DE102013017476B4

DE102013017476B4 - Work machine and internal combustion engine with an exhaust tract

Info

Publication number: DE102013017476B4
Application number: DE102013017476.7A
Authority: DE
Inventors: Rene Höller
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: DE102013017476A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine (2) mit einem Kurbelgehäuse (15) und einem Kurbeltrieb (5). Dabei ist vorgesehen, dass der Kurbeltrieb (5) eine bezüglich des Kurbelgehäuses (15) linear gelagerte, an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle (7) angreifende Antriebspleuelstange (6) aufweist, die wenigstens einen Umlaufzapfen (10) sowie wenigstens ein auf dem Umlaufzapfen (10) drehfest angeordnetes Umlaufrad (11) mit einer Außenverzahnung (12) aufweist, die mit einer Innenverzahnung (13) eines bezüglich des Kurbelgehäuses (15) ortsfesten Hohlrads (14) kämmt, wobei der Umlaufzapfen (10) drehbeweglich und exzentrisch an einer mit einem Generator wirkverbundenen Kurbelscheibe (16) gelagert ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgastrakt.The invention relates to a working machine (2) with a crankcase (15) and a crank mechanism (5). It is provided that the crank mechanism (5) has a relative to the crankcase (15) linearly mounted, on a crank pin of a crankshaft (7) engaging drive connecting rod (6), the at least one circulating pin (10) and at least one on the circulating pin (10 ) rotationally fixed arranged Umlaufrad (11) having an outer toothing (12) which meshes with an internal toothing (13) with respect to the crankcase (15) stationary ring gear (14), wherein the circulating pin (10) rotatably and eccentrically on one with a generator operatively connected crank disk (16) is mounted. The invention further relates to an internal combustion engine (1) with an exhaust gas tract.

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine mit einem Kurbelgehäuse und einem Kurbeltrieb. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt.The invention relates to a work machine with a crankcase and a crank mechanism. The invention further relates to an internal combustion engine with an exhaust gas tract.

Die Arbeitsmaschine weist zur Umsetzung einer linearen Bewegung in eine rotatorische Bewegung den Kurbeltrieb auf. Dieser ist wenigstens bereichsweise an dem Kurbelgehäuse angeordnet. Beispielsweise ist die Arbeitsmaschine einer Brennkraftmaschine zugeordnet beziehungsweise bildet einen Bestandteil von dieser. Insbesondere verfügt die Arbeitsmaschine über wenigstens einen Kolben, welcher an eine Antriebspleuelstange des Kurbeltriebs angeschlossen beziehungsweise mit dieser wirkverbunden ist.The work machine has to implement a linear movement in a rotational movement on the crank mechanism. This is arranged at least partially on the crankcase. For example, the work machine is assigned to an internal combustion engine or forms part of it. In particular, the working machine has at least one piston, which is connected to a drive connecting rod of the crank mechanism or operatively connected thereto.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2011 110 908 A1 bekannt, welche einen optimierten Kurbeltrieb mit linearbewegtem Pleuel beschreibt.From the prior art, for example, the publication DE 10 2011 110 908 A1 known, which describes an optimized crank mechanism with linearly moved connecting rod.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Arbeitsmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber dem bekannten Stand der Technik weiterentwickelt ist, insbesondere vorteilhaft zusammen mit der Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann.It is an object of the invention to propose a working machine, which is further developed in comparison to the known state of the art, in particular advantageously can be used together with the internal combustion engine.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Kurbeltrieb eine bezüglich des Kurbelgehäuses linear gelagerte, an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle angreifende Antriebspleuelstange aufweist, die wenigstens einen Umlaufzapfen sowie wenigstens ein auf dem Umlaufzapfen drehfest angeordnetes Umlaufrad mit einer Außenverzahnung aufweist, die mit einer Innenverzahnung eines bezüglich des Kurbelgehäuses ortsfesten Hohlrads kämmt, wobei der Umlaufzapfen drehbeweglich und exzentrisch an einer mit einem Generator wirkverbundenen Kurbelscheibe gelagert ist.This is inventively achieved with a working machine with the features of claim 1. It is provided that the crank mechanism has a respect to the crankcase linearly mounted, acting on a crank pin of a crankshaft drive connecting rod, which has at least one circulating pin and at least one rotatably mounted on the circulating pin planetary gear with an external toothing, which is stationary with an internal toothing with respect to the crankcase Ring gear meshes, wherein the circulation pin is rotatably and eccentrically mounted on a operatively connected to a generator crank disk.

Dem Kurbeltrieb wird über die Antriebspleuelstange Bewegungsenergie zugeführt, wobei die Antriebspleuelstange eine translatorische Bewegung beschreibt. Zu diesem Zweck ist die Antriebspleuelstange linear gelagert. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Antriebspleuelstange ausschließlich linear verlagerbar ist, die Lagerung also ausschließlich eine solche zulässt. Die Antriebspleuelstange ist insoweit lediglich hin- und herbewegbar. Sie greift an ihrem einen Ende an dem Hubzapfen der Kurbelwelle an. Der Hubzapfen liegt dabei beabstandet, insbesondere parallel beabstandet, zu einer Drehachse der Kurbelwelle vor. Der Hubzapfen ist mithin exzentrisch an der Kurbelwelle vorgesehen.The crank mechanism is supplied with kinetic energy via the drive connecting rod, wherein the drive connecting rod describes a translatory movement. For this purpose, the drive connecting rod is linearly mounted. It is preferably provided that the drive connecting rod is exclusively linearly displaceable, the storage so only permits such. The drive connecting rod is so far only moved back and forth. It engages at its one end on the crank pin of the crankshaft. The crank pin is spaced apart, in particular spaced parallel, to an axis of rotation of the crankshaft. The crank pin is therefore provided eccentrically on the crankshaft.

