibt. Das Zahnrad 14 übt vorliegend als zwei Funktionen aus und ist somit multifunktional.
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Neben weiteren mechanischen Verdichtern können - wie vorliegend dargestellt - auch Nebenaggregate vorgesehen sein, die jeweils wenigstens ein gelagertes, vorliegend durch eine Strichlinie angedeutetes Rad (22, 24, 26, 28, 30) mit über den Umfang verteilten Zähnen aufweisen, die direkt mit den Zähnen eines Zahnrades 14, 16, 18 des Multifunktonrades 36 in Eingriff bringbar sind.
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Hierzu weist das Multifunktionsrad 36 - wie in den 2 und 3 dargestellt - jeweils ein weiteres Zahnrad 16, 18 auf.
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Dargestellt sind in 2 das Rad 22 einer Lichtmaschine und das Rad 28 eines Kompressors für eine Klimaanlage, die jeweils mit einem zweiten Zahnrad 16 des Multifunktionsrades 36 zusammenwirken.
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Dargestellt sind in 3 weiterhin das Rad 24 einer Kühlmittelpumpe und das Rad 26 einer Ausgleichswelle, die jeweils mit einem dritten Zahnrad 16 des Multifunktionsrades 36 zusammenwirken.
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4 zeigt schließlich noch eine weitere Ausführungsform des Multifunktionsrades 36, bei welcher das erste Zahnrad 14 neben der Außenverzahnung 32 noch eine Innenverzahnung 34 auf. Letztere ist im Eingriff mit den Zähnen des Rades 30 eines als weiteres Nebenaggregat vorgesehenen Kühlerlüfters.
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Es ist gut in 4 zu erkennen, dass die auf der Abtriebswelle 10 vorgesehenen Zahnräder 14, 16, 18 als Einheit zur Ausbildung des Multifunktionsrads 36 zusammengefügt bzw. vorzugsweise in einem Stück hergestellt sind.
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Bezugszeichenliste
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(ist Bestandteil der Beschreibung)
- 10
- Abtriebswelle
- 12
- Verdichterrad
- 14
- Zahnrad
- 16
- Zahnrad
- 18
- Zahnrad
- 20
- Verdichterrad
- 22
- Rad (Lichtmaschine)
- 24
- Rad (Kühlmittelpumpe)
- 26
- Rad (Ausgleichswelle)
- 28
- Rad (Kompressor für Klimaanlage)
- 30
- Rad (Kühlerlüfter)
- 32
- Außenverzahnung
- 34
- Innenverzahnung
- 36
- Multifunktionsrad
