DE3602543A1 - Abgasturbolader mit dynamischen ladeverhalten - Google Patents
Abgasturbolader mit dynamischen ladeverhaltenInfo
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Description
Die bekannten Vorzüge und Vorteile von Ladeeinrich
tungen, wie z. B. die damit erzielbaren Leistungs
steigerungen, niedrigere spezifische Kraftstoffver
bräuche, intensivierte Gemischbildung mit folglich
günstigeren Abgas-Emissionswerten, bewirkten beson
ders in jüngster Zeit einen verstärkten Einsatz
solcher Geräte. Neben untergeordneten Druckwellen
ladeeinrichtungen haben sich verschiedene andere be
kannte Verdichter eingeführt, die wiederum unter
schiedlich, mechanisch oder mittels einer Abgastur
bine, angetrieben werden. Als populärste Laderkon
zeption hat sich bekanterweise der Turbolader einge
führt, vor allem deshalb, weil die Antriebsenergie
vom Verbrennungsmotor quasi gratis geliefert wird.
Nachteil beim Turbolader ist ein relativ träges An
sprechen. Da ein Leistungsgleichgewicht zwischen
Verdichter- und Abgasturbinenleistung besteht, wird
bei Änderung des Betriebszustandes (z. B. beim Be
schleunigen) zum "Anpassen" der neuen Verhältnisse
eine gewisse Zeit erforderlich (Turboloch). Auch
wird im oberen Motorleistungsbereich und besonders
bei hohen Drehzahlen die im Abgas enthaltene Energie
nicht voll ausgenutzt. Ferner ist bei zwangsläufig
starrer Beschaufelung der Turbomaschinen im unteren
Drehzahlbereich das Leistungsangebot unzureichend
- abgesehen davon, daß der Energieinhalt im Abgas
im unteren Drehzahl- und Leistungsbereich für eine
gleichmäßige, konsante Ladeleistung nicht oder zu
mindest nur beschränkt ausreicht. Neueste Entwick
lungstendenzen zielen dahin, mittels verstellbarer,
d. h. variabler Turbinengeometrie die Betriebseigen
schaften (Wirkungsgrade) besonders für die kritischen
Betriebsbereiche zu verbessern. Damit kann zwar die
Ladeaktivität in den unteren Betriebsbereichen ver
bessert werden, doch findet dieses Bestreben im be
schränkten Leistungsangebot des Abgases in unteren
Betriebsbereichen auch seine Grenzen. Unverändert
bleibt durch solche Maßnahmen natürlich das ungenutzte
Überangebot von Restenergie im Abgas in oberen Be
triebsbereichen.
Mit mechanisch angetriebenen Verdichtern (beliebiger
Ausführungen) kann zwar für alle Betriebszustände
eine ausreichende Ladeleistung sichergestellt werden,
doch ist nachteiligerweise die Antriebsleistung zusätz
lich aufzubringen, bzw. der Motornutzleistung abzuzwei
gen. Die im Motorabgas enthaltene Restenergie bleibt
somit ungenutzt.
Bei als Verdrängermaschinen ausgebildeten Verdichtern
ist bei starrer Koppelung des Antriebsstranges mit dem
Motor eine weitgehend gleichmäßige volumetrische Fül
lung für das Drehzahl-Betriebsspektrum zu erzielen.
Doch bedarf es besonderer Anforderungen, um z. B.
leistungsabhängige Ladebedingungen oder erhöhte Lade
aktivitäten beim Beschleunigen zu schaffen, und somit abermals verlustbehafteter
oder aufwendiger Maßnahmen. So erfordert bei konstant
(volumetrisch) fördernden Ladern die Sicherstellung von
Ladeleistungsreserven für besondere Vorgänge und Be
triebszustände eine Überdimensionierung des Verdichters,
dessen Überschuß verlustbehaftet und im Normalfalle unge
nutzt bleibt.
Aufgabe und Zweck vorliegender Erfindung ist die
Schaffung einer Ladeeinrichtung
- - deren Antriebsenergie weitgehend aus der im Motor abgas enthaltenen Energie entnommen wird,
- - mit einer Einrichtung überschüssige Energie im Abgas anderweitig genutzt bzw. anderweitigen Aufgaben zugeführt wird,
- - mit der für Beschleunigungsvorgänge kurzfristig erforderliche, besonders Ladeaktivitäten ermög licht werden, insbesondere in Betriebszuständen mit geringen Abgasenergieinhalten.
