DE112016005346T5

DE112016005346T5 - Abwärmerückgewinnungsantrieb

Info

Publication number: DE112016005346T5
Application number: DE112016005346.0T
Authority: DE
Inventors: Nimish Bagayatkar
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-08-02
Also published as: US10619521B2; US20190178110A1; CN108495976B; CN108495976A; WO2017112583A1

Abstract

Eine Ausführungsform betrifft ein Antriebssystem zur Wärmerückgewinnung. Das Abwärmerückgewinnungsantriebssystem umfasst ein Abwärmerückgewinnungssystem, welches einen Wärmetauscher umfasst, der mit einem Motor wirksam gekoppelt ist, um Wärmeenergie vom Motor aufzunehmen und die Wärmeenergie auf ein Arbeitsfluid zu übertragen. Ein Expander ist strömungstechnisch mit dem Wärmetauscher verbunden, um das Arbeitsfluid vom Wärmetauscher aufzunehmen. Der Expander ist dazu gestaltet, die Wärmeenergie aus dem Arbeitsfluid in mechanische Energie umzuwandeln. Ein Getriebe ist wirksam mit dem Expander gekoppelt. Ein Frontmotorhilfsantrieb umfasst einen Riemenantrieb, der das Getriebe mit einer Kurbelwelle des Motors wirksam koppelt, um die mechanische Energie des Getriebes auf die Kurbelwelle zu übertragen. Ein Einheitsbauteil umfasst den Frontmotorzusatzantrieb, das Getriebe und den Expander, und das Einheitsbauteil ist als eine einheitliche Komponente vom Motor abnehmbar.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Prioritätsvorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/270,241 , eingereicht am 21. Dezember 2015, und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/294,058 , eingereicht am 11. Februar 2016, deren beider Inhalte durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen werden.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Wärmerückgewinnungs-(„WHR“-)Systeme für Motoren.
HINTERGRUND
Beim Betrieb sondern Verbrennungsmotoren Wärmeenergie in das externe Umfeld über Abgas, Motorkühlsysteme, Ladeluftkühlsysteme usw. ab. Die abgesonderte Wärmeenergie, die nicht für sinnvolle Aufgaben verwendet wird, wird üblicherweise als „Abwärme“ bezeichnet. WHR-Systeme erfassen einen Teil der Abwärme, um nützliche Arbeit zu leisten. Einige WHR-Systeme verwenden den Rankine-Zyklus („RC“). Der RC ist ein thermodynamischer Prozess, bei dem Wärme in einem RC-Kreis in ein Arbeitsmedium übertragen wird. Das Arbeitsfluid wird in einen Wärmetauscher gepumpt, wo es verdampft wird. Der Dampf passiert einen Expander und dann einen Kondensator, wo der Dampf zurück in einer Flüssigkeit kondensiert wird. Der sich ausdehnende Arbeitsfluiddampf bewirkt, dass sich der Expander dreht und somit die Abwärme in mechanische Energie umwandelt. Die mechanische Energie kann auf ein Motorsystem, auf Komponenten, wie eine Pumpe, einen Kompressor, einen Generator etc. übertragen werden.
KURZDARSTELLUNG
Eine Ausführungsform betrifft ein Antriebssystem zur Wärmerückgewinnung. Das Antriebssystem der Abwärmerückgewinnung beinhaltet ein Abwärmerückgewinnungssystem. Das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst einen Wärmetauscher, der wirksam mit einem Motor gekoppelt ist, um Wärmeenergie vom Motor aufzunehmen und die Wärmeenergie auf ein Arbeitsfluid zu übertragen. Ein Expander ist strömungstechnisch mit dem Wärmetauscher verbunden, um das Arbeitsfluid vom Wärmetauscher aufzunehmen. Der Expander ist dazu gestaltet, um die Wärmeenergie aus dem Arbeitsfluid in mechanische Energie umzuwandeln. Ein Getriebe ist wirksam mit dem Expander gekoppelt. Ein Frontmotorhilfsantrieb umfasst einen Riemenantrieb, der das Getriebe wirksam mit einer Kurbelwelle des Motors koppelt, um die mechanische Energie des Getriebes auf die Kurbelwelle des Motors zu übertragen. Ein Einheitsbauteil umfasst den Frontmotorzusatzantrieb, das Getriebe und den Expander, und das Einheitsbauteil ist als eine einheitliche Komponente vom Motor abnehmbar.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Riemenantriebssystem. Das Riemenantriebssystem beinhaltet eine erste Riemenscheibe, die im Drehkraftaustausch mit einem Verbrennungsmotor steht. Eine zweite Riemenscheibe steht im Drehkraftaustausch mit einem Abwärmerückgewinnungssystem. Eine dritte Riemenscheibe steht im Drehkraftaustausch mit mindestens einem Hilfsgerät. Ein erster Riemen ist so gestaltet, dass er Drehkräfte auf die erste Riemenscheibe, die zweite Riemenscheibe und die dritte Riemenscheibe überträgt. Der erste Riemen umfasst eine erste Riemenspannweite, die konfiguriert ist, um Drehkräfte zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe zu übertragen, und eine zweite Riemenspannweite, die konfiguriert ist, um Drehkräfte zwischen der zweiten Riemenscheibe und der dritten Riemenscheibe zu übertragen. Ein Riemenspanner / Riemenspannvorrichtung umfasst eine Spannrolle, die mit dem ersten Riemen gekoppelt ist. Die Spannrolle ist konfiguriert, um Druck selektiv auf den ersten Riemen an der zweiten Riemenspannweite auszuüben. Der Druck an der zweiten Riemenspannweite erhöht die Riemenspannung an der ersten Riemenspannweite.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Antriebssystem für eine Wärmerückgewinnung. Das Antriebssystem der Abwärmerückgewinnung beinhaltet ein Abwärmerückgewinnungssystem. Das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst einen Wärmetauscher, der wirksam mit einem Motor gekoppelt ist, um Wärmeenergie vom Motor aufzunehmen und die Wärmeenergie auf ein Arbeitsfluid zu übertragen. Ein Expander ist strömungstechnisch mit dem Wärmetauscher verbunden, um das Arbeitsfluid vom Wärmetauscher aufzunehmen. Der Expander ist dazu gestaltet, um die Wärmeenergie aus dem Arbeitsfluid in mechanische Energie umzuwandeln. Ein Getriebe ist wirksam mit dem Expander gekoppelt. Ein Motorzusatzantrieb an der Vorderseite umfasst ein Eingangszahnrad, das in Eingriff mit einem Ausgangszahnrad des Getriebes steht, um das Getriebe mit einer Kurbelwelle des Motors wirksam zu koppeln und die mechanische Energie vom Getriebe auf die Kurbelwelle des Motors zu übertragen. Ein Einheitsbauteil umfasst den Frontmotorzusatzantrieb, das Getriebe und den Expander, und das Einheitsbauteil ist als eine einheitliche Komponente (/Einheit) vom Motor abnehmbar.
Diese und andere Merkmale sowie deren Anordnung und Funktionsweise werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, wobei gleiche Elemente in den verschiedenen, nachstehend beschriebenen Zeichnungen durchgehend gleiche Bezugszeichen haben.
Figurenliste
Die Details einer oder mehrerer Implementierungen werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Offenbarung werden anhand der Beschreibung, der Zeichnungen und der Ansprüche ersichtlich.

1A ist ein Blockdiagramm eines Motorensystems, das einen Motor und ein WHR-System umfasst gemäß einer Ausführungsform.
1B ist ein Blockdiagramm eines Motorensystems, das einen Motor und ein WHR-System umfasst gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Motorensystems, das einen Motor und ein WHR-Antriebssystem umfasst gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Ansicht des WHR-Antriebssystems aus 2.
4 ist eine Vorderansicht der Darstellung eines Getriebes des WHR-Antriebssystems aus 3.
5 ist eine Vorderansicht der Darstellung eines Getriebes aus 4 mit einer weggelassenen Gehäuseabdeckung.
6 ist eine Seitenansicht der Nabe des Getriebes aus 5.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Zahnrades des Getriebes aus 5.
