Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugantriebsstrang,

insbesondere für ein Nutzfahrzeug wie Lastkraftwagen, Baumaschine,

landwirtschaftliches Fahrzeug oder Sonderfahrzeug, oder für ein

Schienenfahrzeug.

In gattungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebssträngen wird ein Antriebsmotor, insbesondere Verbrennungsmotor, beispielsweise Dieselmotor, der eine

Antriebswelle aufweist und einen Abgasstrom erzeugt, zur Einspeisung von Antriebsleistung in den Kraftfahrzeugantriebsstrang verwendet, wobei zur Wirkungsgradverbesserung ein sogenanntes Turbocompound-System

vorgesehen ist, beispielsweise neben einem Abgasturbolader zur Turboaufladung des Antriebsmotors. Ein solches Turbocompound-System weist eine im

Abgasstrom des Antriebsmotors positionierte Nutzturbine auf, die Abgasenergie in Antriebsleistung umwandelt, wobei die Nutzturbine in eine Triebverbindung mit der Antriebswelle schaltbar ist, sodass die mit der Nutzturbine aus der

Abgasenergie gewonnene Antriebsleistung auf die Antriebsleistung des

Antriebsmotors zum Antrieb des Kraftfahrzeugantriebstranges aufaddiert werden kann, um Antriebsräder und/oder ein anderes Aggregat des

Kraftfahrzeugantriebstrangs anzutreiben.

Obwohl ein Turbocompound-System im Nennbetriebspunkt des Antriebsmotors zu einer Wirkungsgradsteigerung führt, indem beispielsweise bei gleichem

Verbrauch zehn Prozent mehr Antriebsleistung zur Verfügung stehen oder bei gleicher Antriebsleistung entsprechend Verbrauchseinsparungen erzielt werden können, gibt es im Teil last betrieb des Antriebsmotors Zustände, in denen aufgrund der geringen vorhandenen Abgasenergie kaum zusätzliche

Antriebsleistung erzeugt werden kann. Aufgrund der unvermeidbaren

mechanischen Verluste im Turbocompound-System, beispielweise in den Lagern der Abgasnutzturbine sowie der mechanischen Triebverbindung, über welche die Nutzturbine am Kraftfahrzeugantriebsstrang angeschlossen ist, können sogar Betriebszustände auftreten, in denen der Wirkungsgrad des Antriebsmotors gegenüber einem entsprechenden Antriebsmotor ohne Turbocompound-System verschlechtert ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen

Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem Turbocompound-System anzugeben, dessen Gesamtbilanz des Wirkungsgrads verbessert ist. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugantriebsstrang, insbesondere für ein

Nutzfahrzeug oder Schienenfahrzeug, wie Eingangs dargelegt wurde, umfasst einen Antriebsmotor, der eine Antriebswelle aufweist und einen Abgasstrom erzeugt, sowie eine im Abgasstrom positionierte Nutzturbine zur Umwandlung von Abgasenergie in Antriebsleistung. Die Nutzturbine ist in eine Triebverbindung mit der Antriebswelle schaltbar, um die Antriebswelle oder ein dieser im

Antriebsleistungsfluss folgendes Aggregat mit der Antriebsleistung der

Nutzturbine anzutreiben. Für weitere mögliche Details und Funktionen wird auf die Beschreibung der gattungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstränge im einleitenden Teil verwiesen.

Erfindungsgemäß ist ferner ein hydrodynamischer Retarder vorgesehen, umfassend ein angetriebenes beschaufeltes Primärrad, auch Rotor genannt, und ein stationäres beschaufeltes Sekundärrad, auch Stator genannt, wobei die beiden Schaufelräder gemeinsam einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden. In den Arbeitsraum ist ein Arbeitsmedium, beispielsweise Wasser oder Öl oder ein Gemisch mit einem dieser Stoffe, einbringbar, um durch Antrieb des Primärrades einen Arbeitsmediumkreislauf im Arbeitsraum

auszubilden, mittels welchem Drehmoment vom Primärrad auf das Sekundärrad übertragen wird, wodurch das Primärrad hydrodynamisch abgebremst wird.

