WO2011012441A1 - Antriebseinrichtung mit einem verbrennungsmotor und einer eine verlustwärme nutzenden expansionsmaschine - Google Patents
Antriebseinrichtung mit einem verbrennungsmotor und einer eine verlustwärme nutzenden expansionsmaschine Download PDFInfo
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- WO2011012441A1 WO2011012441A1 PCT/EP2010/060041 EP2010060041W WO2011012441A1 WO 2011012441 A1 WO2011012441 A1 WO 2011012441A1 EP 2010060041 W EP2010060041 W EP 2010060041W WO 2011012441 A1 WO2011012441 A1 WO 2011012441A1
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Definitions
- the invention relates to a drive device according to the preamble of patent claim 1.
- DE 196 10 382 A1 shows a combination engine, which is formed from a conventional piston internal combustion engine and a piston steam engine, both of which act on a crankshaft, the crankshaft optionally consists of two interconnected via a transmission sections.
- DE 100 54 022 A1 shows and describes a method for operating a heat engine, in which the shaft of an internal combustion engine, the waste heat for a relaxation device (expansion machine) is recovered, coupled to the shaft of the expansion device via a clutch and / or a reduction gear is.
- a relaxation device expansion machine
- DE 10 2006 036 122 A1 shows a drive device in which the usable work delivered by the expansion machine is fed directly to the crankshaft of the internal combustion engine.
- DE 10 2007 052 169 A1 and DE 10 2007 052 1 17 A1 each relate to a drive train, in particular a vehicle drive train, in which the expansion engine is connected in each case via a hydrodynamic coupling, optionally with the interposition of freewheels, with the crankshaft of the internal combustion engine.
- the expansion engine is coupled or coupled directly to the crankshaft of the internal combustion engine.
- the crankshaft accesses to the crankshaft and separate coupling mechanisms must be created, which must generally take into account different optimal operating speeds of the internal combustion engine on the one hand and expansion engine on the other hand and the possibility of decoupling the expansion machine, for example, for the starting process of the internal combustion engine.
- the present invention seeks to provide a drive device referred to in the preamble of claim 1, in which the expansion machine better integrated into this drive device and the overall arrangement is simplified and cheaper to produce.
- the invention is based on the finding that a transmission arrangement arranged downstream of the internal combustion engine has a much more favorable constructive structure for the coupling of the expansion machine, since on the one hand it has several elements revolving in operation at different rotational speeds, so that several possibilities are available, for example for a fixed coupling
- a manual transmission allows an interruption of the drive train, which makes it easy to decouple the expansion engine from the internal combustion engine at a coupling of the expansion machine behind the respective separation point.
- the invention is based on a drive device with an internal combustion engine and an expansion machine which can be coupled or coupled to the drive train of the drive device, which is arranged in a closed steam cycle and whose working medium is vaporized by waste heat arising during operation of the internal combustion engine.
- the expansion machine can be coupled or coupled to an element of a transmission arrangement arranged downstream of the internal combustion engine during operation of the drive device.
- the free space in the area of the transmission is greater than in the area of the internal combustion engine, so that such an expansion machine can be arranged comparatively easily in the area of the transmission.
- Another advantage may result from the fact that in an integration of the expansion engine in or on the transmission, the heat energy occurring in the transmission oil circuit relatively easily withdrawn and fed to the steam cycle, whereby a cooler for the transmission and possibly for a retarder can be made smaller.
- the expansion machine is coupled via a fixed drive connection with constant translation with a rotating element of the transmission, that is usually with a transmission shaft. This allows a particularly simple structural design.
- Another embodiment of the invention provides that the expansion machine is coupled via a fixed drive connection with variable translation with the rotating element.
- Such an association Training can be realized, for example, with a known Schrägachsen- or swash plate hydraulic motor.
- the expansion machine can be coupled via a clutch device with the rotating element of the transmission or decoupled from this element.
- the clutch device may for example be a switchable at standstill claw clutch or the like, depending on a drive speed self-switching centrifugal clutch or overrunning clutch or engageable or disengageable during operation clutch, such as a friction clutch or a fluid coupling.
- expansion machine can be coupled via a separate coupling gear with variable ratio with the rotating element of the transmission or decoupled from this element.
