WO2018166864A1 - Axialkolbenmotor und kreisprozessvorrichtung - Google Patents

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WO2018166864A1
WO2018166864A1 PCT/EP2018/055605 EP2018055605W WO2018166864A1 WO 2018166864 A1 WO2018166864 A1 WO 2018166864A1 EP 2018055605 W EP2018055605 W EP 2018055605W WO 2018166864 A1 WO2018166864 A1 WO 2018166864A1
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fluid
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Asmus Carstensen
Artur Semke
Thomas Schulenburg
Andreas Herr
Marcus Dallmann
Bernd Hupfeld
Holger Lange
Andre Horn
Michael Kaack
Thomas Maischik
Uwe Kammann
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to an axial piston motor and a cycle device with such, used in the cycle processing device as an expansion device axial piston motor.
  • the invention further relates to a drive unit for a
  • Utilization of this waste heat represents a possibility to increase the overall efficiency of a drive unit of the motor vehicle and thus to reduce fuel consumption.
  • Integrated steam cycle process device Integrated steam cycle process device.
  • the heat energy transferred in the heat exchanger from the exhaust gas to a working medium of the steam cycle device is partially converted into mechanical energy in an expansion device which can be used, for example, to assist the propulsion of a motor vehicle or to generate electrical energy.
  • the working medium Downstream of the expansion device, the working medium is cooled in a second heat exchanger, the condenser, where it condenses.
  • a feed pump is a pressure increase of the
  • an axial piston motor can be used, as is known from DE 10 2010 052 508 A1.
  • Axial piston engines have a cylinder housing in which a plurality of cylinders are formed in an annular arrangement. In each of the cylinders, a piston is movably guided, wherein a phase offset is provided in the piston positions, based on a movement cycle of the piston ("piston cycle": OT-> UT-> OT or
  • UT-> OT-> UT which corresponds to the division between the cylinders.
  • a pressurized fluid is sequentially introduced into the cylinders to effect a power stroke (OT-> UT) of each piston, causing movement of the respective piston and optionally expanding (in a pneumatic axial piston engine).
  • OT-> UT power stroke of each piston
  • optionally expanding in a pneumatic axial piston engine
  • Movements of the pistons are transmitted via an obliquely arranged to the longitudinal axes of the cylinder plate to which the pistons are connected directly or via connecting rods, to an output shaft.
  • Axial piston compressors or pumps have a construction which is essentially identical in comparison to axial piston motors, with mechanical drive power being transmitted from the shaft via the obliquely arranged plate to the pistons, thereby translating a rotational movement of the shaft or an associated drive motor into the cyclical movement of the pistons becomes.
  • a fluid previously introduced into the cylinders during a suction stroke (OT-> UT) is displaced and / or compressed and expelled.
  • Axial piston machines (axial piston motors and axial piston compressors or pumps) are regularly executed in one of three designs.
  • the cylinder housing rotates together with the piston.
  • the shaft is arranged parallel to the cylinder housing and rotatably connected thereto. The movement of the piston controlling oblique plate is fixed.
  • the longitudinal axes of the shaft including the flange ("oblique plate") on which attack the piston, and the cylinder obliquely to each other.
  • the cylinder housing does not rotate with the pistons guided therein.
  • the swash plate is rotatably mounted on a swash plate, wherein the support surface of the swash plate and thus the orientation of the swash plate is aligned obliquely with respect to the longitudinal axes of the cylinder.
  • the swash plate is rotatably connected to the shaft.
  • the inlet and outlet valves of axial piston machines are regularly formed in the form of one or more rotary slide valves, each comprising a rotatably connected to the drive or output shaft rotary valve, which in response to the respective piston positions inlet and / or outlet openings of the individual cylinders temporarily with a Inlet or outlet of the axial piston machine connects.
  • Carbon bearings either by means of a spring element or by means of the pressurized fluid.
  • DE 10 2015 204 367 A1 discloses an axial piston machine in which inlet openings which likewise open out into the cylinder in the cylinder end can be covered by means of a rotary valve, wherein an annular sealing element is arranged between the cylinder head forming the inlet openings and the rotary valve Having through openings with the inlet openings and which is firmly connected to the cylinder head.
  • the invention had the object of providing an axial piston motor, which is characterized by a good efficiency.
  • Circular process device are objects of the other claims and / or will become apparent from the following description of the invention.
  • the invention is based on the idea that a required for achieving a sufficient seal pressing the rotary valve to the abutment is required only in that peripheral portion with respect to the axis of rotation of the rotary valve, in which at that time those inlet and / or
  • Outlet openings (Fluidroaröticianen) are arranged, which belong to the cylinder (s) in which the piston or pistons are just performing a power stroke. As a result, it has been recognized that it is sufficient to achieve sufficient
  • Sealing the intake and / or exhaust valves while minimizing the frictional resistance generated by the rotary valve is sufficient to press only one extending over this part of the rotary valve portion against the abutment of the rotary valve, whereby the size of the pressed together contact surfaces of the rotary valve and the Abutment and in particular the size of ever contacting each other surface pairing of these elements can be minimized. Since the frictional resistance at a given for a sufficient sealing pressure force is at least practically also dependent on this area size, this can therefore also be kept low.
  • an axial piston motor is provided with a cylinder housing according to the invention, in which a plurality of cylinders are formed.
  • pistons are movably guided, the pistons being connected to a swash plate, and a flow of fluid entering and exiting the cylinders via an inlet into the axial piston motor being controlled by means of inlet and outlet valves.
  • the inlet and outlet valves comprise fluid change openings formed in a cylinder head plate (inlet and / or outlet openings, wherein combined inlet and outlet openings are possible and preferably provided), which can be temporarily released and covered by a rotary valve, including the
  • Rotary valve at least one through hole and a closed portion is formed.
  • the rotary valve according to the invention comprises a sealing element which forms only a portion of the cylinder head plate facing bottom of the rotary valve and which is mounted in the direction of the cylinder head plate (preferably parallel with respect to the axis of rotation of the rotary valve) displaceable in or on a base body of the rotary valve.
  • sealing element can be required only a portion of the
  • Fluid change openings which are assigned to the one or the working cylinder exporting cylinders comprises, are covered by using a sufficiently high contact pressure by means of the rotary valve and concretely by means of the sealing element of the rotary valve, while for the non-formed by the sealing element
  • Section of the bottom of the rotary valve contact with the cylinder head plate can be avoided, whereby the frictional resistance of the rotation of the
  • Rotary valve relative to the cylinder head plate can be kept low. This is especially true if, as is preferably provided, the main body of the
  • Rotary valve is arranged at least partially and preferably completely spaced from the cylinder head plate, so that it can be provided that only the sealing element comes into direct contact with the cylinder head plate, whereby the portion of the underside of the rotary valve, which is not formed by the sealing element, not only not under a high pressure against the
  • Cylinder head plate is pressed, but preferably not contacted at all.
  • An inventive axial piston motor is preferably according to the
  • the swash plate is rotatably mounted on a swash plate, wherein the support surface of the swash plate and thus the orientation of the swash plate are aligned obliquely with respect to the longitudinal axes of the cylinder.
  • the swash plate is rotatably or at least rotationally connected to a (output) shaft connected.
  • Axialkolbenmotors can be provided that the sealing element on the of the Side facing away from the cylinder head plate directly or indirectly with the inlet pressure of the fluid, that is, with a pressure of the fluid which this has before entering the cylinder, is acted upon.
  • the sealing element on the side facing away from the cylinder head plate is fluidly connected directly or indirectly with the inlet of the axial piston motor, so that the sealing element is pressed by the still under relatively high pressure fluid against the cylinder head plate.
  • Axial piston engine as advantageous as possible (need-based) sealing of the cylinder can be achieved by a rotary valve when the rotary valve is pressed by the still compressed fluid against a at least one fluid exchange opening per cylinder forming abutment, because thereby the contact pressure directly dependent on the operating pressure of the fluid, with the axial piston motor is operated, so that at a relatively high fluid pressure a good seal is achieved due to a relatively high pressure, while at a relatively low operating pressure of the fluid and the contact pressure is relatively low, which then, while still sufficient
  • one or more in the main body of the rotary valve movably mounted pressure piston can be provided which bear directly or indirectly against the sealing element, wherein the sealing element opposite side of the or the pressure piston is acted upon directly or indirectly with the inlet pressure of the fluid (and this is fluidly connected to the inlet).
  • the inlet pressure of the fluid is thus transmitted via the pressure piston or indirectly to the sealing element, which, inter alia, allows a simplified internal sealing of the multi-part rotary valve, as for the pressure piston can be selected in comparison to the sealing element optionally a simple sealed, in particular cylindrical configuration.
  • the pressing force with which the sealing element is pressed against the cylinder head plate can be adjusted in a simple manner, for example, by the inlet pressure exposed surface of the or the pressure piston in terms of their size and / or the distances between at least three pressure piston is adjusted accordingly.
  • Circumferentially distributed with respect to the axis of rotation arranged pressure piston are provided, wherein the inlet pressure of the fluid exposed surfaces (of at least some) of these plurality of pressure piston in the direction of rotation provided for the rotary direction becoming larger and / or the distances between at least three adjacent pressure piston in the intended direction of rotation smaller are trained.
