WO2015113691A1 - Expansion machine - Google Patents

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WO2015113691A1
WO2015113691A1 PCT/EP2014/077717 EP2014077717W WO2015113691A1 WO 2015113691 A1 WO2015113691 A1 WO 2015113691A1 EP 2014077717 W EP2014077717 W EP 2014077717W WO 2015113691 A1 WO2015113691 A1 WO 2015113691A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
expansion machine
inlet
outlet
adjusting
expansion
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/077717
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bastian Volpert
Matthias Horn
Bernhard Sich
Johannes Glückler
Roland Altvater
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
Publication of WO2015113691A1 publication Critical patent/WO2015113691A1/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F01C1/344Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F01C1/3441Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F01C1/3442Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C20/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines
    • F01C20/10Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
    • F01C20/14Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber using rotating valves

Definitions

  • the invention relates to an expansion machine for using exhaust gas energy of an internal combustion engine.
  • a vane pump with variable eccentricity, with a rotor provided with vanes, an adjusting ring, in which the rotor is housed; and an elastic device for urging the adjustment ring to a position of maximum eccentricity relative to the rotor; the pump having a first sliding member connected to the adjusting ring and fluid-tight sliding in a first chamber hydraulically connected to a supply line of the pump; and a second slide member connected to the adjustment ring and fluid-tight sliding in a second chamber hydraulically connected to a supply line of the pump; wherein the first sliding part is connected to the adjusting ring on the side opposite the elastic device and the second sliding part; and the second chamber is smaller than the first chamber and has an outlet opening formed in a side wall on which the second sliding part slides.
  • variable capacity vane pump which comprises: a body having a cavity in which it can move; a moving ring inside which is located; a hub which can rotate about a fixed axis and which is provided with vanes which in rotation bear against the inside of the movable ring; Displacement means for displacing the movable ring according to a control pressure between a central position on the rotational axis of the hub and a predefined end position eccentric with respect to the axis of rotation of the hub, the means for displacing the movable ring having a recess formed in the wall of the cavity of the body is provided, and a projection which is formed on the outside of the movable ring and serves to slide into the recess of the cavity of the body, such that a control chamber is formed, in which the control pressure is exerted ; a return spring which places the movable ring in its eccentric end position, wherein the return spring is preferably is arranged relative to the reces
  • a variable volume vane pump having the following design: in a rotor, vanes are movably guided in radial slots, the outer ends of the vanes slide in a lifting ring comprising a delivery chamber, a lifting ring is slidable in a housing or pivotally mounted on one side in a stationary bearing of the housing, wherein a spring urges him in the standing state of the rotor in a position of maximum promotion and holds, with the cam ring is an actuator is engaged, the actuating force counteracts the directed to maximum promotion force of the spring with the following features: on the cam engages a pressure element that urges him in the direction - zero promotion - against a sliding bearing in the housing and / or rotatable curve and keeps in engagement with this, the sliding and / or rotatable curve is by means a controlled by a pressure control loop actuator against a setting on de r maximum flow directed force of the spring displaced.
  • a drive machine designed as a vane machine with a housing which forms a housing bore with a prismatic inner wall and a rotatable in the housing bore with the rotor radially slidably guided slides, which abut against the inner wall, wherein between the slides, the rotor and the inner wall vane cells are formed whose volume changes in one revolution of the rotor, a housing-fixed inlet for a drive medium in an inlet region in which the vane cells respectively have a relatively small volume, and an outlet in an outlet region in which the vane cells have a relatively large volume, in which the inner wall in the inlet region is curved substantially cylindrically about the axis of the rotor to at a vane machine defined on the inlet side ratios of the driving Medium, so either burnt fuel or a pressurized working medium to ensure.
  • the object of the invention is to constructively and / or functionally improve an expansion machine mentioned in the introduction.
  • improved use of the exhaust heat energy should be made possible.
  • an expansion engine adapted to vehicle internal combustion engines is to be provided.
  • a cost-effective expansion machine is to be provided.
  • an adaptation to changing load conditions of the internal combustion engine should be made possible.
  • an adaptation to changing exhaust heat energy quantities should be made possible.
  • an efficiency should be increased.
  • a mass flow enforced by the expansion machine should be adaptable independently of a rotational speed and / or an eccentricity of the expansion machine.
  • the object is achieved with an expansion engine for utilizing exhaust gas energy of an internal combustion engine, the expansion engine having at least one inlet and at least one outlet, wherein the expansion machine has an adjusting device for adjusting control times of the inlet and / or the outlet.
  • the expansion engine may be for use of exhaust energy of an internal combustion engine of a vehicle.
  • the vehicle may be a land vehicle.
  • the vehicle may be a motor vehicle.
  • the vehicle may be a truck.
  • the vehicle may be a commercial vehicle (NFZ).
  • the vehicle may be a passenger car.
  • the vehicle may be a rail vehicle.
  • the expansion sioning machine can serve for the utilization of thermodynamic exhaust gas energy.
  • the expansion engine may serve to convert a portion of an internal exhaust energy to work.
  • the expansion machine can serve to do work. In the expansion engine, an exhaust condition may change approximately adiabatically.
  • the at least one outlet may have a larger cross section than the at least one inlet.
  • an inlet opening can be adjusted.
  • an inlet closing can be adjustable.
  • an outlet opening can be adjusted.
  • an outlet closing can be adjustable.
  • the expansion machine may be designed as a rotary displacement machine.
  • the expansion machine may comprise a stator.
  • the expansion machine may include a rotor.
  • the rotor may be rotatable relative to the stator.
  • the rotor may have a rotation axis.
  • the axis of rotation may be arranged eccentrically with respect to the stator.
  • An eccentricity can be adjustable.
  • the stator may have an inner diameter.
  • the rotor may have an outer diameter.
  • the inner diameter of the stator may be larger than the outer diameter of the rotor.
  • a sickle-like space may be arranged between the stator and the rotor.
  • the rotor may have radial slots. In the radial slots wings can be arranged radially displaceable. The wings can correspond to the inner diameter of the stator with a sliding seal.
  • the expansion machine may be embodied as a reciprocating expansion machine or displacement expansion machine.
  • the expansion machine may have expansion spaces.
  • the expansion spaces may each be formed between the stator, the rotor and two adjacent blades.
  • the rotor may rotate.
  • the expansion spaces can continuously increase and decrease again.
  • the expansion spaces may sweep the at least one inlet and the at least one outlet regularly.
  • the expansion spaces may sweep the at least one inlet as they increase in size.
  • the expansion areas can at least sweep an outlet as they shrink.
  • working medium in the vaporous state can flow through the at least one inlet.
  • working medium in the vaporous state can flow out through the at least one outlet.
  • the expansion machine can enforce a working medium mass flow.
  • the at least one inlet and the at least one outlet may be radially arranged to the rotor.
  • the adjusting device may have at least one adjusting ring.
  • the at least one adjusting ring can be arranged on the stator side.
  • the at least one adjusting ring may have the at least one inlet and / or the at least one outlet.
  • the adjusting device may have a single adjusting ring.
  • the single adjusting ring may have the at least one inlet and / or the at least one outlet.
  • the adjusting device may have a first adjusting ring.
  • the adjusting device may have a second adjusting ring.
  • the first adjusting ring and the second adjusting ring may have corresponding inlets and outlets.
  • the at least one adjusting ring may be rotatable relative to the stator.
  • the at least one adjusting ring can be rotated between a first end position and a second end position.
  • the at least one adjusting ring can be adjustable over a range of rotation of about 13 ° to about 33 °, in particular from about 18 ° to about 28 °, in particular of about 23 °.
  • the at least one inlet and the at least one outlet may be axially disposed to the rotor.
  • the adjusting device may have at least one cover part.
