DE102018207404A1 - Liquid cooled internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger - Google Patents

Liquid cooled internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger Download PDF

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Abstract

Flüssigkeit gekühlte Brennkraftmaschine mit einem ersten Abgasturbolader, dessen Turbinenrad in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei das Turbinenrad über eine erste Welle eingangsseitig mit einem Getriebe in Wirkverbindung ist und das Getriebe ausgangsseitig über eine zweite Welle mit einer Fluidpumpe in Wirkverbindung ist, wobei in dem Abgasstrang ein Turbinenrad eines zweiten Abgasturboladers angeordnet ist, der über eine dritte Welle mit dem Getriebe in Wirkverbindung ist, wobei das Getriebe ein Umlaufrädergetriebe ist.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden Getriebegeräusche vermieden.

Figure DE102018207404A1_0000
Liquid cooled internal combustion engine having a first exhaust gas turbocharger, the turbine wheel is arranged in an exhaust line of the internal combustion engine, wherein the turbine via a first shaft input side is in operative connection with a transmission and the transmission is on the output side via a second shaft with a fluid pump in operative connection, wherein in the Exhaust line, a turbine of a second exhaust gas turbocharger is arranged, which is connected via a third shaft to the transmission in operative connection, wherein the transmission is a planetary gear.
With the embodiment of the invention transmission noises are avoided.
Figure DE102018207404A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeit gekühlte Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a liquid-cooled internal combustion engine having an exhaust gas turbocharger with the features of the preamble of patent claim 1.

Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 20 2009 011 512 U1 hingewiesen. Aus dieser Gebrauchsmusterschrift ist eine Vorrichtung zur Energiegewinnung im Abgaskreislauf eines Verbrennungsmotors bekannt. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Abgasrohr und mindestens eine Abgasturbine, wobei die Abgasturbine im Abgasrohr angeordnet ist. Weiter sind Mittel zum Erzeugen elektrischer Arbeit und/oder Mittel zum Erzeugen thermischer Arbeit vorgesehen, wobei die von der Abgasturbine bewirkte mechanische Arbeit von den Mitteln zum Erzeugen elektrischer Arbeit und/oder thermischer Arbeit in elektrische Arbeit und/oder thermische Arbeit umgewandelt wird. Mit der so gewonnenen, beispielsweise elektrischen Energie, kann beispielsweise eine Kühlmittelpumpe angetrieben werden.The technical environment, for example, the German utility model DE 20 2009 011 512 U1 pointed. From this utility model, a device for generating energy in the exhaust gas cycle of an internal combustion engine is known. The device comprises at least one exhaust pipe and at least one exhaust gas turbine, wherein the exhaust gas turbine is arranged in the exhaust pipe. Furthermore, means for generating electrical work and / or means for generating thermal work are provided, wherein the mechanical work effected by the exhaust gas turbine is converted by the means for generating electrical work and / or thermal work into electrical work and / or thermal work. With the thus obtained, for example, electrical energy, for example, a coolant pump can be driven.

Weiter ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 42 03 528 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinrichtung bekannt. Die Antriebseinrichtung besteht aus einer mittels Abgasturbolader aufladbaren Brennkraftmaschine und einem Getriebe und einem hydrostatisch-mechanischen Antrieb der Nebenaggregate, wie Lüfter, Druckluftkompressor, Generator, Kühlmittelpumpe und dergleichen. Die Nebenaggregate sind einzeln oder gruppenweise mechanisch durch einen von einer hinsichtlich Förderdruck und/oder volumenregelbaren, von der Antriebseinrichtung her antreibbaren Pumpe gespeisten Hydrostatmotor antreibbar. Hierbei ist der hydrostatische Teil des hydrostatisch-mechanischen Antriebs der Nebenaggregate durch eine als motor- oder pumpenbetreibbare Hydrostatmaschine ergänzt.Next is from the German patent application DE 42 03 528 A1 , from which the present invention proceeds, a motor vehicle with a drive device known. The drive device consists of a superchargeable by exhaust gas turbocharger internal combustion engine and a transmission and a hydrostatic-mechanical drive of the ancillaries, such as fans, air compressor, generator, coolant pump and the like. The ancillary units can be driven individually or in groups mechanically by a hydrostatic motor which is supplied with power by a pump which can be driven in terms of delivery pressure and / or volume and can be driven by the drive device. Here, the hydrostatic part of the hydrostatic-mechanical drive of the ancillaries is supplemented by a motor or pump-operated hydrostatic machine.

