DE102011117356A1 - Motor coupling unit e.g. reciprocating piston machine connected with internal combustion engine, has coupling unit that couples torque transmission unit to motor, such that vapor pressure of process fluid of expander is vaporized - Google Patents

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Abstract

The motor coupling unit (1) has a compressor (14) for providing compressed air, a torque transmission unit (8) for driving the compressor, and a coupling unit (6) for torque-transmitting coupling of torque transmission unit to motor, such that vapor pressure of a process fluid of operated expander (12) is vaporized by the waste heat (34) for driving the torque transmission unit. The compressor is provided with compression stroke piston (28) for generating compressed air and/or the expander is provided with expansion cylinder (22) for expansion of the process fluid. Independent claims are included for the following: (1) an expander; and (2) a method of transmitting power between internal combustion engine of vehicle and motor coupling unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorkoppeleinheit, insbesondere Hubkolbenmaschine, zur drehmomentübertragenden Verbindung mit einem Motor, insbesondere Verbrennungsmotor, eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung einen Teil, nämlich einen Expander, dieser Motorkoppeleinheit. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der Motorkoppeleinheit sowie ein mittels der Motorkoppeleinheit durchgeführtes Verfahren.The invention relates to an engine coupling unit, in particular reciprocating engine, for torque-transmitting connection with an engine, in particular an internal combustion engine, a vehicle, in particular a motor vehicle, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a part, namely an expander, this motor coupling unit. Furthermore, the invention relates to a vehicle with the motor coupling unit and a method performed by means of the motor coupling unit.

Fahrzeuge weisen verschiedene Einrichtungen, bspw. Bremseinrichtungen, Lenkunterstützungseinrichtungen, Federungseinrichtungen oder Komforteinrichtungen, wie eine Sitzfederung, auf, die mittels Druckluft betrieben werden. Zur Bereitstellung der Druckluft weisen derartige Fahrzeuge wenigstens einen Kompressor auf.Vehicles have various facilities, for example. Braking devices, steering assistance devices, suspension devices or comfort devices, such as a seat suspension, which are operated by compressed air. To provide the compressed air, such vehicles have at least one compressor.

Weiter weisen Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, in der Regel einen Verbrennungsmotor auf, wobei Kraftstoff verbrannt und zu einem Teil zur Erzeugung eines Drehmoments am Motor genutzt wird, mittels dem das Kraftfahrzeug angetrieben wird. Ein großer Teil der im Kraftstoff enthaltenen Energie wird jedoch auch in Wärme umgesetzt, wobei warme Abgase ungenutzt entweichen.Next, vehicles, in particular motor vehicles, usually an internal combustion engine, wherein fuel is burned and used to a part for generating a torque to the engine, by means of which the motor vehicle is driven. However, a large part of the energy contained in the fuel is also converted into heat, with hot exhaust gases escape unused.

Zur Nutzung eines Teils der in Form von Wärme in den Abgasen enthaltenen Energie ist es bekannt, einen sog. Rankine-Prozess im Fahrzeug zu installieren, wobei Prozessfluid durch einen Verdampfer gepumpt wird, im Verdampfer Wärme vom Abgas aufnimmt und verdampft und in einem Expander expandiert. Der Expander unterstützt den Motor des Fahrzeugs bzw. stellt Leistung über ein Drehmoment bereit. Das abgekühlte Prozessfluid wird nachfolgend mittels eines Kondensators kondensiert bzw. verflüssigt und zum Medientank zurückgeführt.To use part of the energy contained in the form of heat in the exhaust gases, it is known to install a so-called. Rankine process in the vehicle, wherein process fluid is pumped through an evaporator, absorbs heat from the exhaust gas in the evaporator and expanded in an expander , The expander supports the engine of the vehicle or provides power via a torque. The cooled process fluid is subsequently condensed or liquefied by means of a condenser and returned to the medium tank.

Bei Fahrzeugen ohne einen derartigen Expander ist der Kompressor in der Regel mittels eines Zahnrads als Kopplungsmittel drehmomentübertragend mit dem Motor gekoppelt, so dass der Motor den Kompressor antreibt.In vehicles without such an expander, the compressor is usually coupled by means of a gear as coupling means to transmit torque to the engine so that the engine drives the compressor.

Bei anderen bekannten Fahrzeugen, die einen Expander aufweisen, ist dieser Expander anstelle des Kompressors mittels dieses Zahnrads drehmomentübertragend mit dem Motor gekoppelt. Der Kompressor ist in diesem Fall an anderer Stelle im Fahrzeug verbaut und muss von einem separaten Motor, bspw. einem Elektromotor, angetrieben werden.In other known vehicles which have an expander, this expander is instead of the compressor by means of this gear torque-transmitting coupled to the engine. The compressor is installed in this case elsewhere in the vehicle and must be powered by a separate engine, for example. An electric motor.

Der Expander und der Kompressor mit dem separaten Motor erfordern, gemeinsam in einem Fahrzeug verbaut, einen hohen Installationsaufwand, erhöhen signifikant das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und führen zu hohen Fahrzeugkosten.The expander and the compressor with the separate engine require, together installed in a vehicle, a high installation cost, significantly increase the overall weight of the vehicle and lead to high vehicle costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Fahrzeug mit Kompressor ein System zur Nutzung von Abwärme aus Abgasen bei geringem Gewicht, geringem benötigten Bauraum, geringer Anzahl von Komponenten und geringer Systemkomplexität vorzusehen.The invention has for its object to provide a system for using waste heat from exhaust gases with low weight, low space requirement, low number of components and low system complexity in a vehicle with a compressor.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Motorkoppeleinheit nach Anspruch 1, mit einem Expander dieser Motorkoppeleinheit nach Anspruch 7, mit einem Fahrzeug nach Anspruch 8 sowie mit einem Verfahren nach Anspruch 10.The invention achieves this object with an engine coupling unit according to claim 1, with an expander of this engine coupling unit according to claim 7, with a vehicle according to claim 8 and with a method according to claim 10.

Die Motorkoppeleinheit ist zur drehmomentübertragenden Verbindung mit einem Motor eines Fahrzeugs vorgesehen und ausgebildet. Die Motorkoppeleinheit ist insbesondere eine Hubkolbenmaschine, der Motor insbesondere ein Verbrennungsmotor und das Fahrzeug insbesondere ein Kraftfahrzeug.The motor coupling unit is provided and designed for torque-transmitting connection with an engine of a vehicle. The engine coupling unit is in particular a reciprocating piston engine, the engine in particular an internal combustion engine and the vehicle, in particular a motor vehicle.

Die Motorkoppeleinheit weist ein Kopplungsmittel zur drehmomentübertragenden Kopplung der Motorkoppeleinheit, insbesondere einer Drehmomentübertragungseinrichtung dieser Motorkoppeleinheit, mit dem Motor auf. Das Kopplungsmittel ist insbesondere ein Zahnrad. Dieses Zahnrad greift in ein weiteres Zahnrad des Motors ein, mit dem es zusammen eine Zahnradkopplung bildet.The engine coupling unit has a coupling means for torque-transmitting coupling of the engine coupling unit, in particular a torque transmission device of this engine coupling unit, with the engine. The coupling means is in particular a gear. This gear engages in another gear of the motor with which it forms a gear coupling together.

Weiter weist die Motorkoppeleinheit einen Kompressor zum Bereitstellen von Druckluft und einen mittels des Dampfdrucks eines durch Abwärme verdampften Prozessfluids betriebenen Expander auf. Der Expander ist zum Antrieb der Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet. Die Drehmomentübertragungseinrichtung ist zum Antrieb durch den Expander und zum Antrieb des Kompressors ausgebildet. Der Kompressor ist zum Antrieb durch die Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet.Furthermore, the engine coupling unit has a compressor for supplying compressed air and an expander operated by means of the vapor pressure of a process fluid vaporized by waste heat. The expander is designed to drive the torque transmission device. The torque transmitting device is designed for driving through the expander and for driving the compressor. The compressor is designed to be driven by the torque transmission device.

Insbesondere ist der Expander ein sog. Rankine-Expander zur Durchführung eines Rankine-Prozesses, wobei Abwärme von Abgasen des Motors in ein Drehmoment umgesetzt wird, das zur Unterstützung des Motors verwendet werden kann.In particular, the expander is a so-called Rankine expander for performing a Rankine process, wherein waste heat from exhaust gases of the engine is converted into a torque that can be used to assist the engine.

Das zum Betrieb des Expanders verwendete Prozessfluid ist eine Flüssigkeit bzw. verdampfte Flüssigkeit, die eine gegenüber Wasser niedrigere Verdampfungstemperatur aufweist. Bspw. ist das Prozessfluid eine organische Flüssigkeit, wobei mittels des Expanders ein sog. Organic Rankine-Prozess durchgeführt wird.The process fluid used to operate the expander is a liquid that has a lower evaporation temperature than water. For example. the process fluid is an organic liquid, wherein by means of the expander a so-called. Organic Rankine process is performed.

Wahlweise ist entweder der Kompressor direkt und der Expander mittelbar durch den Kompressor mit dem Kopplungsmittel und dem Motor gekoppelt. Oder der Expander ist direkt und der Kompressor mittelbar über den Expander mit dem Kopplungsmittel und dem Motor gekoppelt. Insbesondere wird somit entweder Leistung über ein Drehmoment vom Expander durch den Kompressor zum Motor oder vom Motor durch den Expander zum Kompressor oder vom Expander einerseits zum Motor und anderseits zum Kompressor oder einerseits vom Motor und andererseits vom Expander zum Kompressor übertragen. Optionally, either the compressor is direct and the expander is indirectly coupled through the compressor to the coupling means and the engine. Or the expander is direct and the compressor indirectly coupled via the expander with the coupling means and the engine. In particular, either power is transmitted via a torque from the expander through the compressor to the engine or the engine through the expander to the compressor or the expander on the one hand to the engine and on the other hand to the compressor or on the one hand from the engine and on the other hand from the expander to the compressor.

Vorzugsweise ist in dem Fall, dass der Kompressor mehr Leistung aufnimmt als der Expander bereitstellt, der Kompressor über das Kopplungsmittel direkt und der Expander mittelbar über den Kompressor mit dem Kopplungsmittel und dem Motor gekoppelt. Wenn dagegen der Expander mehr Leistung bereitstellt, als der Kompressor aufnimmt, ist vorzugsweise der Expander direkt über das Kopplungsmittel mit dem Motor gekoppelt, wohingegen der Kompressor mittelbar über den Expander und das Kopplungsmittel mit dem Motor gekoppelt ist. Die Maschine, nämlich der Kompressor oder Expander, die über das höhere Nennmoment verfügt ist somit direkt an den Motor geflanscht, wobei eine mechanische Beanspruchung der Motorkoppeleinheit auf diese Weise minimiert ist.Preferably, in the event that the compressor receives more power than the expander provides, the compressor is directly coupled via the coupling means and the expander is indirectly coupled via the compressor to the coupling means and the motor. In contrast, if the expander provides more power than the compressor receives, preferably the expander is coupled directly to the engine via the coupling means, whereas the compressor is indirectly coupled to the engine via the expander and the coupling means. The machine, namely the compressor or expander, which has the higher rated torque is thus flanged directly to the engine, with a mechanical stress of the motor coupling unit is minimized in this way.

