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CN104204584A - 包括流体促动的离合器机构和片式离合器的原动机装置 - Google Patents

包括流体促动的离合器机构和片式离合器的原动机装置 Download PDF

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CN104204584A
CN104204584A CN201380014775.8A CN201380014775A CN104204584A CN 104204584 A CN104204584 A CN 104204584A CN 201380014775 A CN201380014775 A CN 201380014775A CN 104204584 A CN104204584 A CN 104204584A
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Abstract

本发明涉及一种原动机装置，包括内燃机(1)和蒸汽机(4)，所述内燃机用于驱动第一轴(2)，所述蒸汽机利用离合器机构(3)连接内燃机，并用于驱动第二轴(5)，与离合器机构(3)相互作用的机构布置在所述第一轴(2)和第二轴(5)之间，以便在第一工作模式中，将第二轴(5)的旋转运动传递给第一轴(2)；在第二工作模式中，允许所述第一轴(2)和第二轴(5)之间自由运转，所述离合器机构(3)借助过压或低压工作，而且所述离合器机构(3)可以利用流体来开关，并且在第一轴(2)和第二轴(5)之间实现转矩传递。

Description

包括流体促动的离合器机构和片式离合器的原动机装置
技术领域
本发明涉及一种原动机装置，包括内燃机和蒸汽机，所述内燃机用于驱动第一轴，所述蒸汽机利用离合器机构连接所述第一轴，用于驱动第二轴，其中在第一轴和第二轴之间布置一与离合器机构相互作用的机构，以在第一工作模式中，将第二轴的旋转运动传递给第一轴；在第二工作模式中，在第一轴和第二轴之间实现自由运转。
本发明的应用领域延伸到汽车的驱动技术，尤其是具有内燃机和用于支持内燃机的蒸汽机的驱动技术。
背景技术
随着内燃机的发展，降低燃料消耗具有重要意义。为了驱动汽车，内燃机将一部分化学能转换成机械能。此时更大部分的化学能被作为废热通过冷却系统排出或者未经使用地导入内燃机废气中。为了利用这部分热能，可设想内燃机与蒸汽机联接。在这里，来自内燃机的热能用于产生蒸汽，这些蒸汽在膨胀机中降压，因而提供更多的能量来驱动汽车。
内燃机和蒸汽机的结合尤其适用于载货汽车情形下废热利用，因为内燃机必须提供大的功率，因而提供大量的用于产生蒸汽的热能。
从通常熟知的现有技术可知，蒸汽机和内燃机可通过刚性联接进行连接。从内燃机启动后，内燃机就已经与蒸汽机联动，尽管没有对蒸汽机提供足够的蒸汽力。由此带来的缺点是：特别是在内燃机启动时和在内燃机适度放热期间，对应蒸汽机摩擦的总系统效率变差。
还已知所述蒸汽机和内燃机通过置于其间的飞轮相互连接。由此，当没有足够的蒸汽力提供给蒸汽机时，所述内燃机自由旋转。因而在内燃机的这种情形下，没有增加蒸汽机的附加的摩擦功率。这个技术方案的缺点是：内燃机不再拖着启动蒸汽机，由此在蒸汽机不适宜的静止位置，蒸汽机或许不再能独自开动。
从DE 10 2010 031 498 A1已知一种电磁操纵开关离合器，其中蒸汽机与内燃机相连接。在这里，第一轴可由蒸汽机驱动，且第二轴可由内燃机驱动。此外，中间轮与第一轴相连接，且离合器钟与第二轴至少间接连接，其中在中间轮和离合器钟之间布置飞轮。飞轮的任务是将与第一轴连接的中间轮的旋转运动传递到所述离合器钟上，并且离合器钟的空转也可传递给中间轮。通过电磁操纵力至少间接生成中间轮和离合器钟之间的摩擦力或者形状锁合，所述电磁操纵力是通过控制电磁铁，利用操纵设备来激活的。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明的任务是提供一种原动机装置，它以简单的方式使内燃机和蒸汽机通过一机构驱动技术地相互连接和随时相互分离。
