DE102007027796A1 - Device for operating auxiliary equipments of internal combustion engine of motor vehicle, has thermo potential utilizable unit for using warming and cooling potential of heating or cooling circuits of motor vehicle for power generation - Google Patents

Device for operating auxiliary equipments of internal combustion engine of motor vehicle, has thermo potential utilizable unit for using warming and cooling potential of heating or cooling circuits of motor vehicle for power generation Download PDF

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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

The device (100) has a thermo potential utilizable device (104) for using warming and cooling potential of heating or cooling circuit (109) of the motor vehicle for power generation. The thermo potential utilizable device is an energy converter (106), particularly a thermo ionic converter, thermo voltaic converter, thermoelectric converter, alkali metal thermal to electric converter- system or a sterling machine. An INDEPEDENT CLAIM is also include for a method for operating auxiliary equipments of an internal combustion engine of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb von Hilfsaggregaten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.The The invention relates to a method and an apparatus for operation auxiliary equipment of an internal combustion engine of a motor vehicle.

Aus der Praxis bekannte Kraftfahrzeuge weisen neben einem Hauptaggregat für den Fahrzeugvortrieb diverse Hilfsaggregate auf, denen Zusatzfunktionen wie beispielsweise eine Klimatisierung zugewiesen sind.Out The practice known motor vehicles have in addition to a main unit for vehicle propulsion various auxiliary equipment on which Additional functions such as air conditioning assigned are.

Die Verwendbarkeit dieser Zusatzfunktionen wird häufig auch bei stehendem Fahrzeug gewünscht. Um dies zu gewährleisten, sind aus der Praxis und auch aus der DE 10 2004 008 133 A1 Hilfsaggregate wie Standheizungen und Hilfsantriebe zur Erzeugung von Wärme und/oder mechanischer Energie bekannt, mit denen eine Bereitstellung von Zusatzfunktionen, beispielsweise einer Standheizung möglich ist.The usability of these additional functions is often desired even when the vehicle is stationary. To ensure this, are from the practice and also from the DE 10 2004 008 133 A1 Auxiliary units such as auxiliary heaters and auxiliary drives for generating heat and / or mechanical energy known, with which a provision of additional functions, such as a heater is possible.

Mit den Zusatzfunktionen geht ein Leistungs- und Energieverbrauch einher. Um diesen Leistungs- und Energieverbrauch zu begrenzen, ist bereits vorgeschlagen worden, die im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine vorhandene Restenergie mindestens teilweise zu nutzen, wobei in der DE 10 2004 016 349 A1 dazu Energiewandler vorgeschlagen worden sind. Mit solchen Energiewandlern, nämlich thermoionischen Wandlern, thermovoltaischen Wandlern, thermoelektrischen Wandlern und Amtec-Systemen (alkali metal thermal to electric converter) einerseits und mechanischen Energiewandlern, nämlich Sterlingmaschinen andererseits, soll dem Leistungs- und Energieverbrauch entgegengewirkt werden.The additional functions are accompanied by power and energy consumption. To limit these power and energy consumption, it has already been proposed to use the residual energy present in the exhaust gas of an internal combustion engine at least partially, wherein in the DE 10 2004 016 349 A1 Energy converters have been proposed. With such energy converters, namely thermionic transducers, thermovoltaic transducers, thermoelectric transducers and Amtec systems (alkaline metal thermal to electric converter) on the one hand and mechanical energy converters, namely Sterling machines on the other hand, the power and energy consumption should be counteracted.