Die Lösung wird durch die in den Beschreibungen und
Ansprüchen aufgeführten Merkmale bewirkt und er
möglicht.
Die pauschalen Vorteile vorliegender Erfindung
liegen in der Behebung oder Umgebung vorgenannter
Mängel des derzeitigen Standes dieser Technik,
einzelne ausführungsspezifische Vorteile sind in
den Beschreibungen vermerkt.
Fig. 1 Abgasturbinen-Verdichterkombination mit
dazwischen angeordnetem stufenlosen
Kegelscheibenumschlingungsgetriebe.
Fig. 2 Abgasturbine-Turboverdichterkombination,
gekopelt über ein Überlagerungsgetriebe
mit Leistungsverzweigung, dessen dritter
Kraftpfad mit einer als Motor oder Genera
tor betreibbaren Elektromaschine verbunden
ist, über die Energie abgeführt oder einge
speist werden kann.
Fig. 3 Abgasturbinen-Verdichterkombination, gekoppelt
über ein Überlagerungsgetriebe mit Leistungs
verzweigung, dessen dritter Kraftpfad mit
einem stufenlosen Getriebe in Verbindung
steht, über welches an oder von der Motor
welle Energie ab- oder zugeführt werden kann.
Fig. 4 Abgasturbinen-Verdichterkombination mit einer
aus Elektromaschinen bestehenden Übertragungs
einrichtung, über die ferner sowohl Energie
entnommen als auch zugeführt werden kann.
Fig. 5 Abgasturbinen-Verdichterkombination mit einer
als Planetengetriebe ausgebildeten Koppelungs
einrichtung mit variierbarem Übertragungsver
halten, in welche eine Elektromagnet-Schlupf
kupplung integriert ist, deren Schlupf das
Übertragungsverhältnis bestimmt.
Abgasturbine 1 und Verdichter 3 sind über eine in
ihrem Übersetzungsverhältnis variablen veränderbaren
Übertragungseinrichtung 2 gekoppelt, welche vorzugs
weise aus einem stufenlosen mechanischen Getriebe 2 be
steht. Die Summe der Schwungmassen des Turbinenrades
4 und einer Zusatzmasse 5, die bevorzugt durch
Verstärkung herkömmlicher Turbinenläufer ausgeführt
ist, ist mindestens so groß, daß deren Energiein
halt auch im untersten Betriebsdrehzahlbereich aus
reicht, den Verdichter 3 durch entsprechendes
Verändern der Übersetzung der Übertragungseinrich
tung 2 auf jedes beliebige Drehzahlniveau inner
halb eines Betriebsdrehzahlspektrums zu beschleu
nigen. Die Kegelscheiben 6 und 7, des Umschling
ungsgetriebes 2 sind zur Reduktion der überlicherweise
hochtourigen Turbinendrehzahlen turbinenseitig als
drehzahlreduzierende, und verdichterseitig als dreh
zahlsteigernde Planetengetriebe 8, 10 und 9, 11
ausgebildt. Dabei tragen die Kegelreibscheiben
6 und 7 die äußeren und die Turbinen- und Ver
dichterwellen die inneren Sonnenräder 10 und 11,
welche über die raumfestgelagerten Planetenräder
8 und 9 miteinander im Zahneingriff stehen.
Die Übersetzungsänderung der Übertragungseinrich
tung 2 erfolgt in bekannterweise durch axiales
Verschieben der Wegscheiben 12 und 13, wobei
deren Halte- und Verstellaktivität von einer Steuer- und
Regeleinrichtung 14 bewirkt wird. Diese besteht
aus einer hydraulisch oder pneumatisch über die
Verbindung 15 auf den Druckzylinder 20 eines
Scheibensatzes einwirkenden Druckregeleinrichtung,
welche vom Ladedruck gesteuert, bzw. von diesen reguliert
durch einen Membrankolben 17 aktiviert wird.
Als Anpreß- oder Verstelldruck bzw. -Medium kann das
Motorabgas über Verbindung 21 dienen, oder eine Ser
vohydraulik.