Die Erfindung verwendet dasselbe Kopplungsmittel sowohl zum Auskoppeln von Leistung bzw. Drehmoment aus dem Motor, nämlich wenn die Motorkoppeleinheit insgesamt mehr Leistung aufnimmt als bereitstellt, als auch zum Einkoppeln von Leistung bzw. Drehmoment in den Motor, nämlich wenn umgekehrt die Motorkoppeleinheit insgesamt mehr Leistung bereitstellt als aufnimmt. Der Kompressor und der Expander sind zusammen eine kompakte Einheit, die am Fahrzeug verbaut wird. Insbesondere muss kein zusätzlicher Elektromotor zum Antrieb des Kompressors vorgesehen werden.The invention uses the same coupling means for both output and torque from the engine, namely when the motor coupling unit collects more power than it provides overall, as well as for coupling power into the motor, namely, conversely, when the motor coupling unit provides more power overall as takes up. The compressor and the expander are together a compact unit that is installed on the vehicle. In particular, no additional electric motor for driving the compressor must be provided.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Motorkoppeleinheit eine Hubkolbenmaschine. Dabei weist der Kompressor wenigstens einen Kompressionshubkolben zur Drucklufterzeugung auf. Alternativ oder zusätzlich weist der Expander wenigstens einen Expansionshubkolben zur Expansion des Prozessfluids auf. Vorzugsweise ist die Motorkoppeleinheit eine Hubkolbenmaschine, die sowohl den Kompressionshubkolben als auch den Expansionshubkolben aufweist. Insgesamt ist die Motorkoppeleinheit somit als mehrzylindrige Hubkolbenmaschine ausgeführt, die wenigstens zwei Hubkolben und auch wenigstens zwei Zylinder aufweist, in denen die Hubkolben bewegbar angeordnet sind. Mittels der Hubkolben ist eine effektive Umsetzung von Drehmoment zur Drucklufterzeugung bzw. von Dampfdruck des Prozessfluids in Drehmoment möglich. Alternativ setzt der Expander auf andere Weise den Dampfdruck des Prozessfluids in ein Drehmoment um, bspw. mittels einer Turbine.According to an advantageous embodiment, the engine coupling unit is a reciprocating engine. In this case, the compressor has at least one Kompressionshubkolben for compressed air generation. Alternatively or additionally, the expander has at least one expansion stroke piston for expansion of the process fluid. Preferably, the engine coupling unit is a reciprocating engine having both the compression stroke piston and the expansion stroke piston. Overall, the motor coupling unit is thus designed as a multi-cylinder reciprocating engine having at least two reciprocating pistons and also at least two cylinders in which the reciprocating pistons are arranged to be movable. By means of the reciprocating piston an effective conversion of torque for compressed air generation or of the vapor pressure of the process fluid in torque is possible. Alternatively, the expander converts the vapor pressure of the process fluid into a torque in another way, for example by means of a turbine.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Motorkoppeleinheit ein gemeinsames Kurbelgehäuse auf, in dem sowohl der Kompressor als auch der Expander angeordnet sind. Dabei ist die Drehmomentübertragungseinrichtung eine drehmomentübertragend mit dem Kopplungsmittel verbundene gemeinsame Kurbelwelle zum Übertragen von Leistung mittels eines Drehmoments von dieser gemeinsamen Kurbelwelle zum Kompressor und vom Expander auf diese gemeinsame Kurbelwelle. Es erfolgt somit eine Leistungsabgabe vom Expander über die gemeinsame Kurbelwelle an den Kompressor und ggf. an den Motor. Eine Leistungsaufnahme durch den Kompressor erfolgt ebenfalls über die gemeinsame Kurbelwelle, wobei diese Leistung vom Expander und ggf. vom Motor bereitgestellt wird. Die Motorkoppeleinheit mit gemeinsamem Kurbelgehäuse und gemeinsamer Kurbelwelle erfordert nur eine geringe Anzahl von Bauteilen und ist daher günstig herzustellen und wartungsarm.According to an advantageous embodiment, the engine coupling unit has a common crankcase, in which both the compressor and the expander are arranged. In this case, the torque transmission device is a common crankshaft connected in a torque-transmitting manner to the coupling means for transmitting power by means of a torque from this common crankshaft to the compressor and from the expander to this common crankshaft. There is thus a power output from the expander via the common crankshaft to the compressor and possibly to the engine. A power consumption by the compressor is also via the common crankshaft, which power is provided by the expander and possibly the engine. The engine coupling unit with common crankcase and common crankshaft requires only a small number of components and is therefore inexpensive to manufacture and low maintenance.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist der Kompressor ein Kompressorkurbelgehäuse auf, wohingegen der Expander ein separates Expanderkurbelgehäuse aufweist. Weiter weist der Kompressor gemäß dieser Ausführungsform eine drehmomentübertragend mit dem Kopplungsmittel verbundene Kompressorkurbelwelle zum Übertragen von Leistung mittels eines Drehmoments zum Kompressor auf. Der Expander weist entsprechend eine drehmomentübertragend mit dem Kopplungsmittel verbundene Expanderkurbelwelle zum Übertragen von Leistung mittels eines Drehmoments vom Expander auf.According to an alternative embodiment, the compressor has a compressor crankcase, whereas the expander has a separate expander crankcase. Further, according to this embodiment, the compressor has a compressor crankshaft connected torque-transmitting to the coupling means for transmitting power by means of a torque to the compressor. The expander accordingly has an expander crankshaft connected to the coupling means for transmitting torque by means of a torque from the expander.

Weiter weist die Motorkoppeleinheit gemäß diesem Ausführungsbeispiel Kurbelwellenkopplungsmittel zum drehmomentübertragenden Koppeln der Kompressorkurbelwelle und der Expanderkurbelwelle miteinander auf. Die Kompressorkurbelwelle, die Expanderkurbelwelle und die Kurbelwellenkopplungsmittel sind Teil der Drehmomentübertragungseinrichtung. Ferner weist die Motorkoppeleinheit Gehäuseverbindungsmittel auf zum Verbinden des Kompressorkurbelgehäuses und des Expanderkurbelgehäuses miteinander.Further, the motor coupling unit according to this embodiment has crankshaft coupling means for torque-transmitting coupling of the compressor crankshaft and the expander crankshaft with each other. The compressor crankshaft, the expander crankshaft and the crankshaft coupling means are part of the torque transfer device. Further, the motor coupling unit has housing connecting means for connecting the compressor crankcase and the expander crankcase with each other.

Die Gehäuseverbindungsmittel sind bspw. eine Schraubverbindung, der Kompressor und Expander mithin aneinandergeschraubt. Die Kurbelwellenkopplungsmittel sind bspw. eine sog. Oldham-Kupplung oder eine sog. Vielkeilverzahnung. Der Expander stellt somit Leistung über ein Drehmoment der Expanderkurbelwelle bereit, welches über die Kurbelwellenkopplungsmittel zur Kompressorkurbelwelle und somit zum Kompressor übertragen wird. Wenn der Expander mehr Leistung bereitstellt als vom Kompressor aufgenommen wird, wird ein Teil der Leistung über das Kopplungsmittel dem Motor bereitgestellt. Wenn dagegen der Kompressor mehr Leistung aufnimmt, als vom Expander bereitgestellt wird, wird dem Motor über das Kopplungsmittel Leistung entnommen.The housing connecting means are, for example, a screw, the compressor and expander thus screwed together. The crankshaft coupling means are, for example, a so-called Oldham coupling or so-called splined toothing. The expander thus provides power via a torque of the expander crankshaft, which via the crankshaft coupling means for Compressor crankshaft and thus transmitted to the compressor. When the expander provides more power than is picked up by the compressor, some of the power is provided to the motor via the coupling means. On the other hand, if the compressor consumes more power than provided by the expander, power is extracted from the engine via the coupling means.

Die bauliche Trennung des Kompressors und des Expanders in der gemeinsamen Motorkoppeleinheit ermöglicht eine flexible Kombination eines Kompressors mit einem Expander für ein jeweiliges Fahrzeug bei der Fertigung. Bspw. werden sowohl der Kompressor als auch der Expander jeweils mit einem Zylinder und gemäß einer anderen Ausführungsform mit zwei Zylindern gefertigt, so dass je nach Einsatzzweck bspw. ein einzylindriger Expander mit einem einzylindrigen oder mit einem zweizylindrigen Kompressor zur Motorkoppeleinheit kombiniert werden kann. Insgesamt sind somit flexible Kombinationen eines Kompressors und eines Expanders miteinander möglich.The structural separation of the compressor and the expander in the common motor coupling unit allows a flexible combination of a compressor with an expander for a particular vehicle during manufacture. For example. Both the compressor and the expander are each made with a cylinder and according to another embodiment with two cylinders, so that, depending on the purpose, for example, a one-cylinder expander can be combined with a one-cylinder or with a two-cylinder compressor engine coupling unit. Overall, thus flexible combinations of a compressor and an expander are possible with each other.

Für eine geringe Materialbelastung ist vorzugsweise wiederum die Einheit, welcher das höhere Nennmoment aufweist, direkt am Motor angeordnet bzw. mit dem Kopplungsmittel verbunden. Die drehmomentschwächere Einrichtung ist entsprechend auf der dem Kopplungsmittel bzw. Motor abgewandten Seite der Motorkoppeleinheit angeordnet.For a low material load is preferably in turn the unit having the higher nominal torque, arranged directly on the engine or connected to the coupling means. The weaker-torque device is correspondingly arranged on the side facing away from the coupling means or motor side of the motor coupling unit.

Gemäß einer Ausführungsform weisen der Kompressor und der Expander einen gemeinsamen Zylinderkopf auf. Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind getrennte Zylinderköpfe für den Kompressor und den Expander vorgesehen. Im Zylinderkopf bzw. in den Zylinderköpfen werden Luft, das Prozessfluid und Kühlwasser geführt. Die Luft dient zur Drucklufterzeugung durch den Kompressor. Das Prozessfluid dient zum Antrieb des Expanders. Das Kühlwasser dient zur Kühlung des Kompressors und/oder des Expanders und ggf. zur Kühlung des Prozessfluids nach Verlassen des Expanders. Zur Führung der Luft, des Prozessfluids und des Kühlwassers getrennt voneinander sind entsprechende Bohrungen im Zylinderkopf bzw. in den Zylinderköpfen vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich ist der Zylinderkopf zur Führung dieser Medien entsprechend gegossen.According to one embodiment, the compressor and the expander have a common cylinder head. According to an alternative embodiment, separate cylinder heads are provided for the compressor and the expander. In the cylinder head or in the cylinder heads air, the process fluid and cooling water are guided. The air is used to generate compressed air by the compressor. The process fluid is used to drive the expander. The cooling water is used to cool the compressor and / or the expander and possibly to cool the process fluid after leaving the expander. To guide the air, the process fluid and the cooling water separated from each other corresponding holes in the cylinder head or in the cylinder heads are provided. Alternatively or additionally, the cylinder head is cast to guide these media accordingly.

Unabhängig davon, ob die Motorkoppeleinheit ein gemeinsames Gehäuse oder getrennte Gehäuse für den Kompressor und den Expander aufweist, ist die Motorkoppeleinheit vorzugsweise zur Befestigung an einem gemeinsamen Befestigungsflansch des Fahrzeugs ausgebildet. Insbesondere kann die Motorkoppeleinheit an dem Befestigungsflansch des Fahrzeugs befestigt werden, der regulär zur Aufnahme eines Kompressors ohne Expander vorgesehen ist.Regardless of whether the motor coupling unit has a common housing or separate housings for the compressor and the expander, the motor coupling unit is preferably designed for attachment to a common mounting flange of the vehicle. In particular, the engine coupling unit can be attached to the mounting flange of the vehicle, which is regularly provided for receiving a compressor without expander.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Motorkoppeleinheit eine Fluidpumpe bzw. Speisepumpe auf zum Fördern des Prozessfluids aus einem Medientank zu einem das Prozessfluid verdampfenden Verdampfer. Die Fluidpumpe ist gemäß dieser Ausführungsform in den Expander, insbesondere in das gemeinsame Kurbelgehäuse bzw. in das Expanderkurbelgehäuse, integriert. Weiter kann die Fluidpumpe mittels der Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere mittels der gemeinsamen Kurbelwelle bzw. mittels der Expanderkurbelwelle, angetrieben werden.According to a preferred embodiment, the motor coupling unit has a fluid pump or feed pump for conveying the process fluid from a media tank to an evaporator evaporating the process fluid. The fluid pump according to this embodiment is integrated in the expander, in particular in the common crankcase or in the expander crankcase. Furthermore, the fluid pump can be driven by means of the torque transmission device, in particular by means of the common crankshaft or by means of the expander crankshaft.