  • the at least one cover part may have the at least one inlet and / or the at least one outlet.
  • the adjusting device can be continuously or discretely adjustable.
  • the adjusting device may have a controllable actuator device.
  • the actuator device can be controllable depending on the inlet pressure or volume flow / mass flow.
  • the actuator device may have at least one electromechanical, electromagnetic, hydraulic or pneumatic actuator.
  • the expansion machine according to the invention makes it possible to increase the efficiency of the expansion at a variable pressure level at the inlet.
  • An effective expansion ratio of the expansion machine is changeable. An adjustment may be made from the viewpoint that an optimum expansion ratio for an operation point is established depending on a respective intake pressure and a desired exhaust pressure.
  • FIG. 1 shows a vane expansion machine with a rotatable adjusting ring for adjusting control times in a first adjustment position
  • FIG. 4 shows a vane cell expansion machine with rotatable cover disks for adjusting control times in a sectional view along the line marked XX in FIG. 3
  • FIG. 5 shows a vane cell expansion machine with rotatable cover disks for adjusting control times in a sectional view along the line designated YY in FIG. 3,
  • FIG. 4 shows a vane cell expansion machine with rotatable cover disks for adjusting control times in a sectional view along the line marked XX in FIG. 3
  • FIG. 5 shows a vane cell expansion machine with rotatable cover disks for adjusting control times in a sectional view along the line designated YY in FIG. 3
  • FIG. 9 shows a vane expansion machine with two rotatable adjusting rings for adjusting control times in a first adjustment position
  • FIG. 10 shows a vane cell expansion machine with two rotatable adjusting rings for adjusting control times in a second adjustment position.
  • Fig. 1 shows a vane expansion machine 1 with a rotatable adjusting ring 2 for adjusting control times in a first adjustment position.
  • Fig. 2 shows the vane expansion machine 1 in a second adjustment position.
  • the vane expansion machine 1 serves to utilize thermodynamic exhaust gas energy of an internal combustion engine in a motor vehicle. With the help of the vane expansion machine 1, a part of the internal exhaust energy can be converted into work via an intermediate CR or ORC process, whereby a media state changes approximately adiabatically and vane cell expansion machine 1 performs work.
  • the vane expansion machine 1 has a stator.
  • the stator is designed as an adjusting ring 2.
  • the vane expansion machine 1 has a housing 4.
  • the stator / adjusting ring 2 is rotatably arranged in the housing 4.
  • the wings- Cell expansion machine 1 has a rotor 5.
  • the rotor 5 is rotatable relative to the stator / adjusting ring 2 about a rotation axis 6.
  • the axis of rotation 6 is arranged eccentrically with respect to the stator / adjusting ring 2 with an eccentric distance e.
  • the stator / adjusting ring 2 has a cylindrical inner surface.
  • the stator / adjusting ring 2 is arranged concentrically radially inside the housing 4.
  • the stator / adjusting ring 2 has a cylindrical outer surface which corresponds to the inner surface of the housing 4.
  • the stator / adjusting ring 2 has a cylindrical inner surface.
  • the rotor 5 has a cylindrical outer surface.
  • the inner surface of the stator / adjusting ring 2 has a larger diameter than the outer surface of the rotor 5. This results between the stator / adjusting ring 2 and the rotor 5 a sickle-like gap.
  • the rotor 5 has radial slots, such as 7 on. In the radial slots 7 wings, such as 8, arranged radially displaceable.
  • the vanes 8 correspond in a sliding-sealing manner to the inner surface of the stator / adjusting ring 2.
  • the stator / adjusting ring 2 has an inlet 9 and an outlet 10.
  • the inlet 9 and the outlet 10 are arranged radially.
  • the outlet 10 has a larger cross section than the inlet 9.
  • the vane expansion machine 1 has expansion spaces such as 11.
  • the expansion spaces 1 1 are each formed between the inner surface of the stator / adjusting ring 2, the outer surface of the rotor 5 and two adjacent blades 8.
  • the expansion spaces 11 constantly increase and decrease, sweeping the inlet 9 as they increase in size, and the outlet 10 as they decrease in size, thus establishing a mass media flow.
  • the stator / adjusting ring 2 is rotatable relative to the housing 4 between a first end position and a second end position.
  • the adjusting ring 2 is rotatable over an adjustment range of approximately 23 °.
  • the first end position is shown with a first displacement angle ⁇ , in which a large exhaust gas mass flow is enforced.
  • the first adjustment angle ⁇ is about 35 °.
  • the second end position is shown with a second adjustment angle ß, in which a small mass media flow is enforced.
  • the second adjustment angle ⁇ is about 12 °.
  • the adjusting ring 2 is rotatable between these two end positions, so that an enforced media mass flow is adjustable.
  • FIG. 3 shows a vane expansion machine 1 with rotatable cover plates 12, 13 for adjusting control times in a sectional view.
  • FIG. 4 shows the vane cell expansion machine 1 in a sectional view along the line marked XX in FIG. 3.
  • FIG. 5 shows the vane cell expansion machine 1 in a sectional view along the line labeled YY in FIG. 3.
  • the vane expansion machine 1 has two axial inlets 9. The inlets 9 are arranged axially opposite each other.
  • the vane expansion machine 1 has two axial outlets 10.
  • the outlets 10 are arranged axially opposite each other.
  • the cover plates 12, 13 are arranged axially opposite one another.
  • the cover disks 12, 13 each have an opening 14 associated with an inlet 9 and an opening 10 associated with an outlet 10.
  • a rotation of the cover plates 12, 13 causes an adjustment of the timing.
  • FIG. 6 shows a vane cell expansion machine 1 with a rotatable stator / adjusting ring 2 and an electromechanical actuator device 1 6.
  • the electromechanical actuator device 16 has an electric motor 17 and a transmission.
  • the gear is formed by means of a screw 18 driven by the electric motor and a toothing 1 9 arranged on the adjusting ring 2.
  • the electric motor 17 can be controlled by means of an electric control device. Incidentally, reference is additionally made in particular to FIGS. 1 and 2 and the associated description.
  • FIG. 7 shows a vane cell expansion machine 1 with a rotatable adjusting ring 2 and an electromagnetic actuator device 16.
  • the electromagnetic actuator device 16 has two electromagnets 20. At the adjusting ring 2, an armature 21 is arranged. The armature 21 can be attracted by the electromagnet 20 and thus the adjusting ring 2 can be rotated.
  • the electromagnets 20 can be controlled by means of an electrical control device. Incidentally, reference is additionally made in particular to FIGS. 1 and 2 and the associated description.
  • Fig. 8 shows a vane expansion machine 1 with a rotatable adjusting ring 2 and a hydraulic / pneumatic actuator device 1 6.
  • a rotatable adjusting ring 2 On the adjusting ring 2, an extension is arranged, which serves as a rotary piston 22.
  • the hydraulic cal / pneumatic actuator 1 6 has two pressure chambers 23.
  • Swivel piston 22 can be applied starting from the pressure chambers 23 and thus the adjusting ring 2 can be rotated.
  • a pressure in the pressure chambers 23 can be controlled by means of a valve.
  • FIG. 9 shows a vane cell expansion machine 1 with two rotatable adjusting rings 2, 3 for adjusting control times in a first adjustment position.
  • Fig. 10 shows the vane expansion machine 1 in a second adjustment position. Radially outside of the first adjusting ring 2, the second adjusting ring 3 is arranged.
  • the second adjusting ring 3 has, just like the first adjusting ring 2, an inlet 9 and an outlet 10.
  • the second adjusting ring 3 is rotatable relative to the first adjusting ring 2.
  • the inlet 9 and the outlet 10 are not only adjustable in their position, but it is also a cross section of the inlet 9 and the outlet 10 adjustable. Incidentally, reference is additionally made in particular to FIGS. 1 and 2 and the associated description.

