DE9002114U1

DE9002114U1 - Turbolader

Info

Publication number: DE9002114U1
Application number: DE9002114U
Authority: DE
Original assignee: MENKE BERNARD 7500 KARLSRUHE DE
Current assignee: MENKE BERNARD 7500 KARLSRUHE DE
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1990-02-22
Publication date: 1991-03-21
Anticipated expiration: 2000-02-23

Description

PATENTANWÄLTE.'.'... ..",,' DRwa HANS LICHTI D-7500Karlsruhe4i (grötzingen)

-^1M4 DURLACHER STRASSE 31

DIPL-JWa. HEINER LICHTI TEL: (0721) 4 8511 TELEX: 7 825 986 UPA D

DIPL-PHYS. DR RER NAT. JOST LEMPERT TELECOPY(0721)4BS13-TELEQR: UUPAT

Bernard Menke 10149.5/90 Le/Hs/pl Vorderstraße 13 21 . Februar 193G D-7500 Karlsruhe 21

Die Erfindung betrifft einen Turbolader für Brennkraftmaschinen mit mindestens einer der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft zuführenden Forderturbine.

Turbolader werden bei Brennkraftmaschinen zur Leistungssteigerung eingesetzt. Dies geschieht dadurch, daß der Turbolader über die Forderturbine komprimierte Verbrennungsluft zum Einlaß der Brennkraftmaschine fördert. Dadurch wird der Füllungsgrad der Brennräume erhöht, und die Verbrennung optimiert, so daß sich eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine ergibt.

Bei den herkömmlichen Turboladern erfolgt, mit Ausnahme des Kompressorladers, der Antrieb der Förderturbine ausschließlich mit einer Antriebsturbine. Diese Antriebsturbine sitzt im Abgasstrom der Brennkraftmaschine und versorgt die Förderturbine mit der zur "Ladung" der Brennkraftmaschine benötigten Energie. Die§e herkömmlichen Turbolader haben den entscheidenden Nachteil, im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine mit zu geringer "Ladung" aufzuwarten. Dies bedeutet, daß im unteren Drehzahlbereich die Brennkraftma-

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schine nicht ausreichend mit komprimierter Luft versorgt wird ("Turboloch¹¹). Dies hat zur Folge, daß Brennkraftmaschinen mit herkömmlichen Turboladern im unteren Drehzahlbereich eine schlechte LeistungscharakteristiSr &idiagr;&iacgr;,-Lgen.

üiir vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunrle, einen Turbolader zu schaffen, der eine ausreichende Versorgung der Brennkraftmaschine mit komprimierter Luft im unterev Drehzahlbereich gewährleistet.

^!) Die Aufgabe wird dadurch gelost, dcß die Förderturbine mit der Welle eines Elektromotors verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Förderturbine im unteren Drehzahlbereich, insbesondere beim Anfahren unabhängig vom Arbeiten der Brennkraftmaschine, selbst anzutreiben und schon in diesem Bereich eine höhere Verdichtung ("Ladung") zu erreichen.

Es ist vorteilhaft, wenn der Elektromotor als Scheibenläufer ausgebildet ist, da ein solcher die bei Turboladern üblichen hohen Drehzahlen am besten verkraftet und eine geringe Massenträgheit, die ein extrem schnelles Beschleunigen gestattet, aufweist.

Dadurch, daß die Verbindung des Elektromotors mit der Förderturbine eine Kupplung aufweist, ist es möglich, die Förderturbine je nach Bedarf in Abhängigkeit von der Belastung und/ oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine mit dem Elektromotor anzutreiben.

Eine Ausführung, die durch eine mit der Förderturbine über eine Kupplung kuppelbare, durch Abgase der Brennkraftmaschine antreibbare Antriebsturbine gekennzeichnet ist, ermöglicht einen Antrieb der Förderturbine durch die Antriebsturbine je nach Bedarf.

Es ergibt sich eine einfache und vorteilhafte Ausführung dadurch, daß wenigstens eine Kupplung als Fliehkraft- oder Freilaufkupplung ausgebildet ist.

Es ist günstig, insbesondere bei einer elektronischen Steuerung, wenn wenigstens eine Kupplung als elektromagnetische Kupplung ausgebildet ist.

Durch einen mit mindestens einer Kupplung verbundenen Drehzahlmesser für die Brennkraftmaschine ist es möglich, die
Kupplungen drehzahlabhängig zu steuern.

Durch einen mit mindestens einer Kupplung verbundenen Belastungsmesser für die Brennkraftmaschine ist es möglich, die Kupplungen belastungsabhängig zu steuern.

Dadurch, daß die Förderturbine im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine mit dem Elektromotor gekuppelt ist, kann ein ausreichender Antrieb der Förderturbine in diesem Drehzahlbereich sichergestellt werden.

Indem die Förderturbine im Leerlauf der Brennkraftmaschine
mit der Antriebsturbine gekuppelt ist, wird ein Antrieb der Förderturbine sichergestellt, ohne daß dabei elektrische Energie verbraucht wird.

Indem die Fördermaschine bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine mit der Antriebsturbine gekuppelt ist, wird die von der Antriebsturbine in diesem Drehzahlbereich bereitgestellte und ausreichende Energie genutzt.

Dadurch, daß der Elektromotor mit der Brennkraftmaschine als Generator kuppelbar ist, ist eine Rückführung der elektrischen Energie, die beim elektromotorischen Antrieb der Förderturbine verbraucht wird, mögliche

Dadurch, daß bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine der Elektromotor als Generator mit der Antriebsturbine gekuppelt ist, wird eine Rückführung der elektrischen Energie sinnvollerweise in dem Drehzahlbereich gewährleistet, in dem die Antriebsturbine eine ausreichende Leistung liefert. Dabei zeigt die einzige Figur

eine Prinzipskizze des Turboladers.

