Turbo-Compound-Systeme sowie Turbo-Compound-Retarder-Systeme sind dem Fachmann bekannt. Insbesondere die letzteren weisen in der Regel eine hydrodynamische Kupplung auf, die zur Drehmomentübertragung zwischen der Abgasnutzturbine und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors dient. Um die beschriebene Bremsfunktion zur Verfügung zu stellen, wird dabei in der Regel entweder ein Schaufelrad der hydrodynamischen Kupplung mechanisch festgesetzt, so dass aus der hydrodynamischen Kupplung funktionell ein Retarder wird, oder die Abgasnutzturbine wird als Kompressor betrieben, siehe beispielsweise die Patentschrift US 5 884 482. Bezüglich des zuletzt genannten Systems ist es auch bekannt, die Drehrichtung der Abgasnutzturbine im Bremsbetrieb umzukehren, um ein größeres Bremsmoment zu erzeugen, siehe beispielsweise das US-Patent mit der Nummer US 4 748 812.

Obwohl diese Systeme eine gewisse Bremswirkung im Bremsbetrieb erreichen, hat sich in der Praxis gezeigt, dass die Schaltung der Abgasnutzturbine als Kompressor kein zufriedenstellendes gleichmäßiges Bremsmoment auf die Kurbelwelle aufgebracht hat. Bei den Systemen mit festgestelltem Schaufelrad der hydrodynamischen Kupplung hingegen ist das im Retarderbetrieb der hydrodynamischen Kupplung erzeugte Bremsmoment, mittels welchem die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors abgebremst wird, stark drehzahlabhängig und somit ebenso ungleichförmig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbo-Compound-System darzustellen, welches ein besonders gleichmäßiges und hohes Bremsmoment im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors, insbesondere genau vorhersagbar und regelbar, zur Verfügung stellt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Turbo-Compound-System mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben besonders zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Turbo-Compound-System umfasst einen Verbrennungsmotor mit einer angetriebenen Kurbelwelle sowie eine im Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasnutzturbine. In die Triebverbindung zwischen der Abgasnutzturbine und der Kurbelwelle ist eine hydrodynamische Kupplung geschaltet, welche ein Primärrad und ein Sekundärrad umfasst, die miteinander einen Arbeitsraum ausbilden. Der Arbeitsraum ist mit einem Arbeitsmedium, insbesondere Öl, befüllt oder befüllbar, so dass Drehmoment von dem Primärrad auf das Sekundärrad oder von dem Sekundärrad auf das Primärrad übertragen wird, in Abhängigkeit davon, welche Seite, die Primärseite oder die Sekundärseite, von außen angetrieben wird. Im Sinne einer einheitlichen Bezeichnung wird zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung das Schaufelrad der hydrodynamischen Kupplung, welches auf der Abgasnutzturbinenseite angeordnet ist und insbesondere in einer direkten mechanischen Triebverbindung mit der Abgasnutzturbine steht, als Primärrad bezeichnet. Entsprechend ist das Sekundärrad im Sinne der vorliegenden Erfindung das Schaufelrad der hydrodynamischen Kupplung, welches auf der Kurbelwellenseite angeordnet ist und insbesondere in einer direkten mechanischen Triebverbindung mit der Kurbelwelle steht oder in eine solche schaltbar ist.

Im sogenannten"Turbokupplungsbetrieb", auch"Turbo-Compound-Betrieb", wird die Abgasnutzturbine durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors angetrieben, d. h. die Abgasnutzturbine setzt Abgasenergie in eine Drehbewegung um, und diese Antriebsleistung wird von dem Primärrad der hydrodynamischen

Kupplung, welches in einer Triebverbindung mit dem Abgasnutzturbine, d. h. dem Turbinenrad der Abgasnutzturbine steht, über das Arbeitsmedium im Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung auf das Sekundärrad und weiter auf die Kurbelwelle des Antriebsmotors übertragen, welche in einer Triebverbindung mit dem Sekundärrad steht. Insofern unterscheidet sich die Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht vom Stand der Technik.

Das erfindungsgemäße Turbo-Compound-System weist jedoch zusätzlich ein Schaltmittel zur Umkehr der Drehrichtung des Primärrads oder des Sekundärrads der hydrodynamischen Kupplung auf, so dass im sogenannten"Retarderbetrieb", das heißt in einem Betriebszustand des Turbo-Compound-Systems, in welchem eine Bremsleistung auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors aufgebracht werden soll, insbesondere wenn sich dieser im Schubbetrieb befindet, das Primärrad und das Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung gegensinnig zueinander umlaufen und somit einen sogenannten Gegenlaufretarder ausbilden.