Die wesentlichen Funktionsabläufe und Merkmale
sind:
Im stationären Betriebszustand wird wie herkömm
liche die Turbinendrehzahl durch das Leistungsgleich
gewicht zwischen Turbine 1 und Verdichter 3 be
stimmt, wobei bereits ein idealer bzw. vorbestimmter
Ladedruck eingehalten werden kann. Dieser wird durch
die Vorwahleinrichtung 19 bestimmt. Natürlich be
trifft die den Betriebsbereich mit Turbinenleistungs
überschuß; der Arbeitsbereich ist drehzahlmäßig nach
unten begrenzt. Innerhalb dieses Arbeitsbereiches
kann aber je nach Auslegung der Regel- und Steuerein
richtung 14 ein konstanter Ladedruck oder auch ein
vorbestimmtes Ladedruckverhältnis erzielt werden.
Bei dynamischen Betriebsweisen, d. h. während Vor
wahlstadien und Beschleunigungsvorgängen am aufzu
ladenden Motor, während die Turbine die angestrebte
Verdichterleistung noch nicht zu liefern vermag,
wird die kinetische Energie des Turbinenläufers für
die Beschleunigung des Verdichters herangezogen.
Die zwar dadurch reduzierte Turbinendrehzahl wird
dann nach Erreichen der neuen erhöhten Motordrehzahl,
d. h. bei erhöhtem Abgasenergieinhalt durch die da
bei ohnehin bzw. herkömmlicherweise vorhandenen
Abgasüberschuß wieder gedeckt bzw. der "Speicher"
wieder nachgeladen. Andererseits kann davon ausge
gangen werden, daß meist - zumindest bei zügiger
Fahrweise - vor jedem Niedrigdrehzahl-Betriebszu
stand ein Verzögerungsvorgang voranging, während
dem in umgekehrter Weise kinetische Energie vom
Verdichter 3 und Übertragungsgetriebe 2 in
die Turbinenbasis 4, 5 transportiert wurde.
Um in unteren Betriebsdrehzahlbereichen zu vermei
den, daß die "Pumpgrenze" des Verdichters 3 er
reicht oder unterschritten und somit die Turbine
1 leistungsmäßig "abgewürgt" wird, kann es vor
teilhaft sein, eine nicht dargestellte Vorrang
schaltung für statische Betriebsverhältnisse an
zuordnen, die das Nachregeln der Verdichterlei
stung unterhalb einer Minimalturbinendrehzahl oder
Minimalturbinenleistungsgrenze (Abgasdruck) außer
Betrieb setzt. Dies ist den angestrebten Vorteilen
nicht abträglich, da einerseits im statischen
Niedrigdrehzahlbereich sowieso keine Ladeleistung
angestrebt wird, andererseits das dynamische Ver
halten nicht betroffen ist, außerdem noch vorteil
hafterweise dadurch der Abgasenergie Speicherauf
gaben vorbehalten bleibt.
Die Vorteile vorliegenden Erfindungsgedankens und
der Ausführungsmerkmale sind somit:
- - Sicherstellung voller bzw. erhöhter Ladeleistung bei jeglichen dynamischen Betriebszuständen;
- - ökonomisch günstige Verwertung der Abgasenergie auch im untersten Drehzahlbereich durch Speicherung kin. Energie;
- - beliebig anpaßbare Energietransfer zwischen Turbine und Verdichter;
- - aufwendige Zusatzantriebe, wie z. B. bei mechanisch
angetriebenen Ladern, entfallen:
- - guter Wirkungsgrad der in der Übersetzung verän derbaren Übertragungseinrichtung bei Anordnung von Kegelscheibenumschlingungsgetrieben;
- - Integration der Planetengetriebe in Reibscheiben der Kegelscheibenumschlingungsgetriebe stellt konstruktiv vorteilhafte Lösung dar.
Die Abgasturbine 30 weist durch Vergrößern ihrer
rotierenden Massen gegenüber dem üblichen, oder
bzw. und durch eine Zusatzmasse 31 eine relativ
große Gesamtschwungmasse in mindestens der Größe
auf, daß ihr Energieinhalt in allen möglichen
Betriebszuständen ausreicht, dem Verdichter 32
innerhalb seines Arbeitsbereiches auf jede belie
bige Betriebsdrehzahl zu beschleunigen. Die Über
tragung erfolgt über ein Überlagerungs- und Lei
stungsverzweiggetriebe 33, welches bevorzugt
als Planetengetriebe ausgeführt ist. Solche Ge
triebe sind in der Technik in vielfältigen Ausfüh
rungen bekannt. Ein dritter, durch seine Drehge
schwindigkeit das Übersetzungsverhältnis der Basen 34 und
36 beeinflussender Kraftpfad 16 ist mit einer
Elektromaschine 37 verbunden, welche sowohl als
Generator als auch als Motor betrieben werden kann.
