DE4431054A1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine mit separatem Turbo-Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Merkmalen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Eine Brennkraftmaschine mit den gattungsgemäßen Merkmalen ist aus der DE 42 03 528 A1 bekannt. Dabei ist der Turbolader über ein an seiner Welle wirk­ sames Turbo-Getriebe von einem in einen hydrostatischen Antriebskreislauf ein­ geschalteten Hydrostatmotor her beschleunigbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine praxisgerechte Lösung für die Ausgestaltung und Anordnung für dieses Turbo-Getriebe darzustellen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lö­ sung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die spezielle Anordnung des Turbo-Getriebes innerhalb des Luftansaug­ krümmers ist eine kompakte und technisch optimierte Ausführungsform eines hochtreibbaren Turboladers realisiert. Die zueinander koaxial geführten Wellen des Turbo-Getriebes und die des Turboladers gestatten an der Welle des letzteren sehr hohe Geschwindigkeiten von beispielsweise 100 000 U/min und mehr, was wiederum eine optimale Versorgung der Brennkraftmaschine mit Ladeluft er­ möglicht.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung mit ei­ ner Schnittdarstellung eines teilweise in den Luftansaugkrümmer ei­ nes Turboladers integrierten Turbo-Getriebes,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Luftansaug­ krümmers eines Turboladers mit dem teilweise in diesen integrierten Turbo-Getriebe,

Fig. 3 einen noch größer gezeichneten Ausschnitt aus Fig. 2,

Fig. 4 eine Variante der Kupplung zwischen Turbolader-Welle und Aus­ gangswelle des Turbo-Getriebes,

Fig. 5 eine weitere Variante der Kupplung nach Fig. 4 und

Fig. 6 eine schematisierte Darstellung des Turbo-Getriebes als Teil der erfin­ dungsgemäßen Lösung.

In der Zeichnung sind als Teile eines Kraftfahrzeuges eine Brennkraftmaschine einschließlich zugehörigem Getriebe mit 1, ein die Brennkraftmaschine 1 aufla­ dender Turbolader mit 2 ein von der Brennkraftmaschine 1 her über einen Trieb­ strang 3 betrieben er hydrostatischer Antriebskreislauf mit 4 und ein dem Turbo­ lader 2 ladeluftseitig vorgeschalteter Luftansaugkrümmer mit 5 bezeichnet.

In Fig. 1 ist zwecks Antrieb eines Turboladers 2 ein hydrostatischer Antriebskreis­ lauf 4 vorgesehen, der über einen Triebstrang 3 von der Brennkraftmaschine 1 des Kraftfahrzeuges angetrieben ist. Dieser hydrostatische Antriebskreislauf 4 kann außer zum Betreiben des Turboladers 2 auch zum Betreiben - hier nicht dar­ gestellter - weiterer Nebenaggregate, wie Lüfter, Druckluftkompressor, Genera­ tor, Klimakompressor, Kühlmittel-Pumpe und dergleichen und/oder des hilfswei­ sen Zusatzantriebes der Brennkraftmaschine 1 verwendet sein (DE 42 03 528 A1).

In der hier gezeigten Version besteht der hydrostatische Antriebskreislauf 4 aus einer vom Triebstrang 3 angetriebenen und mit einem Öl-Vorratstank 6 in Ver­ bindung stehenden Hydrostat-Pumpe 7, die einen leitungsmäßig mit ihr verbun­ denen Hydrostatmotor 8 betreibt. Der von der Hydrostat-Pumpe 7 gespeiste Hy­ drostatmotor 8 ist eingangsseitig mit dem Ausgang der aus dem Öl-Vorratstank 6 fördernden Hydrostat-Pumpe 7 und ausgangsseitig gegebenenfalls über den Öl- Vorratstank 6 mit dem Eingang der Hydrostat-Pumpe 7 verbunden. Der Hydro­ statmotor 8 ist gegebenenfalls auch als Pumpe betreibbar, wobei im Falle eines Abgasenergie-Überschusses am Turbolader 2 die Hydrostat-Pumpe 7 wie ein Mo­ tor arbeitet. Die auf diese Weise betriebene Hydrostat-Pumpe 7 kann so zum hilfsweisen Antrieb wenigstens eines Nebenaggregates und/oder der Brennkraft­ maschine 1 verwendet werden. Der Hydrostatmotor 8 ist mittels Turbo-Getriebe 9 über eine diesen nachgeordneten Kupplungseinrichtung 15 (Fig. 4) an der Wel­ le 10 des Turboladers 2 wirksam. Über eine an der Hydrostat-Pumpe 7 wirkende Regelungseinrichtung 8 kann die Geschwindigkeit des Turboladers 2 geregelt werden. Ausgangsseitig des Hydrostatmotors 8 sind zur Schmierung der Lager­ stellen des Turbo-Getriebes 9 Öl-Versorgungen 12 vorgesehen, die über ein Ven­ til 13 und einer Rückführleitung 14 gegebenenfalls mit dem Öl-Vorratstank 6 ver­ bunden sind.

