AT512042A4

AT512042A4 - Drive unit for a vehicle

Info

Publication number: AT512042A4
Application number: ATA470/2012A
Authority: AT
Inventors: Peter Dipl Ing Dr Schoeggl
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2013-05-15
Also published as: AT512042B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1) für ein Fahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (2), mit einer Einrichtung (30) zur Rückgewinnung von Wärme aus einem wärmeabgebenden Bauteil oder einer wärmeabgebenden Baugruppe, insbesondere einem Auslasssystem (4), wobei der Bauteil oder die Baugruppe an zumindest einen luftdurchströmten Raum (6) grenzt, insbesondere zumindest teilweise von dem luftdurchströmten Raum (6) umgeben ist, wobei zumindest ein Eintrittsbereich (7) des luftdurchströmten Raumes (6) mit einem Verdichter (9) und zumindest ein Austrittsbereich (8) mit einer Heißluftturbine (10) strömungsverbunden ist, wobei der Verdichter (9) mit der Heißluftturbine (10) über eine gemeinsame Welle (13) antriebsverbunden ist. Um eine einfache und effiziente Rückgewinnung der Abgaswärme zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass zumindest eine Austrittsöffnung (12a) eines von der Heißluftturbine (10) kommenden Austrittsströmungsweges (12) im Bereich einer abtriebserhöhenden Einrichtung des Fahrzeuges angeordnet ist.The invention relates to a drive unit (1) for a vehicle, with an internal combustion engine (2), with a device (30) for recovering heat from a heat - emitting component or a heat - emitting assembly, in particular an outlet system (4), wherein the component or the Module at least one air-flowed space (6) is adjacent, in particular at least partially surrounded by the air-flow space (6), wherein at least one inlet region (7) of the air-flow space (6) with a compressor (9) and at least one outlet region (8) with a hot air turbine (10) is fluidly connected, wherein the compressor (9) with the hot air turbine (10) via a common shaft (13) is drive-connected. In order to enable a simple and efficient recovery of the exhaust gas heat, it is provided that at least one outlet opening (12a) of an exit flow path (12) coming from the hot air turbine (10) is arranged in the region of an output-increasing device of the vehicle.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, mit einer Einrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus einem wärmeabgebenden Bauteii oder einer wärmeabgebenden Baugruppe, insbesondere einem Auslasssystem, wobei der Bauteil oder die Baugruppe an zumindest einen luftdurchströmten Raum grenzt, insbesondere zumindest teilweise von dem luftdurchströmten Raum umgeben ist, wobei zumindest ein Eintrittsbereich des luftdurchströmten Raumes mit einem Verdichter und zumindest ein Austrittsbereich mit einer Heißluftturbine strömungsverbunden ist, wobei der Verdichter mit der Heißluftturbine über eine gemeinsame Welle antriebsverbunden ist.The invention relates to a drive unit for a vehicle, comprising an internal combustion engine, with a device for recovering heat from a heat-emitting component or a heat-emitting assembly, in particular an outlet system, wherein the component or assembly adjoins at least one air-flowed space, in particular at least partially the air-flow space is surrounded, wherein at least one inlet region of the air-flow space with a compressor and at least one outlet region with a hot air turbine is fluidly connected, wherein the compressor is drive connected to the hot air turbine via a common shaft.

