ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
AUXILIARY TRANSMISSION OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение касается вспомогательной передачи двигателя внутреннего сгорания, в частности двигателя внутреннего сгорания автомобиля промышленного назначения.
Двигатели внутреннего сгорания автомобилей промышленного назначения часто имеют коробку отбора мощности, которая служит для привода приборов или вспомогательных агрегатов. В связи с этим известно, что привод вала вспомогательной передачи осуществляется, начиная от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, через промежуточные колеса. Из EP 1 174 605 A2 известна, например, вспомогательная передача двигателя внутреннего сгорания, состоящая из вала, который посредством радиального и упорного подшипников установлен в картере и который с фиксацией от вращения соединен с зубчатым колесом, причем привод этого зубчатого колеса может осуществляться, начиная от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, через промежуточные колеса, и вал на своем свободном конце для привода рабочих машин имеет соединенный с валом с фиксацией от вращения фланец отбора мощности. При этом вал вместе с радиальным и упорным подшипниками и зубчатым колесом интегрирован в картер двигателя внутреннего сгорания, при этом зубчатое колесо расположено, находясь непосредственно между радиальными подшипниками.
Далее, известно, что современные двигатели внутреннего сгорания имеют многочисленные вспомогательные агрегаты. Наряду с такими вспомогательными агрегатами, которые требуются непосредственно для эксплуатации двигателя транспортного средства, как, например, осветительный генератор, водяной насос или компрессор, все чаще применяются такие вспомогательные агрегаты, которые должны улучшать комфорт транспортного средства, например, компрессоры системы кондиционирования, насосы гидроусилителя рулевого привода и т.д. Обычно эти вспомогательные агрегаты крепятся на двигателе транспортного средства и приводятся им в действие через цепные приводы, ременные приводы, приводы посредством зубчатых колес или какую-либо их комбинацию. Чем больше вспомогательных агрегатов предусмотрено в транспортном средстве, тем становится труднее в отношении пространства крепить их надлежащим образом на двигателе транспортного средства, и тем более затратными и более сложными становятся требуемые приводы. Такое множество вспомогательных агрегатов и ременных приводов и т.п. создает трудности не только в связи с тем, что подкапотное пространство сегодня вообще имеет очень ограниченные размеры.
На фиг.1 показан вид в перспективе системы 10 вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания, известной из уровня техники. При этом речь идет о двигателе 1 внутреннего сгорания автомобиля промышленного назначения, выполненном в виде дизельной машины внутреннего сгорания. Двигатель 1 внутреннего сгорания снизу заканчивается масляной ванной 19. Верхняя сторона двигателя 1 внутреннего сгорания обозначена ссылочным обозначением 5. На передней торцевой стороне 4 двигателя 1 внутреннего сгорания находится приводимая в действие двигателем внутреннего сгорания ременная передача 6, ниже коротко называемая ременным приводом. На виде в перспективе фиг.1 ссылочным обозначением 6b обозначен ремень, а ссылочным обозначением 6a - шкив приводного ремня. Ременный привод собственно известным образом приводит в действие генератор 11 на 24 В (осветительный генератор), водяной насос 12 и компрессор 13 хладагента системы кондиционирования. Водяной насос 12 и компрессор 13 хладагента тоже расположены за вентилятором 7 на передней торцевой стороне 4, однако в не показанной на фиг.1 задней части передней торцевой стороны 4 и, таким образом, на стороне передней торцевой стороны 4, противоположной генератору 11.
Далее, на передней торцевой стороне 4 находится приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания передний шестеренный привод (зубчатая передача), зубчатые колеса которого заключены внутри картера 51 распределительного механизма и поэтому на изображении фиг.1 не различимы. Передний шестеренный привод приводит в действие вентилятор 7, расположенный на передней торцевой стороне 4, топливный насос 15 высокого давления, расположенный сбоку на картере 2 двигателя, а также масляный насос. Далее, имеется задний шестеренный привод, т.е. шестеренный привод, который расположен на обращенной к коробке передач торцевой стороне 3 двигателя 1 внутреннего сгорания и который приводится в действие двигателем 1 внутреннего сгорания. Задний шестеренный привод заключен внутри картера 52 распределительного механизма и поэтому на изображении фиг.1 не виден. Картер 2 двигателя открыт с торцевых сторон 3, 4 и заканчивается с торцевых сторон картерами 51, 52 распределительного механизма, в которых размещены шестеренные приводы.