Abstract

Expansion machine (1) for using the energy of the exhaust gas of an internal combustion engine, said expansion machine (1) comprising at least one inlet (9) and at least one outlet (10), characterized in that the expansion machine (1) has an adjusting device for adjusting control times of the inlet (9) and/or the outlet (10), thereby improving the design and/or function of the expansion machine (1).

Description

Expansionsmaschine  expander
Die Erfindung betrifft eine Expansionsmaschine zur Nutzung von Abgasenergie einer Brennkraftmaschine. The invention relates to an expansion machine for using exhaust gas energy of an internal combustion engine.
Aus der EP 1 929 155 B1 ist eine Flügelpumpe bekannt mit variabler Exzentrizität, mit einem mit Flügeln versehenen Rotor, einem Einstellring, in dem der Rotor untergebracht ist; und einer elastischen Vorrichtung, um den Einstellring in eine Position maximaler Exzentrizität relativ zu dem Rotor zu zwingen; wobei die Pumpe ein erstes Gleitteil aufweist, das mit dem Einstellring verbunden ist und fluiddicht in einer ersten Kammer gleitet, die hydraulisch mit einer Zufuhrleitung der Pumpe verbunden ist; und ein zweites Gleitteil aufweist, das mit dem Einstellring verbunden ist und fluiddicht in einer zweiten Kammer gleitet, die hydraulisch mit einer Zufuhrleitung der Pumpe verbunden ist; wobei das erste Gleitteil an der der elastischen Vorrichtung und dem zweiten Gleitteil gegenüberliegenden Seite mit dem Einstellring verbunden ist; und die zweite Kammer kleiner als die erste Kammer ist und eine Auslassöffnung aufweist, die in einer Seitenwand ausgebildet ist, an der das zweite Gleitteil gleitet. From EP 1 929 155 B1 a vane pump is known with variable eccentricity, with a rotor provided with vanes, an adjusting ring, in which the rotor is housed; and an elastic device for urging the adjustment ring to a position of maximum eccentricity relative to the rotor; the pump having a first sliding member connected to the adjusting ring and fluid-tight sliding in a first chamber hydraulically connected to a supply line of the pump; and a second slide member connected to the adjustment ring and fluid-tight sliding in a second chamber hydraulically connected to a supply line of the pump; wherein the first sliding part is connected to the adjusting ring on the side opposite the elastic device and the second sliding part; and the second chamber is smaller than the first chamber and has an outlet opening formed in a side wall on which the second sliding part slides.
Aus der EP 1 436 509 B1 ist eine Flügelzellenpumpe bekannt mit veränderlicher Fördermenge, welche aufweist: einen Körper, welcher einen Hohlraum aufweist, in dem sich versetzen kann; ein beweglicher Ring, in dessen Innern sich befindet; eine Nabe, die sich um eine feststehende Achse drehen kann und die mit Flügelzellen ausgestattet ist, die bei der Rotation gegen die Innenseite des beweglichen Rings aufliegen; Versetzungsmittel, um den beweglichen Ring entsprechend eines Steuerdrucks zwischen einer zentralen Position auf der Rotationsachse der Nabe und einer vordefinierten Endposition, die bezogen auf die Rotationsachse der Nabe exzentrisch ist, zu versetzen, wobei die Mittel zur Versetzung des beweglichen Rings eine Aussparung aufweisen, die in der Wand des Hohlraums des Körpers vorgesehen ist, sowie einen Vorsprung, der auf der Außenseite des beweglichen Rings gebildet ist und dazu dient, in die Aussparung des Hohlraums des Körpers zu gleiten, derart, dass eine Steuerkammer gebildet wird, in der der Steuerdruck ausgeübt wird; eine Rückholfeder, die den beweglichen Ring in seine exzentrische Endposition versetzt, wobei die Rückholfeder vorzugsweise bezogen auf die Aussparung und den Vorsprung auf der anderen Seite angeordnet ist; ein Führungsorgan, um den beweglichen Ring in dem Hohlraum des Körpers zu führen; wobei das Führungsorgan aus zwei Wänden gebildet ist, die auf der Außenfläche des beweglichen Rings bezogen auf den Vorsprung auf der anderen Seite angeordnet sind, zueinander parallel sind und zu den Seitenrändern des Vorsprungs parallel sind, wobei die Wände dazu dienen, in eine entsprechende Aussparung zu gleiten, die in der Wand des Hohlraums des Körpers vorgesehen ist, und dass das Gehäuse und der bewegliche Ring derart bemessen sind, dass die Komponente senkrecht zur Bewegung des Rings der Resultierenden der Kräfte, die auf den beweglichen Ring wirken, so gering wie möglich ist, ohne notwendigerweise null zu sein, wobei das Gleichgewicht der Kräfte hergestellt wird, indem der Teil des Vorsprungs, der auf der Seite der Förderzone angeordnet ist, und der entsprechende Teil seiner Aussparung und/oder die Führungswand, die auf Seite der Förderzone angeordnet ist, und der entsprechende Teil der Führungsaussparung mehr oder weniger zur Förderzone versetzt werden, damit der Abschnitt des Rings in Kontakt mit der Förderzone mehr oder weniger groß ist. From EP 1 436 509 B1 a variable capacity vane pump is known which comprises: a body having a cavity in which it can move; a moving ring inside which is located; a hub which can rotate about a fixed axis and which is provided with vanes which in rotation bear against the inside of the movable ring; Displacement means for displacing the movable ring according to a control pressure between a central position on the rotational axis of the hub and a predefined end position eccentric with respect to the axis of rotation of the hub, the means for displacing the movable ring having a recess formed in the wall of the cavity of the body is provided, and a projection which is formed on the outside of the movable ring and serves to slide into the recess of the cavity of the body, such that a control chamber is formed, in which the control pressure is exerted ; a return spring which places the movable ring in its eccentric end position, wherein the return spring is preferably is arranged relative to the recess and the projection on the other side; a guide member for guiding the movable ring in the cavity of the body; wherein the guide member is formed of two walls disposed on the outer surface of the movable ring with respect to the projection on the other side, parallel to each other and parallel to the side edges of the projection, the walls serving to engage in a corresponding recess slide, which is provided in the wall of the cavity of the body, and that the housing and the movable ring are dimensioned such that the component is as low as possible perpendicular to the movement of the ring of the resultant of the forces acting on the movable ring without necessarily being zero, whereby the balance of the forces is established by the part of the projection arranged on the side of the conveyor zone and the corresponding part of its recess and / or the guide wall arranged on the side of the conveyor zone, and the corresponding part of the guide recess more or less offset to the conveying zone, so the portion of the ring in contact with the conveying zone is more or less large.
Aus der EP 1 043 504 A2 ist eine mengenregelbare Flügelzellenpumpe bekannt mit folgender Bauart: in einem Rotor sind in radialen Schlitzen Flügel schubbeweglich geführt angeordnet, die äußeren Enden der Flügel gleiten in einem, einen Förderraum umfassenden Hubring, ein Hubring ist in einem Gehäuse schiebbar oder einseitig in einer ortsfesten Lagerstelle des Gehäuses schwenkbar gelagert, wobei ihn eine Feder im stehenden Zustand des Rotors in eine Stellung maximaler Förderung drängt und hält, mit dem Hubring steht ein Stellglied im Eingriff, dessen Stellkraft entgegen der auf maximale Förderung gerichteten Kraft der Feder wirkt, mit folgenden Merkmalen: am Hubring greift ein Druckelement an, das ihn in Richtung - Null-Förderung - gegen eine im Gehäuse gegengelagerte schieb- und/oder drehbaren Kurve drängt und mit dieser im Eingriff hält, die schieb- und/oder drehbare Kurve ist mittels eines von einem Druckregelkreis angesteuerten Stellglied gegen eine auf Einstellung der maximalen Fördermenge gerichtete Kraft der Feder verlagerbar. From EP 1 043 504 A2, a variable volume vane pump is known, having the following design: in a rotor, vanes are movably guided in radial slots, the outer ends of the vanes slide in a lifting ring comprising a delivery chamber, a lifting ring is slidable in a housing or pivotally mounted on one side in a stationary bearing of the housing, wherein a spring urges him in the standing state of the rotor in a position of maximum promotion and holds, with the cam ring is an actuator is engaged, the actuating force counteracts the directed to maximum promotion force of the spring with the following features: on the cam engages a pressure element that urges him in the direction - zero promotion - against a sliding bearing in the housing and / or rotatable curve and keeps in engagement with this, the sliding and / or rotatable curve is by means a controlled by a pressure control loop actuator against a setting on de r maximum flow directed force of the spring displaced.
