DE102018006523A1 - Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle - Google Patents

Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbaren Turbinenrad (14), mit einer von dem Turbinenrad (14) antreibbaren Welle (16), mit einem über die Welle (16) von dem Turbinenrad (14) antreibbaren Verdichterrad (18) zum Verdichten von der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft, und mit einer elektrischen Maschine (20), mittels welcher die Welle (16) und über die Welle (16) das Verdichterrad (18) antreibbar sind, wobei einen Freilauf (22), über welchen die Welle (16) und das Verdichterrad (18) von dem Turbinenrad (14) antreibbar sind, wobei es der Freilauf (22) erlaubt, dass die Welle (16) und das Verdichterrad (18) das Turbinenrad (14) überholen.The invention relates to an exhaust gas turbocharger (10) for an internal combustion engine, with a turbine wheel (14) which can be driven by exhaust gas from the internal combustion engine, with a shaft (16) which can be driven by the turbine wheel (14), with a shaft (16) from the turbine wheel ( 14) drivable compressor wheel (18) for compressing air to be supplied from the internal combustion engine, and with an electrical machine (20), by means of which the shaft (16) and via the shaft (16) the compressor wheel (18) can be driven, with a freewheel ( 22), via which the shaft (16) and the compressor wheel (18) can be driven by the turbine wheel (14), the freewheel (22) allowing the shaft (16) and the compressor wheel (18) to drive the turbine wheel (14 ) overtake.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Ein solcher Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Der Abgasturbolader weist ein von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbares Turbinenrad und eine von dem Turbinenrad antreibbare Welle auf. Außerdem umfasst der Abgasturbolader ein über die Welle von dem Turbinenrad antreibbares und beispielsweise drehfest mit der Welle verbundenes Verdichterrad, mittels welchem Luft verdichtet werden kann, die der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen ist beziehungsweise zugeführt wird. Außerdem ist eine elektrische Maschine vorgesehen, mittels welcher die Welle und über die Welle das Verdichterrad angetrieben werden können.Such an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, is already well known from the general prior art. The exhaust gas turbocharger has a turbine wheel that can be driven by exhaust gas from the internal combustion engine and a shaft that can be driven by the turbine wheel. In addition, the exhaust gas turbocharger comprises a compressor wheel which can be driven by the turbine wheel via the shaft and, for example, is connected to the shaft in a rotationally fixed manner, by means of which air can be compressed, which is to be supplied to the internal combustion engine or is supplied. In addition, an electrical machine is provided, by means of which the shaft and, via the shaft, the compressor wheel can be driven.

Des Weiteren offenbart die DE 20 2006 004 975 U1 einen elektromotorisch unterstützten Turbolader, dessen Verdichterteil entsprechend der Ladedruckanforderung getrennt sowohl von einem Elektromotor/Generator als auch von der Abgasturbine angetrieben werden kann. Die DE 10 2014 210 451 A1 offenbart einen Turbolader, mit einem Verdichter, der ein auf einer drehbar gelagerten Welle angeordnetes Verdichterrad aufweist.Furthermore, the DE 20 2006 004 975 U1 an electric motor-assisted turbocharger, the compressor part of which can be driven separately by an electric motor / generator and by the exhaust gas turbine in accordance with the boost pressure requirement. The DE 10 2014 210 451 A1 discloses a turbocharger with a compressor having a compressor wheel arranged on a rotatably mounted shaft.

Außerdem ist der DE 102 29 133 A1 eine Aufladeeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine als bekannt zu entnehmen. Die Aufladeeinrichtung weist einen Turbinenteil und einen Verdichterteil auf, die an einer gemeinsamen Ladewelle aufgenommen sind.In addition, the DE 102 29 133 A1 a charging device for an internal combustion engine as known. The charging device has a turbine part and a compressor part, which are received on a common charging shaft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter und somit energieverbrauchsarmer Betrieb des Abgasturboladers auf bauraumgünstige Weise realisierbar ist.The object of the present invention is to further develop an exhaust gas turbocharger of the type mentioned at the outset in such a way that particularly efficient and therefore low-energy operation of the exhaust gas turbocharger can be implemented in a space-saving manner.

Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an exhaust gas turbocharger with the features of patent claim 1. Advantageous refinements with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders bauraumgünstige Weise ein besonders effizienter und somit energieverbrauchsarmer Betrieb des Abgasturboladers realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Abgasturbolader einen Freilauf aufweist. Über den Freilauf sind die Welle und das Verdichterrad von dem Turbinenrad antreibbar. Mit anderen Worten ist beispielsweise die Welle über den Freilauf von dem Turbinenrad antreibbar, und das beispielsweise drehfest mit der Welle verbundene Verdichterrad ist von der Welle antreibbar, sodass das Verdichterrad über die Welle und über den Freilauf von dem Turbinenrad angetrieben werden kann. Der Freilauf ist somit beispielsweise bezogen auf einen Energie- beziehungsweise Drehmomentenfluss, welcher von dem Turbinenrad über die Welle zu dem Verdichterrad verläuft, in dem Energie- beziehungsweise Drehmomentenfluss und dabei zwischen der Welle und dem Turbinenrad angeordnet.In order to further develop an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of patent claim 1 in such a way that the exhaust gas turbocharger can be operated particularly efficiently and therefore with low energy consumption in a particularly space-saving manner, the exhaust gas turbocharger has a freewheel. The shaft and the compressor wheel can be driven by the turbine wheel via the freewheel. In other words, for example, the shaft can be driven by the turbine wheel via the freewheel, and the compressor wheel, which is connected, for example, in a rotationally fixed manner to the shaft, can be driven by the shaft, so that the compressor wheel can be driven by the turbine wheel via the shaft and via the freewheel. The freewheel is thus, for example based on an energy or torque flow, which runs from the turbine wheel via the shaft to the compressor wheel, arranged in the energy or torque flow and thereby between the shaft and the turbine wheel.

Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass es der Freilauf erlaubt, dass die Welle und das Verdichterrad das Turbinenrad überholen. Werden beispielsweise die Welle und über die Welle das Verdichterrad von der elektrischen Maschine angetrieben, so erlaubt es der Freilauf, dass sich die Welle und das Verdichterrad mit einer höheren Drehzahl als das Turbinenrad drehen. Mit anderen Worten erlaubt es der Freilauf, dass die Welle und das Verdichterrad das Turbinenrad überholen, sodass zwar die Welle und über die Welle das Verdichterrad, nicht jedoch auch das Turbinenrad von der elektrischen Maschine angetrieben werden beziehungsweise wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt verhindert es der Freilauf, dass das Turbinenrad dann, wenn die Welle und über die Welle das Verdichterrad von der elektrischen Maschine angetrieben werden, das Turbinenrad von der elektrischen Maschine mitgeschleppt wird. Dadurch kann ein besonders effizienter und somit energieverbrauchsarmer Betrieb des erfindungsgemäßen Abgasturboladers realisiert werden, sodass ein besonders energieverbrauchs- und somit kraftstoffverbrauchsarmer und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine dargestellt werden kann. Mit anderen Worten können der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen, insbesondere die CO2-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.Furthermore, it is provided according to the invention that the freewheel allows the shaft and the compressor wheel to overtake the turbine wheel. If, for example, the shaft and, via the shaft, the compressor wheel are driven by the electrical machine, the freewheel allows the shaft and the compressor wheel to rotate at a higher speed than the turbine wheel. In other words, the freewheel allows the shaft and the compressor wheel to overtake the turbine wheel, so that the shaft and, via the shaft, the compressor wheel, but not also the turbine wheel, are driven by the electrical machine. In other words, the freewheel prevents the turbine wheel from being dragged by the electrical machine when the shaft and, via the shaft, the compressor wheel are driven by the electrical machine. This enables a particularly efficient and therefore low-energy operation of the exhaust gas turbocharger according to the invention, so that particularly low-energy and thus low-fuel and low-emission operation of the internal combustion engine can be represented. In other words, the fuel consumption and the emissions, in particular the CO 2 emissions of the internal combustion engine, can be kept in a particularly low range.

