WO2012116787A1 - Turbo-compound-system, insbesondere eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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WO2012116787A1
WO2012116787A1 PCT/EP2012/000730 EP2012000730W WO2012116787A1 WO 2012116787 A1 WO2012116787 A1 WO 2012116787A1 EP 2012000730 W EP2012000730 W EP 2012000730W WO 2012116787 A1 WO2012116787 A1 WO 2012116787A1
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turbo
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compound system
impeller
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PCT/EP2012/000730
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Markus Kley
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Voith Patent Gmbh
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/048—Type of gearings to be lubricated, cooled or heated
    • F16H57/0482—Gearings with gears having orbital motion
    • F16H57/0486—Gearings with gears having orbital motion with fixed gear ratio
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a turbo-compound system, that is to say a system in a drive train, in particular of a motor vehicle, having an internal combustion engine for driving the drive train, in the exhaust gas flow of which an exhaust gas utilization turbine is arranged.
  • the exhaust gas turbine can, for example, be arranged in the exhaust gas stream in front of or behind the exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger.
  • the exhaust gas turbine By means of the exhaust gas turbine, the exhaust gas of the internal combustion engine is deprived of energy and converted into mechanical energy or drive power. This then serves the additional drive of the output shaft of the engine, usually the crankshaft.
  • Such turbo-compound systems are known.
  • EP 0 751 027 Bl describes the arrangement of a hydrodynamic coupling in such a turbo-compound system in order to transfer the energy obtained from the exhaust gas of the internal combustion engine from an exhaust gas turbine to the crankshaft.
  • the hydrodynamic coupling comprises an impeller and a turbine wheel, which form a working space which can be filled with working fluid
  • Exhaust gas turbine while a gear is coupled which is designed as a spur gear, comprising two gears.
  • a gear is connected, which meshes with a gear of the turbine shaft of the exhaust gas turbine.
  • an output shaft is rotatably connected, which has a central resource supply channel, by means of
  • Working medium can be supplied to the working space. At the same time metered a partial flow for lubrication of a bearing assembly on which the impeller is supported, branched off.
  • spur gears are the relatively high radial forces occurring during operation, which make high demands on the storage of meshing gears. This is particularly disadvantageous when used in turbo-compound systems with rapidly rotating exhaust gas turbines. Furthermore, with relatively small spur gears only relatively low
  • the present invention has for its object to provide a turbo-compound system, which is improved over the embodiments according to the prior art.
  • the space requirement of such a turbo-compound system should be reduced.
  • an optimal and effective lubrication of the bearing assembly of the transmission of the turbo-compound system is to be ensured.
  • An inventive turbo-compound system in particular a
  • Motor vehicle comprising an internal combustion engine having an output shaft and an exhaust gas turbine, which in the exhaust stream of
  • Internal combustion engine is arranged and has an impeller which is rotatably mounted on a turbine shaft.
  • the exhaust gas turbine is about a transmission gear in a drive connection with the output shaft of
  • a hydrodynamic coupling which has an impeller and a turbine wheel, which together a toroidal, can be filled via an inlet with working fluid
  • Transmission gear lubricated with working fluid of the hydrodynamic coupling.
  • the transmission gear is further arranged in a drive connection between the hydrodynamic coupling and the exhaust gas turbine.
  • the transmission gear is designed as a planetary gear, comprising a sun gear, at least one planetary gear and a ring gear, which are engaged with each other.
  • Planetary wheels are mounted on a planet carrier.
  • a lubricant channel for lubricating at least the sun gear, ring gear and / or at least one planetary gear or the plurality of planet wheels is arranged with working fluid.
  • the impeller or turbine is rotatably mounted on an input shaft.
  • Transmission gear assigned to a common working fluid supply which is arranged in the input shaft and fluidly connected to the inlet of the hydrodynamic coupling or connectable. Over the common working medium supply can thus working medium the working space of the
  • Planetary gear and preferably the planetary gear bearings are optimally lubricated. As a result, the life of such a turbo-compound system is significantly increased.