- the expansion machine can also be coupled or coupled to a drive-side element or to an output-side element of the gear arrangement.
- a further embodiment of the invention provides that the expansion machine can be coupled or coupled to the primary side or to the secondary side of a starting element assigned to the gear arrangement, for example a friction clutch or a fluid coupling.
- the transmission arrangement is equipped with a power take-off (PTO), it is also possible to make the expansion machine with this power take-off coupled or to couple.
- PTO power take-off
- the heat exchanger heat loss from one or more of the following heat transfer medium is supplied: engine exhaust, engine oil, engine cooling water, transmission oil, hydraulic fluid work.
- the invention further provides that the output of the expander energy is completely or partially fed to an energy storage, optionally after a conversion, for example, in electrical energy, rotational energy or pressure energy.
- mechanical energy emitted by the expansion machine can be supplied to a heating and / or air conditioning system after a corresponding energy conversion.
- the closed steam cycle generally comprises a heat exchanger (evaporator) arranged in front of the expansion machine to which heat loss is applied, a heat exchanger (condenser) arranged behind the expansion machine for liquefying the working medium and a feed pump arranged downstream thereof for conveying the liquid working medium into the evaporator.
- this feed pump can be driven by an exhaust gas turbine operated by the exhaust gas of the internal combustion engine which extracts part of its useless kinetic energy from the exhaust gas.
- Fig. 1 shows schematically a drive device with an internal combustion engine, a transmission arrangement associated therewith and a with the gear assembly coupled or coupled expansion machine, and
- FIG. 2 schematically shows two examples of an arrangement by means of which the expansion machine can be coupled to a drive element associated with the starting element.
- the drive device illustrated in FIG. 1 comprises a conventional piston internal combustion engine 2, which drives the drive wheels 8 via a downstream transmission arrangement 4 and an axle transmission 6.
- the internal combustion engine 2 is equipped with a water cooling system comprising a radiator 10.
- the radiator 10 may either be conventionally cooled by the airstream, but it may also supply the resulting heat extracted from the cooling water via a suitable connection line 12 for further use to a heat exchanger to be described below in which a working medium for operating an expansion machine is vaporized ,
- the exhaust gases of the internal combustion engine 2 are supplied via exhaust pipes 14 and via a device 16 for exhaust gas aftertreatment (eg catalyst, soot particle filter) to a heat exchanger 18, which is a component of a closed steam cycle 20.
- a working medium for example water
- the steam drives an expansion machine 22 which can be coupled or coupled to an element of the gear arrangement 4 which rotates during operation of the drive device in the manner described further above and for example in FIG.
- the expander machine 22 leaving working fluid is fed to a heat exchanger 24, in which the working fluid is condensed.
- a feed pump 26 conveys the condensed working medium back into the heat exchanger 18.
- the cooling medium cooling back to the heat exchanger 24 can form an open circuit.
- the cooling medium leaving the heat exchanger 24 can also be supplied to the heat exchanger 18 for further use of its residual heat, as is not shown in detail.
- the expansion machine 22 can also be coupled or coupled with the axle drive 6, for example, in order to bring its mechanical drive energy onto the drive wheels 8 in this way.
- Fig. 2 shows in an image two ways to initiate the mechanical energy of an expansion machine 30 in the drive train of a drive device. In both cases, this initiation takes place via a switchable coupling 32 and a power take-off (PTO), which is drive-connected to the primary side of a starting arrangement of a gear arrangement, as will be explained in more detail below.
- PTO power take-off
- FIG. 2 shows schematically below a dash-dotted longitudinal gear axis 34 a fluid coupling or a hydrodynamic converter 36 with a prime-side pump wheel 38 connected to the drive motor, not shown, a secondary-side turbine wheel 42 connected to a transmission input shaft 40 and a stator 44.
- a gear 46 On the impeller Integrated 38 is a gear 46, which drives a connected to a power take-off shaft 48 gear 50.
- the gear 50 is also engaged with a gear 52 which is coupled via the clutch 32 with the expansion machine 30.
- the mechanical energy of the expansion machine 30 can be introduced via the gears 52, 50, 46 in the primary side of serving as a starting element hydrodynamic transducer 36.
- a friction clutch 54 with a primary-side clutch disk 56 connected to the internal combustion engine and a secondary-side clutch disk 58 connected to the transmission input shaft 40 are illustrated schematically above the transmission longitudinal axis 34.
