DE1237380B

DE1237380B - Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Aufladesystem mit zwei Antrieben

Info

Publication number: DE1237380B
Application number: DEJ15233A
Authority: DE
Original assignee: DIFFERENTIAL DIESEL ENGINES ES
Current assignee: DIFFERENTIAL DIESEL ENGINES ES
Priority date: 1958-08-13
Filing date: 1958-08-13
Publication date: 1967-03-23

Description

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Aufladesystem mit zwei Antrieben Aufgeladene Brennkraftmaschinen, deren Aufladegebläse über ein Verteiler- bzw. Differentialgetriebe angetrieben wird, um eine von der Maschinendrehzahl unabhängige, zum Motordrehmoment in Beziehung stehende Aufladedruckkennung zu bekommen, sind bekannt. Sie bedürfen einer besonderen Auslegung, um ohne zusätzliche Regelorgane eine erwünschte, steil nach unteren Drehzahlen zu ansteigende Ladedruck- und Drehmomentkurve zu ergeben.
Diesem System kann ein Abgasturbolader beigegeben werden, der im Gegensatz zu dessen sonst üblicher Arbeitsweise auch bei niederer Drehzahl wirksam ist. Hierdurch entsteht ein Aufladesystem mit zwei Antrieben. In Vereinfachung desselben wird im deutschen Patent 1170193 eine Brennkraftmaschine mit einem solchen System beschrieben, bei dem der eine Antrieb abgasgetrieben ist, während der andere den zweiten Abtriebszweig eines von der Maschinenwelle angetriebenen Verteilergetriebes darstellt, und die beide auf ein einziges Gebläse wirken.
Diese einfache Lösung hat noch den Nachteil, daß der abgasgetriebene Laderantrieb sich nur zum mechanischen Laderantrieb hinzufügt, ohne diesen abzulösen, so daß in solchen Betriebszuständen, in denen der abgasgetriebene Laderantrieb die erforderliche Aufladung allein aufbringen könnte, dennoch zusätzlich und unnützerweise mechanische Ladeleistung aufgewendet werden muß.
Aufgabe vorliegender Zusatzerfindung ist, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen .der abgasgetriebene Laderantrieb automatisch und ohne irgendwelche Regelorgane den mechanischen Laderantrieb je nachBetriebszustand in stetig veränderlicherWeise addierend unterstützt, bis ganz ablöst und darüber hinaus, ebenfalls voll automatisch, Leistung an die Abtriebswelle der Maschine abgibt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der vom Verteilergetriebe kommende mechanische Laderantrieb und der abgasgetriebene Antrieb zusammen mit einem auf das Gebläse wirkenden Wellentrieb in an sich bekannter Weise über ein zweites, kleineres, als Additions- oder (und) Verteilergetriebe wirkendes Differentialgetriebe vereinigt sind.
Der mechanische Laderantrieb kann hierbei in bestimmten Betriebszuständen zu einem Leistung an die Nutzleistungswelle abführenden Abtrieb werden.
Die Verteuerung durch ein .solches zweites Differentialgetriebe kann dadurch in Grenzen gehalten werden, daß zur Bildung des zweiten, kleineren Differentialgetriebes einfache Reibräder verwendet werden, was bei den geringen Antriebsdrehmomenten eines sehr schnell laufenden Radialgebläses möglich ist.
Weitere Merkmale der Erfindung sind, daB in an sich bekannter Weise eine Rückdrehsperrung im abgasgetriebenen Antrieb vorgesehen ist, ferner, daB das zweite Differentialgetriebe in an sich bekannter Weise in variierter Form aus einem hydrodynamischen Getriebe der Föttingerbauart mit mindestens drei Laufrädern besteht, und endlich, daß dieses Föttingergetriebe in an sich bekannter Weise mit einem Organ zum Füllen und Entleeren ausgestattet ist und damit zusätzlich zu seiner Differentialgetriebefunktion diejenige einer die Maschine und den Nutzleistungsabtrieb kraftschlüssig bindenden oder trennenden Kupplung übernimmt.
Es ist bekannt, mittels komplizierter Zahnrad- und Regelorgane einen direkten mechanischen Laderantrieb mit einem Abgasturbinentrieb so zu kombinieren, daß sie sich gegenseitig beeinflussen und ergänzen, wobei die Turbine auch überschüssige Leistung an die Abtriebswelle abgeben kann. Bei solchen Anordnungen ist kein Differentialantrieb für den Lader vorgesehen, sondern es ist ein kompliziertes Differentialregelorgan zur Regelung der Drehzahl des direkt angetriebenen Laders konstruiert worden. Derartige Lösungen stehen wegen mangelndem Automatismus und mangelnder Einfachheit der hier vorgeschlagenen erheblich nach.