  • Figure 1 shows a basic structure of the drive connection between the
  • Figure 3 shows a preferred embodiment of a hydrodynamic coupling of the turbo-compound system.
  • FIG. 1 shows a drive train between an exhaust gas turbine 3 and an output shaft 2, for example a crankshaft, of an internal combustion engine 1.
  • an output shaft 2 for example a crankshaft
  • the hydrodynamic coupling 4 arranged one behind the other.
  • the hydrodynamic coupling 4 comprises an impeller 5 and a turbine wheel 6, which has a
  • Output shaft 10 of the hydrodynamic coupling 4 connected.
  • the latter is here via a gear pair in drive connection with the output shaft 2 of the
  • the hydrodynamic coupling 4 is designed as a controllable clutch.
  • the transmission gear 8 is designed as a planetary gear, comprising a sun gear 12, two planetary gears 13 and a ring gear 14.
  • planetary gears 13 fewer or more planetary gears are provided.
  • a planetary carrier 15 is provided, which is rotatably connected to the input shaft 11 and the secondary side of Transmission 8 forms.
  • the planet carrier 15 could also be formed by the input shaft 11.
  • the sun gear 12 is rotatably connected to a turbine shaft 9, on which a not shown turbine runner is rotatably mounted.
  • the ring gear 14 is fixed, which is not mandatory.
  • the operation of the powertrain shown is as follows: The exhaust gas exiting the internal combustion engine 1 acts on the turbine runner of the exhaust gas turbine 3, whereby drive power is transmitted to the sun gear 12 via the turbine shaft 9.
  • the meshing with the sun gear 12 and the ring gear 14 planet gears 13 transmit the power through the
  • FIG. 2 shows the article from FIG. 1 according to a further development.
  • substantially the same components are provided with the same reference numerals.
  • an exhaust gas turbine 17 is a
  • Exhaust gas turbocharger 16 is provided, which viewed in the flow direction of the exhaust gas of the exhaust gas turbine 3 is connected upstream.
  • the exhaust gas leaving the internal combustion engine 1 first acts on the exhaust gas turbine 17.
  • the exhaust gas exiting from the exhaust gas turbine 17 or flowing past it is fed to the exhaust gas utilization turbine 3.
  • With the exhaust gas turbine 17 is a
  • Fresh air compressor 18 of the exhaust gas turbocharger 16 in drive connection to one out To compress the ambient sucked airflow and supply the internal combustion engine 1 to its charge.
  • Input shaft 11 and the turbine shaft 9 arranged concentrically with each other does not necessarily have to be the case.
  • an axial bore is introduced both in the output shaft 10 and in the input shaft 11.
  • the latter or both serve as common, the hydrodynamic coupling 4 and the
  • the axial bore could be incorporated exclusively in the output shaft 10 or the input shaft 11, or only one of the two holes for working fluid supply can be used.
  • the axial bore could be incorporated exclusively in the output shaft 10 or the input shaft 11, or only one of the two holes for working fluid supply can be used.
  • the two holes for working fluid supply can be used.
  • the planet carrier 15 On the input side of the hydrodynamic coupling 4, the planet carrier 15 is designed to rotate with the input shaft 11. The latter could also be formed integrally with the input shaft 11.
  • the planet carrier 15 has in its interior a lubricant channel 21, which is flow-conductively connected to the working medium supply 19.
  • the planet carrier 15 in each case has a boom, comprising a first section extending in the radial direction and a second section extending in the axial direction.
  • a planetary gear 13 is mounted in each case.
  • the number of cantilevers is dependent on the number of planetary gears 13.
  • the lubricant channel 21 opens here in each case in the axially extending portion of the boom, there in the region of the bearing assembly of the planetary gear 13 to lubricate this.
  • the lubricant channel 21 can also be used for lubrication of a bearing assembly, not shown, of the ring gear 14 and / or the sun gear 12.
  • the lubricant channel can open in the region of the bearing arrangement of the corresponding gear.