  • This can advantageously be taken into account the fact that the pressure within the cylinder located in a working stroke and closed by the rotary valve immediately after the introduction of the still highly pressurized fluid is highest and this fluid pressure due to the expansion of the fluid in one such cylinder until the completion of the working stroke of the associated piston is always lower, so that with decreasing pressure of the fluid within the through the rotary valve
  • Cover fluid change openings are pressed against the cylinder head plate, can be dimensioned smaller. This is at an admission of
  • Pressure piston with the inlet pressure of the fluid in an advantageous manner by means of the acted upon with this inlet pressure of the fluid surface of the pressure piston and / or by means of an adjustment of the distances between the pressure piston possible.
  • a good internal sealing of the multi-part rotary valve is particularly advantageously achievable if it is provided as required for both the cylinders associated inlet openings and outlet openings (especially in combined inlet and outlet openings), and this is the base body at least partially hollow, said cavity having a first port of said body in fluid communication with, preferably, the inlet (or an outlet) of said axial piston motor and one or more second ports of said body caused by a Rotation of the rotary valve in overlap with the cylinders associated fluid change openings can be brought connected.
  • the rotary valve and in particular the main body can then form one or more passage openings surrounding the cavity, which connect the corresponding cylinder with preferably the outlet (or the inlet) of the axial piston motor in the event of overlapping (respectively) of a fluid exchange opening assigned to a cylinder.
  • the sealing element extends over a circumference of 180 ° ⁇ 20 °, preferably of substantially exactly 180 °, with respect to the axis of rotation of the rotary valve. This can ensure that by means of
  • Sealing element for each cylinder located in the working cycle a sufficiently dense coverage of the fluid exchange openings during the entire duration of the respective working cycle takes place.
  • Rotary slide extends, whereby a simpler, less at risk of tilting leadership of the sealing element in or on the body can be realized.
  • the sealing element can further preferably be provided that this has a plurality of passage openings, one of which serves as to be brought into coincidence with an inlet opening and an inlet opening to be brought to an outlet opening of the rotary valve.
  • the sealing element is designed in the form of a partial or complete circular ring, whereby the sealing element can extend over a relatively large peripheral portion with respect to the axis of rotation of the rotary valve, while keeping its radial width and thus the pressed against the cylinder head plate contact surface low can be.
  • a rotationally fixed connection of the sealing element to the rotary valve as a whole rotationally driving shaft of the axial piston motor is therefore carried out preferably by means of the main body of the rotary valve.
  • a (steam) cycle process device comprises a circuit for a fluid (working medium), in which circulation
  • an evaporator i.e., a first heat exchange device provided for supplying heat energy into the working medium
  • a first heat exchange device provided for supplying heat energy into the working medium
  • a condenser i.e., a second heat exchange device provided for dissipating heat energy from the working fluid
  • a condenser provided for condensing the fluid
  • a conveying device (in particular a pump) for conveying the fluid
  • the expansion device is designed in the form of an axial piston motor according to the invention.
  • the invention further relates to a drive unit for a motor vehicle, which comprises at least one internal combustion engine, a combustion engine and a
  • the drive unit further comprises a circuit process device according to the invention, wherein the evaporator is provided and adapted to heat energy of
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising such a drive unit according to the invention, wherein the internal combustion engine of the drive unit can be provided in particular for generating a traction drive power for the motor vehicle.
  • the motor vehicle may in particular be a wheel-based motor vehicle (preferably a car or a truck). A use with others
  • Fig. 1 an embodiment of an axial piston motor according to the invention (only in
  • Fig. 2 the axial piston motor in a longitudinal section
  • Fig. 3 the rotary valve of the axial piston motor in a perspective
  • Fig. 7 a second radial section through the rotary valve
  • Fig. 9 in a perspective view parts of an inventive
  • FIGS. 1 and 2 Axial piston engine according to FIGS. 1 and 2 in an alternative
  • FIG. 10 shows a circuit process device according to the invention in a schematic
  • FIG. 11 a T-S diagram belonging to a Clausius-Rankine process which can be carried out by means of the cycle-processing device.
  • FIG. 11 a T-S diagram belonging to a Clausius-Rankine process which can be carried out by means of the cycle-processing device.
  • Figs. 1 to 8 show an embodiment of an inventive
  • the axial piston motor 10 is designed in a swash plate type.
  • this comprises a multi-part cylinder housing 12 which comprises a plurality (in this case six) of cylinder tubes 14 oriented parallel to one another.
  • Cylinder tubes 14 define cylinders 16, in each of which a piston 18 is movably guided.
  • the pistons 18 are each connected via a connecting rod 20 to an annular
  • the swash plate 22 attached.
  • the swash plate 22 is rotatable on a
  • Swashplate 24 mounted rotatably with a (output) shaft 26 of the
  • Axialkolbenmotors 10 is connected.
  • the swash plate 22 and the swash plate 24 have (coaxial) longitudinal axes 28 which extend at a defined angle to the longitudinal axes 30, 32 of the shaft 26 and the cylinder 16 inclined.
  • Cylinder head 36 near top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT) remote from the cylinder head 36.
  • the piston-cylinder units work with two cycles.
  • the movement of each piston 18 from the TDC to the TDC is effected by the fluid flowing into the respective cylinders 16 (working stroke of the respective cylinder 16 and working stroke of the respective piston 18).
  • movement of the piston 18 from the UT to the TDC is the during the
  • Timing is controlled by the cylinders 16 associated intake and exhaust valves, which are in the form of a combined rotary valve 38.
  • the rotary slide valve 38 comprises a cylinder head plate 40 which abuts the cylinder housing 12 sealingly on the front side on the side remote from the swash plate 22.
  • the cylinder head plate 40 has one each as a combined input and
  • Further openings 44 are used to receive screws 46 through which a cylinder head housing 48, the cylinder head plate 40, the cylinder housing 12 and a surrounding the swash plate 22 and the swash plate 24 housing 50 are interconnected.
  • a rotary valve 52 is arranged which is non-rotatable with the shaft 26 is connected and thus rotates in the operation of the axial piston 10 relative to the cylinder head plate 40.
  • Cylinder head plate 40 alternately and once per revolution of the shaft 26 in
  • Rotary valve 52 selected such that an overlap with always only the
  • Fluid change port 42 of a cylinder 16 is given, while the significantly longer outlet opening 56 of the rotary valve 52 provides a simultaneous release of multiple fluid exchange openings 42.
  • the rotary valve 52 and concretely a base body 66 of the rotary valve 52 is designed for a manufacturing technology advantageous embodiment of the cavity 60 in several parts.
  • This comprises a base part 68, which forms a central receiving recess into which a cover part 78 is inserted.
  • the cover part 78 delimits the cavity 60 with the upper side of the base part 68 in the region of the receiving recess, wherein an opening in the lateral surface of the cover part 78 allows a fluid-conducting connection between the cavity 60 and the fluid channel 62.
  • the rotary valve 52 comprises, in addition to the main body 66, a sealing element 70 which, in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 8, is in the form of a partial circular ring-shaped sealing plate extending over a circumferential angle (with respect to the rotational axis of the rotary valve) of approximately 180 °.
  • this sealing element 70 the inlet opening 54 of the rotary valve 52 is formed.
  • annular sealing element 70 (sealing plate) is provided, in addition to the
  • Inlet 54 a structurally stabilizing acting dividers into several Sections subdivided passage opening forms, which constitutes a portion of the rotary valve 52 formed by the outlet opening 56.
  • the closed i.e., not the entrance opening 54 and, in the
  • portions of the sealing member 70 serve as needed cover the fluid exchange openings 42, wherein at least arranged in the direction of rotation 72 of the rotary valve 52 behind the inlet opening 54 portion due to the rotationally fixed coupling of the rotary valve 52 via the shaft 26 to the swash plate 24 is always arranged such that this is arranged in the region of those three cylinders 16, in which the associated pistons 18 currently perform a power stroke during operation of the axial-piston engine 10.
  • the sealing element 70 is (in both exemplary embodiments) in one
  • (Partial) annular receiving recess which is formed by the cylinder head plate 40 adjacent to the underside of the base 66, movably arranged, over a relatively small distance possible displacement of the sealing element 70 in the direction parallel to the axis of rotation 32 of the rotary valve 52 directions and thus on the cylinder head plate 40 to or away from this is possible.
  • This makes it possible to press the sealing member 70 to the cylinder head plate 40 as needed, whereby the fluid exchange openings 42 covered by the closed portion of the sealing member 70 are not only covered, but also the gap formed between this portion of the sealing member 70 and the cylinder head plate 40 due to a sufficiently high Force with which the sealing member 70 is pressed against the cylinder head plate 40 is sealed sufficiently.
  • the underside of the main body 66 in a defined, relatively small (for example, about 3/10 mm) distance to the top of the
  • Friction losses are maintained when the selection of the materials of which the cylinder head plate 40 (e.g., steel) and the seal member 70 (e.g., copper) are formed are also selected for the lowest possible coefficient of friction. Furthermore, there is the possibility of coating the cylinder head plate 40 and / or the sealing member 70 with a friction reducing sliding bearing material (e.g., PTFE or DLC (Diamond-like Carbon)). Among other things, the sealing element 70 may advantageously be formed of steel.
  • a friction reducing sliding bearing material e.g., PTFE or DLC (Diamond-like Carbon
  • the force with which the sealing element 70 is pressed against the cylinder head plate 40 directly dependent on the height of the inlet pressure of the fluid, so that at each actual provided in the operation of the axial piston 10 height of the inlet pressure on the one hand achieves a sufficient seal and on the other hand unnecessary strong pressing of the sealing element 70 to the cylinder head plate 40 and thus an unnecessarily high
  • Cylinder head plate 40 is avoided.