Bei Renn- und Sportfahrzeuge werden Beschleunigungen, Verzögerungen und Kurvenbeschleunigungen erzielt, die den Wert von 1 g (= Erdbeschleunigung) erheblich überschreiten. Solche Werte sind nur möglich, wenn die Haftungsgrenzen zwischen den Reifen und der Fahrbahnoberfläche mit aerodynamischen Hilfsmitteln heraufgesetzt werden. Am Fahrzeugkörper wird starker Abtrieb erzeugt. Diesem Zweck dienen Frontflügel, Heckflügel und eine besondere Formgebung des eigentlichen Fahrzeugkörpers. Eine dominierende Rolle spielt dabei die Gestaltung des Fahrzeugunterbodens. Es wird angestrebt, die unter dem Fahrzeugboden strömende Luft so stark wie nur möglich zu beschleunigen. Je höher deren Geschwindigkeit, desto stärker ist nach dem Bernoullischen Gesetz deren Saugkraft und desto stärker ist der auf den Fahrzeugunterboden ausgeübte Abtrieb. Um eine möglichst starke Beschleunigung der Unterbodenluft zu erreichen, wird bei heutigen Rennfahrzeugen die kinetische Energie der Abgase herangezogen: Der Unterboden wird am Heck des Fahrzeugs nach oben gebogen und meist mit senkrechten aerodynamischen Luftleitblechen zur Seite hin abgeschirmt und eventuell noch in der Mitte unterteilt. Auf diese Weise entsteht für die Luft, die unter dem Fahrzeug entlang strömt, ein Diffusor. In diese Diffusorzone werden die Enden der Auspuffrohre mit waagrechten nach hinten zielender Strahlrichtung eingeleitet. Die mit hoher Geschwindigkeit austretenden Abgase üben auf die Luft unter dem Unterboden eine Saugwirkung aus. Sie erhöhen deren Geschwindigkeit und damit deren Saugwirkung auf den Unterboden und somit den Abtrieb des Fahrzeugs.In racing and sports vehicles accelerations, decelerations and cornering accelerations are achieved, which exceed the value of 1 g (= acceleration due to gravity) considerably. Such values are only possible if the limits of adhesion between the tires and the road surface are increased with aerodynamic aids. On the vehicle body strong downforce is generated. Front wing, rear wing and a special shaping of the actual vehicle body serve this purpose. A dominating role is played by the design of the vehicle underbody. The aim is to accelerate the air flowing under the vehicle floor as much as possible. The higher their speed, the stronger according to the Bernoulli law their suction power and the stronger the force exerted on the vehicle underbody downforce. To achieve the greatest possible acceleration of the underbody air, the kinetic energy of the exhaust gases is used in today's racing cars: The underbody is bent upwards at the rear of the vehicle and shielded to the side usually with vertical aerodynamic baffles and possibly divided in the middle. In this way creates a diffuser for the air flowing under the vehicle. Into this diffuser zone, the ends of the exhaust pipes are introduced with horizontal jet direction aiming backwards. The exiting at high velocity exhaust gases exert on the air under the subsoil a suction effect. They increase their speed and thus their suction on the underbody and thus the output of the vehicle.

Die WO 2010/000285 Al offenbart eine Anlage zum Betrieb einer Brenn kraftmaschine unter Umwandlung von thermischer Abgasenergie in * » · « · · · I t| • i * · a · t mechanische Leistung* *wobef Warme*a*as’deiri Abgasstrom der Brennkraftmaschine auf das vorverdichtete gasförmige Medium eines offenen Gasturbinenprozesses in einem zwischen einem Verdichter und einer Gasturbine angeordneten Wärmetauscher übertragen wird, wobei die mechanische Leistung des Gasturbinenprozesses einer Arbeitsmaschine zugeführt wird.WO 2010/000285 Al discloses a system for operating an internal combustion engine with conversion of thermal exhaust energy in The mechanical power of the internal combustion engine is transferred to the precompressed gaseous medium of an open gas turbine process in a heat exchanger arranged between a compressor and a gas turbine, wherein the mechanical power of the gas turbine process of a Working machine is supplied.

Die DE 2 554 953 Al beschreibt eine Antriebseinheit für ein eine Brennkraftmaschine aufweisendes Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrang, wobei ein Teil des Auslasssystems von einem Mantelraum umgeben ist, dessen Eintrittsbereich mit einem Verdichter und dessen Austrittsbereich mit einer Heißluftturbine strömungsverbunden ist. Der Verdichter ist mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antriebsverbunden. Die Heißluftturbine steht über ein Getriebe und eine Überholkupplung mit dem Differential des Fahrzeuges in mechanischer Verbindung. Nachteilig ist, dass zum Antrieb des Verdichters mechanische Leistung von der Kurbelwelle aufgebracht werden muss.DE 2 554 953 A1 describes a drive unit for a vehicle having an internal combustion engine with a device for recovering heat from the exhaust line, wherein a part of the exhaust system is surrounded by a jacket space whose inlet region is flow-connected to a compressor and whose outlet region is connected to a hot air turbine , The compressor is drive connected to the crankshaft of the internal combustion engine. The hot air turbine is in mechanical communication with the differential of the vehicle via a transmission and an overrunning clutch. The disadvantage is that mechanical power must be applied by the crankshaft to drive the compressor.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine effiziente Nutzung der Abwärme des Auslasssystems zu ermöglichen.The object of the invention is to avoid this disadvantage and to enable an efficient use of the waste heat of the exhaust system in the simplest possible way.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest eine Austrittsöffnung eines von der Heißluftturbine kommenden Austrittsströmungsweges im Bereich einer abtriebserhöhenden Einrichtung des Fahrzeuges angeordnet ist.According to the invention, this is achieved in that at least one outlet opening of an exit flow path coming from the hot air turbine is arranged in the region of an output-increasing device of the vehicle.