Anstelle eines stationären Sekundärrades kann auch bei einem sogenannten Gegen lauf retarder das Sekundärrad gegenläufig zum Primärrad angetrieben werden, insbesondere über eine gemeinsame Eingangswelle des

hydrodynamischen Retarders.

Erfindungsgemäß ist nun eine mechanische Trennkupplung vorgesehen, mittels welcher sowohl die Nutzrubine als auch das Primärrad des hydrodynamischen

Retarders vom Antriebsleistungsfluss im Kraftfahrzeugantriebsstrang abkoppelbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden nicht nur die eingangs dargelegten mechanischen Verluste im Turbocompound-System, das heißt in der Triebverbindung zur Nutzturbine und in der Nutzturbine in ausgewählten

Betriebszuständen, nämlich wenn die Nutzturbine vom Antriebsleistungsfluss abgekoppelt ist, vermieden, sondern entsprechendes gilt für anderenfalls im Nichtbremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders auftretende unerwünschte Verluste durch ein vom Retarder erzeugtes Restbremsmoment und/oder ebenfalls durch mechanische Verluste beispielsweise in Lagern. Durch die

erfindungsgemäße Ausgestaltung wird zugleich der zusätzliche konstruktive Aufwand und der zusätzliche Aufwand bei den Herstellungskosten dadurch relativiert, dass ein und dieselbe mechanische Trennkupplung vorteilhaft für zwei völlig verschiedene Aggregate des Kraftfahrzeugantriebstranges, die bisher beide nur in bestimmten Betriebszuständen unerwünschte Verluste erzeugten, verwendet wird.

Die wahlweise mechanische Entkoppelung eines hydrodynamischen Retarders und einer Nutzturbine eines Turbocompound-Systems vom Antriebsleistungsfluss im Kraftfahrzeugantriebsstrang mittels einer gemeinsamen mechanischen Trennkupplung ist besonders günstig, weil beide Systeme in komplementären Betriebszuständen des Kraftfahrzeugantriebstranges aktiv sind, nämlich der hydrodynamische Retarder beim Bremsen des Kraftfahrzeugs und damit in der Regel im Schubbetrieb des Antriebsmotors, und das Turbocompound-System im Traktionsbetrieb des Kraftfahrzeugs, das heißt bei aktiver

Antriebsleistungseinspeisung von Antriebsleistung des Antriebsmotors in den Kraftfahrzeugantriebsstrang, um die Antriebsräder und/oder ein anderes Aggregat mit dem Antriebsmotor anzutreiben. Besonders günstig weist daher die

mechanische Trennkupplung wenigstens zwei Schaltstellungen auf, umfassend eine erste Schaltstellung, in welcher die Nutzturbine in Triebverbindung mit der Antriebswelle gekoppelt ist und zugleich das Primärrad des hydrodynamischen Retarders vom Antriebsleistungsfluss im Kraftfahrzeugantriebsstrang entkoppelt ist, und eine zweite Schaltstellung, in welcher die Nutzturbine vom

Antriebsleistungsfluss im Kraftfahrzeugantriebsstrang entkoppelt ist und das Primärrad des hydrodynamischen Retarders im Antriebsleistungsfluss des

Kraftfahrzeugantriebstranges angekoppelt ist, um das Primärrad und bei einem Gegen lauf retarder insbesondere auch das Sekundärrad mit Antriebsleistung aus dem Kraftfahrzeugantriebsstrang anzutreiben. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die mechanische Trennkupplung ferner eine dritte Schaltstellung auf, in welcher sowohl die Nutzturbine als auch das Primärrad des hydrodynamischen Retarders vom Antriebsleistungsfluss im Kraftfahrzeugantriebsstrang entkoppelt sind, demnach also weder das Primärrad des hydrodynamischen Retarders

angetrieben wird noch ein unerwünschtes Mitschleppen der Nutzturbine durch den Antriebsmotor aufgrund zu geringer Abgasenergie erfolgt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die mechanische