Trotz der bereits erzielten Leistungs- und Energieeinsparung besteht weiterhin ein Bedürfnis, den Leistungs- und Energieverbrauch weiter zu senken.In spite of the power and energy savings already achieved remain a need to continue the power and energy consumption to lower.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb von Hilfsaggregaten mit verringertem Leistungs- und Energieverbrauch zur Verfügung zu stellen.Of the Invention is therefore the object of a device as well a method of operating auxiliary power units with reduced power and to provide energy consumption.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 7.The Solution of this problem is inventively with the features of claims 1 and 7, respectively.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, das Wärme- und/oder Kältepotential von Heiz- bzw. Kühlkreisläufen eines Kraftfahrzeuges zur Energiegewinnung zu verwenden. Mit der Erfindung wird so ein bisher unerkanntes Energiepotential zur Energiegewinnung genutzt. Dabei ist es möglich, wahlweise das Wärmepotential zum Heizen, das Kältepotential zum Kühlen oder vorzugsweise beide Potentiale zum Betrieb oder zur mittelbaren Beaufschlagung eines Energiewandlers zu verwenden. In jedem dieser Fälle wird nicht nur wertvolle Primärenergie eingespart, sondern es werden im Fahrbetrieb auch Leistungsabzweigungen vom Vortriebszweig der Verbrennungskraftmaschine vermieden.According to the Invention is provided, the heating and / or cooling potential of heating or cooling circuits of a motor vehicle to use for energy. With the invention becomes such previously unrecognized energy potential used for energy. It is possible, either the heat potential for heating, the cooling potential for cooling or preferably both potentials for operation or for indirect application to use an energy converter. In each of these cases will be Not only valuable primary energy saved, but it When driving also power branches of the propulsion branch the internal combustion engine avoided.

Um die vorgenannte technische Wirkung zu erzielen, weist die Vorrichtung zum Betrieb von Hilfsaggregaten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges eine Thermopotential-Nutzvorrichtung auf, die zur Nutzung des Wärme- und/oder Kältepotentials von Heiz- bzw. Kühlkreisläufen des Kraftfahrzeuges zur Energiegewinnung ausgebildet ist. Energiegewinnung bedeutet dabei, dass mechanische oder elektrische Energie und nicht nur Wärme oder Kälte gewonnen wird.Around to achieve the aforementioned technical effect, the device for the operation of auxiliary equipment of an internal combustion engine a motor vehicle has a thermal potential utilization device, the use of the heat and / or refrigeration potential of heating or cooling circuits of the motor vehicle is designed for energy. Energy production means doing that, mechanical or electrical energy and not just heat or Cold is won.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Thermopotential-Nutzvorrichtung ein Energiewandler, insbesondere ein thermoionischer Wandler, thermovoltaischer Wandler, thermoelektrischer Wandler, ein Amtec-System oder eine Sterlingmaschine. Eine solche Ausgestaltung erlaubt es, in besonders einfacher Art und Weise, eine erfindungsgemäße Vorrichtung in eine bestehende Anlage zu integrieren.According to one preferred embodiment of the invention is the thermal potential utility device an energy converter, in particular a thermionic converter, thermovoltaic Converter, thermoelectric converter, an Amtec system or a sterling machine. Such a configuration allows, in a particularly simple manner and way, a device according to the invention in to integrate an existing plant.

Wenn bei einem Kraftfahrzeug bereits Energiewandler vorhanden sind, ist es vorteilhaft, wenn die Thermopotential-Nutzvorrichtung – wie gemäß einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen – ein Wärmetauscher ist, der sein Wärme- bzw. Kältepotential an den bereits vorhandenen Energiewandler abgibt.If in a motor vehicle energy converters are already available is it is advantageous if the thermal potential utilization device - such as according to an alternative preferred embodiment provided - a heat exchanger, which is its heat or cooling potential to the already existing energy converter emits.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Energiewandler mit dem Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, um auch Restenergie des Abgases zum Betrieb der Hilfsaggregate zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise kann ein hoher Energienutzungsgrad mit vergleichsweise geringem anlagentechnischen Aufwand erreicht werden.According to one particularly preferred embodiment of the invention is provided that the energy converter with the exhaust system of the internal combustion engine is connected to also residual energy of the exhaust gas to operate the auxiliary equipment for To make available. In this way can a high energy efficiency achieved with comparatively low investment outlay become.