Somit kann der aus der Heißluftturbine ausströmende Volumenstrom genutzt werden, um zusätzlichen Abtrieb zu erzeugen. Die Ansaugöffnungen und/oder Austrittsöffnungen sind dabei so angeordnet, dass der entstehende Unterdrück bzw. Überdruck den Wirkungsgrad von aerodynamischen Bauteilen erhöht.Thus, the effluent from the hot air turbine volumetric flow can be used to generate additional output. The suction openings and / or outlet openings are arranged so that the resulting negative pressure or overpressure increases the efficiency of aerodynamic components.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die abtriebserhöhende Einrichtung durch einen Heckflügel gebildet ist, wobei vorzugsweise die Austrittsöffnung im Bereich der der Fahrbahn zugewandten Unterseite des Heckflügels, eventuell im Bereich der Vorderkante des Heckflügels, angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die abtriebserhöhende Einrichtung durch einen vorzugsweise durch den Fahrzeugunterboden gebildeten Diffusor im Heckbereich des Fahrzeuges gebildet • » «· i·*· • · · « « · «· · fe • · · · 4 · · « ♦· * «« • # *··*·» | « » » ist, wobei zumindest eine ÄakrittsoffnimgiflPi’Bereich des Diffusors angeordnet sein kann. Dabei kann beispielsweise die Austrittsöffnung im Bereich eines Staupunktes an der der Fahrbahn abgewandten Seite des Diffusors angeordnet werden.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the output-increasing device is formed by a rear wing, wherein preferably the outlet opening in the region of the underside of the rear wing facing the road, possibly in the region of the front edge of the rear wing, is arranged. Alternatively or additionally, it can be provided that the output-increasing device is formed by a diffuser, preferably formed by the vehicle underbody, in the rear region of the vehicle. ♦ · * «« • # * ·· * · »| Is at least one ÄakrittsoffnimgiflPi'Bereich of the diffuser can be arranged. In this case, for example, the outlet opening in the region of a stagnation point on the side facing away from the roadway of the diffuser can be arranged.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest eine Austrittsöffnung auf der der Fahrbahn zugewandten Seite des Diffusors angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Austrittsöffnung in einem Anfangsbereich des Diffusors angeordnet ist.It is particularly advantageous if at least one outlet opening is arranged on the side of the diffuser facing the roadway, wherein preferably the outlet opening is arranged in an initial region of the diffuser.

Weiters kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Ansaugöffnung des zum Verdichter führenden Ansaugströmungsweges im Bereich des Bodens des Fahrzeuges so angeordnet ist, dass Luft von der der Fahrbahn zugewandten Seite des Fahrzeugbodens ansaugbar ist.Furthermore, it can be provided that at least one intake opening of the intake flow path leading to the compressor is arranged in the region of the floor of the vehicle so that air can be sucked in from the side of the vehicle floor facing the roadway.

Sowohl die Heißluftturbine, als auch der Verdichter, werden im wesentlichen nur von Luft - und nicht hauptsächlich etwa von Abgas - durchströmt. Somit ist in den meisten Fällen keine Strömungsverbindung zwischen Abgasströmungsweg und luftdurchströmtem Raum erforderlich.Both the hot air turbine, as well as the compressor, are essentially only by air - and not mainly about exhaust gas - flows through. Thus, in most cases, no flow connection between the exhaust gas flow path and air-flow space is required.

Abhängig von der Konfiguration kann es aber auch durchaus vorteilhaft sein, wenn zwischen dem Auslasssystem und dem Raum zumindest eine vorzugsweise über ein Ventil steuerbare Strömungsverbindung, beispielsweise stromaufwärts einer Abgasturbine eines Abgasturboladers, angeordnet ist. Das steuerbare Ventil kann dabei etwa das Waste-Gate des Abgasturboladers ersetzen und zum Beispiel in Abhängigkeit des Ladedruckes betätigt werden. Somit kann über das Ventil in den luftdurchströmten Raum abgeblasenes Abgas noch zusätzlich zum Antrieb der Heißluftturbine genutzt werden.Depending on the configuration, however, it can also be quite advantageous if at least one flow connection, preferably controllable via a valve, is arranged between the outlet system and the space, for example upstream of an exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger. The controllable valve can replace, for example, the wastegate of the exhaust gas turbocharger and be actuated, for example, as a function of the boost pressure. Thus, exhaust gas blown off via the valve into the space through which air flows can additionally be used to drive the hot air turbine.

Dadurch, dass der Verdichter direkt durch die Heißluftturbine angetrieben wird, ist keine zusätzliche Antriebsenergie für die Verdichtung der Luft erforderlich, welche durch den vorzugsweise als Mantelraum ausgebildeten Raum des Wärme abgebenden Bauteils strömt.The fact that the compressor is driven directly by the hot air turbine, no additional drive energy for the compression of the air is required, which flows through the preferably designed as a jacket space space of the heat-emitting component.

Der Bauteil oder die Baugruppe kann durch das Auslasssystem der Brennkraftmaschine gebildet sein. Die Wärme des Auslasssystems kann besonders effektiv genutzt werden, wenn das Auslasssystem zumindest einen von mindestens einem luftdurchströmten Raum umgebenen Abgaskrümmer und/oder zumindest einen von mindestens einem luftdurchströmten Raum umgebenen Abgaskanal im * ·· «·«*·« ·· · ·The component or assembly may be formed by the exhaust system of the internal combustion engine. The heat of the exhaust system can be used particularly effectively if the exhaust system comprises at least one exhaust gas duct surrounded by at least one air-flowed space and / or at least one exhaust duct surrounded by at least one air-flowed space.