Задний шестеренный привод приводит в действие воздушный компрессор 14, называемый также воздуходувкой, который выполнен в виде поршневого компрессора. Воздушный компрессор 14 снабжает пневматическую систему автомобиля промышленного назначения сжатым воздухом. Воздушный компрессор закреплен в нижнем заднем участке боковой стенки картера двигателя. В этом месте в картере 2 двигателя находится отверстие, через которое осуществляется поток мощности между компрессором 4 сжатого воздуха и задним шестеренным приводом.
Далее, задний шестеренный привод приводит в действие насос гидроусилителя рулевого привода, который расположен на воздушном компрессоре 14. Далее, задний шестеренный привод известным образом приводит в действие привод кулачкового вала и имеет вспомогательный механизм отбора мощности (англ. Power Take-off) для привода, напр., гидравлического насоса для навесных агрегатов автомобиля промышленного назначения (которые не изображены).
При таком исполнении имеющееся в распоряжении свободное конструктивное пространство почти полностью используется для расположения таких вспомогательных агрегатов, которые необходимы для автомобилей, оснащенных стандартным образом. Однако проблемы возникают при оснащении другими вспомогательными агрегатами, например, в случае если автомобиль промышленного назначения должен оснащаться системой утилизации отходящего тепла (англ. Waste Heat Recovery (WHR) (waste-heat recovery, утилизация отходящего тепла)), у которой, напр., должна применяться расширительная машина.
Исходя из этого, в основе изобретения лежит задача, предоставить систему вспомогательных агрегатов у двигателя внутреннего сгорания, с помощью которой смогут быть устранены недостатки традиционных систем. В частности, в основе изобретения лежит задача, предоставить систему вспомогательных агрегатов у двигателя внутреннего сгорания, занимающую небольшое конструктивное пространство и позволяющую при низких издержках модифицировать двигатель внутреннего сгорания для целей применения с дополнительными вспомогательными агрегатами.
Эти задачи решаются с помощью вспомогательной передачи с признаками независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и цели применения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и поясняются подробнее в последующем описании с частичной ссылкой на фигуры.
Согласно общим аспектам изобретения предоставляется вспомогательная передача двигателя внутреннего сгорания, имеющая вал, который находится в активном соединении с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и который имеет два конца вала, в частности два свободных конца вала, выполненных каждый для соединения с отдающей мощность и/или отбирающей мощность машиной, в частности отдающей мощность и/или отбирающей мощность машиной, расположенной снаружи картера двигателя.
Другими словами, вал имеет первый конец вала, который расположен так, что он может соединяться с расположенной снаружи картера двигателя, отдающей мощность и/или отбирающей мощность первой машиной. Далее, вал имеет второй конец вала, который расположен так, что он может соединяться с расположенной снаружи картера двигателя, отдающей мощность и/или отбирающей мощность второй машиной. Таким образом, эти две машины могут соосно друг другу на противоположных концах вала приводиться с этим валом в активное соединение. В месте, расположенном со сдвигом от концов вала в осевом направлении, вал находится в активном соединении с двигателем внутреннего сгорания. Таким образом, вспомогательная передача посредством вала создает Т-образное разветвление (распределение) мощности.
Под термином «вспомогательная передача» понимается вспомогательный привод или вспомогательный механизм отбора мощности. Вспомогательная передача может выполнять функцию вспомогательного механизма отбора мощности (англ. Power Take-off) для привода одного или нескольких вспомогательных агрегатов. При этом поток мощности из двигателя внутреннего сгорания направлен через вспомогательную передачу. Вспомогательная передача может также выполнять функцию вспомогательного привода, при этом поток мощности течет через вспомогательную передачу к двигателю внутреннего сгорания. Вспомогательная передача в смысле этого изобретения представляет собой, таким образом, место присоединения (интерфейс) на двигателе внутреннего сгорания, через которое вспомогательный агрегат или другой прибор может механически активно соединяться с двигателем внутреннего сгорания, чтобы, например, приводиться в действие коленчатым валом или чтобы подводить к коленчатому валу механическую энергию.
Особое преимущество предлагаемой изобретением вспомогательной передачи заключается, таким образом, в том, что вал имеет не один свободный конец, а два свободных конца, так что не одна только, а две отдающие мощность и/или отбирающие мощность машины через вал могут приводиться в активное соединение с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. Это предпочтительно, в частности, для автомобилей, которые имеют расширительную машину системы утилизации отходящего тепла для преобразования отходящего тепла двигателя внутреннего сгорания или тормозной системы, использующей подпор двигателя, в полезную энергию, что ниже поясняется более детально.
