CN102317596A - 用于驱动装置的涡轮复合*** - Google Patents

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Abstract

一种用于具有内燃发动机的装置的涡轮复合***，该涡轮复合***具有：由涡轮机驱动的轴；从动轴；和连接这些轴的传动单元。该传动单元布置在壳体中，并且具有至少一个液力耦合器。根据本发明，该驱动装置配有至少一个输送装置，通过该输送装置能将润滑油或含润滑油的混合物从壳体中抽吸出来。

Description

用于驱动装置的涡轮复合***
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分中详细定义的类型的、用于具有内燃发动机的驱动装置的涡轮复合***。
背景技术
涡轮复合***由普遍的现有技术中是已知的。传统的涡轮复合***具有涡轮机，该涡轮机由内燃发动机的废气流所驱动。施加在由涡轮机驱动的轴上的功率通常通过具有液力耦合器的传动单元传输到涡轮复合***的从动轴上。在此，该传动单元的任务是：把由涡轮机驱动的轴的非常高的转速降低到明显低很多的、在涡轮复合***的从动轴上的转速。然后，通过流体耦合可以实现穿过涡轮复合***适宜地传输功率。通过该液力耦合器除了可控制的功率传输之外还实现了由涡轮机驱动的轴与扭转振动的脱离，该扭转振动存在于内燃发动机的从动轴的区域中，并且其在涡轮复合***作用到内燃发动机的曲轴上的情况下可被传输到涡轮复合***的从动轴上。
由涡轮机驱动的轴在此提供功率，该功率从内燃发动机的废气流中获得。该功率随后通过传动单元到达涡轮复合***的从动轴。该功率随后由从动轴到达需要驱动的组合单元的区域中，或者到达驱动装置的从动轴的区域中，或者到达内燃发动机的曲轴，以便减少内燃发动机所需要的驱动功率。这种类型的涡轮复合***可以设计为唯一的用来回收从内燃发动机的废气中所发出能量的装置，或者除了其它的装置、例如涡轮增压机之外可以将其布置在内燃发动机的排气管路中。对于这类涡轮复合***的典型应用目前尤其可能是在商用车辆、公共汽车或者轨道式车辆中。
相关于这样一种涡轮复合***可以参照DE 601 07 599 T2。现在为了对传动单元中的组件，而且在这里特别是对由涡轮机驱动的轴的轴承相应地进行润滑，可以将润滑油注入传动单元的区域中。通常情况下，对此使用内燃发动机的润滑油供给装置，其除了供给内燃发动机之外也承担为涡轮复合***供给润滑油的任务。DE 601 07 599 T2在这里描述了，在传动单元中相关于润滑油喷雾存在问题，这是因为润滑油喷雾尤其对液力耦合器有负面影响。因此建议在传动单元的各个区域之间安置间隔壁，然而间隔壁会使得结构复杂和成本过高，以及需要相对较大的结构空间。
此外证实的是，在涡轮复合***的传动单元的壳体中可以聚积起来一个油池，其可能导致传动单元的组件以及液力耦合器的喷溅损耗(Panschverlusten)。因为一般来说，润滑油供给通过内燃发动机的润滑油供给实现，另外还缺少关于涡轮复合***的传动单元的壳体里的油位的数据，所以当相应大量的润滑油在涡轮复合***的传动单元的壳体里积攒起来时，喷溅损失就时时不受控制地发生。一种原则上可以考虑的结构在液力耦合器和/或其它在传动单元里的旋转元件下面具有相对较大的空间，从而在对这些元件不产生不良影响的情况下容纳该油池，在涡轮复合***的传动单元的壳体里可能需要非常大的结构空间，并且涡轮复合***本身就非常大和很占地方，这对于一般为这类涡轮复合***预定的、相对更小的结构体积来说显示为一个严重的缺点。
发明内容
因此，本发明的目的是，避免上述的缺点并且实现一种紧凑并且高效的涡轮复合***。
根据本发明，该目的通过在权利要求1的特征部分中列举的特征来实现。
通过这种方式，即该驱动装置具有至少一个输送装置，通过该输送装置能将润滑油或含润滑油的混合物从壳体中抽吸出来，由此确保了，即在涡轮复合***的传动单元的壳体中不存在不必要的大量润滑油和/或含润滑油的混合物，例如润滑油雾。这样确保了，在根据需要的应用的情况下，在重力方向上在传动单元的壳体下部不会聚积这么大量的润滑油，传动单元的部件，和在这里特别是液力耦合器喷溅到油里，并且因此产生相应的喷溅损耗。通过根据本发明的这种结构，也就可以以最小的结构空间需求为涡轮复合***的传动单元实现最好的工作条件，从而相应的工作效率的提高将可以通过使用内燃发动机排气的能量来实现。