Vorteilhaft kann auch noch eine Blockiereinrichtung
38 sein, zum "Blockieren" des Kraftpfades 36.
Die Auslegung und Abstimmung des Überlagerungsge
triebes 33 ist bevorzugt derart, daß in dem Be
triebsdrehzahlbereich der Turbine 30 in dem ge
gegenüber dem Verdichter 32 Leistungsüberschuß vor
liegt, an den Kraftpfad 36 Leistung abgegeben
wird, während in niederen Betriebsdrehzahl- bzw.
Leistungsbereichen der Turbine 1, in denen
die erforderliche Ladeleistung unterschritten
wird, Zusatzantriebsleistung über den Kraftpfad 36
eingespeist wird. Die Elektromaschine 37 wird in
diesen konträren Arbeitsweisen jeweils als Genera
tor oder als Motor betrieben. Ersterenfalls kann
damit bei Abgasenergieüberschuß Strom in das Bord
netz abgegeben und auch gespeichert werden; zwei
terenfalls liefert das Bordnetz Energie für die
unteren Betriebsdrehzahlbereiche, so daß auch eine
ausreichende Motoraufladung unter solchen Betriebs
bedingungen ermöglicht wird. Für Betriebsbereiche
angenäherten Leistungsgleichgewichtes zwischen Tur
bine 30 und Verdichter 32 wird vorteilhafter
weise der Kraftpfad 36 mittels Blockiereinrich
tung 38 festgestellt, d. h. von jeglicher Lei
stungsaufnahme oder -abgabe entbunden.
Bei dynamischen Betriebszuständen, d. h. angestrebten spontanen
Änderungen der Verdichterdrehzahl wird durch er
höhtes Bremsen oder Treibens durch die Elektroma
schine 37 die gewollte Drehzahl- und somit auch Lei
stungsänderung an die Basis 35 erreicht. Durch
das Kraft-Waage-Funktionsprinzip des Übertragungs
getriebes 33 werden die Beschleunigungsenergien
für den Verdichter 33 sowohl aus der Elektroma
schine 37 als auch aus der Schwungmasse des Tur
binensystems 30, 31 gezogen. Einsatz und Inten
sität solcher Vorgänge werden bevorzugt durch eine
nicht dargestellte elektrische Steuer- und Regelein
richtung für die Organe 37, 38 bestimmt.
Außer dem Hauptvorteil, die Sicherstellung ausreichenden
Ladedruckes unter jeden beliebigen dynamischen Be
triebsbedingungen, weist vorliegende Konzeption
noch folgende Vorzüge auf:
- - Nutzung überschüssiger Abgasenergie im oberen Drehzahl- und Leistungsbereich des Motors;
- - Motor-Ladeleistungen auch in unteren Drehzahlbereichen in denen herkömmliche ATL wegen Unterschreitens der Pumpgrenze nicht mehr effektiv sind;
- - autark arbeitsfähige Turbinen-Verdichter-Getriebe- Elektromaschinen-Kombination ermöglicht kompakten und beliebigen Anbau an Motore (günstige Anbaube dingungen, ohne auf Antriebs-Anschlußbasen achten zu müssen).
Die Abgasturbine 30 mit ihrer erhöhten oder zusätz
lich angeordneten Schwungmasse 31 treibt über den
Eingangspfad 36 Energie in das Überlagerungsge
triebe 33. Die drehzahlmäßig voneinander abhäng
igen Ausgangspfade 37 und 38 stehen einerseits
mit Verdichter 32, andererseits mit dem stufenlo
sen Getriebe 39 in Verbindung. Letzteres ist durch
den Übertragungspfad 41 an die Motorwelle 41 des
Motors 42 gekoppelt. Ein bevorzugt als Planeten
getriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe 33
und Verstellgetriebe 39 sind in ihrer Drehzahl
auslegung bevorzugt so abgestimmt und geartet, daß
einerseits bei Unterschreiten einer angestrebten
oder vorgestimmten Ladeleistung durch die Abgastur
bine oder bei Beschleunigungsvorgängen spontan er
forderlichen Antriebsenergien für den Verdichter
32 über das Getriebe 39 (durch Verändern dessen
Übersetzung), aus der Motorwelle 41 gezogen
werden kann, zusätzlich zu der Energielieferung aus
Abgasturbine 30 und Schwungmasse 31.