这个任务从根据权利要求1前序部分的原动机装置出发，结合其特征部分的特征来完成。本发明的有利改进方案从后面的从属权利要求得知。
根据本发明，所述离合器机构可在高压或低压下运行，其中所述离合器机构可通过流体连接，并且实现第一轴和第二轴之间的转矩传递。第一轴和第二轴之间的机构是片式离合器，它包括至少两个离合器摩擦片和至少一个垫板，至少两个离合器摩擦片在外圆周上开齿，至少一个垫板轴向布置在两个离合器摩擦片之间并且在内圆周上开齿，其中所述片式离合器可被压紧，以相互摩擦锁合或形状锁合地连接第一轴和第二轴。
根据本发明进一步改善的措施提出，所述片式离合器径向布置在法兰的开齿的内圆周和对应环的开齿的外圆周之间，所述法兰的内圆周被构造为环形面，所述对应环的外圆周被构造为环形面。
至少两个在外圆周上开齿的离合器摩擦片与法兰的内圆周形状锁合地连接，由此导致所述法兰运动。至少一个在内圆周上开齿的垫板与所述对应环的外圆周形状锁合地连接，并由此导致所述对应环运动。因此所述至少两个离合器摩擦片受到第一轴的运动的影响，并且所述至少一个垫板受到第二轴的运动的影响。
本发明还提出，对应环可套在第二轴上，环状套筒轴向位于对应环与轴肩之间且可套在第二轴上，所述对应环和环状套筒通过轴向且转动地固定的结构固定在所述第二轴的轴肩的端面上，从而所述第二轴的旋转运动可传递到所述对应环和环状套筒上。
这种结构优选可能是螺栓或销钉。但也可设想在所述第二轴中引入槽以防止所述对应环和环状套筒在第二轴上旋转。所述轴向固定则优选能够通过轴环和/或轴螺母实现。
还优选的是，所述离合器机构可在高压或低压下运行，片式离合器壳被压紧以使第一轴和第二轴摩擦锁合地或形状锁合地相互连接。
优选地，在至少两个离合器摩擦片的高度上，紧压环布置在所述至少两个离合器摩擦片中的一个的端面上，所述紧压环通过邻近所述紧压环的相对置端面的活塞沿轴向朝向所述至少两个离合器摩擦片移动，所述紧压环的轴向移动通过引入到环状套筒中的通道内的流体实现。
所述操纵离合器的液压或气动操纵能够实现可靠且简单的操纵。在片式离合器未被压紧状态下，内燃机能够在没有额外阻力的情形下通过蒸汽机开动，并且必须不与所述蒸汽机联动，这是因为所述片式离合器寻求空转。一旦存在足够的蒸汽驱动蒸汽机运行，所述流体操纵的离合器机构将闭合，由此所述片式离合器被压紧并且所述蒸汽机被拖动。通过两个轴之间的驱动技术连接，所述蒸汽机使所述内燃机卸载，从而使所述系统效率提高，燃料消耗降低。
根据第二实施例，优选至少一个弹簧轴向布置在所述紧压环的端面和所述环形活塞的端面之间，其中所述至少一个弹簧通过所述紧压环而压紧所述至少两个离合器摩擦片和至少一个垫板，从而形成摩擦锁合。
在这种情形下，所述片式离合器在没有邻近的气动或液压压力情形下被闭合。所述片式离合器相应地通过作用于其上的弹簧力压紧。因为所述至少两个离合器摩擦片和至少一个垫板之间的摩擦锁合或形状锁合，所述第一轴和第二轴存在驱动技术的连接。
本发明包含如下技术原理，即所述紧压环在外圆周上具有凹槽，以容纳至少一个离合杆的端部段，所述离合杆的端部段径向布置在凹槽上方，邻近所述凹槽，并且指向轴线。还优选的是，在离合杆的背离轴线的端部段的高度上，离合器活塞布置在所述蒸汽机的壳体中，所述离合器活塞包括作用到紧压环上的环形活塞。
本发明还提出，流体在布置于环形活塞上的通道中流动，流体的压力载荷使所述环形活塞轴向运动，并因此使所述离合杆的背离轴线的端部段通过轴向布置在所述离合杆和离合器活塞之间的汇流环操纵。优选地，所述离合杆支承在它的两个端部段之间，从而作用在所述离合杆的背离轴线的端部段上的力作用通过杠杆作用沿相反方向操纵所述离合杆的指向轴线的端部段，这使所述紧压环克服至少一个弹簧的弹簧力，远离至少两个离合器摩擦片中的一个。
这种布置的优点是所述内燃机在热态运转阶段能够通过离合器活塞加压而与蒸汽机分离。一旦蒸汽机产生足够的蒸汽，所述活塞的加压结束，并且所述片式离合器通过弹簧力再次闭合。在第一步骤中，所述蒸汽机被拖着启动，以便此后向与第二轴相连接的第一轴提供正转矩值。所述汇流环接触离合器活塞，并且能够使所述离合杆稳定地运动。