- the secondary-side clutch disc 58 can be coupled in an analogous manner via the toothed wheels 46 ', 50 and 52 as well as the shiftable clutch 32 with the expansion machine.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung, mit einem Verbrennungsmotor (2) und eine mit dem Antriebsstrang der Antriebseinrichtung koppelbare oder gekoppelte Expansionsmaschine (22, 30), die in einem geschlossenen Dampfkreislauf angeordnet ist, und dessen Arbeitsmedium durch im Betrieb des Verbrennungsmotors (2) anfallende Verlustwärme verdampft wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Expansionsmaschine (22) mit einem im Betrieb der Antriebseinrichtung drehenden Element einer dem Verbrennungsmotor (2) nachgeordneten Getriebeanordnung (4) koppelbar bzw. gekoppelt ist. Auf diese Weise wird die vorhandene Infrastruktur der Getriebeanordnung (4) zur Integration der Expansionsmaschine (22) genutzt, da für die Ankopplung der Expansionsmaschine mehrere drehende Getriebeelemente zur Verfügung stehen. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Expansionsmaschine (30) über eine schaltbare Kupplung (32) und eine Zahnradpaarung (52, 50) an eine Nebenabtriebswelle (48) angekoppelt, die ihrerseits mit der Primärseite eines Anfahrelementes antriebsverbunden ist.
Description
Antriebseinrichtunq mit einem Verbrennungsmotor und einer eine Verlustwärme nutzenden Expansionsmaschine
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist allgemein bekannt, dass der thermische Wirkungsgrad eines herkömmlichen Verbrennungsmotors etwa 25 bis 30 % beträgt. Zur Kühlung der Verbrennungsräume müssen etwa 25 % der freigesetzten Energie abgeführt werden. Ein noch größerer Betrag von etwa 30 bis 35 % geht mit den Abgasen ungenutzt in die Atmosphäre. Man ist deshalb schon seit langer Zeit bemüht, zumindest einen Teil der oben genannten Verlustenergie zu nutzen und damit den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu verbessern. Eine schon seit langer Zeit praktizierte Maßnahme ist, zumindest einen Teil der in den Abgasen mitgeführten Energie zum Antrieb von Verdichtern für die angesaugte Verbrennungsluft zu nutzen. Trotzdem geht immer noch der weitaus größere Teil der eingesetzten Energie für die Umsetzung in Bewegungsenergie verloren.
Insbesondere bei stationären Großmotoren ist es auch bereits bekannt, in mittels Abgasen beheizten Dampfkesseln Wasserdampf zu erzeugen, mit dem in Dampfturbinen elektrische Energie gewonnen wird. Durch weitere Ausnutzung der großen, im entspannten Wasserdampf verbleibenden Restenergie für Heizzwecke und Warmwasserversorgung wird auf diese Weise ein guter Gesamtwirkungsgrad erreicht. Einer Ausnutzung dieser Energieformen bei mittleren und kleineren Fahrzeugmotoren steht jedoch im Allgemeinen ein viel zu geringer Bedarf an elektrischer Energie und an Wärme beispielsweise für die Fahrzeugheizung entgegen.
Es sind auch bereits zahlreiche Konstruktionen bekannt geworden, bei denen eine Expansionsmaschine mit dem Antriebsstrang der Antriebseinrichtung koppelbar oder gekoppelt ist, so dass die mechanische Ausgangsleistung
der Expansionsmaschine direkt zur Erhöhung der Gesamtausgangsleistung der Antriebseinrichtung genutzt werden kann. So zeigt die DE 196 10 382 A1 einen Kombimotor, welcher aus einem herkömmlichen Kolben-Verbrennungsmotor und einer Kolben-Dampfmaschine gebildet ist, die beide auf eine Kurbelwelle wirken, wobei die Kurbelwelle gegebenenfalls aus zwei über ein Getriebe miteinander verbundenen Abschnitten besteht.
Die DE 100 54 022 A1 zeigt und beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine, bei der die Welle eines Verbrennungsmotors, dessen Abwärme für eine Entspannungsvorrichtung (Expansionsmaschine) zurück gewonnen wird, mit der Welle der Entspannungseinrichtung über eine Kupplung und/oder über ein Untersetzungsgetriebe gekoppelt ist.