Nachteilig an der bekannten Ausgestaltung ist der indirekte Antrieb der Nebenaggregate.A disadvantage of the known embodiment is the indirect drive of the ancillaries.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, oben genannten Nachteil zu vermeiden.Object of the present invention is to avoid the above drawback.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features in the characterizing part of patent claim 1.

Erfindungsgemäß wird eine praktische Umsetzung einer Kühlmittelpumpe mit Antrieb über eine Abgasturbine beschrieben. Aufgrund der Drehzahldifferenz zwischen der Kühlmittelpumpe (ca. 1000 bis 10000 1/min) und dem Abgasturbolader (je nach Auslegung ca. 10000 bis 200000 1/min) muss ein Getriebe eingesetzt werden. Die hohe Übersetzung kann dabei ein Problem darstellen (Geräusche, Reibung, etc.), weshalb vorgeschlagen wird, ein Umlaufrädergetriebe mit zwei Abgasturbinen einzusetzen, die so dimensioniert sind, dass die Kühlmittelpumpe über die benötigte Drehzahldifferenz angetrieben wird.According to the invention, a practical implementation of a coolant pump with drive via an exhaust gas turbine is described. Due to the speed difference between the coolant pump (about 1000 to 10000 rpm) and the turbocharger (depending on the design about 10,000 to 200,000 rpm), a gearbox must be used. The high ratio can be a problem (noise, friction, etc.), which is why it is proposed to use a planetary gear with two exhaust gas turbines, which are dimensioned so that the coolant pump is driven by the required speed difference.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous developments of the invention are described in the subclaims.

So weist das Getriebe gemäß Patentanspruch 2 eine Untersetzung von ca. 10 zu 1 bis 20 zu 1 auf.Thus, the transmission according to claim 2, a reduction of about 10 to 1 to 20 to 1 on.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Turbinengehäuse der Abgasturbolader von dem geförderten Fluid kühlbar, wobei die Fluidpumpe gemäß Patentanspruch 4 bevorzugt eine Kühlmittelpumpe ist.In one development of the invention, at least one turbine housing of the exhaust gas turbocharger can be cooled by the conveyed fluid, wherein the fluid pump according to claim 4 is preferably a coolant pump.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 sind die Turbinenräder des ersten Abgasturboladers und des zweiten Abgasturboladers beliebig zu- und abschaltbar .With the embodiment according to claim 5, the turbine wheels of the first exhaust gas turbocharger and the second exhaust gas turbocharger are arbitrarily switched on and off.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer einzigen Zeichnung näher dargestellt.

  • 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Antrieb für eine Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine.
In the following the invention with reference to a single drawing is shown in more detail.
  • 1 schematically shows a drive according to the invention for a liquid-cooled internal combustion engine.

