DE4431054C2 - Aufgeladene Brennkraftmaschine mit separatem Turbo-Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Merkmalen der im Oberbe­ griff 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 wirksames Turbo-Getriebe von einem in einen hydrostatischen Antriebskreislauf eingeschalteten 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 Anspru­ ches 1 gelöst.

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

Durch die spezielle Anordnung des Turbo-Getriebes innerhalb des Luftansaugkrümmers ist eine kompakte und technisch optimierte Ausführungsform eines hochtreibbaren Turboladers realisiert. Die zueinander koaxial geführten Wellen des Turbo-Getriebes und die des Turbo­ laders gestatten an der Welle des letzteren sehr hohe Geschwindigkeiten von beispielsweise 100000 U/min und mehr, was wiederum eine optimale Versorgung der Brennkraftmaschine mit Ladeluft ermöglicht.

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 einer Schnittdar­ stellung eines teilweise in den Luftansaugkrümmer eines Turboladers integrierten Turbo-Getriebes,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Luftansaugkrümmers 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 Ausgangswelle des Tur­ bo-Getriebes,

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

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

In der Zeichnung sind als Teile eines Kraftfahrzeuges eine Brennkraftmaschine einschließ­ lich zugehörigem Getriebe mit 1, ein die Brennkraftmaschine 1 aufladender Turbolader mit 2 ein von der Brennkraftmaschine 1 her über einen Triebstrang 3 betriebener hydrostatischer Antriebskreislauf mit 4 und ein dem Turbolader 2 ladeluftseitig vorgeschalteter Luftansaug­ krümmer mit 5 bezeichnet.

In Fig. 1 ist zwecks Antrieb eines Turboladers 2 ein hydrostatischer Antriebskreislauf 4 vor­ gesehen, 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 dargestellter - weiterer Nebenaggregate, wie Lüfter, Druckluftkompressor, Generator, Klimakompressor, Kühlmittel-Pumpe und derglei­ chen und/oder des hilfsweisen 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 Verbindung stehenden Hydrostat-Pumpe 7, die einen leitungsmäßig mit ihr verbundenen Hydrostatmotor 8 betreibt. Der von der Hydrostat-Pumpe 7 gespeiste Hydrostatmotor 8 ist eingangsseitig mit dem Aus­ gang der aus dem Öl-Vorratstank 6 fördernden Hydrostat-Pumpe 7 und ausgangsseitig ge­ gebenenfalls über den Öl-Vorratstank 6 mit dem Eingang der Hydrostat-Pumpe 7 verbun­ den. Der Hydrostatmotor 8 ist gegebenenfalls auch als Pumpe betreibbar, wobei im Falle eines Abgasenergie-Überschusses am Turbolader 2 die Hydrostat-Pumpe 7 wie ein Motor arbeitet. Die auf diese Weise betriebene Hydrostat-Pumpe 7 kann so zum hilfsweisen Antrieb wenigstens eines Nebenaggregates und/oder der Brennkraftmaschine 1 verwendet werden. Der Hydrostatmotor 8 ist mittels Turbo-Getriebe 9 über eine diesen nachgeordneten Kupplungseinrichtung 15 (Fig. 4) an der Welle 10 des Turboladers 2 wirksam. Über eine an der Hydrostat-Pumpe 7 wirkende Regelungseinrichtung 11 kann die Geschwindigkeit des Turboladers 2 geregelt werden. Ausgangsseitig des Hydrostatmotors 8 sind zur Schmierung der Lagerstellen des Turbo-Getriebes 9 Öl-Versorgungen 12 vorgesehen, die über ein Ven­ til 13 und einer Rückführleitung 14 gegebenenfalls mit dem Öl-Vorratstank 6 verbunden sind.

In Fig. 2 ist das dem Turbolader 2 zugeordnete Turbo-Getriebe 9 zumindest teilweise inner­ halb des Luftansaugkrümmers 5 des Turboladers 2 angeordnet. In der hier gezeigten Versi­ on besteht das Turbo-Getriebe 9 aus zwei hintereinandergeschalteten, ins Schnelle überset­ zenden Planeten-Getriebestufen 17, 18. Diese sind innerhalb einer im Luftansaugkrümmer 5 zentriert angeordneten, verdichterradseitig sich verjüngenden Einsatzpatrone 19 unterge­ bracht. Die Einsatzpatrone 19 ist innerhalb eines, dem Turbolader 2 unmittelbar vorge­ schalteten Luftansaugkrümmers 5 angeordnet. Nach einer anderen, hier nicht gezeigten Variante können im Turbo-Getriebe 9 auch mehr als zwei hintereinandergeschaltete Plane­ ten-Getriebestufen 17, 18 angeordnet sein.

