DE102018006871A1

DE102018006871A1 - Drive device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102018006871A1
Application number: DE102018006871.5A
Authority: DE
Inventors: Sven Skorupa
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine (12), welche eine Abtriebswelle (16) aufweist, über die das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine (12) antreibbar ist, und mit einer von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (12) durchströmbaren Turbine (24), welche ein von dem Abgas antreibbares Turbinenrad (26) aufweist, und mit einer Kühlmittelpumpe (30), mittels welcher durch Antreiben der Kühlmittelpumpe (30) ein Kühlmittel zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine (12) zu fördern ist, wobei die Kühlmittelpumpe (30) mechanisch von dem Turbinenrad (26) antreibbar ist.The invention relates to a drive device (10) for a motor vehicle, having an internal combustion engine (12) which has an output shaft (16) via which the motor vehicle can be driven by means of the internal combustion engine (12), and having one of the exhaust gases of the internal combustion engine (12) flow-through turbine (24), which has a turbine wheel (26) that can be driven by the exhaust gas, and with a coolant pump (30), by means of which a coolant for cooling the internal combustion engine (12) is to be conveyed by driving the coolant pump (30), the Coolant pump (30) can be driven mechanically by the turbine wheel (26).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a drive device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Derartige Antriebseinrichtungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Die jeweilige Antriebseinrichtung weist eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abtriebswelle auf, über die das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden kann. Dies bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine über die Abtriebswelle Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann.Such drive devices for motor vehicles, especially for motor vehicles, are already well known from the general prior art. The respective drive device has an internal combustion engine with an output shaft, via which the motor vehicle can be driven by means of the internal combustion engine. This means that the internal combustion engine can provide torques for driving the motor vehicle via the output shaft.

Außerdem ist eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare und von dem Abgas antreibbare Turbine vorgesehen, welche ein von dem Abgas antreibbares Turbinenrad aufweist. Die Antriebseinrichtung umfasst außerdem eine Kühlmittelpumpe, mittels welcher ein beispielsweise flüssiges Kühlmittel zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine gefördert werden kann. Hierzu wird die Kühlmittelpumpe angetrieben. Mit anderen Worten ist mittels der Kühlmittelpumpe durch Antreiben der Kühlmittelpumpe ein Kühlmittel zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine zu fördern.In addition, a turbine through which exhaust gas can flow and which can be driven by the exhaust gas is provided, which has a turbine wheel which can be driven by the exhaust gas. The drive device also includes a coolant pump, by means of which, for example, liquid coolant can be conveyed for cooling the internal combustion engine. The coolant pump is driven for this purpose. In other words, a coolant for cooling the internal combustion engine is to be conveyed by means of the coolant pump by driving the coolant pump.

Darüber hinaus offenbart die DE 10 2004 007 035 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, welcher Ansaugluft zugeführt und aus welcher Abgas abgeführt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass mit dem Abgas der Brennkraftmaschine ein Verdichter eines Kältekreislaufs angetrieben wird.In addition, the DE 10 2004 007 035 A1 a method for operating an internal combustion engine, which intake air is supplied and from which exhaust gas is removed. It is provided that a compressor of a refrigeration cycle is driven with the exhaust gas of the internal combustion engine.

Außerdem ist der DE 10 2011 110 2015 A1 ein Antriebsstrang als bekannt zu entnehmen. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor auf, der einen Abgasstrom erzeugt. Der Verbrennungsmotor umfasst dabei eine Hauptabtriebswelle zum Antreiben von Antriebsrädern oder einem anderen Aggregat. Außerdem ist eine Abgasnutzturbine vorgesehen, welche im Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Der Verbrennungsmotor weist außerdem eine Nebenabtriebswelle auf, welche über eine Triebverbindung innerhalb des Verbrennungsmotors durch die Hauptabtriebswelle angetrieben wird. Dabei ist es vorgesehen, dass die Abgasnutzturbine in einer Triebverbindung mit der Nebenabtriebswelle des Verbrennungsmotors zum Einspeisen von Antriebsleistung in den Antriebsstrang steht oder in eine solche schaltbar ist.In addition, the DE 10 2011 110 2015 A1 a drive train to be known. The drive train has an internal combustion engine that generates an exhaust gas stream. The internal combustion engine comprises a main output shaft for driving drive wheels or another unit. In addition, an exhaust gas turbine is provided, which is arranged in the exhaust gas stream of the internal combustion engine. The internal combustion engine also has a power take-off shaft which is driven by the main output shaft via a drive connection within the internal combustion engine. It is provided that the exhaust gas turbine is in a drive connection with the power take-off shaft of the internal combustion engine for feeding drive power into the drive train or is switchable into such.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders energieeffizienter Betrieb realisieren lässt.The object of the present invention is to further develop a drive device of the type mentioned at the outset in such a way that particularly energy-efficient operation can be implemented.

Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung 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 a drive device with the features of patent claim 1. Advantageous refinements with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um eine Antriebseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders energieeffizienter und somit kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmer Betrieb realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühlmittelpumpe mechanisch von dem Turbinenrad antreibbar ist. Hierzu ist beispielsweise die Kühlmittelpumpe mechanisch mit dem Turbinenrad gekoppelt oder koppelbar, sodass beispielsweise wenigstens ein von dem Turbinenrad bereitgestelltes Drehmoment beziehungsweise eine von dem Turbinenrad bereitgestellte Antriebsleistung mechanisch auf die Kühlmittelpumpe übertragen werden kann. Die Kühlmittelpumpe ist mittels des Drehmoments beziehungsweise mittels der Antriebsleistung antreibbar.In order to further develop a drive device of the type specified in the preamble of patent claim 1 in such a way that particularly energy-efficient and thus low-fuel consumption and low-emission operation can be realized, the invention provides that the coolant pump can be driven mechanically by the turbine wheel. For this purpose, for example, the coolant pump is mechanically coupled or can be coupled to the turbine wheel, so that, for example, at least one torque provided by the turbine wheel or one drive power provided by the turbine wheel can be mechanically transmitted to the coolant pump. The coolant pump can be driven by means of the torque or by means of the drive power.

Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Bei herkömmlichen, mechanischen und auch als Turbo-Compound-Systemen bezeichneten Nutzturbinen-Systemen ist wenigstens oder genau eine von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine antreibbare Nutzturbine vorgesehen, welche beispielsweise in einem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und von dem den Abgasstrang durchströmenden Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Nutzturbine ist dabei beispielsweise als Axialturbine ausgebildet. Mittels der Nutzturbine kann im Abgas enthaltene Energie, insbesondere Wärmeenergie in Nutzenergie umgewandelt werden, welche von der Nutzturbine mechanisch bereitgestellt werden kann. Die von der Nutzturbine mechanisch bereitgestellte Nutzenergie kann beispielsweise mechanisch direkt einem Antriebsstrang und dabei beispielsweise einer als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden, um beispielsweise die Abtriebswelle mechanisch mittels der Nutzturbine beziehungsweise mittels der von der Nutzturbine mechanisch bereitgestellten Nutzenergie anzutreiben.The invention is based in particular on the following findings: In conventional, mechanical and also referred to as turbo-compound systems, useful turbine systems, at least or exactly one commercial turbine which can be driven by exhaust gas from an internal combustion engine is provided, which is arranged, for example, in an exhaust line of the internal combustion engine and from which Exhaust gas flowing through exhaust gas of the internal combustion engine is drivable. The utility turbine is designed, for example, as an axial turbine. By means of the utility turbine, energy contained in the exhaust gas, in particular thermal energy, can be converted into useful energy which can be provided mechanically by the utility turbine. The useful energy mechanically provided by the utility turbine can, for example, be mechanically fed directly to a drive train and, for example, an output shaft of the internal combustion engine designed as a crankshaft, for example to mechanically drive the driven shaft by means of the utility turbine or by means of the useful energy mechanically provided by the utility turbine.

Ferner ist es herkömmlicher Weise vorgesehen, dass ein beispielsweise als Nutzfahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug einen Kühlmittelkreislauf aufweist, welcher von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Handelt es sich bei dem Kühlmittel beispielsweise um eine Kühlflüssigkeit, welche auch als Kühlwasser bezeichnet wird, so ist der Kühlmittelkreislauf ein so genannter Kühlwasserkreislauf. Mittels des Kühlmittels kann die Verbrennungskraftmaschine gekühlt werden. Üblicherweise ist in dem Kühlmittelkreislauf eine geregelte Kühlmittelpumpe angeordnet, welche dann, wenn das Kühlmittel als eine Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, auch als Wasserpumpe bezeichnet wird. Mittels der geregelten Wasserpumpe kann eine Strömung beziehungsweise ein Durchfluss des Kühlmittels durch den Kühlmittelkreislauf insbesondere leistungsabhängig gesteuert oder geregelt werden. Hierzu sind beispielsweise Kupplungssysteme in einem Riementrieb vorgesehen, sodass die Kühlmittelpumpe über das Kupplungssystem und den Riementrieb mechanisch von der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise von deren Abtriebswelle angetrieben werden kann. Eine solche leistungsabhängige Steuerung oder Regelung der Kühlmittelpumpe ist üblicherweise mit hohem Aufwand und somit mit hohen Kosten verbunden.Furthermore, it is conventionally provided that a motor vehicle, for example designed as a commercial vehicle, has a coolant circuit through which a coolant can flow. If the coolant is, for example, a coolant, which is also referred to as cooling water, the coolant circuit is a so-called cooling water circuit. The coolant can Internal combustion engine to be cooled. A regulated coolant pump is usually arranged in the coolant circuit and, when the coolant is designed as a coolant, is also referred to as a water pump. By means of the regulated water pump, a flow or a through-flow of the coolant through the coolant circuit can be controlled or regulated, in particular depending on the output. For this purpose, clutch systems are provided in a belt drive, for example, so that the coolant pump can be mechanically driven by the internal combustion engine or by its output shaft via the clutch system and the belt drive. Such a performance-dependent control or regulation of the coolant pump is usually associated with great effort and thus with high costs.

Bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist es nun möglich, eine leistungsabhängige Regelung oder Steuerung der Kühlmittelpumpe auf besonders einfache und somit zeit- und gewichtsgünstige Weise zu realisieren. Da die Kühlmittelpumpe bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung mechanisch von dem Turbinenrad antreibbar ist, da das Turbinenrad von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine und somit von einem Massen- oder Volumenstrom des von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellenden beziehungsweise bereitgestellten Abgases antreibbar ist und da der Volumen- beziehungsweise Massenstrom des Abgases von der Last der Verbrennungskraftmaschine abhängt, kann bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung eine lastabhängige, das heißt eine von der Last der Verbrennungskraftmaschine abhängige Steuerung oder Regelung beziehungsweise ein von der Last der Verbrennungskraftmaschine abhängiger Betrieb der Kühlmittelpumpe auf besonders einfache Weise dargestellt werden. In der Folge können der Energieverbrauch und somit der Kraftstoffverbrauch und somit die CO₂-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine und somit der Antriebseinrichtung insgesamt in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden. Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist, die beispielsweise als Axialturbine ausgebildete Turbine beziehungsweise das beispielsweise als Axialturbinenrad ausgebildete Turbinenrad nicht oder nicht nur zum mechanischen Antreiben der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine zu nutzen, sondern die Turbine beziehungsweise das Turbinenrad wird genutzt, um die Kühlmittelpumpe, insbesondere wenigstens ein Förderelement der Kühlmittelpumpe, anzutreiben. Somit kann eine Regelung beziehungsweise eine Steuerung der beispielsweise als Wasserpumpe ausgebildeten Kühlmittelpumpe direkt lastabhängig über die auch als Nutzturbine bezeichnete Turbine realisiert werden.In the drive device according to the invention, it is now possible to implement a performance-dependent regulation or control of the coolant pump in a particularly simple and thus time-saving and weight-saving manner. Since the coolant pump in the drive device according to the invention can be driven mechanically by the turbine wheel, since the turbine wheel can be driven by the exhaust gas of the internal combustion engine and thus by a mass or volume flow of the exhaust gas to be provided or provided by the internal combustion engine and since the volume or mass flow of the exhaust gas by depends on the load of the internal combustion engine, in the drive device according to the invention a load-dependent, that is to say a control or regulation dependent on the load of the internal combustion engine or an operation of the coolant pump dependent on the load of the internal combustion engine can be represented in a particularly simple manner. As a result, the energy consumption and thus the fuel consumption and thus the CO ₂ emissions of the internal combustion engine and thus of the drive device as a whole can be kept in a particularly low range. The idea on which the invention is based is not to use the turbine, for example, as an axial turbine or the turbine wheel, for example, as an axial turbine wheel, or not only for mechanically driving the output shaft of the internal combustion engine, but rather the turbine or the turbine wheel is used to cool the pump, in particular at least a conveying element of the coolant pump to drive. Regulation or control of the coolant pump, which is designed as a water pump, for example, can thus be implemented directly as a function of the load via the turbine, which is also referred to as a utility turbine.

