SE469850B

SE469850B - Monitoring arrangement for a turbo compound engine system

Info

Publication number: SE469850B
Application number: SE9002403A
Authority: SE
Inventors: P Lange
Original assignee: Saab Scania Ab
Priority date: 1990-07-10
Filing date: 1990-07-10
Publication date: 1993-09-27
Also published as: DE4191532T; SE9002403L; WO1992001147A1; SE9002403D0

Description

Jåß Qx MO 10 15 20 25 30 35 0:3 (Ti II) och överför överskottsenergi till en drivaxel. Kopplingen matas från mo- torns smörjoljesystem och tillförs olja genom kopplingens ingående axel. Jåß Qx MO 10 15 20 25 30 35 0: 3 (Ti II) and transfers excess energy to a drive shaft. The clutch is fed from the engine's lubricating oil system and oil is supplied through the clutch shaft's input shaft.

Den hydrodynamiska kopplingen i ett turbokompoundsystem utsätts för stora påfrestningar. Dess maximala varvtal ligger i området 5 - 10 000 varv/min. Om oljetillförseln till kopplingen av någon anledning skulle avta eller helt upphöra, genom exempelvis en läcka eller igensättning av led- ning, kommer dess lager att få problem med smörjningen och dessutom kommer eftersläpningen att öka eftersom kopplingen börjar tömmas på olja varigenom motståndet i densamma minskar. Eftersläpningen är den procentuella skillnaden mellan varvtalet på kopplingens ingående axel och på dess utgående axel. Kopplingens temperatur kommer därvid att höjas genom att kopplingen inte kyls tillräckligt och man riskerar bl a la- gerhaverier. En onormalt hög eftersläpning kommer också att medföra att kompoundsystemets tu rbinvarvtal påtagligt ökar genom att det mot- stånd som den hydrodynamiska kopplingen överför delvis försvinner. Det- ta innebär stora mekaniska påfrestningar på lager och koppling vilket kan resultera i kostsamma haverier.The hydrodynamic coupling in a turbo compound system is exposed to great stresses. Its maximum speed is in the range 5 - 10,000 rpm. If the oil supply to the coupling for some reason should decrease or cease completely, for example due to a leak or clogging of a pipe, its bearings will have problems with lubrication and in addition the lag will increase as the coupling begins to drain on oil thereby reducing its resistance. The lag is the percentage difference between the speed of the clutch input shaft and its output shaft. The temperature of the coupling will then be raised because the coupling is not cooled sufficiently and there is a risk of bearing failures, among other things. An abnormally high lag will also lead to a significant increase in the turbine speed of the compound system by partially eliminating the resistance transmitted by the hydrodynamic clutch. This means great mechanical stresses on bearings and coupling, which can result in costly breakdowns.

Uppfinningens ändamål Föreliggande uppfinning har till ändamål att förhindra att haverier upp- står i hydrodynamiska kopplingar av genomspolad typ anordnade i turbo- kompoundmotorsystem.OBJECTS OF THE INVENTION The object of the present invention is to prevent accidents from occurring in hydrodynamic couplings of the flush-through type arranged in turbo-compound engine systems.

I nämnda avseende utmärks det uppfinningsenliga övervakningsarrang- emanget av en temperaturavkännande anordning anordnad i ett hus om- givande nämnda koppling samt en anordning för att i beroende av den av anordningen avkända temperaturen styra ned motorns avgivna effekt om temperaturen överstiger ett föutbestämt värde. Härigenom behöver giva- ren inte vara placerad i kopplingen vilket är komplicerat med hänsyn till inbyggnad och det utsätter den också för mekaniska påfrestningar. g En uppfinningen exemplifierande utföringsform ska nedan närmare be- . skrivas med hänvisning till bifogade figurer. 10 15 20 25 30 35 3 469 sso Kort beskrivning av figurerna Figur 1 visar ett turbokompoundmotoraggregat med ett övervaknings- system enligt uppfinningen.In said respect, the monitoring arrangement according to the invention is characterized by a temperature sensing device arranged in a housing surrounding said coupling and a device for controlling the output power of the motor if the temperature exceeds a predetermined value depending on the temperature sensed by the device. As a result, the sensor does not have to be placed in the coupling, which is complicated with regard to installation and it also exposes it to mechanical stresses. An exemplary embodiment of the invention will be described in more detail below. written with reference to the attached figures. 10 15 20 25 30 35 3 469 sso Brief description of the figures Figure 1 shows a turbo compound engine unit with a monitoring system according to the invention.