8 ist eine Vorderansicht des Getriebes aus 4.
9 zeigt den Querschnitt des Getriebes aus 8.
10 ist eine Vorderansicht, die ein Durchflussregelventil des WHR-Antriebssystems aus 2 zeigt.
11 ist eine Vorderansicht, die ein Umleitungsventil des WHR-Antriebssystems aus 2 zeigt.
12 ist eine Vorderansicht, die einen Expander des WHR-Antriebssystems aus 2 zeigt.
13 ist eine perspektivische Ansicht des WHR-Antriebssystems aus 2.
14 zeigt den Querschnitt eines Teils des WHR-Antriebssystems aus 2.
15A und 15B sind schematische Darstellungen von zwei Beispielen eines Riemenantriebs gemäß den verschiedenen Ausführungsformen.
16 ist eine Vorderansicht eines Riemenantriebssystems, das mit einem Motor gekoppelt ist gemäß einer Ausführungsform.
17 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens für den Einbau des Riemenantriebs gemäß einer Ausführungsform.

Es ist anzumerken, dass es sich bei manchen oder allen der Figuren um schematische Darstellungen zu Zwecken der Veranschaulichung handelt. Die Figuren werden zum Zweck der Veranschaulichung einer oder mehrerer Implementierungen mit dem expliziten Verständnis bereitgestellt, dass sie nicht verwendet werden, um den Umfang oder die Bedeutung der Ansprüche zu beschränken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter allgemeiner Bezugnahme auf die Figuren beziehen sich verschiedene Ausführungsformen auf WHR-Antriebssysteme. Gemäß der verschiedenen Ausführungsformen können WHR-Antriebssysteme mehrere Komponenten oder Untersysteme umfassen, um die Energiemenge zu optimieren, die aus der Wärme eines Motors zurückgewonnen wird. Mehrere der Komponenten oder Subsysteme können in einem einzigen Einheitsbauteil integriert sein. Die zurückgewonnene Energie kann auf verschiedene Arten genutzt werden, um beispielsweise die Leistung der Motorkurbelwelle zu ergänzen, Energiezubehör zu versorgen, elektrische Energie zu erzeugen usw.
In einer Ausführungsform umfasst ein WHR-Antriebssystem ein WHR-System, ein Getriebe und einen Motorhilfsantrieb an der Vorderseite („FEAD“, englisch: front engine accessory drive). In einem Beispiel dieser Ausführungsform sind ein Expander, eine Förderpumpe und Regelventile des WHR-Systems zusammen mit einem Getriebestrang des Getriebes und des FEAD in einem einzigen Einheitsbauteil integriert.
In einigen Ausführungsformen ist ein Getriebe so gebaut, um Energie vom WHR-System auf die Kurbelwelle des Motors über eine Kombination eines harten Getriebes und eines flexiblen Dämpfungsriemenantriebs zu übertragen, um die Betriebsleistung des WHR-Antriebssystems zu maximieren und Schwingungen des WHR-Antriebssystems zu reduzieren. In manchen Ausführungsformen definiert das Getriebe einen Kühldurchgang, der strömungstechnisch mit einem Arbeitsfluidkreislauf gekoppelt und so gebaut ist, um ein Arbeitsfluid aus dem Arbeitsfluidkreislauf aufzunehmen und das Getriebe und darin enthaltenes Öl zu kühlen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Expander, der zum Umwandeln von Energie in einem RC verwendet wird, so positioniert sein, dass er den Ölauslass aus dem WHR-Antriebssystem erleichtert.
In manchen Ausführungsformen umfasst ein FEAD Motorhilfssysteme und Komponenten, die von Energie, welche vom WHR-System umgewandelt wurde, angetrieben werden.
Das WHR-Antriebssystem kann so gebaut sein, dass das gesamte Systeme leicht ausgebaut werden kann und daher bei einem Austausch des gesamten WHR-Antriebssystems eine Reparatur vor Ort und die damit verbundene Ausfallzeit vermieden werden können. Zusätzlich können eine Größe und ein Gewicht des WHR-Antriebssystems durch die in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Struktur minimiert werden, so dass sich Materialkosten reduzieren lassen, die Effizienz (z. B. Kraftstoffverbrauch) verbessert wird und das System in kleineren Räumen eingebaut werden kann.
1A ist ein Blockdiagramm eines Motorensystems 100, das einen Motor 102 und ein WHR-Antriebssystem 104 umfasst gemäß einer Ausführungsform. Der Motor 102 kann ein Verbrennungsmotor sein, zum Beispiel ein Kompressionszündungs- oder ein Fremdzündungsmotor, und kann durch verschiedene Arten von Kraftstoffen angetrieben werden, z. B. Diesel, Benzin, komprimiertes Erdgas, Ethanol, usw. Das WHR-Antriebssystem 104 umfasst ein WHR-System 106, ein Getriebe 108 und einen FEAD 110.
Im Allgemeinen ist das WHR-System 106 so strukturiert, dass es Abwärme, die vom Motor 102 erzeugt wird, in nutzbare Energie umwandelt, beispielsweise in mechanische Energie (die beispielsweise auf die Kurbelwelle des Motors 102 übertragen oder zum Antrieb von Komponenten des FEAD 110 verwendet werden kann) und/oder elektrische Energie (die beispielsweise in einer Batterie zur späteren Verwendung gespeichert werden kann). Das WHR-System 106 umfasst einen Arbeitsfluidkreislauf 122, der einen Kondensator 112, mindestens einen Boiler oder Wärmetauscher 114, einen Expander 116, eine Förderpumpe 118 und ein Flüssigkeitsregelsystem 120 umfasst, die jeweils strömungstechnisch über Arbeitsfluidkanäle verbunden sind. Die Förderpumpe 118 ist so gebaut, dass sie Arbeitsfluid über den Arbeitsfluidkreislauf 122 pumpt, und das Flüssigkeitsregelsystem 120 ist gebaut, um den Flüssigkeitsstrom durch den Arbeitsfluidkreislauf 122 zu regulieren.
Der Wärmetauscher 114 funktioniert als Wärmetauscher, um die Wärmeenergie der vom Motor 102 produzierten Abwärme auf das Arbeitsfluid im Arbeitsfluidkreislauf 122 zu übertragen, so dass das Arbeitsfluid verdampft wird. Das verdampfte Arbeitsfluid wird vom Wärmetauscher 114 auf den Expander 116 übertragen, der entlang des Arbeitsfluidkreislaufs 122 nach dem Wärmetauscher 114 angeordnet ist. Während das verdampfte Arbeitsfluid den Expander 116 passiert, expandiert der Dampf, wodurch eine Turbine des Expanders 116 angetrieben wird. Das verdampfte Arbeitsfluid strömt aus dem Expander 116 zum Kondensator 112, wo das Arbeitsfluid gekühlt und wieder zu einer Flüssigkeit kondensiert und anschließend durch den Arbeitsfluidkreislauf 122 recycelt wird. Gemäß verschiedener Ausführungsformen kann der Expander 116 ein Turbinenexpander, ein Magnetkupplungsexpander, ein Kolbenexpander oder eine andere Art von Expander sein.