Da das Verdichterrad sowohl von dem Turbinenrad als auch von der elektrischen Maschine angetrieben werden kann, ist der erfindungsgemäße Abgasturbolader als elektrischer Abgasturbolader beziehungsweise als elektrisch unterstützter Abgasturbolader ausgebildet. Das Verdichterrad kann über die Welle von der elektrischen Maschine in einem Motorbetrieb der elektrischen Maschine angetrieben werden. In dem Motorbetrieb wird die elektrische Maschine als Elektromotor betrieben. Da das Verdichterrad über die Welle von der elektrischen Maschine unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom angetrieben werden kann, können auch dann besonders hohe Drehzahlen des Verdichterrads realisiert werden, wenn ein nur geringer Abgasmassenstrom beziehungsweise Abgasvolumenstrom zum Antreiben des Turbinenrads vorliegt. Dadurch kann ein besonders effizienter und dynamischer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und somit beispielsweise eines mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Kraftwagens realisiert werden.Since the compressor wheel can be driven both by the turbine wheel and by the electrical machine, the exhaust gas turbocharger according to the invention is designed as an electrical exhaust gas turbocharger or as an electrically assisted exhaust gas turbocharger. The compressor wheel can be driven by the electrical machine via the shaft in a motor operation of the electrical machine. In motor operation, the electrical machine is operated as an electric motor. Since the compressor wheel can be driven via the shaft by the electrical machine using electrical energy or electrical current, particularly high ones can also be used Speeds of the compressor wheel can be realized when there is only a low exhaust gas mass flow or exhaust gas volume flow for driving the turbine wheel. This enables particularly efficient and dynamic operation of the internal combustion engine and thus, for example, a motor vehicle equipped with the internal combustion engine.

Das Verdichterrad wird über die Welle von der elektrischen Maschine beispielsweise über einen sogenannten Boost-Betrieb angetrieben. In dem Boost-Betrieb kann die Verbrennungskraftmaschine mit einer besonders hohen Menge an mittels des Verdichterrads verdichteter Luft versorgt werden, sodass auch bei nur geringen Abgasmassenströmen ein dynamischer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und beispielsweise eine starke Beschleunigung des Kraftfahrzeugs realisiert werden können.The compressor wheel is driven by the electrical machine via the shaft, for example via a so-called boost operation. In the boost mode, the internal combustion engine can be supplied with a particularly high amount of air compressed by means of the compressor wheel, so that even with only small exhaust gas mass flows, dynamic operation of the internal combustion engine and, for example, strong acceleration of the motor vehicle can be realized.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of Leaving invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens; und
  • 2 ausschnittsweise eine weitere schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht des Abgasturboladers, wobei in 2 ein Energiebeziehungsweise Leistungsfluss bei einem Boost-Betrieb des Abgasturboladers veranschaulicht ist.
The drawing shows in:
  • 1 excerpts a schematic and partially sectioned side view of an exhaust gas turbocharger according to the invention for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle; and
  • 2 excerpts a further schematic and partially sectioned side view of the exhaust gas turbocharger, wherein in 2 an energy or power flow during a boost operation of the exhaust gas turbocharger is illustrated.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols.

1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht einen Abgasturbolader 10 für eine Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine und somit der Abgasturbolader 10 sind beispielsweise Bestandteile eines Kraftwagens, welches in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine und den Abgasturbolader 10 umfasst. Der beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildete Kraftwagen ist mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum auf, in welchem während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Hieraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine. 1 shows a section of a turbocharger in a schematic and partially sectioned side view 10 for an internal combustion engine. The internal combustion engine and thus the exhaust gas turbocharger 10 are, for example, components of a motor vehicle, which in its fully manufactured state is the internal combustion engine and the exhaust gas turbocharger 10 includes. The motor vehicle, for example designed as a passenger car, can be driven by means of the internal combustion engine. The internal combustion engine has at least one combustion chamber, for example in the form of a cylinder, in which combustion processes take place during fired operation of the internal combustion engine. This results in exhaust gas from the internal combustion engine.