In der hier gezeigten Version ist die Einsatzpatrone 19 hydromotorseitig in einer im Krüm­ mungs-Abschnitt 5/1 des Luftansaugkrümmers 5 gegebenen Lagerstelle 21 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 ist von sei­ nem Krümmungs-Abschnitt 5/1 in einen geraden Koaxial-Abschnitt 5/2 übergehend ausge­ bildet, in welchem ein Strömungsstabilisator 22 angeordnet ist. Der Strömungstabilisa­ tor 22 weist eine Lagerstelle 43 zur verdichterradseitigen Aufnahme der Einsatzpatro­ ne 19 auf. Der Strömungsstabilisator 22 weist ein strömungsgünstiges - hier im Schnitt dar­ gestelltes - Flügelprofil 22/1 auf. Die ausgangsseitig des Hydrostatmotors 8 abgehenden Öl- Versorgungen 12 für das innerhalb der Einsatzpatrone 19 untergebrachte Turbo-Getriebe 9 sind sowohl verdichterradseitig als auch hydromotorseitig in Umfangsrichtung innerhalb der Wandung der Einsatzpatrone 19 untergebracht. Die verdichterradseitige Öl-Versorgung 12 des Turbo-Getriebes 9 ist durch innerhalb der Wandung des Strömungsstabilisators 22 ver­ laufende Leitungen 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 ausgebildeten, antriebssei­ tigen Fortsatzes 24/l mit der Antriebswelle 25 des Antriebes 4 verbunden. Ein als Mitnehmer ausgebildetes, schwimmend auf den Planetenrädern 23 der ersten Planeten-Getriebe­ stufe 17 gelagertes Sonnenrad 26 stellt die getriebliche Verbindung zu dem Steg 27 einer zweiten Planeten-Getriebestufe 18 her. Ein sämtlichen Planeten-Getriebestufen 17, 18 des Turbo-Getriebes 9 gemeinsames Hohlrad 28 ist innerhalb der Einsatzpatrone 19 fest­ stehend 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 Planeten­ rad-Getriebestufe 18 kämmen mit einer in dessen Bereich als Sonnenrad ausgebildeten Verzahnung 30 auf einer innerhalb der Einsatzpatrone 19 angeordneten Ausgangswelle 31. Die Ausgangswelle 31 ist verdichterradseitig über eine Kupplungseinrichtung 15 (Fig. 4), die hier durch eine Bogenzahn-Kupplung realisiert ist, mit der Welle 10 des Turboladers 2 ver­ bunden. Anstelle der Bogenzahn-Kupplung 15 kann auch ein zwischen beiden Wellen dreh­ fest aufgenommener Torsionsstab 16 (Fig. 5) oder eine schaltbare Kupplung verwendet werden. Alternativ kann im verdichterradseitigen Bereich der Ausgangswelle 31 ein Frei­ lauf 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 Lage­ rung der von diesen aufgenommenen Planetenrädern 23, 29 der beiden Planeten- Getriebestufen 17, 18 über Nadellager 36 realisiert. Der Steg 24 der ersten Planeten- Getriebestufe 17 stützt sich an seinem verdichterradseitigen, zu einer Hohlwelle ausgebil­ deten Fortsatz 24/1, sowohl über ein radialinneres Nadellager 36 gegen den hydrostatmo­ torseitigen 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 un­ tergebrachtes, radialäußeres Nadellager 36 ab. Der verdichterradseitige Hohlwellen-Fort­ satz 27/2 des Steges 27 der zweiten Planeten-Getriebestufe 18 ist überein radialäußeres Nadellager 36 drehbar innerhalb eines in die Einsatzpatrone 19 eingepassten Einsatzes 38 drehbar gelagert. Das hier aus zwei Planeten-Getriebestufen 17, 18 bestehende Turbo- Getriebe 9 stützt sich mit dem sowohl verdichterradseitigen 27/2 als auch dem hydrostat­ motorseitigen Hohlwellen-Fortsatz 27/1 des Steges 27 der zweiten Planeten-Getriebestufe 18 radialinnenseitig über wenigstens zwei schwimmende Doppelbüchsen 39 auf der Ausgangswelle 31 ab. Diese Ausgangswelle 31 ist an ihrem verdichterradseitigen Ende über eine weitere schwimmende Doppelbüchse 39 innerhalb der Einsatzpatrone 19 drehbar gela­ gert. Die Ausgangswelle 31 ist verdichterradseitig über einen nabenartig auf ihrer Länge ausgebildeten Anschlag 40 über eine zwischen diesem und der Innenwandung der Einsatz­ patrone 19 angeordneten, schwimmenden Doppelbüchse 41 axial in Richtung des Turbola­ ders 2 fixiert. Weiterhin ist die Ausgangswelle 31 im Bereich ihrer sie lagernden, schwim­ menden Doppelbüchsen 39 und auf das schwimmend zwischen den Planetenrädern 23 ge­ lagerte Sonnenrad 26 der ersten Planeten-Getriebestufe 17 mit Öl-Versorgungen 12 be­ stückt, die von dem Ausgang des Hydrostatmotors 8 mit dem druckbeaufschlagten Öl ge­ speist sind.