Es ist ferner vom gleichen Erfinder vorgeschlagen worden, bei mechanischem Antrieb des Aufladegebläses über Verteilergetriebe eine Abgasturbine allein (ohne Lader) vorzusehen und direkt mechanisch auf die Nutzleistungswelle wirken zu lassen. Diese Anordnung ist mehr für relativ große Maschinen geeignet. Sie bietet den Vorteil sehr hoher Anfahrmomente, erlaubt aber nicht, den mechanischen Laderantrieb durch den Abgasturbinenantrieb zu unterstützen oder gar automatisch abzulösen.
Eine bekannte Anordnung, bei der Abgasturbine und Aufladegebläse über ein Differentialgetriebe direkt mit der Maschinenwelle vereinigt sind, ähnelt der erfindungsgemäßen durch die Verkoppelung der Laderantriebe im Differentialgetriebe, aber sie unterscheidet sich von ihr grundlegend im restlichen Schema sowie im Zweck und in der Wirkung. Das restliche Schema ist insofern verschieden, als nicht zwei Differentialgetriebe vorhanden sind, die aber gerade - in der hier angegebenen Verkoppelung -für ras Arbeiten im Sinne der Erfindung unerläßlich sind. Der Zweck ist ein anderer, da gerade der Hauptzweck vorliegender Erfindung, die allmähliche, automatische Ablösung des mechanischen Antriebs, weder angestrebt noch erhalten wird. Die Wirkung endlich ist verschieden, weil ein Rückwärtsdrehen der Turbine und Leistungsverluste in Kauf genommen werden und weil durch das leistungsteilende Hauptverteilergetriebe in vorliegender Erfindung eine völlig andere Drehmomentkennung erhalten wird.
Auch das Anbringen eines Freilaufs derart, daß in einer solchen Anordnung das Differentialgetriebe erst zu einem solchen wird, wenn die Turbine anfängt zu arbeiten, beweist nur die erfinderischen Anstrengungen, die auf ,diesem Gebiet gemacht wurden, ändert aber nichts an der grundsätzlichen Verschiedenheit mit dem System vorliegender Erfindung. Auch eine solche Anordnung erlaubt weder den mechanischen Laderantrieb stetig abzulösen, bis Turbinenleistung an die Nutzleistungswelle abgegeben wird, noch gibt sie in Kombination mit einer solchen Wirkung die charakteristische, automatisch steil nach unteren Drehzahlen ansteigende Drehmomentkennung vorliegender Erfindung.
Hydrodynamische Differentialgetriebe der hier als Varlantenausführung für das kleine Differentialgetriebe vorgeschlagenen Art sind an sich bekannt, wie bereits vermerkt, aber nicht in der besonderen Anordnung, die hier beschrieben wird, besonders nicht zum Antrieb eines schnellaufenden Laders mittels zweier verschiedener Antriebe. Die gleichzeitige Verwendung eines solchen Getriebes als kraftschlüssige Trennkupplung zwischen Maschinen= und Nutzleistungswelle mittels eines an sich bekannten Organs zum Füllen und Leeren ist ebenfalls neu. Der gegenüber dem Bekannten durch die neue Anordnung erzielte Fortschritt ergibt sich aus den vorstehenden Darlegungen von selbst.
Die Erfindung ist in den Figuren erläutert.
F i g. 1 stellt eine beispielsweise Ausführung dar, bei der ein Differentialreibrädertrieb als Additionsgetriebe dient. Er ist zwischen die sehr rasch umlaufende Abgasturbinenwelle und die ebenfalls hochtourige Zentrifugalladerwelle geschaltet; F i g. 2 zeigt ein Differentialzahnradgetriebe als Additionsgetriebe. Es ist so angeordnet, daß eine seiner drei Wellen die mittelschnell drehende Welle eines Aufladeverdrängergebläses direkt antreibt, während eine andere über ein Untersetzungsgetriebe von der Abgasturbine angetrieben wird und die dritte direkt an den freien Abtrieb des Verteilergetriebes angeschlossen ist; F i g. 3 zeigt einen kleinen hydraulischen Drehmomentwandler als Additionsgetriebe. Er ist direkt zwischen hochtourige Abgasturbinenwelle, mittelschnell laufende Verdrängerladerwelle und freien Abtrieb des Verteilergetriebes eingeschaltet.
In F i g. 1 ist M der Motor mit der Einlaßluftleitung 9 und der Abgasleitung B. Er treibt in bekannter Weise das Verteilergetriebe 2, aus dem einerseits die Leistungsabgabewelle 11 heraustritt. Anderseits tritt aus dem Verteilergetriebe über Zahnräder 3 a und 3 b der freie Abtrieb 3 heraus. Dieser freie Abtrieb würde in der normalen Ausführung solcher Motoren direkt das Aufladegebläse antreiben. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung treibt er die Satelliten 4 des Additionsgetriebes 7 an. Dieses Organ besteht in F i g. 1 aus einem Reibraddiffferentialgetriebe. Das Sonnenrad 10 b dieses Getriebes treibt das Schleudergebläse G an, und das Sonnenrad 10 a wird von der Abgasturbine 5 angetrieben. Diese oder das Sonnenrad 10a enthalten erfindungsgemäß eine nicht gezeichnete Rücklaufsperre, z. B. in üblicher Freilaufkonstruktion, so daß sie nicht im Gegensinn drehen können.
