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Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Antrieb des Ladegebläses über ein
Verteilergetriebe und mit einer Abgasturbine Eine aufgeladene Brennkraftmaschine
mit Antrieb des Ladegebläses über einen Abtriebszweig eines von der Brennkraftmaschine
getriebenen Verteilergetriebes, dessen zweiter Abtriebszweig den Leistungsabtrieb
der Maschine bildet, und mit einer Abgasturbine, die über ein Untersetzungsgetriebe
und eine Freilaufkupplung, die aus dem Verteilergetriebe austretende Hauptabtriebswelle
zusätzlich antreibt, ist durch das Hauptpatent bekanntgeworden.
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Eine solche Maschine erlaubt es, ohne eine zusätzliche Drehmomentwandlung
im Hauptleistungsstrang durch ein Wechselgetriebe od. dgl. sehr hohe Anfahrdrehmomente
vom Zehnfachen des Vollmoments der unaufgeladenen Maschine zu erzielen, da die infolge
der Differentialaufladung bereits beim Anfahren mit fast vollem Luftdurchsatz arbeitende
Maschine große Abgasmengen liefert, die unter zusätzlicher Luftabzweigung aus dem
Verdichterkreislauf die volle Beaufschlagung einer starken Abgasturbine ermöglichen,
so daß deren hohes Standmoment zum zusätzlichen Antrieb der Hauptabtriebswelle zur
Verfügung steht. Dieses Standmoment, welches bekanntlich mehr als das Doppelte des
Betriebsmoments der Turbine beträgt, kann, wie im Hauptpatent dargelegt, durch ein
geeignetes Untersetzungsgetriebe nochmals vervielfacht an die Hauptabtriebswelle
weitergegeben werden.
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Ein Nachteil der Anordnung liegt darin, daß die Turbine bei Verwendung
eines hoch untersetzten Getriebes bei voller Maschinendrehzahl der Gefahr des überdrehens
ausgesetzt ist und außerdem in ein Arbeitsgebiet niederer Wirkungsgrade kommt.
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Im Hauptpatent ist ausgeführt, daß die Turbine über einen Freilauf
treibt, d. h. daß sie bei sehr hoher Maschinendrehzahl in ihrer Drehzahl gegenüber
derjenigen der Abtriebswelle zurückbleiben kann, wodurch die Gefahr des überdrehens
verhindert wird, wenn, wie im Hauptpatent dargestellt, die Abgasführung über eine
besondere Klappe geregelt wird, so daß die Turbine nicht beaufschlagt wird.
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Eine solche Anordnung bedingt eine gewisse Komplikation und verhindert
außerdem, daß die zur Verfügung stehende Abgasenergie bei höheren Abim voll ausgenutzt
wird und dem Antrieb des von der Maschine getriebenen Fahrzeugs zugute kommt. Es
besteht daher die Aufgabe, die Abgasenergie in jedem Betriebsbereich über die Abgasturbine
auf die Hauptabtriebswelle zu leiten.
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Um dies zu ermöglichen, wird gemäß vorliegender Erfindung vorgeschlagen,
außer der Freilaufkupplung zwischen der Welle der Abgasturbine und der den Leistungsabtrieb
bildenden Hauptabtriebswelle eine von der Hauptabtriebswellendrehzahl abhängig schaltende
Kupplung vorzusehen, die bei überschreiten einer bestimmten Hauptabtriebswellendrehzahl
die Turbine mit einem niedrigeren Untersetzungsverhältnis als die Freilaufkupplung
an die Hauptabtriebswelle ankuppelt.
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Die Anwendung von Wechselgetrieben ist für Aufladegebläse von Brennkraftmaschinen
bekannt. Es ist auch bekannt, bei einer Turbine, die ihre Leistung mechanisch an
die Abtriebswelle abgibt, einen Freilauf vorzusehen, so daß nur bei höheren Turbinendrehzahlen
Leistung von der Turbine über den Freilauf abgegeben wird. Die Anordnung eines Wechselgetriebes
im Turbinenabtrieb erscheint normalerweise sinnlos. Erst durch die erfindungsgemäße
Kombination mit einer differentialaufgeladenen Maschine, durch die die Turbinenleistung
unabhängig von der Maschinendrehzahl wird, wird eine derartige Anordnung sinnvoll
und nützlich.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist in der beispielsweisen Zeichnung
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Gesamtanordnung eines Triebwerks, F i g. 2 das
Verteilergetriebe dieses Triebwerks mit dem eingebauten erfindungsgemäßen Wechselgetriebe.
In F i g. 1 ist 1 eine Brennkraftmaschine, die eine Abtriebswelle 2 antreibt. Diese
führt zu einem Verteilergetriebe
3, welches über einen ersten Abzweig
7 das Aufladegebläse 8 der Maschine antreibt. Dieses saugt über eine Leitung 11
Frischluft durch eine Fanghutze 9 und ein Luftfilter 10 an. Die vom Gebläse verdichtete
Luft wird über Leitungen 12, 15 zu den Einlaßkanälen der Maschine geführt.