Zylinderkopf der Brennkraffemasehfne’aafweisf. Es ist aber auch möglich, dass der luftdurchströmte Raum Teil eines Wärmetauschers ist.Cylinder head of Brennkraffemasehfne'aafweisf. But it is also possible that the air-flow space is part of a heat exchanger.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Heißluftturbine vorzugsweise über eine gemeinsame Welle, mit einer elektrischen Maschine antriebsverbunden ist. Die nach Antrieb des Verdichters verbleibende restliche kinetische Energie der Heißluftturbine kann somit zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Heißiuftturbine mit dem Antriebsstrang des Fahrzeuges mechanisch verbunden ist, wobei vorzugsweise die Heißluftturbine parallel zur Brennkraftmaschine und/oder parallel zu einer elektrischen Antriebsmaschine angeordnet sein kann.It is particularly advantageous if the hot air turbine is preferably drive-connected to an electric machine via a common shaft. The residual kinetic energy of the hot air turbine remaining after the compressor has been driven can therefore be used to generate electrical energy. Alternatively or additionally, it can also be provided that the Heißiuftturbine is mechanically connected to the drive train of the vehicle, wherein preferably the hot air turbine can be arranged parallel to the internal combustion engine and / or in parallel to an electric drive machine.

Eine besonders effektive Nutzung der Wärmeenergie des Auslasssystems kann erfolgen, wenn die Heißluftturbine mehrflutig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest zwei Fluten nacheinander durchströmbar sein können.A particularly effective use of the heat energy of the exhaust system can take place if the hot air turbine is designed to be multi-flow, wherein preferably at least two floods can be flowed through in succession.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass im Strömungsweg zum Verdichter, vorzugsweise stromaufwärts einer Ansaugöffnung des Verdichters, ein Luft-/Wasserkühler und/oder ein Luft-/Ölkühier angeordnet, wobei vorzugsweise die Ansaugöffnung der Heißluftturbine im Bereich der Kühlflächen des Luft-/Wasserkühlers oder Luft-/Ölkühlers so angeordnet ist, dass der Verdichter Luft durch die Kühlfläche ansaugt. Dadurch, dass der Verdichter die zu verdichtende Luft durch die Kühlflächen des Luft-/Wasserkühlers oder des Luft-/Ö!küh!ers ansaugt können die Kühlflächen auf Grund der höheren Strömungsgeschwindigkeiten wesentlich verringert werden. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Ausführung der Kühleinrichtungen. Gegebenenfalls kann durch Einsatz des durch die Heißgasturbine angetriebenen Verdichters auf einen Kühlerventilator verzichtet oder dieser zumindest wesentlich kleiner dimensioniert werden. Dies wirkt sich äußerst Vorteilhaft auf den Raumbedarf, das Gewicht und den Energiehaushalt des Fahrzeuges aus.In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that an air / water cooler and / or an air / Ölkühier arranged in the flow path to the compressor, preferably upstream of a suction port of the compressor, wherein preferably the suction port of the hot air turbine in the region of the cooling surfaces of the air - / Water cooler or air / oil cooler is arranged so that the compressor sucks air through the cooling surface. Due to the fact that the compressor draws the air to be compressed through the cooling surfaces of the air / water cooler or the air / oil cooler, the cooling surfaces can be substantially reduced due to the higher flow speeds. This allows a particularly compact design of the cooling devices. Optionally, by using the compressor driven by the hot gas turbine, a cooling fan can be dispensed with or at least substantially smaller in size. This has an extremely beneficial effect on the space requirements, the weight and the energy balance of the vehicle.

Die Erfindung wird Im folgenden anhand der Figuren näher erläutert:The invention is explained in more detail below with reference to the figures:

Es zeigen schematisch Fig. 1 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. la das Detail Ia aus Fig. 1 einer Antriebseinheit in einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer weiteren Ausführungsvariante, die Fig. 3 bis 5 verschiedene1 shows a drive unit according to the invention in a first embodiment, Fig. La the detail Ia of FIG. 1 a drive unit in an embodiment variant according to the invention, Fig. 2 shows a drive unit according to the invention in a further embodiment, Fig. 3 to 5 different

Varianten für die Anorctoung*äerAr»augöTfoähg für den Verdichter, Fig. 6 bis 9 verschiedenen Varianten für die Anordnung der Austrittsöffnung des Verdichters,Variants for the installation * äerAr »augöTfoähg for the compressor, Fig. 6 to 9 different variants for the arrangement of the outlet opening of the compressor,

Fig. 10 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit mit parallelen Antriebsmaschinen und Fig. 11 eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit mit parallel geschalteten Antriebsmaschinen.10 shows a drive unit according to the invention with parallel drive machines, and FIG. 11 shows a further variant of a drive unit according to the invention with drive machines connected in parallel.