Das Getriebe 108 umfasst einen ersten Getriebestrang 124 und eine Nabe 126. Der erste Getriebestrang 124 und die Nabe 126 können zumindest teilweise in einem Gehäuse (nicht gezeigt) angeordnet sein, das auch verschiedene andere Komponenten des WHR-Systems 106 aufnehmen kann, zum Beispiel den Kondensator 112, die Förderpumpe 118, und das Flüssigkeitsregelsystem 120. Zusätzlich kann das Gehäuse Montageflächen für verschiedene Komponenten des FEAD 110 bereitstellen. Der erste Getriebestrang 124 ist wirksam mit dem Expander 116 und der Nabe 126 gekoppelt, um das Drehmoment des Expanders 116 auf die Nabe 126 zu übertragen. Der erste Getriebestrang 124 kann ein oder mehrere Getriebe umfassen, die so gebaut sind, um die Drehgeschwindigkeit der Nabe 126 relativ zu der des Expanders 116 zu reduzieren. Die Nabe 126 ist wirksam mit einem oder mit beiden Förderpumpen 118 des WHR-Systems 106 und einer Riemenscheibe 130 des FEAD 110 gekoppelt. Dementsprechend wird Energie, die vom WHR-System 106 über den Expander 116 zurückgewonnen wird, verwendet, um eine oder beide der Förderpumpen 118 des WHR-Systems 106 und die Riemenscheibe 130 des FEAD 110 anzutreiben. In einigen Ausführungsformen kann das Getriebe 108 den Expander 116 wirksam an den Motor 102 (z. B. an die Kurbelwelle des Motors 102) koppeln, um über eine direkte Getriebe-Getriebe-Verbindung Energie auf den Motor 102 zu übertragen. In manchen Ausführungsformen umfasst der FEAD 110 ein Eingangszahnrad, das in einem kammförmigen Eingriff mit einem Ausgangszahnrad des Getriebes 108 steht, um das Getriebe 108 mit einer Kurbelwelle des Motors 102 wirksam zu koppeln und die mechanische Energie vom Getriebe auf die Kurbelwelle des Motors 102 zu übertragen. In manchen Ausführungsformen kann das Getriebe 108 den Expander 116 wirksam mit anderen Komponenten des Motorsystems 100 oder externe Komponenten mit dem Motorsystem 100 koppeln.
Der FEAD 110 umfasst ein Zubehör 132, das über einen Riemen 134 wirksam mit der Riemenscheibe 130 gekoppelt ist. Obwohl in 1A nicht gezeigt, kann der FEAD 110 mehrere Riemenscheiben 130 und mehrere Zubehörteile 132 umfassen. In manchen Ausführungsformen können ein oder mehrere Zubehörteile 132 über eine direkte Getriebe-Getriebe-Verbindung mit dem Getriebe 108 verbunden werden. Das Zubehör 132 kann zum Beispiel einen Wechselstromgenerator, eine Wasserpumpe, einen Kompressor usw. umfassen. Der Riemen 134 kann auch wirksam mit einer Kurbelwelle 136 des Motors 102 gekoppelt sein. Demzufolge kann die vom WHR-System 106 zurückgewonnene Energie über den FEAD 110 zurück auf den Motor 102 übertragen werden. Ein System, strukturiert, um ein Drehmoment zu übertragen, umfassend den Riemen 134 und eine oder mehrere Riemenscheiben, kann als „Riemenantrieb“ bezeichnet werden. Es versteht sich, dass verschiedene Riemenantriebe auch zusätzliche Komponenten, wie etwa einen oder mehrere Riemenspanner enthalten können.
Einige Ausführungsformen verwenden eine Kombination aus einem oder mehreren Riemenantrieben und einer oder mehreren direkten Getriebe-Getriebe-Verbindungen, um eine Kombination des Motors 102, des WHR-Systems 106, des Getriebes 108 und des FEAD 110 funktionell zu koppeln. In einigen Ausführungsformen können Anordnungen, die eine Kombination von Riemenantrieben und Getriebeverbindungen verwenden, weniger Lärm und Schwingungen als andere Anordnungen aufweisen.
1B ist ein Blockdiagramm eines Motorsystems 138 gemäß einer anderen Ausführungsform. Das Motorsystem 138 ist eine alternative Anordnung des Motorsystems 100 aus 1A. Wie in 1B dargestellt, umfasst das Motorsystem 138 den Motor 102 und das WHR-System 106. Das WHR-System 106 umfasst das WHR-Antriebssystem 104, das Getriebe 108, den FEAD 110, den Kondensator 112 und den Wärmetauscher 114. Das WHR-Antriebssystem 104 umfasst das Getriebe 108, den FEAD 110, den Expander 106, die Förderpumpe 118 und das Flüssigkeitsregelsystem 120.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Motorensystems 200, das einen Motor 202 und ein WHR-Antriebssystem 204 gemäß einer Ausführungsform umfasst. Das WHR-Antriebssystem 204 kann ähnlich dem WHR-Antriebssystem 104 aus 1A sein. Wie in 2 dargestellt, umfasst das WHR-Antriebssystem 204 ein WHR-System 206, ein Getriebe 208 und eine FEAD 210. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist das WHR-Antriebssystem 204 so aufgebaut, dass einige oder alle Komponenten des WHR-Systems 206, das Getriebe 208 und der FEAD 210 in einem einzigen Einheitsbauteil integriert sind, das als eine Komponente aus dem Motor 202 ausgebaut werden kann.
3 ist eine perspektivische Ansicht des WHR-Antriebssystems 204 aus 2. Insbesondere zeigt die Darstellung von 3 das Getriebe 208. 4 ist eine Vorderansicht des Getriebes 208 des WHR-Antriebssystems 204 aus 3. In den 3 und 4 umfasst das WHR-Antriebssystem 204 ein Gehäuse 228, das sowohl das WHR-System 206 (nicht gezeigt) als auch das Getriebe 208 aufnimmt. Das Gehäuse 228 ist so gebaut, dass es die verschiedenen Komponenten des WHR-Systems 206 und des Getriebes 208 aufnimmt und schützt. Das Gehäuse 228 umfasst eine Gehäuseabdeckung 238, die abnehmbar ist und den Zugang zu den Komponenten des WHR-Systems 206 und des Getriebes 208 ermöglicht. Das Gehäuse 228 definiert auch integrale Befestigungsmerkmale 240 (z. B. Klammern oder Abstandshalter) für verschiedene Komponenten, einschließlich der Komponenten des FEAD 210. Demzufolge beseitigt das Gehäuse 228 die Notwendigkeit für separate Befestigungshalterungen für den FEAD 210 in der dargestellten Ausführungsform.
5 zeigt eine Vorderansicht des Getriebes 208 aus 4. In 5 ist die Gehäuseabdeckung 238 weggelassen worden. Wie in der Ausführungsform von 5 dargestellt, sind eine Nabe 226 und ein Zahnrad 242 eines ersten Getriebestrangs 224 des Getriebes 208 im Gehäuse 228 angeordnet. Das Zahnrad 242 ist wirksam mit der Nabe 226 gekoppelt. In Ausführungsformen ist das Zahnrad 242 fest mit der Nabe 226 verbunden, so dass sich das Zahnrad 242 im Verhältnis zur Nabe 226 nicht dreht. So ist beispielsweise in einer Ausführungsform das Zahnrad 242 formschlüssig in der Nabe 226 befestigt oder darin verkeilt. Das Zahnrad 242 ist außerdem wirksam mit einem Ritzel 244 (z. B. in einem Kammeingriff) eines Expanders 216 des WHR-Systems 206 gekoppelt. Demzufolge ist das Zahnrad 242 so gebaut, um ein Drehmoment des Expanders 216 des WHR-Systems 206 auf die Nabe 226 zu übertragen. Wie in 5 gezeigt, ist der Expander 216 in einer vertikal niedrigeren Stellung am Getriebe 208 relativ zum ersten Getriebestrang 224 angeordnet. Mit anderen Worten, eine Abtriebswelle des Expanders 216 ist an einer vertikal niedrigeren Position am Getriebe 208 relativ zu den Mittelachsen der Nabe 226 und des Zahnrads 242 des ersten Getriebestrangs 224 angeordnet. In manchen Ausführungsformen ist die Abtriebswelle des Expanders 216 in einer vertikalen Stellung am Getriebe 208 in Reihe mit einer unteren Hälfte des ersten Getriebestrangs 224 angeordnet. Die Position des Expanders 216 wird relativ zur Ausrichtung des Getriebes 208, wenn dieses in einem Fahrzeug eingebaut ist, beschrieben. Die Position des Expanders 216, der sich vertikal unterhalb des ersten Getriebezugs 224 befindet, ist dargestellt, um die aerodynamischen Verluste während des Betriebs zu reduzieren.
