SE518053C2 - Hus till turbocompoundaggregat jämte ett turbocompoundaggregat och förbränningsmotor - Google Patents

Description

.. - " .I . - n. u. . -__".. ~ " ” f. . - » vv " .- U ' . ~ . .. -« fl: _, . . ø ' ' . .

. I.. . e _ , . - _ ...- 1' , . . . n ° _. . . . . . - . -' - . u I' vevaxelkugghjulet. Aggregatets utgående axel passerar genom ett urtag i kåpan.

Turbocompoundtekniken innebär en källa till effektökning och bränsleförbrukningssänkning för förbränningsmotorer, och i synnerhet vid turboladdade dieselmotorer för tunga fordon.

Emellertid har tekniken ifrågasätts, dels på grund av tilläggskostnaden för aggregatet, dels på grund av problem med driftssäkerheten. I synnerhet har erfarits begränsad livslängd hos den mekaniska växeln efter hydraulkopplingen, varvid kugg- hjulsskador medfört behov av tillsyn, reparation och ibland aggregatbyte.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Det är ett ändamål med denna uppfinning att anvisa ett hus till ett turbocompoundaggregat jämte ett turbocompoundaggre- gat, som löser eller reducerar problemen med den kända tekni- ken, och som tillhandahåller en tillförlitlig och långlivad lösning, vid vilken reparationsbehoven kan reduceras.

Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen vid ett hus till ett turbocompoundaggregat av inledningsvis nämnt slag genom känne- tecknet i den kânnetecknande delen av patentkravet 1.

Genom att således huset är försett med organ för orienterad fastsättning på motorblocket och inte såsom vid den konventio- nella tekniken på svänghjulskàpan undviks ingreppsfel mellan kugghjulet på turbocompoundaggregatets utgående axel och sam- verkande kugghjul. Skälet till detta är att placeringen av aggregatet på motorblocket ger en inriktning av aggregatets utgående axel, som i parallellitet överensstämmer med de kugg- hjul, med vilka den utgående axelns kugghjul skall komma i in- grepp. Detta som kontrast till att ett aggregat enligt den konventionella tekniken, som är anbringat på svänghjulskåpan, N E N , ._ __ . .. _ _ _ ... ... - 1 ,".. - -' ° 2 Z - . nn I' _ ,, . ~ . u . ~. nu :_ _, .. ~ _' ' . . 518 053 wrT~~:m'¿ . . . - - - - - - - H n 0 Û ' _ påverkas av böjningsrörelser och svängningar, som i drift upp- kommer mellan motorn och fordonets växellåda. Dessa rörelser har visat sig påverka ingreppsnoggrannheten, och så småningom i allvarliga fall leda till kugghaveri. Som resultat av upp- finningen uppnås i stället säkrare kuggingrepp och väsentligt ökad livslängd.

Genom att huset uppvisar styrelement dels i området av den ut- gående axeln för samverkan med transmissionsplåten, dels i form av anliggningsytor i ett område på avstånd därifrån upp- nås att infästningen blir stabil samtidigt som bearbetnings- toleranserna kan hållas rimliga, i synnerhet vad avser bear- betning av motorblockets inriktningsytor. Detta är en stor fördel, eftersom bearbetningen kan utföras med sådan konven- tionell utrustning, som används för övrig bearbetning av motorblocket. Ingen specialbearbetning blir således nödvändig.

Huvudskälet till detta är att inrättande av infâstningspunk- terna pà betydande avstånd från varandra medger lägre tole- ranskrav. Om nämligen infästningspunkterna befinner sig på ett ringa avstånd från varandra sett i axelled för huset skulle en motsvarande ringa lägesavvikelse tolereras, under det att in- fästningspunkter på större avstånd från varandra medger en högre grad av tolerans vad avser lågesavvikelser.

Enligt en föredragen aspekt av uppfinningen inkluderar huset anliggningsytor i åtminstone två i förhållande till varandra väsentligen vinkelräta plan, för samverkan med motsvarande in- riktningsytor på motorblocket. Härigenom ges ytterligare möj- lighet till säker och ändamålsenlig inriktning av huset på motorblocket.

Det är speciellt föredraget att, enligt en aspekt av uppfin- ningen, minst en anliggningsyta samverkar med en inriktnings- 10 15 20 518 053 tapp, eftersom detta medför ytterligare reducering av bearbet- ningsbehoven vad avser motorblocket. Bearbetningen reduceras härvid till upptagning av ett inriktat tapphàl. I synnerhet föredras att två anliggningsytor är anordnade, vilka mellan sig upptar inriktningstappen. Detta ger särskilt säker styr- ning av huset inför fastdragning med hjälp av skruvförband eller dylikt. Mest föredraget är att anliggningsytorna är anordnade enligt krav 6, varvid inriktning lätt kan ske genom förskjutning av huset i den utgående axelns riktning så att spåret omfattar tappen.