Auf diese Weise kann der Expander als kompakte Einheit einschließlich der Fluidpumpe hergestellt und im Fahrzeug verbaut werden. Die Fluidpumpe ist dabei an einer Stelle integriert, an der das geförderte Prozessfluid gebraucht wird. Zudem kann im Expander das nötige Drehmoment für den Antrieb bereitgestellt werden. Die Motorkoppeleinheit gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist somit Platz sparend und kostengünstig herstellbar.In this way, the expander can be made as a compact unit including the fluid pump and installed in the vehicle. The fluid pump is integrated at a point where the pumped process fluid is needed. In addition, the necessary torque for the drive can be provided in the expander. The motor coupling unit according to this embodiment is thus space-saving and inexpensive to produce.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist die Motorkoppeleinheit zwar ebenfalls die Fluidpumpe auf, jedoch ist die Fluidpumpe an den Kompressor oder Expander, insbesondere an das gemeinsame Kurbelgehäuse bzw. an das Kompressorkurbelgehäuse oder Expanderkurbelgehäuse, angeflanscht. Insbesondere ist die Fluidpumpe auf der Seite der Motorkoppeleinheit eingeflanscht, die dem Kopplungsmittel abgewandt ist, da auf dieser dem Kopplungsmittel abgewandten Seite der benötigte Bauraum vorhanden ist und die Fluidpumpe gegenüber der Leistungsaufnahme des Kompressors und der Leistungsabgabe des Expanders nur vergleichsweise wenig Leistung aufnimmt.Although according to an alternative embodiment, the engine coupling unit also has the fluid pump, however, the fluid pump is flanged to the compressor or expander, in particular to the common crankcase or to the compressor crankcase or expander crankcase. In particular, the fluid pump is flanged on the side of the motor coupling unit, which faces away from the coupling means, as on this side facing away from the coupling means, the required space is available and the fluid pump compared to the power of the compressor and the power output of the expander absorbs only comparatively little power.

Der Expander der Motorkoppeleinheit ist vorgesehen und ausgebildet zur drehmomentübertragenden Verbindung mit dem Kompressor dieser Motorkoppeleinheit zu einer als Ganzes am Befestigungsflansch des Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, montierbaren und durch das Kopplungsmittel drehmomentübertragend mit dem Motor des Fahrzeugs koppelbaren Baueinheit. Dabei weist der Expander expanderseitige Verbindungsmittel, insbesondere Kurbelwellenkopplungsmittel oder Teile davon, für diese Verbindung auf.The expander of the engine coupling unit is provided and designed for torque-transmitting connection with the compressor of this engine coupling unit to a unit as a whole on the mounting flange of the vehicle, in particular motor vehicle, mountable and coupled by the coupling means torque transmitting with the engine of the vehicle assembly. In this case, the expander has expander-side connecting means, in particular crankshaft coupling means or parts thereof, for this connection.

Der Kompressor der Motorkoppeleinheit ist vorgesehen und ausgebildet zur drehmomentübertragenden Verbindung mit dem Expander dieser Motorkoppeleinheit zu einer als Ganzes am Befestigungsflansch des Fahrzeugs montierbaren und durch das Kopplungsmittel drehmomentübertragend mit dem Motor des Fahrzeugs koppelbaren Baueinheit. Dabei weist der Kompressor kompressorseitige Verbindungsmittel für diese Verbindung auf.The compressor of the engine coupling unit is provided and designed for torque-transmitting connection with the expander of this motor coupling unit to a mountable as a whole on the mounting flange of the vehicle and torque-transmitting through the coupling means with the engine of the vehicle assembly. In this case, the compressor has compressor-side connection means for this connection.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug weist einen Motor, insbesondere Verbrennungsmotor, sowie die erfindungsgemäße drehmomentübertragend mit dem Motor verbundene Motorkoppeleinheit auf. The vehicle according to the invention, in particular a motor vehicle, has an engine, in particular an internal combustion engine, as well as the engine coupling unit according to the invention connected in a torque-transmitting manner to the engine.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug den Medientank zum Speichern des Prozessfluids, den Verdampfer zum Verdampfen des Prozessfluids durch die Abwärme vorbeigeführter Abgase des Motors, die Fluidpumpe zum Fördern des Prozessfluids aus dem Medientank zum Verdampfer und den, insbesondere in ein Fahrzeugkühlsystem des Fahrzeugs eingebundenen, Kondensator, der dem Expander und dem Medientank zwischengeschaltet ist, zum Kondensieren des aus dem Expander rückgeführten Prozessfluids auf.According to a preferred embodiment, the vehicle has the medium tank for storing the process fluid, the evaporator for evaporating the process fluid by the waste heat of exhaust gases passed by the engine, the fluid pump for conveying the process fluid from the media tank to the evaporator and, in particular, integrated into a vehicle cooling system of the vehicle, Capacitor, which is interposed between the expander and the media tank, for condensing the recirculated from the expander process fluid.

Des erfindungsgemäße Verfahren dient zur Leistungsübertragung zwischen einem Motor, insbesondere Verbrennungsmotor, eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, und der Motorkoppeleinheit. Dabei nimmt der Kompressor Leistung von der Drehmomentübertragungseinrichtung auf und stellt Druckluft bereit, wohingegen der Expander, der mittels des Dampfdrucks des durch Abwärme verdampften Prozessfluids betrieben wird, Leistung an die Drehmomentübertragungseinrichtung abgibt. Insbesondere nimmt der Kompressor Leistung auf, die vom Expander abgegeben wird. Zusätzlich erfolgt ein Leistungsübertrag vom Motor über das Kopplungsmittel zur Motorkoppeleinheit oder von der Motorkoppeleinheit über das Kopplungsmittel zum Motor, wenn die Motorkoppeleinheit mehr oder weniger Leistung bereitstellt, als sie selbst, insbesondere mittels des Kompressors sowie ggf. mittels der Fluidpumpe oder mittels weiterer Verbraucher, benötigt.The inventive method is used for power transmission between an engine, in particular internal combustion engine, a vehicle, in particular a motor vehicle, and the engine coupling unit. In this case, the compressor absorbs power from the torque transmitting device and provides compressed air, whereas the expander, which is operated by means of the vapor pressure of the process fluid vaporized by waste heat, outputs power to the torque transmitting device. In particular, the compressor absorbs power delivered by the expander. In addition, there is a power transfer from the engine via the coupling means to the engine coupling unit or from the engine coupling unit via the coupling means to the engine when the engine coupling unit provides more or less power than itself, in particular by means of the compressor and possibly by means of the fluid pump or by means of other consumers needed ,

Vorzugsweise fördert die Förderpumpe das Prozessfluid aus dem Medientank durch den Verdampfer zum Expander, wobei die Abwärme von den im Verdampfer vorbeigeführten Abgasen das Prozessfluid verdampft. In einem Expansionszylinder des Expanders expandiert das verdampfte Prozessfluid und verschiebt einen Expansionshubkolben im Expansionszylinder, wobei die dadurch bewirkte Verschiebung des Expansionshubkolbens in ein Drehmoment umgesetzt wird, das auf die Drehmomentübertragungseinrichtung übertragen wird und mittels dem Leistung übertragen wird. Nachfolgend kondensiert das Prozessfluid im Kondensator und fließt in den Medientank zurück. Zur Kondensation im Kondensator wird Kühlflüssigkeit am Prozessfluid vorbeigeführt.The feed pump preferably conveys the process fluid from the medium tank through the evaporator to the expander, the waste heat evaporating the process fluid from the exhaust gases passed in the evaporator. In an expansion cylinder of the expander, the vaporized process fluid expands and displaces an expansion stroke piston in the expansion cylinder, thereby causing the displacement of the expansion stroke piston caused thereby to be converted into torque transmitted to the torque transmission device and transmitted by the power. Subsequently, the process fluid condenses in the condenser and flows back into the medium tank. For condensation in the condenser coolant is passed to the process fluid.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Fluidpumpe mittels der Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere über die gemeinsame Kurbelwelle der Motorkoppeleinheit, mittels der Leistung über ein Drehmoment zum Kompressor und vom Expander überfragen wird, oder über die Expanderkurbelwelle des Expanders, mittels der Leistung über ein Drehmoment vom Expander übertragen wird, angetrieben. Die Fluidpumpe ist dabei an den Kompressor oder Expander angeflanscht oder in den Expander integriert.According to a preferred embodiment, the fluid pump is transmitted by means of the torque transmission device, in particular via the common crankshaft of the engine coupling unit, by means of the power via a torque to the compressor and the expander, or via the expander crankshaft of the expander, is transferred by means of the power via a torque from the expander , powered. The fluid pump is flanged to the compressor or expander or integrated into the expander.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus den anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:Further embodiments will become apparent from the claims and from the embodiments explained in more detail with reference to the drawing. In the drawing show:

1 eine Motorkoppeleinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nebst weiteren Komponenten für den Rankine-Prozess; 1 an engine coupling unit according to a first embodiment of the invention, together with further components for the Rankine process;

2 eine Motorkoppeleinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 2 an engine coupling unit according to a second embodiment of the invention;

3 eine Motorkoppeleinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 3 an engine coupling unit according to a third embodiment of the invention;

4 ein Flussdiagramm für übertragene Leistung und 4 a flow chart for transmitted power and

5 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung grundlegender Verfahrensschritte, insbesondere beim Rankine-Prozess. 5 a block diagram illustrating basic process steps, especially in the Rankine process.

1 zeigt eine als zweizylindrige Hubkolbenmaschine ausgebildete Motorkoppeleinheit 1 nebst weiteren Komponenten 2 zur Durchführung des sog. Rankine-Prozesses mittels Abwärme aus Abgas 4 von einem Verbrennungsmotor eines die Motorkoppeleinheit 1 aufweisenden Fahrzeugs in vereinfachter schematischer Darstellung. 1 shows a designed as a two-cylinder reciprocating engine clutch unit 1 together with other components 2 for the implementation of the so-called Rankine process by means of waste heat from exhaust gas 4 from an internal combustion engine of the engine coupling unit 1 having vehicle in a simplified schematic representation.

Die Motorkoppeleinheit 1 kann mittels eines als Zahnrad ausgebildeten Kopplungsmittels 6 mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt werden. Insbesondere ist durch das Kopplungsmittel 6 und ein in das Kopplungsmittel 6 eingreifendes weiteres Zahnrad des Motors eine Zahnradkopplung gegeben. Der Verbrennungsmotor bzw. der mit dem Kopplungsmittel 6 gekoppelten Motor treibt vorzugsweise das Fahrzeug bzw. Fahrzeugachsen des Fahrzeugs an und kann zusätzlich das Kopplungsmittel 6 und eine mit dem Kopplungsmittel 6 verbundene Drehmomentübertragungseinrichtung 8 der Motorkoppeleinheit 1 antreiben. Umgekehrt kann über das Kopplungsmittel 6 der Motor beim Antrieb des Fahrzeugs unterstützt werden. Mittels eines Drehmoments kann somit Leistung vom Motor über das Kopplungsmittel 6 zur Motorkoppeleinheit 1 bzw. zur Drehmomentübertragungseinrichtung 8 oder auch umgekehrt von der Motorkoppeleinheit 1 bzw. von der Drehmomentübertragungseinrichtung 8 über das Kopplungsmittel 6 zum Motor übertragen werden. Das Kopplungsmittel 6 ist mittels der Zahnradkopplung mit dem Motor drehmomentübertragend gekoppelt sowie fest mit der Drehmomentübertragungseinrichtung 8 bzw. mit einer gemeinsamen Kurbelwelle 10 verbunden und somit ebenfalls mit dieser Drehmomentübertragungseinrichtung 8 bzw. gemeinsamen Kurbelwelle 10 drehmomentübertragend gekoppelt.The engine coupling unit 1 can by means of a coupling device designed as a gear 6 be coupled with the internal combustion engine. In particular, by the coupling agent 6 and one in the coupling agent 6 engaging further gear of the motor given a gear coupling. The combustion engine or with the coupling agent 6 coupled engine preferably drives the vehicle or vehicle axles of the vehicle and may additionally the coupling means 6 and one with the coupling agent 6 connected torque transmitting device 8th the motor coupling unit 1 drive. Conversely, via the coupling agent 6 the engine can be assisted in driving the vehicle. By means of a torque can thus power from the engine via the coupling agent 6 to the engine coupling unit 1 or to the torque transmission device 8th or vice versa from the motor coupling unit 1 or of the torque transmission device 8th via the coupling agent 6 be transferred to the engine. The coupling agent 6 is coupled by means of gear coupling with the engine torque transmitting and fixed with the torque transmission device 8th or with a common crankshaft 10 connected and thus also with this torque transmission device 8th or common crankshaft 10 coupled torque transmitting.