Вал может быть расположен на двигателе внутреннего сгорания сбоку, в частности в обращенной к коробке передач боковой концевой области двигателя внутреннего сгорания.
По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления вспомогательная передача имеет корпус, в котором установлен вал. По одному из вариантов этого варианта осуществления этот корпус может быть закреплен на картере двигателя, в частности на наружной стороне картера двигателя, или быть выполнен в виде части картера двигателя. Этот корпус может быть, например, сбоку и снаружи закреплен на картере двигателя. По другому варианту этот картер может быть закреплен на картере распределительного механизма или быть выполнен в виде части картера распределительного механизма. Картером распределительного механизма называется корпус, в котором расположен шестеренный привод, находящийся в активном соединении с двигателем внутреннего сгорания. Картер двигателя обычно открыт с одной торцевой стороны. Картер распределительного механизма расположен на этой торцевой стороне и таким образом заканчивает картер двигателя с торцевой стороны. Картер распределительного механизма может представлять собой задний картер распределительного механизма, в котором размещен задний, т.е. обращенный к коробке передач, шестеренный привод. Далее, этот корпус может быть закреплен как на картере двигателя, так и на картере распределительного механизма. Таким образом, вал через этот корпус закреплен на картере двигателя и/или картере распределительного механизма. Поэтому ниже этот корпус называется промежуточным картером. Эти варианты дают то преимущество, что нет необходимости изменять существующие формы и варианты осуществления картера двигателя, чтобы расположить вал. Вместо этого отдельный промежуточный картер крепится снаружи на картере двигателя или картере распределительного механизма.
Однако согласно одному другому варианту осуществления существует также возможность, установить (опереть) вал в участке картера двигателя. В соответствии с другой возможностью вал может быть установлен в участке картера распределительного механизма. Картер распределительного механизма может представлять собой картер распределительного механизма, в котором установлен задний, т.е. обращенный к коробке передач шестеренный привод, находящийся в активном соединении с двигателем внутреннего сгорания. Эти варианты дают то преимущество, что можно обойтись без отдельного промежуточного картера.
Этот участок картера и промежуточный картер в области концов вала могут иметь по отверстию для присоединения машины, расположенной снаружи и/или на картере двигателя, к одному из концов вала.
Промежуточный картер может быть расположен на боковой стенке картера двигателя внутреннего сгорания или на задней, т.е. обращенной к коробке передач торцевой стороне двигателя внутреннего сгорания. Две боковые стенки картера двигателя проходят между двумя торцевыми поверхностями и распространяются в вертикальном направлении в направлении масляной ванны, которая предусмотрена в нижней области картера двигателя. Также предпочтительно промежуточный картер может быть расположен в обращенной к коробке передач боковой концевой области картера двигателя внутреннего сгорания, в частности в обращенной к коробке передач области боковой стенки картера двигателя или картера распределительного механизма. При этом расположении вал может, например, присоединяться к заднему шестеренному приводу двигателя внутреннего сгорания, находящемуся в активном соединении с коленчатым валом.
Далее, вал посредством по меньшей мере одного радиального и/или по меньшей мере одного упорного подшипника может быть установлен в промежуточном картере или участке картера. Радиальный и/или упорный подшипники воспринимают радиальные и/или осевые силы, действующие на вал, которые, например, обусловливаются механическим активным соединением вала с шестеренным приводом. Благодаря такому расположению могут уменьшаться или устраняться силы на подшипниках вспомогательных агрегатов, чаще всего ограничивающие срок службы.
По другому возможному аспекту изобретения на противоположных торцевых сторонах промежуточного картера или участка картера может быть предусмотрено по крепежному месту присоединения для крепления с фиксацией от вращения корпуса машины, отдающей мощность и/или отбирающей мощность. Каждое крепежное место присоединения предназначено, таким образом, для одного конца вала. Торцевые стороны промежуточного картера предназначены каждая для одного из свободных концов вала и расположены по существу перпендикулярно оси вращения вала. Промежуточный картер может, таким образом, выполнять множественную функцию: промежуточный картер может служить для помещения вала с установкой на опору и для крепления корпусов машин, находящихся в активном соединении с валом, а также обеспечивать защиту вала от загрязнения и механического повреждения, а также, будучи выполнен одновременно в виде картера распределительного механизма, заключать в себе задний шестеренный привод и маховик.
Далее, промежуточный картер или участок картера в области концов вала могут иметь по отверстию, так чтобы расположенная снаружи на промежуточном картере и/или участке картера, отдающая мощность и/или отбирающая мощность машина через такое отверстие могла приводиться в активное соединение с одним из концов вала.