Figur 2 visar en hydrodynamisk koppling och en i denna enligt en före- dragen utföringsform anordnad temperaturgivare.Figure 2 shows a hydrodynamic coupling and a temperature sensor arranged therein according to a preferred embodiment.

Beskrivning av ett utföringsexempel l figur 1 visas schematiskt ett förbränningsmotoraggregat 1 av turbokom- poundtyp innefattande en förbränningsmotor 2, ett turboaggregat 22 bestående av en första avgasturbin 23 och en av denna driven turbo- kompressor 24 komprimerande motorns 2 inloppsluft, en andra avgastur- bin 3, hädanefter kallad kraftturbin, och en transmission 4 mellan kraft- turbinen 3 och en i förbränningsmotorn 2 ingående drivaxel 5. Transmis- sionen 4 består av en hydrodynamisk koppling 16 genomspolad av olja, en växel 7 mellan kopplingen 16 och kraftturbinen 3 och en växel 8 mellan kopplingen 16 och motorns 2 drivaxel 5. Motorns 2 drivaxel 5 driver via en transmission 46 en last 6, exempelvis i form av ett tungt landsvägsfordon.Description of an embodiment 1 Figure 1 schematically shows an internal combustion engine type internal combustion engine unit 1 comprising an internal combustion engine 2, a turbocharged unit 22 consisting of a first exhaust turbine 23 and a turbocharger compressed by the turbocharger engine 2 driven by this. , hereinafter referred to as power turbine, and a transmission 4 between the power turbine 3 and a drive shaft 5 included in the internal combustion engine 2. The transmission 4 consists of a hydrodynamic clutch 16 flushed by oil, a gear 7 between the clutch 16 and the power turbine 3 and a gear 8 between the clutch 16 and the drive shaft 5 of the engine 2. The drive shaft 5 of the engine 2 drives a load 6 via a transmission 46, for example in the form of a heavy road vehicle.

Avgaserna från motorn 2 d riveri första steget avgasturbinen 23 och där- efter den seriekopplade kraftturbinen 3. En anordning 12 avkännande temperaturen hos oljan är monterad i kopplingen 16. Anordningen 12 kan t ex vara ett vanligt termoelement eller en temperaturnivåavkännan- de anordning avkännande två temperaturnivåer, t ex av elektromekanisk typ som en temperaturvakt av bimetalltyp. Den i figur 1 angivna anord- ningen 12 är ett termoelement varför en elektronisk kontrollanordning 9 krävs för att ta emot och tolka från termoelementet härrörande signal- spänningar. De av kontrollanordningen registrerade signalerna jämförs ständigt med ett förutbestämt högsta tillåtet värde. l händelse av över- skridande av detta värde ger kontrollanordningen 9 en signal till en styr- enhet 10 som sänker motorns 2 avgivna effekt, exempelvis genom att minska den insprutade bränslemängden.The exhaust gases from the engine 2 d in the first stage the exhaust turbine 23 and then the series-connected power turbine 3. A device 12 sensing the temperature of the oil is mounted in the coupling 16. The device 12 can be, for example, an ordinary thermocouple or a temperature sensing device sensing two temperature levels. , for example of the electromechanical type as a temperature monitor of the bimetallic type. The device 12 shown in Figure 1 is a thermocouple, which is why an electronic control device 9 is required to receive and interpret signal voltages originating from the thermocouple. The signals registered by the control device are constantly compared with a predetermined maximum permissible value. In the event of this value being exceeded, the control device 9 gives a signal to a control unit 10 which lowers the output power of the engine 2, for example by reducing the amount of fuel injected.

Samtidigt kan operatören eller fordonsföraren göras medveten om situa- tionen genom en larmanordning som akustiskt och/eller visuellt larmar om temperaturen överstiger det förutbestämda värdet. Alternativt kan -lß- (in xD 10 15 25 30 CO 01 C13 Jb man om temperaturen fortsätter att stiga låta styranordningen 10 stänga av motorn 2.At the same time, the operator or vehicle driver can be made aware of the situation through an alarm device that acoustically and / or visually alarms if the temperature exceeds the predetermined value. Alternatively, -lß- (in xD 10 15 25 30 CO 01 C13 Jb if the temperature continues to rise, let the control device 10 turn off the engine 2.

