DE102006004422A1

DE102006004422A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006004422A1
Application number: DE200610004422
Authority: DE
Inventors: Alfred Prof. Dr. Feuser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-02
Also published as: WO2007087963A1

Abstract

Offenbart ist eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein mobiles Arbeitsgerät, mit einem Antriebsstrang und einer Abgase leitenden Abgasanlage, wobei die im Abgas enthaltene Wärmemenge einem Stirlingmotor zum Antrieb einer ersten Hydraulikpumpe zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist zumindest eine zweite Hydraulikpumpe vorgesehen, die von dem Antriebsstrang der Brennkraftmaschine angetrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein mobiles Arbeitsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei derartigen Brennkraftmaschinen wird die in den heißen Abgasen eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Diesel- oder Ottomotors enthaltene Wärmeenergie einem Stirlingmotor (Heißluftmotor) zugeführt und über diesen in nutzbare mechanische Rotationsenergie umgewandelt, die beispielsweise zum Antrieb einer Hydraulikpumpe eines Hydrauliksystems verwendbar ist. Dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine gegenüber einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit vergleichbarer Nennleistung verbessert und eine erhebliche Treibstoffeinsparung ermöglicht.

Aus der DE 197 32 307 A1 ist beispielsweise eine Brennkraftmaschine mit einer Abgase leitenden Abgasanlage und einem Stirlingmotor als Hilfsaggregat bekannt, bei der die im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltene Wärmemenge dem Stirlingmotor über eine Heatpipe zugeführt und in mechanische Nutzenergie, beispielsweise zum Antrieb einer Hydraulikpumpe, umgewandelt wird. Nachteilig bei derartigen Brennkraftmaschinen ist, dass die hydraulische Leistung der von dem Stirlingmotor angetriebenen Hydraulikpumpe aufgrund der bauartbedingt begrenzten Leistung des Stirlingmotors nicht ausreicht, um das Hydrauliksystem, beispielsweise eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs oder mobilen Arbeitsgeräts, hinreichend zu versorgen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine verbesserte Hydraulikversorgung eines Hydrauliksystems bei minimalem vorrichtungstechnischem Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine hat einen Antriebsstrang und eine Abgase leitende Abgasanlage, wobei die im Abgas enthaltene Wärmemenge einem Stirlingmotor zum Antrieb einer ersten Hydraulikpumpe zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist zumindest eine weitere Hydraulikpumpe vorgesehen, die mit dem Antriebsstrang der Brennkraftmaschine in Wirkverbindung steht. Das heißt, bei dieser Lösung erfolgt die Versorgung des Hydrauliksystems im Unterschied zum Stand der Technik gemäß der DE 197 32 307 A1 zusätzlich über zumindest eine direkt über die Brennkraftmaschine angetriebene Hydraulikpumpe. Die über die Brennkraftmaschine angetriebene Hydraulikpumpe gewährleistet auch bei hohem Leistungsbedarf eine ausreichende Druckmittelversorgung des Hydrauliksystems.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Hydraulikpumpen zum Laden zumindest eines Druckmittelspeichers einer Zentralhydraulik eines Fahrzeugs oder eines Arbeitsgeräts vorgesehen. Durch den Einsatz von Druckmittelspeichern kann die Pumpenleistung auf den mittleren Leistungsbedarf der Verbraucher gesenkt werden, da der von den Pumpen geförderte Volumenstrom den Speicher lädt, wenn der für die Verbraucher benötigte Volumenstrom zeitweise kleiner ist als der Pumpenvolumenstrom.

Einer der Druckmittelspeicher ist vorzugsweise als Hochdruckspeicher und ein weiterer Druckmittelspeicher als Niederdruckspeicher ausgebildet. Vorzugsweise sind die Saugseiten der Hydraulikpumpen mit dem Niederdruckspeicher und die Druckseiten mit dem Hochdruckspeicher verbunden.

In den Druckmittelleitungen des Hochdruckspeichers ist vorzugsweise jeweils ein in Richtung der Hydraulikpumpen sperrendes Rückschlagventil angeordnet. Die Rückschlagventile dienen zur Absperrung unter Druck stehender Arbeitskreise und verhindern einen Druckverlust des Druckmittelspeichers über die Pumpen.

Vorzugsweise sind die Druckmittelspeicher als Membran- oder Blasenspeicher ausgebildet, so dass diese einen vergleichsweise einfachen Aufbau und geringen Bauraumbedarf aufweisen.