Aus der WO 03/036047 A1 ist eine als Flügelzellenmaschine ausgebildete Antriebsmaschine bekannt mit einem Gehäuse, das eine Gehäusebohrung mit einer prismatischen Innenwand bildet und einem in der Gehäusebohrung drehbaren Rotor mit radial verschieblich geführten Schiebern, die an der Innenwand anliegen, wobei zwischen den Schiebern, dem Rotor und der Innenwand Flügelzellen gebildet sind, deren Volumen sich bei einem Umlauf des Rotors verändert, einem gehäusefesten Einlass für ein Antriebsmedium in einem Einlassbereich, in welchem die Flügelzellen jeweils ein relativ geringes Volumen aufweisen, und einem Auslass in einem Auslassbereich, in welchem die Flügelzellen ein relativ großes Volumen aufweisen, bei der die Innenwandung in dem Einlassbereich im Wesentlichen zylindrisch um die Achse des Rotor gekrümmt ist, um bei einer Flügelzellenmaschine einlassseitig definierte Verhältnisse des treibenden Mediums, also entweder verbrannten Treibstoffs oder eines unter Druck stehenden Arbeitsmediums zu gewährleisten. From WO 03/036047 A1, a drive machine designed as a vane machine is known with a housing which forms a housing bore with a prismatic inner wall and a rotatable in the housing bore with the rotor radially slidably guided slides, which abut against the inner wall, wherein between the slides, the rotor and the inner wall vane cells are formed whose volume changes in one revolution of the rotor, a housing-fixed inlet for a drive medium in an inlet region in which the vane cells respectively have a relatively small volume, and an outlet in an outlet region in which the vane cells have a relatively large volume, in which the inner wall in the inlet region is curved substantially cylindrically about the axis of the rotor to at a vane machine defined on the inlet side ratios of the driving Medium, so either burnt fuel or a pressurized working medium to ensure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Expansionsmaschine baulich und/oder funktional zu verbessern. Insbesondere soll verbesserte Nutzung der Abgaswärmeenergie ermöglicht sein. Insbesondere soll eine an Fahrzeug- Brennkraftmaschinen angepasste Expansionsmaschine bereitgestellt werden. Insbesondere soll eine kostengünstige Expansionsmaschine bereitgestellt werden. Insbesondere soll eine Anpassung an wechselnde Lastzustände der Brennkraftmaschinen ermöglicht sein. Insbesondere soll eine Anpassung an wechselnde Abgaswärmeenergiemengen ermöglicht sein. Insbesondere soll ein Wirkungsgrad erhöht sein. Insbesondere soll ein von der Expansionsmaschine durchgesetzter Massestrom unabhängig von einer Drehzahl und/oder einer Exzentrizität der Expansionsmaschine anpassbar sein. The object of the invention is to constructively and / or functionally improve an expansion machine mentioned in the introduction. In particular, improved use of the exhaust heat energy should be made possible. In particular, an expansion engine adapted to vehicle internal combustion engines is to be provided. In particular, a cost-effective expansion machine is to be provided. In particular, an adaptation to changing load conditions of the internal combustion engine should be made possible. In particular, an adaptation to changing exhaust heat energy quantities should be made possible. In particular, an efficiency should be increased. In particular, a mass flow enforced by the expansion machine should be adaptable independently of a rotational speed and / or an eccentricity of the expansion machine.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Expansionsmaschine zur Nutzung von Abgasenergie einer Brennkraftmaschine, die Expansionsmaschine aufweisend wenigstens einen Einlass und wenigstens einen Auslass, wobei die Expansionsmaschine eine Versteileinrichtung zum Verstellen von Steuerzeiten des Einlasses und/oder des Auslasses aufweist. The object is achieved with an expansion engine for utilizing exhaust gas energy of an internal combustion engine, the expansion engine having at least one inlet and at least one outlet, wherein the expansion machine has an adjusting device for adjusting control times of the inlet and / or the outlet.
Die Expansionsmaschine kann zur Nutzung von Abgasenergie einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs dienen. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein Lastkraftwagen (LKW) sein. Das Fahrzeug kann ein Nutzfahrzeug (NFZ) sein. Das Fahrzeug kann ein Personenkraftwagen (PKW) sein. Das Fahrzeug kann ein Schienenfahrzeug sein. Die Expan- sionsmaschine kann zur Nutzung von thermodynamischer Abgasenergie dienen. Die Expansionsmaschine kann zur Umwandlung eines Teils einer inneren Abgasenergie in Arbeit dienen. Die Expansionsmaschine kann dazu dienen, Arbeit zu verrichten. In der Expansionsmaschine kann sich ein Abgaszustand näherungsweise adiabatisch ändern. The expansion engine may be for use of exhaust energy of an internal combustion engine of a vehicle. The vehicle may be a land vehicle. The vehicle may be a motor vehicle. The vehicle may be a truck. The vehicle may be a commercial vehicle (NFZ). The vehicle may be a passenger car. The vehicle may be a rail vehicle. The expansion sioning machine can serve for the utilization of thermodynamic exhaust gas energy. The expansion engine may serve to convert a portion of an internal exhaust energy to work. The expansion machine can serve to do work. In the expansion engine, an exhaust condition may change approximately adiabatically.
Der wenigstens eine Auslass kann einen größeren Querschnitt als der wenigstens eine Einlass aufweisen. Mithilfe der Versteileinrichtung kann ein Einlass-Öffnen verstellbar sein. Mithilfe der Versteileinrichtung kann ein Einlass-Schließen verstellbar sein. Mithilfe der Versteileinrichtung kann ein Auslass-Öffnen verstellbar sein. Mithilfe der Versteileinrichtung kann ein Auslass-Schließen verstellbar sein. The at least one outlet may have a larger cross section than the at least one inlet. By means of the adjusting device, an inlet opening can be adjusted. By means of the adjusting device, an inlet closing can be adjustable. By means of the adjusting device, an outlet opening can be adjusted. By means of the adjusting device, an outlet closing can be adjustable.