Det föredras att styrelementet i området av den utgående axeln utgörs av en utätstäende lagerstos för ett lager till denna axel. I synnerhet föredras att nämnda lagerstos uppvisar en cirkulärcylindrisk ytteryta, vilken utgör styryta för styrsam- verkan med ett styrhàl i transmissionsplåten. Detta ger bl. a. tillverkningsmässiga fördelar vad avser bearbetningen av detta styrelement.

Det föredrages att de första anliggningsytorna är belägna väsentligen motsatt den utgående axeln, vilket ger maximalt reducerade toleranskrav för tillverkningen.

Enligt en ytterligare aspekt omfattar huset vidare àtminstone ett fästparti, vilket är avsett för fastsättning mot motor- blocket, men vilket inte är avsett för inriktning och anligg- ning mot detta. Härvid föredrages att varje fästparti är av- sett för samverkan med en lägesfelskompenserande anordning, vilken är förankrad vid motorblocket. Detta ger den betydande fördelen att huset ytterligare kan stabiliseras och fixeras vid motorblocket utan att det behöver ställas nâgra högre precisionskrav vad avser lägena för de samverkande fixerings- punkterna, vanligtvis fästhàl, pà motorblocket. 10 15 518 053 Ytterligare fördelar uppnàs genom kännetecknen i de övriga osjâlvständiga kraven, och kommer att framgå av följande beskrivning av ett utföringsexempel.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Ett utföringsexempel av uppfinningen kommer nu att beskrivas med ledning av ritningarna, på vilka fig 1 schematiskt visar ett turbocompoundaggregat i samband med en turboladdad förbrânningsmotor, fig 2 visar en del av ett hus till ett turbocompoundaggregat enligt uppfinningen i en första sidovy, fig 3 visar huset i fig 2 underifrån, och fig 4 visar en sektion genom huset i fig 2 och 3 i samverkan med en transmissionsplàt.

Beskrivning av utföringsexempel I fig 1 avser hänvisningsbeteckning l en turboladdad diesel- motor för ett tungt fordon. Motorn är på sedvanligt sätt ut- rustad med anordningar för kylning av laddningsluft och kylar- vätska. Med 2 betecknas ett motorblock och med 3 en avgassam- lare, vilken leder avgaserna från cylindrar hos motorn till ett turboladdningsaggregat 4. Nedströms turboladdningsaggrega- tet 4, sett i avgasledningen, är inrättad en kraftturbin 6 tillhörig ett turbocompoundaggregat 5.

Från kraftturbinen 6 utgår en turbinaxel 7 för överföring av av kraftturbinen alstrad kraft via en första kuggväxel 8 till en hydraulkoppling 9, vilken är insatt för att tillåta varv- talsavvikelser mellan kopplingens ingående och utgående axlar. 10 15 20 25 518 053 En andra kuggväxel 11 är sedan anordnad för att ytterligare växla ned turbocompoundaggregatets 5 varvtal och för att medge samverkan med axeln till svänghjulet 12. Med 13 är betecknad en kåpa för svänghjulet, som vid den konventionella lösningen uppbär turbocompoundaggregatet 5, vilket således inte är fal- let vid aggregatet enligt uppfinningen. För förståelse av kuggväxlarnas ungefärliga sammanlagda utväxlingsförhàllande kan nämnas att kraftturbinens varvtal kan gå upp till flera tiotals tusen varv per minut, exempelvis 60 000 rpm, under det att svänghjulsvarvtalet vid normal marschfart för fordonet uppgår till cza 1 100 rpm.

I fig 2 visas en del 14 av ett hus till ett turbocompound- aggregat enligt uppfinningen. I princip är detta aggregat upp- byggt pà samma sätt som aggregatet i fig 1. Samma hänvisnings- beteckningar är använda för motsvarande detaljer. Ett pä denna figur ej visat lock är avsett att anbringas på ytan 14'. Huset inkluderar vidare en lagerstos 15 för upptagning av ett rulla- ger för den utgående axeln. Med 16 betecknas ett oljeutlopp från aggregatet.

Aggregatets hus är inrättat att inriktat samverka med motor- blocket till en förbränningsmotor. För detta ändamål uppvisar huset ett antal anliggningspartier och styrningar för samver- kan med motsvarande inriktningsytor på motorblocket.