Die Kurbelwelle weist den Umlaufzapfen auf, auf welcher das Umlaufrad drehbeweglich gelagert ist. Der Umlaufzapfen ist dabei bezüglich der Drehachse der Kurbelwelle zentral angeordnet. Der Umlaufzapfen ist mittig an dem Umlaufrad angeordnet. Die Lagerung kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise als Reiblager oder als Wälzlager. Das Umlaufrad weist die Außenverzahnung auf und ist in dem Hohlrad derart angeordnet, dass die Außenverzahnung des Umlaufrads in die Innenverzahnung des Hohlrads eingreift beziehungsweise mit dieser kämmt.The crankshaft has the circulation pin on which the planet gear is rotatably mounted. The circulating pin is arranged centrally with respect to the axis of rotation of the crankshaft. The circulating pin is arranged centrally on the planet gear. The storage can basically be configured arbitrarily, for example as a friction bearing or as a rolling bearing. The planet gear has the external toothing and is arranged in the ring gear such that the external toothing of the planet gear engages or meshes with the internal toothing of the ring gear.

Das Umlaufrad weist dabei einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner ist, insbesondere deutlich kleiner ist, als der Innendurchmesser des Hohlrads. Das Hohlrad ist ortsfest angeordnet, zumindest bezüglich des Kurbelgehäuses. Das bedeutet, dass bei einer Bewegung der Antriebspleuelstange die Kurbelwelle bedingt durch den exzentrisch angeordneten Umlaufzapfen in Drehbewegung versetzt wird, was zu einer Drehbewegung des Umlaufrads und mithin – bedingt durch das Eingreifen der Innenverzahnung in die Außenverzahnung – zu einer Verlagerung des Umlaufrads führt.The peripheral wheel has an outer diameter which is smaller, in particular significantly smaller, than the inner diameter of the ring gear. The ring gear is arranged stationary, at least with respect to the crankcase. This means that during a movement of the drive connecting rod, the crankshaft is caused to rotate by the eccentrically arranged revolving pin, which leads to a rotational movement of the revolving wheel and consequently - due to the engagement of the internal toothing in the external toothing - to a displacement of the planet wheel.

Eine derartige Ausgestaltung der Arbeitsmaschine beziehungsweise des Kurbeltriebs resultiert in einer verlagerbaren Drehachse der Kurbelwelle. Die Position der Drehachse dieser Kurbelwelle hängt dabei von der Position der Antriebspleuelstange ab. Um eine einwandfreie Funktion der Arbeitsmaschine zu gewährleisten, ist es insbesondere notwendig, die Dimensionen der Exzentrizität des Hubzapfens bezüglich der Drehachse der Kurbelwelle sowie von Umlaufrad und Hohlrad sorgfältig zu wählen. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass der Abstand der Drehachse der Kurbelwelle von einem Mittelpunkt des Hohlrads doppelt so groß ist wie der Maximalhub der Antriebspleuelstange. Anders ausgedrückt ist der Abstand zwischen dem Hubzapfen und der Drehachse der Kurbelwelle ebenso groß wie der Abstand zwischen der Drehachse und dem Mittelpunkt des Hohlrads.Such a configuration of the working machine or the crank mechanism results in a displaceable axis of rotation of the crankshaft. The position of the axis of rotation of this crankshaft depends on the position of the drive connecting rod. In order to ensure proper functioning of the working machine, it is particularly necessary to carefully choose the dimensions of the eccentricity of the crank pin with respect to the axis of rotation of the crankshaft and the planet gear and ring gear. For example, it is provided that the distance of the axis of rotation of the crankshaft from a center of the ring gear is twice as large as the maximum stroke of the drive connecting rod. In other words, the distance between the crank pin and the axis of rotation of the crankshaft is just as large as the distance between the axis of rotation and the center of the ring gear.

Dem Umlaufzapfen ist die Kurbelscheibe zugeordnet. Dabei ist der Umlaufzapfen drehbeweglich und exzentrisch an beziehungsweise in dieser gelagert. Aus Platzgründen kann die Kurbelscheibe wenigstens bereichsweise in dem Hohlrad angeordnet sein beziehungsweise in dieses eingreifen. Die Kurbelscheibe ist bevorzugt drehbeweglich, jedoch ortsfest, in dem Kurbelgehäuse gelagert. Sie weist insoweit eine Drehachse auf, um welche herum diese Lagerung vorgesehen ist. Exzentrisch zu dieser Drehachse greift der Umlaufzapfen an der Kurbelscheibe an. Die Lagerung des Umlaufzapfens an der Kurbelscheibe kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise mittels eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers.The circulating pin is assigned to the crank disk. In this case, the circulating pin is rotatably and eccentrically mounted on or in this. For reasons of space, the crank disk can be arranged at least partially in the ring gear or engage in this. The crank disk is preferably rotatable, but stationary, stored in the crankcase. It has in this respect an axis of rotation around which this bearing is provided. Eccentrically to this axis of rotation of the circulation pin engages the crank disc. The bearing of the circulation pin on the crank disk can in principle be configured arbitrarily, for example by means of a sliding bearing or a rolling bearing.