Die Motorkoppeleinheit 1 weist einen als sog. Rankine-Expander ausgebildeten Expander 12, einen Kompressor 14 und eine Fluidpumpe 16 auf, wobei Teile der Motorkoppeleinheit 1, die dem Kompressor 14 zugeordnet sind links und Teile, die dem Kompressor 14 zugeordnet sind, rechts von einer gestrichelten Linie s1 dargestellt sind. Die Fluidpumpe 16 ist rechts von einer gestrichelten Linie s2 dargestellt.The engine coupling unit 1 has a designed as a so-called. Rankine expander expander 12 , a compressor 14 and a fluid pump 16 on, with parts of the engine coupling unit 1 that the compressor 14 are assigned left and parts to the compressor 14 are assigned to the right of a dashed line s1 are shown. The fluid pump 16 is shown to the right of a dashed line s2.

Die Motorkoppeleinheit 1 weist ein gemeinsames Kurbelgehäuse 18 und einen gemeinsamen Zylinderkopf 20 auf, der das gemeinsame Kurbelgehäuse 18 oben verschließt und verschiedene Anschlüsse, insbesondere für Luft, Kühlwasser und Prozessfluid für den Rankine-Prozess, bereitstellt. Das gemeinsame Kurbelgehäuse 18 sowie der gemeinsame Zylinderkopf 20 sind somit teilweise dem Expander 12, teilweise dem Kompressor 14 und teilweise der Fluidpumpe 16 zugeordnet. Eine Zuordnung von Teilen des gemeinsamen Zylinderkopfes 20 zur Fluidpumpe 16 kann alternativ auch entfallen. Ferner können anstelle des gemeinsamen Zylinderkopfes 20 auch getrennte Zylinderköpfe für den Expander 12 und den Kompressor 14 vorgesehen sein.The engine coupling unit 1 has a common crankcase 18 and a common cylinder head 20 on top of the joint crankcase 18 top closes and various connections, in particular for air, cooling water and process fluid for the Rankine process, provides. The common crankcase 18 as well as the common cylinder head 20 are thus partially the expander 12 , partly the compressor 14 and partially the fluid pump 16 assigned. An assignment of parts of the common cylinder head 20 to the fluid pump 16 may alternatively be omitted. Further, instead of the common cylinder head 20 also separate cylinder heads for the expander 12 and the compressor 14 be provided.

Die Motorkoppeleinheit 1 weist einen Expansionszylinder 22 und einen Kompressionszylinder 24 auf. Im Expansionszylinder 22 ist ein Expansionshubkolben 26 und im Kompressionszylinder 24 ein Kompressionshubkolben 28 verschiebbar gelagert und mittels einer Expanderpleuelstange 30 bzw. Kompressorpleuelstange 32 mit der gemeinsamen Kurbelwelle 10 verbunden. Im Expansionszylinder 22 expandierendes Prozessfluid 34 treibt den Expansionshubkolben 26 an, wobei die Verschiebung des Expansionshubkolbens 26 mittels der Expanderpleuelstange 30 in eine Drehbewegung der gemeinsamen Kurbelwelle 10 und somit des Kopplungsmittels 6 umgesetzt wird. Der Expander 12 ist somit drehmomentübertragend mit dem Kopplungsmittel 6 gekoppelt und gibt mittels des Drehmoments Leistung an die Drehmomentübertragungseinrichtung 8 bzw. an das Kopplungsmittel 6 ab.The engine coupling unit 1 has an expansion cylinder 22 and a compression cylinder 24 on. In the expansion cylinder 22 is an expansion stroke piston 26 and in the compression cylinder 24 a compression stroke piston 28 slidably mounted and by means of a Expanderpleuelstange 30 or compressor connecting rod 32 with the common crankshaft 10 connected. In the expansion cylinder 22 expanding process fluid 34 drives the expansion stroke piston 26 on, with the displacement of the expansion stroke piston 26 by means of the Expanderpleuelstange 30 in a rotary motion of the common crankshaft 10 and thus the coupling agent 6 is implemented. The expander 12 is thus torque transmitting with the coupling agent 6 coupled and outputs by means of torque power to the torque transmitting device 8th or to the coupling agent 6 from.

Der Kompressor 14 nimmt umgekehrt Leistung von der Drehmomentübertragungseinrichtung 8 bzw. vom Kopplungsmittel 6 auf, wobei die Drehbewegung der gemeinsamen Kurbelwelle 10 bzw. des Kopplungsmittels 6 mittels der Kompressorpleuelstange 32 in eine Verschiebung des Kompressionshubkolbens 28 im Kompressionszylinder 24 umgesetzt wird und wobei im Kompressionshubkolben 28 Luft verdichtet und somit mittels des Kompressors 14 Druckluft bereitgestellt wird.The compressor 14 vice versa takes power from the torque transmitting device 8th or from the coupling agent 6 on, the rotational movement of the common crankshaft 10 or the coupling agent 6 by means of the compressor connecting rod 32 in a displacement of the compression stroke piston 28 in the compression cylinder 24 is implemented and wherein in the compression stroke piston 28 Compressed air and thus by means of the compressor 14 Compressed air is provided.

Die Fluidpumpe 16 nimmt ebenfalls Leistung auf, die mittels des Drehmoments des Kopplungsmittels 6 bzw. der Drehmomentübertragungseinrichtung 8 bzw. der gemeinsamen Kurbelwelle 10 bereitgestellt wird.The fluid pump 16 also absorbs power by means of the torque of the coupling means 6 or the torque transmission device 8th or the common crankshaft 10 provided.

Im gemeinsamen Zylinderkopf 20, insbesondere in einem dem Kompressor 14 zugeordneten Teil des gemeinsamen Zylinderkopfes 20, sind ein Lufteingang 36 und ein Druckluftausgang 38 vorgesehen. Der Lufteingang 36 ist vorzugsweise mit einem nicht dargestellten Luftfilter verbunden, über den Luft angesaugt wird. Über den Druckluftausgang 38 wird die mittels des Kompressors 14 erzeugte Druckluft verschiedenen Drucklufteinrichtungen des Fahrzeugs bereitgestellt, bspw. Luftfedereinrichtungen oder Bremseinrichtungen.In the common cylinder head 20 especially in a compressor 14 associated part of the common cylinder head 20 , are an air inlet 36 and a compressed air outlet 38 intended. The air inlet 36 is preferably connected to an air filter, not shown, is sucked through the air. Via the compressed air outlet 38 is the means of the compressor 14 produced compressed air to various compressed air devices of the vehicle provided, for example. Air spring devices or braking devices.

Ferner weist der gemeinsame Zylinderkopf 20, insbesondere in dem dem Kompressor 14 zugeordneten Teil, einen ersten Kühlmitteleingang 40 und einen ersten Kühlmittelausgang 42 zur Kühlung des Kompressors 14 auf. Der Kompressor 14 ist mittels des ersten Kühlmitteleingangs 40 und des ersten Kühlmittelausgangs 42 in einem Kühlkreislauf des Fahrzeugs eingebunden.Furthermore, the common cylinder head 20 in particular in the compressor 14 associated part, a first coolant inlet 40 and a first coolant outlet 42 for cooling the compressor 14 on. The compressor 14 is by means of the first coolant inlet 40 and the first coolant outlet 42 involved in a cooling circuit of the vehicle.

Weiter weist der gemeinsame Zylinderkopf 20, insbesondere in einem dem Expander 12 zugeordneten Teil, einen ersten Prozessfluideingang 44 und einen ersten Prozessfluidausgang 46 auf, wobei der Expander 12 über den ersten Prozessfluideingang 44 und den ersten Prozessfluidausgang 46 mit den weiteren Komponenten 2 zur Durchführung des Rankine-Prozesses verbunden und somit in den Rankine-Prozess eingebunden ist.Next points the common cylinder head 20 especially in an expander 12 associated part, a first process fluid input 44 and a first process fluid exit 46 on, with the expander 12 over the first process fluid inlet 44 and the first process fluid exit 46 with the other components 2 connected to the implementation of the Rankine process and thus involved in the Rankine process.

Zu den weiteren Komponenten 2 zur Durchführung des Rankine-Prozesses gehören ein Verdampfer 48, ein Kondensator 50 und ein Medientank 52. Das Prozessfluid ist vorzugsweise eine organische Flüssigkeit mit einer gegenüber Wasser niedrigeren Verdampfungstemperatur. Alternativ kann das Prozessfluid 34 auch eine synthetische Flüssigkeit sein, die vorzugsweise für den Rankine-Prozess optimiert ist.To the other components 2 To carry out the Rankine process include an evaporator 48 , a capacitor 50 and a media tank 52 , The process fluid is preferably an organic liquid having a lower evaporation temperature than water. Alternatively, the process fluid 34 also be a synthetic liquid, which is preferably optimized for the Rankine process.

Das Prozessfluid 34 wird mittels der Fluidpumpe 16 bzw. mittels eines Druckaufbaumittels 53 der Fluidpumpe 16 aus dem Medientank 52 gefördert und durch den Verdampfer 48 über den ersten Prozessfluideingang 44 als Sattdampf zum Expander 12 geführt. Das flüssig aus dem Medientank 52 gepumpte Prozessfluid verdampft dabei im Verdampfer 48, indem das warme Abgas 4 im Verdampfer 48 einen Teil seiner Wärmeenergie zum Verdampfen des Prozessfluids 34 an dieses Prozessfluid 34 abgibt und demgegenüber erkaltet als Abgas 4 den Verdampfer 48 wieder verlässt. Im Expander 12 expandiert das Prozessfluid 34 und treibt den Expansionshubkolben 26 und damit die Drehmomentübertragungseinrichtung 8 bzw. das Kopplungsmittel 6 an. Nachfolgend wird das Prozessfluid 34 durch den ersten Prozessfluidausgang 46 und durch den Kondensator 50 zum Medientank 52 rückgeführt, wobei das Prozessfluid im Kondensator 50 wieder kondensiert bzw. verflüssigt wird. Hierfür Ist der Kondensator 50 über einen zweiten Kühlmitteleingang 54 und einen zweiten Kühlmittelausgang 56 in den Kühlkreislauf des Fahrzeugs eingebunden, wobei Kühlflüssigkeit des Kühlkreislaufs im Kondensator 50 Wärme vom Prozessfluid 34 aufnimmt.The process fluid 34 is by means of the fluid pump 16 or by means of a pressure build-up means 53 the fluid pump 16 from the media tank 52 promoted and through the evaporator 48 over the first process fluid inlet 44 as saturated steam to the expander 12 guided. The liquid from the media tank 52 pumped process fluid evaporates in the evaporator 48 by removing the warm exhaust gas 4 in the evaporator 48 a portion of its heat energy to evaporate the process fluid 34 to this process fluid 34 gives off and cooled in contrast as exhaust 4 the evaporator 48 leaves again. In the expander 12 the process fluid expands 34 and drives the Expansionshubkolben 26 and thus the torque transmitting device 8th or the coupling agent 6 at. The following is the process fluid 34 through the first process fluid outlet 46 and through the capacitor 50 to the media tank 52 recycled, with the process fluid in the condenser 50 is condensed or liquefied again. For this is the capacitor 50 via a second coolant inlet 54 and a second coolant outlet 56 involved in the cooling circuit of the vehicle, wherein cooling liquid of the cooling circuit in the condenser 50 Heat from the process fluid 34 receives.