In Fig. 2 ist das dem Turbolader 2 zugeordnete Turbo-Getriebe 9 zumindest teil­ weise innerhalb des Luftansaugkrümmers 5 des Turboladers 2 angeordnet. In der hier gezeigten Version besteht das Turbo-Getriebe 9 aus zwei hintereinanderge­ schalteten, ins Schnelle übersetzenden Planeten-Getriebestufen 17, 18. Diese sind innerhalb einer im Luftansaugkrümmer 5 zentriert angeordneten, verdichterrad­ seitig sich verjüngenden Einsatzpatrone 19 untergebracht. Die Einsatzpatrone 19 ist innerhalb eines, dem Turbolader 2 unmittelbar vorgeschalteten Luftansaug­ krümmers 5 angeordnet. Nach einer anderen, hier nicht gezeigten Variante kön­ nen im Turbo-Getriebe 9 auch mehr als zwei hintereinandergeschaltete Planeten- Getriebestufen 17, 18 angeordnet sein.

In der hier gezeigten Version ist die Einsatzpatrone 19 hydromotor-seitig im Krümmungs-Abschnitt 5/1 des Luftansaugkrümmers 5 eingefaßt und befestigt, wobei die Einsatzpatrone 19 außenendig aus dem Krümmungs-Abschnitt 5/1 her­ ausragt und außenseitig den Hydrostatmotor 8 trägt. Der Luftansaugkrümmer 5 des Turboladers 2 weist einen Krümmungs-Abschnitt 5/1 auf, der in einen gera­ den Koaxial-Abschnitt 5/2 übergeht, in dem ein Strömungsstabilisator 22 ange­ ordnet ist. Der Strömungsstabilisator 22 weist ein strömungsgünstiges - hier im Schnitt dargestelltes - Flügelprofil 22/1 auf. Die ausgangsseitig des Hydrostatmo­ tors 8 abgehenden Öl-Versorgungen 12 für das innerhalb der Einsatzpatrone 19 untergebrachte Turbo-Getriebe 9 sind sowohl verdichterrad-seitig als auch hydro­ motor-seitig in Umfangsrichtung innerhalb der Wandung der Einsatzpatrone 19 untergebracht. Die verdichterrad-seitige Öl-Versorgung 12 des Turbo-Getriebes 9 ist durch innerhalb der Wandung des Strömungsstabilisators 22 verlaufende Lei­ tungen realisiert.

In Fig. 3 ist der die Planetenräder 23 der ersten Planeten-Getriebestufe 17 des Turbo-Getriebes 9 lagernde Steg 24 drehfest mittels seines nabenartig ausgebil­ deten, antriebsseitigen Fortsatzes 24/1 mit der Antriebswelle 25 des Antriebes 4 verbunden. Ein als Mitnehmer ausgebildetes, schwimmend auf den Planetenrä­ dern 23 der ersten Planeten-Getriebestufe 17 gelagertes Sonnenrad 26 stellt die getriebliche Verbindung zu dem Steg 27 einer zweiten Planeten-Getriebe­ stufe 18 her. Ein ein sämtlichen Planeten-Getriebestufen 17, 18 des Turbo- Getriebes 9 gemeinsames Hohlrad 28 ist innerhalb der Einsatzpatrone 19 festste­ hend angeordnet und stützt sowohl die Planetenräder 23, 29 der ersten als auch die der zweiten Planetenrad-Getriebestufen 17, 18 ab. Die Planetenräder 29 der zweiten Planetenrad-Getriebestufe 18 kämmen mit einer in dessen Bereich als Sonnenrad ausgebildeten Verzahnung 30 auf einer innerhalb der Einsatzpatro­ ne 19 angeordneten Ausgangswelle 31. Die Ausgangswelle 31 ist verdichterrad­ seitig über eine Kupplungseinrichtung 15 (Fig. 4), die hier durch eine Bogenzahn- Kupplung realisiert ist, mit der Welle 10 des Turboladers 2 verbunden. Anstelle der Bogenzahn-Kupplung 16 kann auch ein zwischen beiden Wellen drehfestauf­ genommener Torsionsstab 16/1 (Fig. 5) oder eine schaltbare Kupplung verwendet werden. Alternativ kann im verdichterrad-seitigen Bereich der Ausgangswelle 31 ein Freilauf 32 angeordnet sein, falls im Falle eines Abgasenergie-Überschusses am Turbolader 2 keine zusätzliche Antriebsenergie für das Betreiben wenigstens eines Nebenaggregates und/oder der Brennkraftmaschine gewünscht ist.