Die Expansionsmaschine kann als Rotationsverdrängermaschine ausgeführt sein. Die Expansionsmaschine kann einen Stator aufweisen. Die Expansionsmaschine kann einen Rotor aufweisen. Der Rotor kann relativ zu dem Stator drehbar sein. Der Rotor kann eine Drehachse aufweisen. Die Drehachse kann bezüglich des Stators exzentrisch angeordnet sein. Eine Exzentrizität kann verstellbar sein. Der Stator kann einen Innendurchmesser aufweisen. Der Rotor kann einen Außendurchmesser aufweisen. Der Innendurchmesser des Stators kann größer als der Außendurchmesser des Rotors sein. Zwischen dem Stator und dem Rotor kann ein sichelartiger Zwischenraum angeordnet sein. Der Rotor kann Radialschlitze aufweisen. In den Radialschlitzen können Flügel radial verschiebbar angeordnet sein. Die Flügel können gleitdichtend mit dem Innendurchmesser des Stators korrespondieren. Alternativ kann die Expansionsmaschine als Hubkolbenexpansionsmaschine oder Verdrängerexpansionsmaschine ausgeführt sein. The expansion machine may be designed as a rotary displacement machine. The expansion machine may comprise a stator. The expansion machine may include a rotor. The rotor may be rotatable relative to the stator. The rotor may have a rotation axis. The axis of rotation may be arranged eccentrically with respect to the stator. An eccentricity can be adjustable. The stator may have an inner diameter. The rotor may have an outer diameter. The inner diameter of the stator may be larger than the outer diameter of the rotor. A sickle-like space may be arranged between the stator and the rotor. The rotor may have radial slots. In the radial slots wings can be arranged radially displaceable. The wings can correspond to the inner diameter of the stator with a sliding seal. Alternatively, the expansion machine may be embodied as a reciprocating expansion machine or displacement expansion machine.
Die Expansionsmaschine kann Expansionsräume aufweisen. Die Expansionsräume können jeweils zwischen dem Stator, dem Rotor und zwei benachbarten Flügeln gebildet sein. Bei einem Betrieb der Expansionsmaschine kann sich der Rotor drehen. Bei einem Betrieb der Expansionsmaschine können sich die Expansionsräume laufend vergrößern und wieder verkleinern. Bei einem Betrieb der Expansionsmaschine können die Expansionsräume den wenigstens einen Einlass und den wenigstens einen Auslass regelmäßig überstreichen. Die Expansionsräume können den wenigstens einen Einlass überstreichen, wenn sie sich vergrößern. Die Expansionsräume können den wenigstens einen Auslass überstreichen, wenn sie sich verkleinern. Bei einem Betrieb der Expansionsmaschine kann Arbeitsmedium im dampfförmigen Zustand durch den wenigstens einen Einlass einströmen. Bei einem Betrieb der Expansionsmaschine kann Arbeitsmedium im dampfförmigen Zustand durch den wenigstens einen Auslass ausströmen. Damit kann die Expansionsmaschine einen Arbeitsmediummassenstrom durchsetzen. The expansion machine may have expansion spaces. The expansion spaces may each be formed between the stator, the rotor and two adjacent blades. During operation of the expansion machine, the rotor may rotate. During operation of the expansion machine, the expansion spaces can continuously increase and decrease again. During operation of the expansion engine, the expansion spaces may sweep the at least one inlet and the at least one outlet regularly. The expansion spaces may sweep the at least one inlet as they increase in size. The expansion areas can at least sweep an outlet as they shrink. During operation of the expansion machine, working medium in the vaporous state can flow through the at least one inlet. During operation of the expansion machine, working medium in the vaporous state can flow out through the at least one outlet. Thus, the expansion machine can enforce a working medium mass flow.
Der wenigstens eine Einlass und der wenigstens eine Auslass können zu dem Rotor radial angeordnet sein. Die Versteileinrichtung kann wenigstens einen Verstellring aufweisen. Der wenigstens eine Verstellring kann statorseitig angeordnet sein. Der wenigstens eine Verstellring kann den wenigstens einen Einlass und/oder den wenigstens einen Auslass aufweisen. Die Versteileinrichtung kann einen einzigen Verstellring aufweisen. Der einzige Verstellring kann den wenigstens einen Einlass und/oder den wenigstens einen Auslass aufweisen. Die Versteileinrichtung kann einen ersten Verstellring aufweisen. Die Versteileinrichtung kann einen zweiten Verstellring aufweisen. Der erste Verstellring und der zweite Verstellring können korrespondierende Einlasse und Auslässe aufweisen. Der wenigstens eine Verstellring kann relativ zu dem Stator verdrehbar sein. Der wenigstens eine Verstellring kann zwischen einer ersten Endlage und einer zweiten Endlage verdrehbar sein. Der wenigstens eine Verstellring kann über einen Verdrehbereich von ca. 13° bis ca. 33°, insbesondere von ca. 18° bis ca. 28°, insbesondere von ca. 23°, verstellbar sein. The at least one inlet and the at least one outlet may be radially arranged to the rotor. The adjusting device may have at least one adjusting ring. The at least one adjusting ring can be arranged on the stator side. The at least one adjusting ring may have the at least one inlet and / or the at least one outlet. The adjusting device may have a single adjusting ring. The single adjusting ring may have the at least one inlet and / or the at least one outlet. The adjusting device may have a first adjusting ring. The adjusting device may have a second adjusting ring. The first adjusting ring and the second adjusting ring may have corresponding inlets and outlets. The at least one adjusting ring may be rotatable relative to the stator. The at least one adjusting ring can be rotated between a first end position and a second end position. The at least one adjusting ring can be adjustable over a range of rotation of about 13 ° to about 33 °, in particular from about 18 ° to about 28 °, in particular of about 23 °.
Der wenigstens eine Einlass und der wenigstens eine Auslass können zu dem Rotor axial angeordnet sein. Die Versteileinrichtung kann wenigstens ein Deckelteil aufweisen. Das wenigstens eine Deckelteil kann den wenigstens einen Einlass und/oder den wenigstens einen Auslass aufweisen. The at least one inlet and the at least one outlet may be axially disposed to the rotor. The adjusting device may have at least one cover part. The at least one cover part may have the at least one inlet and / or the at least one outlet.
Die Versteileinrichtung kann kontinuierlich oder diskret verstellbar sein. Die Versteileinrichtung kann eine steuerbare Aktuatoreinrichtung aufweisen. Die Aktuator- einrichtung kann einlassdruckabhängig oder volumenstrom-/ massenstromabhängig steuerbar sein. Die Aktuatoreinrichtung kann wenigstens einen elektromechanischen, elektromagnetischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktuator aufweisen. Mit der erfindungsgemäßen Expansionsmaschine ist eine verbesserte Nutzung der Abgaswärmeenergie ermöglicht. Es wird eine an Fahrzeug-Brennkraftmaschinen angepasste Expansionsmaschine bereitgestellt. Es wird eine kostengünstige Expansionsmaschine bereitgestellt. Eine Anpassung an wechselnde Lastzustände der Brennkraftmaschinen ist ermöglicht. Eine Anpassung an wechselnde Abgaswärmeenergiemengen ist ermöglicht. Ein Wirkungsgrad ist erhöht. Ein von der Expansionsmaschine durchgesetzter Massestrom ist unabhängig von einer Drehzahl und/oder einer Exzentrizität der Expansionsmaschine anpassbar. Die erfindungsgemäße Expansionsmaschine ermöglicht bei variablem Druckniveau am Einlass eine Erhöhung des Wirkungsgrads der Expansion. Ein effektives Expansionsverhältnis der Expansionsmaschine ist veränderbar. Ein Verstellen kann unter dem Gesichtspunkt erfolgen, dass sich in Abhängigkeit von einem jeweiligen Einlassdruck und einem gewünschten Auslassdruck ein für einen Betriebspunkt optimales Expansionsverhältnis einstellt. The adjusting device can be continuously or discretely adjustable. The adjusting device may have a controllable actuator device. The actuator device can be controllable depending on the inlet pressure or volume flow / mass flow. The actuator device may have at least one electromechanical, electromagnetic, hydraulic or pneumatic actuator. With the expansion machine according to the invention, an improved utilization of the exhaust heat energy is made possible. An expansion engine adapted to vehicle internal combustion engines is provided. An inexpensive expansion machine is provided. An adaptation to changing load conditions of the internal combustion engine is possible. An adaptation to changing amounts of exhaust heat energy is possible. An efficiency is increased. A mass flow enforced by the expander is adaptable regardless of a speed and / or eccentricity of the expander. The expansion machine according to the invention makes it possible to increase the efficiency of the expansion at a variable pressure level at the inlet. An effective expansion ratio of the expansion machine is changeable. An adjustment may be made from the viewpoint that an optimum expansion ratio for an operation point is established depending on a respective intake pressure and a desired exhaust pressure.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to figures. From this description, further features and advantages.