Um bei einem Stillstand der Verbrennungskraftmaschine mit vergleichsweise geringem anlagentechnischen Aufwand die Zusatzfunktionen nutzen zu können, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zur Energieeinkopplung bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine eine Standheizung vorgesehen. Auf diese Weise kann auf Hilfsantriebe verzichtet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn über eine elektrische oder mechanische Kupplung ein Klimakompressor bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird.Around at a standstill of the internal combustion engine with comparatively use the additional functions for a low level of plant engineering effort to be able to, is according to another preferred Embodiment of the invention for energy coupling at standstill the internal combustion engine provided a heater. On this way can be dispensed with auxiliary drives. This is special advantageous if via an electrical or mechanical Clutch an air conditioning compressor at standstill of the internal combustion engine is driven.

Die Vorteile der Erfindung zeigen sich auch bei einem Verfahren zum Betrieb von Hilfsaggregaten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, bei dem das Wärme- und/oder Kältepotential von Heiz- bzw. Kühlkreisläufen des Kraftfahrzeuges zur Energiegewinnung verwendet wird. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird daher auch unabhängig Schutz beansprucht, wobei auf die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Vorteile ausdrücklich Bezug genommen wird.The advantages of the invention also show up in a method for operating auxiliary units of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which the heating and / or cooling potential of heating or cooling circuits of the motor vehicle is used to generate energy. Therefore, independent protection is claimed for the method according to the invention, with explicit reference being made to the advantages described in connection with the device.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Wärme- und/oder Kältepotential der Heiz- bzw. Kühlkreisläufe des Kraftfahrzeuges einem Energiewandler, insbesondere einem thermoionischen Wandler, thermovoltaischen Wandler, thermoelektrischen Wandler, einem Amtec-System oder einer Sterlingmaschine zur Verfügung gestellt wird. Eine auf das Verfahren abgestimmte Vorrichtung lässt sich dann mit geringem Aufwand erstellen.According to one preferred embodiment of the method is provided that the Heating and / or cooling potential of the heating or Cooling circuits of the motor vehicle to an energy converter, in particular a thermionic converter, thermoelectric converter, thermoelectric converter, an Amtec system or a sterling machine is made available. An adapted to the process Device can then be created with little effort.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Wärme- und/oder Kältepotential der Heiz- bzw. Kühlkreisläufe des Kraftfahrzeuges einem Wärmetauscher zur Verfügung gestellt wird, der sein Wärme- bzw. Kältepotential an einen Energiewandler abgibt. Auch in diesem Fall lässt sich eine auf das Verfahren abgestimmte Vorrichtung mit geringem Aufwand erstellen.According to one alternative preferred embodiment of the method is provided that the heating and / or cooling potential of the heating or cooling circuits of the motor vehicle one Heat exchanger is provided, the its heating or cooling potential to an energy converter emits. In this case, too, can be tailored to the process Create device with little effort.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Energiewandler zusätzlich mit Abgas aus dem Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt wird, um Restenergie des Abgases zum Betrieb der Hilfsaggregate zur Verfügung zu stellen. Dadurch wird eine hohe Energieeffizienz erzielt.According to one further preferred embodiment of the method is provided that the energy converter additionally with exhaust gas from the exhaust system the internal combustion engine is applied to residual energy of the exhaust gas for operating the auxiliary units available to deliver. This achieves high energy efficiency.

Um bei einem Stillstand der Verbrennungskraftmaschine mit vergleichsweise geringem anlagentechnischen Aufwand die Zusatzfunktionen nutzen zu können, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine Energie über eine Standheizung eingekoppelt wird. Vorzugsweise wird dann ein Klimakompressor angetrieben, was den Komfort erhöht.Around at a standstill of the internal combustion engine with comparatively use the additional functions for a low level of plant engineering effort to be able to, is according to another preferred Design of the method provided that at standstill of Internal combustion engine energy via a heater is coupled. Preferably, then an air conditioning compressor is driven, which increases the comfort.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung.Further yield advantageous embodiments and refinements of the invention from the subclaims as well as from the description in connection with the drawing.

Dabei zeigt:there shows:

1 ein Prinzipschaubild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 a schematic diagram of a preferred embodiment of the device according to the invention.