Bedingt durch die Verlagerung des Umlaufzapfens bei der Drehbewegung der Kurbelwelle wird eine Drehbewegung der Kurbelscheibe bewirkt. Diese Drehbewegung soll nun zum Antreiben des Generators herangezogen werden. Zu diesem Zweck liegt eine Wirkverbindung zwischen dem Generator und der Kurbelscheibe vor. Die Arbeitsmaschine dient also im Wesentlich dazu, eine über die Antriebspleuelstange zugeführte Linearbewegung in elektrische Energie umzusetzen. Aufgrund der besonders bevorzugt ausschließlich linearen Bewegung der Antriebspleuelstange ist eine besonders gute Abdichtung an der Antriebspleuelstange realisierbar. Auf der der Kurbelwelle beziehungsweise dem Umlaufzapfen abgewandten Seite der Antriebspleuelstange kann insoweit beispielsweise ohne Weiteres ein heißes Gas, insbesondere Abgas einer Brennkraftmaschine, vorliegen, ohne eine Überhitzung oder Korrosion und eine daraus folgende Beschädigung des Kurbeltriebs befürchten zu müssen. Due to the displacement of the circulating pin during the rotational movement of the crankshaft, a rotational movement of the crank disk is effected. This rotary motion should now be used to drive the generator. For this purpose, there is an operative connection between the generator and the crank disk. The working machine thus essentially serves to convert a linear movement, which is supplied via the drive connecting rod, into electrical energy. Due to the particularly preferred exclusively linear movement of the drive connecting rod, a particularly good seal on the drive connecting rod can be realized. On the side facing away from the crankshaft or the circulation pin side of the drive connecting rod so far, for example, readily a hot gas, in particular exhaust gas of an internal combustion engine, be present without fear of overheating or corrosion and consequent damage to the crank mechanism.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der Wirkverbindung zwischen der Kurbelscheibe und dem Generator ein Getriebe vorgesehen ist. Dieses dient insbesondere zur Drehzahlerhöhung ausgehend von der Kurbelscheibe, sodass die Drehzahl des Generators höher ist als diejenige der Kurbelscheibe. Auf diese Art und Weise kann die Auslegung und Dimensionierung des Generators optimiert werden.A development of the invention provides that in the operative connection between the crank disc and the generator, a transmission is provided. This is used in particular for increasing the speed starting from the crank disk, so that the rotational speed of the generator is higher than that of the crank disk. In this way, the design and dimensioning of the generator can be optimized.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Getriebe die eine Außenverzahnung aufweisende Kurbelscheibe sowie ein mit der Außenverzahnung kämmendes Zahnrad aufweist, wobei das Zahnrad mit dem Generator unmittelbar wirkverbunden ist. Die Kurbelscheibe verfügt also über die Außenverzahnung. Das Zahnrad ist dabei derart angeordnet, dass es mit dieser kämmt, sodass die Drehbewegung der Kurbelscheibe abgegriffen werden kann. Das Zahnrad ist unmittelbar mit dem Generator wirkverbunden. Darunter ist zu verstehen, dass kein weiteres Getriebe, insbesondere kein weiteres drehzahlveränderndes Getriebe, zwischen dem Zahnrad und dem Generator vorgesehen ist. Beispielsweise ist das Zahnrad auf einer Generatorwelle des Generators angeordnet.A further embodiment of the invention provides that the transmission has the outer toothing having a crank disk and a meshing with the outer toothed gear, wherein the gear is directly operatively connected to the generator. The crank pulley thus has the external toothing. The gear is arranged such that it meshes with it, so that the rotational movement of the crank disk can be tapped. The gear is directly connected to the generator. By this is meant that no further transmission, in particular no further speed-changing transmission, is provided between the gear and the generator. For example, the gear is arranged on a generator shaft of the generator.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebspleuelstange mit einem in einem Zylinder linear verlagerbaren Kolben starr verbunden ist. Die Arbeitsmaschine verfügt insoweit über den Zylinder und den Kolben. Der Kolben ist derart an dem Zylinder angeordnet, dass er linear verlagerbar ist und mithin auf seiner der Antriebspleuelstange abgewandten Seite ein variables Volumen einschließt. Weil die Antriebspleuelstange linear gelagert beziehungsweise ausschließlich linear gelagert ist, kann sie mit dem Kolben starr verbunden sein. Es ist also kein Schwenkgelenk oder dergleichen notwendig, um die Linearbewegung des Kolbens mithilfe des Kurbeltriebs in eine Drehbewegung umzusetzen.A particularly preferred embodiment of the invention provides that the drive connecting rod is rigidly connected to a linearly displaceable piston in a cylinder. The working machine has so far on the cylinder and the piston. The piston is arranged on the cylinder such that it can be displaced linearly and thus encloses a variable volume on its side remote from the drive connecting rod. Because the drive rod is linearly mounted or stored exclusively linear, it can be rigidly connected to the piston. So it is not a pivot joint or the like necessary to implement the linear movement of the piston by means of the crank mechanism in a rotary motion.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebspleuelstange zwischen dem Kolben und dem Hubzapfen von einer Dichtung umgriffen ist. Üblicherweise liegt in dem vorstehend bereits erwähnten variablen Volumen, welches auch als Arbeitsvolumen bezeichnet werden kann, ein Arbeitsfluid vor. Dabei ist es unerwünscht, dass dieses Arbeitsfluid in den Kurbeltrieb eindringen kann, weil dies zu einer Überhitzung und/oder zu Korrosion von Bereichen des Kurbeltriebs, insbesondere der Lager, führen kann. Während der Kolben das Arbeitsvolumen bereits weitgehend von diesen Bereichen des Kurbeltriebs strömungstechnisch trennt, so kann es dennoch vorkommen, dass eine kleine Menge des Arbeitsfluids zwischen einer Innenwandung des Zylinders und einer Außenwandung des Kolbens hinweg in Richtung des Kurbeltriebs gelangen kann.A further preferred embodiment of the invention provides that the drive connecting rod between the piston and the crank pin is encompassed by a seal. Usually, a working fluid is present in the above-mentioned variable volume, which can also be referred to as working volume. It is undesirable that this working fluid can penetrate into the crank mechanism, because this can lead to overheating and / or corrosion of areas of the crank mechanism, in particular the bearings. While the piston already fluidly separates the working volume from these areas of the crank mechanism, it may nevertheless happen that a small amount of the working fluid can pass between an inner wall of the cylinder and an outer wall of the piston in the direction of the crank mechanism.