Första anliggningspartier 17 respektive 20 har första anligg- ningsytor 18 respektive 21, vilken samverkar med första in- riktningsytor P1 respektive P2 pà motorblocket. Dessa första anliggningspartier 17, 20 utgör även fixeringspartier pà sä sätt att de är försedda med vardera en borrning, i vilken en skruv (antydd med streckade linjer vid 19 respektive 22) är insatt för samverkan med ett gängat häl i området av de första inriktningsytorna Pl och P2. . . . . . .- , ._ gl Û .. g» n 0 u. .n - ° ,".. ~ -* ° I . ß . .. -- :_ _, . ~ _ . . , .u v- _ _ _, .. ß " _ . ,., -.- - _ _, a " ' _ . . . . . .- _ , , . . n ._ . . . . .. , s n I Ett andra anliggningsparti 23 uppvisar ett inre spår med sido- belägna andra anliggningsytor 24 för styrd samverkan med en inriktningstapp 25, vilken är fast anbringad på ett orienterat sätt i motorblocket och utsticker därifrån. Det skall noteras 5 att det andra anliggningspartiet 23 inte direkt anligger mot någon inriktningsyta på motorblocket utan endast inriktas in- direkt via tappen 25.

Vidare uppvisar huset 14 ett första 26 och ett andra 27 fäst- parti, vilka ej heller är avsedda att anligga direkt mot någon 10 inriktningsyta på motorblocket. Dessa fästöron infästs i stäl- let på avstånd därifrån med hjälp av exempelvis en här ej när- mare beskriven lägesfelskompenserande infästningsanordning 35 såsom t ex den som visas i sökandens svenska patent med nummer 501 741. Dessa infästningar tjänar för att fixera och stabili- 15 sera huset 14 mot motorblocket efter att inriktning skett genom anliggningspartierna mot motsvarande inriktningsytor resp. tapp. Som framgår av figuren är fästöronen brett utskju- tande i sidled, sett ifrån den utgående axelns lagerstos 15.

Detta arrangemang ger stabil fixering till motorblocket. 20 I fig 3 framgår huset 14 med lagerstosen 15 visad bakom och delvis skymd av oljeutloppets 16 stos. Vidare framgår fästpar- tier 26 och 27 jämte en fläns 29 för anslutning av ett hölje till en kraftturbin till husdelen 14. I den högra delen av :zu husdelen 14 framgår de första och andra anliggningspartierna 5 25 17, 20 och 23, varvid i den senare de andra anliggningsytornas 8°} 24 avgränsningar antyds med streckade linjer. Vid denna utfö- ffß ringsform är det i det andra anliggningspartiet 23 bildade spåret öppet framåt men avslutat med en tvärvägg 24”. un. sons coon "_ I fig 4 visas i sektion husdelen 14 innehållande bl a hydraul- :ÜIDO kopplingen 9 och den utgående axeln 10. Lagerstosen 15 är av- o ann _". sedd att utgöra ett styrelement för husdelen 14 genom den n -- u 0- t ,. .u _ ._ . n.. cu~ 0 :_ ,. f ~° _: . I , u.. »I __ ,. . I _ _ .. . . n. -q _. __ I. I _ . . -oo - . - .. ..- , - u v ;-~,....__.-__ ....... -- 8 perifera cirkulärcylindriska ytan 28. Denna styryta 28 är anordnad att samverka med ett styrhål 31, vilket är upptaget i en transmissionsplåt 30, vilken i sin tur är orienterat fast- satt med hjälp av (ej visade) styrstift på motorblocket, i 5 dettas bakre område, dvs. i riktning mot motorns transmission.

Vidare framgår av denna figur ett kugghjul 30, som är anbringat på aggregatets utgående axeln 10, och som utgör del av den andra kuggväxeln, vilken motsvarar den, som är beteck- nad med ll i fig 1. 10 Vid den visade konstruktionen är den utgående axeln och i syn- nerhet detta kugghjul 32 väl styrda av ett rullningslager 33, vilket är insatt i lagerstosen med lagret angränsande till kugghjulet. Av detta framgår lagerstosens dubbla funktion att dels utgöra lagersäte, dels styrelement för turbocompound- 15 aggregatet. Denna dubbla funktion tillförsäkrar säker och lätt àstadkommen styrning av huset, och i synnerhet av axeln 10 och dess kugghjul 32, så att tillförlitligt ingrepp àstadkommes med det (ej visade) mellanhjulet, med vilket kugghjulet ska samverka. Detta mellanhjul uppbärs med fördel av en ej visad 20 lagertapp, vilken år fäst på transmissionsplàten.