Der Abgasturbolader 10 weist ein von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbares und dadurch um eine Drehachse 12 drehbares Turbinenrad 14 auf, welches beispielsweise um die Drehachse 12 relativ zu einem in 1 nicht dargestellten Gehäuseelement des Abgasturboladers 10 drehbar ist. Der Abgasturbolader 10 umfasst darüber hinaus einen von dem Turbinenrad 14 antreibbare und dadurch um die Drehachse 12 relativ zu dem Gehäuseelement drehbare Welle 16 auf. Des Weiteren umfasst der Abgasturbolader 10 ein über die Welle 16 von dem Turbinenrad 14 antreibbares Verdichterrad 18, welches um die Drehachse 12 relativ zu dem Gehäuseelement drehbar ist. Mittels des Verdichterrads 18 kann Luft, die beispielsweise einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine durchströmt und mittels des Ansaugtrakts der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere dem Brennraum, zugeführt wird, verdichtet werden. Dadurch, dass das Verdichterrad 18 zum Verdichten der Luft über die Welle 16 von dem Turbinenrad 14 angetrieben werden kann, kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden. Dadurch kann ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchs- und CO2-emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden. Das Verdichterrad 18 ist beispielsweise drehfest mit der Welle 16 verbunden. Insbesondere ist es denkbar, dass das Verdichterrad 18 und die Welle 16 einstückig miteinander ausgebildet sind.The exhaust gas turbocharger 10 has a drivable by the exhaust gas of the internal combustion engine and thereby about an axis of rotation 12 rotatable turbine wheel 14 which, for example, about the axis of rotation 12 relative to one in 1 Housing element of the exhaust gas turbocharger, not shown 10 is rotatable. The exhaust gas turbocharger 10 also includes one of the turbine wheel 14 drivable and therefore about the axis of rotation 12 shaft rotatable relative to the housing element 16 on. The exhaust gas turbocharger also includes 10 one over the wave 16 from the turbine wheel 14 drivable compressor wheel 18 which around the axis of rotation 12 is rotatable relative to the housing element. By means of the compressor wheel 18 For example, air that flows through an intake tract of the internal combustion engine and is supplied to the internal combustion engine, in particular the combustion chamber, by means of the intake tract. Because the compressor wheel 18 to compress the air over the shaft 16 from the turbine wheel 14 can be driven, energy contained in the exhaust gas can be used to compress the air. This enables a particularly efficient operation of the internal combustion engine that is low in fuel consumption and CO 2 emissions. The compressor wheel 18 is, for example, non-rotatable with the shaft 16 connected. In particular, it is conceivable that the compressor wheel 18 and the wave 16 are integrally formed with each other.