Die DE 10 2006 036 122 A1 zeigt eine Antriebseinrichtung, bei der die von der Expansionsmaschine gelieferte nutzbare Arbeit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors direkt zugeführt wird.
Die DE 10 2007 052 169 A1 und die DE 10 2007 052 1 17 A1 betreffen jeweils einen Antriebsstrang, insbesondere einen Fahrzeugantriebsstrang, bei denen die Expansionsmaschine jeweils über eine hydrodynamische Kupplung, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Freiläufen, mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist.
In allen Fällen ist die Expansionsmaschine direkt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar oder gekoppelt. Für diese Kopplung müssen Zugänge zur Kurbelwelle und gesonderte Kopplungsmechanismen geschaffen werden, die im allgemeinen auch unterschiedliche optimale Betriebsdrehzahlen von Verbrennungsmotor einerseits und Expansionsmaschine andererseits sowie die Möglichkeit berücksichtigen müssen, die Expansionsmaschine beispielsweise für den Anlassvorgang von dem Verbrennungsmotor abzukoppeln.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei der die Expansionsmaschine besser in diese Antriebseinrichtung integriert und die Gesamtanordnung damit vereinfacht sowie kostengünstiger herstellbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1 , während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine dem Verbrennungsmotor nachgeordnete Getriebeanordnung eine für die Ankopplung der Expansionsmaschine weitaus günstigere konstruktive Struktur aufweist, da dieses einerseits mehrere im Betrieb mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten umlaufende Elemente aufweist, so dass beispielsweise für eine feste Ankopplung mehrere Möglichkeiten zur Verfügung stehen, und da andererseits insbesondere ein Schaltgetriebe eine Unterbrechung des Antriebsstranges ermöglicht, die bei einer Ankopplung der Expansionsmaschine hinter der jeweiligen Trennstelle ohne weiteres eine Abkopplung der Expansionsmaschine von dem Verbrennungsmotor möglich macht.
Demnach geht die Erfindung aus von einer Antriebseinrichtung, mit einem Verbrennungsmotor und eine mit dem Antriebsstrang der Antriebseinrichtung koppelbare oder gekoppelte Expansionsmaschine, die in einem geschlossenen Dampfkreislauf angeordnet ist, und dessen Arbeitsmedium durch im Betrieb des Verbrennungsmotors anfallende Verlustwärme verdampft wird. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass die Expansionsmaschine mit einem im Betrieb der Antriebseinrichtung drehenden Element einer dem Verbrennungsmotor nachgeordneten Getriebeanordnung koppelbar bzw. gekoppelt ist.
Durch diese Anordnung kann die vorhandene Infrastruktur des Getriebes zur Integration der Expansionsmaschine vorteilhaft genutzt werden. Insbesondere bei Nutzkraftfahrzeugen gibt es mit unterschiedlichen Nebenabtrieben (PTO = Power Take Off) vielfach baulich einfach nutzbare Integrationsmöglichkeiten, womit sich die Gesamteinrichtung vereinfachen, die Investitionskosten gering halten und die Amortisationsdauer verringern lassen kann.
Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass die Integration der Expansionsmaschine in bzw. an das Getriebe direkt bei dem Getriebehersteller vorgenommen werden kann, so dass der Fahrzeughersteller bzw. der Hersteller des Verbrennungsmotors hiervon entlastet ist.
Außerdem ist insbesondere bei Nutzkraftfahrzeugen der freie Bauraum im Bereich des Getriebes größer als im Bereich des Verbrennungsmotors, so dass sich eine solche Expansionsmaschine im Bereich des Getriebes vergleichsweise leicht anordnen lässt.
Ein weiterer Vorteil kann sich daraus ergeben, dass bei einer Integration der Expansionsmaschine in oder an das Getriebe die im Getriebeölkreislauf auftretende Wärmeenergie verhältnismäßig einfach entzogen und dem Dampfkreislauf zugeführt werden kann, womit ein Kühler für das Getriebe und gegebenenfalls für einen Retarder kleiner ausgelegt werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Expansionsmaschine über eine feste Antriebsverbindung mit unveränderlicher Übersetzung mit einem drehenden Element des Getriebes, in der Regel also mit einer Getriebewelle, gekoppelt ist. Dies ermöglicht einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Expansionsmaschine über eine feste Antriebsverbindung mit veränderlicher Übersetzung mit dem drehenden Element gekoppelt ist. Eine derartige Anthebsverbin-
dung lässt sich beispielsweise mit einem bekannten Schrägachsen- oder Schrägscheibenhydromotor verwirklichen.