  • this closed section of the sealing element 70 upstream of the inlet opening 54 By varying the length of this closed section of the sealing element 70 upstream of the inlet opening 54, precompression of fluid still remaining in the cylinders 16 can be realized and adapted by this section of the sealing element 70 already covering the fluid change openings 42 before the associated pistons 18 have their OT have reached.
  • a pressure piston 74 is provided immediately behind (with respect to the direction of rotation 72) of the inlet opening 54, which is followed by a plurality of further pressure piston 74. It is provided that on the one hand, the surfaces of the inlet pressure of the fluid exposed upper surfaces of the pressure piston 74 are formed in the direction of rotation 72 becoming larger and on the other hand, the distances between the plunger 74 are formed smaller in the direction of rotation, whereby a particularly strong pressing of the sealing element 70 to the Cylinder head plate 40 in a the
  • Entrance opening 54 comprehensive range is achieved while the contact pressure with increasing distance from the inlet opening 54 is smaller, whereby the pressure generated by the individual pressure piston 74 and acting on different areas of the sealing element 70 pressing forces on the during the working cycles in the cylinders 16 increasingly reducing fluid pressure is adjusted.
  • Taumelinfußes 24 is taken, is provided, this against a
  • the locking sleeve 82 is provided, which is connected to the cylinder housing 12.
  • the locking sleeve 82 is also connected via a cardan-like joint arrangement with the swash plate 22.
  • the joint arrangement rotatably binds the swash plate 22 to the locking sleeve 82 and thus to the cylinder housing 12 and at the same time allows the tumbling movement of the swash plate 22.
  • the hinge assembly comprises a hinge ring 84 which extends about a respective first axis about each of two bearing pins 86 is rotatably connected to the locking sleeve 82 and about a second, perpendicular to the first axis extending axis rotatably connected to the swash plate 22.
  • the axial piston motor 10 can be used, for example, in a cycle device 88 for utilizing waste heat of an internal combustion engine 90 of an internal combustion engine of a motor vehicle (compare FIG. 10).
  • a vaporized and superheated and pressurized fluid expands in the axial piston motor 10, whereby a part of the thermal and potential energy of the fluid in mechanical energy or power (P me c h ) is converted.
  • the fluid is conveyed in the liquid state by means of a pump 92 (conveying device) to an evaporator 94 in which it is heated by the transfer of heat energy from exhaust gas discharged from the internal combustion engine 90 via an exhaust gas line which integrates the evaporator 94.
  • the thus vaporized and superheated fluid then flows to the
  • Circuit processing device 88 In the condenser 34, the fluid is passed through a
  • Heat transfer to a cooling medium for example, in a the one
  • Internal combustion engine 90 integrated cooling system of the motor vehicle flowing coolant, cooled.
  • the fluid condenses, so that it can be re-supplied to the evaporator 94 in the liquid state by means of the pump 92. Due to the
  • the liquid fluid is pumped by means of the pump 92 and compression of the fluid present in the gaseous state between the evaporator 94 and the axial piston motor 10 (expander) is also achieved to an intended operating pressure, the pressure being generated by the pump 92 interacting with the expansion of the gaseous fluid in the axial piston 10 is.
  • State point c there is a (theoretically) isobaric heat supply with evaporation and overheating. From the state point b 'begins the evaporation, the at
  • the aim of the consideration in the TS diagram is a maximization of the supplied heat from the state point b to the state point c and a reduction of the dissipated heat (q_ab) from the state point d to the state point a.
  • the enclosed area from the state point a via the state points b and c to the state point d should be maximized in the intended temperature range.

Abstract

Ein Axialkolbenmotor (10) mit einem Zylindergehäuse (12), in dem mehrere Zylinder (16) ausgebildet sind, und mit in den Zylindern (16) beweglich geführten Kolben (18), wobei die Kolben (18) an eine Schrägscheibe (18) angebunden sind und wobei eine Strömung eines über einen Einlass (58) in den Axialkolbenmotor (10) eingetretenen Fluids in die und aus den Zylindern (16) mittels Einlass- und Auslassventilen gesteuert wird, wobei die Einlass- und/oder die Auslassventile in einer Zylinderkopfplatte (40) ausgebildete Fluidwechselöffnungen (42) umfassen, die temporär mittels eines Drehschiebers (52) freigegeben und abgedeckt werden können, wozu der Drehschieber (52) mindestens eine Durchtrittsöffnung (54, 56) ausbildet, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (52) ein nur einen Abschnitt seiner der Zylinderkopfplatte (40) zugewandten Unterseite ausbildendes Dichtelement (70) aufweist, das in Richtung der Zylinderkopfplatte (40) verschiebbar in oder an einem Grundkörper (66) des Drehschiebers (52) gelagert ist. Mittels des Dichtelements (70) können bedarfsgerecht nur diejenigen Fluidwechselöffnungen (42), die dem oder den in einem Arbeitstakt befindlichen Zylindern (18) zugeordnet sind, unter Verwendung eines ausreichend hohen Anpressdrucks abgedeckt werden, während für den nicht von dem Dichtelement (70) ausgebildeten Abschnitt der Unterseite des Drehschiebers (52) ein Kontakt mit der Zylinderkopfplatte (40) vermieden werden kann, wodurch der Reibungswiderstand der Rotation des Drehschiebers (52) relativ zu der Zylinderkopfplatte (40) gering gehalten werden kann.

Description

Beschreibung
Axialkolbenmotor und Kreisprozessvorrichtung
Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenmotor sowie eine Kreisprozessvorrichtung mit einem solchen, in der Kreisprozessvorrichtung als Expansionsvorrichtung genutzten Axialkolbenmotor. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinheit für ein
Kraftfahrzeug mit einer solchen Kreisprozessvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinheit.
Kraftfahrzeuge werden derzeit zumeist mittels Brennkraftmaschinen angetrieben, in denen Kraftstoffe verbrannt und die dabei freigesetzte Wärmeenergie teilweise in mechanische Arbeit gewandelt wird. Der Wirkungsgrad von Hubkolben- Brennkraftmaschinen, die für den Antrieb von Kraftfahrzeugen nahezu ausschließlich eingesetzt werden, liegt bei ca. einem Drittel der eingesetzten Primärenergie. Demnach stellen zwei Drittel der bei der Verbrennung freigesetzten Wärmeenergie Abwärme dar, die entweder über die Motorkühlung oder den Abgasstrang als Verlustwärme an die Umgebung abgegeben wird.
Eine Nutzung dieser Abwärme stellt eine Möglichkeit dar, den Gesamtwirkungsgrad einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs zu steigern und damit den Kraftstoffverbrauch zu senken.
Die DE 10 2009 028 467 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Nutzung von Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine. Dazu ist in den Abgasstrang der
Verbrennungskraftmaschine ein erster Wärmetauscher, der Verdampfer, einer
Dampfkreisprozessvorrichtung integriert. Die in dem Wärmetauscher von dem Abgas auf ein Arbeitsmedium der Dampfkreisprozessvorrichtung übertragene Wärmeenergie wird in einer Expansionsvorrichtung teilweise in mechanische Energie umgewandelt, die beispielsweise zur Unterstützung des Antriebs eines Kraftfahrzeugs oder zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden kann. Stromab der Expansionsvorrichtung wird das Arbeitsmedium in einem zweiten Wärmetauscher, dem Kondensator, abgekühlt, wobei es kondensiert. Über eine Speisepumpe erfolgt eine Druckerhöhung des
Arbeitsmediums und dessen Zufuhr zu dem Verdampfer. Als Expansionsvorrichtung in einem solchen System zur Abwärmenutzung kann ein Axialkolbenmotor eingesetzt werden, wie dies aus der DE 10 2010 052 508 A1 bekannt ist.
Axialkolbenmotoren weisen ein Zylindergehäuse auf, in dem mehrere Zylinder in ringförmiger Anordnung ausgebildet sind. In jedem der Zylinder ist ein Kolben beweglich geführt, wobei ein Phasenversatz in den Kolbenpositionen vorgesehen ist, der, bezogen auf einen Bewegungszyklus der Kolben („Kolbenzyklus": OT->UT->OT bzw.
UT->OT->UT), der Teilung zwischen den Zylindern entspricht. Über Einlass- und Auslassventile wird zur Ausübung eines Arbeitshubs (OT->UT) jedes Kolbens ein unter Druck stehendes Fluid nacheinander in die Zylinder eingebracht, das eine Bewegung des jeweiligen Kolbens bewirkt und dabei gegebenenfalls (bei einem pneumatischen Axialkolbenmotor) expandiert. In einer sich an den Arbeitshub anschließenden
Ausstoßhub (UT->OT) jedes Kolbens wird das Fluid wieder ausgestoßen. Die
Bewegungen der Kolben werden über eine schräg zu den Längsachsen der Zylinder angeordneten Platte, an die die Kolben direkt oder über Pleuel angebunden sind, auf eine Abtriebswelle übertragen.
Axialkolbenverdichter bzw. -pumpen weisen einen im Vergleich zu Axialkolbenmotoren im Wesentlichen identischen Aufbau auf, wobei mechanische Antriebsleistung von der Welle über die schräg angeordnete Platte auf die Kolben übertragen und dabei eine Drehbewegung der Welle beziehungsweise eines damit verbundenen Antriebsmotors in die zyklische Bewegung der Kolben übersetzt wird. In dem Arbeitshub (UT->OT) der einzelnen Kolben wird ein zuvor während eines Ansaughubs (OT->UT) in die Zylinder eingebrachtes Fluid verdrängt und/oder verdichtet und ausgestoßen.
Axialkolbenmaschinen (Axialkolbenmotoren und Axialkolbenverdichter bzw. -pumpen) werden regelmäßig in einer von drei Bauweisen ausgeführt.