Die Anordnung arbeitet wie folgt: Der Abtrieb 3 versucht sowohl die Turbine 5 als das Gebläse 6 im selben Sinn anzutreiben. Die Rücklaufsperre im Turbinenabtrieb verhindert aber eine Drehung der Turbine in diesem Sinne (der für sie Gegensinn ist), so daß nur das Gebläse angetrieben wird. Es wird mit verdoppelter Geschwindigkeit angetrieben, da die Satelliten sich ebenfalls drehen.
Sobald die Abgase die Turbine beaufschlagen, treiben sie die Turbine in deren richtigem Sinne an, also im Gegensinn zum Gebläse. Infolge der Zwischenwirkung der Satelliten ruft diese gegensinnige Drehung des Turbinenläufers ein Bestreben hervor, das Gebläse noch schneller anzutreiben und anderseits die Drehzahldes Abtriebs 3 herunterzudrücken. Wenn die Abgasmenge genügend groß geworden ist, treibt die Turbine ganz allein das Gebläse an, und der Abtrieb 3 steht still. Die Turbine löst so automatisch den mechanischen Laderantrieb 3 ab.
Wenn über die notwendige, vorausbestimmbare Menge hinaus Abgase zur Verfügung stehen, dann beginnt die Abgasturbine den Abtrieb 3 im Gegensinn anzutreiben. Das bedeutet, daß die Turbine nunmehr Energie an das Verteilergetriebe zurückgibt und die Leistungsabgabewelle 11 zusätzlich zum Motor antreibt. In diesem Augenblick wird das Additionsgetriebe 7 ein Verteilergetriebe, und das Vertellergetriebe 2 wird ein Additionsgetriebe.
In der geschilderten Weise gibt die Turbine ihre überschußleistung im automatischen Übergang an die Leistungsverbrauchsstelle ab.
F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsart. Die Abgasturbine 5 ist hier zusammengeschaltet mit einem Verdrängerverdichter 6. Das Additionsgetriebe besteht aus einem Kegelzahnraddifferentialgetriebe 7, welches sich an der Stelle des Stirnrades 3 b in Fig. 1 befindet. Da Verdrängerverdichter wesentlich langsamer drehen als Zentrifugalverdichter, kann hier ein Zahnraddifferentialgetriebe verwendet werden. Um nun aber die hohe Drehzahl der Turbine zu erreichen, ist ein Untersetzungsgetriebe 12 (Untersetzungsverhältnis etwa 1: $) zwischen Turbine 5 und Sonnenrad 10a angeordnet. Die Anordnung der F i g. 2 funktioniert genauso wie diejenige der F i g. 1.
F i g. 3 zeigt eine weitere beispielsweise Ausführung, die leicht verwirklicht werden kann, da sie sehr einfach und ohne schwierige mechanische Probleme ist.
Hier ist die mechanische Ankupplung des hochtourigen Turbinenschaftes durch eine hydraulische Ankupplung ersetzt, so daß alle Schwierigkeiten von dieser Seite wegfallen.
Die Funktion des Additionsgetriebes wird hier übernommen durch ein hydraulisches Differentialgetriebe 7, das nach Art eines hydraulischen Föttingerdrehmomentwandlers gebaut ist, aber drei freie Wellen besitzt. Das Zahnrad 3 a, welches den freien Abtrieb des Verteilergetriebes bildet, treibt die Außenumfangsglocke 4 des Drehmomentwandlers 7. Die Abgasturbine 5 treibt den kleinen zentralen Läufer 10 a an. Der größere zentrale Läufer 10 b treibt das Verdrängergebläse 6 an.
Diese Ausführungsart arbeitet ähnlich wie die mechanischen Additionsgetriebe der F i g. 1 und 2. Sie erlaubt zudem eine weitere Vereinfachung. In früheren Patentanmeldungen ist vorgeschlagen worden, die gewöhnliche klassische Motorhauptkupplung durch eine kleine hydraulische Kupplung im differentialgetriebenen Laderantriebsstrang zu ersetzen, z. B. durch .eine hydraulische Kupplung an der Stelle des eben beschriebenen hydraulischen D.rehmomentwandlers 7. Die Ein- und. Auskupplung des Motors erfolgt dabei in an sich bekannter Weise durch Füllen bzw. Entleeren einer solchen kleinen hydraulischen Kupplung. Es wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Föttingerwandler 7 mit dieser Kupplungsfunktion zusätzlich auszustatten und dergestalt mit ihm auch noch die klassische Hauptkupplung zu ersetzen. Um dies zu erreichen, ist es nur notwendig, .die Möglichkeit vorzusehen, daß der Föttingerwandler 7 beim »Einkuppeln« gefüllt und beim »Auskuppeln« geleert wird. Die Einzelheiten dieser von Hand oder automatisch erfolgenden Operation sind jedem Fachmann bekannt.