Der Abgasturbolader 10 ist als elektrischer Abgasturbolader ausgebildet und umfasst daher wenigstens oder genau eine elektrische Maschine 20. Die elektrische Maschine 20 ist in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. In dem Motorbetrieb stellt die elektrische Maschine 20 Energie beziehungsweise ein Drehmoment bereit. Die elektrische Maschine 20 weist beispielsweise einen Stator und einen Rotor auf, welcher von dem Stator antreibbar und dadurch um die Drehachse 12 relativ zu dem Gehäuseelement drehbar ist. Der Rotor ist beispielsweise auf der Welle 16 angeordnet und dabei drehfest mit der Welle 16 verbunden. Wird somit der Rotor von dem Stator in dem Motorbetrieb angetrieben, so wird dadurch die Welle 16 von dem Stator beziehungsweise von der elektrischen Maschine 20 angetrieben und somit um die Drehachse 12 relativ zu dem Gehäuseelement gedreht. Dadurch wird auch das Verdichterrad 18 von der elektrischen Maschine 20 angetrieben und somit um die Drehachse 12 relativ zu dem Gehäuseelement gedreht, wodurch mittels des Verdichterrads 18 die den Ansaugtrakt durchströmende Luft verdichtet wird. Auf diese Weise kann die Verbrennungskraftmaschine auch dann mit einer besonders hohen Menge an mittels des Abgasturboladers verdichtete Luft versorgt werden, wenn ein nur geringer oder kein Abgasmassenstrom zum Antreiben des Turbinenrads 14 zur Verfügung steht.The exhaust gas turbocharger 10 is designed as an electrical exhaust gas turbocharger and therefore comprises at least or exactly one electrical machine 20 , The electrical machine 20 can be operated in an engine mode and thus as an electric motor. In the motor mode, the electrical machine provides 20 Energy or torque ready. The electrical machine 20 has, for example, a stator and a rotor which can be driven by the stator and thereby about the axis of rotation 12 is rotatable relative to the housing element. The rotor is on the shaft, for example 16 arranged and rotatably with the shaft 16 connected. If the rotor is thus driven by the stator in motor operation, the shaft becomes thereby 16 from the stator or from the electrical machine 20 driven and thus about the axis of rotation 12 rotated relative to the housing element. This also makes the compressor wheel 18 from the electrical machine 20 driven and thus about the axis of rotation 12 rotated relative to the housing element, whereby by means of of the compressor wheel 18 the air flowing through the intake tract is compressed. In this way, the internal combustion engine can also be supplied with a particularly high amount of air compressed by means of the exhaust gas turbocharger if there is little or no exhaust gas mass flow for driving the turbine wheel 14 is available.

Um nun einen besonders effizienten und somit energieverbrauchsarmen Betrieb des Abgasturboladers 10 realisieren zu können, weist der Abgasturbolader 10 einen Freilauf 22 auf. Über den Freilauf 22 sind die Welle 16 und das Verdichterrad 18 von dem Turbinenrad 14 antreibbar. Dabei erlaubt es der Freilauf 22, dass die Welle 16 und das Verdichterrad 18 das Turbinenrad 14 überholen. Mit anderen Worten, in eine erste um die Drehachse 12 verlaufende Drehrichtung sperrt der Freilauf 22, sodass beispielsweise in die erste Drehrichtung das Turbinenrad 14 über den Freilauf 22 drehfest mit der Welle 16 gekoppelt ist. In einer um die Drehachse 12 verlaufende und der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung jedoch öffnet der Freilauf 22, sodass der Freilauf 22 das Turbinenrad 14 für eine in die zweite Drehrichtung erfolgende und relativ zur Welle 16 und somit relativ zum Verdichterrad 18 stattfindende Drehung freigibt. Der Freilauf 22 verhindert es somit, dass die elektrische Maschine 20 dann, wenn sie die Welle 16 und über die Welle 16 das Verdichterrad 18 antreibt, das Turbinenrad 14 mitschleppt. Dadurch kann ein besonders energieeffizienter Betrieb des Abgasturboladers 10 gewährleistet werden, sodass der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.Now a particularly efficient and therefore low-energy operation of the exhaust gas turbocharger 10 The exhaust gas turbocharger shows how to achieve this 10 a freewheel 22 on. Over the freewheel 22 are the wave 16 and the compressor wheel 18 from the turbine wheel 14 drivable. The freewheel allows it 22 that the wave 16 and the compressor wheel 18 the turbine wheel 14 overtake. In other words, in a first one around the axis of rotation 12 The direction of rotation blocks the freewheel 22 , so that, for example, the turbine wheel in the first direction of rotation 14 over the freewheel 22 rotatable with the shaft 16 is coupled. In one around the axis of rotation 12 the second direction of rotation running and opposite to the first direction of rotation, however, opens the freewheel 22 so that the freewheel 22 the turbine wheel 14 for in the second direction of rotation and relative to the shaft 16 and thus relative to the compressor wheel 18 releases rotation taking place. The freewheel 22 it thus prevents the electrical machine 20 then when they wave 16 and over the wave 16 the compressor wheel 18 drives the turbine wheel 14 drags. This enables a particularly energy-efficient operation of the exhaust gas turbocharger 10 are guaranteed so that the fuel consumption and the CO 2 emissions of the internal combustion engine can be kept in a particularly low frame.