Andererseits wird auch
damit die Möglichkeit geschaffen, überschüs
sige, durch den Verdichter 32 für Ladezwecke
nicht verwertbare, in der Abgasturbine anfallende
Restenergie des Abgases in umgekehrter Weise in den
Motortreibpfad zu transferieren. Hauptvorteile und
Merkmale dieser Lösung sind somit:
- - Möglichkeit der spontanen Leistungssteigerung des Verdichters für Beschleunigungsvorgänge,
- - überschüssige Energien aus dem Motorabgas auszu nutzen;
- - Sicherstellung ausreichender Ladeleistung in nie drigen Betriebsdrehzahlbereichen.
Vorliegende Konzeption ist besonders für den Einsatz
in Nutzfahrzeugen vorteilhaft.
Die Abgasturbine 30 mit einer erhöhten oder zu
sätzlichen Schwungmasse 31 steht über eine Elek
tromaschinenkombination 43 mit dem Verdichter
32 in Verbindung. Sie besteht turbinenseitig
aus einem Generator 44 und verdichterseitig aus
einer sowohl als Motor oder Generator betreibbaren
Elektromaschine 45 sowie einer Kupplung 42.
Die in Einheit 43 zusammengefaßten Elemente
wird vorteilhafterweise auch als konstruktive
Baueinheit ausgeführt.
Im mittleren und oberen Betriebsdrehzahlbereich wird
die Turbine 31 entweder direkt mittels der Kupp
lung 42 mit dem Verdichter 32 oder über die
Elektromaschinen 44, 45 gekoppelt werden. Bei
überschüssiger Turbinenleistung kann Energie über
eine Steuer- und Regeleinrichtung 47 an ein
Bordnetz, z. B. eine Batterie 48, abgegeben
werden. Überschreitet der Leistungsbedarf des Ver
dichters 32 das Leistungsangebot der Turbine 30,
kann durch eine entsprechende Leistungssteuerung 47
bei spontanen Bedarf kinetische Energie aus der Masse 31 trans
formiert, über Generator 44 dem Motor 45 zuge
führt, oder bei längeren Betriebszuständen aus dem Bordnetz 48 elektrische Ener
gie dem Motor 45 zugeführt werden.
Der Vorteil dieser Laderantriebskonzeption besteht in:
- - der Nutzbarkeit überschüssiger Abgasenergie;
- - Bereitstellung von Ladeaktivität auch bei unzu reichender Abgasenergie und dynamischem Lade verhalten;
- - keine mechanischen aufwendigen Antriebspfade;
- - elegante Steuer- und Regelkonzeption.
Prinzipiell überträgt der Abgasturbinenläufer 50
die vom Abgas eingeleitete Drehenergie auf den im
gleichen Gehäuse 51 angeordneten Turboverdichter
läufer 52 über ein Planetengetriebe mit veränder
barem Übertragungsverhalten, in dem die Übersetzungs
änderung durch den Schlupf zwischen zwei als Kupp
lungsbasen ausgebildeten Sonnenrad- und Planeten
stegbasen bewirkt wird. Die Turbinenwelle 53 ist
verdrehfest mit dem als Zusatzschwungmasse dienen
den scheibenförmigen Planetenstegträger 54 verbunden.
In diesem gelagert sind untereinander verdrehfeste
Planetenräder 55, 56, welche einerseits mit der
als inneres Sonnenrad wirkenden Verzahnung 57 einer
auf Welle 52 drehbar gelagerten Rotorscheibe 58,
andererseits mit der als äußeres Sonnenrad wirkenden
Verzahnung 59 einer verdichterrotorfesten Übertra
gungsglocke 60 im Eingriff stehen. In der Planeten
stegscheibe 54 sind Permanentmagnete mit ihren
axial angeordneten Polpaaren 61, 62 eingebettet.
Die Rotorscheibe 58 weist Aussparungen 63 auf.