根据本发明的一个非常有利和恰当的实施方式这样设计，即至少一个输送装置直接或者通过管道元件与传动单元的壳体相连接。
根据现有的结构空间，该涡轮复合***在驱动设备里的布置和输送装置一起适当地改变，这是因为不仅可以进行直接的连接或者输送装置在传动单元的壳体中的安装，而且可以通过管道元件连接，从而输送装置可以在当地远离于传动单元的壳体的构造布置。
除此之外，根据另一个非常适合的并且有利的实施方式这样设计，即在根据需要的应用的情况下，连接部通向壳体的典型地具有传动单元的油池的区域的在重力方向上的上方。
通过一个这样的可选的、可替换的或者补充的结构可以实现：在传动单元的壳体中的空气-油-混合物的量或者润滑油雾的量会相应地减少。和壳体的轻微的排气一起，通过抽吸出润滑油雾，另外使功率传输的效率升高在传动单元里被观测到。为了可以在现实中实现这样一种抽吸出含有润滑油的混合物或者润滑油雾，输送装置有利地相应这样设计，即该输送装置除了液体之外还可以输送气体或者气液混合物。
根据可替换的或在一定条件下也是补充的实施方式在这里这样设计，即在根据需要的应用的情况下，连接部在重力方向上的下方通入壳体中。在此，从下方意味着在一个下方的区域中，例如在壳体下方的三分之一处，特别是或者直接在底壁中的区域中，有利地从下方通入，从而开口朝向上方。
这种结构则允许抽吸出液态润滑油，只要是在输送装置允许这一点的情况下，也允许抽吸出提到的润滑油雾并连同一部分处于传动单元的壳体中的空气，因此鉴于液态润滑油的减少和喷溅损耗的最小化，同样可以实现上面提到的效率提高，如同通过抽吸出润滑油雾和对传动单元的壳体施加负压而实现效率的优化那样。
根据本发明的一个特别恰当和有利的进一步改进方案可以设计为，即内燃发动机具有曲轴箱，其中在曲轴箱的区域中布置了至少一个输送装置，通过该输送装置能将润滑油从曲轴箱的区域中抽吸出来。
内燃发动机的曲轴箱一般来说都包括用于在曲轴箱的润滑油油池里聚积的润滑油的输送装置。该输送装置是必需的，以用于确保润滑油流动从而润滑内燃发动机、特别是其轴承和/或活塞。因此，该输送装置实现了从润滑油油池到需要润滑的区域中并返回到油池中的循环回路。
除了内燃发动机的润滑油循环回路之外，还可以设有一个或多个其它的润滑油循环回路，例如用于润滑变速齿轮箱的组件。该变速齿轮箱典型地布置在内燃发动机和被驱动的物体、例如车辆的至少一个被驱动的车轮之间，并且例如可以设计为手动控制的变速箱、自动化变速箱或者自动变速箱。而且为了在这个(主-)传动装置里形成润滑油循环回路，通常设有输送装置，以将润滑油从润滑油池中输送出来。这个主齿轮箱润滑油循环回路和内燃发动机的润滑油循环回路可以分开地或者特别是只利用一个唯一的输送装置一体地设计。其它适合的润滑油循环回路也是可能的。
根据本发明的一个实施方式，来自内燃发动机和/或主传动装置的润滑油循环回路里的润滑油现在到达涡轮复合***的传动单元中。在那里，在其流回曲轴箱和/或主传动装置壳体的润滑油池中之前，润滑油润滑了这些在传动单元中的部件。
在一个特别有利的设计方案中在此这样设计，即在曲轴箱的区域中的输送装置和/或主传动装置壳体设计为唯一的输送装置，其中传动单元的壳体通过管道元件与在曲轴箱和/或主传动装置壳体的区域中的输送装置相连接。
因此在驱动设备里通常都可以使用已有的润滑油泵，以便附加地将润滑油从涡轮复合***的传动单元的区域中抽吸出来。因此，这个结构非常简单并且紧凑，并且可以省去额外的部件。
根据一个非常适当并且有利的改进方案在此也设计为，即管道元件具有通过传感器控制的阀装置，阀装置只在存在液体介质的时候开启管道元件的能流过的横截面。
由此确保了，在曲轴箱和/或主传动装置壳体上，只有液态润滑油可以到达输送装置的区域中。因此可以继续应用传统的结构，其中使用简单的润滑油泵作为输送装置，其只用来输送润滑油而不适合用来输送润滑油-空气-混合物或者润滑油雾。这个特别简单且紧凑的结构除了带有阀装置的管道元件之外不需要相对于现有技术的补充，因此虽然不能实现两个上面提到的优点，然而其可以以简单和有效的方式低成本地至少通过抽吸出油来避免在涡轮复合***的传动单元内出现的喷溅损耗。