  • the lubricant channel 21 can via a plurality of radial and / or
  • Axial holes in the planet carrier 15 can be realized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Turbo-Compound-System, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, der eine Abtriebswelle aufweist; mit einer Abgasnutzturbine, die im Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordnet ist und ein Laufrad aufweist, das drehfest auf einer Turbinenwelle gelagert ist; die Abgasnutzturbine steht über ein Übersetzungsgetriebe in einer Triebverbindung mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, um Antriebsleistung über das Übersetzungsgetriebe auf die Abtriebswelle zu übertragen; mit einer hydrodynamischen Kupplung, die ein Pumpenrad und ein Turbinenrad aufweist, welche miteinander einen torusförmigen, über einen Zulauf mit Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden, um Drehmoment hydrodynamisch vom Pumpenrad auf das Turbinenrad zu übertragen; wobei zumindest ein Zahnrad des Übersetzungsgetriebes mit Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung geschmiert ist, und das Übersetzungsgetriebe in der Triebverbindung zwischen der hydrodynamischen Kupplung und der Abgasnutzturbine angeordnet ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe als Planetengetriebe ausgeführt ist, umfassend ein Sonnenrad, wenigstens ein auf einem Planetenträger gelagertes Planetenrad und ein Hohlrad, welche im Eingriff miteinander stehen; und im Planetenträger ein Schmiermittelkanal zum Schmieren wenigstens des Sonnenrades, Hohlrades und/oder zumindest eines Planetenrades mit Arbeitsmedium angeordnet ist.

Description

Turbo-Compound-System, insbesondere eines Kraftfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbo-Compound-System, das heißt ein System in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb des Antriebsstrangs, in dessen Abgasstrom eine Abgasnutzturbine angeordnet ist. Die Abgasnutzturbine kann beispielsweise im Abgasstrom vor oder hinter der Abgasturbine eines Abgasturboladers angeordnet sein. Mittels der Abgasnutzturbine wird dem Abgas des Verbrennungsmotors Energie entzogen und in mechanische Energie beziehungsweise in Antriebsleistung umgesetzt. Diese dient dann dem zusätzlichen Antrieb der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, in der Regel dessen Kurbelwelle. Derartige Turbo-Compound-Systeme sind bekannt. So beschreibt die EP 0 751 027 Bl die Anordnung einer hydrodynamischen Kupplung in einem solchen Turbo- Compound-System, um die aus dem Abgas des Verbrennungsmotors gewonnene Energie von einer Abgasnutzturbine auf die Kurbelwelle zu übertragen. Die hydrodynamische Kupplung umfasst dazu ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, welche einen mit Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden, um
Drehmoment vom Pumpenrad auf das Turbinenrad zu übertragen. Mit der
Abgasnutzturbine ist dabei ein Getriebe gekoppelt, welches als Stirnradgetriebe, umfassend zwei Zahnräder, ausgeführt ist. An das Pumpenrad ist ein Zahnrad angeschlossen, welches mit einem Zahnrad der Turbinenwelle der Abgasturbine kämmt. Mit dem Turbinenlaufrad ist eine Abtriebswelle drehfest verbunden, welche einen zentralen Betriebsmittelzufuhrkanal aufweist, mittels dem
Arbeitsmedium dem Arbeitsraum zugeführt werden kann. Gleichzeitig wird dosiert ein Teilstrom zur Schmierung einer Lageranordnung, auf der sich das Pumpenrad abstützt, abgezweigt. Allgemein nachteilig an derartigen Stirnradgetrieben sind die im Betrieb auftretenden relativ hohen Radialkräfte, welche hohe Ansprüche an die Lagerung der miteinander kämmenden Zahnräder stellen. Dies ist beim Einsatz in Turbo- Compound-Systemen mit schnell drehenden Abgasturbinen besonders nachteilig. Weiterhin sind mit kleinbauenden Stirnradgetrieben nur relativ niedrige