Es zeigen schematisch und beispielhaft: They show schematically and by way of example:
Fig. 1 eine Flügelzellenexpansionsmaschine mit einem verdrehbaren Verstellring zum Verstellen von Steuerzeiten in einer ersten Verstelllage, 1 shows a vane expansion machine with a rotatable adjusting ring for adjusting control times in a first adjustment position,
Fig. 2 eine Flügelzellenexpansionsmaschine mit einem verdrehbaren Verstellring zum Verstellen von Steuerzeiten in einer zweiten Verstelllage, 2 a vane cell expansion machine with a rotatable adjusting ring for adjusting control times in a second adjustment position,
Fig. 3 eine Flügelzellenexpansionsmaschine mit verdrehbaren Deckscheiben zum Verstellen von Steuerzeiten in Schnittansicht, 3 a vane cell expansion machine with rotatable cover plates for adjusting control times in sectional view,
Fig. 4 eine Flügelzellenexpansionsmaschine mit verdrehbaren Deckscheiben zum Verstellen von Steuerzeiten in Schnittansicht entlang der in Fig. 3 mit X-X bezeichneten Linie, Fig. 5 eine Flügelzellenexpansionsmaschine mit verdrehbaren Deckscheiben zum Verstellen von Steuerzeiten in Schnittansicht entlang der in Fig. 3 mit Y-Y bezeichneten Linie, 4 shows a vane cell expansion machine with rotatable cover disks for adjusting control times in a sectional view along the line marked XX in FIG. 3, FIG. FIG. 5 shows a vane cell expansion machine with rotatable cover disks for adjusting control times in a sectional view along the line designated YY in FIG. 3, FIG.
Fig. 6 eine Flügelzellenexpansionsmaschine mit einem verdrehbaren Verstellring und einer elektromechanischen Aktuatoreinrichtung, 6 a vane cell expansion machine with a rotatable adjusting ring and an electromechanical actuator device,
Fig. 7 eine Flügelzellenexpansionsmaschine mit einem verdrehbaren Verstellring und einer elektromagnetischen Aktuatoreinrichtung, 7 a vane cell expansion machine with a rotatable adjusting ring and an electromagnetic actuator device,
Fig. 8 eine Flügelzellenexpansionsmaschine mit einem verdrehbaren Verstellring und einer hydraulischen/pneumatischen Aktuatoreinrichtung, 8 a vane cell expansion machine with a rotatable adjusting ring and a hydraulic / pneumatic actuator device,
Fig. 9 eine Flügelzellenexpansionsmaschine mit zwei verdrehbaren Verstellringen zum Verstellen von Steuerzeiten in einer ersten Verstelllage und 9 shows a vane expansion machine with two rotatable adjusting rings for adjusting control times in a first adjustment position and
Fig. 10 eine Flügelzellenexpansionsmaschine mit zwei verdrehbaren Verstellringen zum Verstellen von Steuerzeiten in einer zweiten Verstelllage. 10 shows a vane cell expansion machine with two rotatable adjusting rings for adjusting control times in a second adjustment position.
Fig. 1 zeigt eine Flügelzellenexpansionsmaschine 1 mit einem verdrehbaren Verstellring 2 zum Verstellen von Steuerzeiten in einer ersten Verstelllage. Fig. 2 zeigt die Flügelzellenexpansionsmaschine 1 in einer zweiten Verstelllage. Fig. 1 shows a vane expansion machine 1 with a rotatable adjusting ring 2 for adjusting control times in a first adjustment position. Fig. 2 shows the vane expansion machine 1 in a second adjustment position.
Die Flügelzellenexpansionsmaschine 1 dient zur Nutzung von thermodynami- scher Abgasenergie einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Mithilfe der Flügelzellenexpansionsmaschine 1 kann ein Teil der inneren Abgasenergie über einen zwischengeschalteten CR oder ORC-Prozess in Arbeit umgewandelt werden, wobei sich ein Medienzustand näherungsweise adiabatisch ändert und Flügelzellenexpansionsmaschine 1 Arbeit verrichtet. The vane expansion machine 1 serves to utilize thermodynamic exhaust gas energy of an internal combustion engine in a motor vehicle. With the help of the vane expansion machine 1, a part of the internal exhaust energy can be converted into work via an intermediate CR or ORC process, whereby a media state changes approximately adiabatically and vane cell expansion machine 1 performs work.
Die Flügelzellenexpansionsmaschine 1 weist einen Stator auf. Der Stator ist als Verstellring 2 ausgeführt. Die Flügelzellenexpansionsmaschine 1 weist ein Gehäuse 4 auf. Der Stator/Verstellring 2 ist in dem Gehäuse 4 verdrehbar angeordnet. Die Flügel- Zellenexpansionsmaschine 1 weist einen Rotor 5 auf. Der Rotor 5 ist relativ zu dem Stator/Verstellring 2 um eine Drehachse 6 drehbar. Die Drehachse 6 ist bezüglich des Stators/Verstellrings 2 mit einem Exzenterabstand e exzentrisch angeordnet. Der Stator/Verstellring 2 weist eine zylindrische Innenfläche auf. Der Stator/Verstellring 2 ist konzentrisch radial innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet. Der Stator/Verstellring 2 weist eine zylindrische Außenfläche auf, die mit der Innenfläche des Gehäuses 4 korrespondiert. Der Stator/Verstellring 2 weist eine zylindrische Innenfläche auf. Der Rotor 5 weist eine zylindrische Außenfläche auf. Die Innenfläche des Stators/Verstellrings 2 weist einen größeren Durchmesser als die Außenfläche des Rotors 5 auf. Damit ergibt sich zwischen dem Stator/Verstellring 2 und dem Rotor 5 ein sichelartiger Zwischenraum. Der Rotor 5 weist Radialschlitze, wie 7, auf. In den Radialschlitzen 7 sind Flügel, wie 8, radial verschiebbar angeordnet. Die Flügel 8 korrespondieren gleitdichtend mit der Innenfläche des Stators/Verstellrings 2. Der Stator/Verstellring 2 weist einen Einlass 9 und einen Auslass 10 auf. Der Einlass 9 und der Auslass 10 sind radial angeordnet. Der Auslass 10 weist einen größeren Querschnitt als der Einlass 9 auf. Die Flügelzellenexpansionsmaschine 1 weist Expansionsräume, wie 1 1 , auf. Die Expansionsräume 1 1 sind jeweils zwischen der Innenfläche des Stators/Verstellrings 2, der Außenfläche des Rotors 5 und zwei benachbarten Flügeln 8 gebildet. Bei einem Betrieb der Flügelzellenexpansionsmaschine 1 dreht sich der Rotor 5. Dabei vergrößern und verkleinern sich die Expansionsräume 1 1 laufend wechselnd und überstreichen den Einlass 9, wenn sie sich vergrößern, und den Auslass 10, wenn sie sich verkleinern, sodass ein Medienmassestrom durchgesetzt wird. The vane expansion machine 1 has a stator. The stator is designed as an adjusting ring 2. The vane expansion machine 1 has a housing 4. The stator / adjusting ring 2 is rotatably arranged in the housing 4. The wings- Cell expansion machine 1 has a rotor 5. The rotor 5 is rotatable relative to the stator / adjusting ring 2 about a rotation axis 6. The axis of rotation 6 is arranged eccentrically with respect to the stator / adjusting ring 2 with an eccentric distance e. The stator / adjusting ring 2 has a cylindrical inner surface. The stator / adjusting ring 2 is arranged concentrically radially inside the housing 4. The stator / adjusting ring 2 has a cylindrical outer surface which corresponds to the inner surface of the housing 4. The stator / adjusting ring 2 has a cylindrical inner surface. The rotor 5 has a cylindrical outer surface. The inner surface of the stator / adjusting ring 2 has a larger diameter than the outer surface of the rotor 5. This results between the stator / adjusting ring 2 and the rotor 5 a sickle-like gap. The rotor 5 has radial slots, such as 7 on. In the radial slots 7 wings, such as 8, arranged radially displaceable. The vanes 8 correspond in a sliding-sealing manner to the inner surface of the stator / adjusting ring 2. The stator / adjusting ring 2 has an inlet 9 and an outlet 10. The inlet 9 and the outlet 10 are arranged radially. The outlet 10 has a larger cross section than the inlet 9. The vane expansion machine 1 has expansion spaces such as 11. The expansion spaces 1 1 are each formed between the inner surface of the stator / adjusting ring 2, the outer surface of the rotor 5 and two adjacent blades 8. During operation of the vane expansion machine 1, the rotor 5 rotates. The expansion spaces 11 constantly increase and decrease, sweeping the inlet 9 as they increase in size, and the outlet 10 as they decrease in size, thus establishing a mass media flow.