Die Vorteile der Gegenlaufretarderfunktion des erfindungsgemäßen Turbo- Compound-Systems sind die Entwicklung eines besonders großen Bremsmomentes sowie eines gleichmäßigen beziehungsweise im Vergleich zum Stand der Technik gleichmäßigeren Bremsmomentverlaufs über einen großen Drehzahlbereich der hydrodynamischen Kupplung, beispielsweise mit Bezug auf die Eingangsdrehzahl der hydrodynamischen Kupplung.

Das erfindungsgemäße Schaltmittel kann in verschiedenen Ausführungen vorgesehen sein. Gemäß einer ersten Ausführung bewirkt das erfindungsgemäße Schaltmittel eine Drehrichtungsumkehr des Turbinenrads der Abgasnutzturbine, so dass das Primärrad der hydrodynamischen Kupplung gegenüber dem "Kupplungsbetrieb"umgekehrt wird. Hierzu ist das erfindungsgemäße Schaltmittel in Form einer Strömungsleitvorrichtung ausgebildet, beispielsweise in Form eines Leitapparates beziehungsweise eines Leitgitters der Abgasnutzturbine. Durch dieses Leitgitter wird gemäß der beschriebenen Ausführung die Anströmung des Turbinenrads der Abgasnutzturbine derart geändert, dass sich die gewünschte Drehrichtungsumkehr einstellt.

Gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung umfasst das Schaltmittel ein Schaltgetriebe beziehungsweise ist das Schaltmittel in Form eines Schaltgetriebes ausgebildet. Das Schaltgetriebe kann dabei gemäß einer vorteilhaften Ausführung ein Umkehrgetriebe sein, welches in der Triebverbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung angeordnet ist. In einem ersten Schaltzustand (Kupplungsbetrieb) treibt das Sekundärrad über das Schaltgetriebe die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors an, wobei es in einer ersten Richtung umläuft. In einem zweiten Schaltzustand treibt die Kurbelwelle über das Schaltgetriebe das Sekundärrad an (Retarderbetrieb), wobei in diesem Zustand das Sekundärrad durch eine entsprechende Umschaltung des als Umkehrgetriebe ausgebildeten Schaltgetriebes mit einer zweiten Drehrichtung umläuft, welche der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist ein entsprechendes Umkehrgetriebe in der Triebverbindung zwischen der Abgasnutzturbine und dem Primärrad der hydrodynamischen Kupplung angeordnet. Entsprechend läuft das Primärrad der hydrodynamischen Kupplung in den beiden Schaltstellungen des Umkehrgetriebes in zueinander entgegengesetzten Richtungen um.

Gemäß einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Turbo-Compound- Systems ist ein Schaltgetriebe parallel zur hydrodynamischen Kupplung angeordnet und umfasst eine Schaltkupplung, mittels welcher das Primärrad und das Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung in eine solche mechanische Triebverbindung schaltbar sind, dass die beiden Räder sich entgegengesetzt zueinander drehen. Somit wird im Retarderbetrieb das Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung von der Kurbelwelle in eine erste Richtung angetrieben, während das Primärrad ebenfalls (mittelbar) durch die Kurbelwelle in eine zweite, entgegengesetzte Richtung angetrieben wird, so dass die hydrodynamische Kupplung als Gegenlaufretarder arbeitet.

Die parallel zur hydrodynamischen Kupplung angeordnete Schaltkupplung kann als Lamellenkupplung oder ebenfalls als hydrodynamische Kupplung ausgeführt

sein. Das Schaltgetriebe ist insbesondere in Form eines Planetengetriebes mit einer Schaltkupplung ausgeführt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform laufen das Primärrad und das Sekundärrad im Retarderbetrieb in entgegengesetzte Drehrichtungen mit im Betrag voneinander verschiedenen Drehzahlen um. Hierdurch wird eine besonders hohe Bremsleistung erreicht. Alternativ ist es möglich, das Primärrad und das Sekundärrad im Retarderbetrieb in entgegengesetzte Drehrichtungen mit im Betrag gleichen Drehzahlen umlaufen zu lassen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele und der Figuren näher erläutert werden.