Die in den Figuren dargesteilte Antriebseinheit 1 weist eine Brennkraftmaschine 2 mit einem Einlasssystem 3 und einem Auslasssystem 4 auf, wobei im Ein- und Auslasssystem 3,4 eine Abgasturbine 5 angeordnet ist. Zur Rückgewinnung der Wärmeenergie aus dem Abgas ist eine Einrichtung 30 vorgesehen. Das Auslasssystem 4 ist dabei zumindest teilweise mit einem durch einen Mantelraum gebildeten luftdurchströmten Raum 6 umgeben, welcher bezüglich der Abgasströmung nach dem Gleich- oder Gegenstromprinzip von verdichteter Luft entsprechend den Pfeilen A durchströmt wird. Mit E ist die Abgasströmung und mit T die Einlassströmung angedeutet. Der Raum 6 weist einen Einlassbereich 7 und einen Auslassbereich 8 auf, wobei der Einlassbereich 7 mit einem Verdichter 9 und der Austrittsbereich 8 mit einer Heißluftturbine 10 strömungsverbunden ist. Die Heißluftturbine 10 ist dabei wellengleich mit dem Verdichter 9 angeordnet und treibt somit den Verdichter 9 an. Der Ansaugströmungsweg in den Verdichter 9 ist mit Bezugszeichen 11, der Austrittsströmungsweg aus der Heißiuftturbine 10 mit Bezugszeichen 12 bezeichnet. Über den Ansaugströmungsweg 11 wird durch den Verdichter 9 Umgebungsluft angesaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft gelangt über den Eintrittsbereich 7 in den Raum 6 und umströmt den ummantelten Bereich des Auslasssystems 4 , zum Beispiel, nicht weiter dargestellte Abgasnachbehandlungseinrichtungen, die Abgasturbine des Abgasturboladers 5, sowie die Krümmer-Anordnung des Auslasssystems 4 im Gegenstromprinzip. Die erhitzte Luft verlässt den Raum 6 im Austrittsbereich 8 und gelangt zur Heißluftturbine 10, wobei unter Arbeitsverrichtung eine Entspannung der verdichteten Luft eintritt. Die Heißluftturbine 10 treibt dabei den Verdichter 9 an. Über den Austrittsströmungsweg 12 wird die entspannte Luft zumindest einer Austrittsöffnung 12a zugeführt.The drive unit 1 shown in the figures has an internal combustion engine 2 with an intake system 3 and an exhaust system 4, an exhaust gas turbine 5 being arranged in the intake and exhaust system 3, 4. To recover the heat energy from the exhaust gas, a device 30 is provided. The exhaust system 4 is at least partially surrounded by an air-flow space 6 formed by a jacket space, which is flowed through with respect to the exhaust gas flow according to the DC or countercurrent principle of compressed air according to the arrows A. E is the exhaust gas flow and T is the inlet flow indicated. The space 6 has an inlet area 7 and an outlet area 8, the inlet area 7 being flow-connected to a compressor 9 and the outlet area 8 to a hot-air turbine 10. The hot air turbine 10 is arranged in correspondence with the compressor 9 and thus drives the compressor 9. The Ansaugströmungsweg in the compressor 9 is denoted by reference numeral 11, the exit flow path from the Heißiuftturbine 10 with reference numeral 12. About the Ansaugströmungsweg 11 9 ambient air is sucked in and compressed by the compressor. The compressed air passes via the inlet region 7 into the space 6 and flows around the jacketed area of the exhaust system 4, for example exhaust gas aftertreatment devices, not shown further, the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger 5, as well as the manifold arrangement of the exhaust system 4 in countercurrent principle. The heated air leaves the room 6 in the outlet region 8 and reaches the hot air turbine 10, wherein under working a relaxation of the compressed air occurs. The hot air turbine 10 drives the compressor 9. Via the outlet flow path 12, the expanded air is supplied to at least one outlet opening 12a.

Wie in Fig. 1 durch strichlierte Linien dargestellte ist, kann die Welle 13 des Verdichters 9 und der Heißluftturbine 10 mit einer elektrischen Maschine 14, welche ..6. • ** · · · « t i t * * · · · * « · *♦ ··* ♦ · * **·*♦· * » * an einen elektrischen Speicher 1¾ angescfHessen ist, antriebsverbunden sein, wodurch ein Teil der Wärmeenergie zur Stromerzeugung verwendet werden kann. Weiters kann die elektrische Maschine 14 zum Hochfahren des Verdichters 9 verwendet werden.As shown in Fig. 1 by dashed lines, the shaft 13 of the compressor 9 and the hot air turbine 10 with an electric machine 14, which .. 6. • * * * · * * * * * ♦ ·· * ♦ · * ** · * ♦ · * »* is connected to an electrical storage tank 1¾ Power generation can be used. Furthermore, the electric machine 14 can be used to start up the compressor 9.