Trennkupplung als Klauenkupplung ausgeführt, entweder als unsynchronisierte Klauenkupplung, besonders vorteilhaft jedoch als synchronisierte

Klauenkupplung. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Nutzturbine und das Primärrad des hydrodynamischen Retarders über die mechanische

Trennkupplung an einem Nebenabtrieb des Antriebsmotors angeschlossen sind, das heißt an einem sogenannten PTO (Power Take Off). Die vorliegend als

Antriebswelle bezeichnete Welle des Antriebsmotors kann beispielsweise den Nebenabtrieb ausbilden oder die Antriebswelle ist die Kurbelwelle des

Verbrennungsmotors und der Nebenabtrieb steht über einen Rädertrieb innerhalb des Antriebsmotors in Triebverbindung mit der Kurbelwelle. Andere

Ausgestaltungen sind möglich.

Um die Abgasnutzturbine vor Drehschwingungen zu schützen, ist in der

Triebverbindung zwischen der mechanischen Trennkupplung und der Nutzturbine vorteilhaft ein drehschwingungsdämpfendes Element vorgesehen, das besonders vorteilhaft als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist. Eine solche

hydrodynamische Kupplung weist ebenfalls zwei beschaufelte Räder auf, welche jedoch beide umlaufen. Insbesondere ist kein drittes Rad wie bei einem

hydrodynamischen Wandler vorgesehen. Die beiden Schaufelräder bilden wiederum gemeinsam einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum aus, um Antriebsleistung hydrodynamisch von dem einen Rad auf das andere

Rad zu übertragen. Die hydrodynamische Kupplung weist demnach einen zweiten Arbeitsraum zu dem Arbeitsraum des hydrodynamischen Retarders auf, ist also zusätzlich zum hydrodynamischen Retarder vorgesehen. Die hydrodynamische Kupplung kann räumlich getrennt vom hydrodynamischen Retarder positioniert sein. Beispielsweise ist die hydrodynamische Kupplung in Axialrichtung betrachtet auf einer ersten Seite der mechanische Trennkupplung positioniert, wohingegen der hydrodynamische Retarder auf einer

entgegengesetzten Seite der mechanischen Trennkupplung positioniert ist. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die hydrodynamische Kupplung koaxial zu dem hydrodynamischen Retarder positioniert ist, wobei insbesondere die Drehachsen der hydrodynamischen Kupplung und des hydrodynamischen Retarders miteinander fluchten. Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die hydrodynamische Kupplung in Radialrichtung neben dem

hydrodynamischen Retarder positioniert ist, also die Drehachsen der

hydrodynamischen Kupplung und des hydrodynamischen Retarders parallel zueinander sind, wobei die Schaufelräder im Bereich einer gemeinsamen Ebene nebeneinander positioniert sind.

Wenn die hydrodynamische Kupplung und der hydrodynamische Retarder mit demselben Arbeitsmedium betrieben werden, so kann vorteilhaft ein

gemeinsamer Arbeitsmediumhaushalt, insbesondere Ölhaushalt, für beide hydrodynamische Aggregate vorgesehen sein, aus welchem die beiden

Arbeitsräume mit Arbeitsmedium versorgt werden. Unter

Arbeitsmediumversorgung kann sowohl eine Befüllung mit Arbeitsmedium aus einem Arbeitsmediumvorrat des Arbeitsmediumhaushaltes und eine Entleerung des Arbeitsraums vom Arbeitsmedium in den Arbeitsmediumvorrat verstanden werden, als auch bei einer anderen Ausführungsform, bei welchem der

Arbeitsraum zumindest der hydrodynamischen Kupplung und/oder des Retarders nicht entleert beziehungsweise vollständig entleert wird/werden, ein Austausch des in dem Arbeitsraum befindlichen Arbeitsmediums, insbesondere

kontinuierlicher Austausch, aus dem Arbeitsmediumhaushalt, um Wärme aus den hydrodynamischen Aggregaten abzuführen. Insbesondere wenn beide

hydrodynamischen Aggregate in der Nähe des Antriebsmotors oder im oder am Antriebsmotor positioniert sind, beispielsweise weil ein Antrieb über den genannten Nebenabtrieb des Antriebsmotors erfolgt beziehungsweise