根据本发明的用于驱动装置的涡轮复合***的其它的有利的设计方案由其余的从属权利要求以及由在下面根据附图详细描述的实施例中得出。
附图说明
唯一的附图示出了驱动装置和涡轮复合***，该涡轮复合***体现了本发明的不同实施可能性。
具体实施方式
在唯一的附图中显示了具有象征性标明的内燃发动机2的驱动装置1。内燃发动机2可以特别是涉及柴油发动机，其一般被使用在商用车辆或轻型轨道车辆中，这些车辆是优选的使用这种驱动装置1的车辆。内燃发动机.2的废气穿过相应的排气***到达涡轮机4的区域中，该排气***在这里通过箭头3仅仅象征性标明，在涡轮机中回收了处于内燃发动机3的废气中的能量。为此使用了非常示意性标明的涡轮复合***5。这个***除了由涡轮机4驱动的轴6之外还包括从动轴7以及传动单元8，该传动单元布置在壳体9中并且除了适合的用来降低由涡轮机4驱动的轴6的转速的、在此示例性地作为圆柱齿轮齿示出的传动装置之外还具有液力耦合器或者涡轮离合器10。通过涡轮复合***5的从动轴7，从内燃发动机2的排气***3回收的功率直接地或者如在这里说明的，间接地通过另一个圆柱齿轮传动装置传输到驱动装置1的轴11或者内燃发动机2的曲轴上，该另一个圆柱齿轮传动装置自然也可能定位在传动单元8的壳体9内部。
因此，这样回收的功率随后与内燃发动机2的功率一起经过传动装置12到达驱动装置1的真正的从动装置的区域中。这个从动装置在这里象征性地通过法兰13标明，该从动装置则例如可以驱动配有驱动装置1的车辆的一个或多个被驱动的车轮。传动装置12一般可以设计为换档传动装置，即或者作为手动的变速器，或者是作为带有或不带有液压转换器的自动变速器来设计。另外可以在轴11中布置可选择的离合器14，该轴用来连接传动装置12与内燃发动机2。
内燃发动机2以已知的方式具有曲轴箱15。在曲轴箱15内一般来说在曲轴箱15的下部，在这里示例性标明的润滑油油池16中聚积了润滑油。来自于该润滑油油池16的润滑油也如同在驱动装置1的常规设计方案中那样通过这里是润滑油泵17的输送装置17从润滑油油池16的区域中抽吸出来并且为了润滑内燃发动机2再将其重新输入。同时，还将其输入涡轮复合***5的传动单元8的区域，例如通过在传动单元8的壳体9的连接区域的通道输送到内燃发动机2(未示出)的壳体(曲轴箱15)。其在那里像在内燃发动机2的区域中时一样同样用于润滑相应的传动装置-和轴承组件。然后润滑油到达内燃发动机2的曲轴箱15中，由于重力作用再次直接进入润滑油油池16的区域中。来自于传动单元8或者壳体9的区域中的润滑油同样聚积在壳体9中并且从那里也到达润滑油油池16的区域中。为此例如可以设有传动单元8和曲轴箱15之间的第一管道元件18，以用来把在传动单元8的壳体9的区域中聚积的润滑油导向润滑油油池16的方向。当然，传动装置12也可以集成到润滑油循环回路或者自身的相应的润滑油循环回路中，特别是带有自身的输送装置/自身的润滑油泵。为了图示的简化在这里未示出传动装置12的这种润滑。
这种涡轮复合***5的经验已经表明了，这些在传动单元8的壳体9里聚积的润滑油量不能或者仅能间接地受到影响，这是因为它们一般从内燃发动机2的区域中出来流到壳体9的区域中。现在如果在壳体9的下部区域中聚积了相应大量的润滑油，则这通过涡轮离合器10和/或喷溅的输送装置，比如像齿轮而引起传动单元8的喷溅损耗。现在为了使得涡轮复合***5的非常紧凑的结构、即尤其是传动单元8的尽可能小的壳体9就能满足要求并且仍能尽量避免喷溅损耗，在第一管道元件18的区域中布置了输送装置19，以便将润滑油从壳体9的区域里高效地抽吸出来。通过这种高效的润滑油抽吸避免了在壳体9中形成润滑油油池或者过大的润滑油油池，其可能会造成相应的喷溅损耗。