Übersetzungen realisierbar, sodass die miteinander kämmenden Zahnräder relativ großbauend ausgeführt werden müssen. Schließlich müssen bei Stirnradgetrieben die miteinander über die Stirnräder in Triebverbindung stehenden Wellen stets parallel zueinander angeordnet sein. Dies wiederum führt zu einem größeren Bauraum eines solchen Getriebes.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbo-Compound- System anzugeben, welches gegenüber den Ausführungsformen gemäß dem Stand der Technik verbessert ist. Insbesondere soll der Raumbedarf eines solchen Turbo-Compound-Systems verringert werden. Gleichzeitig soll eine optimale und effektive Schmierung der Lageranordnung des Getriebes des Turbo-Compound- Systems sichergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Turbo-Compound-System mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Turbo-Compound-System, insbesondere eines
Kraftfahrzeugs, umfasst einen Verbrennungsmotor, der eine Abtriebswelle aufweist sowie eine Abgasnutzturbine, die im Abgasstrom des
Verbrennungsmotors angeordnet ist und ein Laufrad aufweist, das drehfest auf einer Turbinenwelle gelagert ist. Die Abgasnutzturbine steht dabei über ein Übersetzungsgetriebe in einer Triebverbindung mit der Abtriebswelle des
Verbrennungsmotors, um Antriebsleistung über das Übersetzungsgetriebe auf die Abtriebswelle zu übertragen. Weiterhin ist eine hydrodynamische Kupplung vorgesehen, die ein Pumpenrad und ein Turbinenrad aufweist, welche miteinander einen torusförmigen, über einen Zulauf mit Arbeitsmedium befüllbaren
Arbeitsraum ausbilden, um Drehmoment hydrodynamisch vom Pumpenrad auf das Turbinenrad zu übertragen. Dabei ist zumindest ein Zahnrad des
Übersetzungsgetriebes mit Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung geschmiert. Das Übersetzungsgetriebe ist ferner in einer Triebverbindung zwischen der hydrodynamischen Kupplung und der Abgasnutzturbine angeordnet.
Erfindungsgemäß ist das Übersetzungsgetriebe als Planetengetriebe ausgeführt, umfassend ein Sonnenrad, wenigstens ein Planetenrad und ein Hohlrad, welche im Eingriff miteinander stehen. Das eine Planetenrad oder eine Vielzahl von
Planetenrädern ist auf einem Planetenträger gelagert. Im Planetenträger ist ein Schmiermittelkanal zum Schmieren wenigstens des Sonnenrades, Hohlrades und/oder zumindest des einen Planetenrades oder der mehreren Planetenräder mit Arbeitsmedium angeordnet.
Mit Vorteil ist das Pumpenrad oder Turbinenrad drehfest auf einer Eingangswelle gelagert. Dabei ist der hydrodynamischen Kupplung und dem
Übersetzungsgetriebe eine gemeinsame Arbeitsmediumzufuhr zugeordnet, welche in der Eingangswelle angeordnet ist und strömungsleitend mit dem Zulauf der hydrodynamischen Kupplung verbunden oder verbindbar ist. Über die gemeinsame Arbeitsmediumzufuhr kann somit Arbeitsmedium dem Arbeitsraum der
hydrodynamischen Kupplung zugeführt und gleichzeitig die Lager des
Planetengetriebes und vorzugsweise die Planetenradlager optimal geschmiert werden. Hierdurch wird die Lebensdauer eines solchen Turbo-Compound-Systems erheblich gesteigert.
Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch erläutert werden.
Es zeigen: Figur 1 einen prinzipiellen Aufbau der Triebverbindung zwischen der
Abgasnutzturbine und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors; Figur 2 eine Ausführungsform gemäß der Figur 1 mit zusätzlichem
Abgasturbolader;
Figur 3 eine bevorzugte Ausführungsform einer hydrodynamischen Kupplung des Turbo-Compound-Systems.