Durch Fördern des Kühlmittels bewirkt die Kühlmittelpumpe einen auch als Kühlmittelstrom bezeichneten Strom des Kühlmittels, wobei durch das lastabhängige Betreiben der Kühlmittelpumpe der Kühlmittelstrom proportional zum Abgasstrom der Nutzturbine ist. Mit anderen Worten kann der Kühlmittelstrom proportional zum Abgasstrom der Nutzturbine bedarfsgerecht gesteuert oder geregelt werden.By conveying the coolant, the coolant pump causes a flow of the coolant, also referred to as the coolant flow, the coolant flow being proportional to the exhaust gas flow of the utility turbine due to the load-dependent operation of the coolant pump. In other words, the coolant flow can be controlled or regulated in proportion to the exhaust gas flow of the power turbine.

Durch das beschriebene Betreiben der Kühlmittelpumpe bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung kann ein bedarfsgerechter Kühlmittelstrom realisiert werden, sodass Verlustleistungen besonders gering gehalten werden können. In der Folge können der Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden. Außerdem kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine Systemintegration realisiert werden, da beispielsweise ein gesondertes Regelsystem zum Regeln der Kühlmittelpumpe, ein Riementrieb zum Antreiben der Kühlmittelpumpe, eine Kupplung beziehungsweise ein Wandler beispielsweise zum Entkoppeln der Nutzturbine von der Abtriebswelle und/oder andere Bauelemente entfallen können. Dadurch können die Teileanzahl, die Kosten und das Gewicht besonders gering gehalten werden, sodass sich ein besonders energieeffizienter Betrieb realisieren lässt.By operating the coolant pump in the drive device according to the invention as described, a flow of coolant that meets the requirements can be realized, so that power losses can be kept particularly low. As a result, the fuel consumption and the CO ₂ emissions of the internal combustion engine can be kept particularly low. In addition, compared to conventional solutions, system integration can be implemented because, for example, a separate control system for regulating the coolant pump, a belt drive for driving the coolant pump, a clutch or a converter, for example for decoupling the power turbine from the output shaft and / or other components, can be omitted. As a result, the number of parts, costs and weight can be kept particularly low, so that particularly energy-efficient operation can be achieved.

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 der einzigen Figur 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 as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown in the single figure alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or on their own, without the frame to leave the invention.

Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.The drawing shows in the single FIG. A schematic representation of a drive device according to the invention for a motor vehicle.

Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Nutzfahrzeug ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug umfasst somit in seinem vollständig hergestellten Zustand die Antriebseinrichtung 10, mittels welcher das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Hierzu umfasst die Antriebseinrichtung 10 eine beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 12, welche wenigstens ein Motorgehäuse 14 und eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle 16 aufweist. Das Motorgehäuse 14 ist beispielsweise ein Kurbelgehäuse, insbesondere ein Zylinderkurbelgehäuse. Die Abtriebswelle 16 ist drehbar an dem Motorgehäuse 14 gelagert und kann sich somit um eine Drehachse relativ zu dem Motorgehäuse 14 drehen.The only FIG. Shows a schematic representation of a drive device for a motor vehicle, designated overall by 10, which is preferably designed as a commercial vehicle. The motor vehicle thus comprises the drive device in its completely manufactured state 10 , by means of which the motor vehicle can be driven. For this purpose, the drive device comprises 10 an internal combustion engine designed, for example, as a reciprocating piston engine 12 which have at least one motor housing 14 and an output shaft designed, for example, as a crankshaft 16 having. The engine case 14 is, for example, a crankcase, in particular a cylinder crankcase. The output shaft 16 is rotatable on the Motor housing 14 stored and can thus be about an axis of rotation relative to the motor housing 14 rotate.

Die Verbrennungskraftmaschine 12 weist darüber hinaus wenigstens einen oder mehrere Brennräume 18 auf, welche beispielsweise als Zylinder ausgebildet sind. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 12 laufen in dem jeweiligen Brennraum 18 Verbrennungsvorgänge ab, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 resultiert. Dabei umfasst die Antriebseinrichtung 10 einen von dem Abgas aus den Brennräumen 18 durchströmbaren Abgastrakt 20, welcher auch als Abgasanlage bezeichnet wird. Außerdem weist die Verbrennungskraftmaschine 12 einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt 22 auf, mittels welchem die den Abgastrakt 20 durchströmende Luft zu den und insbesondere in die Brennräume 18 geführt wird. Über die Abtriebswelle 16 kann die Verbrennungskraftmaschine 12 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs mechanisch bereitstellen.The internal combustion engine 12 also has at least one or more combustion chambers 18th , which are designed, for example, as cylinders. During fired operation of the internal combustion engine 12 run in the respective combustion chamber 18th Combustion processes from which exhaust gas from the internal combustion engine 12 results. The drive device comprises 10 one of the exhaust gases from the combustion chambers 18th flow-through exhaust tract 20th , which is also referred to as an exhaust system. In addition, the internal combustion engine 12 an air intake tract 22 by means of which the exhaust system 20th air flowing to and in particular into the combustion chambers 18th to be led. Via the output shaft 16 can the internal combustion engine 12 Provide torques for driving the motor vehicle mechanically.