Es zeigen : Figur 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einer Anströmungsänderung der Abgasnutzturbine durch eine Leitgitterverstellung des Abgasnutzturbinenleitgitters im Turbokupplungsbetrieb und im Retarderbetrieb ; Figur 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem Schaltgetriebe, umfassend eine Schaltkupplung, zwischen dem Primärrad und dem Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung.

In der Figur 1 erkennt man ein erfindungsgemäßes Turbo-Compound-System mit einem Verbrennungsmotor 1, dessen Kurbelwelle 1.1 im Turbokupplungsbetrieb (auch Turbo-Compound-Betrieb genannt) über die hydrodynamische Kupplung 3, deren Arbeitsraum zwischen dem Primärrad 3.1 und dem Sekundärrad 3.2 mit Arbeitsmedium befüllt ist, zusätzlich von der im Abgasstrom des Verbrennungsmotors 1 angeordneten Abgasnutzturbine 2 angetrieben wird. Dabei ist beidseits der hydrodynamischen Kupplung 3, das heißt zwischen der Kurbelwelle 1.1 und dem Sekundärrad 3.2 sowie der Abgasnutzturbine 2 und dem Primärrad 3.1 jeweils ein Übersetzungsgetriebe angeordnet. Wie man sieht, führt

die gezielte Zuführung des Abgasstromes auf die Abgasnutzturbine bzw. durch das Leitgitter auf das Turbinenrad der Abgasnutzturbine zu einer ersten Drehrichtung des Primärrades 3.1 der hydrodynamischen Kupplung im Turbokupplungsbetrieb.

Im Retarderbetrieb hingegen ist die Führung des Abgasstromes derart gegenüber dem Turbokupplungsbetrieb umgeschaltet worden, dass sich die Drehrichtung der Abgasnutzturbine 2 und damit des Primärrads 3.1 der hydrodynamischen Kupplung 3 umgekehrt hat. Dementsprechend laufen im Retarderbetrieb das Primärrad 3.1 und das Sekundärrad 3.2 gegensinnig um, während diese beiden Räder 3.1, 3.2 im Turbokupplungsbetrieb, wie dargestellt, stets gleichsinnig umlaufen.

Die Umkehrung der Drehrichtung der Abgasnutzturbine 2 kann entweder durch Verstellung des Leitgitters der Abgasnutzturbine oder durch eine Umschaltung der Zuführung des Abgasstroms, beispielsweise von einem ersten Einlass auf einen zweiten Einlass, erreicht werden.

In der Figur 2 ist eine alternative Ausgestaltung eines Schaltmittels zur Umkehr der Drehrichtung des Primärrades 3.1 der hydrodynamischen Kupplung 3 im Retarderbetrieb gegenüber dem Turbokupplungsbetrieb gezeigt. Wie man sieht, ist parallel zur hydrodynamischen Kupplung 3 ein Schaltgetriebe 4 angeordnet, welches eine Schaltkupplung 4.1 umfasst. Im Turbokupplungsbetrieb ist die Schaltkupplung in den geöffneten Zustand geschaltet, so dass keine mechanische Triebverbindung zwischen dem Primärrad 3.1 und dem Sekundärrad 3.2 der hydrodynamischen Kupplung 3 besteht, und das Sekundärrad 3.2 von dem Primärrad 3.1 ausschließlich über die Kreislaufströmung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung angetrieben wird, so dass beide Räder 3.1, 3.2 gleichsinnig umlaufen. Im Retarderbetrieb hingegen ist die Schaltkupplung 4.1 geschlossen, so dass das Primärrad 3.1 der hydrodynamischen Kupplung von der Kurbelwelle 1.1 mit einer der Drehrichtung des Sekundärrades 3.2 entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben wird.

Zugleich wird somit die Abgasnutzturbine in eine der Drehrichtung im

Turbokupplungsbetrieb entgegengesetzten Richtung angetrieben und arbeitet somit als Kompressor beziehungsweise"Luftpumpe", was ein weiteres Bremsmoment zur Abbremsung der Kurbelwelle 1.1 beiträgt.

Somit erfolgt bei der in der Figur 2 dargestellten Ausführung die Drehmomentübertragung im Turbokupplungsbetrieb von der Abgasnutzturbine 2 auf die Kurbelwelle 1.1 rein hydrodynamisch, während im Retarderbetrieb die beiden Räder-Primärrad 3.1 und Sekundärrad 3.2-der hydrodynamischen Kupplung mechanisch entgegengesetzt zueinander angetrieben werden, und die hydrodynamische Kupplung 3 die Funktion eines Gegenlaufretarders ausführt.