Der Stator/Verstellring 2 ist relativ zu dem Gehäuse 4 zwischen einer ersten Endlage und einer zweiten Endlage verdrehbar. Vorliegend ist der Verstellring 2 über einen Verstellbereich von ca. 23° verdrehbar. In Fig. 1 ist die erste Endlage mit einem ersten Verstellwinkel α dargestellt, in der ein großer Abgasmassestrom durchgesetzt wird. Vorliegend beträgt der erste Verstellwinkel α ca. 35°. In Fig. 2 ist die zweite Endlage mit einem zweiten Verstellwinkel ß dargestellt, in der ein kleiner Medienmassestrom durchgesetzt wird. Vorliegend beträgt der zweite Verstellwinkel α ca. 12°. Der Verstellring 2 ist zwischen diesen beiden Endlagen verdrehbar, sodass ein durchgesetzter Medienmassestrom einstellbar ist. Fig. 3 zeigt eine Flügelzellenexpansionsmaschine 1 mit verdrehbaren Deckscheiben 12, 13 zum Verstellen von Steuerzeiten in Schnittansicht. Fig. 4 zeigt die Flügelzellenexpansionsmaschine 1 in Schnittansicht entlang der in Fig. 3 mit X-X bezeichneten Linie. Fig. 5 zeigt die Flügelzellenexpansionsmaschine 1 in Schnittansicht entlang der in Fig. 3 mit Y-Y bezeichneten Linie. Die Flügelzellenexpansionsmaschine 1 weist zwei axiale Einlasse 9 auf. Die Einlasse 9 sind einander axial gegenüberliegend angeordnet. Die Flügelzellenexpansionsmaschine 1 weist zwei axiale Auslässe 10 auf. Die Auslässe 10 sind einander axial gegenüberliegend angeordnet. Die Deckscheiben 12, 13 sind einander axial gegenüberliegend angeordnet. Die Deckscheiben 12, 13 weisen jeweils eine einem Einlass 9 zugeordnete Öffnung 14 und eine einem Aus- lass 10 zugeordnete Öffnung 15 auf. Ein Verdrehen der Deckscheiben 12, 13 bewirkt ein Verstellen der Steuerzeiten. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf Fig. 1 und Fig. 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. The stator / adjusting ring 2 is rotatable relative to the housing 4 between a first end position and a second end position. In the present case, the adjusting ring 2 is rotatable over an adjustment range of approximately 23 °. In Fig. 1, the first end position is shown with a first displacement angle α, in which a large exhaust gas mass flow is enforced. In the present case, the first adjustment angle α is about 35 °. In Fig. 2, the second end position is shown with a second adjustment angle ß, in which a small mass media flow is enforced. In the present case, the second adjustment angle α is about 12 °. The adjusting ring 2 is rotatable between these two end positions, so that an enforced media mass flow is adjustable. Fig. 3 shows a vane expansion machine 1 with rotatable cover plates 12, 13 for adjusting control times in a sectional view. FIG. 4 shows the vane cell expansion machine 1 in a sectional view along the line marked XX in FIG. 3. FIG. 5 shows the vane cell expansion machine 1 in a sectional view along the line labeled YY in FIG. 3. The vane expansion machine 1 has two axial inlets 9. The inlets 9 are arranged axially opposite each other. The vane expansion machine 1 has two axial outlets 10. The outlets 10 are arranged axially opposite each other. The cover plates 12, 13 are arranged axially opposite one another. The cover disks 12, 13 each have an opening 14 associated with an inlet 9 and an opening 10 associated with an outlet 10. A rotation of the cover plates 12, 13 causes an adjustment of the timing. Incidentally, reference is additionally made in particular to FIGS. 1 and 2 and the associated description.
Fig. 6 zeigt eine Flügelzellenexpansionsmaschine 1 mit einem verdrehbaren Stator/Verstellring 2 und einer elektromechanischen Aktuatoreinrichtung 1 6. Die elektrome- chanische Aktuatoreinrichtung 1 6 weist einen Elektromotor 17 und ein Getriebe auf. Das Getriebe ist mithilfe einer von dem Elektromotor angetriebenen Schnecke 18 und einer an dem Verstellring 2 angeordneten Verzahnung 1 9 gebildet. Der Elektromotor 17 kann mithilfe eines elektrischen Steuergeräts gesteuert werden. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf Fig. 1 und Fig. 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. 6 shows a vane cell expansion machine 1 with a rotatable stator / adjusting ring 2 and an electromechanical actuator device 1 6. The electromechanical actuator device 16 has an electric motor 17 and a transmission. The gear is formed by means of a screw 18 driven by the electric motor and a toothing 1 9 arranged on the adjusting ring 2. The electric motor 17 can be controlled by means of an electric control device. Incidentally, reference is additionally made in particular to FIGS. 1 and 2 and the associated description.
Fig. 7 zeigt eine Flügelzellenexpansionsmaschine 1 mit einem verdrehbaren Verstellring 2 und einer elektromagnetischen Aktuatoreinrichtung 16. Die elektromagnetische Aktuatoreinrichtung 16 weist zwei Elektromagnete 20 auf. An dem Verstellring 2 ist ein Anker 21 angeordnet. Der Anker 21 kann von den Elektromagneten 20 angezogen und damit kann der Verstellring 2 verdreht werden. Die Elektromagnete 20 können mithilfe eines elektrischen Steuergeräts gesteuert werden. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf Fig. 1 und Fig. 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. FIG. 7 shows a vane cell expansion machine 1 with a rotatable adjusting ring 2 and an electromagnetic actuator device 16. The electromagnetic actuator device 16 has two electromagnets 20. At the adjusting ring 2, an armature 21 is arranged. The armature 21 can be attracted by the electromagnet 20 and thus the adjusting ring 2 can be rotated. The electromagnets 20 can be controlled by means of an electrical control device. Incidentally, reference is additionally made in particular to FIGS. 1 and 2 and the associated description.