Die Antriebseinrichtung 10 weist darüber hinaus eine in dem Abgastrakt 20 angeordnete Turbine 24 auf, welche ein in der Fig. nicht dargestelltes Turbinengehäuse und ein in dem Turbinengehäuse drehbar angeordnete Turbinenrad 26 aufweist. Das Turbinenrad 26 ist beispielsweise um eine Turbinendrehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar. Das Turbinengehäuse und somit die Turbine 24, welche auch als Nutzturbine bezeichnet wird, ist von dem den Abgastrakt 20 durchströmenden Abgas durchströmbar. Mittels des Turbinengehäuses wird das Abgas zu dem Turbinenrad 26 geführt, welches mittels des Abgases antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird. hierdurch wird das Turbinenrad 26 relativ zu dem Turbinengehäuse um die Turbinendrehachse gedreht. Die Turbine 24 ist vorzugsweise als eine Axialturbine ausgebildet, sodass das Turbinenrad 26 vorzugsweise als ein Axialturbinenrad ausgebildet ist. Dadurch strömt das Abgas das Turbinenrad 26 in axialer Richtung des Turbinenrads 26 an, und das Abgas strömt in axialer Richtung des Turbinenrads 26 von dem Turbinenrad 26 ab.The drive device 10 also has one in the exhaust tract 20th arranged turbine 24 which has a turbine housing (not shown in the figure) and a turbine wheel rotatably arranged in the turbine housing 26 having. The turbine wheel 26 is, for example, rotatable relative to the turbine housing about a turbine axis of rotation. The turbine housing and thus the turbine 24 , which is also referred to as a utility turbine, is the exhaust tract 20th flowing through exhaust gas. The exhaust gas becomes the turbine wheel by means of the turbine housing 26 performed, which can be driven or driven by means of the exhaust gas. this will make the turbine wheel 26 rotated relative to the turbine housing about the turbine axis of rotation. The turbine 24 is preferably designed as an axial turbine, so that the turbine wheel 26 is preferably designed as an axial turbine wheel. As a result, the exhaust gas flows through the turbine wheel 26 in the axial direction of the turbine wheel 26 and the exhaust gas flows in the axial direction of the turbine wheel 26 from the turbine wheel 26 from.

Das Turbinenrad 26 ist drehfest mit einer Welle 28 verbunden, sodass die Welle 28 von dem Turbinenrad 26 antreibbar und somit um die Turbinendrehachse drehbar ist. Beispielsweise ist die Welle 28 einstückig mit dem Turbinenrad 26 ausgebildet. Da das Turbinenrad 26 von dem Abgas antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird, ist mittels des Turbinenrads 26 im Abgas enthaltene Energie in mechanische Energie umwandelbar, die von dem Turbinenrad 26 über die Welle 28 bereitgestellt werden kann. Die mechanische Energie, die von dem Turbinenrad 26 über die Welle 28 bereitgestellt wird beziehungsweise bereitstellbar ist, wird auch als Nutzenergie bezeichnet.The turbine wheel 26 is rotatable with a shaft 28 connected so that the shaft 28 from the turbine wheel 26 drivable and thus rotatable about the turbine axis of rotation. For example, the wave 28 in one piece with the turbine wheel 26 educated. Because the turbine wheel 26 is driven by the exhaust gas or is driven by means of the turbine wheel 26 Energy contained in the exhaust gas can be converted into mechanical energy by the turbine wheel 26 over the wave 28 can be provided. The mechanical energy from the turbine wheel 26 over the wave 28 is provided or can be provided is also referred to as useful energy.