附图说明
下面将参考附图，借助于优选实施例的描述一起详细说明本发明，其中：
图1示出了原动机装置的示意性剖面图，所述原动机装置包括内燃机和蒸汽机，所述内燃机和蒸汽机通过流体操纵的离合器机构相互连接；
图2示出了对应第一实施例的、图1所示流体操纵的离合器机构的示意性剖面放大图；
图3示出了对应第二示例的、图2所示流体操纵的离合器机构的示意性剖面放大图。
具体实施方式
图1示出了原动机装置，它具有内燃机1和蒸汽机4，内燃机1和蒸汽机4通过流体操纵的离合器机构3相互连接。流体操纵的离合器机构3安装在蒸汽机4和内燃机1之间。内燃机1具有四个气缸1a、1b、1c和1d。蒸汽机4也具有两个相对的气缸4a、4b。蒸汽机4的气缸4a、4b作用在第二轴5上，第二轴5由蒸汽机4驱动。气缸1a至1d作用在第一轴2上，第一轴2可有内燃机1驱动。因为流体操纵的离合器机构3包括第一轴2和第二轴5，使原动机装置获得了紧凑的构型。此外设置支承臂27，支承臂27连接蒸汽机4的壳体20和内燃机1的发动机机体。
图2是离合器机构3的放大图。第二轴5利用轴承25a支承在蒸汽机4的壳体20上，并且附加地，内燃机侧法兰11通过轴承25b支承在第二轴5上。对应环9和环形缸10通过螺栓26固定在第二轴5的轴肩端面上，从而第二轴5的旋转运动可传递到对应环9和环形缸10上，其中对应环9可套在第二轴5上，环形缸10位于对应环9和轴肩之间且可套在第二轴5上。片式离合器6由两个离合器摩擦片7和一个垫板8构成，两个离合器摩擦片7在外圆周上开齿，垫板8位于两个离合器摩擦片7之间并且在内圆周上开齿，片式离合器6布置在法兰11的开齿的内圆周和对应环9的开齿的外圆周之间，法兰11的开齿的内圆周构造为环形面，对应环9的开齿的外圆周构造为环形面。
在两个离合器摩擦片7的高度上，紧压环12布置在两个离合器摩擦片7中的一个离合器摩擦片的端面上。紧压环12通过邻近相对置端面的活塞13朝向两个离合器摩擦片7移动，其中通过被引入到环形缸10中的通道14内的流体实现移动。通过片式离合器6的操纵，在一侧的离合器摩擦片7和在另一侧的对应环9、垫板8和紧压环12形成摩擦锁合。第二轴5和与法兰11相连接的第一轴2之间的摩擦锁合被构成，蒸汽机4开始由内燃机1拖着启动，以将转矩传递到蒸汽机4上。
图3示出了根据本发明的离合器机构3的另一优选实施方式，其中在这个实施方式中，图3的片式离合器6在没有邻近的气动或液压压力情形下被压紧。在两个离合器摩擦片7的高度上，紧压环12布置到两个离合器摩擦片7中的一个离合器摩擦片的端面上，紧压环12通过布置在紧压环12的端面和环形缸10的端面之间的弹簧15施加弹簧力，从而两个离合器摩擦片7和垫板8达到摩擦接触。紧压环12在外圆周具有凹槽16，以容纳至少一个离合杆18，至少一个离合杆18邻近凹槽16，布置在凹槽16上方。离合杆18通过汇流环24在离合器活塞19的与紧压环12相反的侧上被操纵，离合器活塞19坐落在壳体20中，离合器活塞19包括环形活塞22，环形活塞22作用在紧压环21上。通过离合杆18的杠杆作用，紧压环12克服弹簧15的弹簧力，远离离合器摩擦片7中的一个离合器摩擦片。为了断开片式离合器6，离合器活塞19被施加压力，离开被布置在壳体20中的通道23，这导致片式离合器6卸载，进而导致所述摩擦锁合释放。
本发明不限于上述优选实施例，也可设想它的落入了下述权利要求保护范围的改型。因而，例如蒸汽机4布置在内燃机一侧，并且通过齿形皮带和齿轮连接变速器。此外，两个离合器摩擦片的端面和垫板的端面的结构而在二者之间形成形状锁合的连接。此外，在小转矩时，片式离合器6紧凑地制成，从而至少两个离合器摩擦片7中的一个和垫板8被省去。在这种情形下，当紧压环12轴向移动时，紧压环12压紧到唯一的离合器摩擦片7上，使离合器摩擦片7与法兰11啮合。此时，一侧离合器摩擦片7和另一侧对应环9之间形成摩擦锁合。
下面补充地指出，“包括”不排除另外的元件或者步骤，“一个”或者“一”不排除复数。接着指出，参考上述一个实施例记载的特征或步骤也可与上述另一实施例记载的特征或步骤结合。权利要求中的附图标记不用于限制。

