DE102009020422B4 - