DE1237380B

DE1237380B - Supercharged internal combustion engine with a supercharging system with two drives

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Publication number: DE1237380B
Application number: DEJ15233A
Authority: DE
Original assignee: DIFFERENTIAL DIESEL ENGINES ES
Current assignee: DIFFERENTIAL DIESEL ENGINES ES
Priority date: 1958-08-13
Filing date: 1958-08-13
Publication date: 1967-03-23

Description

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Aufladesystem mit zwei Antrieben Aufgeladene Brennkraftmaschinen, deren Aufladegebläse über ein Verteiler- bzw. Differentialgetriebe angetrieben wird, um eine von der Maschinendrehzahl unabhängige, zum Motordrehmoment in Beziehung stehende Aufladedruckkennung zu bekommen, sind bekannt. Sie bedürfen einer besonderen Auslegung, um ohne zusätzliche Regelorgane eine erwünschte, steil nach unteren Drehzahlen zu ansteigende Ladedruck- und Drehmomentkurve zu ergeben.Supercharged internal combustion engine with a supercharging system with two drives Supercharged internal combustion engines, their supercharging fans via a distributor or differential gear is driven to a motor torque independent of the engine speed to get related boost pressure identification are known. You need a special design in order to achieve a desired, steep after lower speeds to result in increasing boost pressure and torque curve.

Diesem System kann ein Abgasturbolader beigegeben werden, der im Gegensatz zu dessen sonst üblicher Arbeitsweise auch bei niederer Drehzahl wirksam ist. Hierdurch entsteht ein Aufladesystem mit zwei Antrieben. In Vereinfachung desselben wird im deutschen Patent 1170193 eine Brennkraftmaschine mit einem solchen System beschrieben, bei dem der eine Antrieb abgasgetrieben ist, während der andere den zweiten Abtriebszweig eines von der Maschinenwelle angetriebenen Verteilergetriebes darstellt, und die beide auf ein einziges Gebläse wirken.An exhaust gas turbocharger can be added to this system, as opposed to is also effective at low speed for its otherwise usual mode of operation. Through this a charging system with two drives is created. To simplify this, the German patent 1170193 describes an internal combustion engine with such a system, in which one drive is exhaust gas driven, while the other is the second output branch represents a transfer case driven by the machine shaft, and the both act on a single fan.

Diese einfache Lösung hat noch den Nachteil, daß der abgasgetriebene Laderantrieb sich nur zum mechanischen Laderantrieb hinzufügt, ohne diesen abzulösen, so daß in solchen Betriebszuständen, in denen der abgasgetriebene Laderantrieb die erforderliche Aufladung allein aufbringen könnte, dennoch zusätzlich und unnützerweise mechanische Ladeleistung aufgewendet werden muß.This simple solution still has the disadvantage that the exhaust gas driven Loader drive only adds itself to the mechanical loader drive without replacing it, so that in such operating conditions in which the exhaust gas-driven supercharger drive the could raise the required charge alone, but in addition and uselessly mechanical charging power must be used.

Aufgabe vorliegender Zusatzerfindung ist, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen .der abgasgetriebene Laderantrieb automatisch und ohne irgendwelche Regelorgane den mechanischen Laderantrieb je nachBetriebszustand in stetig veränderlicherWeise addierend unterstützt, bis ganz ablöst und darüber hinaus, ebenfalls voll automatisch, Leistung an die Abtriebswelle der Maschine abgibt.The task of the present additional invention is to specify a method, by means of which .the exhaust gas-driven loader drive automatically and without any Control organs control the mechanical loader drive in a continuously variable manner depending on the operating state adding support until completely detached and beyond, also fully automatically, Outputs power to the output shaft of the machine.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der vom Verteilergetriebe kommende mechanische Laderantrieb und der abgasgetriebene Antrieb zusammen mit einem auf das Gebläse wirkenden Wellentrieb in an sich bekannter Weise über ein zweites, kleineres, als Additions- oder (und) Verteilergetriebe wirkendes Differentialgetriebe vereinigt sind.This object is achieved according to the invention in that the from Transfer case coming mechanical supercharger drive and the exhaust gas driven drive together with a shaft drive acting on the fan in a manner known per se via a second, smaller one, acting as an addition or (and) transfer case Differential gears are combined.

Der mechanische Laderantrieb kann hierbei in bestimmten Betriebszuständen zu einem Leistung an die Nutzleistungswelle abführenden Abtrieb werden.The mechanical loader drive can be used in certain operating states become an output dissipating power to the power shaft.

Die Verteuerung durch ein .solches zweites Differentialgetriebe kann dadurch in Grenzen gehalten werden, daß zur Bildung des zweiten, kleineren Differentialgetriebes einfache Reibräder verwendet werden, was bei den geringen Antriebsdrehmomenten eines sehr schnell laufenden Radialgebläses möglich ist.The increase in price due to such a second differential gear can be kept within limits that the formation of the second, smaller differential gear simple friction wheels are used, which with the low drive torques of a very fast running radial fan is possible.

Weitere Merkmale der Erfindung sind, daB in an sich bekannter Weise eine Rückdrehsperrung im abgasgetriebenen Antrieb vorgesehen ist, ferner, daB das zweite Differentialgetriebe in an sich bekannter Weise in variierter Form aus einem hydrodynamischen Getriebe der Föttingerbauart mit mindestens drei Laufrädern besteht, und endlich, daß dieses Föttingergetriebe in an sich bekannter Weise mit einem Organ zum Füllen und Entleeren ausgestattet ist und damit zusätzlich zu seiner Differentialgetriebefunktion diejenige einer die Maschine und den Nutzleistungsabtrieb kraftschlüssig bindenden oder trennenden Kupplung übernimmt.Further features of the invention are that in a manner known per se a reverse rotation lock is provided in the exhaust gas-driven drive, furthermore that the second differential gear in a manner known per se in varied form from one there is a hydrodynamic gearbox of the Föttinger type with at least three running wheels, and, finally, that this Föttinger gear is in a manner known per se with an organ is equipped for filling and emptying and thus in addition to its differential gear function the one that frictionally binds the machine and the power output or separating clutch takes over.

Es ist bekannt, mittels komplizierter Zahnrad- und Regelorgane einen direkten mechanischen Laderantrieb mit einem Abgasturbinentrieb so zu kombinieren, daß sie sich gegenseitig beeinflussen und ergänzen, wobei die Turbine auch überschüssige Leistung an die Abtriebswelle abgeben kann. Bei solchen Anordnungen ist kein Differentialantrieb für den Lader vorgesehen, sondern es ist ein kompliziertes Differentialregelorgan zur Regelung der Drehzahl des direkt angetriebenen Laders konstruiert worden. Derartige Lösungen stehen wegen mangelndem Automatismus und mangelnder Einfachheit der hier vorgeschlagenen erheblich nach.It is known to use a complicated gear and control organs to combine direct mechanical supercharger drive with an exhaust gas turbine drive in such a way that that they influence and complement each other, with the turbine also excess Can deliver power to the output shaft. In such arrangements there is no differential drive provided for the loader, but it is a complicated differential control device designed to control the speed of the direct drive loader. Such Solutions are available here because of a lack of automatism and simplicity proposed considerably after.

Es ist ferner vom gleichen Erfinder vorgeschlagen worden, bei mechanischem Antrieb des Aufladegebläses über Verteilergetriebe eine Abgasturbine allein (ohne Lader) vorzusehen und direkt mechanisch auf die Nutzleistungswelle wirken zu lassen. Diese Anordnung ist mehr für relativ große Maschinen geeignet. Sie bietet den Vorteil sehr hoher Anfahrmomente, erlaubt aber nicht, den mechanischen Laderantrieb durch den Abgasturbinenantrieb zu unterstützen oder gar automatisch abzulösen.It has also been proposed by the same inventor for mechanical Drive of the supercharger an exhaust turbine via transfer case To be provided alone (without charger) and directly mechanically on the power shaft let it work. This arrangement is more suitable for relatively large machines. It offers the advantage of very high starting torques, but does not allow the mechanical To support the loader drive through the exhaust gas turbine drive or even automatically to replace.

Eine bekannte Anordnung, bei der Abgasturbine und Aufladegebläse über ein Differentialgetriebe direkt mit der Maschinenwelle vereinigt sind, ähnelt der erfindungsgemäßen durch die Verkoppelung der Laderantriebe im Differentialgetriebe, aber sie unterscheidet sich von ihr grundlegend im restlichen Schema sowie im Zweck und in der Wirkung. Das restliche Schema ist insofern verschieden, als nicht zwei Differentialgetriebe vorhanden sind, die aber gerade - in der hier angegebenen Verkoppelung -für ras Arbeiten im Sinne der Erfindung unerläßlich sind. Der Zweck ist ein anderer, da gerade der Hauptzweck vorliegender Erfindung, die allmähliche, automatische Ablösung des mechanischen Antriebs, weder angestrebt noch erhalten wird. Die Wirkung endlich ist verschieden, weil ein Rückwärtsdrehen der Turbine und Leistungsverluste in Kauf genommen werden und weil durch das leistungsteilende Hauptverteilergetriebe in vorliegender Erfindung eine völlig andere Drehmomentkennung erhalten wird.A well-known arrangement in which the exhaust turbine and supercharger are over a differential gear are directly united with the machine shaft, is similar to the according to the invention by coupling the loader drives in the differential gear, but it differs from it fundamentally in the remainder of the scheme as well as in the purpose and in effect. The rest of the scheme is different in that it is not two Differential gears are present, but they are straight - in the coupling specified here -are indispensable for ras work within the meaning of the invention. The purpose is different since the main purpose of the present invention is the gradual, automatic replacement of the mechanical drive, is neither sought nor maintained. The effect finally is different, because a backward rotation of the turbine and power losses are in purchase are taken and because through the power-sharing main transfer case in the present Invention a completely different torque characteristic is obtained.

Auch das Anbringen eines Freilaufs derart, daß in einer solchen Anordnung das Differentialgetriebe erst zu einem solchen wird, wenn die Turbine anfängt zu arbeiten, beweist nur die erfinderischen Anstrengungen, die auf ,diesem Gebiet gemacht wurden, ändert aber nichts an der grundsätzlichen Verschiedenheit mit dem System vorliegender Erfindung. Auch eine solche Anordnung erlaubt weder den mechanischen Laderantrieb stetig abzulösen, bis Turbinenleistung an die Nutzleistungswelle abgegeben wird, noch gibt sie in Kombination mit einer solchen Wirkung die charakteristische, automatisch steil nach unteren Drehzahlen ansteigende Drehmomentkennung vorliegender Erfindung.Also the attachment of a freewheel in such a way that in such an arrangement the differential only becomes one when the turbine starts to open work only proves the inventive effort that has been made in this field but does not change the fundamental difference with the system of the present invention. Such an arrangement also allows neither the mechanical To steadily replace the charger drive until the turbine power is transferred to the useful power shaft is, nor in combination with such an effect does it give the characteristic, automatically increasing torque characteristic after lower speeds Invention.

Hydrodynamische Differentialgetriebe der hier als Varlantenausführung für das kleine Differentialgetriebe vorgeschlagenen Art sind an sich bekannt, wie bereits vermerkt, aber nicht in der besonderen Anordnung, die hier beschrieben wird, besonders nicht zum Antrieb eines schnellaufenden Laders mittels zweier verschiedener Antriebe. Die gleichzeitige Verwendung eines solchen Getriebes als kraftschlüssige Trennkupplung zwischen Maschinen= und Nutzleistungswelle mittels eines an sich bekannten Organs zum Füllen und Leeren ist ebenfalls neu. Der gegenüber dem Bekannten durch die neue Anordnung erzielte Fortschritt ergibt sich aus den vorstehenden Darlegungen von selbst.Hydrodynamic differential gear here as a variant design for the small differential gear proposed type are known per se, such as already noted, but not in the particular arrangement described here, especially not to drive a high-speed loader using two different ones Drives. The simultaneous use of such a transmission as a non-positive Separating clutch between machine = and power shaft by means of a known one Organs for filling and emptying is also new. The one through to the acquaintance the progress achieved by the new arrangement is evident from the foregoing by itself.

Die Erfindung ist in den Figuren erläutert.The invention is illustrated in the figures.

F i g. 1 stellt eine beispielsweise Ausführung dar, bei der ein Differentialreibrädertrieb als Additionsgetriebe dient. Er ist zwischen die sehr rasch umlaufende Abgasturbinenwelle und die ebenfalls hochtourige Zentrifugalladerwelle geschaltet; F i g. 2 zeigt ein Differentialzahnradgetriebe als Additionsgetriebe. Es ist so angeordnet, daß eine seiner drei Wellen die mittelschnell drehende Welle eines Aufladeverdrängergebläses direkt antreibt, während eine andere über ein Untersetzungsgetriebe von der Abgasturbine angetrieben wird und die dritte direkt an den freien Abtrieb des Verteilergetriebes angeschlossen ist; F i g. 3 zeigt einen kleinen hydraulischen Drehmomentwandler als Additionsgetriebe. Er ist direkt zwischen hochtourige Abgasturbinenwelle, mittelschnell laufende Verdrängerladerwelle und freien Abtrieb des Verteilergetriebes eingeschaltet.F i g. 1 shows an example of an embodiment in which a differential friction gear train is used serves as an addition gear. It is between the very rapidly rotating exhaust gas turbine shaft and the high-speed centrifugal charger shaft switched; F i g. 2 shows a Differential gear as an addition gear. It is arranged so that one its three shafts the medium-speed rotating shaft of a supercharger blower drives directly, while another drives from the exhaust gas turbine via a reduction gear is driven and the third directly to the free output of the transfer case connected; F i g. 3 shows a small hydraulic torque converter as an addition gear. It is right between the high-speed exhaust turbine shaft, medium-speed running displacement charger shaft and free output of the transfer case switched on.

In F i g. 1 ist M der Motor mit der Einlaßluftleitung 9 und der Abgasleitung B. Er treibt in bekannter Weise das Verteilergetriebe 2, aus dem einerseits die Leistungsabgabewelle 11 heraustritt. Anderseits tritt aus dem Verteilergetriebe über Zahnräder 3 a und 3 b der freie Abtrieb 3 heraus. Dieser freie Abtrieb würde in der normalen Ausführung solcher Motoren direkt das Aufladegebläse antreiben. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung treibt er die Satelliten 4 des Additionsgetriebes 7 an. Dieses Organ besteht in F i g. 1 aus einem Reibraddiffferentialgetriebe. Das Sonnenrad 10 b dieses Getriebes treibt das Schleudergebläse G an, und das Sonnenrad 10 a wird von der Abgasturbine 5 angetrieben. Diese oder das Sonnenrad 10a enthalten erfindungsgemäß eine nicht gezeichnete Rücklaufsperre, z. B. in üblicher Freilaufkonstruktion, so daß sie nicht im Gegensinn drehen können.In Fig. 1, M is the engine with the inlet air line 9 and the exhaust line B. In a known manner, it drives the transfer case 2, from which the power output shaft 11 emerges on the one hand. On the other hand, the free output 3 emerges from the transfer case via gears 3 a and 3 b. This free output would drive the supercharger directly in the normal design of such engines. In the arrangement according to the invention, it drives the satellites 4 of the addition gear 7. This body consists of FIG. 1 from a friction add differential gear. The sun gear 10 b of this transmission drives the centrifugal fan G , and the sun gear 10 a is driven by the exhaust gas turbine 5. According to the invention, this or the sun gear 10a contain a non-illustrated backstop, e.g. B. in the usual freewheel design so that they can not turn in the opposite direction.

Die Anordnung arbeitet wie folgt: Der Abtrieb 3 versucht sowohl die Turbine 5 als das Gebläse 6 im selben Sinn anzutreiben. Die Rücklaufsperre im Turbinenabtrieb verhindert aber eine Drehung der Turbine in diesem Sinne (der für sie Gegensinn ist), so daß nur das Gebläse angetrieben wird. Es wird mit verdoppelter Geschwindigkeit angetrieben, da die Satelliten sich ebenfalls drehen.The arrangement works as follows: The output 3 tries both the Turbine 5 to drive as the fan 6 in the same sense. The backstop in the turbine output but prevents a rotation of the turbine in this sense (the opposite direction for them is) so that only the fan is driven. It gets doubled in speed powered as the satellites rotate too.

Sobald die Abgase die Turbine beaufschlagen, treiben sie die Turbine in deren richtigem Sinne an, also im Gegensinn zum Gebläse. Infolge der Zwischenwirkung der Satelliten ruft diese gegensinnige Drehung des Turbinenläufers ein Bestreben hervor, das Gebläse noch schneller anzutreiben und anderseits die Drehzahldes Abtriebs 3 herunterzudrücken. Wenn die Abgasmenge genügend groß geworden ist, treibt die Turbine ganz allein das Gebläse an, und der Abtrieb 3 steht still. Die Turbine löst so automatisch den mechanischen Laderantrieb 3 ab.As soon as the exhaust gases hit the turbine, they drive the turbine in their correct sense, i.e. in the opposite direction to the blower. As a result of the intermediate effect the satellite calls this reverse rotation of the turbine runner an endeavor to drive the fan even faster and on the other hand the speed of the output 3 push down. When the amount of exhaust gas has become large enough, it drives The turbine turns on the fan all by itself, and the output 3 is at a standstill. The turbine loosens so automatically the mechanical loader drive 3.

Wenn über die notwendige, vorausbestimmbare Menge hinaus Abgase zur Verfügung stehen, dann beginnt die Abgasturbine den Abtrieb 3 im Gegensinn anzutreiben. Das bedeutet, daß die Turbine nunmehr Energie an das Verteilergetriebe zurückgibt und die Leistungsabgabewelle 11 zusätzlich zum Motor antreibt. In diesem Augenblick wird das Additionsgetriebe 7 ein Verteilergetriebe, und das Vertellergetriebe 2 wird ein Additionsgetriebe.If exhaust gases are exceeded in excess of the necessary, predictable amount Are available, then the exhaust turbine begins to drive the output 3 in the opposite direction. This means that the turbine is now returning energy to the transfer case and drives the output shaft 11 in addition to the engine. At this moment the addition gear 7 becomes a transfer case and the distributor gear 2 becomes an addition gear.

In der geschilderten Weise gibt die Turbine ihre überschußleistung im automatischen Übergang an die Leistungsverbrauchsstelle ab.The turbine gives its excess output in the manner described in the automatic transition to the power consumption point.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsart. Die Abgasturbine 5 ist hier zusammengeschaltet mit einem Verdrängerverdichter 6. Das Additionsgetriebe besteht aus einem Kegelzahnraddifferentialgetriebe 7, welches sich an der Stelle des Stirnrades 3 b in Fig. 1 befindet. Da Verdrängerverdichter wesentlich langsamer drehen als Zentrifugalverdichter, kann hier ein Zahnraddifferentialgetriebe verwendet werden. Um nun aber die hohe Drehzahl der Turbine zu erreichen, ist ein Untersetzungsgetriebe 12 (Untersetzungsverhältnis etwa 1: $) zwischen Turbine 5 und Sonnenrad 10a angeordnet. Die Anordnung der F i g. 2 funktioniert genauso wie diejenige der F i g. 1.F i g. 2 shows another embodiment. The exhaust gas turbine 5 is interconnected here with a displacement compressor 6. The addition gear consists of a bevel gear differential gear 7, which is located at the point of the spur gear 3 b in FIG. Since positive displacement compressors rotate much slower than centrifugal compressors, a gear differential can be used here. In order to achieve the high speed of the turbine, however, a reduction gear 12 (reduction ratio approximately 1: $) is arranged between the turbine 5 and the sun gear 10a. The arrangement of the F i g. 2 works in the same way as that of FIG. 1.

F i g. 3 zeigt eine weitere beispielsweise Ausführung, die leicht verwirklicht werden kann, da sie sehr einfach und ohne schwierige mechanische Probleme ist.F i g. 3 shows another exemplary embodiment that is easy can be realized as it is very simple and without difficult mechanical problems is.

Hier ist die mechanische Ankupplung des hochtourigen Turbinenschaftes durch eine hydraulische Ankupplung ersetzt, so daß alle Schwierigkeiten von dieser Seite wegfallen.Here is the mechanical coupling of the high-speed turbine shaft replaced by a hydraulic coupling, so that all the difficulties of this Page drop out.