In einer anderen Variante der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist vorgesehen, dass die Expansionsmaschine über eine Schaltkupplungseinrichtung mit dem drehenden Element des Getriebes koppelbar bzw. von diesem Element abkoppelbar ist. Die Schaltkupplungseinrichtung kann beispielsweise eine im Stillstand schaltbare Klauenkupplung oder dergleichen, eine in Abhängigkeit von einer Antriebsdrehzahl selbst schaltende Fliehkraftkupplung bzw. Überholkupplung oder eine im Betrieb einrückbare bzw. ausrückbare Kupplung, wie beispielsweise eine Reibungskupplung oder eine Strömungskupplung sein.
Eine besonders flexible Anpassung der Expansionsmaschine an den Verbrennungsmotor ergibt sich, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Expansionsmaschine über ein gesondertes Kopplungsgetriebe mit veränderlicher Übersetzung mit dem drehenden Element des Getriebes koppelbar bzw. von diesem Element abkoppelbar ist.
Die Expansionsmaschine kann auch mit einem antriebsseitigen Element oder mit einem abtriebsseitigen Element der Getriebeanordnung koppelbar bzw. gekoppelt sein. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Expansionsmaschine mit der Primärseite oder mit der Sekundärseite eines der Getriebeanordnung zugeordneten Anfahrelementes, wie beispielsweise einer Reibungskupplung oder einer Strömungskupplung, koppelbar bzw. gekoppelt ist.
Falls die Getriebeanordnung mit einem Nebenabtrieb (PTO) ausgestattet ist, so besteht auch die Möglichkeit, die Expansionsmaschine mit diesem Nebenabtrieb koppelbar zu machen bzw. zu koppeln.
Um einen möglichst großen Anteil der Verlustwärme des Verbrennungsmotors zu nutzen, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgese-
hen, dass dem Wärmetauscher Verlustwärme von einem oder mehreren der folgenden Wärmeträger zugeleitet wird: Motorabgas, Motoröl, Motorkühlwasser, Getriebeöl, Arbeitshydrauliköl.
Damit die Verlustwärme auch dann nicht verloren geht, wenn die Zusatzleistung der Expansionsmaschine nicht benötigt wird, sieht die Erfindung weiter vor, dass die von der Expansionsmaschine abgegebene Energie ganz oder teilweise einem Energiespeicher zuführbar ist, gegebenenfalls nach einer Umwandlung beispielsweise in elektrische Energie, Rotationsenergie oder Druckenergie.
Insbesondere bei stationären Antriebsanlagen besteht häufig auch ein großer Bedarf an abführbarer Wärme für Wärmenutzer. Für diesen Fall ist vorgesehen, dass von Expansionsmaschine abgegebene mechanische Energie nach einer entsprechenden Energieumwandlung einer Heizungs- und/oder Klimaanlage zuführbar ist.
Der geschlossene Dampfkreislauf umfasst im allgemeinen einen vor der Expansionsmaschine angeordneten Wärmetauscher (Verdampfer), dem Verlustwärme zugeführt wird, einen hinter der Expansionsmaschine angeordneten Wärmetauscher (Kondensator) zum Verflüssigen des Arbeitsmediums und eine diesem nachgeordnete Speisepumpe zum Befördern des flüssigen Arbeitsmediums in den Verdampfer. Dabei besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, dass diese Speisepumpe durch eine von dem Abgas des Verbrennungsmotors betriebene Abgasturbine, die dem Abgas einen Teil seiner nutzlosen Bewegungsenergie entzieht, antreibbar ist.