2 und 3 zeigen beispielhaft eine zweite Motorkoppeleinheit 1' und eine dritte Motorkoppeleinheit 1'' gemäß zwei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche bzw. funktionsgleiche oder ähnliche Bauteile. Ferner sind auch die Motorkoppeleinheiten 1' und 1'' in den Rankine-Prozess eingebunden, wobei die weiteren Komponenten 2 zur Durchführung des Rankine-Prozesses aus 1 zwar in den 2 und 3 nicht dargestellt, jedoch gleichwohl am Fahrzeug vorhanden und mit der Motorkoppeleinheit 1' bzw. 1'' verbunden sind. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass die beispielhaft dargestellten Motorkoppeleinheiten 1, 1', 1'' gemäß den 1, 2 und 3 lediglich einige mögliche Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wobei sich der Fachmann durch Kombination von Merkmalen der Ausführungsbeispiele, durch Erweiterung dieser Ausführungsbeispiele und durch Austausch von Mitteln durch gleich oder ähnlich wirkende Mittel weitere Ausführungsformen selbst erschließt. 2 and 3 show by way of example a second motor coupling unit 1' and a third motor coupling unit 1'' according to two further embodiments of the invention. The same reference numerals designate the same or functionally identical or similar components. Furthermore, the motor coupling units are also 1' and 1'' involved in the Rankine process, with the other components 2 to carry out the Rankine process 1 while in the 2 and 3 not shown, but nevertheless present on the vehicle and with the engine coupling unit 1' respectively. 1'' are connected. Finally, it should be noted that the motor coupling units exemplified 1 . 1' . 1'' according to the 1 . 2 and 3 merely show some possible embodiments of the invention, wherein the skilled person by combining features of the embodiments, by extension of these embodiments and by exchange of means by the same or similar acting means further embodiments even opens up.

2 zeigt die Motorkoppeleinheit 1, welche wiederum als Hubkolbenmaschine ausgebildet ist, wobei jedoch ein einem Expander 12 und der Fluidpumpe 16 zugeordnetes Expanderkurbelgehäuse 58 und ein entsprechend zugeordneter Expanderzylinderkopf 60 baulich separat von einem Kompressorkurbelgehäuse 62 und einem Kompressorzylinderkopf 64, die einem Kompressor 14' zugeordnet sind, angeordnet sind. 2 shows the motor coupling unit 1 , which in turn is designed as a reciprocating engine, but with an expander 12 and the fluid pump 16 associated expander crankcase 58 and a correspondingly associated expander cylinder head 60 structurally separate from a compressor crankcase 62 and a compressor cylinder head 64 that a compressor 14 ' are assigned, are arranged.

Entsprechend ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung 8' gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel von 1 nicht durch eine gemeinsame Kurbelwelle 10 gebildet, sondern weist eine im Expanderkurbelgehäuse 58 gelagerte Expanderkurbelwelle 66 und eine im Kompressorkurbelgehäuse 62 gelagerte Kompressorkurbelwelle 68 auf. Die Expanderkurbelwelle 66 und die Kompressorkurbelwelle 68 sind mittels Kurbelwellenkopplungsmitteln 70 drehmomentübertragend miteinander verbunden, wobei die Kurbelwellenkopplungsmittel 70 das Drehmoment mittels Vielkeilzahnung übertragen. Insbesondere greift dabei ein erstes inneres Zahnrad 72 in ein erstes äußeres Zahnrad 74 ein, wobei die Zahnräder 72 und 74 in der Figur lediglich aus Darstellungsgründen beabstandet voneinander dargestellt sind. Die Kurbelwellenkopplungsmittel 70 umfassen nämlich eine ansonsten nicht darstellbare Verbindungsstange 76, die in das erste innere Zahnrad 72 und das erste äußere Zahnrad 74 bzw. in die Kompressorkurbelwelle 68 und die Expanderkurbelwelle 66 eingreift und die Kompressorkurbelwelle 68 und die Expanderkurbelwelle 66 dadurch axial zueinander ausrichtet. Wenn gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ein Versatz der Expanderkurbelwelle 66 zur Kompressorkurbelwelle 68 gewünscht ist, kann das Kurbelwellenkopplungsmittel 70 bspw. als sog. Oldham-Kupplung ausgeführt sein.Accordingly, a torque transmission device 8th' compared to the first embodiment of 1 not by a common crankshaft 10 formed, but has a in the expander crankcase 58 mounted expander crankshaft 66 and one in the compressor crankcase 62 mounted compressor crankshaft 68 on. The expander crankshaft 66 and the compressor crankshaft 68 are by means of crankshaft coupling means 70 torque transmitting interconnected, wherein the crankshaft coupling means 70 the torque transmitted by spline. In particular, a first inner gear engages 72 in a first outer gear 74 one, with the gears 72 and 74 are shown spaced apart from each other in the figure for illustrative purposes only. The crankshaft coupling means 70 Namely include an otherwise not representable connecting rod 76 in the first inner gear 72 and the first outer gear 74 or in the compressor crankshaft 68 and the expander crankshaft 66 engages and the compressor crankshaft 68 and the expander crankshaft 66 thereby aligns axially with each other. If, according to an alternative embodiment, an offset of the expander crankshaft 66 to the compressor crankshaft 68 is desired, the crankshaft coupling means 70 For example, be designed as so-called. Oldham coupling.

Ferner weist die Motorkoppeleinheit 1' Gehäuseverbindungsmittel 78, insbesondere Schrauben, auf, durch welche das Kompressorkurbelgehäuse 62 und das Expanderkurbelgehäuse 58 miteinander verbunden bzw. verschraubt sind.Furthermore, the engine coupling unit 1' Housing connection means 78 , in particular screws, through which the compressor crankcase 62 and the expander crankcase 58 are connected or screwed together.

Das Kompressorkurbelgehäuse 62 und das Expanderkurbelgehäuse 58 sind lediglich zum Zweck einer deutlichen Darstellung des Kurbelwellenkopplungsmittels 70, insbesondere der Verbindungsstange 76, und der Gehäuseverbindungsmittel bzw. Schrauben 78 beabstandet voneinander dargestellt. Vorzugsweise grenzen das Kompressorkurbelgehäuse 62 und das Expanderkurbelgehäuse 58 zumindest teilweise direkt aneinander bzw. sind lediglich durch eine nicht dargestellte Dichtung, insbesondere einen Dichtring, voneinander getrennt. Zumindest muss das erste innere Zahnrad 72 in das erste äußere Zahnrad 74 eingreifen.The compressor crankcase 62 and the expander crankcase 58 are merely for the purpose of a clear representation of the crankshaft coupling means 70 , in particular the connecting rod 76 , and the housing connecting means or screws 78 spaced apart from each other. Preferably, the compressor crankcase boundaries 62 and the expander crankcase 58 at least partially directly to each other or are separated only by a seal, not shown, in particular a sealing ring. At least the first inner gear must 72 in the first outer gear 74 intervention.

Der Kompressor 14 weist gegenüber dem Kompressor 14 des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 neben dem Kompressionszylinder 24 mit dem Kompressionshubkolben 28 noch einen weiteren Kompressionszylinder 80 mit einem weiteren Kompressionshubkolben 82 auf, der über eine weitere Kompressorpleuelstange 84 mittels der Kompressorkurbelwelle 68 angetrieben wird. Ferner ist der Kompressor 14' in der Motorkoppeleinheit 1' dem Kopplungsmittel 6 zugewandt, wohingegen der Expander 12' mit der Fluidpumpe 16 gegenüber dem Kopplungsmittel 6 und gegenüber dem Motor dem Kompressor 14' nachgeordnet angeordnet ist, da der Kompressor 14' über ein höheres Nennmoment als der Expander 12' mit der Fluidpumpe 16 verfügt und auf diese Weise die Materialbelastung bei der Motorkoppeleinheit 1' gering gehalten werden kann.The compressor 14 points opposite to the compressor 14 of the first embodiment according to 1 next to the compression cylinder 24 with the compression stroke piston 28 yet another compression cylinder 80 with another compression stroke piston 82 on top of another compressor connecting rod 84 by means of the compressor crankshaft 68 is driven. Further, the compressor 14 ' in the engine coupling unit 1' the coupling agent 6 facing, whereas the expander 12 ' with the fluid pump 16 opposite the coupling agent 6 and opposite the engine to the compressor 14 ' arranged downstream, since the compressor 14 ' over a higher rated torque than the expander 12 ' with the fluid pump 16 has and in this way the material load on the motor coupling unit 1' can be kept low.

Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel können Anschlüsse zur Einbindung der Fluidpumpe 16 in den Rankine-Prozess auch über den Expanderzylinderkopf 60 geführt sein. Gemäß einer Weiterbildung können auch einige oder alle der weiteren Komponenten 2 zur Durchführung des Rankine-Prozesses in den Expander 12' integriert sein, wobei einzelne oder alle Eingänge und Ausgänge für das Prozessfluid 34 entfallen können, jedoch ggf. Ein- und Ausgänge für das Abgas 4 bzw. 4' sowie ggf. für die Einbindung in den Kühlkreislauf zusätzlich vorgesehen sind.As an alternative to the exemplary embodiment shown, connections can be made for the integration of the fluid pump 16 in the Rankine process also over the expander cylinder head 60 be guided. According to a further development, some or all of the other components can also be used 2 to perform the Rankine process in the expander 12 ' be integrated, with individual or all inputs and outputs for the process fluid 34 may be omitted, but possibly inputs and outputs for the exhaust gas 4 respectively. 4 ' and possibly additionally provided for integration into the cooling circuit.

Aus dem Expanderkurbelgehäuse 58 ragt ein mit der Expanderkurbelwelle 66 verbundenes weiteres inneres Zahnrad 86 heraus, das als Teil eines weiteren Kopplungsmittels das Ankoppeln einer weiteren Komponente, bspw. eines weiteren Kompressors, ermöglicht. Das weitere innere Zahnrad 86 kann alternativ jedoch auch entfallen oder erst im Bedarfsfall mit der Expanderkurbelwelle 66 verbunden sein.From the expander crankcase 58 protrudes with the expander crankshaft 66 connected further inner gear 86 out, which as part of a further coupling means, the coupling of another component, for example. Another compressor allows. The other inner gear 86 Alternatively, however, can also be omitted or only in case of need with the expander crankshaft 66 be connected.