6 ist eine Seitenansicht der Nabe 226 des Getriebes 208 aus 5. Die Nabe 226 stützt das Zahnrad 242 und ist so gebaut, um das Drehmoment des WHR-Systems 206 auf eine Riemenscheibe (nicht gezeigt) des FEAD 210 zu übertragen. Die Nabe 226 erstreckt sich entlang einer Längsachse 246 von einem ersten Ende 248 zu einem zweiten Ende 250. Die Nabe 226 definiert einen Ausschnitt 251 in der Nähe des ersten Endes 248. Der Ausschnitt 251 ist gestaltet, um mindestens einen Teil der Förderpumpe (nicht gezeigt) des Getriebes 208 aufzunehmen. Die Nabe 226 definiert außerdem eine Innenverzahnung 252 (z. B. einer SAE-Keilwellenkupplung), die sich vom Ausschnitt 251 in die Nabe 226 zum zweiten Ende 250 erstreckt. Wie zu erkennen ist, ist die Innenverzahnung 252 gestaltet, um eine entsprechende Außenverzahnung der Förderpumpe aufzunehmen. Die Nabe 226 umfasst ebenfalls eine Welle 254, die sich entlang der Längsachse 246 zum zweiten Ende 250 erstreckt. Die Welle 254 definiert verschiedene Eingriffsmerkmale 256, die so gestaltet sind, dass sie mit den entsprechenden Merkmalen der anderen Komponenten, die von der Nabe 226 angetrieben werden, in Eingriff treten. Wie zu erkennen ist, kann beispielsweise die Nabe 226 ferner so aufgebaut sein, dass sie eine (nicht gezeigte) Schmierölpumpe des Getriebes 208 sowie eine Riemenscheibe (nicht gezeigt) des FEAD 210 antreibt. Die Nabe 226 ist so gestaltet, dass sie mindestens teilweise im Gehäuse 228 angeordnet ist. In manchen Ausführungsformen verläuft beispielsweise die Welle 254 durch das Gehäuse 228. In manchen Ausführungsformen ist die Riemenscheibe wirksam mit der Welle 254 gekoppelt und außerhalb des Gehäuses 228 angeordnet. Manche Ausführungsformen umfassen darüber hinaus einen Dichtungsmechanismus, der wirksam mit der Welle gekoppelt ist. Der Dichtungsmechanismus ist so gestaltet, dass er den Austritt von Flüssigkeiten aus dem Getriebegehäuse und den Eintritt von Schmutzpartikeln in der Luft und Verunreinigungen in das Getriebegehäuse verhindert.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Zahnrades 242 des Getriebes 208 aus 5. Das Zahnrad 242 definiert eine Mittelachse 258, die während des Betriebs koaxial zur Längsachse 246 der Nabe 226 steht. Das Zahnrad 242 definiert Getriebezähne 260 / einen Gebtriebezahnkranz 260, die/der an einer äußeren Umfangsfläche des Zahnrades 242 angeordnet sind/ist. Die Getriebezähne 260 definieren zusammen mit den Getriebezähnen des Ritzels 244 des Expanders 216 ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnrad 242 und dem Ritzel 244. In einer Ausführungsform ist das Übersetzungsverhältnis größer als 10:1. In einer Ausführungsform beträgt das Übersetzungsverhältnis 10.5:1.
8 ist eine Vorderansicht des Getriebes 208 aus 5 mit der Nabe 226 und dem Zahnrad 242, das vom Getriebe 208 abgenommen ist. Wie in 8 dargestellt, ist im Gehäuse 228 ebenfalls eine Förderpumpe 218 des WHR-Systems 206 in der Nähe der Nabe 226 (z. B. hinten in der gezeigten Ausrichtung) angeordnet. Die Förderpumpe 218 ist so gebaut, dass ein Arbeitsfluid (z. B. ein Kühlmittel) durch den Arbeitsfluidkreislauf zirkulieren kann. Das Gehäuse 228 definiert einen Einlass 262 des Arbeitsfluidkreislaufs.
9 zeigt den Querschnitt des Getriebes 208 aus 8. Die Förderpumpe 218 umfasst eine Welle 264, die sich entlang der Längsachse 266 der Förderpumpe 218 erstreckt. Die Längsachse 266 der Förderpumpe 218 verläuft koaxial zur Längsachse 246 der Nabe 226 (6), wenn sie montiert ist. Die Welle 264 definiert eine Außenverzahnung 268, die so strukturiert ist, das sie mit einer Innenverzahnung 252 der Nabe 226 ineinander greift. Das Gehäuse 228 definiert einen Ansaughohlraum 270 und einen Ablasshohlraum 272, die einen Teil des Arbeitsfluidkreislaufs bilden. Die Förderpumpe 218 ist so gebaut, dass sie Arbeitsfluid aus dem Ansaughohlraum 270 ansaugt und das Arbeitsfluid in den Ablasshohlraum 272 strömen lässt.
10 ist eine Vorderansicht, die ein Durchflussregelventil 274 des WHR-Antriebssystems 206 aus 2 zeigt. Das Durchflussregelventil 274 ist Teil eine Flüssigkeitsregelsystems des SHR-Systems 206. Das Durchflussregelventil 274 ist abnehmbar am Gehäuse 228 des Getriebes 208 gekoppelt. Das Durchflussregelventil 274 steuert den Durchfluss des Arbeitsfluids durch den Arbeitsfluidkreislauf. Insbesondere regelt das Durchflussregelventil 274 den Durchfluss des Arbeitsfluids zu einem Wärmetauscher (nicht gezeigt) des WHR-Systems 206. In manchen Ausführungsformen kann das Durchflussregelventil 274 auch den Durchfluss des Arbeitsfluids vom Arbeitsfluidkreislauf zu den anderen Flüssigkeitskreisläufen, wie einem Abgasumwälz-Flüssigkeitskreislauf („EGR“) regeln.
11 ist eine Vorderansicht, die ein Umleitungsventil 276 des WHR-Antriebssystems 206 aus 2 zeigt. Das Umleitungsventil 276 ist ebenfalls Teil eines Flüssigkeitsregelsystems des WHR-Systems 206. Das Umleitungsventil 276 ist abnehmbar am Gehäuse 228 des Getriebes 208 gekoppelt. Das Umleitungsventil 276 regelt den Durchfluss des Arbeitsfluids durch den Arbeitsfluidkreislauf durch selektives Umleiten des Arbeitsfluiddurchflusses zu einem Einlass der Förderpumpe 218, um den Wärmetauscher (nicht gezeigt) zu umgehen. In manchen Ausführungsformen ist das Umleitungsventil 276 so gebaut, um das Arbeitsfluid aus dem Arbeitsfluidkreislauf, der vor dem Wärmetauscher angeordnet ist, selektiv zum Arbeitsfluidkreislauf, der nach dem Expander angeordnet ist, zu leiten, um den Wärmetauscher und den Expander zu umgehen. In manchen Ausführungsformen strömt das umgeleitete Arbeitsfluid zum Arbeitsfluidkreislauf, der sich vor der Förderpumpe 218 befindet. In anderen Ausführungsformen strömt das umgeleitete Arbeitsfluid zum Arbeitsfluidkreislauf, der sich vor dem Kondensator (nicht gezeigt) befindet. Es versteht sich, dass das Flüssigkeitsregelsystem einen oder mehrere Flüssigkeitskanäle (z. B. Rohre oder Leitungen) umfassen kann, um das Arbeitsfluid wie beschrieben selektiv zu leiten.
12 ist eine Vorderansicht, die einen Expander 216 des WHR-Antriebssystems 206 aus 2 zeigt (siehe auch 5). Der Expander 216 umfasst einen Ölablass 280, der an einer unteren Stelle 281 des Getriebes 208 angeordnet ist, um die Entleerung des Öls aus dem System zu erleichtern. Insbesondere ist der Ölablass 280 an einer Stelle angeordnet, die nicht durch andere Komponenten behindert wird, so dass ein Bediener Zugriff auf den Ölablass 280 hat.
13 ist eine perspektivische Ansicht des WHR-Antriebssystems 204 aus 2. Der FEAD 210 umfasst ein oder mehrere Zubehörteile des Motorsystems 200 (2) sowie Antriebskomponenten, die strukturiert sind, um Antriebsenergie auf die Zubehörteile zu übertragen. Beispielsweise können die Antriebskomponenten Riemenantriebe, Riemenscheiben, Direktverzahnungen und Kupplungen umfassen. Gemäß einer Ausführungsform ist der FEAD 210 so gebaut, dass er die Energie des WHR-Systems 206 auf die Zubehörteile des FEAD 210 übertragen kann. In manchen Ausführungsformen können ein oder mehrere Zubehörteile auf andere Weise angetrieben werden, z. B. durch elektrische oder hydraulische Energie.