Die Erfindung lässt sich anhand mehrerer Ausführungsbeispiele weiter erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
Fig. 1 schematisch eine Antriebseinrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einer diesem zugeordneten Getriebeanordnung und einer
mit der Getriebeanordnung gekoppelten bzw. koppelbaren Expansionsmaschine, und
Fig. 2 schematisch zwei Beispiele für eine Anordnung, mittels der die Expansionsmaschine mit einem dem Antriebsmotor zugeordneten Anfahrelement koppelbar ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Antriebseinrichtung umfasst einen herkömmlichen Kolben-Verbrennungsmotor 2, welcher über eine nachgeordnete Getriebeanordnung 4 und ein Achsgetriebe 6 die Antriebsräder 8 antreibt.
Der Verbrennungsmotor 2 ist mit einer Wasserkühlung ausgestattet, die einen Kühler 10 umfasst. Der Kühler 10 kann entweder in herkömmlicher Weise durch den Fahrtwind gekühlt werden, er kann jedoch auch die anfallende, dem Kühlwasser entzogene Wärme über eine geeignete Verbindungsleitung 12 zur weiteren Nutzung einem nachstehend zu beschreibenden Wärmetauscher zuführen, in welchem ein Arbeitsmedium zum Betreiben einer Expansionsmaschine verdampft wird.
Die Abgase des Verbrennungsmotors 2 werden über Abgasleitungen 14 und über eine Einrichtung 16 zur Abgasnachbehandlung (z.B. Katalysator, Rußpartikelfilter) einem Wärmetauscher 18 zugeführt, welcher ein Bestandteil eines geschlossenen Dampfkreislaufes 20 ist. In dem Wärmetauscher 18 wird durch die dem Abgas entzogene Wärme (und gegebenenfalls die dem Kühler 10 entzogene Wärme) ein Arbeitsmedium, beispielsweise Wasser verdampft. Der Dampf treibt eine Expansionsmaschine 22 an, die mit einem im Betrieb der Antriebseinrichtung drehenden Element der Getriebeanordnung 4 in der weiter vorne und beispielsweise in Fig. 2 beschriebenen Weise koppelbar oder gekoppelt ist.
Das die Expansionsmaschine 22 verlassende Arbeitsmedium wird einem Wärmetauscher 24 zugeführt, in welchem das Arbeitsmedium kondensiert wird. Eine Speisepumpe 26 fördert das kondensierte Arbeitsmedium wieder in den Wärmetauscher 18 zurück.
Wie die Fig. 1 erkennen lässt, kann das zu dem Wärmetauscher 24 rückkühlende Kühlmedium einen offenen Kreislauf bilden. Das den Wärmetauscher 24 verlassende Kühlmedium kann jedoch auch zur weiteren Nutzung seiner Restwärme dem Wärmetauscher 18 zugeführt werden, wie nicht näher dargestellt ist.
Wie in der Fig. 1 weiter durch eine strichpunktierte Linie 28 angedeutet ist, kann die Expansionsmaschine 22 beispielsweise auch mit dem Achsgetriebe 6 koppelbar bzw. gekoppelt sein, um seine mechanische Antriebsenergie auf diesem Weg auf die Antriebsräder 8 zu bringen.
Fig. 2 zeigt in einer Abbildung zwei Möglichkeiten, die mechanische Energie einer Expansionsmaschine 30 in den Antriebsstrang einer Antriebseinrichtung einzuleiten. In beiden Fällen erfolgt diese Einleitung über eine schaltbare Kupplung 32 und einen mit der Primärseite eines einer Getriebeanordnung zugeordneten Anfahrelementes antriebsverbundenen Nebenabtrieb (PTO), wie im folgenden näher erläutert wird.
Die Fig. 2 zeigt unterhalb einer strichpunktierten Getriebelängsachse 34 schematisch eine Strömungskupplung bzw. einen hydrodynamischen Wandler 36 mit einem mit dem nicht dargestellten Antriebsmotor verbundenen primärsei- tigen Pumpenrad 38, einem mit einer Getriebeeingangswelle 40 verbundenen sekundärseitigen Turbinenrad 42 und einem Leitrad 44. An dem Pumpenrad 38 integriert ist ein Zahnrad 46, welches ein mit einer Nebenabtriebswelle 48 verbundenes Zahnrad 50 antreibt. Das Zahnrad 50 ist außerdem im Eingriff mit einem Zahnrad 52, welches über die Kupplung 32 mit der Expansionsmaschine 30 koppelbar ist. Die mechanische Energie der Expansionsmaschine 30 kann
so über die Zahnräder 52, 50, 46 in die Primärseite des als Anfahrelement dienenden hydrodynamischen Wandlers 36 eingeleitet werden.