3 zeigt die Motorkoppeleinheit 1'' mit einem Expander 12'', einem daran angeflanschten Kompressor 14'' und einer an den Kompressor 14'' angeflanschten Fluidpumpe 16. Im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist der Expander 12'' der Motorkoppeleinheit 1'' gemäß 3 ein höheres Nennmoment als der Kompressor 14'' auf und ist daher zum direkten Anflanschen an den Motor des Fahrzeugs vorgesehen. Das Kopplungsmittel bzw. Zahnrad 6 ist deshalb direkt mit einer Expanderkurbelwelle 66 verbunden. Über ein Drehmoment kann der Expander 12'' daher über das Kopplungsmittel 6 Leistung an den Motor abgeben. Zusätzlich zum Expansionszylinder 22 und dem Expansionshubkolben 26 weist der Expander 12'' einen weiteren Expansionszylinder 88 mit einem weiteren Expansionshubkolben 90 auf, der mittels einer weiteren Expanderpleuelstange 92 mit der Expanderkurbelwelle 66' verbunden ist. 3 shows the motor coupling unit 1'' with an expander 12 '' , a compressor flanged to it 14 '' and one to the compressor 14 '' flanged fluid pump 16 , In contrast to the second embodiment according to 2 points the expander 12 '' the motor coupling unit 1'' according to 3 a higher rated torque than the compressor 14 '' and is therefore intended for direct flanging to the engine of the vehicle. The coupling agent or gear 6 is therefore directly with an expander crankshaft 66 connected. About a torque, the expander 12 '' therefore via the coupling agent 6 Deliver power to the engine. In addition to the expansion cylinder 22 and the expansion stroke piston 26 points the expander 12 '' another expansion cylinder 88 with another expansion stroke piston 90 on, by means of another Expanderpleuelstange 92 with the expander crankshaft 66 ' connected is.

Die Expansionshubkolben 26 und 90 sind somit einschließlich der Expanderkurbelwelle 66' in einem zweizylindrigen Expanderkurbelgehäuse 58' angeordnet. Am Expanderkurbelgehäuse 58' ist ein Expanderzylinderkopf 60' mit dem ersten Prozessfluideingang 44 und dem ersten Prozessfluidausgang 46 angeordnet.The expansion stroke pistons 26 and 90 are thus including the expander crankshaft 66 ' in a two-cylinder expander crankcase 58 ' arranged. On the expander crankcase 58 ' is an expander cylinder head 60 ' with the first process fluid inlet 44 and the first process fluid exit 46 arranged.

Der Lufteingang 36, der Druckluftausgang 38, der erste Kühlmitteleingang 40 und der erste Kühlmittelausgang 42 sind an einem Kompressorzylinderkopf 64' des Kompressors 14'' angeordnet. Ein Kompressorkurbelgehäuse 62' des Kompressors 14'' ist mittels der Gehäuseverbindungsmittel 78 mit dem Expanderkurbelgehäuse 58' verbunden.The air inlet 36 , the compressed air outlet 38 , the first coolant inlet 40 and the first coolant outlet 42 are on a compressor cylinder head 64 ' of the compressor 14 '' arranged. A compressor crankcase 62 ' of the compressor 14 '' is by means of the housing connection means 78 with the expander crankcase 58 ' connected.

Der Kompressor 14'' ist indirekt über den Expander 12'' mit dem Motor gekoppelt. Eine drehmomentübertragende Kopplung der Expanderkurbelwelle 66' mit einer Kompressorkurbelwelle 68' des Kompressors 14'' ist wiederum mittels der Kurbelwellenkopplungsmittel 70 realisiert, wobei gegenüber 2 das erste innere Zahnrad 72 dem Expander 12'' zugeordnet bzw. mit dem Expander 12'' verbunden ist und das erste äußere Zahnrad 74 dem Kompressor 14'' zugeordnet bzw. mit der Kompressorkurbelwelle 68' verbunden ist. Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 8'' der Motorkoppeleinheit 1'' weist die Expanderkurbelwelle 66', die Kompressorkurbelwelle 68' und die Kurbelwellenkopplungsmittel 70 auf.The compressor 14 '' is indirectly via the expander 12 '' coupled with the engine. A torque-transmitting coupling of the expander crankshaft 66 ' with a compressor crankshaft 68 ' of the compressor 14 '' is again by means of the crankshaft coupling means 70 realized, being opposite 2 the first inner gear 72 the expander 12 '' assigned or with the expander 12 '' is connected and the first outer gear 74 the compressor 14 '' assigned or with the compressor crankshaft 68 ' connected is. A torque transmission device 8th'' the motor coupling unit 1'' has the expander crankshaft 66 ' , the compressor crankshaft 68 ' and the crankshaft coupling means 70 on.

Die Fluidpumpe 16' ist mittels weiterer Gehäuseverbindungsmittel bzw. Schrauben 94 am Kompressorkurbelgehäuse 62' befestigt. Eine drehmomentübertragende Kopplung der Kompressorkurbelwelle 68' mit einer Fluidpumpendrehachse 96 zum Antrieb des Druckaufbaumittels 53 ist über ein weiteres Kopplungsmittel 98 gegeben, wobei dieses weitere Kopplungsmittel 98 das weitere innere Zahnrad 86, ein weiteres äußeres Zahnrad 100 und eine weitere Verbindungsstange 102 aufweist.The fluid pump 16 ' is by means of other housing connecting means or screws 94 on the compressor crankcase 62 ' attached. A torque transmitting coupling of the compressor crankshaft 68 ' with a fluid pump rotation axis 96 for driving the pressure build-up means 53 is about another coupling agent 98 given, this further coupling agent 98 the other inner gear 86 , another outer gear 100 and another connecting rod 102 having.

4 zeigt beispielhaft ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Leistungsflusses bei einer Anordnung mit der Motorkoppeleinheit 1. Das Flussdiagramm gilt jedoch ebenso für jede andere erfindungsgemäße Motorkoppeleinheit, bspw. auch die Motorkoppeleinheiten 1 und 1''. 4 shows by way of example a flowchart for illustrating the power flow in an arrangement with the motor coupling unit 1 , However, the flowchart also applies to any other motor coupling unit according to the invention, for example, the motor coupling units 1 and 1'' ,

Die Motorkoppeleinheit 1 ist über ihr Kopplungsmittel 6 mit einem Motor 104 gekoppelt bzw. koppelbar. Im Falle der Kopplung ist sowohl eine Leistungsabgabe des Motors 104 über ein Drehmoment an die Motorkoppeleinheit 1 als auch umgekehrt eine Leistungsabgabe der Motorkoppeleinheit 1 über ein Drehmoment an den Motor 104 möglich, was durch einen ersten Doppelpfeil 106 angedeutet ist. Das Kopplungsmittel 6 ist wiederum mit der Drehmomentübertragungseinrichtung 8 gekoppelt bzw. verbunden, so dass, durch einen zweiten Doppelpfeil 108 angedeutet, über ein Drehmoment die Leistung vom Motor 104 über das Kopplungsmittel 6 weiter zur Drehmomentübertragungseinrichtung 8 bzw. umgekehrt von der Drehmomentübertragungseinrichtung 8 über das Kopplungsmittel 6 zum Motor 104 übertragen wird.The engine coupling unit 1 is about her coupling agent 6 with a motor 104 coupled or coupled. In the case of coupling is both a power output of the engine 104 via a torque to the motor coupling unit 1 and vice versa, a power output of the motor coupling unit 1 via a torque to the engine 104 possible, resulting in a first double arrow 106 is indicated. The coupling agent 6 is in turn with the torque transmitting device 8th coupled or connected, so that, by a second double arrow 108 indicated by a torque the power from the engine 104 via the coupling agent 6 on to the torque transmission device 8th or vice versa of the torque transmitting device 8th via the coupling agent 6 to the engine 104 is transmitted.

Der Expander 12 treibt die Drehmomentübertragungseinrichtung 8 an und überträgt somit gemäß einem ersten Richtungspfeil 110 Leistung an die Drehmomentübertragungseinrichtung 8. Von der Drehmomentübertragungseinrichtung 8 wird wiederum Leistung gemäß einem zweiten Richtungspfeil 112 an den Kompressor 14 sowie gemäß einem dritten Richtungspfeil 114 an die Fluidpumpe 16 abgegeben. Wenn die Leistungsabgabe vom Expander 12 an die Drehmomentübertragungseinrichtung 8 größer ist als die Leistungsaufnahme des Kompressors 14 und der Fluidpumpe 16 von der Drehmomentübertragungseinrichtung 8, wird insgesamt Leistung über das Kopplungsmittel 6 an den Motor 104 abgegeben. Trotz des Kompressorbetriebs kann die Motorkoppeleinheit 1 somit den Motor 104 aufgrund der Nutzung der Abwärme des Abgases 4 unterstützen.The expander 12 drives the torque transmission device 8th and thus transmits according to a first directional arrow 110 Power to the torque transfer device 8th , From the torque transmission device 8th turn will turn on power according to a second directional arrow 112 to the compressor 14 and according to a third directional arrow 114 to the fluid pump 16 issued. When the power output from the expander 12 to the torque transmitting device 8th greater than the power consumption of the compressor 14 and the fluid pump 16 from the torque transmitting device 8th , Total power will be through the coupling agent 6 to the engine 104 issued. Despite the compressor operation, the engine coupling unit 1 thus the engine 104 due to the use of the waste heat of the exhaust gas 4 support.

Wenn dagegen der Kompressor 14 und die Fluidpumpe 16 zusammen mehr Leistung aufnehmen als vom Expander 12 bereitgestellt wird, gibt der Motor 104 zwar Leistung über das Kopplungsmittel 6 an die Motorkoppeleinheit 1 ab. Jedoch ist diese Leistungsabgabe vom Motor 104 aufgrund der Unterstützung durch den Expander 12 geringer, als allein zum Betrieb des Kompressors 14 notwendig. Insbesondere ist die über das expandierende Prozessfluid 34 bereitgestellte Leistung um ein Vielfaches höher als die von der Fluidpumpe 16 zum Druckaufgabe benötigte Leistung, so dass der Rankine-Prozess die vom Motor 104 bereitzustellende Leistung reduziert. If, on the other hand, the compressor 14 and the fluid pump 16 together take more power than the expander 12 is provided, the engine gives 104 Although power over the coupling agent 6 to the motor coupling unit 1 from. However, this power output is from the engine 104 due to the support of the expander 12 less than the compressor alone 14 necessary. In particular, that is via the expanding process fluid 34 provided power many times higher than that of the fluid pump 16 Power required for the print job, so that the Rankine process that of the engine 104 reduced power to be provided.

5 zeigt in einem Blockschaltbild wesentliche Verfahrensschritte für den Rankine-Prozess am Beispiel der Motorkoppeleinheit 1 gemäß 1. Der Rankine-Prozess ist ein fortlaufend stattfindender Kreisprozess, der von einer Steuereinrichtung zentral gesteuert wird. Seine Beschreibung wird beispielhaft mit einem Schritt 116 begonnen, gemäß dem die Fluidpumpe 16 das Prozessfluid 34 aus dem Medientank 52 mit Druck in den Verdampfer 48 pumpt. Im Verdampfer 48 wird dem Prozessfluid 34 mittels Wärme des Abgases 4 Energie zugeführt, so dass das Prozessfluid 34 gemäß einem Schritt 118 verdampft. Das verdampfte Prozessfluid 34 wird gemäß einem Schritt 120 dem Expander 12 zugeführt. 5 shows in a block diagram essential process steps for the Rankine process using the example of the motor coupling unit 1 according to 1 , The Rankine process is a continuous cycle that is centrally controlled by a controller. His description is exemplary with a step 116 started, according to which the fluid pump 16 the process fluid 34 from the media tank 52 with pressure in the evaporator 48 inflated. In the evaporator 48 becomes the process fluid 34 by means of heat of the exhaust gas 4 Energy supplied, so that the process fluid 34 according to a step 118 evaporated. The evaporated process fluid 34 becomes according to a step 120 the expander 12 fed.