Например, по меньшей мере один из концов вала может быть соединен активным соединением с расширительной машиной, в частности, с расширительной машиной, которая является частью системы утилизации отходящего тепла для преобразования отходящего тепла двигателя внутреннего сгорания или тормозной системы, использующей подпор двигателя, в полезную энергию, предпочтительно посредством контура циркуляции пара. У такой системы утилизации отходящего тепла циркулирующая среда с помощью контура циркуляции пара, напр., ORC-процесса (англ. Organic Rankine Cycle, органический цикл Ренкина), доводится до высокого уровня давления, испаряется в испарителе и перегревается. Этот пар подается в расширительную машину, которая преобразует аккумулированную в паре энергию в полезную энергию. После расширительной машины пар снова сжижается и подается в питающий насос.
Далее, по меньшей мере один из концов вала может быть соединен с эксплуатируемой в качестве двигателя и/или в качестве генератора электрической машиной, например, двигателем/генератором, который может эксплуатироваться с рабочим напряжением 12 В, 24 В, 48 В или высоковольтным (напр., 400 В) и электрически подключен к бортовой сети транспортного средства. Один из свободных концов вала может также оставаться свободным, т.е. быть неукомплектованным (неоснащенным).
Далее, оба конца вала могут быть соединены с электрической машиной, эксплуатируемой в качестве генератора и предпочтительно в качестве двигателя.
Особенно предпочтителен один из вариантов осуществления, при котором один из концов вала соединен активным соединением с расширительной машиной, а другой конец вала - с эксплуатируемой в качестве двигателя и в качестве генератора электрической машиной. Если как расширительная машина, так и двигатель/генератор соединяется с валом, то эта система дает то преимущество, что расширительная машина и генератор через вал могут соединяться активным соединением как между собой, так и каждый с двигателем внутреннего сгорания, чтобы обеспечивать возможность выборочного электрического использования и механического использования энергии расширительной машины. Особое преимущество изобретения заключается, таким образом, в том, что при предлагаемом изобретением месте присоединения для вспомогательной передачи реализуемы разные варианты комплектации. Так, для вариантов транспортных средств, которые должны оснащаться системой утилизации отходящего тепла с применением контура циркуляции пара, один конец вала может комплектоваться расширительной машиной, в то время как другой конец комплектуется двигателем/генератором. При этом двигатель/генератор, в зависимости от требования рынка, может быть выборочно выполнен в виде генератора или двигателя/генератора с рабочим напряжением 12 В, 24 В, 48 В, в виде двигателя/генератора с высоковольтным рабочим напряжением (напр., 400 В) или другим рабочим напряжением. Для вариантов транспортных средств, которые не должны включать в себя систему утилизации отходящего тепла, один из свободных концов может оставаться свободным, а другой комплектоваться двигателем/генератором. Для целей применения с потребностью в высоком токе, например, у автобусов, к каждому свободному концу вала может быть также присоединено по генератору или двигателю/генератору.
Далее, в рамках изобретения может быть предусмотрена по меньшей мере одна муфта или активный либо пассивный переключательный элемент для выборочного создания или разъединения активного соединения между машиной, присоединенной к одному свободному концу, и машиной, присоединенной к другому свободному концу, и/или выборочного создания или разъединения активного соединения вала с двигателем внутреннего сгорания. Альтернативно такая муфта или переключательный элемент может быть не предусмотрен, так чтобы вал постоянно и/или не переключаемым образом был соединен активным соединением с двигателем внутреннего сгорания, в частности перманентно, и/или чтобы машины, присоединенные к двум свободным концам, постоянно и/или не переключаемым образом были соединены активным соединением, в частности перманентно.
Вал может быть расположен так, чтобы его ось вращения проходила параллельно или по существу параллельно оси коленчатого вала. Свободные концы вала для соединения каждый с собственной отдающей мощность и/или отбирающей мощность машиной могут иметь по целесообразно выполненному присоединительному элементу. Присоединительный элемент может быть выполнен, например, в виде соединительного фланца, внутреннего зубчатого венца, внешнего зубчатого венца, усеченного конуса, шлицевого профиля вала, зубчатого профиля вала или в виде любого другого соединения вал-ступица.
