СИСТЕМА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ У ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
SYSTEM OF AUXILIARY UNITS AT INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение касается системы вспомогательных агрегатов у двигателя внутреннего сгорания.
Современные двигатели внутреннего сгорания имеют многочисленные вспомогательные агрегаты. Наряду с такими вспомогательными агрегатами, которые требуются непосредственно для эксплуатации транспортного средства, как, напр., осветительный генератор, водяной насос или компрессор, все чаще применяются такие вспомогательные агрегаты, которые должны улучшать комфорт транспортного средства, напр., 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 предусмотрены 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 ременные 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. Также монтаж и более позднее техническое обслуживание требуют высоких издержек и большой тщательности, чтобы, напр., исключить скрежещущие шумы или преждевременный износ вследствие несоосности ременных шкивов или вследствие не натянутых предписанным образом ремней и т.п.
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. Картер 2 двигателя 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 приводимый в действие двигатель 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 переднего картера 51 распределительных шестерен 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, расположенный на обращенной к коробке передач торцевой стороне 3 двигателя 1 внутреннего сгорания, который приводится в действие двигателем внутреннего сгорания. Задний шестеренный привод тоже заключен внутри заднего картера 52 распределительных шестерен и поэтому на изображении фиг.1 не виден.
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, например, 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, позволяющую при низких издержках модифицировать двигатель внутреннего сгорания для целей применения с дополнительными вспомогательными агрегатами и обеспечивающую возможность более эффективной, менее шумной и более простой в техническом обслуживании эксплуатации двигателя внутреннего сгорания.
Эти задачи решаются с помощью системы вспомогательных агрегатов 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 система вспомогательных агрегатов у двигателя внутреннего сгорания, в частности система привода вспомогательных агрегатов. Двигатель внутреннего сгорания может представляет собой двигатель внутреннего сгорания с линейным движением поршней, напр., двигатель внутреннего сгорания, выполненный в виде дизельного двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания может представлять собой двигатель внутреннего сгорания автомобиля, в частности автомобиля промышленного назначения. Вспомогательные агрегаты включают в себя эксплуатируемую в качестве генератора и предпочтительно также в качестве двигателя электрическую машину, а также расширительную машину. Расширительная машина может представлять собой расширительную машину системы утилизации отходящего тепла для преобразования отходящего тепла двигателя внутреннего сгорания или тормозной системы, использующей подпор двигателя, в полезную энергию посредством контура циркуляции пара (англ. циркуляционного контура Waste Heat Recovery (WHR)).
Система вспомогательных агрегатов включает в себя также группу вспомогательных агрегатов. Эта группа ниже для лучшего отграничения от совокупности вспомогательных агрегатов называется первой группой. Эта первая группа может включать в себя водяной насос, компрессор хладагента, топливоподающий насос, топливный насос высокого давления, масляный насос, насос гидроусилителя рулевого привода и другие вспомогательные агрегаты. Например, первая группа может быть также выполнена без компрессора хладагента.
Изобретение включает в себя общую техническую идею исполнения системы вспомогательных агрегатов с безременным приводом, т.е. без ременного привода. Таким образом, на двигателе внутреннего сгорания не предусмотрен ременный привод для приведения в действие вспомогательных агрегатов. При этом отдельные вспомогательные агрегаты первой группы являются электроприводными и/или являются механически приводными шестеренным приводом (зубчатой передачей), находящимся в активном соединении с двигателем внутреннего сгорания. Другими словами, водяной насос может быть электроприводным и/или механически приводным шестеренным приводом. Соответствующее относится к компрессору хладагента, топливоподающему насосу, топливному насосу высокого давления, масляному насосу, насосу гидроусилителя рулевого привода. Другими словами, эти вспомогательные агрегаты либо выполнены электрифицированными, т.е. электроприводными, либо приводимыми в действие без ременного привода и только с помощью шестеренного привода двигателя внутреннего сгорания. Шестеренный привод представляет собой предпочтительно задний шестеренный привод двигателя внутреннего сгорания, т.е. шестеренный привод, который расположен на обращенном к коробке передач конце двигателя внутреннего сгорания. Электрическая машина и расширительная машина через шестеренный привод находятся в активном соединении с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. Эта система может также включать в себя другой вспомогательный механизм отбора мощности (англ. Power Take-off), а также привод кулачкового вала, которые тоже могут приводиться в действие механически шестеренным приводом.