Die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Betrieb von Hilfsaggregaten einer Verbrennungskraftmaschine 102 eines Kraftfahrzeuges (nicht gezeigt) umfasst als Thermopotential-Nutzvorrichtung 104 einen Energiewandler 106, welcher über eine Abgasanlage 107 mit Abgas und über eine Kühlwasserleitung 108 mit Kühlwasser von der Verbrennungskraftmaschine 102 beaufschlagt ist. Das Kühlwasser in der Kühlwasserleitung 108, die Teil eines Kühlkreislaufes 109 ist, stellt für die Vorrichtung ein Wärmepotential dar.In the 1 shown device according to the invention 100 for the operation of auxiliary equipment of an internal combustion engine 102 a motor vehicle (not shown) comprises as a thermal potential Nutzvorrichtung 104 an energy converter 106 , which has an exhaust system 107 with exhaust gas and a cooling water pipe 108 with cooling water from the internal combustion engine 102 is charged. The cooling water in the cooling water pipe 108 that are part of a refrigeration cycle 109 is, represents a heat potential for the device.

Der Energiewandler 106 ist als Amtec-System mit angeschlossenem Motor ausgebildet und gibt über einen mechanischen Antrieb, der eine mechanische Kupplung 110 aufweist, mechanische Energie an einen als Hilfsaggregat 112 vorgesehenen Klimakompressor 114 ab.The energy converter 106 is designed as an Amtec system with a connected motor and is a mechanical drive, which provides a mechanical coupling 110 has, mechanical energy to one as an auxiliary unit 112 provided air conditioning compressor 114 from.

Die gezeigte Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Kältezufuhrleitung 116, welche von einem Latentkältespeicher 118 und/oder einem Kühler (nicht gezeigt) mit einem Kältepotential beaufschlagbar ist.The device shown 100 further comprises a cold supply line 116 that of a Latentkältespeicher 118 and / or a cooler (not shown) can be acted upon by a cooling potential.

Um bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine 102 Energie einfach in die Vorrichtung einkoppeln zu können, wird eine Wasserzusatzheizung 120 verwendet, die in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform als Brennstoffzusatzheizer ausgebildet ist. Diese Wasserzusatzheizung 120 ist derart in das Kühlwassersystem der Verbrennungskraftmaschine 102 integriert, dass damit auch eine Kühlwasservorheizung und ggf. auch eine Heizung eines Fahrzeuginnenraumes (nicht gezeigt) erfolgen kann.At standstill of the internal combustion engine 102 Energy simply to be able to couple into the device becomes a water additive heating 120 used, which is formed in the illustrated preferred embodiment as a fuel additive heater. This water addition heating 120 is so in the cooling water system of the internal combustion engine 102 integrated, that thus also a cooling water preheating and possibly also a heating of a vehicle interior (not shown) can take place.

Mit der gezeigten Vorrichtung 100 ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in besonders einfacher Weise möglich. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei laufender Verbrennungskraftmaschine 102 und gleichzeitig stehendem Fahrzeug, Energie nicht ungenutzt über einen Kühler in die Umgebung abgegeben wird, sondern über den Energiewandler 106 den Hilfsaggregaten zur Verfügung steht. Wird die Verbrennungskraftmaschine 102 stillgesetzt, kann die in dem Kühlwasser noch vorhandene Restenergie genutzt werden. Gleiches gilt für das Kältepotential von Latentkältespeichern oder Kühlern, wenn deren Kältepotential nicht zur Erfüllung ihres primären Zweckes erforderlich ist.With the device shown 100 is the implementation of the method according to the invention in a particularly simple manner possible. It is particularly advantageous that when carrying out the method according to the invention with the internal combustion engine running 102 and simultaneously stationary vehicle, energy is not released unused via a radiator in the environment, but on the energy converter 106 the auxiliary equipment is available. Will the internal combustion engine 102 shut down, the residual energy remaining in the cooling water can be used. The same applies to the refrigeration potential of latent cold storage or coolers, when their cooling potential is not required to fulfill their primary purpose.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102004008133 A1 [0003] DE 102004008133 A1 [0003]
  • - DE 102004016349 A1 [0004] DE 102004016349 A1 [0004]

Claims (12)