Die Antriebseinrichtung 10 weist darüber hinaus eine Kühlmittelpumpe 30 auf, welche beispielsweise in einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelkreislauf angeordnet ist. Das Kühlmittel ist beispielsweise eine Kühlflüssigkeit und wird daher auch als Kühlwasser bezeichnet. Mittels der Kühlmittelpumpe 30 kann das Kühlmittel gefördert werden, sodass die Kühlmittelpumpe 30 auch als Wasserpumpe bezeichnet wird. Die Kühlmittelpumpe 30 umfasst beispielsweise ein Pumpengehäuse und ein in dem Pumpengehäuse angeordnetes Förderelement, mittels welchem durch Antreiben des Förderelements das Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf gefördert werden kann. Das Förderelement ist beispielsweise um eine Pumpendrehachse relativ zu dem Pumpengehäuse drehbar. Durch Antreiben des Förderelements wird das Förderelement um die Pumpendrehachse relativ zu dem Pumpengehäuse gedreht, wodurch mittels des Förderelements das Kühlmittel gefördert wird. Beispielsweise fällt die Pumpendrehachse mit der Turbinendrehachse zusammen, sodass das Förderelement beispielsweise koaxial zum Turbinenrad 26 angeordnet ist.The drive device 10 also has a coolant pump 30th which is arranged, for example, in a coolant circuit through which a coolant can flow. The coolant is, for example, a cooling liquid and is therefore also referred to as cooling water. Using the coolant pump 30th the coolant can be pumped so that the coolant pump 30th is also referred to as a water pump. The coolant pump 30th comprises, for example, a pump housing and a conveying element arranged in the pump housing, by means of which the coolant can be conveyed through the coolant circuit by driving the conveying element. The conveying element can be rotated, for example, about a pump axis of rotation relative to the pump housing. By driving the conveying element, the conveying element is rotated about the pump axis of rotation relative to the pump housing, as a result of which the coolant is conveyed by means of the conveying element. For example, the pump axis of rotation coincides with the turbine axis of rotation, so that the conveying element is, for example, coaxial with the turbine wheel 26 is arranged.

In dem Kühlmittelkreislauf sind die Kühlmittelpumpe 30 und zumindest ein Teil der Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet, sodass die Kühlmittelpumpe 30 und zumindest der Teil der Verbrennungskraftmaschine 12 von dem Kühlmittel durchströmt werden können. Dabei kann zumindest der Teil der Verbrennungskraftmaschine 12 mittels des Kühlmittels gekühlt werden, indem beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Teil der Verbrennungskraftmaschine 12 an das Kühlmittel erfolgt.The coolant pump is in the coolant circuit 30th and at least part of the internal combustion engine 12 arranged so that the coolant pump 30th and at least the part of the internal combustion engine 12 can be flowed through by the coolant. At least the part of the internal combustion engine can 12 be cooled by means of the coolant, for example by heat transfer from the part of the internal combustion engine 12 to the coolant.

Das Förderelement ist beispielsweise mechanisch mit einer Welle 32 drehfest verbunden, sodass das Förderelement von der Welle 32 mechanisch angetrieben und dadurch um die Pumpendrehachse relativ zu dem Pumpengehäuse gedreht werden kann. Hierdurch wird das Kühlmittel mittels des Förderelements gefördert. Die Wellen 28 und 32 sind beispielsweise separat voneinander ausgebildete Wellen.The conveying element is, for example, mechanical with a shaft 32 non-rotatably connected so that the conveyor element from the shaft 32 mechanically driven and can be rotated relative to the pump housing about the pump axis of rotation. As a result, the coolant is conveyed by means of the conveying element. The waves 28 and 32 are, for example, separately formed shafts.