In einer Ausführungsform, wie in 13 dargestellt, umfasst der FEAD 210 ein erstes Zubehörteil 232, ein zweites Zubehörteil 284 und ein drittes Zubehörteil 285. In einer Ausführungsform ist beispielsweise das erste Zubehörteil 232 ein Kompressor, das zweite Zubehörteil 284 eine Wasserpumpe und das dritte Zubehörteil 285 ein Wechselstromgenerator oder eine Motor-Generatoreinheit. Das erste und zweite Zubehörteil 232, 284 werden von einem Riemenantriebssystem einschließlich einem Riemen 234 angetrieben. Das erste und zweite Zubehörteil 232, 284 sind wirksam mit dem Riemen 234 über eine erste bzw. zweite Riemenscheibe 286, 287 verbunden.
Der FEAD 210 umfasst eine Kupplung 282, die gebaut ist, um selektiv das erste und zweite Zubehörteil 232, 284 des FEAD 210 an das WHR-System 206 (nicht gezeigt) zu koppeln. Genauer gesagt ist die Kupplung 282 selektiv mit dem ersten Getriebestrang 224 des Getriebes 208 (siehe 5) gekoppelt, der den Expander 216 des WHR-Systems 206 (siehe 5 und 12) wirksam mit dem FEAD 210 koppelt. Die Kupplung 282 umfasst eine Kupplungsriemenscheibe 283, die so aufgebaut ist, dass sie die Kupplung 282 über den Riemen 234 wirksam mit der ersten und der zweiten Riemenscheibe 286, 287 des jeweils ersten und zweiten Zubehörteils 232, 284 verbindet.
In einer Ausführungsform ist das dritte Zubehörteil 285 über einen zweiten Getriebestrang (nicht gezeigt) des Getriebes 208 wirksam mit dem WHR-System 206 gekoppelt. So kann beispielsweise das dritte Zubehörteil 285 eine Eingangswelle mit einem Ritzel, welches in den zweiten Getriebestrang eingreift, aufweisen, um das Drehmoment des WHR-Systems 206 auf ein drittes Zubehörteil 285 zu übertragen. In anderen Ausführungsformen ist das dritte Zubehörteil 285 wirksam mit dem Riemen 234 gekoppelt.
In manchen Ausführungsformen ist die zweite Riemenscheibe 287 eine doppelte Riemenscheibe. Ein zweiter Riemen (nicht gezeigt) koppelt wirksam die FEAD 210 mit der Kurbelwelle des Motors 202 (nicht gezeigt). Demzufolge kann die Energie von der Kurbelwelle des Motors über den zweiten Riemen auf den FEAD 210 übertragen werden. In einer Ausführungsform ist das dritte Zubehörteil 285 eine Motor-Generatoreinheit, die in Betrieb gesetzt werden kann, um die Komponenten des FEAD 210 anzutreiben, wenn der Motor 202 nicht läuft. Die Riemen und Riemenscheiben können einen Riemenantrieb umfassen.
14 zeigt den Querschnitt ein Teil des WHR-Antriebssystems 204 aus 2. Der Querschnitt erstreckt sich über mehrere Komponenten des WHR-Antriebssystems 204, einschließlich der Förderpumpe 218 und des Expanders 216 des WHR-Systems 206; den ersten Getriebezug 224, die Nabe 226, die Gehäuseabdeckung 238 und das Zahnrad 242 des Getriebes 208; und die Kupplung 282 des FEAD 210. 14 zeigt außerdem eine Schmierpumpe 288 des Getriebes 208. Die Schmierpumpe 288 ist wirksam mit der Nabe 226 des Getriebes 208 gekoppelt. Die Schmierpumpe 288 ist so gebaut, dass sie Schmiermittel (z. B. Öl) durch das Getriebe 208 pumpt. In einer Ausführungsform ist die Schmierpumpe 288 ein Generator. In manchen Ausführungsformen ist die Schmierpumpe 288 so strukturiert, um Schmiermittel durch ein Lager des Expanders 216 zu pumpen. Dementsprechend ermöglicht die Nabe 226 einen integrierten Betrieb aller Förderpumpen 218, des ersten Getriebestrangs 224 und der Schmierpumpe 288.
Die 15A und 15B zeigen jeweils eine erste Riemenantriebsanordnung 310 und eine zweite Riemenantriebsanordnung 320. In verschiedenen Ausführungsformen sind die erste und zweite Riemenantriebsanordnung 310, 320 in ein Motorsystem eingebaut, z. B. in das Motorsystem 100 aus 1A und 1B oder das Motorsystem 200 aus 2. In anderen Ausführungsformen sind die erste und zweite Riemenantriebsanordnung 310, 320 in einen anderen Typ eines Kraftantriebssystems eingebaut. Aus Gründen der Klarheit und Kürze werden die erste und zweite Riemenantriebsanordnung 310, 320 in Verbindung mit dem Motorsystem 100 aus 1A beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die erste und die zweite Riemenantriebsanordnung 310, 320 in ähnlicher Weise mit anderen Systemen verwendet werden können.
Sowohl die erste Riemenantriebsanordnung 310 als auch die zweite Riemenantriebsanordnung 320 umfasst eine Motorkurbelscheibe 312 (z. B. wirkungstechnisch mit der Kurbelwelle 136 gekoppelt), eine WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 (z. B. Riemenscheibe 130), eine Riemenspannvorrichtung 314 eine Hilfseingangsriemenscheibe 315 (die beispielsweise mit einer Eingangswelle des Zubehörteils 132 wirksam verbunden ist) und einen Riemen 311 (z. B. Riemen 134). Die Motorkurbelscheibe 312 ist mit einem Ende der Kurbelwelle 136 verbunden, so dass Energie über die Motorkurbelscheibe 312 auf den Motor 102 und vom Motor übertragen werden kann. In ähnlicher Weise ist die WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 mit einem Ende einer Abtriebswelle des Getriebes 108 gekoppelt. Die Riemenspannvorrichtung 314 umfasst eine Spannscheibe und ein verbundenes Druckanwendungsgerät (z. B. federbelastet, hydraulisch, fixiert etc.), das so gebaut ist, um genügend Kraft über die Spannscheibe zu übertragen und die Spannung des Riemens 311 innerhalb bestimmter Parameter anzupassen. Die Hilfseingangsriemenscheibe 315 ist wirksam mit einer Eingangswelle gekoppelt, um Drehkraft auf ein oder mehrere Hilfsgeräte (z. B. das Zubehörteil 132, die Kompressoren, Pumpen, Wechselstromgeneratoren etc.) zu übertragen. Der Riemen 311 ist ein Band (z. B. ein Serpentinenband, ein glattes Band etc.) das die Motorkurbelscheibe, die WHR-Abtriebsriemenscheibe 313, die Hilfseingangsriemenscheiben 315 und die Riemenspannvorrichtung 314 wirksam miteinander verbindet.
Sowohl die erste Riemenantriebsanordnung 310 als auch die zweite Riemenantriebsordnung 320 ist eine schematische Vorderansicht einer beispielhaften Anordnung eines Riemenantriebs. Sowohl die erste Riemenantriebsanordnung 310 als auch die zweite Riemenantriebsanordnung 320 zeigt die Motorkurbelscheibe 312, die WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 und die Hilfseingangsscheibe 315, die in einer dreieckigen Formation angeordnet sind. In verschiedenen Anordnungen sind nicht dreieckige Anordnungen möglich, z. B. durch die Verwendung von einem oder mehreren Spannrollenwegen eines oder mehrerer entsprechender Riemen.
Bei einem ersten Satz von Bedingungen ist die Drehabgabe an der Motorkurbelscheibe 312 größer als die Drehabgabe an der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313. Bei einem zweiten Satz von Bedingungen ist die Drehabgabe an der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 größer als die Drehabgabe an der Motorkurbelscheibe 312.