Figur 2 visar en hydrodynamisk koppling 16 inrymd i ett kopplingshus 13.1 kopplingshuset 13 är upptaget ett hål 14 i vilket anordningen 12 är place- rad. Hålet är fördelaktigast upptaget mitt för kopplingens 16 största dia- meter. Anordningen 12 är därmed placerad så nära kopplingens 16 ytter- yta som möjligt. Kopplingen 16 utgörs av ett pumphjul 11, vilket är integ- rerat med kopplingens 16 ytteryta, drivet av kraftturbinen 3 vilket pump- hjul 11 överför kraften via oljan till ett turbinhjul 15. Kraften överförs där- efter till motorns 2 drivaxel 5.Figure 2 shows a hydrodynamic coupling 16 housed in a coupling housing 13.1. The coupling housing 13 is accommodated in a hole 14 in which the device 12 is placed. The hole is most advantageously occupied in the middle of the coupling's 16 largest diameters. The device 12 is thus placed as close to the outer surface of the coupling 16 as possible. The clutch 16 consists of a impeller 11, which is integrated with the outer surface of the clutch 16, driven by the power turbine 3, which impeller 11 transmits the power via the oil to a turbine wheel 15. The power is then transmitted to the drive shaft 5 of the engine 2.

Vid minskning eller avbrott av oljetillförseln till kopplingen 16 kommer så- ledes dennas oljefyllning snabbt att minska. Kopplingen 16 förmår däref- ter inte att överföra samma effekt från pumphjulet 11 till turbinhjulet 15 som den fyllda kopplingen 16 gjorde. Inte heller förmår oljan kyla bort deti kopplingen alstrade värmet. Då motståndet i kopplingen genom den minskade oljemängden minskar kommer även pumphjulets 11 varvtal att öka, vilket medför stora mekaniska och termiska påfrestningar på kopp- lingen 16, framför allt på dess lagersystem.In the event of a reduction or interruption of the oil supply to the coupling 16, its oil filling will thus decrease rapidly. The clutch 16 is then unable to transmit the same power from the impeller 11 to the turbine wheel 15 as the filled clutch 16 did. Nor is the oil able to cool off the heat generated by the coupling. As the resistance in the clutch decreases due to the reduced amount of oil, the speed of the impeller 11 will also increase, which entails great mechanical and thermal stresses on the clutch 16, especially on its bearing system.

Innan ett läckage i kopplingen 16 eller ett flödesavbrott har åstadkommit någon skada kommer således den i kopplingshuset 13 monterade anord- ningen 12 att via anordningarna 9,10 att minska motorns 2 tillgängliga ef- fekt och därmed förhindra skador och kostsamma reparationer. Med för- del är anordningarna 9 och 10 därvid uppbyggda med mikrodatorteknik.Thus, before a leak in the coupling 16 or a flow interruption has caused any damage, the device 12 mounted in the coupling housing 13 will, via the devices 9,10, reduce the available power of the motor 2 and thereby prevent damage and costly repairs. With advantage, the devices 9 and 10 are then constructed with microcomputer technology.

Uppfinningen ska inte ses som begränsad till här beskrivna utföringsfor- mer eftersom den inom ramen för uppfinningstanken och efterföljande patentkrav kan modifieras i ett flertal olika utföringsformer.The invention should not be construed as limited to the embodiments described herein, as it may be modified within the scope of the inventive concept and the appended claims in a number of different embodiments.

:I:IN

Claims

l0 20 25 30 a * 4-69 850 Patent Claims

Monitoring arrangement for a turbo compound engine system which is arranged a liquid-flushed hydrodynamic coupling (16) between an exhaust-driven power turbine (3) and a drive shaft (S) arranged in the internal combustion engine (2) included in the turbo compound system, characterized by a temperature characteristic (12). fixedly arranged in a housing (13) surrounding said coupling (16) near the outer surface of the coupling saint a device (9, 10) for controlling the power emitted by the motor (2) emitted depending on the temperature sensed by the temperature sensing device (12). if the temperature exceeds a predetermined value.

Monitoring arrangement for a turbo compound engine system according to claim 1, characterized in that the temperature sensing device (12) is a thermocouple.

Monitoring arrangement margin for a turbo compound engine system according to claim 1, characterized in that the temperature sensing device (12) is a temperature monitor.

Monitoring arrangement for a turbo compound engine system according to any one of claims 1-3, characterized in that the temperature sensing device (12) is located in the housing (13) substantially in the middle of the coupling: (16) largest outer diameter.

Monitoring arrangement for a turbo compound engine system according to any one of claims 1-4, characterized in that a temperature device for acoustic or visual indication is connected to the temperature sensing device (12) if the temperature exceeds the predetermined value.