In der Figur 1 ist ein Antriebsstrang zwischen einer Abgasnutzturbine 3 und einer Abtriebswelle 2, beispielsweise eine Kurbelwelle, eines Verbrennungsmotors 1 gezeigt. In Leistungsübertragungsrichtung von der Abgasnutzturbine 3 zum Verbrennungsmotor 1 sind ein Übersetzungsgetriebe 8 sowie eine
hydrodynamische Kupplung 4 hintereinander angeordnet. Die hydrodynamische Kupplung 4 umfasst ein Pumpenrad 5 sowie ein Turbinenrad 6, die einen
Arbeitsraum 7, in dem sich eine hydrodynamische Kreislaufströmung ausbilden kann, begrenzen. Dabei ist vorliegend das Pumpenrad 5 drehfest mit einer Eingangswelle 11 und das Turbinenrad 6 ebenfalls drehfest mit einer
Ausgangswelle 10 der hydrodynamischen Kupplung 4 verbunden. Letztere steht hier über ein Zahnradpaar in Triebverbindung mit der Abtriebswelle 2 des
Verbrennungsmotors 1. Von Vorteil ist es, wenn die hydrodynamische Kupplung 4 als regelbare Kupplung ausgeführt ist. Erfindungsgemäß ist das Übersetzungsgetriebe 8 als Planetengetriebe, umfassend ein Sonnenrad 12, zwei Planetenräder 13 sowie ein Hohlrad 14 ausgeführt.
Natürlich ist es denkbar, dass anstelle der beiden dargestellten Planetenräder 13 auch weniger oder mehr Planetenräder vorgesehen werden. Zur Lagerung der Planetenräder 13 ist ein Planetenträger 15 vorgesehen, welcher drehfest mit der Eingangswelle 11 verbunden ist und die Sekundärseite des Übersetzungsgetriebes 8 ausbildet. Der Planetenträger 15 könnte auch von der Eingangswelle 11 ausgebildet werden.
Auf der Primärseite des Übersetzungsgetriebes 8 ist das Sonnenrad 12 mit einer Turbinenwelle 9, auf der ein nicht gezeigtes Turbinenlaufrad drehfest angeordnet ist, drehfest verbunden.
Im vorliegenden Fall ist das Hohlrad 14 festgesetzt, was jedoch nicht zwingend ist. Die Arbeitsweise des gezeigten Antriebsstrangs ist die folgende: Das aus dem Verbrennungsmotor 1 austretende Abgas beaufschlagt das Turbinenlaufrad der Abgasnutzturbine 3, wodurch Antriebsleistung über die Turbinenwelle 9 auf das Sonnenrad 12 übertragen wird. Die mit dem Sonnenrad 12 und dem Hohlrad 14 kämmenden Planetenräder 13 übertragen die Antriebsleistung über den
Planetenträger 15 und die Eingangswelle 11 auf das Pumpenrad 5. Bei einer Befüllung des Arbeitsraumes 7, vorzugsweise bei einer Vollbefüllung, wird
Drehmoment beziehungsweise Drehleistung der Eingangswelle 11 über das
Turbinenrad 6, die Ausgangswelle 10 und das Zahnradpaar auf die Abtriebswelle 2 des Verbrennungsmotors 11 übertragen.
In der Figur 2 ist der Gegenstand aus Figur 1 gemäß einer Weiterbildung dargestellt. Dabei sind im Wesentlichen die gleichen Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Zusätzlich zu der Abgasnutzturbine 3 ist eine Abgasturbine 17 eines
Abgasturboladers 16 vorgesehen, welche in Strömungsrichtung des Abgases gesehen der Abgasnutzturbine 3 vorgeschaltet ist. Somit beaufschlagt das aus dem Verbrennungsmotor 1 austretende Abgas zuerst die Abgasturbine 17. Das aus der Abgasturbine 17 austretende oder an dieser vorbeiströmende Abgas wird der Abgasnutzturbine 3 zugeführt. Mit der Abgasturbine 17 steht ein
Frischluftverdichter 18 des Abgasturboladers 16 in Triebverbindung, um einen aus der Umgebung angesaugten Luftstrom zu verdichten und dem Verbrennungsmotor 1 zu dessen Aufladung zuzuführen.
Wie man in den Figurenl und 2 erkennt, sind, die Ausgangswelle 10, die
Eingangswelle 11 sowie die Turbinenwelle 9 zueinander konzentrisch angeordnet. Dies muss jedoch nicht zwingend der Fall sein.