Die Riemenspannvorrichtung 314 ist zwischen der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 und der Hilfseingangsriemenscheibe 315 angeordnet, wobei der Riemens 311 in alternierender Weise über der entsprechenden Riemenscheibe angeordnet ist. Somit kann die Riemenspannvorrichtung 314 einen nach innen gerichteten Vorspanndruck (z. B. im Allgemeinen in Richtung eines mittleren Abschnitts der dreieckigen Formation der Riemenscheiben) ausüben, um die Spannung des Riemens 311 durch die Riemenspannweite zwischen der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 und der Hilfseingangsriemenscheibe 315 einzustellen.
In der Reihenfolge der Drehverbindung über den Riemen 311, wie die Pfeile in 15A anzeigen, ist die WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 der Motorkurbelscheibe 312 (d. h. nachgeordnet rotierend) nachgeordnet eingebaut, und die Hilfseingangsriemenscheibe 315 ist der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 nachgeordnet eingebaut. Zum Beispiel erzeugt die Motorkurbelscheibe 312 der ersten Riemenantriebsanordnung 310 im Betrieb eine Drehleistung im Uhrzeigersinn in der in 15A gezeigten Ausrichtung.
Bei dem ersten Satz von Bedingungen, bei denen die Drehleistung an der Motorkurbelscheibe 312 größer ist als die Drehleistung an der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313, ist die Riemenspannung an einer ersten Riemenspannweite 301 zwischen der Motorkurbelscheibe 312 und der Hilfseingangsriemenscheibe 315 groß (z. B. aufgrund der Motorkurbelscheibe 312, die die Drehung der vorgelagerten Hilfseingangsriemenscheibe 315 und zu einem geringeren Ausmaß den Antrieb der Spannrolle und der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 veranlasst). Riemenspannungen an einer zweiten Riemenspannweite 302 zwischen der Motorkurbelscheibe 312 und der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 und einer dritten Riemenspannweite 303 zwischen der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 und der Riemenspannvorrichtung 314 sind vergleichsweise niedriger als die Riemenspannung der ersten Riemenspannweite 301.
Bei dem zweiten Satz von Bedingungen, wo die Drehleistung an der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 größer ist als die Drehleistung an der Motorkurbelscheibe 312, nimmt die Riemenspannung an der zweiten Riemenspannweite 302 zu, da die WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 die Drehleistung der Motorkurbelscheibe 312 ersetzt und indirekt die Drehung der Hilfseingangsriemenscheibe 315 antreibt. Somit wird die Riemenspannung an der ersten Riemenspannweite 301 und der dritten Riemenspannweite 303 vergleichsweise geringer.
In Bezug auf die zweite Anordnung, wie in 15B dargestellt, erzeugt die Motorkurbelscheibe 312 eine Drehbewegung gegen den Uhrzeigersinn in der gezeigten Ausrichtung.
Bei dem ersten Satz von Bedingungen, bei denen die Drehleistung an der Motorkurbelscheibe 312 größer als die Drehleistung an der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 ist, ist die Riemenspannung bei einer vierten Riemenspannweite 304 zwischen der Motorkurbelscheibe 312 und dem Hilfseingangsriemenscheibe 315 hoch. Demzufolge sind die Riemenspannungen an einer zweiten fünften Riemenspannweite 305 zwischen der Motorkurbelscheibe 312 und der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 und einer sechsten Riemenspannweite 306 zwischen der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 und der Riemenspannvorrichtung 314 vergleichsweise niedriger.
Bei dem zweiten Satz von Bedingungen, wo die Drehleistung an der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 größer ist als die Drehleistung an der Motorkurbelscheibe 312, nimmt die Riemenspannung an der fünften Riemenspannweite 305 zu, während die Riemenspannungen an der vierten Riemenspannweite 304 und der sechsten Riemenspannweite 306 relativ niedrig sind.
Im Betrieb mildert die Riemenspannvorrichtung 314 für die in 15A und 15B dargestellten Implementierungen die oben beschriebenen Änderungen der Riemenspannung, wodurch der Wirkungsgrad der Kraftübertragung von der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 zur Motorkurbelscheibe 312 verbessert wird und dämpfende Torsionskräfte an der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 aufgenommen werden. In der ersten Riemenantriebsanordnung 310 kann die Riemenspannvorrichtung 314 unter dem ersten Satz von Bedingungen konfiguriert sein, um Druck auf den Riemen 311 auszuüben und den Durchhang an der zweiten Riemenspannweite 302 erheblich zu reduzieren. Wenn daher die erste Riemenantriebsanordnung 310 vom ersten Satz der Bedingungen zum zweiten Satz der Bedingungen übergeht, ist die Energiemenge von der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313, die für die Erhöhung der Riemenspannung der zweiten Riemenspannweite 302 verbraucht wurde, ausreichend, um mitzuteilen, dass die Abgabe an die Motorkurbelscheibe 312 reduziert wird. Zusätzlich wird durch die Reduzierung des Unterschieds der Riemenspannung an der zweiten Riemenspannweite 302 ein Betriebsstoß, der an der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 empfangen wird, reduziert, wenn vom ersten Satz der Bedingungen zum zweiten Satz der Bedingungen übergegangen wird, was infolge eines plötzlichen Widerstands der Motorkurbelscheibe 312 auftreten kann, nachdem die WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 den Durchhang im Riemen 311 aufgebraucht hat.
Bezugnehmend auf 16, wird ein exemplarisches Riemenantriebssystem 400, das an einen Motor gekoppelt ist, gezeigt. Das System 400 umfasst Beispielanordnungen der Motorkurbelscheibe 312, der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313, der Riemenspannvorrichtung 314 und der Hilfseingangsriemenscheibe 315.
Im Beispiel des Systems 400 wird anstelle der direkten Drehverbindung zwischen der Motorkurbelscheibe 312 und der Hilfseingangsriemenscheibe 315 und der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313, wie in 15A und 15B zeigt, eine indirekte Drehverbindung durch eine Doppelriemenscheibe 404 bereitgestellt. Die Doppelriemenscheibe 404 ist ein Drehelement, das konfiguriert ist, um mit zwei oder mehreren Riemen in Eingriff zu stehen und Drehkräfte auf zwei oder mehr Riemen zu übertragen. Die Doppelriemenscheibe 404 ist wirksam mit einem ersten Riemen 402 und einem zweiten Riemen 406 gekoppelt. Der erste Riemen 402 ist wirksam mit der Motorkurbelscheibe 312 und der Doppelriemenscheibe 404 gekoppelt, und der zweite Riemen 406 ist wirksam mit der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313, der Riemenspannvorrichtung 314, der Hilfseingangsriemenscheibe 315 und der Doppelriemenscheibe 404 gekoppelt. Somit übt die Riemenspannvorrichtung 314 einen Spanndruck bei einer Riemenspannweite des zweiten Riemens 406 zwischen der WHR-Abtriebsriemenscheibe 313 und der Hilfseingangsriemenscheibe 315 im Beispiel von 16 aus.
17 veranschaulicht ein Verfahren 500 für die Herstellung eines Riemensystems. Das Verfahren 500 wird unter Berücksichtigung von Aspekten des Motorsystems 100 aus 1A sowie von Aspekten der Riemenscheibensysteme, die in Bezug auf die 15A und 15B beschrieben sind, angewendet.
Bei 502 ist eine Motorkurbelscheibe (z. B. die Motorkurbelscheibe 312) mit einem Motor (z. B. dem Motor 102) gekoppelt. Die Motorkurbelscheibe ist wirksam mit einer Drehleistungskomponente des Motors gekoppelt. Die Motorkurbelscheibe kann beispielsweise mit einer Antriebswelle, die Drehkräfte von einer verbundenen Kurbelwelle des Motors empfängt, gekoppelt werden.
Bei 504 ist eine WHR-Abtriebsriemenscheibe (z. B. die WHR-Abtriebsriemenscheibe 313) mit dem Motor gekoppelt. Die WHR-Abtriebsriemenscheibe ist an einen Abschnitt des Drehausgangs (z. B. eine Welle) eines WHR-Systems (z. B. das Getriebe 108) des Motors gekoppelt.