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Der zweite Abzweig des Verteilergetriebes ist mit der Hauptabtriebswelle
4 verbunden. Diese tritt aus dem Verteilergetriebe in Fortsetzung der Welle 2 aus
und leitet die Gesamtabtriebsleistung z. B.. zu einem Hinterachsdifferential 6,
gegebenenfalls über ein vorzugsweise daran in bekannter Weise angeflanschtes Hilfsgetriebe
5, und zu den Hinterrädern 16 eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs.
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Eine Abzweigung 13 von der Aufladeleitung 12
speist eine
Abgasturbine 14, die gleichzeitig über die Abgasleitung 19 der Maschine von den
Abgasen beaufschlagt wird. Die Abgase der Turbine werden durch eine Leitung 17 über
einen Schalldämpfer 18 ins Freie geleitet. Die Turbine gibt ihre Leistung über eine,
z. B. im Turbinengehäuse untergebrachte, nicht sichtbare erste Untersetzung und
mittels einer Welle 20 über ein weiteres, im Verteilergetriebegehäuse 3 untergebrachtes,
in F i g. 2 dargestelltes Untersetzungsgetriebe an die Hauptabtriebswelle 4 des
Triebwerks zusätzlich zur Maschinenleistung ab.
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In einer Wassereinspritzkammer 35 kann die aus dem Gebläse 8 austretende
verdichtete Luft gekühlt werden, falls dies für die Senkung der Eintrittstemperatur
in Maschine und Turbine erwünscht ist.
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In F i a. 2 ist das Verteilergetriebe 3 in schematischem Schnitt dargestellt.
Es ist hier als Stirnradplanetengetriebe gezeichnet. Die Maschinenabtriebswelle
2 treibt das innere Sonnenrad 21 dieses Planetensatzes an. Dieses überträgt den
Hauptteil der übernommenen Leistung an auf dem Planetenträger 24 drehbar angeordnete
Planetenräder 22 und 23. Der Planetenträger ist direkt mit der Hauptabtriebswelle
4 verbunden, Das Kranzrad 32 des Planetensatzes ist frei drehend, z. B. auf der
Maschinenabtriebswelle 2 gelagert und leitet über ein Ritzel 33 den ihm übertragenen,
geringeren Leistungsanteil an eine Vorgelegewelle 34 weiter, welche ihrerseits Über
ein Räderpaar 36, 37 die Gebläseantriebswelle 7 antreibt.
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Die von der Abgasturbine 14 angetriebene Welle 20 gibt die übertragene
Leistung vermittels eines Reib- oder Zahnrades 26 an einen Reib- oder Zahnring 25,
der zweckmäßig am Außenumfang des Planetenträgers 24 befestigt ist, um in einfacher
Weise die notwendige hohe Untersetzung von der Turbine 14 zur Hauptabtriebswelle
4 zu verwirklichen. Ein zweites, größeres, auf der Welle 20 sitzendes Reib-oder
Zahnrad 28, welches mit einem zweiten, kleineren, auf dem Planetenträger angeordneten
Reib- oder Zahnring 29 zusammenarbeitet, erlaubt. ein anderes Untersetzungsverhältnis
zu erhalten. Das erstgenannte Reib- oder Zahnrad 26 ist auf der Welle 20 über einen
Freilauf 27 gelagert, der ihm erlaubt, schneller zu drehen als die Welle 20. Das
zweitgenannte Reib- oder Zahnrad 28 ist in diesem Beispiel fest mit der Welle 20
verbunden. Das zum Rad 26 getriebene Rad 25 ist fest mit dem Planeten, träger 24
verbunden. Der zum Rad 28 gehörige getriebene Ring 29 ist frei drehbar auf einer
Gleit- oder Wälzlagerung an einem Außenumfang des Planetenträgers 24 angeordnet.
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Sektorartige Fliehgewichte 30, die von Federn 31 nach innen gezogen
werden und die mit der Hauptabtriebswelle 4 mitdrehen, kommen bei einer bestimmten
Drehzahl der Hauptabtriebswelle in für derartige Anordnungen bekannter Weise in
Klemmkontakt mit dem Ring 29 und nehmen ihn mit.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Bei niederen Drehzahlen der Hauptabtriebswelle
4 treibt die Abgasturbine diese Welle über die hohe Untersetzung 26, 25 mit
an. Wenn die Hauptabtriebswellendrehzahl wesentlich ansteigt, so daß infolge abfallenden
Turbinenwirkungsgrades von der Turbine kein Drehmoment mehr abgegeben wird, erlaubt
der Freilauf 27 der Welle 20 und damit der Turbine, in der Drehzahl zurückzubleiben.
Bei einer bestimmten, vorgegebenen Drehzahl der Hauptabtriebswelle 4 stellen die
Fliehgewichte 30 eine feste Verbindung mit dem Ring 29 her. Dadurch wird der Turbinengetriebegang
28, 29 eingeschaltet, die Turbine wird in der Drehzahl stark heruntergedrückt und
treibt nun mit gutem Wirkungsgrad erneut die Abtriebswelle zusätzlich zur Maschine
an.