Claims (10)

1.一种原动机装置，包括内燃机(1)和蒸汽机(4)，所述内燃机(1)用于驱动第一轴(2)，所述蒸汽机(4)用于驱动第二轴(5)，所述蒸汽机(4)与内燃机利用离合器机构(3)连接，其中与所述离合器机构(3)相互作用的机构布置在所述第一轴(2)和第二轴(5)之间，以在第一运行模式中，将所述第二轴(5)的旋转运动传递到所述第一轴(2)上；在第二运行模式中，实现所述第一轴(2)和第二轴(5)之间自由运转，
其特征在于，所述离合器机构(3)可借助过压或低压来运行，其中所述离合器机构(3)可通过流体接通，并且实现所述第一轴(2)和第二轴(5)之间的转矩传递。
2.根据权利要求1所述的原动机装置，其特征在于，位于所述第一轴(2)和第二轴(5)之间的机构是片式离合器(6)，所述片式离合器(6)包括至少两个离合器摩擦片(7)和至少一个垫板(8)，所述离合器摩擦片(7)在外圆周上开齿，所述垫板(8)轴向布置在所述至少两个离合器摩擦片(7)之间并且在内圆周上开齿，所述片式离合器(6)能被压紧以使所述第一轴(2)和第二轴(5)摩擦锁合地或形状锁合地相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的原动机装置，其特征在于，对应环(9)套在所述第二轴(5)上，环形缸(10)位于所述对应环(9)和轴肩之间并且套在第二轴(5)上，对应环(9)和环形缸(10)通过用于轴向和旋转固定的机构固定在所述第二轴(5)的轴肩端面上，从而所述第二轴(5)的旋转运动可传递到所述对应环(9)和环形缸(10)上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的原动机装置，其特征在于，所述片式离合器(6)径向布置在法兰(11)的被构造为环形面的、开齿的内圆周和对应环(9)的被构造为环形面的、开齿的外圆周之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的原动机装置，其特征在于，在所述至少两个离合器摩擦片(7)的高度上，紧压环(12)布置在所述至少两个离合器摩擦片(7)中的一个离合器摩擦片的端面上，所述紧压环(12)通过支承在紧压环(12)的相对的端面上的活塞(13)沿轴向朝向所述至少两个离合器摩擦片(7)可移动，所述紧压环(12)的轴向移动能通过被引入到环形缸(10)中的通道(14)内的流体实现。
6.根据前述权利要求中任一项所述的原动机装置，其特征在于，至少一个弹簧(15)轴向布置在所述紧压环(12)的端面和环形缸(10)的端面之间，所述至少一个弹簧(15)通过紧压环(12)压紧所述至少两个离合器摩擦片(7)和至少一个垫板(8)并且形成摩擦锁合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的原动机装置，其特征在于，所述紧压环(12)在外圆周上具有凹槽(16)，以容纳离合杆(18)的至少一个端部段，所述离合杆(18)的至少一个端部段径向布置在所述凹槽(16)上方，支承在所述凹槽(16)上并且指向轴线(17)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的原动机装置，其特征在于，离合器活塞(19)在所述离合杆(18)的远离轴线(17)的端部段的高度上布置在蒸汽机(4)的壳体(20)中，该离合杆包括作用在紧压环(21)上的环形活塞(22)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的原动机装置，其特征在于，流体在布置到环形活塞(22)上的通道(23)中流动，流体的压力载荷使所述环形活塞(22)轴向运动，并因此使所述离合杆(18)的背离轴线(17)的端部段通过汇流环(24)操纵，所述汇流环(24)轴向布置在所述离合杆(18)和离合器活塞(19)之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的原动机装置，其特征在于，所述离合杆(18)支承在它的两个端部段之间，从而在所述离合杆(18)的背离轴线(17)的端部段上的力作用通过杠杆作用沿相反的方向操纵所述离合杆(18)的指向轴线(17)的端部段，这个离合杆作用使所述紧压环(12)克服所述至少一个弹簧(15)的弹簧力，离开所述至少两个离合器摩擦片(7)中的一个离合器摩擦片。
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