Fig. la zeigt ein Detail einer Ausführungsvariante der Erfindung, bei der das Abgassystem 4 und der luftdurchströmte Raum 6 durch eine Strömungsverbindung 6a miteinander verbunden sind, wobei in der Strömungsverbindung 6a ein Ventil 6b angeordnet ist, welches beispielsweise in Abhängigkeit des Ladedruckes steuerbar sein kann. Das steuerbare Ventil 6b kann dabei die Funktionen eines Wastegate der Abgasturbine des Abgasturboladers übernehmen. Das Ventil 6b kann aber auch ein durch Differenzdruck betätigtes Rückschlagventil sein.1 a shows a detail of an embodiment variant of the invention in which the exhaust system 4 and the space 6 through which air flows are connected to one another by a flow connection 6 a, wherein a valve 6 b is arranged in the flow connection 6 a, which valve can be controlled, for example, as a function of the boost pressure. The controllable valve 6b can assume the functions of a wastegate of the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger. But the valve 6b may also be a non-return valve actuated by differential pressure.

Neben der Stromerzeugung können Verdichter 9 und Heißluftturbine 10 auch zur Unterstützung der Kühlung von Kühlkreisläufen in Fahrzeug und/oder zur Generierung von zusätzlicher Abtriebskraft für das Fahrzeug eingesetzt werden, wie in den Fig. 2 bis 9 dargestellt ist.In addition to power generation compressor 9 and hot air turbine 10 can also be used to support the cooling of cooling circuits in the vehicle and / or to generate additional output power for the vehicle, as shown in FIGS. 2 to 9.

In der in Fig. 2 gezeigten Ausführung ist die Ansaugöffnung 11a des Verdichters 9 im Bereich eines Luft-/Wasserkühlers bzw. Luft-/Ölkühlers 16 angeordnet, wobei die Eintrittsöffnung 11a nahe der Kühlfläche des Kühlers 16 so positioniert ist, dass der Verdichter 9 Luft durch den Kühler 16 ansaugt. Dies ermöglicht es, die Kühlfläche des Kühlers 16 wesentlich zu reduzieren und somit eine kompakte Bauweise zu realisieren. Weiters ist es möglich den Kühlerlüfter eines Luft-/Wasserkühlers bzw. Luft-/Ölkühlers 16 kleiner zu dimensionieren oder eventuell ganz durch den Verdichter 9 zu ersetzen.In the embodiment shown in Fig. 2, the suction port 11a of the compressor 9 in the region of an air / water cooler or air / oil cooler 16 is arranged, wherein the inlet opening 11a is positioned near the cooling surface of the radiator 16 so that the compressor 9 air sucks through the radiator 16. This makes it possible to substantially reduce the cooling area of the cooler 16 and thus to realize a compact design. Furthermore, it is possible to dimension the radiator fan of an air / water radiator or air / oil cooler 16 smaller or possibly completely replaced by the compressor 9.