In Fig. 4 ist die zwischen Ausgangswelle 31 und der Turbolader-Welle 10 angeordnete Kupplungseinrichtung durch eine Bogenzahn-Kupplung 15 realisiert. Am verdichterrad­ seitigen Ende der Einsatzpatrone 19 kann über eine Abdichtung, die hier durch eine berüh­ rungslose Spiralabdichtung 42 realisiert ist, das aus den schwimmenden Doppelbüchsen 39, 41 austretende Öl abgedichtet werden.

In Fig. 5 ist als drehfeste Vebindung zwischen Ausgangswelle 31 und der Turbolader-Wel­ le 10 ein zwischen beiden Wellen 31, 10 drehfest aufgenommener Torsionsstab 16 gege­ ben. Dieser ist besonders für kleinere Koaxialitäts-Abweichungen bezüglich beider Wel­ en 31, 10 geeignet.

In Fig. 6 ist der dem - eine Brennkraftmaschine aufladende - Turbolader 2 zugeordnete 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-Getriebestufe 17 aufnehmenden Steg 24 verbunden. Diese Planetenrä­ der 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-Getriebes 9, das getrieblich mit dem Steg 27 der zweiten Planeten-Getriebestufe 18 verbunden ist. Die durch diesen Steg 27 aufgenommenen und gelagerten Planetenräder 29 der zweiten Pla­ neten-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 Sonnenrad 30 ist durch eine abschnittsweise auf der der Aus­ gangswelle 31 gebildeten Verzahnung gegeben. Die Ausgangswelle 31 ist über eine Kupp­ lungseinrichtung 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 gekennzeichnet, dass zumindest der Planeten- Getriebestufenteil (17) des Turbo-Getriebes (9) in den Luftansaugkrümmer (5) des Turboladers (2) integriert und dort mit seiner Ausgangswelle (31) koaxial mit der Tur­ bolader-Welle (10) verbunden ist.

2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planeten-Getriebestufenteil (17) des Turbo-Getriebes (9) in einer Einsatzpatrone (19) untergebracht und mit dieser in den Luftansaugkrümmer (5) eingebaut ist, wobei der Luftansaugkrümmer (5) des Turboladers (2) einen Krümmungs-Abschnitt (5/1) auf­ weist, der in einen geraden Koaxial-Abschnitt (5/2) übergeht, in dem ein Strömungs­ stabilisator (22) angeordnet 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 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftansaugkrümmer (5) sowohl in seinem Krümmungs-Abschnitt (5/1) als auch im Ko­ axial-Abschnitt (5/2) im Bereich des Strömungsstabilisators (22) Lagerstellen (21, 43) zur Aufnahme der koaxial zur Turbolader-Welle (10) angeordneten Einsatzpatro­ ne (19) besitzt und entweder einstückig mit einem Verdichtergehäuse des Turbola­ ders (2) oder fest, aber lösbar mit einem koaxialen Einlassstutzen (2/1) des Verdich­ tergehäuses des Turboladers (2) verbunden ist.

4. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Turbo-Getriebe (9) mindestens zwei hintereinandergeschaltete Planeten-Getriebestufen (17, 18) aufweist.

5. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, soweit dieser auf Anspruch 2 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Planeten-Getriebestufe (17) ein schwimmend zwischen Planetenrädern (23) gelagertes, die getriebliche Verbindung zu einem Steg (24) einer zweiten Planeten- Getriebestufe (18) herstellendes Sonnenrad (26) und ein einzelnes, sämtlichen Pla­ neten-Getriebestufen (17, 18) des Turbo-Getriebes (9) gemeinsames, innerhalb der Einsatzpatrone (19) feststehend angeordnetes, Hohlrad (28) aufweist, gegen das sich die von dem mit der Antriebwelle (25) des Hydrostatmotors (8) drehfest verbundenen Steg (24) aufgenommenen Planetenräder (23) abstützen, wobei Planetenräder (29) der zweiten Planeten-Getriebestufe (18) sich gegen das gemeinsame, feststehend an­ geordnete Hohlrad (28) abstützend, mit einer in dessen Bereich als Sonnenrad (30) ausgebildeten - Verzahnung einer innerhalb der Einsatzpatrone (19) angeordneten Ausgangswelle (31) kämmen, wobei die Ausgangswelle (31) verdichtergehäuseseitig über eine Kupplungseinrichtung (15, 16) mit der Turbolader-Welle (10) und ein zu ei­ ner Hohlwelle ausgebildeter, hydrostatmotorseitiger Fortsatz (24/1) des Steges (24) als Eingangswelle der ersten Planeten-Getriebestufe (17) drehfest mit der Antriebswel­ le (25) des Hydrostatmotors (8) verbunden ist.

6. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (15, 16) eine Bogenzahnkupplung (15) oder ein zwischen beiden Wellen (31, 10) drehfest aufgenommener Torsionsstab (16) oder eine schaltbare Kupplung ist und dass zwischen Turbolader-Welle (10) und Hydrostatmotor (8) ein Freilauf (32) angeordnet ist.

7. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Stege (24, 27) und die Lagerung der von diesen aufgenomme­ nen Planetenrädern (23, 29) der mindestens zwei Planeten-Getriebestufen (17, 18) ü­ ber Nadellager (36) oder dergleichen realisiert ist, wobei sich der Steg (24) der ersten Planeten-Getriebestufe (17) an seinem verdichtergehäuseseitigen, zu einer Hohlwelle ausgebildeten Fortsatz (24/2) sowohl über ein radialinneres Nadellager (36) gegen ei­ nen hydrostatmotorseitigen 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, radialäußeres Nadellager (36) ab­ gestützt und ein verdichtergehäuseseitiger Hohlwellen-Fortsatz (27/2) des Steges (27) der zweiten Planeten-Getriebestufe (18) über ein innerhalb eines, in die Einsatzpatrone (19) eingepassten Einsatzes (38) angeordnetes, radialäußeres Nadellager (36) drehbar gelagert ist.

8. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Planeten-Getriebestufen (17, 18) sich mit dem sowohl verdichterge­ häuseseitigen (27/2) als auch dem hydrostatmotorseitigen Hohlwellen-Fortsatz (2711) des Steges (27) der zweiten Planeten-Getriebestufe (18) radialinnenseitig über we­ nigstens zwei schwimmende Doppelbüchsen (39) auf der Ausgangswelle (31) abstüt­ zen, wobei die Ausgangswelle (31) an ihrem verdichtergehäuseseitigen Ende über wenigstens eine weitere schwimmende Doppelbüchse (39) innerhalb der Einsatzpat­ rone (19) drehbar gelagert und diese über einen nabenartig auf ihrem Umfang ausge­ bildeten Anschlag (40) wiederum über eine zwischen dem Anschlag (40) und der In­ nenwandung der Einsatzpatrone (19) angeordneten, schwimmenden Doppelbüch­ se (41) in verdichtergehäuseseitiger Richtung axial fixiert ist.

9. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzpatrone (19) sowohl im Bereich der die Ausgangswelle (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-Rückführleitungen (14) aufweist, die von dem Ausgang des Hydrostatmotors (8) gespeist bzw. mit dem Öl-Vorratstank (6) verbunden sind.