Вал может быть с фиксацией от вращения соединен с зубчатым колесом, причем привод этого зубчатого колеса может осуществляться, начиная от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, через промежуточные колеса. Вал может, в частности через шестеренный привод, находиться в активном соединении с коленчатым валом. Шестеренный привод может быть расположен в обращенной к коробке передач концевой области двигателя внутреннего сгорания. Активное соединение вала с зубчатым колесом и/или шестеренным приводом осуществляется предпочтительно в участке вала, который удален от свободных концов вала.
Далее, этот шестеренный привод может находиться в активном соединении с насосом гидроусилителя рулевого привода, другим вспомогательным механизмом отбора мощности (англ. Power Take-off), масляным насосом, топливным насосом высокого давления и приводом кулачкового вала.
Согласно одному другому варианту вал расположен на холодной стороне двигателя внутреннего сгорания. Это особенно предпочтительно, когда к одному свободному концу вала присоединена расширительная машина, так как циркуляционные контуры WHR обычно работают с воспламеняющейся текучей средой, например, этанолом, так что при утечке эта текучая среда не попадает непосредственно на горячую сторону двигателя. Двигатели внутреннего сгорания имеют, известным образом, горячую сторону, которая при эксплуатации двигателя внутреннего сгорания имеет более высокую температуру по сравнению с холодной стороной. Горячая сторона двигателя внутреннего сгорания представляет собой, например, ту сторону двигателя внутреннего сгорания, на которой расположен выпускной коллектор. На горячей стороне может быть также расположен турбонагнетатель, работающий от выхлопных газов. На холодной стороне у автомобиля промышленного назначения обычно расположен наддувочный воздуховод и блок управления двигателем.
По причинам, связанным с конструктивным пространством, в частности у автомобиля промышленного назначения, особенно предпочтительно расположить вал и/или промежуточный картер на картере двигателя в определенном угловом интервале, при этом угол определен, если смотреть от задней торцевой стороны картера двигателя в направлении двигателя внутреннего сгорания и начиная от угла 0° на нижней стороне картера двигателя в направлении часовой стрелки вверх. Другими словами, угловой интервал, изображенный на фиг.3 описан так, как если бы на двигатель внутреннего сгорания смотрели сзади (со стороны коробки передач). Таким образом, этот угол задан относительно некоторой вертикальной плоскости, параллельной коленчатому валу, так что угловой интервал от 0° до 360° задает круг, перпендикулярный этой вертикальной плоскости. При этом угол 0° соответствует расположению на картере двигателя внизу и в середине; угол 180° соответствует расположению на картере двигателя вверху в середине; а угол 90° или 270° или, соответственно, -90° соответствует расположению на боковой стенке картера двигателя.
Предпочтительным местом расположения промежуточного картера и/или вала является боковая стенка картера двигателя в угловом интервале от 110° до 160° или от 200° до 250°, так как здесь конструктивное пространство у двигателя автомобиля промышленного назначения не занимается рамой транспортного средства или мостом транспортного средства, и это расположение также не ограничивает дорожный просвет.
Изобретение касается также автомобиля, в частности автомобиля промышленного назначения, имеющего систему вспомогательных агрегатов, которая описана в этом документе.
Описанные выше предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения могут любым образом комбинироваться друг с другом. Другие подробности и преимущества изобретения описываются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Показано:
фиг.1: вид в перспективе известной из уровня техники системы вспомогательных агрегатов на двигателе внутреннего сгорания автомобиля промышленного назначения;
фиг.2: вид в перспективе системы вспомогательных агрегатов на двигателе внутреннего сгорания автомобиля промышленного назначения, имеющем вспомогательную передачу по одному из примеров осуществления изобретения;
фиг.3: задний фронтальный вид двигателя внутреннего сгорания для иллюстрации угловых интервалов;
фиг.4: детальный вид вспомогательной передачи по одному из вариантов осуществления изобретения; и
фиг.5A и 5B: детальные виды вспомогательной передачи по другому варианту осуществления изобретения.
Одинаковые и функционально эквивалентные элементы на всех фигурах обозначены одними и теми же ссылочными обозначениями.
На фиг.2 показан вид в перспективе системы 20 вспомогательных агрегатов на двигателе 1 внутреннего сгорания автомобиля промышленного назначения в соответствии с одним из примеров осуществления изобретения. Двигатель 1 внутреннего сгорания выполнен в виде дизельного двигателя внутреннего сгорания. Верхняя сторона двигателя 1 внутреннего сгорания, как и на фиг.1, обозначена ссылочным обозначением 5, передняя торцевая сторона - ссылочным обозначением 4, а задняя, обращенная к коробке передач торцевая сторона - ссылочным обозначением 3. Показанная система 20 вспомогательных агрегатов выполнена с безременным приводом, т.е. без ременного привода. Отсутствует также передний шестеренный привод, в отличие от системы, показанной на фиг.1.