Одно из преимуществ предлагаемой изобретением системы вспомогательных агрегатов заключается в том, что могут быть сэкономлены сравнительно большое конструктивное пространство и стоимость конструктивных элементов, которые нужны для ременного привода. Также отпадают издержки технического обслуживания ременного привода. Благодаря электрификации по меньшей мере части вспомогательных агрегатов повышается гибкость системы вспомогательных агрегатов. Электрифицированный вспомогательный агрегат может более гибко располагаться на картере двигателя, так как он не должен быть обязательно расположен в месте, где предусмотрено механическое активное соединение с коленчатым валом, напр., в виде месте присоединения (интерфейс) для шестеренного привода. Далее, электрифицированный вспомогательный агрегат не должен обязательно располагаться в непосредственной близости от картера двигателя, а может также, напр., располагаться на раме транспортного средства. Другим преимуществом является, что достаточно только одного шестеренного привода для механического приведения в действие не электрифицированных вспомогательных агрегатов. Другим преимуществом является, что невозможно частичное блокирование воздушного потока, создаваемого вентилятором, ременным приводом, расположенным между вентилятором и передней торцевой стороной двигателя внутреннего сгорания.
Шестеренный привод может быть, например, расположен в обращенной к коробке передач концевой области, соответственно, в задней, если смотреть в направлении движения автомобиля, концевой области двигателя внутреннего сгорания. При этом система привода может быть выполнена так, чтобы шестеренный привод не был расположен в области передней торцевой стороны двигателя внутреннего сгорания, соответственно, торцевой стороны, на которой предусмотрен вентилятор, а только один шестеренный привод был расположен в области противоположной ей стороны. Это дает также то преимущество, что несколько вспомогательных агрегатов расположены в задней области двигателя внутреннего сгорания и вместе с тем за передним мостом транспортного средства, и поэтому система становится менее «нагруженной на передний мост», что, в частности, предпочтительно у седельных тягачей. Другим преимуществом наличия только одного шестеренного привода является более низкий момент сил трения двигателя внутреннего сгорания.
Особенно предпочтительно, если водяной насос, компрессор хладагента и топливоподающий насос являются соответственно электроприводными, в частности если эти вспомогательные агрегаты являются чисто электроприводными.
В целях безопасности и во избежание повреждений двигателя предпочтительно, если, в отличие от этого, топливный насос высокого давления, насос гидроусилителя рулевого привода и/или масляный насос являются механически приводными шестеренным приводом, при этом масляный насос и насос гидроусилителя рулевого привода дополнительно могут быть комбинированным образом электрически и механически приводными. Однако насос гидроусилителя рулевого привода может быть также электрифицирован. Например, насос гидроусилителя рулевого привода и масляный насос могут быть каждый электроприводными в основном режиме нагнетания, а в аварийном режиме быть механически приводными.
При этом электрифицированные вспомогательные агрегаты могут снабжаться электрической мощностью через бортовую сеть или часть бортовой сети, например, бортовую сеть 12 В, 24 В или 48 В. Бортовая сеть может представлять собой бортовую сеть по меньшей мере частично электроприводного транспортного средства.
Далее, система вспомогательных агрегатов в качестве другого вспомогательного агрегата может включать в себя вентилятор для охлаждения двигателя. Вентилятор может быть, в частности, механически приводным вентилятором. По этому варианту осуществления предлагается расположить вентилятор коаксиально коленчатому валу, в частности на передней торцевой стороне двигателя внутреннего сгорания. Передняя торцевая сторона двигателя внутреннего сгорания является торцевой стороной, обращенной к передней стороне транспортного средства, соответственно, противоположной стороне коробки передач двигателя внутреннего сгорания. Обращенная к коробке передач торцевая сторона двигателя внутреннего сгорания ниже называется также задней торцевой стороной. Вентилятор может быть, например, закреплен на коленчатом валу или продолжении коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и предпочтительно через переключательный элемент (гидравлическую муфту) может быть соединен с коленчатым валом с фиксацией от вращения.
Особенно предпочтительно, если шестеренный привод для привода тех вспомогательных агрегатов, которые являются механически приводными, и вентилятор расположены в противоположных концевых областях двигателя внутреннего сгорания. Благодаря этому невозможно частичное блокирование воздушного потока, создаваемого вентилятором для охлаждения двигателя внутреннего сгорания, расположенным между вентилятором и передней торцевой стороной двигателя внутреннего сгорания ременным приводом или приводимыми им в действие вспомогательными агрегатами.