Die Fig, 3 bis 5 zeigen Ausführungsvarianten, bei denen durch eine definierte Anordnung der Ansaugöffnung 11a des Verdichters 9 eine Abtriebserhöhung des Fahrzeuges erreicht werden kann. Dabei ist schematisch ein Fahrzeug, beispielsweise ein Rennfahrzeug, angedeutet. Mit Bezugszeichen 17 sind die Vorderräder, mit Bezugszeichen 18 die Hinterräder des Fahrzeuges bezeichnet. Der in weiten Bereichen parallel zur Fahrbahn 20 ausgebildete Fahrzeugunterboden 19 weist im Bereich der Hinterräder 18 einen ansteigenden Bereich 19a auf, welcher einen sogenannten Diffusor 21 ausbildet Dadurch, dass der Fahrzeugunterboden 19 am Heck des Fahrzeuges nach oben gebogen und eventuell mit senkrechten aerodynamischen Luftleitblechen zur Seite hin abgeschirmt Ist, entsteht für die Luft, die unter dem FahrzeugVnbäncr sfrömVekvDiffusor, welcher die Abtriebswirkung im restlichen Bereich des Fahrzeugunterbodens 19 erhöht. Zusätzliche Abtriebskräfte können generiert werden, wenn die Ansaugöffnung 11a im Bereich des Diffusors 21 (Fig. 3), unterhalb des hinteren Fahrzeugunterbodens 19 (Fig. 4) und/oder unterhalb des vorderen Fahrzeugunterbodens 19 (Fig. 5) angeordnet ist Mit den strichpunktierten Linien ist in Fig. 5 eine Variante angedeutet, bei der die Ansaugöffnung 11a - in Fahrtrichtung des Fahrzeuges betrachtet - vor dem Fahrzeugunterboden 19 angeordnet ist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass der Fahrzeugunterboden 19 nicht durchbrochen werden muss - es ist somit keine Durchtrittsöffnung im Fahrzeugunterboden 19 erforderlich.FIGS. 3 to 5 show alternative embodiments in which, by means of a defined arrangement of the intake opening 11a of the compressor 9, an increase in the output of the vehicle can be achieved. In this case, a vehicle, for example a racing vehicle, is schematically indicated. With reference numeral 17, the front wheels, designated by reference numeral 18, the rear wheels of the vehicle. The trained in wide areas parallel to the roadway 20 vehicle underbody 19 has in the area of the rear wheels 18 a rising portion 19a, which forms a so-called diffuser 21 characterized in that the vehicle underbody 19 bent at the rear of the vehicle upwards and possibly with vertical aerodynamic baffles to the side shielded is created for the air under the Fahrzeugvnbäncr sfrömVekvDiffusor, which increases the output effect in the remaining area of the vehicle underbody 19. Additional output forces may be generated when the suction port 11a is located in the region of the diffuser 21 (FIG. 3), below the rear vehicle underbody 19 (FIG. 4), and / or below the front vehicle underbody 19 (FIG. 5), with the dot-dashed lines is a variant indicated in Fig. 5, in which the suction port 11a - viewed in the direction of travel of the vehicle - is arranged in front of the vehicle underbody 19. This design has the advantage that the vehicle underbody 19 does not have to be broken through - there is thus no passage opening in the vehicle underbody 19 required.

Weiters kann der Abtrieb des Fahrzeuges durch gezielte Positionierung der Austrittsöffnung 12a des Austrittsströmungsweges 12 der Heißluftturbine 10 erhöht werden. Fig, 6 zeigt eine Anordnung, bei der die Austrittsöffnung 12a unterhalb des vorderen Bereiches 22a des Heckflügels 22 angeordnet ist. Eine Abtriebserhöhung kann auch erreicht werden, wenn die Austrittöffnung 12a im Bereich des Staupunktes des Diffusors 21 (Fig. 7) oder innerhalb des Diffusors 21, beispielsweise im Anfangsbereich des Diffusors 21 (Fig. 8) oder in einem zentralen Bereich des Diffusors 21 (Fig. 9) angeordnet wird.Furthermore, the output of the vehicle can be increased by targeted positioning of the outlet opening 12a of the outlet flow path 12 of the hot air turbine 10. 6 shows an arrangement in which the outlet opening 12a is arranged below the front region 22a of the rear wing 22. An increase in output can also be achieved if the outlet opening 12a in the region of the stagnation point of the diffuser 21 (Fig. 7) or within the diffuser 21, for example in the beginning of the diffuser 21 (Fig. 8) or in a central region of the diffuser 21 (Fig 9).

Insbesondere für die Erhöhung des Abtriebs des Fahrzeuges lässt sich die Kombination aus Verdichter 9 und Heißluftturbine 10 mit besonderem Vorteil einsetzen, da die Heißluftturbine 10 nur sehr träge auf Drehzahl - und Laständerungen der Brennkraftmaschine 2 reagiert. Während ein in konventioneller Weise durch die Abgasströmung induzierter Abtrieb stark von der Motordrehzahl abhängig ist, kann der durch die Heißluftturbine gestützte Abtrieb auch bei plötzlichen Drehzahlverminderungen der Brennkraftmaschine 2, insbesondere in Kurvenfahrten aufrecht erhalten werden. Dies verbessert wesentlich die Straßenlage und die Fahrsicherheit des Fahrzeuges.In particular, for increasing the output of the vehicle, the combination of compressor 9 and hot air turbine 10 can be used with particular advantage, since the hot air turbine 10 only reacts very slowly to speed and load changes of the internal combustion engine 2. While a conventionally induced by the exhaust gas flow output is highly dependent on the engine speed, the supported by the hot air turbine output can be maintained even with sudden speed reductions of the engine 2, especially when cornering. This significantly improves the road holding and driving safety of the vehicle.

Die Einrichtung 30 zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus dem Abgas kann weiters zum Antrieb des Fahrzeuges im Antriebsstrang parallel zur Brennkraftmaschine 2 und parallel zur einer elektrischen Antriebsmaschine 31 angeordnet sein, wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist. Dabei wirken die Heißluftturbine 10 der Einrichtung 30, die Brennkraftmaschine 2 und die elektrische Antriebsmaschine 31 über eine oder mehrere Kupplungen 24, 25, 26, 27 und/oder a. * · »« ο·»* • * * * fr · ****** * » · * • · · · · · über Übersetzungs- und/octer Planetengetne-tie 29, 29a, 29b auf eine Antriebswelle 28 ein.The device 30 for recovering heat energy from the exhaust gas may further be arranged to drive the vehicle in the drive train parallel to the internal combustion engine 2 and parallel to an electric drive machine 31, as shown in FIGS. 10 and 11. The hot-air turbine 10 of the device 30, the internal combustion engine 2 and the electric drive machine 31 act via one or more clutches 24, 25, 26, 27 and / or a. * * * * * For * ****** * »* * • · · · · · via translation and / or octet planetary tie 29, 29a, 29b on a drive shaft 28 a.