Die Funktion des Additionsgetriebes wird hier übernommen durch ein hydraulisches Differentialgetriebe 7, das nach Art eines hydraulischen Föttingerdrehmomentwandlers gebaut ist, aber drei freie Wellen besitzt. Das Zahnrad 3 a, welches den freien Abtrieb des Verteilergetriebes bildet, treibt die Außenumfangsglocke 4 des Drehmomentwandlers 7. Die Abgasturbine 5 treibt den kleinen zentralen Läufer 10 a an. Der größere zentrale Läufer 10 b treibt das Verdrängergebläse 6 an.The function of the addition gear is assumed here by a hydraulic differential gear 7, which is built in the manner of a hydraulic Föttinger torque converter, but has three free shafts. The gear 3 a, which forms the free output of the transfer case, drives the outer circumferential bell 4 of the torque converter 7. The exhaust gas turbine 5 drives the small central rotor 10 a . The larger central rotor 10 b drives the displacement fan 6.

Diese Ausführungsart arbeitet ähnlich wie die mechanischen Additionsgetriebe der F i g. 1 und 2. Sie erlaubt zudem eine weitere Vereinfachung. In früheren Patentanmeldungen ist vorgeschlagen worden, die gewöhnliche klassische Motorhauptkupplung durch eine kleine hydraulische Kupplung im differentialgetriebenen Laderantriebsstrang zu ersetzen, z. B. durch .eine hydraulische Kupplung an der Stelle des eben beschriebenen hydraulischen D.rehmomentwandlers 7. Die Ein- und. Auskupplung des Motors erfolgt dabei in an sich bekannter Weise durch Füllen bzw. Entleeren einer solchen kleinen hydraulischen Kupplung. Es wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Föttingerwandler 7 mit dieser Kupplungsfunktion zusätzlich auszustatten und dergestalt mit ihm auch noch die klassische Hauptkupplung zu ersetzen. Um dies zu erreichen, ist es nur notwendig, .die Möglichkeit vorzusehen, daß der Föttingerwandler 7 beim »Einkuppeln« gefüllt und beim »Auskuppeln« geleert wird. Die Einzelheiten dieser von Hand oder automatisch erfolgenden Operation sind jedem Fachmann bekannt.This type of construction works in a similar way to the mechanical addition gears the F i g. 1 and 2. It also allows a further simplification. In previous patent applications has been proposed to replace the ordinary classic engine master clutch by a to replace the small hydraulic clutch in the differential-driven loader drive train, z. B. by .a hydraulic clutch in place of the hydraulic clutch just described D. torque converter 7. The inputs and. The motor is disengaged in on known way by filling or emptying such a small hydraulic Coupling. It is now proposed according to the invention, the Föttinger converter 7 with to equip this coupling function additionally and in this way also with it to replace the classic main clutch. To achieve this it is only necessary .to provide the possibility that the Föttinger converter 7 is filled when "coupling" and emptied when "disengaging". The details of this by hand or automatically operation taking place are known to any person skilled in the art.

Claims

Claims: 1. Supercharged internal combustion engine with a supercharging system with two drives that act on a single fan and one of them exhaust gas driven and the other mechanically driven, the latter being the second Represents the output branch of a transfer case driven by the machine shaft, whose first output branch dissipates the useful power, according to patent 1170193, thereby gekennz-eichn e t that the mechanical drive (3 a) and the exhaust-gas driven drive (10a) together with a shaft drive (10b) acting on the fan in itself known way via a differential gear acting as an addition or (and) transfer case (7) are united.

2. Supercharged internal combustion engine according to claim 1, characterized in that that in a manner known per se a reverse rotation lock in the ab-P or s-driven Ant -drive provided C is.

3. Supercharged internal combustion engine according to claim 1, characterized characterized in that the differential gear unit (7) which unites the fan drives in a manner known per se from a hydrodynamic transmission of the Föttinger type with at least three wheels.

4. Supercharged internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the fan drives uniting the Föttinger gear in a manner known per se with an organ for filling and emptying during operation Is provided. Publications considered: German Patent Specifications No. 665 583, 705 746, 743 060, 759101, 902103.