Bei der Schrägscheiben- sowie der Schrägachsenbauart rotiert das Zylindergehäuse mitsamt den Kolben. Bei der Schrägscheibenbauart ist die Welle dabei parallel zum Zylindergehäuse angeordnet und drehfest mit diesem verbunden. Die die Bewegung der Kolben steuernde, schräge Platte ist feststehend ausgebildet. Bei der
Schrägachsenbauart verlaufen die Längsachsen der Welle, einschließlich des Flansches („schräge Platte"), an dem die Kolben angreifen, und der Zylinder schräg zueinander. Bei der Taumelscheibenbauart rotiert das Zylindergehäuse mit den darin geführten Kolben nicht. Gleiches gilt für eine Taumelscheibe, an der die Kolben über Pleuel angebunden sind. Die Taumelscheibe liegt drehbar auf einem Taumelscheibenfuß auf, wobei die Auflagefläche des Taumelscheibenfußes und damit die Ausrichtung der Taumelscheibe schräg bezüglich der Längsachsen der Zylinder ausgerichtet ist. Der Taumelscheibenfuß ist drehfest mit der Welle verbunden.
Die Einlass- und Auslassventile von Axialkolbenmaschinen werden regelmäßig in Form eines oder mehrerer Drehschieberventile ausgebildet, die jeweils einen drehfest mit der Antriebs- oder Abtriebswelle verbundenen Drehschieber umfassen, der in Abhängigkeit von den jeweiligen Kolbenpositionen Einlass- und/oder Auslassöffnungen der einzelnen Zylinder temporär mit einem Einlass oder Auslass der Axialkolbenmaschine verbindet. Für die Realisierung eines möglichst hohen Wirkungsgrads einer Axialkolbenmaschine ist die Abdichtung der Zylinder mittels des Drehschieberventils von besonderer
Bedeutung.
Die DE 10 201 1 1 18 622 A1 offenbart eine Axialkolbenmaschine, bei der sowohl die Einlassventile als auch die Auslassventile in Form von Drehschieberventilen ausgebildet sind. Dabei sind die Einlassventile in einen Zylinderkopf der Axialkolbenmaschine integriert, d.h. die temporär mittels eines Drehschiebers abgedeckten Einlassöffnungen münden stirnseitig in die Zylinder. Die Auslassventile sind dagegen radial innenseitig bezüglich der Zylinder angeordnet, so dass die Auslassöffnungen in die Mantelflächen der Zylinder münden. Für eine möglichst gute Dichtwirkung der Drehschieberventile ist vorgesehen, die beiden Drehschieber jeweils gegen ein Kohlenstofflager zu drücken, wobei zur Geringhaltung der Reibung in den Kontaktstellen zwischen den Drehschiebern und den Kohlenstofflagern vorgesehen ist, dass die in den Kohlenstoff lagern
angeordneten Durchtrittsöffnungen, die mit den Einlass- oder Auslassöffnungen der Zylinder fluidleitend verbunden sind, mit einem vorstehenden Rand ausgebildet sind, auf denen die Drehschieber aufliegen. Das Andrücken der Drehschieber gegen die
Kohlenstofflager erfolgt entweder mittels eines Federelements oder mittels des unter Druck stehenden Fluids.
Weiterhin ist aus der DE 10 2015 204 367 A1 eine Axialkolbenmaschine bekannt, bei der ebenfalls stirnseitig in Zylinder mündende Einlassöffnungen bedarfsweise mittels eines Drehschiebers abdeckbar sind, wobei zwischen dem die Einlassöffnungen ausbildenden Zylinderkopf und dem Drehschieber ein ringförmiges Dichtelement angeordnet ist, das mit den Einlassöffnungen überdeckende Durchgangsöffnungen aufweist und das mit dem Zylinderkopf fest verbunden ist.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Axialkolbenmotor anzugeben, der sich durch einen guten Wirkungsgrad auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch einen Axialkolbenmotor gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine Kreisprozessvorrichtung mit einem solchen, als Expansionsvorrichtung genutzten Axialkolbenmotor ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors und damit der erfindungsgemäßen
Kreisprozessvorrichtung sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass ein für die Erzielung einer ausreichenden Abdichtung erforderliches Andrücken des Drehschiebers an das Widerlager nur in demjenigen Umfangsabschnitt bezüglich der Rotationsachse des Drehschiebers erforderlich ist, in dem zum jeweiligen Zeitpunkt diejenigen Einlass- und/oder
Auslassöffnungen (Fluidwechselöffnungen) angeordnet sind, die zu dem oder den Zylindern gehören, in denen der oder die Kolben gerade einen Arbeitshub ausführen. Daraus folgend wurde erkannt, dass es für die Erzielung einer ausreichenden
Abdichtung der Einlass- und/oder Auslassventile bei gleichzeitiger Minimierung des durch das Drehschieberventil erzeugten Reibungswiderstands ausreichend ist, nur einen sich über diesen Teil des Drehschiebers erstreckenden Abschnitt gegen das Widerlager des Drehschiebers drücken zu lassen, wodurch die Größe der aneinander gepressten Kontaktflächen des Drehschiebers und des Widerlagers und insbesondere die Größe der überhaupt miteinander kontaktierenden Flächenpaarung dieser Elemente minimiert werden kann. Da der Reibungswiderstand bei einer für eine ausreichende Abdichtung vorgegebenen Andrückkraft zumindest praktisch auch von dieser Flächengröße abhängig ist, kann dieser folglich ebenfalls gering gehalten werden.
Dementsprechend ist erfindungsgemäß ein Axialkolbenmotor mit einem Zylindergehäuse vorgesehen, in dem mehrere Zylinder ausgebildet sind. In den Zylindern sind Kolben beweglich geführt, wobei die Kolben an eine Schrägscheibe angebunden sind und wobei eine Strömung eines über einen Einlass in den Axialkolbenmotor eingetretenen Fluids in die und aus den Zylindern mittels Einlass- und Auslassventilen gesteuert wird. Dabei umfassen die Einlass- und Auslassventile in einer Zylinderkopfplatte ausgebildete Fluidwechselöffnungen (Einlass- und/oder Auslassöffnungen, wobei kombinierte Einlass- und Auslassöffnungen möglich und vorzugsweise vorgesehen sind), die temporär mittels eines Drehschiebers freigegeben und abgedeckt werden können, wozu der
Drehschieber mindestens eine Durchgangsöffnung sowie einen geschlossenen Abschnitt ausbildet. Der Drehschieber umfasst erfindungsgemäß ein Dichtelement, das nur einen Abschnitt der der Zylinderkopfplatte zugewandten Unterseite des Drehschiebers ausbildet und das in Richtung der Zylinderkopfplatte (vorzugsweise parallel bezüglich der Rotationsachse des Drehschiebers) verschiebbar in oder an einem Grundkörper des Drehschiebers gelagert ist.
Mittels des Dichtelements kann bedarfsgerecht nur ein Abschnitt der von dem
Drehschieber insgesamt überdeckten Fläche der Zylinderkopfplatte, der die
Fluidwechselöffnungen, die dem oder den einen Arbeitshub ausführenden Zylindern zugeordnet sind, umfasst, unter Verwendung eines ausreichend hohen Anpressdrucks mittels des Drehschiebers und konkret mittels des Dichtelements des Drehschiebers abgedeckt werden, während für den nicht von dem Dichtelement ausgebildeten
Abschnitt der Unterseite des Drehschiebers ein Kontakt mit der Zylinderkopfplatte vermieden werden kann, wodurch der Reibungswiderstand der Rotation des
Drehschiebers relativ zu der Zylinderkopfplatte gering gehalten werden kann. Dies gilt insbesondere, wenn, wie es vorzugsweise vorgesehen ist, der Grundkörper des
Drehschiebers zumindest abschnittsweise und vorzugsweise vollständig beabstandet von der Zylinderkopfplatte angeordnet ist, so dass vorgesehen sein kann, dass ausschließlich das Dichtelement in einen direkten Kontakt mit der Zylinderkopfplatte kommt, wodurch der Abschnitt der Unterseite des Drehschiebers, der nicht von dem Dichtelement ausgebildet ist, nicht nur nicht unter einem hohem Druck gegen die
Zylinderkopfplatte gedrückt wird, sondern diese vorzugsweise überhaupt nicht kontaktiert.