В качестве примера, исходя из изображенной на фиг.1 известной системы, отсутствие ременного привода становится возможным благодаря тому, что компоненты, прежде приводимые в действие ременным приводом, электрифицируются или переносятся в задний шестеренный привод. Генератор 24 теперь приводится в действие задним шестеренным приводом, причем этот генератор 24, в отличие от генератора 14 фиг.1, может быть также выполнен в виде двигателя/генератора с рабочим напряжением 12 В, 24 В, 48 В или высоковольтным (напр., 400 В). Поэтому генератор 24 может эксплуатироваться не только в качестве генератора, но и в качестве двигателя, и поэтому для эксплуатации в качестве двигателя может снабжаться электрической энергией от аккумулятора электрической энергии электрической бортовой сети (соответственно не изображено). Задний шестеренный привод, который может быть выполнен собственно известным образом, находится в области задней торцевой стороны 3 и заключен внутри картера 52 распределительного механизма, и поэтому на изображении фиг.2 не виден.
Водяной насос 22 выполнен в виде электрифицированного компонента с рабочим напряжением 48 В и расположен неподвижно относительно двигателя на передней стороне 4 двигателя. Компрессор хладагента (на фиг.2 не изображен) тоже выполнен в виде электрифицированного компонента с рабочим напряжением 48 В и поэтому может монтироваться неподвижно относительно рамы. Смонтированный на раме транспортного средства компрессор хладагента на фиг.2 не изображен. Насос гидроусилителя рулевого привода (на фиг.2 не изображен) тоже выполнен в виде электрифицированного компонента с рабочим напряжением 48 В и поэтому может монтироваться неподвижно относительно рамы. Смонтированный на раме транспортного средства насос гидроусилителя рулевого привода на фиг.2 не изображен.
В качестве примера, исходя из изображенной на фиг.1 известной системы, отсутствие переднего шестеренного привода в показанном на фиг.2 варианте осуществления становится возможным благодаря тому, что компоненты, прежде приводимые в действие передним шестеренным приводом, переносятся в задний шестеренный привод, за исключением вентилятора 7, который расположен на торце 21 коленчатого вала коаксиально и с фиксацией от вращения относительно коленчатого вала. Штриховая линия 18 представляет собой центральную ось коленчатого вала. Топливный насос 15 высокого давления и масляный насос являются механически приводными задним шестеренным приводом. Масляный насос может быть дополнительно электроприводным и при этом быть частично электрифицирован. Задний шестеренный привод собственно известным образом приводит также в действие привод кулачкового вала (соответственно не изображено). Задний шестеренный привод имеет также вспомогательный механизм отбора мощности (англ. Power Take-off) (не изображено) для привода, например, гидравлического насоса для навесных агрегатов автомобиля промышленного назначения.
Одна из особенностей системы 20 заключается в том, что поршневая воздуходувка с фиг.1 была заменена компрессорным устройством для производства сжатого воздуха пневматической системы, при котором по меньшей мере один цилиндр двигателя внутреннего сгорания имеет расположенный в головке цилиндра управляемый клапан, через который в открытом состоянии клапана может создаваться соединение камеры сгорания указанного по меньшей мере одного цилиндра с пневматической системой, и в пневмоаккумулятор пневматической системы может подаваться сжатый газ из камеры сгорания. Компрессорное устройство, которое для производства сжатого воздуха целенаправленно забирает сжатый воздух из цилиндра двигателя внутреннего сгорания, собственно известно из уровня техники и поэтому здесь подробнее не описано. В качестве примера ссылаемся на публикации DE 199 02 052 C2, DE 197 35 822 C1, DE 101 35 363 A1, DE 43 09 860 C1 или DE 31 18 269 A1, которые описывают родственные компрессорные устройства.
На высвободившемся при этом месте присоединения для вспомогательной передачи предусмотрен расположенный на двигателе внутреннего сгорания вал 42 как часть вспомогательной передачи 40. На этом валу расположен двигатель/генератор 24 на 48 В и расширительная машина 25, что еще более детально описывается ниже в связи с описанием к фиг.4.
