DE3908286C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen aus mindestens einem Abgasturbolader, einer diesem nachgeschalteten Nutzturbine und einem Reduziergetriebe bestehenden Turbocompoundan­ trieb für eine Brennkraftmaschine gemäß den weiteren im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Ein Turbocompoundantrieb der gattungsgemäßen Bauart ist aus der DE-PS 9 62 764 bekannt. Hierbei ist die Abgas- und Nutzturbine als Axialturbine ausgebildet und seitlich ne­ ben den Zylindern in Motorlängsrichtung nacheinander an­ geordnet.

Diese Anordnung erfordert einen erheblichen Bauraum neben der Brennkraftmaschine. Außerdem werden durch die ge­ streckte Bauweise die Möglichkeiten zum Anbau von Neben­ aggregaten eingeschränkt, bzw. kann es notwendig sein, diese zu verlagern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bekannten Turbocompoundantrieb derart weiterzubilden, daß er unter Vermeidung die angegebenen Nachteile bei Brennkraftmaschinen mit zwei in V-form angeordneten Zylin­ derreihen platzsparend angeordnet werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß die Nutzturbine zwischen beiden Abgasturboladern angeord­ net werden kann. In Verbindung mit den beiden Abgasturbo­ ladern ergibt sich hieraus ein Turbocompoundantrieb, der zwischen beiden Zylinderreihen der Brennkraftmaschine und damit weitgehend symmetrisch zur Motorlängsachse angeord­ net ist. Außerdem wird hierdurch eine platzsparende Anord­ nung erzielt, da die zwischen den Abgasturbolader einge­ setzte Nutzturbine keinen zusätzlichen Bauraum beansprucht. Schließlich ist noch von Vorteil, daß aufgrund der symme­ trischen Anordnung des Turbocompoundantriebes die von bei­ den Zylinderreihen zu den Abgasturboladern abführenden Abgasleitungen etwa gleichlang ausgeführt werden können, so daß eine gleichmäßige Beaufschlagung der Abgasturbinen beibehalten wird.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 2 wird neben einer be­ sonders kompakten Bauweise des Turbocompoundantriebes er­ reicht, daß die Abgase aus beiden Abgasturbinen der Ab­ gasturbolader auf dem kürzesten Weg und damit ohne weitere Energieverluste in die Nutzturbine abgeleitet werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung gemäß den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4 ist es möglich, die Bauelemente des erfindungsgemäßen Turbocompoundantriebes unabhängig von der Brennkraftmaschine zu einer Baueinheit zusammenzufas­ sen, die später in der Endmontage der Brennkraftmaschine nur noch an der vorgesehenen Stelle des Maschinengehäuses angeflanscht werden muß. Hierdurch wird insgesamt eine rationelle Montage des Turbocompoundantriebes erreicht.

Um eine Übertragung der an der Nutzturbine anfallenden Nutzleistung mit bestmöglichem Wirkungsgrad auf die Kur­ belwelle zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn das Ge­ triebegehäuse des Reduziergetriebes unmittelbar am Kur­ belgehäuse oder an einem am Kurbelgehäuse angebauten Steuer­ gehäuse abgestützt ist. Jedoch kann in vorteilhafter Weise der an der Brennkraftmaschine betriebsnotwendige Rädertrieb zum Antrieb der Nockenwelle, bzw. anderer Nebenantriebe in die Übertragung der Nutzleistung mit eingeschaltet werden, wodurch das Reduziergetriebe mit einer geringeren Anzahl an Zahnradtrieben hergestellt werden kann. Besonders günstig ist es dabei, wenn das Reduziergetriebe mit dem Antriebszahnrad der Nockenwelle in Eingriff steht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit V-förmig ange­ ordneten Zylindern und dem erfindungsgemäßen Turbokompoundantrieb in der Draufsicht und

Fig. 2 die Brennkraftmaschine aus Fig. 1 in einer Ansicht von der Abtriebsseite her gesehen.

In den Figuren ist mit 1 eine Brennkraftmaschine bezeich­ net, die zwei V-förmig zueinander angeordnete Zylinder­ reihen 2 und 3 aufweist. Auf der Abtriebsseite der Brenn­ kraftmaschine 1 sind mit einem axialen Abstand zu den Zy­ linderreihen 2 und 3 zwei Abgasturbolader 4 und 5 ange­ ordnet, deren Abgasturbinen 6 bzw. 7 über getrennte Ab­ gasleitungen 8 bzw. 9 an die einzelnen Zylinderreihen 2, 3 angeschlossen sind. Die Abgasturbinen 6, 7 treiben jeweils einen Verdichter 10, 11 an, von denen vorverdichtete Ver­ brennungsluft durch eine Ladeluftleitung 12 den Zylinder­ reihen 2 und 3 zugeführt wird. Die durch strichpunktierte Linien dargestellten Laufradwellen 13 und 14 der beiden Abgasturbolader 4 und 5 sind koaxial zueinander und quer zu einer Motorlängsachse 15 ausgerichtet. Außerdem wurden beide Abgasturbolader 4 und 5 so zueinander angeordnet, daß die Abgasturbinen 6 und 7 innen zwischen beiden Ver­ dichtern 10 und 11 liegen. Das aus beiden Abgasturbinen 6 und 7 austretende Abgas wird einer nachgeschalteten Nutz­ turbine 15 zugeführt. In erfindungsgemäßer Weise ist nun die Nutzturbine zwischen beiden Abgasturbinen 6 und 7 an­ geordnet und zur Aufnahme der beiden Abgasströme aus den Abgasturbinen 6 und 7 mit einem zweistromigen Turbinenge­ häuse 16 versehen. Damit das Abgas auf einem möglichst kurzen Weg von den Abgasturbinen 6 und 7 in die Nutztur­ bine 15 gelangt, besitzt das Turbinengehäuse 16 zwei nach entgegengesetzten Richtungen abführende Einlaufkanäle 17 und 18 die unmittelbar mit beiden Austrittsflanschen 19, 20 der Abgasturbinen 6 und 7 zu einer Baueinheit verbunden sind.