Vorrichtung zum Betrieb von Hilfsaggregaten einer Verbrennungskraftmaschine (102) eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass eine Thermopotential-Nutzvorrichtung (104) zur Nutzung des wärme- und/oder Kältepotentials von Heiz- bzw. Kühlkreisläufen (109) des Kraftfahrzeuges zur Energiegewinnung vorgesehen ist.Device for operating auxiliary equipment of an internal combustion engine ( 102 ) of a motor vehicle, characterized in that a thermal potential utilization device ( 104 ) for using the heat and / or refrigeration potential of heating or cooling circuits ( 109 ) of the motor vehicle is provided for energy. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermopotential-Nutzvorrichtung (104) ein Energiewandler (106), insbesondere ein thermoionischer Wandler, thermovoltaischer Wandler, thermoelektrischer Wandler, ein Amtec-System oder eine Sterlingmaschine ist.Device according to claim 1, characterized in that the thermal potential utilization device ( 104 ) an energy converter ( 106 ), in particular a thermionic converter, thermoelectric converter, thermoelectric converter, an Amtec system or a sterling machine. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermopotential-Nutzvorrichtung ein Wärmetauscher ist, der sein Wärme- bzw. Kältepotential an einen Energiewandler abgibt.Device according to claim 1, characterized in that the thermal potential utilization device is a heat exchanger is that its heating or cooling potential to a Energy converter gives. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (106) mit dem Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, um Restenergie des Abgases zum Betrieb der Hilfsaggregate zur Verfügung zu stellen.Device according to claim 2 or 3, characterized in that the energy converter ( 106 ) is connected to the exhaust system of the internal combustion engine to provide residual energy of the exhaust gas for the operation of the auxiliary equipment available. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Energieeinkopplung bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine (102) eine Standheizung, insbesondere eine Wasserzusatzheizung (120) vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that for energy coupling at standstill of the internal combustion engine ( 102 ) a heater, in particular a water additive ( 120 ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische oder mechanische Kupplung (110) zum Antrieb eines Klimakompressors vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that an electrical or mechanical coupling ( 110 ) is provided for driving an air conditioning compressor. Verfahren zum Betrieb von Hilfsaggregaten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme- und/oder Kältepotential von Heiz- bzw. Kühlkreisläufen des Kraftfahrzeuges zur Energiegewinnung verwendet wird.Method for operating auxiliary units of an internal combustion engine a motor vehicle, characterized in that the heat and / or Cooling potential of heating or cooling circuits of the motor vehicle is used for energy. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme- und/oder Kältepotential der Heiz- bzw. Kühlkreisläufe des Kraftfahrzeuges einem Energiewandler, insbesondere einem thermoionischen Wandler, thermovoltaischen Wandler, thermoelektrischen Wandler, einem Amtec-System oder einer Sterlingmaschine zur Verfügung gestellt wird.Method according to claim 7, characterized in that that the heating and / or cooling potential of the heating or cooling circuits of the motor vehicle one Energy converter, in particular a thermionic converter, thermovoltaic Transducers, thermoelectric converters, an Amtec system or a Sterling machine is provided. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme- und/oder Kältepotential der Heiz- bzw. Kühlkreisläufe des Kraftfahrzeuges einem Wärmetauscher zur Verfügung gestellt wird, der sein Wärme- bzw. Kältepotential an einen Energiewandler abgibt.Method according to claim 7, characterized in that that the heating and / or cooling potential of the heating or cooling circuits of the motor vehicle one Heat exchanger is provided, be Heating or cooling potential to an energy converter emits. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler zusätzlich mit Abgas aus dem Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt wird, um Restenergie des Abgases zum Betrieb der Hilfsaggregate zur Verfügung zu stellen.Method according to claim 8 or 9, characterized that the energy converter additionally with exhaust gas from the exhaust system the internal combustion engine is applied to residual energy of the Exhaust gas for the operation of auxiliary equipment available put. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine Energie über eine Standheizung eingekoppelt wird.Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that at standstill of the internal combustion engine Energy is coupled via a heater. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass über eine elektrische oder mechanische Kupplung ein Klimakompressor angetrieben wird.Method according to one of claims 7 to 11, characterized in that via an electrical or mechanical clutch is driven by an air conditioning compressor.
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