Электрический водяной насос может быть закреплен на передней торцевой стороне двигателя внутреннего сгорания или на боковой стенке картера двигателя. Поэтому водяной насос не занимает конструктивное пространство в задней области двигателя внутреннего сгорания, которое может использоваться для расположения механически приводных вспомогательных агрегатов у заднего шестеренного привода и расположено на транспортном средстве вблизи конструктивных элементов, проводящих хладагент. Далее, компрессор хладагента может быть закреплен неподвижно относительно транспортного средства. Это расположение высвобождает конструктивное пространство на картере двигателя, чтобы там можно было расположить другие вспомогательные агрегаты, и не требует гибких подводок для перехода от неподвижных относительно транспортного средства к неподвижным относительно двигателя конструктивным элементам системы кондиционирования.
Согласно одному другому предпочтительному варианту осуществления эксплуатируемая в качестве генератора и предпочтительно также в качестве двигателя электрическая машина расположена на двигателе внутреннего сгорания сбоку, в частности на боковой стенке картера двигателя или картера распределительного механизма двигателя внутреннего сгорания. Картером распределительного механизма называется картер, закрепленный на картере двигателя с торцевой стороны, который по меньшей мере частично заключает в себе шестеренный привод. 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 электрическая машина может быть расположена в обращенной к коробке передач концевой области картера двигателя внутреннего сгорания, в частности в обращенной к коробке передач области боковой стенки картера двигателя или картера распределительных шестерен. Благодаря этому расположению электрическая машина может, например, присоединяться к вспомогательной передаче двигателя внутреннего сгорания, находящейся в активном соединении с задним шестеренным приводом.
Под термином «вспомогательная передача» понимается вспомогательный привод и/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 направлен из двигателя внутреннего сгорания через вспомогательную передачу. Вспомогательная передача может также выполнять функцию вспомогательного привода, при этом поток мощности течет через эту передачу к двигателю внутреннего сгорания. Вспомогательная передача в смысле этого изобретения представляет собой, таким образом, место присоединения (интерфейс) на двигателе внутреннего сгорания, например, на двигателе внутреннего сгорания, через который 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.
По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления система включает в себя компрессорное устройство для производства сжатого воздуха пневматической системы, например, для снабжения сжатым воздухом пневматического тормоза транспортного средства. При этом компрессорном устройстве по меньшей мере один цилиндр двигателя внутреннего сгорания имеет расположенный в головке блока цилиндров управляемый клапан, через который в открытом состоянии клапана может создаваться соединение камеры сгорания указанного по меньшей мере одного цилиндра с пневматической системой, и через который в пневмоаккумулятор пневматической системы может подаваться сжатый газ из камеры сгорания.
Это дает то особое преимущество, что благодаря этому можно обойтись без традиционного воздушного компрессора, приводимого в действие через вспомогательный механизм отбора мощности двигателя внутреннего сгорания. Этот высвобождающийся благодаря этому вспомогательный механизм отбора мощности и конструктивное пространство может, например, использоваться для создания активного соединения между электрической машиной и коленчатым валом. 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.
Для наилучшего возможного использования имеющегося в распоряжении конструктивного пространства на двигателе внутреннего сгорания, в частности у автомобилей промышленного назначения, определенные вспомогательные агрегаты, соответственно, компоненты могут быть расположены на картере двигателя через определенные предпочтительные угловые интервалы, 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. Приведенные ниже опциональные угловые интервалы расположения компонентов изображены на фиг.3 и описаны 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°, соответственно, -90° соответствует расположению на боковой стенке картера двигателя.
Предпочтительно расположение электрической машины, эксплуатируемой в качестве генератора и предпочтительно также в качестве двигателя, на боковой стенке 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.
Предпочтительно расположение топливного насоса на боковой стенке картера двигателя в угловом интервале от 60° до 120° или от 240° до 300°. Предпочтительно расположение масляного насоса в угловом интервале от -90° до 90°. Угол -90° соответствует 270°. Предпочтительно расположение приводимого в действие задним шестеренным приводом вспомогательного механизма отбора мощности (англ. Power Take-off), например, для привода гидравлического насоса для навесных агрегатов автомобиля промышленного назначения, в интервале 150° до 240°.