Fig. 8 zeigt eine Flügelzellenexpansionsmaschine 1 mit einem verdrehbaren Verstellring 2 und einer hydraulischen/pneumatischen Aktuatoreinrichtung 1 6. An dem Verstellring 2 ist ein Fortsatz angeordnet, der als Schwenkkolben 22 dient. Die hydrauli- sche/pneumatische Aktuatoreinrichtung 1 6 weist zwei Druckräume 23 auf. Der Fig. 8 shows a vane expansion machine 1 with a rotatable adjusting ring 2 and a hydraulic / pneumatic actuator device 1 6. On the adjusting ring 2, an extension is arranged, which serves as a rotary piston 22. The hydraulic cal / pneumatic actuator 1 6 has two pressure chambers 23. Of the
Schwenkkolben 22 kann ausgehend von den Druckräumen 23 beaufschlagt und damit kann der Verstellring 2 verdreht werden. Ein Druck in den Druckräumen 23 kann mithilfe eines Ventils gesteuert werden. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf Fig. 1 und Fig. 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. Swivel piston 22 can be applied starting from the pressure chambers 23 and thus the adjusting ring 2 can be rotated. A pressure in the pressure chambers 23 can be controlled by means of a valve. Incidentally, reference is additionally made in particular to FIGS. 1 and 2 and the associated description.
Fig. 9 zeigt eine Flügelzellenexpansionsmaschine 1 mit zwei verdrehbaren Verstellringen 2, 3 zum Verstellen von Steuerzeiten in einer ersten Verstelllage. Fig. 10 zeigt die Flügelzellenexpansionsmaschine 1 in einer zweiten Verstelllage. Radial außenseitig des ersten Verstellrings 2 ist der zweite Verstellring 3 angeordnet. Der zweite Verstellring 3 weist, ebenso wie der erste Verstellring 2, einen Einlass 9 und einen Aus- lass 10 auf. Der zweite Verstellring 3 ist relativ zu dem ersten Verstellring 2 verdrehbar. Damit sind der Einlass 9 und der Auslass 10 nicht nur in ihrer Position verstellbar, sondern es ist auch ein Querschnitt des Einlasses 9 und des Auslasses 10 verstellbar. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf Fig. 1 und Fig. 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. 9 shows a vane cell expansion machine 1 with two rotatable adjusting rings 2, 3 for adjusting control times in a first adjustment position. Fig. 10 shows the vane expansion machine 1 in a second adjustment position. Radially outside of the first adjusting ring 2, the second adjusting ring 3 is arranged. The second adjusting ring 3 has, just like the first adjusting ring 2, an inlet 9 and an outlet 10. The second adjusting ring 3 is rotatable relative to the first adjusting ring 2. Thus, the inlet 9 and the outlet 10 are not only adjustable in their position, but it is also a cross section of the inlet 9 and the outlet 10 adjustable. Incidentally, reference is additionally made in particular to FIGS. 1 and 2 and the associated description.
Bezuqszeichen Flügelzellenexpansionsmaschine Verstellring, erster Verstellring zweiter Verstellring References Vane expansion machine Adjusting ring, first adjusting ring Second adjusting ring
Gehäuse  casing
Rotor  rotor
Drehachse  axis of rotation
Radialschlitz  radial slot
Flügel  wing
Einlass  inlet
10 Auslass  10 outlet
1 1 Expansionsraum  1 1 expansion space
12 Deckscheibe  12 cover disc
13 Deckscheibe  13 cover disc
14 Öffnung  14 opening
15 Öffnung  15 opening
16 Aktuatoreinrichtung  16 actuator device
17 Elektromotor  17 electric motor
18 Schnecke  18 snail
19 Verzahnung  19 toothing
20 Elektromagnet  20 electromagnet
21 Anker  21 anchors
22 Schwenkkolben  22 swivel pistons
23 Druckraum  23 pressure room
E Exzenterabstand E eccentric distance
α erster Verstellwinkel α first adjustment angle
ß zweiter Verstellwinkel ß second adjustment angle

Claims

Patentansprüche claims
1 . Expansionsmaschine (1 ) zur Nutzung von Abgasenergie einer Brennkraftmaschine, die Expansionsmaschine (1 ) aufweisend wenigstens einen Einlass (9) und wenigstens einen Auslass (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (1 ) eine Versteileinrichtung zum Verstellen von Steuerzeiten des Einlasses (9) und/oder des Auslasses (10) aufweist. 1 . Expansion machine (1) for utilizing exhaust energy of an internal combustion engine, the expansion machine (1) having at least one inlet (9) and at least one outlet (10), characterized in that the expansion machine (1) comprises an adjusting device for adjusting the timing of the inlet (9 ) and / or the outlet (10).
2. Expansionsmaschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (1 ) als Rotationsverdrängermaschine ausgeführt ist und Expansionsräume (1 1 ) aufweist, die den wenigstens einen Einlass (9) und den wenigstens einen Auslass (10) bei einem Betrieb der Expansionsmaschine (1 ) regelmäßig überstreichen. 2. expansion machine (1) according to claim 1, characterized in that the expansion machine (1) is designed as a rotary displacement machine and expansion spaces (1 1), the at least one inlet (9) and the at least one outlet (10) during operation regularly sweep the expansion machine (1).
3. Expansionsmaschine (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (1 ) einen Rotor (5) aufweist und der wenigstens eine Einlass (9) und der wenigstens eine Auslass (10) zu dem Rotor (5) radial angeordnet sind. 3. expansion machine (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the expansion machine (1) has a rotor (5) and the at least one inlet (9) and the at least one outlet (10) to the rotor (5) are arranged radially.
4. Expansionsmaschine (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung wenigstens einen Verstellring (2, 3) aufweist, wobei der wenigstens eine Verstellring (2, 3) den wenigstens einen Einlass (9) und/oder den wenigstens einen Auslass (10) aufweist. 4. expansion machine (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device comprises at least one adjusting ring (2, 3), wherein the at least one adjusting ring (2, 3) the at least one inlet (9) and / or the at least one outlet (10).
5. Expansionsmaschine (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung einen einzigen Verstellring (2) mit dem wenigstens einen Einlass (9) und/oder dem wenigstens einen Auslass (10) aufweist. 5. expansion machine (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device has a single adjusting ring (2) with the at least one inlet (9) and / or the at least one outlet (10).
6. Expansionsmaschine (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung einen ersten Verstell- ring (2) und einen zweiten Verstellring (3) mit korrespondierenden Einlassen (9) und Auslässen (10) aufweist. 6. expansion machine (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device comprises a first Verstellungs- ring (2) and a second adjusting ring (3) with corresponding inlets (9) and outlets (10).
7. Expansionsmaschine (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (1 ) einen Rotor (5) aufweist und der wenigstens eine Einlass (9) und der wenigstens eine Auslass (10) zu dem Rotor (5) axial angeordnet sind. 7. expansion machine (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the expansion machine (1) has a rotor (5) and the at least one inlet (9) and the at least one outlet (10) to the rotor (5) are arranged axially.
8. Expansionsmaschine (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung wenigstens ein Deckelteil aufweist, wobei das wenigstens eine Deckelteil den wenigstens einen Einlass (9) und/oder den wenigstens einen Auslass (10) aufweist. 8. expansion machine (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device comprises at least one cover part, wherein the at least one cover part having at least one inlet (9) and / or the at least one outlet (10).
9. Expansionsmaschine (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung kontinuierlich oder diskret verstellbar ist. 9. expansion machine (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device is continuously or discretely adjustable.
10. Expansionsmaschine (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung eine steuerbare Aktua- toreinrichtung (1 6) aufweist. 10. expansion machine (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device has a controllable Aktua- gate device (1 6).
1 1 . Expansionsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (16) einlassdruckabhängig steuerbar ist. 1 1. Expansion machine according to claim 10, characterized in that the actuator device (16) is controllable inlet pressure dependent.
12. Expansionsmaschine (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 10-1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (1 6) wenigstens einen elektro- mechanischen, elektromagnetischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktuator aufweist. 12. expansion machine (1) according to at least one of claims 10-1, characterized in that the actuator device (1 6) has at least one electromechanical, electromagnetic, hydraulic or pneumatic actuator.
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