In der Figur 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der hydrodynamischen
Kupplung 4 des erfindungsgemäßen Turbo-Compound-Systems in einem
Axialschnitt durch die Drehachse der hydrodynamischen Kupplung 4 gezeigt. Auch hier sind die gleichen Bauelemente mit denselben Bezugszeichen wie zuvor versehen.
Wie man in der Figur 3 erkennt, ist sowohl in der Ausgangswelle 10 als auch in der Eingangswelle 11 jeweils eine Axialbohrung eingebracht. Letztere oder beide dienen als gemeinsame, der hydrodynamischen Kupplung 4 sowie dem
Übersetzungsgetriebe 8 (siehe Figur 1 und 2) zugeordnete Arbeitsmediumzufuhr 19. Natürlich könnte die Axialbohrung ausschließlich in der Ausgangswelle 10 oder der Eingangswelle 11 eingebracht sein, oder nur eine der beiden Bohrungen zur Arbeitsmediumzufuhr genutzt werden. Im vorliegenden Fall sind die
Ausgangswelle 10 und die Eingangswelle 11 konzentrisch zueinander angeordnet, wobei deren einander zugewandte Flächen einen Spalt bilden. So kann ein
Teilstrom aus der Arbeitsmediumzufuhr 19 im Bereich des Trennspalts zwischen dem Pumpenrad 5 und Turbinenrad 6 (Symmetrieebene) und einen Zulauf 20 in den Arbeitsraum 7 zu dessen Befüllung gelangen.
Eingangsseitig der hydrodynamischen Kupplung 4 ist der Planetenträger 15 drehfest mit der Eingangswelle 11 ausgeführt. Letzterer könnte auch einteilig mit der Eingangswelle 11 ausgebildet sein. Der Planetenträger 15 weist in seinem Inneren einen Schmiermittelkanal 21 auf, welche strömungsleitend mit der Arbeitsmediumzufuhr 19 verbunden ist. Der Planetenträger 15 weist dabei jeweils einen Ausleger auf, umfassend einen ersten, in Radialrichtung verlaufenden Abschnitt sowie einen zweiten in Axialrichtung verlaufenden Abschnitt. Auf Letzterem ist jeweils ein Planetenrad 13 gelagert. Die Anzahl der Ausleger ist abhängig von der Anzahl der Planetenräder 13. Der Schmiermittelkanal 21 mündet vorliegend jeweils im in Axialrichtung verlaufenden Abschnitt des Auslegers, und zwar dort im Bereich der Lageranordnung des Planetenrades 13, um diese zu schmieren.
Der Schmiermittelkanal 21 kann auch zur Schmierung einer nicht gezeigten Lageranordnung des Hohlrades 14 und/oder des Sonnenrades 12 verwendet werden. Dazu kann der Schmiermittelkanal im Bereich der Lageranordnung des entsprechenden Zahnrades münden.
Der Schmiermittelkanal 21 kann über eine Mehrzahl von Radial- und/oder
Axialbohrungen im Planetenträger 15 realisiert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ergeben sich folgende Vorteile: Aufgrund des Einsatzes eines Planetengetriebes werden im Vergleich zum Stirnradgetriebe relativ geringe Radialkräfte im Betrieb der Abgasnutzturbine erreicht, wodurch die Lageranordnung des Getriebes weniger stark belastet wird. Gleichzeitig können durch das Planetengetriebe relativ große Übersetzungen erreicht werden, bei gleichzeitiger kompakter Bauweise des Getriebes und damit des gesamten Turbo- Compound-Systems. Schließlich können durch die erfindungsgemäße Bauweise die Eingangs-, Ausgangs- sowie die Turbinenwelle konzentrisch zueinander ausgeführt werden, was eine zusätzliche Kompaktheit des Turbo-Compound-Systems ermöglicht. Bezugszeichenliste
1 Verbrennungsmotor
2 Abtriebswelle
3 Abgasnutzturbine
4 hydrodynamische Kupplung
5 Pumpenrad
6 Turbinenrad
7 Arbeitsraum
8 Ü bersetzu ngsgetriebe
9 Turbinenwelle
10 Ausgangswelle
11 Eingangwelle
12 Sonnenrad
13 Planetenrad
14 Hohlrad
15 Planetenträger
16 Abgasturbolader
17 Abgasturbine
18 Frischluftverdichter
19 Arbeitsmediumzufuhr
20 Zulauf
21 Schmiermittelkanal

Claims

Patentansprüche