Es sind eine Antriebsturbine 1 und eine Förderturbine 2 skizziert, die fur einen Turbolader im allgemeinen charakteristisch sind. Zwischen diesen beiden ist jedoch zusätzlich eine Kupplung

3 vorgesehen. Zudem weist die Vorrichtung eine weitere Kupplung

4 auf, die zwischen der Förderturbine 2 und einem Elektromotor/ Generator 5 angeordnet ist. Die Antriebsturbine 1 wird mit dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine beaufschlagt, indem sie zwischen dem Auslaß der Brennkraftmaschine und dem Schalldämpfer bzw. Auspuff der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Bei den gewöhnlichen Turboladern wird die von der Antriebsturbine 1 bereitgestellte Energie direkt an die Förderturbine 2 übertrage Diese dient der Förderung von Verbrennungsluft in die Brennräume, und ist deshalb zwischen dem Luftfilter der Brennkraftmaschine und dem Einlaß der Brennkraftmaschine angeordnet.

Im Leerlauf der Brennkraftmaschine wird über die Kupplung 3 eine Antriebsverbindung zwischen der Antriebsturbine 1 und der Förderturbine 2 hergestellt. Dabei ist die Verbindung zwischen der Förderturbine 2 und dem Motor/Generator 5 durch die Kupplung 4 getrennt. Dies entspricht auch der Funktionsweise eines herkömmlichen Turboladers. Bei Belastung der Brennkraftmaschine werden die beiden Turbinen 1 und 2 entkuppelt und die Förderturbine 2 mit dem Motor/Generator 5 über die Kupplung 4 verbunden, so daß die Förderturbine 2 vom Motor/Genera tor 5 angetrieben wird. Auf diese Weise wird das bei Brennkraftmaschinen ait Turboladem gewöhnlich auftretende Problem

des "Turbolochs" (schlechte Leistungscharakteristik im unteren Drehzahlbereich) vermieden. Dadurch hat die Förderturbine 2 auch im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine eine ausreichende Drehzahl, um die Brennkraftmaschine hinreichend mit komprimierter Luft zu versorgen. Es ist vorteilhaft, wenn es sich bei dem Motor/Generator 5 um einen Scheibenläufer bekannter Bauart handelt, da dieser eine geringe Massenträgheit aufweist, d.h. daß er schnell beschleunigt, und die bei Turboladern üblichen hohen Drehzahlen sehr gut verkraftet. Die zum Antrieb der Förderturbine 2 vom Motor 5 benötigte Energie wird &Ggr;' von der Batterie der Brennkraftmaschine bereitgestellt. Ab einer gewissen Drehzahl (ca. 3000 Umdrehungen pro Minute bei gewöhnlichen Fahrzeugmotoren) wird die Antriebsturbine 1 über die Kupplung 3 zugeschaltet. In diesem Drehzahlbereich liefert die Antriebsturbine 1 ausreichend Energie, um die Förderpumpe 2 so anzutreiben, daß die Brennkraftmaschine mit genügend komprimierter Luft versorgt wird. Der Motor/Generator 5 kann angekuppelt bleiben, um die zuvor benötigte Energie als Generator an die Batterie zurückzuführen. Damit kann die Lichtmaschine der Brennkraftmaschine entfallen. Aus thermischen Gründen ist eine Anordnung gemäß Figur 1 sinnvoll. Als Kupplung 3 und 4 kann zum Beispiel eine elektromagnetische Kupplung bekannter Bauart oder aber auch eine Fliehkraftkupplung oder eine Freilaufkupplung zum Einsatz kommen. Eine elektromagnetische Kupplung besitzt den Vorteil, daß sie über eine zentrale Motorelektronik (die bei Kraftfahrzeugen eine immer größere Anwendung findet) steuerbar ist.

Claims

Schutzanspruche

Turbolader für Brennkraftmaschinen mit mindestens einer der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft zuführenden
Förderturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderturbine (2) mit der Welle eines Elektromotors (5) verbunden ist.

Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromotor (5) als Scheibenläufer ausgebildet ist.

Turbolader nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrons x: (5) mit der Förderturbine (2) über eine Kupplung (4) verbunden ist.

Turbolader nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der Förderturbine (2) über eine Kupplung (3) kuppelbare, durch Abgase der Brennkraftmaschine antreibbare Antriebsturoine (1).

5. Turbolader nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ei.. Kupplung (3, 4) als Fliehkraftoder Freilaufkupplung ausgebildet ist.

6. Turbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kupplung (3, 4) eine elektromagnetische Kupplung ist.

7. Turbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kupplung (3, 4) eine hydraulisch betätigte Kupplung ist.

8. Turbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch einen mit mindestens einer Kupplung (3, 4) verbundenen Drehzahlmesser für die Brennkraftmaschine.

9. Turbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch einen mit mindestens einer Kupplung (3, 4) verbundenen Belastungsmesser für die Brennkraftmaschine.

10. Turbolader nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderturbine (2) im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine mit dem Elektromotor (5) gekuppelt ist.

11. Turbolader nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderturbine (2) im Leerlauf der Brennkraftmaschine mit der Antriebeturbine (1) gekuppelt ist.

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12. Turbolader nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Forderturbine (2) bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine mit der Antriebsturbine &Pgr;) gekuppelt ist.

13. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 1?_%, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (5) mit der Brennkraftmaschine als Generator kuppelbar is«.,

14. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine der Elektromotor (5) als Generator mit
der Antriebsturbine (1) gekuppelt ist.