Um nun einen besonders energieeffizienten Betrieb der Antriebseinrichtung 10 realisieren und somit den Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen der Antriebseinrichtung 10 besonders gering halten zu können, ist die Kühlmittelpumpe 30, insbesondere das Förderelement, mechanisch von dem Turbinenrad 26 antreibbar. Hierzu ist beispielsweise die Welle 32 mit der Welle 28 und somit mit dem Turbinenrad 26 gekoppelt oder koppelbar, sodass die Welle 32 mechanisch von der Welle 28 und über die mechanisch von dem Turbinenrad 26 angetrieben werden kann. Mit anderen Worten kann die von dem Turbinenrad 26 über die Welle 28 bereitgestellte Nutzenergie mechanisch auf die Welle 32 und über die Welle 32 mechanisch auf das Förderelement übertragen werden, sodass die Kühlmittelpumpe 30 mechanisch von der von dem Turbinenrad 26 bereitgestellten Nutzenergie angetrieben werden kann. Die Nutzerenergie hängt dabei von dem Abgas, insbesondere von dessen durch den Abgastrakt 20 strömenden Massenstrom, ab, wobei der Massenstrom wiederum von der Last der Verbrennungskraftmaschine 12 abhängt. Dadurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein lastabhängiger Betrieb, insbesondere eine lastabhängige Steuerung oder Regelung, der Kühlmittelpumpe 30 realisiert werden. Unter dem lastabhängigen Betrieb der Kühlmittelpumpe 30 ist zu verstehen, dass die Kühlmittelpumpe 30 in Abhängigkeit von der Last der Verbrennungskraftmaschine 12 betreibbar, insbesondere steuerbar oder regelbar, ist. Dieses lastabhängige Betreiben der Kühlmittelpumpe 30 stellt sich quasi selbstständig oder selbsttätig ein, da das Förderelement mechanisch mit dem Turbinenrad 26 gekoppelt oder koppelbar und somit mechanisch von dem Turbinenrad 26 antreibbar ist, da das Turbinenrad 26 von dem Massenstrom des Abgases antreibbar ist und da der Massenstrom von der Last der Verbrennungskraftmaschine 12 abhängt.Now a particularly energy-efficient operation of the drive device 10 realize and thus the fuel consumption and CO ₂ emissions of the drive device 10 The coolant pump is particularly low 30th , in particular the conveying element, mechanically from the turbine wheel 26 drivable. For example, the shaft 32 with the wave 28 and thus with the turbine wheel 26 coupled or connectable so that the shaft 32 mechanically from the shaft 28 and mechanically from the turbine wheel 26 can be driven. In other words, that of the turbine wheel 26 over the wave 28 provided useful energy mechanically on the shaft 32 and over the wave 32 mechanically on that Conveyor element are transmitted, so that the coolant pump 30th mechanically from that of the turbine wheel 26 provided useful energy can be driven. The user energy depends on the exhaust gas, in particular on the exhaust gas tract 20th flowing mass flow, the mass flow in turn from the load of the internal combustion engine 12 depends. As a result, load-dependent operation, in particular load-dependent control or regulation, of the coolant pump can be carried out in a particularly simple and cost-effective manner 30th will be realized. Under load-dependent operation of the coolant pump 30th it is understood that the coolant pump 30th depending on the load of the internal combustion engine 12 can be operated, in particular controlled or regulated. This load-dependent operation of the coolant pump 30th sets itself quasi independently or automatically, since the conveyor element mechanically with the turbine wheel 26 coupled or couplable and thus mechanically from the turbine wheel 26 can be driven since the turbine wheel 26 is driven by the mass flow of the exhaust gas and since the mass flow from the load of the internal combustion engine 12 depends.

Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Antriebseinrichtung 10 ein Getriebe 34 auf, welches bezogen auf einen von dem Turbinenrad 26 über die Welle 28 und die Welle 32 zu dem Förderelement verlaufenden Drehmomentenfluss in dem Drehmomentenfluss und dabei stromab des Turbinenrads 26 und stromauf des Förderelements angeordnet ist. Somit ist das Förderelement über das Getriebe 34 mechanisch von dem Turbinenrad 26 antreibbar. Insbesondere ist die Welle 32 über das Getriebe 34 mechanisch von der Welle 28 antreibbar. Die Welle 32 ist dabei beispielsweise eine Antriebswelle der Kühlmittelpumpe 30. Das Getriebe 34 kann eine Eingangswelle und eine mechanisch von der Eingangswelle antreibbare Ausgangswelle aufweisen, wobei die Ausgangswelle beispielsweise einstückig mit der Welle 32 ausgebildet ist, oder die Ausgangswelle und die Welle 32 sind separat voneinander ausgebildete und drehfest miteinander verbundene oder drehfest miteinander verbindbare Wellen. Die Eingangswelle ist mechanisch von der Welle 28 antreibbar. Die Eingangswelle kann einstückig mit der Welle 28 ausgebildet sein, oder die Eingangswelle und die Welle 28 sind separat voneinander ausgebildete und drehfest miteinander verbundene oder drehfest miteinander verbindbare Wellen. Die von dem Turbinenrad 26 bereitgestellte Nutzenergie kann somit mechanisch auf die Welle 28 und mechanisch auf die Eingangswelle übertragen werden, sodass die Nutzenergie in das Getriebe 34 eingeleitet werden kann. Über das Getriebe 34 kann die Nutzenergie auf die Ausgangswelle übertragen werden, wobei die Nutzenergie von der Ausgangswelle auf die Welle 32 und über die Welle 32 auf das Förderelement übertragen werden kann. Dadurch wird das Förderelement mittels der Nutzenergie mechanisch angetrieben.In the exemplary embodiment illustrated in the figure, the drive device has 10 a gearbox 34 on which is related to one of the turbine wheel 26 over the wave 28 and the wave 32 to the conveying element running torque flow in the torque flow and thereby downstream of the turbine wheel 26 and is arranged upstream of the conveyor element. Thus the conveying element is via the gear 34 mechanically from the turbine wheel 26 drivable. In particular, the wave 32 about the transmission 34 mechanically from the shaft 28 drivable. The wave 32 is, for example, a drive shaft of the coolant pump 30th , The gear 34 may have an input shaft and an output shaft mechanically drivable by the input shaft, the output shaft being, for example, in one piece with the shaft 32 is formed, or the output shaft and the shaft 32 are separately formed and rotatably connected or rotatably connectable shafts. The input shaft is mechanical from the shaft 28 drivable. The input shaft can be integral with the shaft 28 be formed, or the input shaft and the shaft 28 are separately formed and rotatably connected or rotatably connectable shafts. The turbine wheel 26 The useful energy provided can thus be mechanically applied to the shaft 28 and mechanically transmitted to the input shaft, so that the useful energy in the transmission 34 can be initiated. About the transmission 34 the useful energy can be transferred to the output shaft, the useful energy being transferred from the output shaft to the shaft 32 and over the wave 32 can be transferred to the conveyor element. As a result, the conveyor element is mechanically driven by means of the useful energy.