In der hier gezeigten Ausführungsvariante ist die Lagerung der Stege 24, 27 und die Lagerung der von diesen aufgenommenen Planetenrädern 23, 29 der beiden Planeten-Getriebestufen 17, 18 über Nadellager 36 realisiert. Der Steg 24 der er­ sten Planeten-Getriebestufe 17 stützt sich an seinem verdichterrad-seitigen, zu ei­ ner Hohlwelle ausgebildeten Fortsatz 24/1, sowohl über ein radial-inneres Nadel­ lager 36 gegen den hydrostatmotor-seitigen Hohlwellen-Fortsatz 27/1 des Ste­ ges 27 der zweiten Planeten-Getriebestufe 18, als auch über ein innerhalb ei­ ner-in dem Hohlrad 28 fest verankerten - Lagerstütze 37 untergebrachtes, radial-äußeres Nadellager 36 ab. Der verdichterrad-seitige Hohlwellen-Fort­ satz 27/2 des Steges 27 der zweiten Planeten-Getriebestufe 18 ist über ein radial­ äußeres Nadellager 36 drehbar innerhalb eines in die Einsatzpatrone 19 einge­ paßten Einsatzes 38 drehbar gelagert. Das hier aus zwei Planeten-Getriebestu­ fen 17, 18 bestehende Turbo-Getriebe 9 stützt sich mit dem sowohl verdich­ terrad-seitigen 27/2 als auch dem hydrostatmotor-seitigen Hohlwellen-Fortsatz 27/1 des Steges 27 der zweiten Planeten-Getriebestufe 18 radial-innenseitig über wenigstens zwei schwimmende Doppelbüchsen 39 auf der Ausgangswelle 31 ab. Diese 31 ist an ihrem verdichterrad-seitigen Ende über eine weitere schwimmen­ de Doppelbüchse 39 innerhalb der Einsatzpatrone 19 drehbar gelagert. Die Aus­ gangswelle 31 ist verdichterrad-seitig über einen nabenartig auf ihrer Länge aus­ gebildeten Anschlag 40 über eine zwischen diesem und der Innenwandung der Einsatzpatrone 19 angeordneten, schwimmenden Doppelbüchse 41 axial in Rich­ tung des Turboladers 2 fixiert. Weiterhin ist die Ausgangswelle 31 im Bereich ih­ rer sie lagernden, schwimmenden Doppelbüchsen 39 und auf das schwimmend zwischen den Planetenrädern 23 gelagerte Sonnenrad 26 der ersten Planeten- Getriebestufe 17 mit Öl-Versorgungen 12 bestückt, die von dem Ausgang des Hy­ drostatmotors 8 mit dem druck-beaufschlagten Öl gespeist sind.

In Fig. 4 ist die zwischen Ausgangswelle 31 und der Turbolader-Welle 10 angeord­ nete Kupplungseinrichtung 16 durch eine Bogenzahn-Kupplung realisiert. Am verdichterrad-seitigen Ende der Einsatzpatrone 19 kann über eine Abdichtung, die hier durch eine berührungslose Spiralabdichtung 42 realisiert ist, das aus den schwimmenden Doppelbüchsen 39, 41 austretende Öl abgedichtet werden.

