DE3339918A1

DE3339918A1 - Turboladeranordnung fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3339918A1
Application number: DE19833339918
Authority: DE
Inventors: Jürgen 3300 Braunschweig Schmidt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1983-11-04
Filing date: 1983-11-04
Publication date: 1985-05-15

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

- 3 K 3509/1702pt-hu-sa

Turboladeranordnung für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Turboladeranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekannter Nachteil derartiger Turboladeranordnungen, die also die Abgasenergie der Brennkraftmaschine zum Verdichten der der Maschine zugefuhrten Ladeluft ausnutzen, ist in dem verzögerten Ansprechverhalten· im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu sehen. Daher ist es auch seit langem bekannt, das Ansprechverhalten von Abgasturboladern durch Verwendung einer drehfest mit der Welle des Turböladers verbundenen Elektromaschine zu verbessern, die insbesondere im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, d.h. bei relativ geringem Abgasangebot, als Elektromotor wirkt und die Drehzahl des Abgasturboladers auf einen seine Wirksamkeit schon im unteren Drehzahlbereich sicherstellenden Wert erhöhte Bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine iste dagegen· das Abgasangebot so- groß, daß diese Elektromaschine nach Umschaltung, als- Generator Einsatz finden kann, der beispielsweise zum Aufladen der ι Batterie des; mit der Turboladeranordnung ausgerüsteten Kraftfahrzeugs dienen kann. Scr beschreibt die DE-OS 31 13 352, F02B' 37/00, eine Turboladeranordnung, beil der die Welle verdichterseitig das Gehäuse durchsetzt und dort in Drehverbindung mit einem Elektromotor steht. Diese Anordnung ist platzaufwendig. Aus den DE-OS 22 06 450 und 28 08 147, F02B 37/06, sind Turboladeranordnungen

Vorsitzender Vorstand: Dr. rer. pol. Carl H. Hahn, Vorsitzender · Horst Münzner, stellv. Vorsitzender · Claus Borgward · Karl Ho.n; grurn

des Aufsichtsrats: Prof. Or. tedin. Ernst Fiala · Dr. jur. Peter Frerk · Dr. jur. Wollgang R. Habbel · Günter Hartwidi · Dr. rer pol. /Verner '<· Viimidt ■--., -....., ο-.,„„ _nr ... _„, ₀„|, _Sfi|_nwsi;_v sitz rlar Gesellschaft: Wolfsburg Amtsgericht Wolfsburg HRB

gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei denen die Elektromaschine in der Weise mit dem Abgasturbolader baulich vereinigt ist, daß der Anker der zwischen Verdichter- und Turbinenrad angeordneten Elektromaschine von der Welle des Abgasturboladers gebildet bzw. drehfest auf ihr angeordnet ist. Auch hier bestimmt jedoch die Elektromaschine in großem Maße die Abmessungen der Turboladeranordnung, und zwar insbesondere in axialer Richtung.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß aus den genannten Druckschriften auch die Verwendung eines regelbaren Elektromotors bekannt ist, beispielsweise in der Weise, daß der Elektromotor die Drehzahl des Abgasturboladers im gesamten Kennfeld der Brennkraftmaschine konstant hält. Die Regelung kann dabei über die Drehzahl des elektromagnetischen Drehfeldes im Ständer der Elektromaschine erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turboladeranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs L so auszubilden, daß die geometrischen Abmessungen der Anordnung praktisch unabhängig von der Elektromaschine- sind.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Der große Vorteil der Erfindung liegt darin, daß im Idealfall die Unterbringung der Elektromaschine keinerlei Vergrößerungen der Abmessungen der Turboladeranordnung, zur Folge hat. Bringt man die aktiven Teile des Ankers und des Ständers der Elektromaschine irr Aufnahmenuterr oder Vertiefungen des Verdichterrads bzw. des Verdichtergehäuses unter und· sorgt man beispielsweise durch Vergießen mit Kunststoff für eine feste Verbindung zwischerr den verschiedenen Teilen,, ergibt sich auch¹ keine nennenswerte mechanische Schwächung des Verdichterrads bzw. des Verdichtergehäuses, so daß zusätzliche Maßnahmen zur Erhöhung der Festigkeit überflüssig werden« Die Ausnutzung des ohnehin vorhandenen Verdichterrads als Anker bzw. Träger der aktiven Teile des Ankers der Elektromaschine bietet den Vorteil, daß eine nennenswerte Vergrößerung der rotierenden Massen durch den Anker der Elektromaschine nicht auftritt.

Als weiterer Vorteil der Erfindung ist anzuführen, daß die beschriebenen günstigen Eigenschaften nicht auf Kosten des Betriebsverhaltens der Turboladeranordnung, also weder des Abgasturboladers noch der Elektromaschine, erreicht werden. Nach wie vor ist es möglich, die Elektromaschine je nach dem Abgasangebot als Elektromotor oder als Generator zu betreiben, und auch die Regelung des den Ständer speisenden Drehfeldes kann beliebig erfolgen. So ist es möglich, Mittel zum Abschalten der Erregung der Elektromaschine sowie zum Umschalten zwischen Beschleunigung des Abgasturboladers durch den Elektromotor und Einhalten einer Minimaldrehzahl des Abgasturboladers vorzusehen.