2 zeigt den Abgasturbolader 10 bei einem sogenannten Boost-Betrieb. In dem Boost-Betrieb werden die Welle 16 und über die Welle 16 das Verdichterrad 18 von der elektrischen Maschine 20 angetrieben. Dabei veranschaulichen in 2 Pfeile 24 einen Energie- oder Leistungsfluss, welcher von der elektrischen Maschine 20 ausgeht und von der elektrischen Maschine 20 über die Welle 16 zu dem Verdichterrad 18 verläuft. Dies bedeutet, dass eine in dem Boost-Betrieb bereitgestellte Leistung der elektrischen Maschine 20 von der elektrischen Maschine auf die Welle 16 und von der Welle 16 auf das Verdichterrad 18 übertragen wird, sodass in dem Boost-Betrieb die Welle 16 und das Verdichterrad 18 von der elektrischen Maschine 20 angetrieben werden. Da es der Freilauf 22 zulässt, dass die Welle 16 und das Verdichterrad 18 das Turbinenrad 14 überholen, wird in dem Boost-Betrieb das Turbinenrad 14 nicht von der elektrischen Maschine angetrieben. Mit anderen Worten lässt es der Freilauf 22 zu, dass sich das Verdichterrad 18 und die Welle 16 mit einer höheren Drehzahl als das Turbinenrad 14 drehen. Dadurch muss die elektrische Maschine 20 in ihrem Motorbetrieb keine Energie zum Antreiben des Turbinenrads 14 bereitstellen, sodass ein besonders energieeffizienter Betrieb des Abgasturboladers 10 und somit der Verbrennungskraftmaschine insgesamt darstellbar ist. 2 shows the exhaust gas turbocharger 10 in a so-called boost operation. In the boost mode, the wave 16 and over the wave 16 the compressor wheel 18 from the electrical machine 20 driven. Here illustrate in 2 arrows 24 a flow of energy or power that comes from the electrical machine 20 starts and from the electrical machine 20 over the wave 16 to the compressor wheel 18 runs. This means that a power of the electrical machine provided in the boost operation 20 from the electrical machine to the shaft 16 and from the wave 16 on the compressor wheel 18 is transmitted, so that the wave in the boost mode 16 and the compressor wheel 18 from the electrical machine 20 are driven. Since it's the freewheel 22 allows the wave 16 and the compressor wheel 18 the turbine wheel 14 the turbine wheel is overhauled in the boost mode 14 not powered by the electrical machine. In other words, it freewheels 22 to that the compressor wheel 18 and the wave 16 at a higher speed than the turbine wheel 14 rotate. This means the electrical machine 20 in their engine operation no energy to drive the turbine wheel 14 provide, so that a particularly energy-efficient operation of the exhaust gas turbocharger 10 and thus the internal combustion engine as a whole can be represented.

Um dabei den Bauraum besonders gering halten zu können, ist der Rotor in axialer Richtung der Welle 16 zwischen dem Turbinenrad 14 und dem Verdichterrad 18 angeordnet. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Freilauf 22 auf der Welle angeordnet ist. Insbesondere ist es denkbar, dass der Freilauf 22 in das Turbinenrad 14 integriert ist. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Freilauf 22 beispielsweise in radialer Richtung der Welle 16 nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Turbinenrad 14 überdeckt ist.In order to keep the installation space particularly small, the rotor is in the axial direction of the shaft 16 between the turbine wheel 14 and the compressor wheel 18 arranged. Furthermore, it is preferably provided that the freewheel 22 is arranged on the shaft. In particular, it is conceivable that the freewheel 22 in the turbine wheel 14 is integrated. This means in particular that the freewheel 22 for example in the radial direction of the shaft 16 outwards at least partially, in particular at least predominantly or completely, through the turbine wheel 14 is covered.