In Fig. 5 ist die zwischen Ausgangswelle 31 und der Turbolader-Welle 10 angeord­ nete, beide Wellen 31, 10 drehfest miteinander verbindende Kupplungseinrich­ tung 15 durch einen zwischen beiden Wellen 31, 10 drehfest aufgenommenen Torsionsstab 16 realisiert. Dieser ist besonders für kleinere Koaxialitäts-Abwei­ chungen bezüglich beider Wellen 31, 10 geeignet.

In Fig. 6 ist der dem - eine Brennkraftmaschine aufladende - Turbolader 2 zuge­ ordnete Hydrostatmotor 8 über zwei hintereinandergeschaltete, ins Schnelle übersetzende Planeten-Getriebestufen 17, 18 eines Turbo-Getriebes 9 mit der Turbolader-Welle 10 verbunden. Die Antriebswelle 25 des Hydrostatmotors 8 ist dabei drehfest mit dem die Planetenräder 23 der ersten Planeten-Getriebe­ stufe 17 aufnehmenden Steg 24 verbunden. Diese Planetenräder 23 stützen sich gegen ein fest mit dem Gehäuse des Turbo-Getriebes 9 verbundenen Hohlrad 28 ab und kämmen dabei mit einer Sonnenrad-Eingangswelle des Turbo-Getrie­ bes 9, das getrieblich mit dem Steg 27 der zweiten Planeten-Getriebestufe 18 ver­ bunden ist. Die durch diesen Steg 27 aufgenommenen und gelagerten Planeten­ räder 29 der zweiten Planeten-Getriebestufe 18 stützen sich ebenfalls gegen ein feststehendes Hohlrad 28 ab und kämmen gleichzeitig mit dem im Inneren der zweiten Planeten-Getriebestufe 18 angeordneten Sonnenrad 30. Dieses Sonnen­ rad 30 ist durch eine abschnittsweise auf der der Ausgangswelle 31 gebildeten Verzahnung gegeben. Die Ausgangswelle 31 ist über eine Kupplungseinrichtung 15 mit der Turbolader-Welle 10 drehfest verbunden.

Claims (9)

1. Aufgeladene Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, deren Turbolader über ein an seiner Welle wirksames Turbo-Getriebe beschleunigbar ist, das eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle und wenigstens eine ins Schnelle übersetzende Planeten-Getriebestufe sowie einen in einen hydrostatischen Antriebskreislauf eingeschalteten Hydrostatmotor aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest der Planeten-Getriebestufenteil (17) des Turbo-Getriebes (9) in den Luftansaugkrümmer (5) des Turboladers (2) inte­ griert und dort mit seiner Ausgangswelle (31) koaxial mit der Turbolader- Welle (10) verbunden ist.

2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Planeten-Getriebestufenteil (17) des Turbo-Getriebes (9) in ei­ ner Einsatzpatrone (19) untergebracht und mit dieser in den Luftansaug­ krümmer (5) eingebaut ist, wobei der Luftansaugkrümmer (5) des Turbola­ ders (2) einen Krümmungs-Abschnitt (5/1) aufweist, der in einen geraden Koaxial-Abschnitt (5/2) übergeht, in dem ein Strömungsstabilisator (22) an­ geordnet ist, und daß die Einsatzpatrone (19) außenendig aus dem Krümmungs-Abschnitt (5/1) des Luftansaugkrümmers (5) herausragt und außenseitig den Hydrostatmotor (8) trägt.

3. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Turbo-Getriebe (9) zwei hintereinandergeschaltete Planeten- Getriebestufen (17, 18) aufweist.

4. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Luftansaugkrümmer (5) sowohl in seinem Krümmungs- Abschnitt (5/1) als auch im Bereich seines Strömungsstabilisators (22) zur Aufnahme-der koaxial zur Turbolader-Welle (10) angeordneten Einsatzpa­ trone (19) ausgebildet und entweder einstückig mit dem Verdichtergehäu­ se des Turboladers (2) oder fest, aber lösbar mit dessen koaxialen Einlaßstut­ zen (2/1) verbunden ist.

5. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Planeten-Getriebestufe (17) ein schwimmend zwischen seinen Planetenrädern (23) gelagertes, die getriebliche Verbindung zu dem Steg (24) einer zweiten Planeten-Getriebestufe (18) herstellendes Sonnen­ rad (26) und ein einzelnes - sämtlichen Planeten-Getriebestufen (17, 18) des Turbo-Getriebes (9) gemeinsames, innerhalb der Einsatzpatrone (19) fest­ stehend angeordnetes - Hohlrad (28) aufweist, gegen das sich die von dem mit der Antriebswelle (25) des Hydrostatmotors (8) drehfest verbundenen Steg (24) aufgenommenen Planetenräder (23) abstützen, wobei die Plane­ tenräder (29) der zweiten Planeten-Getriebestufe (18) - sich gegen das ge­ meinsame, feststehend angeordnete Hohlrad (28) abstützend - mit einer in dessen Bereich als Sonnenrad (30) ausgebildeten - Verzahnung einer inner­ halb der Einsatzpatrone (19) angeordneten Ausgangswelle (31) kämmen, wobei die Ausgangswelle (31) verdichtergehäuse-seitig über eine Kupp­ lungseinrichtung (15) mit der Turbolader-Welle (10) und der zu einer Hohl­ welle ausgebildete, hydrostatmotor-seitige Fortsatz des Steges (24) - Ein­ gangswelle (24/1) - der ersten Planeten-Getriebestufe (17) drehfest mit der Antriebswelle (25) des Hydrostatmotors (8) verbunden ist.

6. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen Ausgangswelle (31) und der Turbolader-Welle (10) eine Kupplungseinrichtung (15) angeordnet ist, die durch eine Bogenzahnkupp­ lung oder einen zwischen beiden Wellen (31, 10) drehfest aufgenommenen Torsionsstab (16) oder eine schaltbare Kupplung realisiert ist, und daß zwi­ schen Turbolader-Welle (10) und Hydrostatmotor (8) ein Freilauf (32) ange­ ordnet ist.

7. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Stege (26, 27) und die Lagerung der von diesen aufgenommenen Planetenrädern (23, 29) der mindestens zwei Planeten-Getriebestufen (17, 18) über Nadellager (36) oder dergleichen realisiert ist, wobei sich der Steg (24) der ersten Planeten-Getriebestufe (17) an seinem verdichtergehäuse-seitigen, zu einer Hohlwelle ausgebildeten Fortsatz (24/2) sowohl über ein radial-inneres Nadellager (36) gegen einen hydrostatmotor-seitigen Hohlwellen-Fortsatz (27/1) des Steges (27) der zweiten Planeten-Getriebestufe (18), als auch über ein, innerhalb einer in dem Hohlrad (28) fest verankerten Lagerstütze (37) untergebrachtes, radial­ äußeres Nadellager (36) abgestützt und ein verdichtergehäuse-seitiger Hohlwellen-Fortsatz (27/2) des Steges (27) der zweiten Planeten-Getriebe­ stufe (18) über ein innerhalb eines, in die Einsatzpatrone (19) eingepaßten Einsatzes (38) angeordnetes, radial-äußeres Nadellager (36) drehbar gelagert ist.

8. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die wenigstens zwei Planeten-Getriebestufen (17, 18) sich mit dem sowohl verdichtergehäuse-seitigen (27/2) als auch dem hydrostatmotor­ seitigen Hohlwellen-Fortsatz (27/1) des Steges (27) der zweiten Planeten- Getriebestufe (18) radial-innenseitig über wenigstens zwei schwimmende Doppelbüchsen (39) auf der Ausgangswelle (31) abstützen, wobei diese (31) an ihrem verdichtergehäuse-seitigen Ende über wenigstens eine weitere schwimmende Doppelbüchse (39) innerhalb der Einsatzpatrone (19) dreh­ bar gelagert und diese über einen nabenartig auf ihrem Umfang ausgebil­ deten Anschlag (40) wiederum über eine zwischen diesem (40) und der In­ nenwandung der Einsatzpatrone (19) angeordneten, schwimmenden Dop­ pelbüchse (41) in verdichtergehäuse-seitiger Richtung axial fixiert ist.

9. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzpatrone (19) sowohl im Bereich der die Aus­ gangswelle (31) lagernden,schwimmenden Doppelbüchsen (39) als auch im Bereich der das Sonnenrad (26) schwimmend lagernden Planetenräder (23) der ersten Planeten-Getriebestufe (17) Öl-Versorgungen (12) und Öl-Rück­ führleitungen (14) aufweist, die von dem Ausgang des Hydrostatmotors (8) gespeist bzw. mit dem Öl-Vorratstank (6) verbunden sind.