Bei 506 ist eine Hilfseingangsriemenscheibe (z. B. die Hilfseingangsriemenscheibe 315) an den Motor gekoppelt. Die Hilfseingangsriemenscheibe ist an eine Aufnahmekomponente des Dreheingangs (z. B. eine drehende Antriebswelle) gekoppelt, die wiederum mit einer oder zwei Hilfsgeräten (z. B. Kompressoren, Pumpen etc.), welche mit dem Motor oder dem Fahrzeug, in dem der Motor angeordnet ist, wirksam gekoppelt sind. Ein oder mehrere Hilfsgeräte arbeiten teilweise aufgrund der Dreheingabe, die von der Hilfseingangsriemenscheibe bereitgestellt wird. Die Hilfseingangsriemenscheibe ist an einer im Verhältnis zur WHR-Abtriebsriemenscheibe nachgelagerten Stelle angebracht, was von der Drehrichtung der Motorkurbelscheibe abhängt.
Bei 508 ist eine Riemenspannvorrichtung (z. B. die Riemenspannvorrichtung 314) mit dem Motor gekoppelt. Die Riemenspannvorrichtung ist mit dem Motor an einer Stelle gekoppelt, die der Riemenspannvorrichtung ermöglicht, einen Druck auf die Riemenspannweite zwischen der WHR-Abtriebsriemenscheibe und der Hilfseingangsriemenscheibe auszuüben.
Bei 510 sind ein oder mehrere Riemen (z. B. der Riemen 311 oder die Riemen 402, 406 aus 16) mit den Riemenscheiben gekoppelt. Ein oder mehrere Riemen sind verbindungstechnisch mit der Motorkurbelriemenscheibe, der WHR-Abtriebsriemenscheibe und der Hilfseingangsriemenscheibe gekoppelt, so dass die Übertragung von Drehkräften zwischen den Riemenscheiben möglich ist. Mindestens ein Riemen ist funktionell mit der Riemenspannvorrichtung verbunden, damit die Spannvorrichtung die Riemenspannung an mindestens einem Abschnitt einer Riemenspannweite zwischen der WHR-Abtriebsriemenscheibe und der Motorkurbelscheibe einstellen kann.
Obwohl diese Beschreibung viele spezifische Implementierungsdetails enthält, sollten diese nicht als Einschränkungen des Umfangs dessen aufgefasst werden, was beansprucht sein kann, sondern vielmehr als Erläuterungen von Merkmalen, die spezifisch für bestimmte Implementierungen sind. Bestimmte, in dieser Beschreibung im Kontext separater Implementierungen erläuterten Merkmale können auch in Kombination in einer einzigen Implementierung umgesetzt werden. Im Gegensatz dazu können verschiedene, im Kontext einer einzigen Implementierung beschriebene Merkmale auch in mehreren Implementierungen separat oder in einer beliebigen, geeigneten Unterkombination umgesetzt werden. Zudem können, obwohl vorstehende Merkmale so beschrieben sein können, dass sie in bestimmten Kombinationen fungieren und auch anfänglich als solche beansprucht sind, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination ausgesondert werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
Es sollte für den Fachmann, der diese Offenbarung durchsieht, offensichtlich sein, dass bestimmte Merkmale beschrieben und beansprucht werden, ohne den Umfang dieser Merkmale auf die bereitgestellten genauen numerischen Bereiche einzuschränken, es sei denn, dies ist anderweitig festgehalten. Demgemäß werden unwesentliche oder unbedeutende Modifikationen oder Abänderungen an dem beschriebenen und beanspruchten Gegenstand als innerhalb des Umfangs der Erfindung liegend betrachtet, wie in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt.
Die Begriffe „gekoppelt“ und dergleichen, wie sie hierin verwendet werden, bedeuten das direkte oder indirekte Verbinden zweier Komponenten miteinander. Diese Verbindung kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) geschehen. Dieses Verbinden kann dadurch erreicht werden, dass die zwei Komponenten oder die zwei Komponenten und beliebige weitere Zwischenkomponenten miteinander integral als ein einziger einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dass die zwei Komponenten oder die zwei Komponenten und beliebige weitere Zwischenkomponenten aneinander befestigt sind.
Es ist wichtig, zu beachten, dass Aufbau und Anordnung des in den vielfältigen beispielhaften Implementierungen gezeigten Systems lediglich veranschaulichender und nicht einschränkender Art sind. Es wird gewünscht, dass sämtliche Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Geistes und/oder Umfangs der beschriebenen Implementierungen fallen, geschützt sind. Es versteht sich, dass manche Merkmale nicht notwendig sind und Implementierungen, denen die verschiedenen Merkmale fehlen, als innerhalb des Umfangs der Anmeldung liegend betrachtet werden, wobei der Umfang durch die folgenden Ansprüche definiert wird. Soweit die Begriffe „mindestens ein Abschnitt“/„mindestens ein Anteil/Teil“ und/oder „ein Abschnitt“/„ein Anteil/Teil“ verwendet werden, kann der Gegenstand einen Abschnitt/einen Anteil/Teil und/oder den gesamten Gegenstand einschließen, sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62270241 [0001]
US 62/294058 [0001]

Claims

Abwärmerückgewinnungsantriebssystem, umfassend: ein Abwärmerückgewinnungssystem, umfassend: - einen Wärmetauscher, der wirksam mit einem Motor gekoppelt ist, um Wärmeenergie vom Motor aufzunehmen und die Wärmeenergie auf ein Arbeitsfluid zu übertragen; und - einen Expander, der strömungstechnisch mit dem Wärmetauscher gekoppelt ist, um das Arbeitsfluid vom Wärmetauscher aufzunehmen, wobei der Expander dazu gestaltet ist, Wärmeenergie von dem Arbeitsfluid in mechanische Energie umzuwandeln; ein Getriebe, das mit dem Expander wirksam gekoppelt ist; ein Frontmotorhilfsantrieb, umfassend einen Riemenantrieb, der das Getriebe wirksam mit einer Kurbelwelle des Motors koppelt, um die mechanische Energie des Getriebes auf die Kurbelwelle des Motors zu übertragen; und ein Einheitsbauteil, umfassend den Frontmotorhilfsantrieb, das Getriebe und den Expander, wobei das Einheitsbauteil als einheitliche Komponente vom Motor abnehmbar ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem weiterhin eine Förderpumpe umfasst, die wirksam mit dem Expander gekoppelt ist, wobei die Förderpumpe dazu gestaltet ist, um das Arbeitsfluid durch einen Arbeitsfluidkreislauf, welcher den Wärmetauscher und den Expander umfasst, zu zirkulieren.
System nach Anspruch 2, wobei das Einheitsbauteil weiterhin die Förderpumpe umfasst.
System nach Anspruch 2, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem weiterhin ein Arbeitsfluidregelsystem umfasst, das dazu gestaltet ist, um den Durchfluss des Arbeitsfluids durch den Arbeitsfluidkreislauf zu regeln.
System nach Anspruch 4, wobei das Arbeitsfluidregelsystem ein Durchflussregelventil umfasst, das am Arbeitsfluidkreislauf angeordnet ist, und das Durchflussregelventil dazu gestaltet ist, um den Durchfluss des Arbeitsfluids durch den Arbeitsfluidkreislauf zum Wärmetauscher zu regeln.
System nach Anspruch 4, wobei das Arbeitsfluidregelsystem ferner ein Umleitungsventil umfasst, das entlang dem Arbeitsfluidkreislauf stromabwärts von der Förderpumpe angeordnet ist, und das Umleitungsventil dazu gestaltet ist, um das Arbeitsfluid selektiv vom Arbeitsfluidkreislauf stromaufwärts von dem Wärmetauscher in den Arbeitsfluidkreislauf stromabwärts vom Expander zu leiten, um sowohl den Wärmetauscher als auch den Expander zu umgehen.