Beim mechanischen Antreiben des Förderelements drehen sich die Eingangswelle und die Welle 28 mit einer ersten Drehzahl, wobei die erste Drehzahl der Welle 28 der ersten Drehzahl der Eingangswelle entspricht. Außerdem drehen sich die Ausgangswelle und die Welle 32 mit einer zweiten Drehzahl, wobei die zweite Drehzahl der Ausgangswelle der zweiten Drehzahl der Welle 32 entspricht. Das Getriebe 34 weist dabei vorzugsweise eine von 1 unterschiedliche Übersetzung auf, sodass die zweite Drehzahl größer oder kleiner als die erste Drehzahl ist. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die zweite Drehzahl größer als die erste Drehzahl ist, sodass sich die Ausgangswelle und somit die Welle 32 bei einem Betrieb der Antriebseinrichtung 10 mit einer höheren Drehzahl als die Eingangswelle und die Welle 28 drehen. Die erste Drehzahl entspricht dabei einer Drehzahl, mit welcher sich das Turbinenrad 26 um die Turbinendrehachse relativ zu dem Gehäuse dreht. In der Folge kann ein besonders energieeffizienter Betrieb gewährleistet werden.When the conveyor element is mechanically driven, the input shaft and the shaft rotate 28 at a first speed, the first speed of the shaft 28 corresponds to the first speed of the input shaft. In addition, the output shaft and the shaft rotate 32 at a second speed, the second speed of the output shaft being the second speed of the shaft 32 equivalent. The gear 34 preferably has a gear ratio different from 1, so that the second speed is greater or less than the first speed. It is preferably provided that the second speed is greater than the first speed, so that the output shaft and thus the shaft 32 during operation of the drive device 10 at a higher speed than the input shaft and the shaft 28 rotate. The first speed corresponds to a speed at which the turbine wheel 26 rotates about the turbine axis of rotation relative to the housing. As a result, particularly energy-efficient operation can be guaranteed.

BezugszeichenlisteReference list

1010: AntriebseinrichtungDrive device
1212th: VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
1414: MotorgehäuseMotor housing
1616: AbtriebswelleOutput shaft
1818th: BrennraumCombustion chamber
2020th: AbgastraktExhaust system
2222: AnsaugtraktIntake tract
2424: Turbineturbine
2626: TurbinenradTurbine wheel
2828: Wellewave
3030: KühlmittelpumpeCoolant pump
3232: Wellewave
3434: Getriebetransmission

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102004007035 A1 [0004]
DE 1020111102015 A1 [0005]

Claims

Drive device (10) for a motor vehicle, with an internal combustion engine (12) which has an output shaft (16) via which the motor vehicle can be driven by means of the internal combustion engine (12), and with a turbine (24) through which exhaust gas from the internal combustion engine (12) can flow ), which has a turbine wheel (26) that can be driven by the exhaust gas, and with a coolant pump (30), by means of which a coolant for cooling the internal combustion engine (12) can be conveyed by driving the coolant pump (30), characterized in that the coolant pump (30) can be driven mechanically by the turbine wheel (26).

Drive device (10) after Claim 1 , characterized by a gear (34) via which the coolant pump (30) can be driven mechanically by the turbine wheel (26).

Drive device (10) after Claim 2 , characterized in that the transmission (34) has a transmission ratio different from 1, so that by means of the transmission (34) a first speed of an input shaft (28) of the transmission (30) mechanically driven by the turbine wheel (26) into one of the first Different second rotational speed of a drive shaft (32) of the coolant pump (30) which can be driven mechanically via the transmission (34) by the turbine wheel (26) can be converted.