Die zwischen diesen verbliebenen Stege 64 schließen
bei entsprechender Zuordnung zu den Polpaaren 61, 62
deren Magnetfeld und stellen somit einen Kraftschluß
zwischen der als inneres Sonnenrad wirkenden Rotorschei
be 58 und dem als Planetensteg wirkenden Scheibe
54 her. Angrenzend befindet sich ein raumfester,
ringförmiger Elektromagnet 65 mit seinen Polpaaren
66, 67. Bei Aktivierung der Spule 69 und Aufbau
eines den Polpaaren 61, 62 entgegenwirkenden Mag
netfeldes an den Polpaaren 66, 67 wird zum einen
der magnetische Kraftschluß zwischen den Scheiben
64, 58 gemindert, zum anderen durch Ausbildung
von Wirbelströmen ein magnetischer Kraftschluß zwi
schen der Rotorscheibe 58 und dem stehenden Mag
neten 65 aufgebaut. Mit der Erregungsintensität
des Elektromagneten 65 kann somit eine Relativbe
wegung zwischen dem Planetensteg 54 und dem inneren
Sonnenrad 57 dosiert, und somit das Übersetzungs
verhältnis zwischen Abgasturbine 50 und Verdichter
52 variiert werden.
Im Normalfalle, d. h. im stationären Betriebszustand,
oder bei nur langsamen Motordrehzahlvariationen bleibt
die Spule 65 inaktiv; Planetensteg 54, inneres
Sonnenrad 57/58 bzw. Rotorscheibe 64 und äußeres
Planetenrad 59 bzw. Übertragungsglock 60 drehen
synchron und somit auch Abgasturbine 50 und Ver
dichter 52.
Bei dynamischen Betriebszuständen (beim Motorbe
schleunigen) kann durch Abbremsen der Rotorscheibe
(inneres Sonnenrad) auf vorbeschriebener Weise
der Verdichter beschleunigt und somit die Ladetä
tigkeit aktiviert werden. Die Beschleunigungsenergie
wird aus der kinetischen Energie der Turbinenschwung
masse gezogen. Dadurch bedingte Drehzahleinbußen
werden anschließend durch den Abgasenergieüberschuß,
der in dem oberen Drehzahlgebiet herrscht, wieder
ausgeglichen.
Wegen der berührungsfreien Übertragung treten mini
male konstante Verluste auf. Vorliegende maßstäbliche Planeten,
getriebe-Auslegung verursacht auch während der Be
schleunigungsphase am Lader, der Schlupfphase an der
Kupplung relativ geringe Schlupfarbeit und somit geringe
Verluste gegenüber anderen möglichen funktionell
ähnlichen Konzeptionen.
Durch die relativ einfache und kompakte Ausführungs
weise und -möglichkeit sowie ihrer unproblematischen
Steuerbarkeit stellt vorliegender Weg zur "Dynami
sierung" des Ladeverhaltens von Turboladern eine
ideale Lösung dar.
Claims (18)
1. Abgasturbolader, bevorzugt zum Aufladen von Brenn
kraftmaschinen für den Mobilantrieb, bestehend aus
einer von den Abgasen der Brennkraftmaschine ange
triebenen Turbine und einem Verdichter,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Turbinenrotor oder eine damit verbundene Dreh
basis eine das Übliche überschreitende Schwungmasse
aufweist, z. B. in Form einer erhöhten Eigenmasse
4, 30 oder einer Zusatzmasse 31, 66, 54, die
mindestens so groß ist, daß ihr Energieinhalt in
jedem vorkommenden Betriebszustand ausreicht, den
Verdichter aus jedem Betriebszustand, insbesondere
seines unteren Drehzahlbereiches, auf seine maxi
male Betriebsdrehzahl in einer vorbestimmten Zeit
zu beschleunigen, ferner zwischen Abgasturbine
und Verdichter eine in seiner Übersetzung stufen
los varrierbaren Übertragungseinrichtung 2, 33, 34 angeord
net ist.
2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß
die Übertragungseinrichtung zwischen Abgasturbine
1 und Lader 3 ein stufenloses Getriebe, bevor
zugt ein Kegelreibscheiben-Umschlingungsgetriebe
2 ist.
3. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß
die Übertragungseinrichtung zwischen Abgastur
bine 3 und 5 ein Überlagerungsgetriebe
33 , z. B. ein Planetengetriebe mit einem drit
ten Kraftpfad 36, 38, ist, welcher mit einer
in seiner Drehzahl variierbaren Kraft- oder Ar
beitsmaschine 37, 39 in Drehverbindung steht,
wobei das Überlagerungsgetriebe so geartet ist,
daß die Drehzahl des dritten Kraftpfades, z. B.
des Verbindungspfades 36, 38 die des zum Ver
dichter führenden Verbindungspfades 35, 37 in
einer vorbestimmten Weise beeinflußt.
4. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet ,daß
die Übertragungseinrichtung bzw. Koppelung zwischen
der Abgasturbine 3 mit ihrer erhöhten Schwung
masse 31 und dem Verdichter aus elektrischen
Maschinen 44, 45 mit veränderbarem Übertragungs
verhältnis besteht.
5. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß
die Abgasturbine 5 und der Verdichter 52 über
ein Planetengetriebe in Verbindung stehen, in bzw.
an welches eine Schlupfkupplung integriert und so
angeordnet ist, daß mindestens zwei Planetenge
triebebasen 57, 54 in ihrer Relativbewegung
zueinander vom Schlupf dieser Kupplung beeinflußt
werden und die Planetenauslegung derart ist, daß
durch diesen Schlupf das Übertragungsverhältnis
zwischen Abgasturbine 5 und Verdichter 52 verändert
wird.
6. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß
in oder an die Kegelreibscheiben 6, 7, des
Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 2 Planeten
getriebe integriert sind mit einer Auslegung der
art, daß turbinenseitig die Eingangsdrehzahl re
duziert und verdichterseitig die Ausgangsdreh
zahlen gesteigert werden.
7. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß
im dritten Kraftpfad 36 eines Überlagerungsge
triebes 33 eine Elektromaschine 37, die so
wohl als Generator als auch als Motor arbeiten
kann, angeordnet ist.
8. Abgasturbolader nach Anspruch 1, 3 und 7, dadurch
gekennzeichnet, daß
die Elektromaschine 37 eine Feststelleinrich
tung zum Arretieren ihre Rotors aufweist, oder
in diesem Kraftpfad 36 eine zusätzliche Fest
stellbremse angeordnet ist, welche auch direkt
im Überlagerungsgetriebe integriert sein kann.
9. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß
im dritten Kraftpfad 38 des Überlagerungsgetrie
bes 33 ein stufenloses Getriebe 39 angeordnet
ist, welches wiederum andererseits mit der Motor
welle 41 oder mit einer anderen Basis des Fahr
werkantriebes in Drehverbindung steht.
10. Abgasturbolader nach Anspruch 1, 3 und 9, dadurch
gekennzeichnet, daß
das Überlagerungsgetriebe 33 und das stufenlose
Getriebe 39 in einem einheitlichen Gehäuse zu
einer Baueinheit zusammengefaßt sind.
11. Abgasturbolader nach Anspruch 1, 9 und 10, dadurch
gekennzeichnet, daß
das Überlagerungsgetriebe 33 und das stufenlose
Getriebe 39 und ihre dazugehörigen Übertragungs
strecken in ihrer Auslegung so abgestimmt sind, daß durch Übersetzungsvaria
tionen des stufenlosen Getriebes 39 die Kraftfluß
richtung und -intensität im Kraftpfad 38 des stufen
losen Getriebes variiert werden kann.
12. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß
die elektrischen Maschinen 44, 45 in einem einheit
lichen Gehäuse 43 angeordnet bzw. als Baueinheit
ausgeführt sind und eine feste Koppeleinrichtung
42 aufweisen, ferner über eine zugeordnete Steuer-
und Regeleinrichtung 47 sowohl elektrische Energie
vom Generator 44 in ein Bordnetz abgeführt oder
von diesem dem Motor 45 zugeführt werden kann.