Da es der Freilauf 22 zulässt, dass die Welle 16 und das Verdichterrad 18 das Turbinenrad 14 überholen, insbesondere bei dem Boost-Betrieb, ist während des Boost-Betriebs das Turbinenrad 14 von der Welle 16 und somit von dem Verdichterrad 18 entkoppelt. Hierdurch wird das Turbinenrad 14 während des Boost-Betriebs nicht von der elektrischen Maschine 20 angetrieben. Dadurch kann die Verlustleistung des Abgasturboladers 10 in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden, insbesondere im Vergleich zu solchen Lösungen, bei denen der Freilauf 22 nicht vorgesehen beziehungsweise das Turbinenrad 14 permanent drehfest und insbesondere in beide Drehrichtungen mit der Welle 16 verbunden ist.Since it's the freewheel 22 allows the wave 16 and the compressor wheel 18 the turbine wheel 14 Overhaul, especially in the boost mode, is the turbine wheel during the boost mode 14 from the wave 16 and thus from the compressor wheel 18 decoupled. This will make the turbine wheel 14 not from the electrical machine during boost operation 20 driven. This can result in the power loss of the exhaust gas turbocharger 10 are kept in a particularly small scope, especially when compared to solutions in which the freewheel 22 not provided or the turbine wheel 14 permanently non-rotatable and especially in both directions of rotation with the shaft 16 connected is.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Abgasturboladerturbocharger
1212
Drehachseaxis of rotation
1414
Turbinenradturbine
1616
Wellewave
1818
Verdichterradcompressor
2020
elektrische Maschineelectrical machine
2222
Freilauffreewheel
2424
Pfeilarrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 202006004975 U1 [0003]DE 202006004975 U1 [0003]
  • DE 102014210451 A1 [0003]DE 102014210451 A1 [0003]
  • DE 10229133 A1 [0004]DE 10229133 A1 [0004]

Claims (3)

Abgasturbolader (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbaren Turbinenrad (14), mit einer von dem Turbinenrad (14) antreibbaren Welle (16), mit einem über die Welle (16) von dem Turbinenrad (14) antreibbaren Verdichterrad (18) zum Verdichten von der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft, und mit einer elektrischen Maschine (20), mittels welcher die Welle (16) und über die Welle (16) das Verdichterrad (18) antreibbar sind, gekennzeichnet durch einen Freilauf (22), über welchen die Welle (16) und das Verdichterrad (18) von dem Turbinenrad (14) antreibbar sind, wobei es der Freilauf (22) erlaubt, dass die Welle (16) und das Verdichterrad (18) das Turbinenrad (14) überholen.Exhaust gas turbocharger (10) for an internal combustion engine, with a turbine wheel (14) which can be driven by exhaust gas from the internal combustion engine, with a shaft (16) which can be driven by the turbine wheel (14), with a compressor wheel which can be driven by the turbine wheel (14) via the shaft (16) (18) for compressing air to be supplied from the internal combustion engine, and with an electrical machine (20) by means of which the shaft (16) and via the shaft (16) the compressor wheel (18) can be driven, characterized by a freewheel (22), Via which the shaft (16) and the compressor wheel (18) can be driven by the turbine wheel (14), the freewheel (22) allowing the shaft (16) and the compressor wheel (18) to overtake the turbine wheel (14). Abgasturbolader (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor der elektrischen Maschine (20) auf der Welle (16) angeordnet, drehfest mit der Welle (16) verbunden und in axialer Richtung der Welle (16) zwischen dem Turbinenrad (14) und dem Verdichterrad (18) angeordnet ist.Exhaust gas turbocharger (10) after Claim 1 , characterized in that a rotor of the electrical machine (20) is arranged on the shaft (16), non-rotatably connected to the shaft (16) and in the axial direction of the shaft (16) between the turbine wheel (14) and the compressor wheel (18) is arranged. Abgasturbolader (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (22) auf der Welle (16) angeordnet ist.Exhaust gas turbocharger (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the freewheel (22) is arranged on the shaft (16).
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