Der Stirlingmotor ist bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel über eine Antriebswelle mit der ersten Hydraulikpumpe verbunden. Dadurch kann die Hydraulikpumpe räumlich beabstandet von dem Stirlingmotor angeordnet sein.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die zweite Hydraulikpumpe über eine Außenzahnradanordnung von dem Antriebsstrang angetrieben ist.

Die im Abgas enthaltene Wärmemenge wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einem Erhitzer des Stirlingmotors zugeführt.

Vorzugsweise ist der Erhitzer des Stirlingmotors im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnet, so dass ein direkter Wärmeübergang von dem Abgasstrom zu dem Erhitzer erfolgt und ein hoher Wirkungsgrad des Stirlingmotors gewährleistet ist.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist der Erhitzer derart an einem Abgasrohr der Abgasanlage angeordnet, dass der Erhitzer das Abgasrohr zumindest abschnittsweise ringförmig umgibt. Dadurch wird eine große Wärmeübertragungsfläche zwischen Abgasrohr und Erhitzer erreicht, ohne die Abgasströmung im Abgasrohr zu beeinflussen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird der Luftüberschuss im Abgas für eine Nachverbrennung ausgenutzt, um den Wirkungsgrad des Stirlingmotors im Teillastbetrieb und bei sinkender Abgastemperatur zu verbessern. Hierzu wird vor dem Erhitzer des Stirlingmotors zumindest ein Brenner in der Abgasanlage vorgesehen, in den entsprechend dem jeweiligen Restluftanteil zugemessener Brennstoff zugesetzt und verbrannt wird, so dass der Stirlingmotor im für den Wirkungsgrad optimalen Temperaturbereich betrieben wird.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltbildes einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1, wie sie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug oder einem mobilen Arbeitsgerät (nicht dargestellt) Verwendung findet. Die Brennkraftmaschine 1 hat einen Antriebsstrang 2 und eine Abgase 4 leitende Abgasanlage 6, wobei die im Abgasstrahl enthaltene Wärmemenge einem Stirlingmotor 8 zum Antrieb einer ersten Hydraulikpumpe 10 eines Hydrauliksystems 12 zugeführt wird. Der Stirlingmotor 8 ist über eine Antriebswelle 14 mit der Hydraulikpumpe 10 verbunden, so dass diese räumlich beabstandet von dem Stirlingmotor 8 angeordnet ist. Die im Abgas 4 enthaltene Wärmemenge wird dem Stirlingmotor 8 über einen nicht dargestellten Erhitzer zumindest teilweise zugeführt, so dass sich über den Stirlingmotor 8 ein Temperaturgefälle ΔT in der Abgasströmung einstellt. Der Erhitzer ist derart an einem Abgasrohr 16 der Abgasanlage 6 angeordnet, dass er dieses zumindest abschnittsweise etwa ringförmig umgibt. Dadurch wird eine große Wärmeübertragungsfläche zwischen Abgasrohr 16 und Erhitzer erreicht, ohne die Abgasströmung im Abgasrohr 16 zu beeinflussen. Gemäß einer nicht dargestellten Variante der Erfindung ist der Erhitzer im Abgasstrom der Brennkraftmaschine 1 angeordnet, so dass ein direkter Wärmeübergang von dem Abgas 4 zu dem Erhitzer erfolgt und ein verbesserter Wirkungsgrad des Stirlingmotors 8 erreicht wird. Erfindungsgemäß ist eine zweite Hydraulikpumpe 18 vorgesehen, die mit dem Antriebsstrang 2 der Brennkraftmaschine 1 in Wirkverbindung steht, um auch bei hohem Leistungsbedarf eine ausreichende Druckmittelversorgung des Hydrauliksystems 12 zu gewährleisten. Diese zusätzliche Hydraulikpumpe 18 wird von dem Antriebsstrang 2 der Brennkraftmaschine 1 über eine Außenzahnradanordnung 20 angetrieben.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Hydraulikpumpen 10, 18 zum Laden eines Hochdruckspeichers 22 einer Zentralhydraulik des Fahrzeugs oder mobilen Arbeitsgeräts verwendet. Hierzu sind die Druckseiten der Pumpen 10, 18 über jeweils eine Druckmittelleitung 24, 26 mit dem Hochdruckspeicher 22 verbunden. Die Arbeitsleitungen zur Versorgung der Verbraucher und die Rücklaufleitungen des Hydrauliksystems 12 sind nicht dargestellt. In den Druckmittelleitungen 24, 26 sind in Richtung der Hydraulikpumpen 10, 18 sperrende Rückschlagventile 28, 30 vorgesehen, die ein Entladen des Hochdruckspeichers 22 über die Pumpen 10, 18 verhindern. Die Saugseite der der Brennkraftmaschine 1 zugeordneten Hydraulikpumpe 18 ist über eine Versorgungsleitung 32 mit einem Niederdruckspeicher 34 verbunden. Von der Versorgungsleitung 32 zweigt eine Zuführleitung 36 zu der Saugseite der über die Antriebswelle 14 mit dem Stirlingmotor 8 verbundenen Hydraulikpumpe 10 ab. Die beiden als Membran- oder Blasenspeicher ausgebildeten Druckmittelspeicher 22, 34 weisen einen vergleichsweise einfachen Aufbau bei geringem Bauraumbedarf auf.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 ist nicht auf das beschriebene Hydrauliksystem 12 mit zwei Hydraulikpumpen 10, 18 beschränkt, vielmehr können dem Antriebsstrang 2 mehr als eine Hydraulikpumpe zugeordnet sein, sowie mehrere Stirlingmotoren 8 zum Antrieb jeweils einer Pumpe in Wirkverbindung mit der Abgasanlage 6 stehen.
Offenbart ist eine Brennkraftmaschine 1, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein mobiles Arbeitsgerät, mit einem Antriebsstrang 2 und einer Abgase 4 leitenden Abgasanlage 6, wobei die im Abgas 4 enthaltene Wärmemenge einem Stirlingmotor 8 zum Antrieb einer ersten Hydraulikpumpe 10 zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist zumindest eine weitere Hydraulikpumpe 18 vorgesehen, die von dem Antriebsstrang 2 der Brennkraftmaschine 1 angetrieben ist.