Gemäß einem Schritt 122 verschiebt das im Expansionszylinder 22 expandierende Prozessfluid 34 den Expansionskolben 26 und gibt somit gemäß Schritt 124 Leistung über ein Drehmoment an die Drehmomentübertragungseinrichtung 8 bzw. an das Kopplungsmittel 6 ab. Zusammen mit dem Schritt 124 sind in einem Verfahrensblock 123 zeitgleich stattfindende Schritte 126, 128 und 130 angeordnet. Gemäß dem Schritt 126 erfolgt eine Leistungsabgabe von der Drehmomentübertragungseinrichtung 8 bzw. vom Kopplungsmittel 6 an den Kompressor 14. Eine Leistungsabgabe von der Drehmomentübertragungseinrichtung 8 bzw. vom Kopplungsmittel 6 an die Fluidpumpe 16 erfolgt gemäß dem Schritt 128. Sofern der Leistungsübertrag gemäß dem Schritt 124 nicht gerade durch den Leistungsübertrag gemäß Schritten 126 und 128 kompensiert wird, erfolgt zusätzlich ein Leistungsübertrag zwischen dem Motor 104 und der Motorkoppeleinheit 1 gemäß dem Schritt 130.In one step 122 move that in the expansion cylinder 22 expanding process fluid 34 the expansion piston 26 and thus gives according to step 124 Power via a torque to the torque transmitting device 8th or to the coupling agent 6 from. Together with the step 124 are in a process block 123 simultaneous steps 126 . 128 and 130 arranged. According to the step 126 there is a power output from the torque transmitting device 8th or from the coupling agent 6 to the compressor 14 , A power output from the torque transmitting device 8th or from the coupling agent 6 to the fluid pump 16 takes place according to the step 128 , If the power transfer according to the step 124 not just by the power transfer according to steps 126 and 128 is compensated, there is also a power transfer between the engine 104 and the motor coupling unit 1 according to the step 130 ,

Auf den Schritt 122 folgt im Rankine-Prozess ein Schritt 132, gemäß dem das verdampfte und expandierte Prozessfluid 34 im Kondensator 50, zu dem es rückgeführt wird, kondensiert. Schließlich fließt das kondensierte Prozessfluid 34 gemäß einem Schritt 134 zurück in den Medientank 52, aus dem es wiederum gemäß dem Schritt 116 herausgepumpt werden kann. Damit ist der Kreis geschlossen.On the step 122 follows a step in the Rankine process 132 according to which the vaporized and expanded process fluid 34 in the condenser 50 to which it is recycled condenses. Finally, the condensed process fluid flows 34 according to a step 134 back to the media tank 52 which in turn according to the step 116 can be pumped out. This closes the circle.

Die Erfindung ermöglicht eine Nutzung von Abgasabwärme unter Nutzung vorhandener Motorschnittstellen und Komponenten bspw. eines Kompressors des Fahrzeugs. Dabei sind nur wenige Modifikationen am Verbrennungsmotor erforderlich. Zudem wird durch die Integration des Expanders mit dem Kompressor in der Motorkoppeleinheit das Fahrzeuggewicht gegenüber einem Fahrzeug ohne Expander nur geringfügig erhöht.The invention makes it possible to use waste gas waste gas using existing engine interfaces and components, for example a compressor of the vehicle. Only a few modifications to the internal combustion engine are required. In addition, by integrating the expander with the compressor in the engine coupling unit, the vehicle weight is increased only slightly compared with a vehicle without an expander.

Alle in den vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.All mentioned in the foregoing description and in the claims features are used individually as well as in any combination with each other. The disclosure of the invention is therefore not limited to the described or claimed feature combinations. Rather, all feature combinations are to be regarded as disclosed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1', 1''1, 1 ', 1' '
Motorkoppeleinheit/HubkolbenmaschineMotor coupling unit / reciprocating engine
22
weitere Komponenten zur Durchführung des Rankine-Prozessesother components for the implementation of the Rankine process
4, 4'4, 4 '
Abgasexhaust
66
Kopplungsmittel/ZahnradCoupling agent / Gear
8, 8', 8''8, 8 ', 8' '
DrehmomentübertragungseinrichtungTorque transfer device
1010
gemeinsame Kurbelwellecommon crankshaft
12, 12', 12''12, 12 ', 12' '
Expanderexpander
14, 14', 14''14, 14 ', 14' '
Kompressorcompressor
16, 16'16, 16 '
Fluidpumpefluid pump
1818
gemeinsames Kurbelgehäusecommon crankcase
2020
gemeinsamer Zylinderkopfcommon cylinder head
2222
Expansionszylinderexpansion cylinder
2424
Kompressionszylindercompression cylinder
2626
ExpansionshubkolbenExpansionshubkolben
2828
KompressionshubkolbenKompressionshubkolben
3030
ExpanderpleuelstangeExpanderpleuelstange
3232
KompressorpleuelstangeKompressorpleuelstange
3434
Prozessfluidprocess fluid
3636
Lufteingangair inlet
3838
DruckluftausgangCompressed air outlet
4040
erster Kühlmitteleingangfirst coolant inlet
4242
erster Kühlmittelausgangfirst coolant outlet
4444
erster Prozessfluideingangfirst process fluid inlet
4646
erster Prozessfluidausgangfirst process fluid outlet
4848
VerdampferEvaporator
5050
Kondensatorcapacitor
5252
Medientankmedia tank
5353
DruckaufbaumittelPressure building means
5454
zweiter Kühlmitteleingangsecond coolant inlet
5656
zweiter Kühlmittelausgangsecond coolant outlet
58, 58'58, 58 '
Expanderkurbelgehäuseexpander crankcase
60, 60'60, 60 '
ExpanderzylinderkopfExpander cylinder head
62, 62'62, 62 '
Kompressorkurbelgehäusecompressor crankcase
64, 64'64, 64 '
KompressorzylinderkopfCompressor cylinder head
66, 66'66, 66 '
Expanderkurbelwelleexpander crankshaft
68, 68'68, 68 '
Kompressorkurbelwellecompressor crankshaft
7070
KurbelwellenkopplungsmittelCrankshaft coupling agent
7272
erster inneres Zahnradfirst inner gear
7474
erstes äußeres Zahnradfirst outer gear
7676
Verbindungsstangeconnecting rod
7878
Gehäuseverbindungsmittel/SchraubenHousing connection means / screws
8080
weiterer Kompressionszylinderanother compression cylinder
8282
weiterer Kompressionshubkolbenadditional compression stroke piston
8484
weitere Kompressorpleuelstangeadditional compressor connecting rod
8686
weiteres inneres Zahnradanother inner gear
8888
weiterer Expansionszylinderanother expansion cylinder
9090
weiterer Expansionshubkolbenfurther expansion stroke piston
9292
weitere Expanderpleuelstangefurther expander connecting rod
9494
weitere Gehäuseverbindungsmittelfurther housing connection means
9696
FluidpumpendrehachseFluid pump rotational axis
9898
weiteres Kopplungsmittelanother coupling agent
100100
weiteres äußeres Zahnradanother outer gear
102102
weitere Verbindungsstangeanother connecting rod
104104
Motorengine
106106
erster Doppelpfeilfirst double arrow
108108
zweiter Doppelpfeilsecond double arrow
110110
erster Richtungspfeilfirst directional arrow
112112
zweiter Richtungspfeilsecond directional arrow
114114
dritter Richtungspfeilthird directional arrow
116116
Pumpen des Prozessfluids in VerdampferPumping the process fluid in evaporator
118118
Verdampfen des ProzessfluidsVaporizing the process fluid
120120
Zuführen des verdampften Prozessfluids zu ExpanderSupplying the vaporized process fluid to expander
122122
Verschieben des ExpansionshubkolbensMoving the expansion stroke piston
123123
Leistungsblockpower block
124124
Leistungsabgabe an Drehmomentübertragungseinrichtung bzw. KopplungsmittelPower output to torque transmitting device or coupling means
126126
Leistungsabgabe an Kompressor bzw. Leistungsaufnahme durch KompressorPower output to compressor or power consumption by compressor
128128
Leistungsabgabe an Fluidpumpe bzw. Leistungsaufnahme durch FluidpumpePower output to fluid pump or power consumption by fluid pump
130130
Leistungsübertrag zwischen Motor und MotorkoppeleinheitPower transfer between motor and motor coupling unit
132132
Kondensieren des Prozessfluids im KondensatorCondensing the process fluid in the condenser
134134
Zurückfließen des Prozessfluids in MedientankBackflow of the process fluid into the media tank

Claims (12)