Um dies zu unterbinden, ist die Dichtung vorgesehen, welche zwischen dem Kolben und dem Hubzapfen angeordnet ist und dichtend an der Antriebspleuelstange anliegt, besonders bevorzugt über ihren gesamten Umfang hinweg. Zwischen der Dichtung und dem Kolben liegt mithin ebenfalls ein variables Volumen vor, welches als Ausgleichsvolumen bezeichnet wird. Um eine durch die Bewegung des Kolbens bewirkte Druckvariation in diesem Ausgleichsvolumen zu verhindern, kann es vorgesehen sein, dass wenigstens eine Druckausgleichsöffnung in einer Wandung des Ausgleichsvolumens ausgebildet ist. Durch diese Druckausgleichsöffnung ist beispielsweise eine Strömungsverbindung zu einer Außenumgebung der Arbeitsmaschine und/oder einem Druckausgleichsbehälter realisiert.To prevent this, the seal is provided, which is arranged between the piston and the crank pin and sealingly abuts against the drive connecting rod, particularly preferably over its entire circumference. Consequently, there is also a variable volume between the seal and the piston, which is referred to as a compensation volume. In order to prevent a pressure variation in this compensating volume caused by the movement of the piston, it can be provided that at least one pressure compensation opening is formed in a wall of the compensating volume. Through this pressure equalization opening, for example, a flow connection to an outside environment of the working machine and / or a pressure equalization tank is realized.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kolben und der Zylinder Bestandteil eines Abgasexpanders sind. Der Abgasexpander dient dazu, noch in Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltene thermische Energie in mechanische Energie und schlussendlich in elektrische Energie umzusetzen. Beispielsweise arbeitet der Abgasexpander nach Art einer Sterlingmaschine. Der Kolben dient nun als Arbeitskolben dieses Abgasexpanders beziehungsweise der Sterlingmaschine. Insbesondere kann die Arbeitsmaschine als Abgasexpander ausgebildet oder einem solchen zugeordnet sein. Aus den vorstehend genannten Gründen, insbesondere der Möglichkeit, die Dichtung vorzusehen, ist die hier beschriebene Arbeitsmaschine beziehungsweise der Kurbeltrieb besonders hervorragend als Teil des Abgasexpanders einsetzbar, weil sehr zuverlässig vermieden werden kann, dass Abgas in Kontakt mit dem Kurbeltrieb gerät.A further embodiment of the invention provides that the piston and the cylinder are part of an exhaust gas expander. The exhaust gas expander serves to convert still contained in the exhaust gas of an internal combustion engine thermal energy into mechanical energy and finally into electrical energy. For example, the exhaust gas expander works like a sterling machine. The piston now serves as a working piston of this exhaust gas expander or the sterling machine. In particular, the working machine can be configured as exhaust expander or associated with it. For the reasons mentioned above, in particular the possibility to provide the seal, the working machine or the crank mechanism described here is particularly well used as part of the exhaust expander, because it can be very reliably avoided that exhaust gas comes into contact with the crank mechanism.

Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher vorgesehen ist, dass mindestens zwei Umlaufzapfen, mindestens zwei auf den Umlaufzapfen gelagerte Umlaufräder sowie mindestens zwei Hohlräder vorgesehen sind. Anstelle des vorstehend erwähnten Umlaufzapfens, des Umlaufrads und des Hohlrads sind also jeweils mehrere dieser Elemente vorgesehen. Diese sind dabei jeweils gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildet. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Arbeitsmaschine kann eine besonders hohe Zuverlässigkeit und Dauerfestigkeit der Arbeitsmaschine erzielt werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Hubzapfen, an welchem die Antriebspleuelstange angreift, zwischen den Umlaufzapfen, den Umlaufrädern und den Hohlrädern vorliegt, insbesondere mittig zwischen diesen Elementen. So wird die Belastung von Lagern stark verringert. Particularly preferred is an embodiment of the invention, in which it is provided that at least two Umlaufzapfen, at least two mounted on the Umlaufzapfen planetary gears and at least two ring gears are provided. Instead of the above-mentioned circulation pin, the planet gear and the ring gear so more of these elements are provided in each case. These are each formed according to the above statements. In such an embodiment of the machine, a particularly high reliability and fatigue strength of the machine can be achieved. This is particularly the case when the crank pin, on which the drive connecting rod acts, is present between the circulating pins, the planetary gears and the ring gears, in particular centrally between these elements. This greatly reduces the load on bearings.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Umlaufzapfen jeweils eine Kurbelscheibe zugeordnet ist und beide Kurbelscheiben mit einer Synchronisierungswelle gekoppelt sind, insbesondere über die Außenverzahnung der Kurbelscheiben. Mit den mindestens zwei Umlaufzapfen kann zudem ein weiterer Vorteil realisiert werden. Zu diesem Zweck ist jedem der Umlaufzapfen jeweils eine Kurbelscheibe zugeordnet, wobei diese Kurbelscheiben gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildet sein können. Beide Kurbelscheiben sind nun mit der Synchronisierungswelle gekoppelt. Über die Synchronisierungswelle wird insoweit eine Synchronisation der Kurbelscheiben erzielt, was von besonderer Bedeutung ist, um eine Verdrillung in dem Kurbeltrieb zu verringern oder gänzlich zu verhindern.A development of the invention provides that the revolving pin is assigned in each case a crank disk and both crank disks are coupled to a synchronization shaft, in particular via the external toothing of the crank disks. In addition, a further advantage can be realized with the at least two circulation pegs. For this purpose, each of the circulation pegs is assigned in each case a crank disk, wherein these crank disks can be designed according to the above explanations. Both crankshafts are now coupled to the synchronization shaft. Synchronization of the crankshafts is achieved via the synchronization shaft to this extent, which is of particular importance in order to reduce or completely prevent a twist in the crank mechanism.

Beispielsweise sind an der Synchronisierungswelle Zahnräder angeordnet, wobei besonders bevorzugt jeder Kurbelscheibe ein derartiges Zahnrad zugeordnet ist. Diese Zahnräder kämmen mit den Außenverzahnungen der Kurbelscheiben und sind zudem über die Synchronisierungswelle miteinander verbunden. Auf diese Art und Weise stehen die beiden Kurbelscheiben über die Synchronisierungswelle miteinander in Wirkverbindung. Insbesondere sind die Kurbelscheiben dabei separat voneinander aufgehängt beziehungsweise gelagert. Sie stehen also ausschließlich über die Synchronisierungswelle und die Kurbelwelle miteinander in Wirkverbindung.For example, toothed wheels are arranged on the synchronization shaft, with each crank disc particularly preferably being associated with such a toothed wheel. These gears mesh with the external teeth of the crank disks and are also connected to each other via the synchronization shaft. In this way, the two crank disks are in operative connection with each other via the synchronization shaft. In particular, the crank disks are suspended or stored separately from each other. So they are exclusively on the synchronization shaft and the crankshaft in operative connection.

Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Synchronisierungswelle unmittelbar an den Generator angeschlossen ist. Beispielsweise bilden also die mit den Außenverzahnungen kämmenden Zahnräder das vorstehend bereits erwähnte Getriebe mit aus. Zu diesem Zweck sind die Zahnräder vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie ausgehend von den Kurbelscheiben eine Drehzahlerhöhung realisieren.For example, it is provided that the synchronization shaft is connected directly to the generator. For example, so the meshing with the external gears gears form the above-mentioned transmission with. For this purpose, the gears are preferably designed such that they realize a speed increase starting from the crank disks.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Ausgleichsgewicht an der Kurbelwelle und/oder der Kurbelscheibe vorgesehen ist. Bedingt durch die Exzentrizität des Hubzapfens an der Kurbelwelle und/oder des Umlaufzapfens an der Kurbelscheibe liegt eine Unwucht vor, welche während des Betriebs der Arbeitsmaschine zu Vibrationen und erhöhtem Verschleiß führen kann. Aus diesem Grund ist das wenigstens eine Ausgleichsgewicht vorgesehen, welches üblicherweise an der dem Hubzapfen gegenüberliegenden Seite der Kurbelwelle beziehungsweise auf der dem Umlaufzapfen gegenüberliegenden Seite der Kurbelscheibe angeordnet ist. Insbesondere das Ausgleichsgewicht der Kurbelscheibe kann dabei derart angeordnet sein, dass es wenigstens bereichsweise in das Hohlrad eingreift. Auf diese Art und Weise wird eine besonders platzsparende Ausgestaltung der Arbeitsmaschine erzielt.Finally, it can be provided that at least one balance weight is provided on the crankshaft and / or the crank disk. Due to the eccentricity of the crank pin on the crankshaft and / or the recirculating pin on the crank disc is an unbalance, which can lead to vibration and increased wear during operation of the machine. For this reason, the at least one balance weight is provided, which is usually arranged on the side opposite the crank pin side of the crankshaft or on the opposite side of the crank journal. In particular, the balance weight of the crank disk can be arranged such that it engages at least partially in the ring gear. In this way, a particularly space-saving design of the machine is achieved.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt. Dabei ist eine Arbeitsmaschine gemäß den vorstehenden Ausführungen vorgesehen, welche als Abgasexpanders vorliegt. Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine gehen etwa 65% der gesamten, in dem Kraftstoff enthaltenen Energiemenge in Form von Wärme durch die Abgas und die Kühlung verloren. Bereits die Rückgewinnung eines geringen Anteils dieser Wärme beziehungsweise deren Nutzung zur Energiegewinnung kann daher bereits eine deutliche Effizienzsteigerung der Brennkraftmaschine bedeuten. Aus diesem Grund ist der Abgasexpander vorgesehen, welcher beispielsweise nach Art einer Sterlingmaschine arbeitet. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch die Arbeitsmaschine können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Auf die dabei realisierten Vorteile wurde bereits eingegangen.The invention further relates to an internal combustion engine with an exhaust gas tract. In this case, a working machine according to the above statements is provided, which is present as exhaust gas expander. During operation of the internal combustion engine, about 65% of the total amount of energy contained in the fuel is lost in the form of heat through the exhaust gas and the cooling. Even the recovery of a small proportion of this heat or its use for energy can therefore already mean a significant increase in efficiency of the internal combustion engine. For this reason, the exhaust gas expander is provided, which works, for example, in the manner of a sterling machine. Both the internal combustion engine and the working machine can be developed according to the above explanations. The benefits realized have already been discussed.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine mit einem Kurbeltrieb.The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings, without any limitation of the invention. The single figure shows a schematic representation of a working machine with a crank mechanism.