Ein erfindungsgemäßer Axialkolbenmotor ist vorzugsweise gemäß der
Taumelscheibenbauart ausgebildet und umfasst hierzu eine Schrägscheibe in Form einer Taumelscheibe, an die die Kolben vorzugsweise über Pleuel angebunden sind. Die Taumelscheibe liegt drehbar auf einem Taumelscheibenfuß auf, wobei die Auflagefläche des Taumelscheibenfußes und damit die Ausrichtung der Taumelscheibe schräg bezüglich der Längsachsen der Zylinder ausgerichtet sind. Der Taumelscheibenfuß ist drehfest oder zumindest drehungsübertragend mit einer (Abtriebs-)Welle verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen
Axialkolbenmotors kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement auf der von der Zylinderkopfplatte abgewandten Seite direkt oder indirekt mit dem Einlassdruck des Fluids, d.h. mit einem Druck des Fluids, den dieses vor dem Eintritt in die Zylinder aufweist, beaufschlagt ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement auf der von der Zylinderkopfplatte abgewandten Seite direkt oder indirekt mit dem Einlass des Axialkolbenmotors fluidleitend verbunden ist, so dass das Dichtelement durch das noch unter relativ hohem Druck stehende Fluid gegen die Zylinderkopfplatte gedrückt wird. Diese bevorzugte Ausgestaltungsform beruht auf der Idee, dass bei einem
Axialkolbenmotor eine möglichst vorteilhafte (bedarfsgerechte) Abdichtung der Zylinder durch ein Drehschieberventil erreicht werden kann, wenn der Drehschieber durch das noch verdichtete Fluid gegen ein zumindest eine Fluidwechselöffnung je Zylinder ausbildendes Widerlager gedrückt wird, weil dadurch die Andrückkraft direkt abhängig von dem Betriebsdruck des Fluids, mit dem der Axialkolbenmotor betrieben wird, ist, so dass bei einem relativ hohen Fluiddruck eine gute Abdichtung infolge einer relativ hohen Andrückkraft erreicht wird, während bei einem relativ geringen Betriebsdruck des Fluids auch die Andrückkraft relativ gering ist, was dann, bei weiterhin ausreichender
Abdichtung, mit einem nur relativ geringen Reibungswiderstand der Rotation des Drehschiebers relativ zu dem Widerlager verbunden ist. Somit kann erreicht werden, dass der Reibungswiderstand bei stets ausreichend dichter Abdeckung in Abhängigkeit von dem tatsächlich anliegenden Betriebsdruck des Fluids möglichst niedrig ist. Ein solcher erfindungsgemäßer Axialkolbenmotor kann folglich in vorteilhafter Weise in einem relativ breiten Bereich des Betriebsdrucks des Fluids betrieben werden.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Dichtelement mittels anderen Andrückmitteln, beispielsweise mittels einem oder mehreren Federelementen, gegen die Zylinderkopfplatte zu beaufschlagen. Dies gilt insbesondere, wenn für den Betrieb des Axialkolbenmotors ein relativ kleiner Bereich des Betriebsdruck des Fluids vorgesehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines solchen erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors, bei dem das Dichtelement mit dem Einlassdruck des Fluids beaufschlagt ist, können ein oder mehrere in dem Grundkörper des Drehschiebers beweglich gelagerte Druckkolben vorgesehen sein, die direkt oder indirekt an dem Dichtelement anliegen, wobei die von dem Dichtelement abgewandte Seite des oder der Druckkolben direkt oder indirekt mit dem Einlassdruck des Fluids beaufschlagt ist (und hierzu mit dem Einlass fluidleitend verbunden ist). Der Einlassdruck des Fluids wird somit über den oder die Druckkolben indirekt auf das Dichtelement übertragen, was u.a. eine vereinfachte interne Abdichtung des mehrteiligen Drehschiebers ermöglicht, da für die Druckkolben im Vergleich zu dem Dichtelement gegebenenfalls eine einfacher abzudichtende, insbesondere zylindrische Ausgestaltung gewählt werden kann. Hinzu kommt, dass auf diese Weise die Andrückkraft, mit der das Dichtelement gegen die Zylinderkopfplatte gedrückt wird, auf einfache Weise eingestellt werden kann, indem beispielsweise die dem Einlassdruck ausgesetzte Fläche des oder der Druckkolben hinsichtlich ihrer Größe und/oder die Abstände zwischen mindestens drei Druckkolben entsprechend angepasst ist.
Diesbezüglich kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass mehrere in
Umfangsrichtung bezüglich der Rotationsachse verteilt angeordnete Druckkolben vorgesehen sind, wobei die dem Einlassdruck des Fluids ausgesetzten Flächen (von zumindest einigen) dieser mehreren Druckkolben in der für den Drehschieber vorgesehenen Rotationsrichtung größer werdend und/oder die Abstände zwischen mindestens drei benachbarten Druckkolben in der vorgesehenen Rotationsrichtung kleiner werdend ausgebildet sind. Dadurch kann in vorteilhafter Weise dem Umstand Rechnung getragen werden, dass der Druck innerhalb der in einem Arbeitsstakt befindlichen und durch das Drehschieberventil verschlossenen Zylinder unmittelbar nach dem Einbringen des noch unter hohem Druck stehenden Fluids am höchsten ist und dieser Fluiddruck infolge der Expansion des Fluids in einem solchen Zylinder bis zur Beendigung des Arbeitshub des dazugehörigen Kolbens immer geringer wird, so dass mit abnehmendem Druck des Fluids innerhalb der durch den Drehschieber
verschlossenen Zylinder auch die Andrückkräfte, mit der diejenigen Bereiche des Dichtelements, die aktuell jeweils die zu diesen Zylindern gehörigen
Fluidwechselöffnungen überdecken, gegen die Zylinderkopfplatte gedrückt werden, geringer dimensioniert werden können. Dies ist bei einer Beaufschlagung der
Druckkolben mit dem Einlassdruck des Fluids in vorteilhafter Weise mittels der mit diesem Einlassdruck des Fluids beaufschlagten Fläche der Druckkolben und/oder mittels einer Anpassung der Abstände zwischen den Druckkolben möglich.
Eine gute interne Abdichtung des mehrteiligen Drehschiebers ist insbesondere dann vorteilhaft erreichbar, wenn dieser zur bedarfsweisen Abdeckung von sowohl den Zylindern zugeordneten Einlassöffnungen als auch Auslassöffnungen (insbesondere auch bei kombinierten Einlass-und Auslassöffnungen) vorgesehen ist, und hierzu der Grundkörper zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet ist, wobei dieser Hohlraum mit einer ersten Anschlussöffnung des Grundkörpers, die in fluidleitender Verbindung mit vorzugsweise dem Einlass (oder einem Auslass) des Axialkolbenmotors steht, sowie mit einer oder mehreren zweiten Anschlussöffnungen des Grundkörpers, die durch eine Drehung des Drehschiebers in Überdeckung mit den den Zylindern zugeordneten Fluidwechselöffnungen bringbar sind, verbunden ist. Weiterhin kann der Drehschieber und insbesondere der Grundkörper dann noch eine oder mehrere, den Hohlraum umgehende Durchgangsöffnungen ausbilden, die bei einer Überdeckung (jeweils) einer einem Zylinder zugeordneten Fluidwechselöffnung den entsprechenden Zylinder mit vorzugsweise dem Auslass (oder dem Einlass) des Axialkolbenmotors verbinden.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors kann vorgesehen sein, dass sich das Dichtelement über einen Umfang von 180° ± 20°, vorzugsweise von im Wesentlichen exakt 180°, bezüglich der Rotationsachse des Drehschiebers erstreckt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass mittels des
Dichtelements für jeden im Arbeitstakt befindlichen Zylinder eine ausreichend dichte Abdeckung der Fluidwechselöffnungen während der gesamten Dauer des jeweiligen Arbeitstakts erfolgt.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass sich das Dichtelement über einen Umfang von bis zu und vorzugsweise von exakt 360° bezüglich der Rotationsachse des
Drehschiebers erstreckt, wodurch eine einfachere, weniger hinsichtlich eines Verkantens gefährdete Führung des Dichtelements in oder an dem Grundkörper realisiert werden kann. Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung des Dichtelements kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass dieses mehrere Durchtrittsöffnungen aufweist, von denen eine als mit einer Einlassöffnung in Überdeckung zu bringende Eintrittsöffnung und eine als mit einer Auslassöffnung in Überdeckung zu bringende Austrittsöffnung des Drehschiebers dient. Dadurch verhindert ein solches sich vorzugsweise vollumfänglich erstreckendes Dichtelement ein Ausstoßen des Fluids aus den sich im Ausstoßstakt befindlichen Zylindern nicht.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement in Form eines teilweisen oder vollständigen Kreisrings ausgebildet ist, wodurch sich das Dichtelement über einen relativ großen Umfangsabschnitt bezüglich der Rotationsachse des Drehschiebers erstrecken kann, wobei gleichzeitig dessen radiale Breite und damit die gegen die Zylinderkopfplatte gedrückte Kontaktfläche gering gehalten werden kann. Eine drehfeste Anbindung des Dichtelements an die den Drehschieber insgesamt drehend antreibende Welle des Axialkolbenmotors erfolgt demnach vorzugsweise mittels des Grundkörpers des Drehschiebers. Eine erfindungsgemäße (Dampf-)Kreisprozessvorrichtung umfasst einen Kreislauf für ein Fluid (Arbeitsmedium), wobei in den Kreislauf
- ein Verdampfer (d.h. eine erste Wärmetauschvorrichtung, die für ein Zuführen von Wärmeenergie in das Arbeitsmedium vorgesehen ist), der für ein Verdampfen und gegebenenfalls auch für ein Überhitzen des Arbeitsmedium vorgesehen ist,
- eine Expansionsvorrichtung zum Expandieren des Fluids mit dem Ziel der Erzeugung mechanischer Leistung,
- ein Kondensator (d.h. eine zweite Wärmetauschvorrichtung, die für einen Abführen von Wärmeenergie von dem Arbeitsmedium vorgesehen ist), der für ein Kondensieren des Fluids vorgesehen ist, und
- eine Fördervorrichtung (insbesondere eine Pumpe) zum Fördern des Fluids
(vorzugsweise im flüssigen Zustand) in den Kreislauf
integriert sind. Dabei ist die Expansionsvorrichtung in Form eines erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors ausgebildet.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, die zumindest eine Brennkraftmaschine umfasst, die einen Verbrennungsmotor sowie einen
Abgasstrang, über den Abgas aus dem Verbrennungsmotor abführbar ist, aufweist. Die Antriebseinheit umfasst weiterhin eine erfindungsgemäße Kreisprozessvorrichtung, wobei der Verdampfer dazu vorgesehen und eingerichtet ist, Wärmeenergie des
Abgases des Verbrennungsmotors zum Verdampfen des Fluids zu nutzen.
Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, das eine solche erfindungsgemäße Antriebseinheit umfasst, wobei die Brennkraftmaschine der Antriebseinheit insbesondere zur Erzeugung einer Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein kann. Bei dem Kraftfahrzeug kann sich insbesondere um ein radbasiertes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW) handeln. Eine Verwendung bei anderen
Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei schienengebundenen Kraftfahrzeugen oder Schiffen, ist ebenfalls möglich.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 : eine Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors (nur in
Teilen dargestellt) in einer perspektivischen Darstellung; Fig. 2: den Axialkolbenmotor in einem Längsschnitt;
Fig. 3: den Drehschieber des Axialkolbenmotors in einer perspektivischen
Darstellung;
Fig. 4: den Deckelteil, das Dichtelement und die Druckkolben des Drehschiebers in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 5: einen ersten Radialschnitt durch den Drehschieber;
Fig. 6: einen Querschnitt durch den Drehscheiber entlang der Ebene VI - VI in der
Fig. 5;
Fig. 7: einen zweiten Radialschnitt durch den Drehschieber;
Fig. 8: eine Aufsicht auf die Zylinderkopfplatte und das Dichtelement des
Axialkolbenmotors;
Fig. 9: in einer perspektivischen Darstellung Teile eines erfindungsgemäßen
Axialkolbenmotors gemäß den Fig. 1 und 2 bei einer alternativen
Ausgestaltungsform des Dichtelements;
Fig. 10: eine erfindungsgemäße Kreisprozessvorrichtung in einer schematischen
Darstellung; und
Fig. 1 1 : ein zu einem mittels der Kreisprozessvorrichtung durchführbaren Clausius- Rankine-Prozess gehöriges T-S-Diagramm.
Die Fig. 1 bis 8 zeigen eine Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen
Axialkolbenmotors 10. Der Axialkolbenmotor 10 ist in Taumelscheibenbauart ausgeführt. Dieser umfasst dazu ein mehrteiliges Zylindergehäuse 12, das eine Mehrzahl (hier: sechs) von parallel zueinander ausgerichteten Zylinderrohren 14 umfasst. Die
Zylinderrohre 14 begrenzen Zylinder 16, in denen jeweils ein Kolben 18 beweglich geführt ist. Die Kolben 18 sind über jeweils ein Pleuel 20 an eine ringförmige
Taumelscheibe 22 angebunden. Die Taumelscheibe 22 ist drehbar auf einem
Taumelscheibenfuß 24 gelagert, der drehfest mit einer (Abtriebs-)Welle 26 des
Axialkolbenmotors 10 verbunden ist. Die Taumelscheibe 22 sowie der Taumelscheibenfuß 24 weisen (koaxiale) Längsachsen 28 auf, die in einem definierten Winkel zu den Längsachsen 30, 32 der Welle 26 und der Zylinder 16 geneigt verlaufen.
Der Druck des nacheinander in die einzelnen Zylinder 16 eintretenden Fluids
(Arbeitsmedium) führt aufgrund der Schrägstellung der Taumelscheibe 22 zu einer in Umfangsrichtung gerichteten Kraftkomponente in den Anbindungsstellen der Pleuel 20 an die Taumelscheibe 22, wobei diese Kraftkomponente auf den Taumelscheibenfuß 24 übertragen wird und dadurch die gewünschte Drehung der Welle 26 bewirkt. Infolge der Drehung der Welle 26 sowie des damit drehfest verbundenen Taumelscheibenfußes 24 wird die Taumelscheibe 22 in eine taumelnde Bewegung versetzt, die zu einer Auf-und- ab-Bewegung der mit der Taumelscheibe 22 über die Pleuel 20 verbundenen Kolben 18 führt. Dabei bewegt sich jeder der Kolben 18 zyklisch zwischen einem zu einem
Zylinderkopf 36 nahe gelegenen oberen Totpunkt (OT) und einem von dem Zylinderkopf 36 entfernt gelegenen unteren Totpunkt (UT).
Die Kolben-Zylinder-Einheiten arbeiten mit zwei Takten. Die Bewegung jedes Kolbens 18 ausgehend von dem OT bis zu dem UT wird durch das in die jeweiligen Zylinder 16 einströmende Fluid bewirkt (Arbeitstakt des jeweiligen Zylinders 16 und Arbeitshub des jeweiligen Kolbens 18). Bei der von der Taumelscheibe 22 geführten Bewegung der Kolben 18 ausgehend von dem UT bis zu dem OT wird das während des
vorhergehenden Arbeitstakts entspannte Fluid aus den jeweiligen Zylindern 16 ausgestoßen (Ausstoßtakt des jeweiligen Zylinders 16 und Ausstoßhub des jeweiligen Kolbens 18). Das Einströmen und Ausstoßen des Fluids zu den vorgesehenen
Steuerzeiten wird mittels den Zylindern 16 zugeordneten Einlass- und Auslassventilen gesteuert, die in Form eines kombinierten Drehschieberventils 38 ausgebildet sind.
Das Drehschieberventil 38 umfasst eine Zylinderkopfplatte 40, die stirnseitig auf der von der Taumelscheibe 22 beabstandeten Seite abdichtend an dem Zylindergehäuse 12 anliegt. Die Zylinderkopfplatte 40 weist jeweils eine als kombinierte Ein- und
Auslassöffnung dienende Fluidwechselöffnung 42 für jeden der Zylinder 16 auf. Weitere Öffnungen 44 (vgl. Fig. 1 und 8) dienen der Aufnahme von Schrauben 46, durch die ein Zylinderkopfgehäuse 48, die Zylinderkopfplatte 40, das Zylindergehäuse 12 sowie ein die Taumelscheibe 22 und den Taumelscheibenfuß 24 umgebendes Gehäuse 50 miteinander verbunden sind. Auf der von den Zylindern 16 beabstandeten Seite der Zylinderkopfplatte 40 ist ein Drehschieber 52 angeordnet, der drehfest mit der Welle 26 verbunden ist und sich somit im Betrieb des Axialkolbenmotors 10 relativ zu der Zylinderkopfplatte 40 dreht. Dadurch werden die Fluidwechselöffnungen 42 der
Zylinderkopfplatte 40 abwechselnd und einmal je Umdrehung der Welle 26 in
Überdeckung mit einer ersten Durchtrittsöffnung (Eintrittsöffnung) 54 sowie mit einer zweiten Durchtrittsöffnungen (Austrittsöffnung) 56 des Drehschiebers 52 gebracht. Die Eintrittsöffnung 54 und die Austrittsöffnung 56 sind dazu auf derselben Kreisbahn um die Rotationsachse 32 des Drehschiebers 52 angeordnet. Bei einer Überdeckung mit der Eintrittsöffnung 54 wird dem jeweiligen Zylinder 16 über einen zentralen Einlass 58 des Axialkolbenmotors 10, einen in den Drehschieber 52 integrierten Hohlraum 60 sowie einen den Hohlraum 60 mit der Eintrittsöffnung 54 verbindenden Fluidkanal 62 das gasförmige Fluid zugeführt (vgl. Fig. 5). Bei einer Überdeckung mit der Austrittsöffnung 56 wird das Fluid aus den jeweiligen Zylindern 16 ausgestoßen und über einen Auslass 64 aus dem Axialkolbenmotor 10 abgeführt. Dabei ist die Länge der Eintrittsöffnung 54 des Drehschiebers 52 (hinsichtlich der vorgesehenen Rotationsrichtung 72 des
Drehschiebers 52) derart gewählt, dass eine Überdeckung mit immer nur der
Fluidwechselöffnung 42 eines Zylinders 16 gegeben ist, während die deutlich längere Austrittsöffnung 56 des Drehschiebers 52 ein gleichzeitiges Freigeben mehrerer Fluidwechselöffnungen 42 vorsieht.
Der Drehschieber 52 und konkret ein Grundkörper 66 des Drehschiebers 52 ist für eine fertigungstechnisch vorteilhafte Ausbildung des Hohlraums 60 mehrteilig ausgebildet. Dieser umfasst ein Basisteil 68, das eine zentrische Aufnahmevertiefung ausbildet, in die ein Deckelteil 78 eingesetzt ist. Der Deckelteil 78 begrenzt mit der Oberseite des Basisteils 68 im Bereich der Aufnahmevertiefung den Hohlraum 60, wobei eine Öffnung in der Mantelfläche des Deckelteils 78 eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Hohlraum 60 und dem Fluidkanal 62 ermöglicht.
Der Drehschieber 52 umfasst neben dem Grundkörper 66 ein Dichtelement 70, das bei dem Ausgestaltungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 8 in Form einer sich über einen Umfangswinkel (bezüglich der Rotationsachse des Drehschiebers) von ca. 180° erstreckenden, teilkreisringförmigen Dichtplatte ausgebildet ist. In diesem Dichtelement 70 ist die Eintrittsöffnung 54 des Drehschiebers 52 ausgebildet.
Bei der Ausgestaltung des Drehschiebers 52 gemäß der Fig. 9 ist dagegen ein vollumfängliches, d.h. sich über einen Umfangswinkel von 360° erstreckendes, kreisringförmiges Dichtelement 70 (Dichtplatte) vorgesehen, das neben der
Eintrittsöffnung 54 eine durch strukturell stabilisierend wirkende Trennstege in mehrere Abschnitte unterteilte Durchtrittsöffnung ausbildet, die einen Abschnitt der von dem Drehschieber 52 ausgebildeten Austrittsöffnung 56 darstellt.