1: Brennkraftmaschine
2: Antriebsstrang
4: Abgas
6: Abgasanlage
8: Stirlingmotor
10: Hydraulikpumpe
12: Hydrauliksystem
14: Antriebswelle
16: Abgasrohr
18: Hydraulikpumpe
20: Außenzahnradanordnung
22: Hochdruckspeicher
24: Druckmittelleitung
26: Druckmittelleitung
28: Rückschlagventil
30: Rückschlagventil
32: Versorgungsleitung
34: Niederdruckspeicher
36: Zuführleitung

Claims

Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein mobiles Arbeitsgerät, mit einem Antriebsstrang (2) und einer Abgase (4) leitenden Abgasanlage (6), wobei die im Abgas (4) enthaltene Wärmemenge einem Stirlingmotor (8) zum Antrieb einer ersten Hydraulikpumpe (10) zugeführt wird, gekennzeichnet durch zumindest eine weitere Hydraulikpumpe (18), die von dem Antriebsstrang (2) der Brennkraftmaschine (1) angetrieben ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Hydraulikpumpen (10, 18) zum Laden zumindest eines Druckmittelspeichers (22, 34) einer Zentralhydraulik eines Fahrzeugs oder eines Arbeitsgeräts vorgesehen sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei ein Druckmittelspeicher als Hochdruckspeicher (22) und ein Druckmittelspeicher als Niederdruckspeicher (34) ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Saugseiten der Hydraulikpumpen (10, 18) mit dem Niederdruckspeicher (34) und die Druckseiten mit dem Hochdruckspeicher (22) verbunden sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei in mit dem Hochdruckspeicher (22) verbundenen Druckmittelleitungen (24, 26) jeweils ein in Richtung der Hydraulikpumpen (10, 18) sperrendes Rückschlagventil (28, 30) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Druckmittelspeicher (22, 34) als Membran- oder Blasenspeicher ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stirlingmotor (8) über eine Antriebswelle (14) mit der ersten Hydraulikpumpe (10) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Hydraulikpumpe (18) von dem Antriebsstrang (2) über eine Außenzahnradanordnung (20) angetrieben ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die im Abgas (4) enthaltene Wärmemenge einem Erhitzer des Stirlingmotors (8) zugeführt wird.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, wobei der Erhitzer des Stirlingmotors (8) im Abgasstrom angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, wobei der Erhitzer ein Abgasrohr (16) der Abgasanlage (6) zumindest abschnittsweise ringförmig umgibt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei in der Abgasanlage (6) vor dem Erhitzer des Stirlingmotors (8) zumindest ein Brenner zur Verbrennung zugesetzten Brennstoffs mit dem Restluftgehalt im Abgas (4) vorgesehen ist.