На виде фиг.2 показана холодная сторона 31 двигателя 1 внутреннего сгорания вместе с блоком 17 управления двигателем, наддувочным воздуховодом 9, топливным модулем 16 и вспомогательной передачей 40, на которой в качестве примера расположены двигатель/генератор 24 и расширительная машина 25. В топливном модуле 16 интегрированы разные компоненты для поддержки снабжения топливом, такие как, например, топливный фильтр и регулятор давления. На холодной стороне, наряду с расширительной машиной 25, расположены другие собственно известные компоненты контура циркуляции пара, а именно, питающий насос 26, распределительный клапан 27, байпасный клапан 28, а также конденсатор 29, которые закреплены каждый на картере 2 двигателя.
На фиг.3 показан задний фронтальный вид двигателя внутреннего сгорания для иллюстрации угловых интервалов, в которых расположены вспомогательные агрегаты. Для задания углового интервала угол α определяется, если смотреть от задней торцевой стороны (стороны коробки передач) картера 2 двигателя, в направлении двигателя 1 внутреннего сгорания и начиная от угла 0° на нижней стороне картера двигателя в направлении часовой стрелки вверх. Поэтому приведенные ниже опциональные угловые интервалы системы компонентов описаны так, как если бы на двигатель внутреннего сгорания смотрели сзади (со стороны коробки передач). Таким образом, этот угол задан относительно вертикальной плоскости 30, параллельной коленчатому валу и содержащей его, так что угловой интервал от 0° до 360° задает круг, перпендикулярный этой вертикальной плоскости. В показанном примере сторона 31 является холодной стороной, а сторона 32 - горячей стороной двигателя внутреннего сгорания.
Вспомогательная передача 40 (вместе с навешенными в качестве примера машинами: двигателем/генератором 24 и расширительной машиной 25) расположена на боковой стенке картера двигателя на холодной стороне 31 в угловом интервале от 110° до 160°. Топливный насос 15 расположен на холодной стороне 31 в угловом интервале от 60° до 120°. Масляный насос расположен в нижней области картера двигателя в угловом интервале от -90° до 90°. Если поменять местами холодную и горячую сторону, двигатель/генератор был бы расположен соответственно в угловом интервале от 200° до 250°, а топливный насос - в интервале от 240° до 300° сбоку на картере двигателя.
На фиг.4 показан детальный вид вспомогательной передачи 40 по одному из вариантов осуществления изобретения, при этом изображена только вспомогательная передача 40 на виде в сечении. Выше уже упоминалось, что место присоединения для вспомогательной передачи, на котором у известного из уровня техники двигателя внутреннего сгорания (см. фиг.1) расположен воздушный компрессор, теперь используется для расположения вала 42, который имеет два свободных конца 42a, 42b вала, выполненные каждый для соединения с собственной отдающей мощность и/или отбирающей мощность машиной 24, 25. Ось вращения вала 42 проходит параллельно оси 18 вращения коленчатого вала.
Свободные концы 42a, 42b вала для соединения каждого с собственной отдающей мощность и/или отбирающей мощность машиной 24, 25 могут, например, иметь соединительный фланец, внутренний зубчатый венец, внешний зубчатый венец, усеченный конус, шлицевой профиль вала, зубчатый профиль вала или сравнимые разъемы для соединения вал-ступица. Вал 42 в показанном примере выполнен в виде вала, снабженного внутренним зубчатым венцом, так что отдающие мощность и/или отбирающие мощность машины 24, 25 находятся каждая в активном соединении с валом 42 внешним зубчатым венцом 46.
Запитывание и/или отбор мощности вала 42 осуществляется через задний шестеренный привод, при этом активное соединение с коленчатым валом 18 осуществляется через боковое отверстие на картере 2 двигателя. При этом вал 42 с фиксацией от вращения соединен с зубчатым колесом 50 заднего шестеренного привода, причем привод этого зубчатого колеса 50 может осуществляться, начиная от коленчатого вала двигателя 1 внутреннего сгорания, через промежуточные колеса заднего шестеренного привода. Зубчатое колесо зафиксировано на валу 42 с помощью крепежных элементов 47, например, винтов.
На картере двигателя находится промежуточный картер 41, который расположен над боковым отверстием и закреплен на картере двигателя снаружи на боковой стенке картера 2 двигателя. Промежуточный картер 41 закреплен в угловом интервале от 110° до 160° на холодной стороне двигателя внутреннего сгорания, как описано выше для двигателя/генератора 25. Промежуточный картер 41 закреплен на картере двигателя посредством крепежных элементов 43, например, винтов.
Вал 42 установлен в промежуточном картере 41 посредством радиального и упорного подшипников. На противоположных торцевых сторонах 48 промежуточного картера 41 предусмотрены крепежные фланцы 44, 45 для крепления с фиксацией от вращения корпусов машин 24, 25, отдающих мощность и/или отбирающих мощность.