Die geschlossenen (d.h. die nicht die Eintrittsöffnung 54 und, bei dem
Ausgestaltungsbeispiel gemäß der Fig. 9, auch nicht die Austrittsöffnung 56
ausbildenden) Abschnitte des Dichtelements 70 dienen einer bedarfsweisen Abdeckung der Fluidwechselöffnungen 42, wobei zumindest der in der Rotationsrichtung 72 des Drehschiebers 52 hinter der Eintrittsöffnung 54 gelegene Abschnitt infolge der drehfesten Koppelung des Drehschiebers 52 über die Welle 26 an den Taumelscheibenfuß 24 stets derart angeordnet ist, dass dieser im Bereich derjenigen drei Zylinder 16 angeordnet ist, in denen im Betrieb des Axialkolbenmotors 10 die dazugehörigen Kolben 18 aktuell einen Arbeitshub ausführen.
Das Dichtelement 70 ist (bei beiden Ausgestaltungsbeispielen) in einer
(teil-)kreisringförmigen Aufnahmevertiefung, die von der an die Zylinderkopfplatte 40 angrenzenden Unterseite des Grundkörpers 66 ausgebildet ist, beweglich angeordnet, wobei eine über eine relativ kleine Distanz mögliche Verschiebung des Dichtelements 70 in den zu der Rotationsachse 32 des Drehschiebers 52 parallelen Richtungen und folglich auf die Zylinderkopfplatte 40 zu oder von dieser weg möglich ist. Dies ermöglicht, das Dichtelement 70 bedarfsgerecht an die Zylinderkopfplatte 40 anzudrücken, wodurch die von dem geschlossen ausgebildeten Abschnitt des Dichtelements 70 überdeckten Fluidwechselöffnungen 42 nicht nur abgedeckt sind, sondern auch der zwischen diesem Abschnitt des Dichtelements 70 und der Zylinderkopfplatte 40 ausgebildete Spalt infolge einer ausreichend hohen Kraft, mit der das Dichtelement 70 gegen die Zylinderkopfplatte 40 gedrückt wird, in ausreichendem Maße abgedichtet ist.
Andererseits ist vorgesehen, dass sich die Unterseite des Grundkörpers 66 in einem definierten, relativ kleinen (z.B. ca. 3/10 mm) Abstand zu der Oberseite der
Zylinderkopfplatte40 befindet, wodurch ein Kontakt zwischen dem Grundkörper 66 und der Zylinderkopfplatte 40 und damit Reibungsverluste infolge der Drehung des
Grundkörpers 66 relativ zu der Zylinderkopfplatte 40 vermieden werden. Folglich ist ein Kontakt zwischen dem Drehschieber 52 und der Zylinderkopfplatte 40 lediglich in den Bereichen der geschlossenen ausgebildeten Abschnitte des Dichtelements 70 vorgesehen, wodurch die Größe dieser Kontaktfläche auf das für das abgedichtete Abdecken der Fluidwechselöffnungen 42 derjenigen Zylinder 16, in denen aktuell die dazugehörigen Kolben 18 einen Arbeitshub ausführen, erforderliche Maß reduziert ist. Dadurch sind Reibungsverluste, die sich aus der Drehung des Drehschiebers 52 relativ zu der Zylinderkopfplatte 40 ergeben, minimiert. Besonders klein können diese
Reibungsverluste gehalten werden, wenn die Auswahl der Materialen, aus denen die Zylinderkopfplatte 40 (z.B. Stahl) und das Dichtelement 70 (z.B. Kupfer) ausgebildet sind, auch hinsichtlich eines möglichst geringen Reibungskoeffizienten ausgewählt sind. Weiterhin besteht die Möglichkeit einer Beschichtung der Zylinderkopfplatte 40 und/oder des Dichtelements 70 mit einem reibungsverringernden Gleitlagermaterial (z.B. PTFE oder DLC (Diamond-like Carbon)). Unter anderen dann kann das Dichtelement 70 vorteilhafterweise auch aus Stahl ausgebildet sein.
Das Andrücken des Dichtelements 70 an die Zylinderkopfplatte 40 erfolgt mittels mehreren entlang der geschlossen ausgebildeten Abschnitte verteilt angeordneten Druckkolben 74, die verschiebbar (entlang der Rotationsachse 32) in jeweils einer zylindrischen Aufnahmeöffnung des Grundkörpers 66 gelagert sind und die an ihrer Oberseite mit dem über den Einlass 58 in den Hohlraum 60 des Drehschiebers 52 eingeströmten Fluid und demnach mit dem Einlassdruck des Fluids beaufschlagt sind. Hierzu ist jeweils ein zu jedem der Druckkolben 74 führender Fluidkanal 62 in dem Basisteil 68 des Grundkörpers 66 ausgebildet (vgl. Fig. 7), der über jeweils eine dazugehörige Öffnung 76 in der Mantelfläche des Deckelteils 78 (vgl. Fig. 4) in fluidleitender Verbindung mit dem Hohlraum 60 steht. Für eine Abdichtung der umlaufenden Spalte zwischen den Umfangsflächen der Druckkolben 74 und der Begrenzungswände der diese aufnehmenden Aufnahmeöffnungen ist jeweils ein Dichtring 80 (O-Ring) vorgesehen.
Die mit dem Einlassdruck des Fluids beaufschlagten Druckkolben 74 drücken das Dichtelement 70 gegen die Zylinderkopfplatte40, wodurch das bereits beschriebene abgedichtete Abdecken der Fluidwechselöffnungen 42 derjenigen Zylinder 16, deren dazugehörige Kolben 18 einen Arbeitshub durchführen, erreicht wird. Dabei ist die Kraft, mit der das Dichtelement 70 gegen die Zylinderkopfplatte 40 gedrückt wird, direkt abhängig von der Höhe des Einlassdrucks des Fluids, so dass bei jeder tatsächlichen im Betrieb des Axialkolbenmotors 10 vorgesehenen Höhe des Einlassdrucks einerseits eine ausreichende Abdichtung erzielt und andererseits ein unnötig starkes Andrücken des Dichtelements 70 an die Zylinderkopfplatte 40 und damit ein unnötig hoher
Reibungswiderstand für die Drehung des Drehschiebers 52 relativ zu der
Zylinderkopfplatte 40 vermieden wird.
Bei dem Dichtelement 70 (beider Ausgestaltungsformen) ist ein der Eintrittsöffnung 54 vorgelagerter, geschlossener Abschnitt vorgesehen, dessen Länge in Umfangsrichtung mindestens der Breite der Fluidwechselöffnungen 42 in Umfangsrichtung entspricht (vgl. insbesondere Fig. 8 und 9). Dadurch ist sichergestellt, dass auch bei einer nur anfänglichen Überdeckung der Eintrittsöffnung 54 des Dichtelements 70 mit den einzelnen Fluidwechselöffnungen 42 der Zylinderkopfplatte 40 das gesamte in den jeweiligen Zylinder 16 einströmende Fluid darin verbleibt und nicht über einen vor dem Dichtelement 70 anfänglich noch ausgebildeten Spalt wieder abströmt. Auch in diesem der Eintrittsöffnung 54 vorgelagerten Abschnitt ist ein Andrücken des Dichtelements 70 mittels eines Druckkolbens 74 vorgesehen (vgl. Fig. 4 und 9). Über eine Variation der Länge dieses der Eintrittsöffnung 54 vorgelagerten, geschlossenen Abschnitts des Dichtelements 70 kann eine Vorkompression von noch in den Zylindern 16 verbliebenem Fluid realisiert und angepasst werden, indem dieser Abschnitt des Dichtelements 70 die Fluidwechselöffnungen 42 bereits abdeckt, bevor die dazugehörigen Kolben 18 ihren OT erreicht haben.
Weiterhin ist ein Druckkolben 74 unmittelbar hinter (bezüglich der Rotationsrichtung 72) der Eintrittsöffnung 54 vorgesehen, dem sich mehrere weitere Druckkolben 74 anschließen. Dabei ist vorgesehen, dass einerseits die Flächen der dem Einlassdruck des Fluids ausgesetzten Oberseiten der Druckkolben 74 in Rotationsrichtung 72 größer werdend ausgebildet sind und andererseits die Abstände zwischen den Druckkolben 74 in Drehrichtung kleiner werdend ausgebildet sind, wodurch ein besonders starkes Andrücken des Dichtelements 70 an die Zylinderkopfplatte 40 in einem die
Eintrittsöffnung 54 umfassenden Bereich erreicht wird, während der Anpressdruck mit zunehmenden Abstand von der Eintrittsöffnung 54 kleiner wird, wodurch die durch die einzelnen Druckkolben 74 erzeugten und auf verschiedene Bereiche des Dichtelements 70 wirkenden Andrückkräfte an den sich während der Arbeitstakte in den Zylindern 16 zunehmend verringernden Fluiddruck angepasst ist.
Um zu verhindern, dass die Taumelscheibe 22 von der Drehbewegung des
Taumelscheibenfußes 24 mitgenommen wird, ist vorgesehen, diese gegen ein
Verdrehen gesichert mit dem Zylindergehäuse 12 zu verbinden. Dazu ist eine
Sicherungshülse 82 vorgesehen, die mit dem Zylindergehäuse 12 verbunden ist. Die Sicherungshülse 82 ist zudem über eine kardanartige Gelenkanordnung mit der Taumelscheibe 22 verbunden. Die Gelenkanordnung bindet die Taumelscheibe 22 drehfest an die Sicherungshülse 82 und damit an das Zylindergehäuse 12 und lässt gleichzeitig die Taumelbewegung der Taumelscheibe 22 zu. Die Gelenkanordnung umfasst einen Gelenkring 84, der über jeweils zwei Lagerstifte 86 um eine erste Achse drehbar mit der Sicherungshülse 82 sowie um eine zweite, zu der ersten Achse senkrecht verlaufende Achse drehbar mit der Taumelscheibe 22 verbunden ist.