Motorkoppeleinheit (1, 1', 1''), insbesondere Hubkolbenmaschine, zur drehmomentübertragenden Verbindung mit einem Motor (104), insbesondere Verbrennungsmotor, eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, wobei die Motorkoppeleinheit (1, 1', 1'') aufweist: einen Kompressor (14, 14', 14'') zum Bereitstellen von Druckluft, eine Drehmomentübertragungseinrichtung (8, 8', 8'') zum Antrieb des Kompressors und ein Kopplungsmittel (6) zur drehmomentübertragenden Kopplung der Drehmomentübertragungseinrichtung (8, 8', 8'') mit dem Motor (104), gekennzeichnet durch einen mittels des Dampfdrucks eines durch Abwärme verdampften Prozessfluids (34) betriebenen Expander (12, 12', 12'') zum Antrieb der Drehmomentübertragungseinrichtung (8, 8', 8'').Motor coupling unit ( 1 . 1' . 1'' ), in particular reciprocating engine, for torque-transmitting connection with a motor ( 104 ), in particular internal combustion engine, of a vehicle, in particular a motor vehicle, wherein the engine coupling unit ( 1 . 1' . 1'' ) comprises: a compressor ( 14 . 14 ' . 14 '' ) for providing compressed air, a torque transmission device ( 8th . 8th' . 8th'' ) for driving the compressor and a coupling agent ( 6 ) for the torque-transmitting coupling of the torque transmission device ( 8th . 8th' . 8th'' ) with the engine ( 104 ), characterized by a by means of the vapor pressure of a process fluid vaporized by waste heat ( 34 ) operated expander ( 12 . 12 ' . 12 '' ) for driving the torque transmission device ( 8th . 8th' . 8th'' ). Motorkoppeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (14, 14', 14'') wenigstens einen Kompressionshubkolben (28, 82) zur Drucklufterzeugung und/oder der Expander (12, 12', 12'') wenigstens einen Expansionshubkolben (22, 90) zur Expansion des Prozessfluids (34) aufweist.Motor coupling unit according to claim 1, characterized in that the compressor ( 14 . 14 ' . 14 '' ) at least one compression stroke piston ( 28 . 82 ) for generating compressed air and / or the expander ( 12 . 12 ' . 12 '' ) at least one expansion stroke piston ( 22 . 90 ) for the expansion of the process fluid ( 34 ) having. Motorkoppeleinheit nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Kurbelgehäuse (18), in dem der Kompressor (14) und der Expander (12) angeordnet sind, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtung (8) eine gemeinsame Kurbelwelle (10) ist zum Übertragen von Leistung mittels eines Drehmoments von der Drehmomentübertragungseinrichtung (8) zum Kompressor (14) und vom Expander (12) zur Drehmomentübertragungseinrichtung (8).Engine coupling unit according to claim 1 or 2, characterized by a common crankcase ( 18 ), in which the compressor ( 14 ) and the expander ( 12 ), wherein the torque transmission device ( 8th ) a common crankshaft ( 10 ) is for transmitting power by means of a torque from the torque transmitting device ( 8th ) to the compressor ( 14 ) and the expander ( 12 ) to the torque transmission device ( 8th ). Motorkoppeleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (14', 14'') ein Kompressorkurbelgehäuse (62, 62') und eine drehmomentübertragend mit dem Kopplungsmittel (6) verbundene Kompressorkurbelwelle (68, 68') der Drehmomentübertragungseinrichtung (8', 8'') zum Übertragen von Leistung mittels eines Drehmoments von der Drehmomentübertragungseinrichtung (8', 8') zum Kompressor (14, 14') aufweist, der Expander (12, 12'') ein Expanderkurbelgehäuse (58, 58') und eine drehmomentübertragend mit dem Kopplungsmittel (6) verbundene Expanderkurbelwelle (66, 66') der Drehmomentübertragungseinrichtung (8', 8'') zum Übertragen von Leistung mittels eines Drehmoments vom Expander (12', 12'') zur Drehmomentübertragungseinrichtung (8', 8'') aufweist und die Motorkoppeleinheit (1', 1'') Gehäuseverbindungsmittel (78) zum Verbinden des Kompressorkurbelgehäuses (62, 62') und des Expanderkurbelgehäuses (58, 58') miteinander und Kurbelwellenkopplungsmittel (70) der Drehmomentübertragungseinrichtung (8', 8'') zum drehmomentübertragenden Koppeln der Kompressorkurbelwelle (68, 68') und der Expanderkurbelwelle (66, 66') miteinander aufweist.Motor coupling unit according to claim 1 or 2, characterized in that the compressor ( 14 ' . 14 '' ) a compressor crankcase ( 62 . 62 ' ) and a torque transmitting with the coupling agent ( 6 ) connected compressor crankshaft ( 68 . 68 ' ) of the torque transmission device ( 8th' . 8th'' ) for transmitting power by means of a torque from the torque transmission device ( 8th' . 8th' ) to the compressor ( 14 . 14 ' ), the expander ( 12 . 12 '' ) an expander crankcase ( 58 . 58 ' ) and a torque transmitting with the coupling agent ( 6 ) connected expander crankshaft ( 66 . 66 ' ) of the torque transmission device ( 8th' . 8th'' ) for transmitting power by means of a torque from the expander ( 12 ' . 12 '' ) to the torque transmission device ( 8th' . 8th'' ) and the engine coupling unit ( 1' . 1'' ) Housing connection means ( 78 ) for connecting the compressor crankcase ( 62 . 62 ' ) and the expander crankcase ( 58 . 58 ' ) with each other and Crankshaft coupling means ( 70 ) of the torque transmission device ( 8th' . 8th'' ) for torque-transmitting coupling of the compressor crankshaft ( 68 . 68 ' ) and the expander crankshaft ( 66 . 66 ' ) with each other. Motorkoppeleinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fluidpumpe (16, 16') zum Fördern des Prozessfluids (34) aus einem Medientank (52) zu einem das Prozessfluid (34) verdampfenden Verdampfer (48), wobei die Fluidpumpe (16, 16') in den Expander (12,12') insbesondere in das gemeinsame Kurbelgehäuse (18) bzw. in das Expanderkurbelgehäuse (58), integriert und mittels der Drehmomentübertragungseinrichtung (8, 8', 8''), insbesondere über die gemeinsame Kurbelwelle (10) bzw. über die Expanderkurbelwelle (66), antreibbar ist.Motor coupling unit according to one of the preceding claims, characterized by a fluid pump ( 16 . 16 ' ) for conveying the process fluid ( 34 ) from a medium tank ( 52 ) to a process fluid ( 34 ) evaporating evaporator ( 48 ), wherein the fluid pump ( 16 . 16 ' ) in the expander ( 12 . 12 ' ) in particular in the common crankcase ( 18 ) or in the expander crankcase ( 58 ), and integrated by means of the torque transmission device ( 8th . 8th' . 8th'' ), in particular via the common crankshaft ( 10 ) or via the expander crankshaft ( 66 ), is drivable. Motorkoppeleinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fluidpumpe (16') zum Fördern des Prozessfluids (34) aus einem Medientank (52) zu einem das Prozessfluid (34) verdampften Verdampfer (48), wobei die Fluidpumpe (16') an den Kompressor (14'') oder Expander (12''), insbesondere an das gemeinsame Kurbelgehäuse bzw. an das Kompressorkurbelgehäuse (14'') oder Expanderkurbelgehäuse, angeflanscht und mittels der Drehmomentübertragungseinrichtung (8, 8', 8''), insbesondere über die gemeinsame Kurbelwelle (10) bzw. über die Kompressorkurbelwelle (68') und die Expanderkurbelwelle (66'), antreibbar ist.Motor coupling unit according to one of the preceding claims, characterized by a fluid pump ( 16 ' ) for conveying the process fluid ( 34 ) from a medium tank ( 52 ) to a process fluid ( 34 ) vaporized evaporator ( 48 ), wherein the fluid pump ( 16 ' ) to the compressor ( 14 '' ) or expander ( 12 '' ), in particular to the common crankcase or to the compressor crankcase ( 14 '' ) or expander crankcase, flanged and by means of the torque transfer device ( 8th . 8th' . 8th'' ), in particular via the common crankshaft ( 10 ) or via the compressor crankshaft ( 68 ' ) and the expander crankshaft ( 66 ' ), is drivable. Expander einer Motorkoppeleinheit (1', 1') nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 6, insbesondere soweit nicht auf Anspruch 3 rückbezogen, zur drehmomentübertragenden Verbindung mit einem Kompressor (12', 12'') dieser Motorkoppeleinheit (1', 1') zu einer als Ganzes an einem Befestigungsflansch eines Fahrzeugs montierbaren und durch das Kopplungsmittel (6) drehmomentübertragend mit dem Motor (104) des Fahrzeugs koppelbaren Baueinheit, wobei der Expander (12, 12') expanderseitige Verbindungsmittel, insbesondere Kurbelwellenkopplungsmittel (70) oder Teile davon, für diese Verbindung aufweist.Expander of a motor coupling unit ( 1' . 1' ) according to one of claims 1, 2 and 4 to 6, in particular as far as not dependent on claim 3, for the torque-transmitting connection with a compressor ( 12 ' . 12 '' ) of this motor coupling unit ( 1' . 1' ) to a vehicle mountable as a whole on a mounting flange of the vehicle and by the coupling means ( 6 ) torque transmitting with the engine ( 104 ) of the vehicle coupled unit, wherein the expander ( 12 . 12 ' ) Expander-side connecting means, in particular crankshaft coupling means ( 70 ) or parts thereof, for this compound. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Motor (104), insbesondere Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch eine drehmomentübertragend mit dem Motor (104) verbundene Motorkoppeleinheit (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Vehicle, in particular motor vehicle, with an engine ( 104 ), in particular internal combustion engine, characterized by a torque transmitting with the engine ( 104 ) connected motor coupling unit ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of claims 1 to 6. Fahrzeug nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Medientank (52) zum Speichern des Prozessfluids (34), einen Verdampfer (48) zum Verdampfen des Prozessfluids (34) durch Abwärme vorbei geführter Abgase (4) des Motors, eine Fluidpumpe (16, 16') zum Fördern des Prozessfluids (34) aus dem Medientank (52) zum Verdampfer (48) und einen, insbesondere in ein Fahrzeugkühlsystem des Fahrzeugs eingebundenen, Kondensator (50), der dem Expander (12, 12', 12'') und dem Medientank (52) zwischengeschaltet ist, zum Kondensieren des aus dem Expander (12, 12', 12'') rückgeführten Prozessfluids (34).Vehicle according to claim 8, characterized by a medium tank ( 52 ) for storing the process fluid ( 34 ), an evaporator ( 48 ) for vaporizing the process fluid ( 34 ) by waste heat passing exhaust gases ( 4 ) of the engine, a fluid pump ( 16 . 16 ' ) for conveying the process fluid ( 34 ) from the medium tank ( 52 ) to the evaporator ( 48 ) and a, in particular in a vehicle cooling system of the vehicle integrated, capacitor ( 50 ), the expander ( 12 . 12 ' . 12 '' ) and the media tank ( 52 ) is interposed to condense the out of the expander ( 12 . 12 ' . 12 '' ) recycled process fluid ( 34 ). Verfahren zur Leistungsübertragung zwischen einem Motor (104), insbesondere Verbrennungsmotor, eines Fahrzeugs und einer Motorkoppeleinheit (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mittels des Kopplungsmittels (6) Leistung mittels eines Drehmoments zwischen der Drehmomentübertragungseinrichtung (8, 8', 8'') und dem Motor (104) übertragen wird, der Kompressor (14, 14', 14'') Leistung von der Drehmomentübertragungseinrichtung (8, 8', 8'') aufnimmt und Druckluft bereitstellt und der Expander (12, 12', 12'') mittels des Dampfdrucks des durch Abwärme verdampften Prozessfluids (34) betrieben wird und Leistung an die Drehmomentübertragungseinrichtung (8, 8', 8'') abgibt.Method for transmitting power between an engine ( 104 ), in particular an internal combustion engine, a vehicle and a motor coupling unit ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of claims 1 to 6, wherein by means of the coupling agent ( 6 ) Power by means of a torque between the torque transmission device ( 8th . 8th' . 8th'' ) and the engine ( 104 ), the compressor ( 14 . 14 ' . 14 '' ) Power from the torque transmission device ( 8th . 8th' . 8th'' ) and supplies compressed air and the expander ( 12 . 12 ' . 12 '' ) by means of the vapor pressure of the process fluid vaporized by waste heat ( 34 ) and power to the torque transmitting device ( 8th . 8th' . 8th'' ). Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidpumpe (16, 16') das Prozessfluid (34) aus einem Medientank (52) durch einen Verdampfer (48) zum Expander (12, 12', 12'') fördert, wobei die Abwärme im Verdampfer (48) vorbeigeführter Abgase (4) das Prozessfluid (34) verdampft, das verdampfte Prozessfluid (34) in einem Expansionszylinder (22, 88) des Expanders (12, 12', 12') expandiert und einen Expanderhubkolben (26, 90) im Expansionszylinder (22, 28) verschiebt, wobei das Verschieben des Expansionszylinders (26, 90), insbesondere mittels einer Expanderpleuelstange (30, 92), in ein Drehmoment umgesetzt wird, mittels dem Leistung auf die Drehmomentübertragungseinrichtung (8, 8', 8') übertragen wird, und das Prozessfluid (34) nachfolgend in einem Kondensator (50) kondensiert und in den Medientank (52) zurückfließt.A method according to claim 10, characterized in that a fluid pump ( 16 . 16 ' ) the process fluid ( 34 ) from a medium tank ( 52 ) through an evaporator ( 48 ) to the expander ( 12 . 12 ' . 12 '' ), wherein the waste heat in the evaporator ( 48 ) passing exhaust gases ( 4 ) the process fluid ( 34 ) evaporates the evaporated process fluid ( 34 ) in an expansion cylinder ( 22 . 88 ) of the expander ( 12 . 12 ' . 12 ' ) expands and a Expanderhubkolben ( 26 . 90 ) in the expansion cylinder ( 22 . 28 ), wherein the displacement of the expansion cylinder ( 26 . 90 ), in particular by means of an Expanderpleuelstange ( 30 . 92 ) is converted into a torque by means of the power to the torque transmitting device ( 8th . 8th' . 8th' ), and the process fluid ( 34 ) subsequently in a condenser ( 50 ) and condensed into the medium tank ( 52 ) flows back. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpe (16, 16') mittels der Drehmomentübertragungseinrichtung (8, 8', 8''), insbesondere über die gemeinsame Kurbelwelle (10) der Motorkoppeleinheit (1), mittels der Leistung über ein Drehmoment zum Kompressor (14) und vom Expander (12) übertragen wird, oder über die Expanderkurbelwelle (66, 66') des Expanders (12', 12'), mittels der Leistung über ein Drehmoment vom Expander (12', 12'') übertragen wird, angetrieben wird, wobei die Fluidpumpe (16, 16') an den Kompressor (14'') oder Expander angeflanscht oder in den Expander (12, 12') integriert ist.Method according to claim 11, characterized in that the fluid pump ( 16 . 16 ' ) by means of the torque transmission device ( 8th . 8th' . 8th'' ), in particular via the common crankshaft ( 10 ) of the engine coupling unit ( 1 ), by means of the power via a torque to the compressor ( 14 ) and the expander ( 12 ) or via the expander crankshaft ( 66 . 66 ' ) of the expander ( 12 ' . 12 ' ), by means of the power via a torque from the expander ( 12 ' . 12 '' ) is driven, wherein the fluid pump ( 16 . 16 ' ) to the compressor ( 14 '' ) or expander flanged or in the expander ( 12 . 12 ' ) is integrated.
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