通常会由于非常高速运行的、由涡轮机4驱动的轴6，在壳体9里产生强大的润滑油漩涡，从而实际上在壳体9里到处都充斥着一种由空气和在其中散布的细小的润滑油滴形成的雾。在输送装置19的相应的设计方案中，从而其不仅只抽吸出液态的润滑油，而且也可以从壳体9里抽吸出这样一种空气-润滑油-混合物，这样可以实现，即在壳体9里润滑油雾和润滑油的量相应地最小化。由此在壳体9里额外产生了负压，该负压有利地通过传动单元8的壳体9的压力密封而相对于周围环境是有利的。与抽吸出来的润滑油雾一起，其明显减少了一部分非常高速运转的组件和液力耦合器的损耗。传动单元8也就可以利用相应的输送装置19既脱离了多余的润滑油而且又通过提供负压而相应地提高了效率。由此，图1中所示的结构在涡轮复合***5的非常紧凑的实施方式的情况下使得涡轮复合***5中的功率的损耗可以最小化。
另外，在唯一的附图显示中可以看到第二管道元件20和另一个输送装置21。在此，该管道元件20并没有通入壳体9的下部区域中，而是通入布置在其上方一点的区域中。在正常运行中因此预计地不会有液态润滑油，而仅仅是空气或者由空气和润滑油滴形成的雾通过管道元件20吸入。通过该输送装置21也就特别是可以通过施加负压和将润滑油雾抽吸出来而实现效率的改进。在此，被吸出的气体或者被吸出的润滑油雾原则上可以被输送至任意一个收集容器。然而特别是它也可以如在这里通过虚线的箭头22表示地那样再次被输送入曲轴箱15里，从而包含在那里的润滑油将再次被输送至润滑油油池16并且进而再次被输送至润滑油循环回路。
现在很明显的是，无论是将液态润滑油从壳体9里抽吸出来还是为了抽吸出润滑油雾而产生相应的负压，都可以通过输送装置19来实现。在此，输送装置19和21以及它们各自的管道元件18和20不是必须两者都同时存在，而更准确地说当例如存在输送装置19时，这也是足够的。
在唯一的附图的显示中另外还可以看到，第三管道元件23从壳体9的下部区域中引向输送装置17的吸入侧，也就是润滑油泵一侧。这种结构实现了，当没有额外的输送装置19或者21之一时也可以实现一种相应的效果，这是因为通过该管道元件23至少可以将液态润滑油从传动单元8壳体9里抽吸出来。由此至少可以避免或者最小化喷溅损耗。根据润滑油泵17的种类，可以通过这种管道元件23也实现在壳体9上施加负压并且实现将空气或者空气-润滑油-雾抽吸出来。然而一般来说润滑油泵17也可以这样设计，即该润滑油泵仅仅适合用于输送液体介质。在这种情况下，可以通过利用传感器25来控制的、在这里示出的阀装置24来避免气体形式的介质流入润滑油泵。在此，传感器25这样控制阀装置24，即只有当在传感器25的区域中存在液态润滑油的时候，该阀装置才开启管道元件23的能流过的横截面。传感器25为此尤其可以设计为浮子或者也设计为电容式的液位传感器。阀装置24的控制可以相对应地根据传感器的类型机械地或者电子地来实现。
原则上，管道元件18，20，23之一和相应的输送装置19，21，17就足以实现至少通过两个上面描述的路径之一来改进在涡轮复合***5的传动单元8里的功率传输。然而，原则上也可以设有所有管道元件和其相应的装置。为了减少输送装置和管道元件的数量而提出，在实际中通过管道元件18和输送装置19实现，其中输送装置19必须输送液态润滑油而且也输送由空气和润滑油形成的含润滑油的混合物。
可替换地特别有利的是，完全取消这个管道元件18或者至少取消在该管道元件18中布置的输送装置19。为此设有另外两个管道元件23和20以及输送装置21，因此可以用最少的花费通过管道元件23来实现通过无论如何都存在的润滑油泵17抽吸出液态润滑油。对此补充地，通过管道元件20和输送装置21在传动单元8的壳体9上施加一个相应的负压，以便将由空气和润滑油滴形成的雾抽吸出来并且通过施加负压和与此相关的轻微地对壳体9抽真空，实现了效率的进一步提高。
为了驱动一个或多个在驱动装置1里的输送装置，在这里所有一般的和已知的结构和方法都是可以考虑的。输送装置17，19，21可以通过机械的传动单元、皮带传动、链传动或者类似的通过旋转的轴在驱动装置1里一起被驱动，就像例如其在润滑油泵17里一般性已知的那样。对此可替换地或者补充地，所有的或者其中一些输送装置17，19，21也可以通过其他形式来被驱动，例如通过液压的或者电动的马达。