Die Figur zeigt einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgastrakt, in welchem eine Arbeitsmaschine 2 in Form eines Abgasexpanders zur Nutzung von in dem Abgas der Brennkraftmaschine 1 enthaltener Restwärme vorgesehen ist. Der Abgasexpander 2, welcher hier lediglich angedeutet ist, weist einen Zylinder 3 sowie einen in dem Zylinder 3 verlagerbar angeordneten Kolben 4 auf. Der Kolben 4 ist mit einem Kurbeltrieb 5 wirkverbunden, welcher die translatorische Bewegung des Kolbens 4 in eine rotatorische Bewegung umsetzt. Diese rotatorische Bewegung wird anschließend einem Generator zur Umwandlung in elektrische Energie zugeführt. Der Kurbeltrieb 5 dient insoweit der mechanischen Kopplung des Kolbens 4 und dem hier nicht dargestellten Generator.The figure shows a portion of an internal combustion engine 1 with an exhaust tract, in which a working machine 2 in the form of an exhaust gas expander for use in the exhaust gas of the internal combustion engine 1 contained residual heat is provided. The exhaust expander 2 , which is merely indicated here, has a cylinder 3 and one in the cylinder 3 displaceable arranged piston 4 on. The piston 4 is with a crank mechanism 5 operatively connected, which the translational movement of the piston 4 converted into a rotational movement. This rotational movement is then fed to a generator for conversion into electrical energy. The crank mechanism 5 serves as far as the mechanical coupling of the piston 4 and the generator, not shown here.

Der Kurbeltrieb 5 weist eine Antriebspleuelstange 6 auf, welche mit dem Kolben 4 starr, also insbesondere ohne Schwenkgelenk oder dergleichen, verbunden ist. Auf der dem Kolben 4 abgewandten Seite ist die Antriebspleuelstange 6 drehbar auf einem hier nicht erkennbaren Hubzapfen einer Kurbelwelle 7 gelagert. Die Kurbelwelle 7 weist eine Drehachse 8 auf. Der Hubzapfen ist bezüglich der Drehachse 8 exzentrisch angeordnet, also von dieser beabstandet an der Kurbelwelle 7 vorgesehen.The crank mechanism 5 has a drive connecting rod 6 on which with the piston 4 rigid, ie in particular without a pivot joint or the like, is connected. On the piston 4 opposite side is the drive connecting rod 6 rotatable on a not recognizable here crank pin a crankshaft 7 stored. The crankshaft 7 has an axis of rotation 8th on. The crankpin is with respect to the axis of rotation 8th arranged eccentrically, so spaced from this on the crankshaft 7 intended.

Es ist erkennbar, dass die Kurbelwelle 7 neben dem Hubzapfen zwei Ausgleichsgewichte 9 aufweist, welche in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 8 beidseitig des Hubzapfens angeordnet sind. Die Ausgleichsgewichte 9 nehmen also den Hubzapfen zwischen sich auf. Auf diese Art und Weise soll eine von der exzentrischen Anordnung des Hubzapfens an der Kurbelwelle 7 bewirkte Unwucht zumindest teilweise, insbesondere vollständig, ausgeglichen werden.It can be seen that the crankshaft 7 two balancing weights next to the crankpin 9 which, in the axial direction with respect to the axis of rotation 8th are arranged on both sides of the crank pin. The balance weights 9 So take the crankpin between them. In this way, one of the eccentric arrangement of the crank pin to the crankshaft 7 caused imbalance at least partially, in particular completely, be compensated.