System nach Anspruch 2, wobei das Getriebe einen Kühldurchgang definiert, der strömungstechnisch mit einem Arbeitsfluidkreislauf gekoppelt und dazu gestaltet ist, das Arbeitsfluid aus dem Arbeitsfluidkreislauf aufzunehmen, um so das Getriebe und Komponenten als auch Fluide im Getriebe zu kühlen.
System nach Anspruch 1, wobei das Getriebe Folgendes umfasst: eine Nabe, die über einen ersten Getriebestrang wirksam mit dem Expander gekoppelt ist, wobei eine Abtriebswelle des Expanders an einer vertikal niedrigeren Stelle am Getriebe im Verhältnis zu einer Mittelachse der Nabe angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Getriebe ferner den Expander wirksam mit einer Schmierpumpe koppelt.
System nach Anspruch 1, wobei das Getriebe ferner den Expander wirksam mit einer ersten Eingangswelle eines Wechselstromgenerators koppelt.
System nach Anspruch 10, wobei der Riemenantrieb ferner eine zweite Eingangswelle des Wechselstromgenerators wirksam mit der Kurbelwelle des Motors koppelt.
System nach Anspruch 10, wobei der Riemenantrieb weiterhin umfasst: eine Doppelriemenscheibe; einen ersten Riemen, der die Doppelriemenscheibe wirksam mit dem Getriebe koppelt; einen zweiten Riemen, der die Doppelriemenscheibe wirksam mit der Kurbelwelle des Motors.
System nach Anspruch 12, wobei der zweite Riemen ferner eine zweite Eingangswelle des Wechselstromgenerators wirksam mit der Kurbelwelle des Motors koppelt.
System nach Anspruch 12, ferner umfassend eine Kupplung, die selektiv einen ersten Getriebestrang des Getriebes mit einer Kupplungsscheibe koppelt, wobei der erste Riemen über die Kupplungsscheibe wirksam mit dem Getriebe gekoppelt ist.
System nach Anspruch 14, wobei das Getriebe weiterhin Folgendes umfasst: ein Getriebegehäuse, wobei der erste Getriebestrang im Getriebegehäuse angeordnet ist; eine Nabe, die teilweise im Getriebegehäuse angeordnet ist, wobei die Nabe eine Nabenwelle umfasst, die sich durch das Getriebegehäuse erstreckt, und die Kupplungsscheibe wirksam mit der Welle verbunden und außerhalb des Gehäuses angeordnet ist; und eine Dichtung, die wirksam mit der Welle gekoppelt ist, wobei die Dichtung so gebaut ist, dass sie einen Austritt von Fluiden aus dem Getriebegehäuse und einen Eintritt von Schmutzpartikeln in der Luft und Verunreinigungen in das Getriebegehäuse verhindert.
System nach Anspruch 1, wobei der Riemenantrieb Folgendes umfasst: eine Motorkurbelscheibe, die mit der Kurbelwelle des Motors wirksam gekoppelt ist; eine Abtriebsriemenscheibe zur Abwärmerückgewinnung, die mit einer Abtriebswelle des Getriebes wirksam gekoppelt ist; eine Hilfseingangsriemenscheibe, die mit einer Eingangswelle eines Hilfsgeräts wirksam gekoppelt ist; eine Riemenspannrolle, die mit einem Riemenspanner wirksam gekoppelt ist; und einen ersten Riemen, der jeden aus: der Motorkurbelscheibe, der Abtriebsriemenscheibe zur Abwärmerückgewinnung, der Hilfseingangsriemenscheibe und dem Riemenspanner drehbar koppelt, wobei die Abtriebsriemenscheibe zur Abwärmerückgewinnung in Bezug auf eine Rotationsrichtung des ersten Riemens rotationsmäßig nachgelagert zu der Motorkurbelscheibe ist.
Riemenantriebssystem nach Anspruch 16, wobei die Riemenspannrolle mit einem Durchhang des ersten Riemens angeordnet ist, wenn das Abwärmerückgewinnungssystem Energie erzeugt und wenn das Hilfsgerät Energie verbraucht.
Riemenantriebssystem nach Anspruch 16, wobei die Riemenspannrolle den Motorkurbelscheiben und der Abtriebsriemenscheibe der Abwärmerückgewinnung rotationsmäßig nachgelagert ist in Bezug auf die Rotationsrichtung des ersten Riemens.
Riemenantriebssystem umfassend: eine erste Riemenscheibe, die für einen Drehkraftaustausch mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist; eine zweite Riemenscheibe, die für eine Drehkraftaufnahme mit einem Abwärmerückgewinnungssystem verbunden ist; eine dritte Riemenscheibe, die für eine Drehkraftbereitstellung an mindestens ein Hilfsgerät mit diesem verbunden ist; ein erster Riemen, der dazu konfiguriert ist, Drehkräfte zwischen der ersten Riemenscheibe, der zweiten Riemenscheibe und der dritten Riemenscheibe zu übertragen, wobei der erste Riemen eine erste Riemenspannweite umfasst, die konfiguriert ist, um Drehkräfte zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe zu übertragen, wobei der erste Riemen ferner eine zweite Riemenspannweite umfasst, die konfiguriert ist, um Drehkräfte zwischen der zweiten Riemenscheibe und der dritten Riemenscheibe zu übertragen; und eine Riemenspannvorrichtung, die eine Spannrolle umfasst, die mit einem ersten Riemen gekoppelt und so gebaut ist, um Druck selektiv auf den ersten Riemen an der zweiten Riemenspannweite auszuüben, wobei der Druck an der zweiten Riemenspannweite die Riemenspannung an der ersten Riemenspannweite erhöht.
System nach Anspruch 19, ferner umfassend: eine Doppelriemenscheibe, die mit dem Verbrennungsmotor wirksam gekoppelt ist; und einen zweiten Riemen, der mit der Doppelriemenscheibe und der ersten Riemenscheibe gekoppelt ist, wobei der erste Riemen mindestens mit der zweiten Riemenscheibe, der dritten Riemenscheibe und der Doppelriemenscheibe verbunden ist und die erste Riemenspannweite zwischen der zweiten Riemenscheibe und der Doppelriemenscheibe angeordnet ist.
System nach Anspruch 19, wobei das System so konfiguriert ist, dass sich der Riemen in Uhrzeigerrichtung bewegen kann.
System nach Anspruch 19, wobei das System so konfiguriert ist, dass sich der Riemen entgegen der Uhrzeigerrichtung bewegen kann.
System nach Anspruch 19, wobei: eine erste Bedingung dadurch definiert ist, dass eine Drehkraft an der ersten Riemenscheibe größer ist als die Drehkraft an der zweiten Riemenscheibe, eine zweite Bedingung dadurch definiert ist, dass die Drehkraft an der ersten Riemenscheibe geringer ist als die Drehkraft an der zweiten Riemenscheibe; und eine Riemenspannvorrichtung konfiguriert ist, um während der ersten Bedingung einen größeren Druck auf die zweite Riemenspannweite auszuüben als bei der zweiten Bedingung.
Abwärmerückgewinnungsantriebssystem, umfassend: ein Abwärmerückgewinnungssystem, umfassend: - einen Wärmetauscher, der wirksam mit einem Motor gekoppelt ist, um Wärmeenergie vom Motor aufzunehmen und die Wärmeenergie auf ein Arbeitsfluid zu übertragen; und - einen Expander, der strömungstechnisch mit dem Wärmetauscher gekoppelt ist, um das Arbeitsfluid vom Wärmetauscher aufzunehmen, wobei der Expander dazu gestaltet ist, um Wärmeenergie vom Arbeitsfluid in mechanische Energie umzuwandeln; ein Getriebe, das mit dem Expander wirksam gekoppelt ist; ein Frontmotorhilfsantrieb umfassend ein Eingangszahnrad, das in Eingriff mit einem Ausgangszahnrad des Getriebes steht, um das Getriebe mit einer Kurbelwelle des Motors wirksam zu koppeln und die mechanische Energie vom Getriebe auf die Kurbelwelle des Motors zu übertragen; und ein Einheitsbauteil, umfassend den Frontmotorhilfsantrieb, das Getriebe und den Expander, wobei das Einheitsbauteil als eine einheitliche Komponente vom Motor abnehmbar ist.