Auch verlangt die Erfindung trotz der beschriebenen Integration der Elektromaschine in den Abgasturbolader keine Änderung der Abgasführung; es ist also auch möglich, das Druckgefälle über der eigentlichen Abgasturbine beispielsweise dadurch zu erhöhen, daß sich bei Einsatz der Anordnung in einem Kraftfahrzeug durch den Fahrtwind einstellende Druckverhältnisse zur Beschleunigung der Abgase am Fahrzeugheck oder unter dem Fahrzeug ausgenutzt werden. Das Entsprechende gilt für luftseitige Regelungen;· beispielsweise kann das Ladeluftvolumen insbesondere bei Betrieb des Elektromotors so, daß eine Minimaldrehzahl des Abgasturboladers sichergestellt ist, durch eine Drosselklappe vor dem Verdichter geregelt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die einen Axialschnitt nur durch die hier interessierenden Teile der Turboladeranordnung wiedergibt.

Vorr dem⁵ Abgasturbolader sind lediglich das Verdichterrad 1, die drehfest mit diesem verbundene* Welle Z und die· Rückwand 3 des Verdichtergehäuses dargestellte Die Wells 2_t die die Verdichtergehäuserückwand. 3 hohe. Drehzahlen zulassend durchsetzt,, stellt eine drehfeste- Verbindung zwischen dem Verdichterrad: 1 und dem dieses antreibenden, vom Abgas- der nicht dargestellten Brennkraftmaschine beaufschlagten Turbinenrad des Abgasturboladers her, das ebenfalls nicht gezeichnet ist. Entsprechende Konstruktionen sind beispielsweise aus der eingangs zitierten Patentliteratur bekannt.

Das Verdichterrad 1, das also im Wege der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft liegt, dient zugleich als Anker einer Elektromaschine, die im niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zur Erhöhung der Drehzahl und damit der Förderleistung des Abgasturboladers dient, dagegen bei Abgasüberschuß als Generator umgeschaltet werden kann. Diese Elektromaschine besitzt nach Art eines Scheibenläufermotors als aktive Teile des Ankers Permanentmagnete 4, die in Aufnahmenuten oder Vertiefungen an der der Luftströmung abgekehrten Rückseite des Verdichterrads 1 eingesetzt sind, sowie als aktive Ständerteile Wicklungen 5 in Aufnahmenuten oder Vertiefungen der Verdichtergehäuse-Rückwand 3. Wie die Figur unmittelbar zeigt, stehen sich die aktiven Teile von Anker und Ständer der Elektromaschine unmittelbar gegenüber. Sie sind in den Aufnahmen bzw. Vertiefungen durch Vergießen mit Kunstharz festgelegt.

Wie ebenfalls aus der Figur ersichtlich, hat die beschriebene Integration der Elektromaschine in den Abgasturbolader zur Folge, daß eine Vergrößerung der Abmessungen des Abgasturboladers durch die diesem zugeordnete Elektromaschine vermieden ist-

Claims

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AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

K 3509/1702pt-hu-sa

-3.H0V, 1983

PATENTANSPRÜCHE

( 1./Turboladeranordnung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, enthaltend einen Abgasturbolader mit einem abgasseitigen Turbinenrad und einem von einem Verdichtergehäuse aufgenommenen Verdichterrad, die über eine Welle drehfest verbunden sind, und eine mit dem Abgasturbolader baulich vereinigte Elektromaschine, deren zuleitungsfreier Anker durch einen rotierenden Bestandteil des Abgasturboladers gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,, daß der Anker durch das Verdichterrad (1) und der Ständer der Elektromaschine durch das Verdichtergehäuse (3) gebildet ist.
2. Turboladeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Teile (4,5) von Anker und Ständer in sich gegenüberstehende Oberflächenbereiche von Verdichterrad (1) und Verdichtergehäuse (3) eingelassen sind.
3.. Turboladeranordnung nach· Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Teile (4,5) von Anker und/oder Ständer im Einbauzustand mit Kunststoff vergossen sind. . . ·
4. Turboladeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Teile (5) des Ständers von der der Luftströmung abgekehrten Rückwand (3) des Verdichtergehäuses getragen sind.

Vorsitzender Vorstand: Dr. rer. pol. Carl H. Hahn, Vorsitzender · Horst Münzr.er, stellv. Vorsitzender - Claus Borgward · Karl-Heinz Briam

des Aufsichtsrats: Prol. Dr. techn. Ernst Fiala · Dr. jur. Peter Frerk · Or. jur. Wollgang R. Habbel · Günter Hartwich · Dr. rer. pol. Werner P. Scftmicn Karl Gustaf Ratjen Dr. rer. pol. Rolf Selowsky Sitz der Gesellschaft: Wolfsburg Amtsgericht Wolfsburg HRB
5. Turboladeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine nach Art eines Scheibenläufermotors als aktive Ankerteile Permanentmagnete (4) und als aktive Ständerteile zumindest eine drehstromgespeiste Wicklung (5) enthält.