Die Nutzturbine 15 ist als Radialturbine ausgebildet, de­ ren durch die strichpunktierte Linie angedeutete Laufrad­ welle 21 in der durch die Längsachse 15′ verlaufende Längs­ mittelebene liegt und die abgegebene Nutzleistung über ein Reduziergetriebe 22 auf ein Teil des Triebwerks der Brenn­ kraftmaschine 1, z. B. die Kurbelwelle überträgt. Um hier­ bei eine Übertragung der Nutzleistung mit möglichst wenig in Eingriff stehenden Zahnrädern und damit bestmöglichem Wirkungsgrad zu erzielen, steht das Reduziergetriebe mit dem die Nockenwelle 23 von der nicht dargestellten Kurbel­ welle aus antreibenden Antriebszahnrad 24 in Eingriff. Das Antriebszahnrad 24 ist Bestandteil eines Zahnradgetriebes, über das von der Kurbelwelle die Nockenwelle 23 und wei­ tere Nebenaggregate, wie z. B. die Einspritzpumpe ange­ trieben werden. Das Zahnradgetriebe ist einerseits in ei­ nem abtriebsseitigen Ende des Kurbelgehäuses angeflansch­ ten Steuergehäuse 25 gelagert. Die zum Reduziergetriebe 22 gehörenden Zahnräder sind in einem Getriebegehäuse 26 abge­ stützt, das zur Übertragung der Nutzleistung von der Nutz­ turbine 15 auf die Nockenwelle 23 auf dem Steuergehäuse 25 aufgesetzt und mit diesem verschraubt ist. Das sich somit zwischen beiden Zylinderreihen 2 und 3 erstreckende Ge­ triebegehäuse 26 besitzt auf der den Zylindern angewandten Seite einen Anschlußflansch, an der die aus der Nutz­ turbine 15 und den beiden Abgasturboladern 4 und 5 gebil­ dete Baueinheit frei hängend angeflanscht ist.

Im Rahmen der Erfindung kann die Nutzturbine 15 mit einer variablen Verstellgeometrie (Leitapparat) ausgerüstet sein. Dies hat den Vorteil, daß im Motorbremsbetrieb der Leitapparat zur Abgasdrosselung verwendet werden kann, so daß auf eine besondere Bremsklappe im Abgasleitungssystem verzichtet werden kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht auf den Einsatz von zwei Abgasturboladern beschränkt. Sämtliche Vorteile der Erfindung werden auch erreicht, wenn die Nutzturbine von nur einem Abgasturbolader beaufschlagt wird.

Claims (8)

1. Aus mindestens einem Abgasturbolader, einer diesem nach­ geschalteten Nutzturbine und einem Reduziergetriebe be­ stehender Turbocompoundantrieb für eine Brennkraftmaschine mit mehreren in mindestens einer Reihe angeordneten Zylin­ dern, wobei der Compoundantrieb seitlich von den Zylindern im Bereich des abtriebsseitigen Endes der Brennkraftma­ schine angeordnet ist und wobei an der Nutzturbine an­ fallende Leistung über das Reduziergetriebe an ein Bauteil oder Aggregat der Brennkraftmaschine weitergegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine (1) mit zwei in V-Form angeordneten Zylinderreihen (2, 3) und mit je einem Abgas­ turbolader (4, 5) pro Zylinderreihe (2, 3) die Nutzturbine (15) mit einem zweistromigen Turbinengehäuse (16) ausgebil­ det ist, die Nutzturbine (15) im Bereich zwischen beiden Abgasturbola­ dern (4, 5) angeordnet ist, und die Nutzturbine (15) mit ihren beiden im Turbinenge­ häuse (16) integrierten Einlaufkanälen (17, 18) jeweils getrennt an beide Abgasturbolader (4, 5) angeschlossen ist.

2. Turbocompoundantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufkanäle (17, 18) nach entgegengesetzten Rich­ tungen vom Turbinengehäuse (16) abgeführt sind und daß die Abgasturbolader (4, 5) mit ihren turbinengehäuseseitigen Austrittsflanschen (19, 20) unmittelbar an die Einlaufge­ häuse (17, 18) angeflanscht sind.

3. Turbocompoundantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasturbolader (4, 5) zusammen mit der Nutztur­ bine (15) eine Baueinheit bilden, die an einem Teil des Kurbelgehäuses abgestützt ist.

4. Turbocompoundantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Abgasturboladern (4, 5) und der Nutztur­ bine (15) gebildete Baueinheit am Getriebegehäuse (26) des Reduziergetriebes (22) angeflanscht ist und daß das Ge­ triebegehäuse (26) als tragendes Bauteil der Baueinheit dient.

5. Turbocompoundantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse (26) am Kurbelgehäuse unmittelbar oder an einem an dessen abtriebsseitigen Ende angebauten Steuergehäuse (25) zur Aufnahme eines Zahnradgetriebes zum Antrieb der Nockenwelle (23) abgestützt ist.

6. Turbocompoundantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduziergetriebe (22) mit dem Antriebszahnrad (24) der Nockenwelle (23) in Eingriff steht.

7. Turbocompoundantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzturbine (15) mit einer variablen Verstellgeo­ metrie versehen ist.

8. Turbocompoundantrieb nach einem der Ansprüche 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellgeometrie bei Motorbremsbetrieb als Brems­ klappe wirkt.