Claims

Patentansprüche: 1. Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Aufladesystem mit zwei Antrieben, die auf ein einziges Gebläse wirken und von .denen .der eine abgasgetrieben und der andere mechanisch getrieben ist, wobei der letztere den zweiten Abtriebszweig eines von der Maschinenwelle angetriebenen Verteilergetriebes darstellt, dessen erster Abtriebszweig die Nutzleistung abführt, nach Patent 1170193, dadurch gekennz-eichn e t, daß der mechanische Antrieb (3 a) und der abgasgetriebene Antrieb (10a) zusammen mit einem auf das Gebläse wirkenden Wellentrieb (10b) in an sich bekannter Weise über ein als Additions- oder (und) Verteilergetriebe wirkendes Differentialgetriebe (7) vereinigt sind.
2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine Rückdrehsperrung im ab-P or sgetriebenen Ant -rieb vorgesehen C ist.
3. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Gebläseantriebe vereinigende Differentialgetriebe (7) in an sich bekannter Weise aus einem hydrodynamischen Getriebe der Föttingerbauart mit mindestens drei Laufrädern besteht.
4. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Gebläseantriebe vereinigende Föttingergeiriebe in an sich bekannter Weise mit einem Organ zum Füllen und Leeren während des Betriebes ausgestattet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 665 583, 705 746, 743 060, 759101, 902103.