Med 34 betecknas en tätning insatt mellan huset och transmis- sionsplåten. Med 14” är betecknad det tidigare nämnda locket, vilket i denna figur är anbragt på ytan 14' av husdelen 14. Äff Montering av turbocompoundaggregatet på förbrânningsmotorn går ä 25 till så att aggregatets hus 14, 14” placeras mot motorblocket fx: med anliggningsytorna 17 och 20 anliggande mot motsvarande in- äs: riktningsytor Pl och P2 pà motorblocket, se fig 3. Därefter förskjuts huset 14, 14' i riktning av pilen A, vilket motsva- .". rar i riktning mot vänster i fig l och 4 samt upp ur papprets -»'30 plan i fig 2. Härvid kommer tappen 25 att styras in i mellan 'Hd de andra anliggningsytorna 24 i spåret i det andra anligg- ono n O. . n. n. H 1,". 1 I ' , ° . . - - I _ , . . v _ . , . - v ~ :_ _ _ . . - _' . . :n :-~' _ , .N- .u- _: _ _ _ , . . . . - - u , . n 0 ningspartiet 23 och lagerstosens 15 styryta 28 att styras in i transmissionsplåtens 30 styrhål 31. I tillräckligt infört läge ätdras skruvarna invändigt de första anliggningspartierna 17 och 20 samt därefter fästelementen, som genomgår fästpartierna 26 och 27. På detta sätt uppnås en mycket god inriktning av turbocompoundaggregatet i förhållande till de kugghjul som in- gàr i den andra kuggväxeln. Detta oavsett om motorn utsätts för kraftiga vibrationer eller om det i området av svänghjuls- kåpan förekommer nedböjningar på grund av deformationer.

Det kan i detta sammanhang nämnas att upphängningspunkterna för motorn och den tillhöriga transmissionen vid dagens fordon är placerade mer åtskilda i förhållande till tidigare instal- lationer. Detta faktum har gjort området av svänghjulskåpan alltmer olämpligt för infästning av turbocompoundaggregatet på grund av de ökade deformationer denna upphängningsprincip med- fört.

En stor fördel med den beskrivna lösningen är att placeringen av åtminstone de första anliggningspartierna och föredraget även det andra anliggningspartiet på avstånd från området för styrsamverkan vid den utgående axeln, och mest föredraget på största praktiskt möjliga avstånd därifrån, ger mycket god in- riktningsnoggrannhet med måttliga toleranskrav. En mindre av- vikelse i höjdled av t ex ytorna P1 och P2 ger nämligen en minimal riktningsändring hos den utgående axelns 10 kugghjul 32. Detta är en stor fördel med uppfinningen, eftersom det medger att ytorna P1 och P2 bearbetas med hjälp av verktygs- maskiner, som konventionellt förekommer vid motortillverkning.

Vad avser bearbetningstoleranserna för ytorna föreligger såle- des måttliga krav. Det föreligger sålunda inget behov av specialmaskiner. 10 15 20 o none oo n n a n o 518 053 10 Uppfinningen kan varieras inom ramen för patentkraven. Sålunda kan anliggningspartierna vara utformade annorlunda och behöve som exempel ej vara utförda i direkt anslutning till skruv- fâstorgan. De andra anliggningsytorna kan ersättas av en enda yta, belägen i vinkel i förhållande till ytorna Pl, P2 och in riktningstappen 25 kan ersättas av något annat element, exem- pelvis även av en inriktad och bearbetad utgående del av motorblocket. Inriktningstappen är företrädesvis cirkulär- cylindrisk, men även andra former kan förekomma såsom cylind- risk med annan tvärsnittsform än cirkulär.

Elementen för styrning i området av den utgående axeln kan också vara annorlunda, även om det visade utföringsexemplet föredras av de skäl, som angivits ovan. Sålunda kan, med viss reducerad precision, aggregathuset 14 i detta område samverka med t ex ett fästöra på motorblocket via ett styrelement som är inrättat annorlunda än såsom ytteryta till en utstående lagerstos.

Anliggningspartierna kan även vara annorlunda utformade, t ex vara anordnade mer åtskilda i sidled och/eller mer utbredda ytmässigt. De kan även vara separata från fästorgan såsom skruvar. Det är emellertid väsentligt att de befinner sig på ett betydande avstånd från området av den utgående axeln, och helst området av husets motsatta sida.