1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Antrieb für eine flüssigkeitsgekühlte, nicht dargestellte Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader. Ein Turbinenrad 1 des Abgasturboladers ist in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet. Ein Abgas treibt das Turbinenrad 1 des ersten Abgasturboladers an. Ein einströmendes Abgas ist durch einen Pfeil zum Turbinenrad 1 dargestellt. Ein ausströmendes Abgas ist durch einen zweiten Pfeil weg vom Turbinenrad 1 dargestellt. Das Turbinenrad 1 des ersten Abgasturboladers ist über eine erste Welle 2 eingangsseitig mit einem Getriebe 3 in Wirkverbindung. Das Getriebe 3 ist einerseits ausgangsseitig über eine zweite Welle 4 mit einer Fluidpumpe 5 in Wirkverbindung. Ein einströmendes Fluid ist wiederum durch einen Pfeil zur Fluidpumpe 5 und ein ausströmendes Fluid durch einen zweiten Pfeil weg von der Fluidpumpe 5 dargestellt. Eine Drehrichtung der ersten Welle 2, der zweiten Welle 4 und der dritten Welle 7 ist jeweils durch einen gekrümmten Pfeil um die jeweilige Welle dargestellt. 1 schematically shows a drive according to the invention for a liquid-cooled, not shown internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger. A turbine wheel 1 the exhaust gas turbocharger is arranged in an exhaust line of the internal combustion engine. An exhaust gas drives the turbine wheel 1 of the first exhaust gas turbocharger. An incoming exhaust gas is indicated by an arrow to the turbine wheel 1 shown. Outflow of exhaust gas is by a second arrow away from the turbine wheel 1 shown. The turbine wheel 1 of the first exhaust gas turbocharger is via a first shaft 2 on the input side with a gearbox 3 in active connection. The gear 3 is on the one hand output side via a second wave 4 with a fluid pump 5 in active connection. An inflowing fluid is in turn by an arrow to the fluid pump 5 and an outflowing fluid through a second arrow away from the fluid pump 5 shown. A direction of rotation of the first shaft 2 , the second wave 4 and the third wave 7 is in each case represented by a curved arrow around the respective shaft.

Erfindungsgemäß ist in dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine ein Turbinenrad 6 eines zweiten Abgasturboladers angeordnet, wobei ein einströmendes Abgas durch einen Pfeil zum Turbinenrad 6 und ein ausströmendes Abgas durch einen zweiten Pfeil weg vom Turbinenrad 6 dargestellt ist. Weiter ist das Turbinenrad 6 des zweiten Abgasturboladers über eine dritte Welle 7 eingangsseitig mit dem Getriebe 3 ebenfalls in Wirkverbindung, wobei das Getriebe 3 ein Umlaufrädergetriebe ist.According to the invention, a turbine wheel is in the exhaust line of the internal combustion engine 6 arranged a second exhaust gas turbocharger, wherein an inflowing exhaust gas by an arrow to the turbine wheel 6 and an outflowing exhaust gas through a second arrow away from the turbine wheel 6 is shown. Next is the turbine wheel 6 of the second exhaust gas turbocharger via a third shaft 7 on the input side with the gearbox 3 also in operative connection, the transmission 3 a planetary gear is.

Umlaufrädergetriebe sind Zahnradgetriebe, die neben gehäusefesten Wellen auch Achsen besitzen, die auf Kreisbahnen im Gehäuse umlaufen. In vielen Ausführungen sind die umlaufenden Achsen parallel zu den gehäusefesten Wellen, weshalb Umlaufrädergetriebe meist Planetengetriebe oder auch Planetenrädergetriebe genannt werden. Die auf den umlaufenden Achsen drehbaren Zahnräder, auch Planetenräder genannt umkreisen ein zentrales Zahnrad, auch Sonnenrad genannt. Umlaufrädergetriebe sind sehr kompakt bauende Getriebe.Planetary gear are gear transmissions that have next to fixed shafts and axles that rotate on circular paths in the housing. In many embodiments, the rotating axles are parallel to the shaft fixed to the housing, which is why epicyclic gearboxes are usually called planetary gear or planetary gear. The rotatable on the rotating axes gears, also called planetary gears orbiting a central gear, also called sun gear. Epicyclic gears are very compact gearboxes.