Claims

• Λ

A drive unit (1) for a vehicle with an internal combustion engine (2), comprising means (30) for recovering heat from a heat emitting component or a heat dissipating assembly, in particular an exhaust system (4), the component or assembly at least one air-flow space (6) is adjacent, in particular at least partially surrounded by the air-flow space (6), wherein at least one inlet region (7) of the air-flow space (6) with a compressor (9) and at least one outlet region (8) a hot air turbine (10) is fluidly connected, wherein the compressor (9) with the hot air turbine (10) via a common shaft (13) is drive-connected, characterized in that at least one outlet opening (12a) of the hot air turbine (10) coming Ausströmströmungsweges ( 12) is arranged in the region of an output-increasing device of the vehicle.

Second drive unit (1) according to claim 1, characterized in that the hot air turbine (10) via a common shaft (13), with an electric machine (14) is drive-connected.

3. Drive unit (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the hot air turbine (10) is formed mehrflutig or multi-stage.

4. Drive unit (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the flow path (11) to the compressor (9) at least one cooler (16) is arranged.

5. Drive unit (1) according to claim 4, characterized in that the cooler preferably designed as an air / water cooler and / or cooler than air / oil cooler (16) upstream of a suction port (11 a) of the compressor (9) is arranged, the suction opening (11a) of the compressor (9) is arranged in the region of the cooling surfaces of the cooler (16) so that the compressor (9) sucks air through the cooling surfaces.

6. Drive unit (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one suction opening (11a) of the compressor (9) leading / fosatjgströmwhgsweges (11) in the region of the vehicle underbody (19) is arranged so that air from the side facing the road surface of the vehicle underbody (19) can be sucked in, preferably the intake opening (11a) in the front area, in the middle area or in the region of a diffuser (21) formed by the vehicle underbody (19) below the vehicle underbody (19) or - in the direction of travel considered -before the vehicle underbody (19) is arranged.

7. Drive unit (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the output-increasing device is formed by a rear wing (21), wherein at least one outlet opening (12a) in the region below the roadway (20) facing the underside of the rear wing (21), preferably in the region of the front edge of the rear wing (21) is arranged.

8. Drive unit (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the output-increasing means by a through the vehicle underbody (19) formed diffuser (21) is formed in the rear of the vehicle, wherein at least one outlet opening (12 a) in the area of the diffuser (21) is arranged.

9. Drive unit (1) according to claim 8, characterized in that the outlet opening (12a) in the region of a stagnation point on the roadway (20) facing side of the diffuser (21) is arranged.

10. Drive unit (1) according to claim 9, characterized in that at least one outlet opening (12a) on the roadway (20) facing side of the diffuser (21) is arranged, wherein preferably the outlet opening (12a) in an initial region of the diffuser ( 21) is arranged.

11. Drive unit (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the hot air turbine (10) - preferably via at least one clutch (24, 27) or a transmission (29a, 29b, 29) - with a drive shaft (28 ) of the vehicle is connected, wherein preferably the hot air turbine (10) in the drive train of the vehicle parallel to the internal combustion engine (2 *) *, particularly preferably parallel to an electric drive machine (31) is arranged.

12. Drive unit (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the air-flow space (6) is a jacket space, which surrounds the component or assembly at least partially, preferably predominantly.

13. Drive unit (1) according to one of claims 1 to 12, wherein the component or the assembly is formed by an exhaust system (4), characterized in that the exhaust system (4) at least one of at least one air-flow space (6) surrounded exhaust manifold having.

14. Drive unit (1) according to one of claims 1 to 13, wherein the component or assembly is formed by an outlet system (4), characterized in that the outlet system (4) at least one of at least one air-flow space (6) surrounded exhaust duct having in the cylinder head of the internal combustion engine.

15. Drive unit (1) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the air-flow space (6) is part of a heat exchanger.

16, drive unit (1) according to one of claims 1 to 15, characterized in that between the outlet system (4) and the space (6) at least one flow connection (6a) is arranged.

17. Drive unit (1) according to pnem of claims 1 to 16, characterized in that the flow connection (6a) upstream of an exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger (5) in the exhaust system (4) is arranged.

18. Drive unit (1) according to one of claims 1 to 17, characterized in that in the flow connection (6a) at least one controllable valve (6b) is arranged.

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