Als zweite Variante ist oberhalb der Getriebelängsachse 34 schematisch eine Reibungskupplung 54 mit einer mit dem Verbrennungsmotor verbundenen primärseitigen Kupplungsscheibe 56 und einer mit der Getriebeeingangswelle 40 verbundenen sekundärseitigen Kupplungsscheibe 58 dargestellt. Die se- kundärseitige Kupplungsscheibe 58 ist in analoger Weise über die Zahnräder 46', 50 und 52 sowie die schaltbare Kupplung 32 mit der Expansionsmaschine koppelbar.
Bezuqszeichen
Kolben-Verbrennungsmotor
Getriebeanordnung
Achsgetriebe
Antriebsräder
Kühler
Verbindungsleitung
Abgasleitung
Einrichtung zur Abgasnachbehandlung
Wärmetauscher
Geschlossener Dampfkreislauf
Expansionsmaschine
Wärmetauscher
Speisepumpe
Antriebspfad Expansionsmaschine-Achsgetriebe
Expansionsmaschine
Schaltbare Kupplung
Getriebelängsachse
Hydrodynamischer Wandler
Pumpenrad
Getriebeeingangswelle
Turbinenrad
Leitrad
Zahnrad
Zahnrad
Nebenabtriebswelle
Zahnrad
Zahnrad
Reibungskupplung
Primärseitige Kupplungsscheibe
Sekundärseitige Kupplungsscheibe
Claims
1. Antriebseinrichtung, mit einem Verbrennungsmotor (2) und eine mit dem Antriebsstrang der Antriebseinrichtung koppelbare oder gekoppelte Expansionsmaschine (22, 30), die in einem geschlossenen Dampfkreislauf angeordnet ist, und dessen Arbeitsmedium durch im Betrieb des Verbrennungsmotors (2) anfallende Verlustwärme verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (22) mit einem im Betrieb der Antriebseinrichtung drehenden Element einer dem Verbrennungsmotor (2) nachgeordneten Getriebeanordnung (4) koppelbar bzw. gekoppelt ist.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (22) über eine feste Antriebsverbindung mit unveränderlicher Übersetzung mit dem drehenden Element der Getriebeanordnung (4) gekoppelt ist.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (22) über eine feste Antriebsverbindung mit veränderlicher Übersetzung mit dem drehenden Element der Getriebeanordnung (4) gekoppelt ist.
4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (22) über eine Schaltkupplungseinrichtung mit dem drehenden Element der Getriebeanordnung (4) koppelbar bzw. von dem Element abkoppelbar ist.
5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (22) über ein gesondertes Kopplungsgetriebe mit veränderlicher Übersetzung mit dem drehenden Element der Getriebeanordnung (4) koppelbar bzw. von dem Element abkoppelbar ist.
6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine mit einem antriebsseitigen Element der Getriebeanordnung (4) koppelbar bzw. gekoppelt ist.
7. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (22) mit einem abtriebsseitigen Element der Getriebeanordnung (4) koppelbar bzw. gekoppelt ist.
8. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (30) mit der Primärseite eines der Getriebeanordnung zugeordneten Anfahrelementes koppelbar bzw. gekoppelt ist.
9. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine mit der Sekundärseite eines der Getriebeanordnung zugeordneten Anfahrelementes koppelbar bzw. gekoppelt ist.
10. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine mit einem Nebenabtrieb (PTO) der Getriebeanordnung koppelbar bzw. gekoppelt ist.
1 1. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmetauscher (18) Verlustwärme von einem oder mehreren der folgenden Wärmeträger zugeleitet wird: Motorabgas, Motoröl, Motorkühlwasser, Getriebeöl, Arbeitshydrauliköl.
12. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die von der Expansionsmaschine (22, 30) abgegebene Energie ganz oder teilweise einem Energiespeicher zuführbar ist.
13. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Expansionsmaschine (22, 30) abgegebene Energie nach einer Energieumwandlung einer Heizungs- und/oder Klimaanlage zuführbar ist.
14. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speisepumpe des Dampfkreislaufes durch eine Ab- gasturbine des Verbrennungsmotors (2) antreibbar ist.
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