Der Axialkolbenmotor 10 kann beispielsweise in einer Kreisprozessvorrichtung 88 zur Nutzung von Abwärme eines Verbrennungsmotors 90 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden (vgl. Fig. 10). Dabei expandiert ein verdampftes und überhitztes sowie unter Druck stehendes Fluid in dem Axialkolbenmotor 10, wodurch ein Teil der thermischen und potentiellen Energie des Fluids in mechanische Energie beziehungsweise Leistung (Pmech) gewandelt wird. Das Fluid wird hierzu im flüssigen Zustand mittels einer Pumpe 92 (Fördervorrichtung) zu einem Verdampfer 94 gefördert, in dem dieses durch den Übergang von Wärmeenergie von aus dem Verbrennungsmotor 90 über einen den Verdampfer 94 integrierenden Abgasstrang abgeführtem Abgas erhitzt wird. Das so verdampfte und überhitzte Fluid strömt dann zu dem als
Expansionsvorrichtung der Kreisprozessvorrichtung dienenden Axialkolbenmotor 10 und von diesem in einem entspannte(re)n Zustand zu einem Kondensator 34 der
Kreisprozessvorrichtung 88. In dem Kondensator 34 wird das Fluid durch einen
Wärmeübergang auf ein Kühlmedium, beispielsweise auf ein in einem auch den
Verbrennungsmotor 90 integrierenden Kühlsystem des Kraftfahrzeugs strömendes Kühlmittel, gekühlt. Dabei kondensiert das Fluid, so dass es im flüssigen Zustand mittels der Pumpe 92 erneut dem Verdampfer 94 zugeführt werden kann. Aufgrund der
Förderung des flüssigen Fluids mittels der Pumpe 92 wird auch eine Verdichtung des zwischen dem Verdampfer 94 und dem Axialkolbenmotor 10 (Expansionsvorrichtung) im gasförmigen Zustand vorliegenden Fluids auf einen vorgesehenen Betriebsdruck erreicht, wobei die Druckerzeugung mittels der Pumpe 92 in Wechselwirkung mit der Expansion des gasförmigen Fluids in dem Axialkolbenmotor 10 steht.
Durch die Arbeit der Pumpe 92 wird das Druckniveau gemäß dem T-S-Diagramm der Fig. 1 1 (theoretisch) adiabat und isentrop auf einen festgelegten Wert angefahren und ein definierter Volumenstrom sichergestellt. Vom Zustandspunkt b bis zum
Zustandspunkt c findet eine (theoretisch) isobare Wärmezufuhr mit Verdampfung und Überhitzung statt. Ab dem Zustandspunkt b' beginnt die Verdampfung, die beim
Erreichen des Zustandspunkts b" abgeschlossen ist. Vom Zustandspunkt b" bis zum Zustandspunkt c wird das dampfförmige Fluid überhitzt. Die Abgabe der mechanischen Arbeit (Pmech) durch den Axialkolbenmotor 10 (Expansionsvorrichtung) findet durch eine (theoretisch) isentrope Entspannung vom Zustandspunkt c bis zum Zustandspunkt d statt. Je nach Art und Aufbau der Expansionsvorrichtung kann nun bis kurz vor das Dampfgebiet oder in das Nassdampfgebiet hinein entspannt werden. Vom Zustandspunkt d bis zum Zustandspunkt a wird das Fluid durch den Kondensator (theoretisch) isobar und isotherm verflüssigt.
Ziel der Betrachtung im T-S-Diagramm ist eine Maximierung der zugeführten Wärme vom Zustandspunkt b bis zum Zustandspunkt c und eine Reduktion der abzuführenden Wärme (q_ab) vom Zustandspunkt d bis zum Zustandspunkt a. Die eingeschlossene Fläche vom Zustandspunkt a über die Zustandspunkte b und c bis zum Zustandspunkt d soll im vorgesehenen Temperaturbereich maximiert werden. Der Wirkungsgrad eines Clausius-Rankine-Prozesses ist somit visuell als Verhältnis beider Flächen zu interpretieren (r\lh = 1 - (q_ab)/(q_zu)).
Bezugszeichenliste Axialkolbenmotor
Zylindergehäuse
Zylinderrohr
Zylinder
Kolben
Pleuel
Taumelscheibe
Taumelscheibenfuß
Welle
Längsachse der Taumelscheibe und des Taumelscheibenfußes Längsachse der Zylinder
Längsachse/Rotationsachse der Welle/des Drehschiebers Kondensator
Zylinderkopf
Drehschieberventil
Zylinderkopfplatte
Fluidwechselöffnung
Öffnung der Zylinderkopfplatte
Schraube
Zylinderkopfgehäuse
Gehäuse
Drehschieber
erste Durchtrittsöffnung/Eintrittsöffnung
zweite Durchtrittsöffnung/Austrittsöffnung
Einlass
Hohlraum des Drehschiebers
Fluidkanal
Auslass
Grundkörper des Drehschiebers
Basisteil des Drehschiebers
Dichtelement des Drehschiebers
Rotationsrichtung des Drehschiebers
Druckkolben
Öffnung des Deckelteils 78 Deckelteil des Drehschiebers
80 Dichtring
82 Sicherungshülse
84 Gelenkring
86 Lagerstift
88 Kreisprozessvorrichtung
90 Verbrennungsmotor
92 Pumpe
94 Verdampfer

Claims

Patentansprüche
1 . Axialkolbenmotor (10) mit einem Zylindergehäuse (12), in dem mehrere Zylinder (16) ausgebildet sind, und mit in den Zylindern (16) beweglich geführten Kolben (18), wobei die Kolben (18) an eine Schrägscheibe angebunden sind und wobei eine Strömung eines über einen Einlass (58) in den Axialkolbenmotor (10) eingetretenen Fluids in die und aus den Zylindern (16) mittels Einlass- und
Auslassventilen gesteuert wird, wobei die Einlass- und/oder die Auslassventile in einer Zylinderkopfplatte (40) ausgebildete Fluidwechselöffnungen (42) umfassen, die temporär mittels eines Drehschiebers (52) freigegeben und abgedeckt werden können, wozu der Drehschieber (52) mindestens eine Durchtrittsöffnung (54, 56) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (52) ein Dichtelement (70) aufweist, das nur einen Abschnitt der der Zylinderkopfplatte (40) zugewandten Unterseite des Drehschiebers (52) ausbildet und das in Richtung der
Zylinderkopfplatte (40) verschiebbar in oder an einem Grundkörper (66) des Drehschiebers (52) gelagert ist.
2. Axialkolbenmotor (10) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (66) des Drehschiebers (52) zumindest abschnittsweise beabstandet von der Zylinderkopfplatte (4) angeordnet ist.
3. Axialkolbenmotor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (70) auf der von der Zylinderkopfplatte (40) abgewandten Seite direkt oder indirekt mit dem Einlassdruck des Fluids beaufschlagt ist.
4. Axialkolbenmotor (10) gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein oder
mehrere in dem Grundkörper (66) des Drehschiebers (52) beweglich gelagerte Druckkolben (74), die direkt oder indirekt an dem Dichtelement (70) anliegen, wobei die von dem Dichtelement (70) abgewandte Seite des oder der Druckkolben (74) direkt oder indirekt mit dem Einlassdruck des Fluids beaufschlagt ist.
5. Axialkolbenmotor (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere in Umfangsrichtung bezüglich der Rotationsachse (32) des Drehschiebers (52) beabstandet angeordnete Druckkolben (74) vorgesehen sind, wobei die dem Einlassdruck des Fluids ausgesetzten Flächen dieser Druckkolben (74) in der vorgesehenen Rotationsrichtung (72) des Drehschiebers (52) größer werdend und/oder die Abstände zwischen mindestens drei Druckkolben (74) in der vorgesehenen Rotationsrichtung (72) kleiner werdend ausgebildet sind.
6. Axialkolbenmotor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Dichtelement (70) über einen Umfangsabschnitt von 180° ± 20° bezüglich der Rotationsachse (32) des Drehschiebers (52) erstreckt.
7. Axialkolbenmotor (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass sich das Dichtelement (70) über einen Umfang von 360° bezüglich der Rotationsachse (32) des Drehschiebers (52) erstreckt.
8. Axialkolbenmotor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (70) mehrere Durchtrittsöffnungen (54, 56) aufweist, von denen mindestens eine als Eintrittsöffnung (54) und mindestens eine als Austrittsöffnung (56) des Drehschiebers (52) dient.
9. Axialkolbenmotor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (70) in Form eines teilweisen oder vollständigen Kreisrings ausgebildet ist.
10. Kreisprozessvorrichtung (88) mit einem Kreislauf für ein Fluid, wobei in den
Kreislauf
- ein Verdampfer (94) zum Verdampfen des Fluids,
- eine Expansionsvorrichtung zum Expandieren des Fluids,
- ein Kondensator (96) zum Kondensieren des Fluids und
- eine Fördervorrichtung zum Fördern des Fluids in dem Kreislauf
integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsvorrichtung in Form eines Axialkolbenmotors (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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