Auf der Kurbelwelle 7 beziehungsweise einem Umlaufzapfen 10 der Kurbelwelle 7 ist ein Umlaufrad 11 drehfest angeordnet. Dieses weist eine Außenverzahnung 12 auf, die mit einer Innenverzahnung 13 eines Hohlrads 14 kämmt. Das Hohlrad 14 ist bezüglich eines Kurbelgehäuses 15 des Kurbeltriebs 5 ortsfest und nicht drehbar angeordnet. Weiterhin verfügt der Kurbeltrieb 5 über eine Kurbelscheibe 16, die bezüglich des Kurbelgehäuses 15 ortsfest, jedoch drehbar, gelagert ist. Die Kurbelscheibe 16 weist eine hier lediglich angedeutete Drehachse 17 auf. Exzentrisch zu dieser Drehachse 17 ist der Umlaufzapfen 10 beziehungsweise die Kurbelwelle 7 an der Kurbelscheibe 16 drehbar gelagert.On the crankshaft 7 or a circulating journal 10 the crankshaft 7 is a planetary gear 11 arranged rotationally fixed. This has an external toothing 12 on that with an internal toothing 13 a ring gear 14 combs. The ring gear 14 is with respect to a crankcase 15 of the crank mechanism 5 fixed and non-rotatable. Furthermore, the crank mechanism has 5 over a crank disc 16 related to the crankcase 15 stationary, but rotatable, is stored. The crank disc 16 has an axis of rotation only indicated here 17 on. Eccentric to this axis of rotation 17 is the circulation spigot 10 or the crankshaft 7 on the crank disc 16 rotatably mounted.

Beispielsweise durchgreift der Umlaufzapfen 10 beziehungsweise die Kurbelwelle 7 die Kurbelscheibe 16 zu diesem Zweck in axialer Richtung vollständig. Beispielsweise ist das Umlaufrad 11 auf der dem Hubzapfen abgewandten Seite der Kurbelscheibe 16 vorgesehen. Es ist deutlich zu erkennen, dass auch die Kurbelscheibe 16 ein Ausgleichsgewicht 18 aufweist, um die durch die exzentrische Anordnung des Umlaufzapfens 10 bewirkte Unwucht zumindest teilweise, insbesondere vollständig, auszugleichen. Dieses Ausgleichsgewicht 18 greift dabei wenigstens bereichsweise in das Hohlrad 14 ein, um eine möglichst platzsparende Anordnung zu erzielen.For example, the circulation pin passes through 10 or the crankshaft 7 the crank disc 16 completely for this purpose in the axial direction. For example, the planetary gear 11 on the crankpin side facing away from the crankpin 16 intended. It can be clearly seen that even the crank disc 16 a balance weight 18 that is due to the eccentric arrangement of the recirculating spigot 10 caused imbalance at least partially, in particular completely, to compensate. This balance weight 18 engages at least partially in the ring gear 14 in order to achieve a space-saving arrangement as possible.

Die Kurbelscheibe 16 weist nun eine Außenverzahnung 19 auf, das mit einem Zahnrad 20 eines drehmomenterhöhenden Getriebes 21 kämmt. Das Zahnrad 20 ist bevorzugt starr auf einer Welle 22 befestigt, welche bevorzugt unmittelbar mit einem Generator wirkverbunden ist. Insbesondere dient die Welle 22 als Generatorwelle.The crank disc 16 now has an external toothing 19 on that with a gear 20 a torque-increasing transmission 21 combs. The gear 20 is preferably rigid on a shaft 22 attached, which is preferably directly operatively connected to a generator. In particular, the shaft is used 22 as a generator shaft.

In der hier dargestellten Ausführungsform sind mehrere Umlaufzapfen 10, mehrere Umlaufräder 11 sowie mehrere Hohlräder 14 vorgesehen, wobei diese Elemente in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 17 gesehen symmetrisch zu dem Umlaufzapfen angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn zusätzlich mehrere Kurbelscheiben 16 vorliegen. Dies ist hier ansatzweise angedeutet. Es wird zudem deutlich, dass die Kurbelscheiben 16 in dem Kurbelgehäuse 15 mittels Wälzlagern 23 gelagert sind.In the embodiment shown here are several circulating pins 10 , several planetary gears 11 as well as several ring gears 14 provided, these elements in the axial direction with respect to the axis of rotation 17 Seen symmetrically to the circulating pin are arranged. It is particularly preferred if in addition several crank disks 16 available. This is hinted at here. It also becomes clear that the crank disks 16 in the crankcase 15 by means of rolling bearings 23 are stored.

Bei einer derartigen Ausführungsform mit mehreren Kurbelscheiben 16 ist es von besonderem Vorteil, wenn die Welle 22 als Synchronisierungswelle ausgebildet ist und zu diesem Zweck neben dem Zahnrad 20 ein weiteres Zahnrad 24 aufweist, das mit der zusätzlichen Außenverzahnung 19 ein weiteres Getriebe 25 bildet. Auf diese Art und Weise sind die beiden Kurbelscheiben 16 über die Synchronisierungswelle 22 miteinander gekoppelt, sodass eine Verdrillung innerhalb des Kurbeltriebs 5 vermieden werden kann. Die Synchronisierungswelle 22 kann weiterhin, wie bereits vorstehend erläutert, unmittelbar mit dem Generator wirkverbunden sein beziehungsweise als Generatorwelle vorliegen oder in eine solche übergehen.In such an embodiment with multiple crank disks 16 it is of particular advantage when the shaft 22 is designed as a synchronization shaft and for this purpose in addition to the gear 20 another gear 24 having, with the additional external toothing 19 another gear 25 forms. In this way, the two crank disks 16 over the sync wave 22 coupled together, so that a twist within the crank mechanism 5 can be avoided. The synchronization wave 22 can continue, as already explained above, be directly operatively connected to the generator or present as a generator shaft or pass into such.