涡轮复合***5通过其从动轴7至少间接地用于将从排气管路3中获得的功率分配给内燃发动机2的从动端上的驱动装置1，以便由此可以节约驱动效率。可替换地或对此补充地，也可以考虑的是，即通过涡轮复合***5来驱动另一个组件，例如驱动装置1或者配备有该驱动装置的***或者车辆的辅助机构。这种辅助机构例如可以是空气压缩机，空调压缩机，液压发动机或者类似的装置，它们有一个相应的功率需求。同样，此类辅助机构的驱动可以尤其是通过涡轮复合***5的从动轴7来实现。然而，原则上其它变体也是有可能的，即这种辅助机构连接到另一个在涡轮复合***5的传动单元8里的旋转的部件上。辅助机构在此特别可以是空气压缩机，比如说特别是以流动形式，其作为涡轮增压器的透平压缩机的替换方案或者补充方案来相应地压缩那些输送给内燃发动机2的空气。如果其通过从动轴7或者也可以通过涡轮复合***5的另一个旋转的部件来驱动，则其因此可以额外被用来提升内燃发动机2的效率。如果这样一个透平压缩机在涡轮复合***5与驱动装置1的轴11的连接的同时，被作为辅助机构实现，则因此在一定条件下也可以在排气管路3中能量不足时，通过涡轮复合***5，通过轴11上的功率来实现对这种辅助机构的驱动。

Claims (12)

1.一种用于具有内燃发动机的驱动装置的涡轮复合***，所述涡轮复合***具有：
1.1由涡轮机驱动的轴；
1.2从动轴；和
1.3连接这些轴的传动单元，所述传动单元
1.4布置在壳体中，并且
1.5具有至少一个液力耦合器；
其特征在于，
1.6所述驱动装置(1)具有至少一个输送装置(17，19，21)，通过所述输送装置能将润滑油或含润滑油的混合物从所述壳体(9)中抽吸出来。
2.根据权利要求1所述的涡轮复合***，其特征在于，至少一个所述输送装置(17，19，21)直接或者通过管道元件(18，20，23)与所述传动单元(8)的所述壳体(9)相连接。
3.根据权利要求2所述的涡轮复合***，其特征在于，在根据需要的应用的情况下，连接部通向所述壳体(9)的典型地具有所述传动单元(8)的油池的区域的在重力方向上的上方。
4.根据权利要求2或3所述的涡轮复合***，其特征在于，在根据需要的应用的情况下，所述连接部通向在重力方向上的下方的区域或者从下方通入所述壳体(9)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮复合***，其特征在于，所述内燃发动机(2)具有曲轴箱(15)，其中在所述曲轴箱(15)的区域中布置了至少一个输送装置(17)，通过所述输送装置能将润滑油从所述曲轴箱(15)的区域中抽吸出来。
6.根据权利要求5所述的涡轮复合***，其特征在于，所述驱动装置(1)具有至少两个所述输送装置(17，19，21)，其中一个所述输送装置布置在所述曲轴箱(15)的区域中，而另一个所述输送装置直接或者通过所述管道元件(18，20)与所述传动单元(8)的所述壳体(9)相连接。
7.根据权利要求5所述的涡轮复合***，其特征在于，在所述曲轴箱(15)的区域中的所述输送装置(17)设计为唯一的所述输送装置(17)，其中所述传动单元(8)的所述壳体(9)通过所述管道元件(23)与在所述曲轴箱(15)的区域中的所述输送装置(17)相连接。
8.根据权利要求7所述的涡轮复合***，其特征在于，所述管道元件(23)具有通过传感器(25)控制的阀装置(24)，所述阀装置只在存在液体介质的时候开启所述管道元件(23)的能流过的横截面。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的涡轮复合***，其特征在于，至少一个所述输送装置(19，21)在压力侧与收集容器、特别是所述曲轴箱(15)相连接。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的涡轮复合***，其特征在于，所述含润滑油的混合物具有至少一种气体成分。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的涡轮复合***，其特征在于，所述从动轴(7)至少间接地与所述驱动装置(1)的轴(11)、特别是曲轴相连接。
12.根据要求1至11中任一项所述的涡轮复合***，其特征在于，所述从动轴(7)或者所述传动单元(8)的另一个旋转的部件至少间接地与至少一个辅助机构的驱动轴相连接。
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