In der vorliegenden Ausführung wird das Umlaufrädergetriebe im sogenannten 3-Wellen-Betrieb betrieben. Es arbeitet somit als Umlenkgetriebe oder Verteilergetriebe. Bevorzugt hat das Getriebe 3 von den Turbinenrädern 1, 6 auf die Fluidpumpe 5 eine Untersetzung von ca. 10 bis 20 zu 1.In the present embodiment, the epicyclic gearbox is operated in so-called 3-shaft operation. It thus works as a diverter or transfer case. The transmission preferably has 3 from the turbine wheels 1 . 6 on the fluid pump 5 a reduction of about 10 to 20 to 1.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Turbinengehäuse der Abgasturbolader von dem Fluid kühlbar, wobei es sich bei dem Fluid vorzugsweise um ein Kühlmittel der Brennkraftmaschine handelt. Dementsprechend ist die Fluidpumpe 5 bevorzugt eine Kühlmittelpumpe.In one development of the invention, at least one turbine housing of the exhaust-gas turbocharger can be cooled by the fluid, wherein the fluid is preferably a coolant of the internal combustion engine. Accordingly, the fluid pump 5 preferably a coolant pump.

In wiederum einer weiteren Weiterbildung der Erfindung sind die erste Welle 2 und/oder die zweite Welle 4 und/oder die dritte Welle 7 von einer Kupplung trennbar. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, das Turbinenrad des ersten Abgasturboladers 1 und/oder das Turbinenrad 6 des zweiten Abgasturboladers beliebig an- und abzukoppeln.In yet another embodiment of the invention are the first wave 2 and / or the second wave 4 and / or the third wave 7 separable from a clutch. This configuration makes it possible for the turbine wheel of the first exhaust gas turbocharger 1 and / or the turbine wheel 6 of the second exhaust gas turbocharger arbitrarily connect and disconnect.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1.1.
Turbinenrad erster AbgasturboladerTurbine wheel first turbocharger
2.Second
erste Wellefirst wave
3.Third
Getriebetransmission
4.4th
zweite Wellesecond wave
5.5th
Fluidpumpefluid pump
6.6th
Turbinenrad zweiter AbgasturboladerTurbine wheel second turbocharger
7.7th
dritte Wellethird wave

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 202009011512 U1 [0002]DE 202009011512 U1 [0002]
  • DE 4203528 A1 [0003]DE 4203528 A1 [0003]

Claims (5)

Flüssigkeit gekühlte Brennkraftmaschine mit einem ersten Abgasturbolader, dessen Turbinenrad (1) in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei das Turbinenrad (1) über eine erste Welle (2) eingangsseitig mit einem Getriebe (3) in Wirkverbindung ist und das Getriebe (3) ausgangsseitig über eine zweite Welle (4) mit einer Fluidpumpe (5) in Wirkverbindung ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgasstrang ein Turbinenrad (6) eines zweiten Abgasturboladers angeordnet ist, das über eine dritte Welle (7) mit dem Getriebe (3) in Wirkverbindung ist, wobei das Getriebe (3) ein Umlaufrädergetriebe ist.Liquid cooled internal combustion engine with a first exhaust gas turbocharger whose turbine wheel (1) is arranged in an exhaust line of the internal combustion engine, wherein the turbine wheel (1) via a first shaft (2) on the input side with a transmission (3) is in operative connection and the transmission (3) on the output side via a second shaft (4) with a fluid pump (5) is in operative connection, characterized in that in the exhaust line a turbine wheel (6) of a second exhaust gas turbocharger is arranged, which via a third shaft (7) with the transmission (3) is in operative connection, wherein the transmission (3) is a planetary gear. Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) von den Turbinenrädern (1, 6) auf die Fluidpumpe (5) eine Untersetzung von 10 zu 1 bis 20 zu 1 aufweist.Internal combustion engine after Claim 1 , characterized in that the transmission (3) from the turbine wheels (1, 6) to the fluid pump (5) has a reduction of 10 to 1 to 20 to 1. Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Turbinengehäuse der Abgasturbolader von dem Fluid kühlbar ist.Internal combustion engine after Claim 1 or 2 , characterized in that at least one turbine housing of the exhaust gas turbocharger is cooled by the fluid. Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpe (5) eine Kühlmittelpumpe ist.Internal combustion engine according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the fluid pump (5) is a coolant pump. Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (2) und/oder die zweite Welle (4) und/oder die dritte Welle (7) von einer Kupplung trennbar ist.Internal combustion engine according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the first shaft (2) and / or the second shaft (4) and / or the third shaft (7) is separable from a clutch.
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