Mit der vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise dem Kurbeltrieb 5 ist eine effiziente Nutzung der in dem Abgas der Brennkraftmaschine 1 enthaltenen Restwärme problemlos möglich. Dies ist insbesondere der Fall, weil die Antriebspleuelstange 6 ausschließlich eine translatorische Bewegung beschreibt, also nicht gegenüber dem Kolben 4 verkippt. Aus diesem Grund kann zwischen dem Kolben 4 und dem Hubzapfen der Kurbelwelle 7 eine Dichtung 26 vorgesehen sein, welche die Antriebspleuelstange 6 in Umfangsrichtung – bezüglich einer Längsmittelachse der Antriebspleuelstange 6 – vollständig umgreift. So wird verhindert, dass der Kurbeltrieb 5 mit einem Arbeitsfluid des Arbeitsexpanders, beispielsweise heißem Abgas der Brennkraftmaschine 1, beaufschlagt wird. Dies könnte zu einer hohen thermischen Belastung und mithin einem hohen Verschleiß des Kurbeltriebs führen. Das Arbeitsfluid liegt üblicherweise in einem Arbeitsvolumen 27 vor, welches variabel ist und dabei von dem Kolben 4 gemeinsam mit dem Zylinder 3 begrenzt wird.With the internal combustion engine described above 1 or the crank mechanism 5 is an efficient use of in the exhaust of the internal combustion engine 1 Residual heat contained easily possible. This is particularly the case because the drive connecting rod 6 exclusively describes a translational movement, so not against the piston 4 tilted. Because of this, there may be between the piston 4 and the crankpin of the crankshaft 7 a seal 26 be provided, which the drive connecting rod 6 in the circumferential direction - with respect to a longitudinal center axis of the drive connecting rod 6 - completely encompassed. This will prevent the crank drive 5 with a working fluid of the work expander, for example, hot exhaust gas of the internal combustion engine 1 , is charged. This could lead to a high thermal load and thus a high wear of the crank mechanism. The working fluid is usually in a working volume 27 which is variable and thereby of the piston 4 together with the cylinder 3 is limited.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22: Arbeitsmaschine/AbgasexpanderMachine / waste expander
33: Zylindercylinder
44: Kolbenpiston
55: Kurbeltriebcrankshaft
66: AntriebspleuelstangeAntriebspleuelstange
77: Kurbelwellecrankshaft
88th: Drehachseaxis of rotation
99: Ausgleichsgewichtcounterweight
1010: Umlaufzapfencirculation journal
1111: Umlaufradbull wheel
1212: Außenverzahnungexternal teeth
1313: Innenverzahnunginternal gearing
1414: Hohlradring gear
1515: Kurbelgehäusecrankcase
1616: Kurbelgehäusecrankcase
1717: Drehachseaxis of rotation
1818: Ausgleichsgewichtcounterweight
1919: Außenverzahnungexternal teeth
2020: Zahnradgear
2121: Getriebetransmission
2222: Wellewave
2323: Wälzlagerroller bearing
2424: Zahnradgear
2525: Getriebetransmission
2626: Dichtungpoetry
2727: Arbeitsvolumenworkload

Claims

Working machine ( 2 ) with a crankcase ( 15 ) and a crank drive ( 5 ), characterized in that the crank mechanism ( 5 ) a with respect to the crankcase ( 15 ) linearly mounted on a crankpin of a crankshaft ( 7 ) engaging drive connecting rod ( 6 ), the at least one circulating pin ( 10 ) and at least one on the circulating journal ( 10 rotatably mounted Umlaufrad ( 11 ) with an external toothing ( 12 ), which with an internal toothing ( 13 ) one with respect to the crankcase ( 15 ) stationary ring gear ( 14 ), wherein the circulation pin ( 10 ) rotatably and eccentrically on a crank disc operatively connected to a generator ( 16 ) is stored.

Working machine according to claim 1, characterized in that in the operative connection between the crank disc ( 16 ) and the generator a transmission ( 21 . 25 ) is provided.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission ( 21 . 25 ) an external toothing ( 19 ) having crank disk ( 16 ) and one with the external toothing ( 19 ) meshing gear ( 20 . 24 ), wherein the gear ( 20 . 24 ) is directly operatively connected to the generator.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the drive connecting rod ( 6 ) with one in a cylinder ( 3 ) linearly displaceable piston ( 4 ) is rigidly connected.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the drive connecting rod ( 6 ) between the piston ( 4 ) and the crankpin of a seal ( 26 ) is encompassed.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the piston ( 4 ) and the cylinder ( 3 ) Part of an exhaust gas expander ( 2 ) are.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least two circulating pin ( 10 ) at least two on the circulation pin ( 10 ) mounted planetary gears ( 11 ) and at least two ring gears ( 14 ) are provided.

Working machine according to one of the preceding claims, characterized in that the circulation pin ( 10 ) each a crank disk ( 16 ) and both crank disks ( 16 ) with a synchronization wave ( 22 ) are coupled, in particular via the external teeth ( 19 ) of the crank disks ( 16 ).

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one balance weight ( 9 . 18 ) on the crankshaft ( 7 ) and / or the crank disc ( 16 ) is provided.

Internal combustion engine ( 1 ) with an exhaust tract, characterized by a working machine ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, which as exhaust gas expander ( 2 ) is present.