По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления в рамках изобретения существует возможность, чтобы система вспомогательных агрегатов включала в себя вал, который через шестеренный привод находится в активном соединении с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и имеет два конца вала, в частности два свободных конца вала. Эти два конца вала выполнены 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 посредством вала создается вспомогательная передача с Т-образным распределением мощности. Активное соединение вала с шестеренным приводом может, таким образом, осуществляться не в концевой области вала, а на участке вала, который удален от свободных концов. Расположенный возле места присоединения для вспомогательной передачи вал, имеющий два свободных конца, дает то особое преимущество, что место присоединения вспомогательной передачи может использоваться для расположения двух вспомогательных агрегатов. Так при экономии конструктивного пространства могут гибко реализовываться несколько вариантов комплекации вспомогательными агрегатами, в зависимости от того, какая отдающая мощность и/или отбирающая мощность машина была присоединена к валу и присоединена ли такая машина к двум или только к одному свободному концу вала.
Например, один из концов вала может быть соединен с расширительной машиной, в частности, 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, например, 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, один из концов вала может быть соединен с эксплуатируемой в качестве двигателя и в качестве генератора электрической машиной, например, двигателем/генератором части бортовой сети с номинальным напряжением 12 В, 24 В или 48 В. Один из свободных концов вала может также оставаться свободным, т.е. быть неукомплектованным. Далее, оба конца вала могут быть соединены с электрической машиной, эксплуатируемой в качестве генератора и предпочтительно также в качестве двигателя.
Если как расширительная машина, так и двигатель/генератор соединены 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 этого варианта заключается, таким образом, в том, что при расположенном в соответствии с изобретением вале 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. Для вариантов транспортных средств, которые должны предоставляться без системы утилизации отходящего тепла, один из свободных концов может оставаться свободным, т.е. неукомплектованным, а другой комплектоваться двигателем/генератором. Для целей применения с потребностью в высоком токе, напр., у автобусов, к каждому свободному концу вала может быть также присоединено по двигателю/генератору. В каждом из описанных вариантов двигатель/генератор, в зависимости от требования рынка, может быть выборочно выполнен в виде двигателя/генератора с рабочим напряжением 12 В, рабочим напряжением 24 В, рабочим напряжением 48 В или в виде высоковольтного генератора (напр., 400 В).
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 концу вала, и машиной, присоединенной к другому концу вала, 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.
По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления вал установлен в корпусе. 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 корпус может быть закреплен на картере распределительного механизма или быть выполнен в виде части картера распределительного механизма. Картер распределительного механизма, как уже упомянуто, представляет собой картер, 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 по другому варианту осуществления существует также возможность, установить 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. Радиальные и/или упорные 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 мету 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 или участок картера, в котором установлен вал, может, таким образом, выполнять множественную функцию: промежуточный картер может служить для помещения вала с установкой на опору и для крепления картеров 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.
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.
По 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 утилизации отходящего тепла (циркуляционные контуры WHR) обычно работают с воспламеняющейся текучей средой, напр., на основе этанола, так что при утечке эта текучая среда не попадает непосредственно на горячую сторону двигателя. Также предпочтительно, если топливный насос расположен на холодной стороне двигателя внутреннего сгорания.
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.
Далее, существует возможность, чтобы система включала в себя питающий насос, распределительный клапан, байпасный клапан и конденсатор, которые расположены на двигателе внутреннего сгорания и которые предпочтительно являются частью системы утилизации отходящего тепла для преобразования отходящего тепла двигателя внутреннего сгорания или тормозной системы, использующей подпор двигателя, в полезную энергию посредством контура циркуляции пара. Питающий насос, распределительный клапан, байпасный клапан и конденсатор могут быть расположены на холодной стороне двигателя внутреннего сгорания, например, быть закреплены на холодной стороне на боковой стенке картера двигателя.
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 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 на фиг.1, может быть также выполнен в виде двигателя/генератора с рабочим напряжением 12 В, 24 В или 48 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 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 (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. На высвободившемся при этом месте присоединения для вспомогательной передачи предусмотрен расположенный сбоку и снаружи на картере 2 двигателя внутреннего сгорания вал 42 как часть коробки 40 отбора мощности. 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, на которой расположены блок 17 управления двигателем, наддувочный воздуховод 9, топливный модуль 16 и вспомогательная передача 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, на 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 разъем 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, напр., 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 на холодной стороне двигателя внутреннего сгорания в угловом интервале от 110° до 160°, 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 двигателя 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 образует 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.