Обращенный к коробке передач конец 42b вала 42 соединен с двигателем/генератором 24. Противоположный конец 42a вала соединен с расширительной машиной 25. Разумеется, это расположение можно также поменять местами, так чтобы расширительная машина была расположена на конце 42b вала, обращенном к коробке передач. Расширительная машина 25 является частью системы утилизации отходящего тепла для преобразования отходящего тепла машины внутреннего сгорания в полезную энергию посредством контура циркуляции пара, который также включает в себя питающий насос 26, распределительный клапан 27, байпасный клапан 28 и конденсатор 29, как описано выше.
Расширительная машина 25 и двигатель/генератор 24 через задний шестеренный привод находятся в активном соединении как между собой, так и с коленчатым валом двигателя 1 внутреннего сгорания.
На фиг.5A и 5B показаны детальные виды вспомогательной передачи 60 по другому варианту осуществления изобретения. На фиг.5A показан детальный вид в перспективе боковой задней концевой области двигателя внутреннего сгорания. Особенность этого варианта осуществления заключается в том, что вал 42 вспомогательной передачи 60 установлен в участке заднего картера 52a распределительного механизма. Для этого задний картер 52a распределительного механизма, который также заключает в себе задний шестеренный привод, выполнен выше по сравнению с картером 52 распределительного механизма, изображенным на фиг.2, так что вал 42 может располагаться в верхнем наружном участке картера 52a распределительного механизма. Картер маховика обозначен ссылочным обозначением 56.
На фиг.5B показана вспомогательная передача 60 на виде в сечении. Выше уже упоминалось, что промежуточный картер 41 может быть также частью заднего картера 52a распределительного механизма или самим картером распределительного механизма. В настоящем случае промежуточный картер 41, в котором установлен вал 42, выполнен в виде части картера 52a распределительного механизма. При этом установленный вал 42 и закрепленное на нем зубчатое колесо 50 образуют часть заднего шестеренного привода. Промежуточный картер 41 выполнен аналогично промежуточному картеру на фиг.2. В частности, компоненты с одинаковыми ссылочными обозначениями соответствуют компонентам фиг.2 и особо не описываются. Зубчатое колесо 50 зафиксировано на валу 42 с помощью винтов.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на определенные примеры осуществления, для специалиста очевидно, что могут выполняться разные изменения, и в качестве замены могут использоваться эквиваленты без выхода из области изобретения. Дополнительно может выполняться множество модификаций без выхода из соответствующей области. Следовательно, изобретение не должно быть ограничено раскрытыми примерами осуществления, а должно включать в себя все примеры осуществления, которые попадают в область прилагаемых пунктов формулы изобретения. В частности, изобретение претендует также на защиту предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения, независимо от пунктов формулы изобретения, на которые делалась ссылка.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Двигатель внутреннего сгорания
2 Картер двигателя
3 Обращенная к коробке передач сторона двигателя внутреннего сгорания
4 Передняя торцевая сторона двигателя внутреннего сгорания
5 Верхняя сторона двигателя внутреннего сгорания
6 Ременный привод
6a Ременный шкив
6b Ремень
7 Вентилятор
9 Наддувочный воздуховод
10 Система привода
11 Генератор
12 Водяной насос
13 Компрессор хладагента
14 Воздушный компрессор
15 Топливный насос высокого давления
16 Топливный сервисный модуль
17 Блок управления двигателем
18 Центральная линия коленчатого вала
19 Масляная ванна
20 Система привода
21 Фланец
22 Водяной насос (электрифицированный)
24 Двигатель/генератор 12 В, 24 В, 48 В или высоковольтный (напр., 400 В)
25 Расширитель
26 Питающий насос
27 Распределительный клапан
28 Байпасный клапан
29 Конденсатор
30 Вертикальная плоскость
31 Холодная сторона двигателя
32 Горячая сторона двигателя
40 Вспомогательная передача
41 Промежуточный картер
42 Вал, снабженный внутренним зубчатым венцом
42a Первый конец
42b Второй конец
43 Крепежный элемент
44 Крепежный фланец
45 Крепежный фланец
46 Зубчатый венец для соединения вал-ступица
47 Крепежный элемент
48 Торцевая сторона
50 Зубчатое колесо
51 Картер распределительного механизма, передний
52 Картер распределительного механизма, задний
52a Картер распределительного механизма, задний
56 Картер маховика
60 Вспомогательная передача.