Antriebsleistung der Nutzturbine in den Nebenabtrieb des Antriebsmotors eingespeist wird, so kann auch der Ölhaushalt des Antriebsmotors zur

Versorgung der hydrodynamischen Maschinen mit dem Arbeitsmedium Öl verwendet werden. Ein solcher Ölhaushalt dient insbesondere dem Schmieren des Antriebsmotors. Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Nutzturbine und das Primärrad des hydrodynamischen Retarders jeweils über wenigstens eine, insbesondere eine Vielzahl von Stirnradstufen an der Antriebswelle des

Antriebsmotors angeschlossen. Beispielsweise ist zwischen dem Primärrad des hydrodynamischen Retarders und der Antriebswelle eine einzige Stirnradstufe oder es sind zwei Stirnradstufen vorgesehen, wohingegen in der Triebverbindung zwischen der Nutzturbine und der Antriebswelle in der Regel zwei oder noch mehr Stirnradstufen vorgesehen sind. Durch diese Stirnradstufen kann betrachtet von der Antriebswelle aus jeweils eine Übersetzung ins Schnelle ausgebildet werden, sodass sowohl das Primärrad des hydrodynamischen Retarders als auch die Nutzturbine bei einer geschalteten Triebverbindung mittels der Trennkupplung jeweils schneller umlaufen als die Antriebswelle des Antriebsmotors.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch beschrieben werden.

In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Trennkupplung 1 in Form einer Klauenkupplung, die drei Schaltzustände aufweist, dargestellt. Im Einzelnen erkennt man eine rein mechanische Triebverbindung von der Antriebswelle 2 des Antriebsmotors 3 über (wenigstens) eine Stirnradstufe 4 zu einem Eingang 5 der Trennkupplung 1 , über einen ersten Ausgang 6 der Trennkupplung 1 und (wenigstens) eine zweite Stirnradstufe 7 zum Primärrad 8 des hydrodynamischen Retarders 9. Das Primärrad 8 bildet mit einem

Sekundärrad 10 einen Arbeitsraum 11 des hydrodynamischen Retarders 9.

Ein zweiter Ausgang 12 der Trennkupplung 1 steht über (wenigstens) eine

Stirnradstufe 13 in mechanischer Triebverbindung mit dem Turbinenrad 14 der hydrodynamischen Kupplung 15. Das Pumpenrad 16 der hydrodynamischen Kupplung 15, das gemeinsam mit dem Turbinenrad 14 einen Arbeitsraum 17 ausbildet, steht über wenigstens eine Stirnradstufe 18 in mechanischer Triebverbindung mit der Abgasnutzturbine 19, die in einem Abgasstrom 20 des Antriebsmotors 3 positioniert ist.

Die mechanische Trennkupplung 1 weist eine Schaltmuffe 21 auf, mittels welcher der Kupplungseingang 5 wahlweise entweder mechanisch mit dem ersten Kupplungsausgang 6 oder mit dem zweiten Kupplungsausgang 12 verbunden werden kann, um entsprechend entweder eine rein mechanische Triebverbindung zwischen der Antriebswelle 2 und dem Primärrad 8 des hydrodynamischen Retarders 9 herzustellen, um die Antriebswelle 2 hydrodynamisch abzubremsen, oder eine hydrodynamische Triebverbindung der Antriebswelle 2 mit der

Abgasnutzturbine 19 herzustellen, um die Antriebswelle 2 mit der Nutzturbine 19 anzutreiben.

In einem dritten Schaltzustand der mechanischen Trennkupplung 1 , der vorliegend dargestellt ist, ist der Kupplungseingang 5 weder mit dem ersten Kupplungsausgang 6 noch mit dem zweiten Kupplungsausgang 12 verbunden, sodass keine Antriebsleistungsübertragung zwischen dem Kupplungseingang 5 und einem der beiden Kupplungsausgänge 6, 12 stattfinden kann.