1. Turbo-Compound-System, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
1.1 mit einem Verbrennungsmotor (1), der eine Abtriebswelle (2) aufweist;
1.2 mit einer Abgasnutzturbine (3), die im Abgasstrom des
Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist und ein Laufrad aufweist, das drehfest auf einer Turbinenwelle (9) gelagert ist;
1.3 die Abgasnutzturbine (3) steht über ein Übersetzungsgetriebe (8) in einer Triebverbindung mit der Abtriebswelle (2) des Verbrennungsmotors (1), um Antriebsleistung über das Übersetzungsgetriebe (8) auf die Abtriebswelle (2) zu übertragen;
1.4 mit einer hydrodynamischen Kupplung (4), die ein Pumpenrad (5) und ein Turbinenrad (6) aufweist, welche miteinander einen torusförmigen, über einen Zulauf (20) mit Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum (7) ausbilden, um Drehmoment hydrodynamisch vom Pumpenrad (5) auf das Turbinenrad (6) zu übertragen; wobei
1.5 zumindest ein Zahnrad des Übersetzungsgetriebes (8) mit Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung (4) geschmiert ist, und
1.6 das Übersetzungsgetriebe (8) in der Triebverbindung zwischen der
hydrodynamischen Kupplung (4) und der Abgasnutzturbine (3) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass
1.7 das Übersetzungsgetriebe (8) als Planetengetriebe ausgeführt ist,
umfassend ein Sonnenrad (12), wenigstens ein auf einem Planetenträger (15) gelagertes Planetenrad (13) und ein Hohlrad (14), welche im Eingriff miteinander stehen; und
1.8 im Planetenträger (15) ein Schmiermittelkanal (21) zum Schmieren
wenigstens des Sonnenrades (12), Hohlrades (14) und/oder zumindest eines Planetenrades (13) mit Arbeitsmedium angeordnet ist.
2. Turbo-Compound-System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenrad (5) oder Turbinenrad (6) drehfest auf einer
Eingangswelle (11) gelagert ist;
2.1 mit einer der hydrodynamischen Kupplung (4) und dem
Übersetzungsgetriebe (8) zugeordneten gemeinsamen
Arbeitsmediumzufuhr (19), welche in der Eingangswelle (11) angeordnet ist und strömungsleitend mit dem Zulauf (20) verbunden oder verbindbar ist; wobei
2.2 der Schmiermittelkanal (21) strömungsleitend mit der gemeinsamen
Arbeitsmediumzufuhr (19) verbunden ist.
3. Turbo-Compound-System gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schmiermittelkanal (21) im Wesentlichen in Radialrichtung der hydrodynamischen Kupplung (4) verläuft.
4. Turbo-Compound-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenwelle (9) der Abgasnutzturbine (3) drehfest mit dem Sonnenrad (12) verbunden ist oder in Triebverbindung mit diesem steht oder in eine solche bringbar ist.
5. Turbo-Compound-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenrad (5) der hydrodynamischen Kupplung (4) mit den Planetenträger (15) verbunden ist oder in Triebverbindung mit diesem steht oder in eine solche bringbar ist.
6. Turbo-Compound-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelkanal (21) im Bereich einer
Lageranordnung, über welche sich das Hohlrad (14), Sonnenrad (12) und/oder zumindest ein Planetenrad (13) im Planetengetriebe abstützt, mündet. Turbo-Compound-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (2), die Kupplungswelle (11) und die Turbinenwelle (9) zueinander konzentrisch angeordnet sind.
8. Turbo-Compound-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmediumzufuhr (19) in Form eines in Axialrichtung durch die Eingangswelle (11) verlaufenden Kanals, insbesondere über die gesamte axiale Länge, vorteilhaft in beiden Stirnseiten der Eingangswelle (11) mündend, verlaufenden Kanals ausgeführt ist.
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