I'

Claims (15)

10 15 20 nu o _ . _.. nl Ü l nu U 5 an: ' , s o e* » * . - - g _ , . . - 3 , . - , . - _ _ _ _ . . . _ . . . - .. n 0 I Û O 5 1 8 Û 5 3 ..- -.'. I - - . - n Q - Q A n U I ' ' . . - .- ll Patentkrav:

1. Hus (14,14') till ett turbocompoundaggregat (5) för en för- bränningsmotor (1), och med en utgående axel (10), vilken är anordnad att överföra kraft från kraftturbinen till ett till förbränningsmotorn hörande svänghjul, kännetecknat av -att det är försett med anliggningsytor (l8,2l,24) för samver- kan med motsvarande inriktningsytor (P1,P2,25) på förbrän- ningsmotorns motorblock (2), -att det i området av den utgående axeln (10) är försett med ett utskjutande styrelement (15) för samverkan med en pä motorblocket (2) fäst transmissionsplàt (30), och -att varje anliggningsyta (18,21,24), är anordnad i ett omràde av huset, som är pà avstånd från området av den utgående axeln, varvid huset erhåller orienterad fastsättning på motorblocket (2).

2. Hus enligt krav 1, kånnetecknat av att anliggningsytorna inkluderar minst en pà minst ett första anliggningsparti (l7,20) belägen första anliggningsyta (18,2l), som är vänd i riktning mot motorn och minst en pà minst ett andra anligg- ningsparti (23) belägen andra anliggningsyta (24), som förlö- per väsentligen vinkelrätt därtill och därmed väsentligen parallellt med riktningen mot motorn, och som i användning är väsentligen parallell med den utgående axeln för turbocompoundaggregatet.

3. Hus enligt krav 2, kännetecknat av att varje andra anligg- ningsyta (24), är inrättad för samverkan med en i motorblocket insatt inriktningstapp (25). 10 15 20 _ .- , . n _ _ n. ..._: '__'-',,° . .z . z 'I . . u . ,. . . . o 4 ~ I :z , . u n 0 ." ' I .- ,.. ..._-i _ _ _, - _: _ _ , , , . . . - . .- S1 8 Û 5 3 a . Q l Q. u 12

4. Hus enligt krav 3, kännetecknat av att inriktningstappen (25) är cirkulärcylindrisk.

5. Hus enligt krav 3 eller 4, kännetecknat av att det inklude- rar tvà andra anliggningsytor (24), vilka är sinsemellan parallella och motriktade, är inrättade för att med passning mellan sig samverka med inriktningstappen (25).

6. Hus enligt krav 5, kännetecknat av att nämnda andra anligg- ningsytor (24) är anordnade invändigt ett spår, vilket är öppet i riktning av den utgående axeln och slutet i motsatt riktning.

7. Hus enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda styrelement utgörs av en utåtstående lagerstos (15) för ett lager (33) till den utgående axeln (10).

8. Hus enligt krav 7, kännetecknat av att nämnda lagerstos (15) uppvisar en cirkulärcylindrisk ytteryta, vilken utgör styryta för styrsamverkan med ett styrhàl (31) i en på ett motorblock fäst transmissionsplàt (30).

9. Hus enligt något av föregående krav i beroende av krav 2, kännetecknat av att varje första anliggningsyta (18,21), är belägen på ett område av huset, som är väsentligen motsatt området av den utgående axeln.

10. Hus enligt något av föregående krav i beroende av krav 2, kännetecknat av att åtminstone nàgot av anliggningspartierna (l7,20,23) är anordnat utskjutande från huset (4).

11. Hus enligt något av föregående krav i beroende av krav 2, kännetecknat av att varje första anliggningsparti (l7,20) även 10 15 20 - . n . a» . . - n . . n I' 518 053 13 inkluderar ett hål eller ett urtag för ett fastsàttningsele- ment (l9,22).

12. Hus enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det inkluderar åtminstone ett fästparti (26,27), vilket är av- sett för fastsáttning mot motorblocket, men vilket inte är av- sett för inriktning och anliggning mot detta.

13. Hus enligt krav 12, kännetecknat av att varje fästparti (26,27) är avsett för samverkan med en lägesfelskompenserande anordning (35), vilken är förankrad vid motorblocket.

14. Turbocompoundaggregat, kännetecknat av att det inkluderar ett hus enligt något av kraven 1 - 13.

15. Förbränningsmotor, kânnetecknad av att dess motorblock är utrustat med inriktningsytor för inriktad fastsättning av ett turbocompoundaggregat enligt krav 14, och att den inkluderar ett dylikt aggregat.