13. Abgasturbolader nach Anspruch 1, 4, 7, 9 und
dadurch gekennzeichnet, daß
den in ihrer Übersetzung oder in ihrer Energieüber
tragbarkeit veränderbaren Übertragungseinrichtungen
33, 37, 39, 43, 44, 45 Steuer- und Regeleinrich
tungen zugeordnet sind, die nach folgenden Funktionsmerk
malen arbeiten und die Übersetzung zwischen
Abgasturbine 30 und Verdichter 32 zweckent
sprechend verändern:
- a) bei Unterschreiten der Pumpgrenze des Verdich ters 32 oder bereits bei Annäherung an diese, infolge mangelndem Energieinhalt im Abgas nach einer vorbestimmten Weise Energie aus einem Bordnetz bzw. Bordkraftpfad über die Über tragungseinrichtungen 37, 39, 45 Energie zugeführt wird;
- b) bei Leistungsgleichgewicht zwischen Turbine 30 und Verdichter 32 und Vorliegen einer ange strebten Ladetätigkeit eine weitgehend syn chrone Koppelung zwischen Turbine und Verdichter hergestellt wird;
- c) bei Leistungsüberschuß von der Turbine 32 einem Bordnetz oder einem Bordkraftpfad Energie zugeführt wird;
- d) die vorgenannten Funktionen nach einem vorbe stimmten, von den momentanen Betriebsbedingungen abhängigen Programm ablaufen, so z. B., daß bei statischer Betriebsweise die unter a) angeführte Regeltendenz außer Funktion gesetzt wird, aber bei dynamisch ablaufenden Vorgängen, wie beim Motorbeschleunigen, voll zur Wirkung kommen.
14. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß
die Planetengetriebe-Kupplungskombination folgen
de konstruktive Merkmale aufweist:
- - die Abgasturbine 50 steht mit dem Planetensteg 54 in fester Verbindung;
- - der Verdichter 52 steht mit dem äußeren Sonnen rad 59 in fester Verbindung;
- - das innere Sonnenrad 57 ist an einer Kupplungs basis 58 angeordnet bzw. mit dieser verdrehfest welche mit einer planetenstegfesten Kupplungsbasis eine Schlupfkupplung bildet;
- - die mit dem inneren Sonnenrad 57 verdrehfeste Kupplungsbasis 58 steht in funktioneller Be ziehung mit einer weiteren, raumfesten bzw. statio nären Kupplungsbasis 65.
15. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß
die das Übersetzungsverhältnis zwischen Turbine 50
und Verdichter 52 bestimmende Schlupfkupplung
zwischen Planetensteg 54 und innerem Sonnenrad
57 als Permanentmagnetkupplung ausgebildet ist,
und deren Magnetfeld eine weitere magnetfelderzeu
gende Einrichtung, bevorzugt in Form eines Elektro
magneten 65, zugeordnet ist, in Ausführung und Anord
nung derart, daß der Kupplungskraftschluß in seiner
Intensität variiert werden kann.
16. Abgasturbolader, bevorzugt zum Aufladen von Brenn
kraftmaschinen für den Mobilantrieb, bestehend aus
einer von den Abgasen der Brennkraftmaschine ange
triebenen Turbine und einem damit gekoppelten Ver
dichter,
dadurch gekennzeichnet, daß
direkt auf oder an der Rotorbasis der Turbinen-Ver
dichterkombination eine sowohl als Generator als
auch als Motor betreibbare Elektromaschine ange
ordnet (verdrehfest) ist.
17. Abgasturbolader nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß
ein Turboläufer, bevorzugt der des Verdichters, als
Elektromaschinenrotor (Anker) ausgebildet bzw.
funktionell genutzt wird und das umschließende
oder angrenzende Gehäuse, mit entsprechenden Wick
lungen versehen, als Elektromaschinenstator ausge
bildet ist.
18. Abgasturbolader nach Anspruch 16 und 17, dadurch
gekennzeichnet, daß
der Elektromaschine eine Steuer- und Regeleinrich
tung zugeordnet ist, die Funktionsmerkmale von Anspruch
13 aufweist, und bei zunehmendem Ladebedürfnis
die Drehzahl durch Zuführung von Energie aus einem
Bordnetz bewirkt und bei Abgasenergieüberschuß
elektrische Energie an ein Bordnetz abgeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863602543 DE3602543A1 (de) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | Abgasturbolader mit dynamischen ladeverhalten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863602543 DE3602543A1 (de) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | Abgasturbolader mit dynamischen ladeverhalten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3602543A1 true DE3602543A1 (de) | 1987-10-01 |
Family
ID=6292814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863602543 Withdrawn DE3602543A1 (de) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | Abgasturbolader mit dynamischen ladeverhalten |
Country Status (1)
Country | Link |
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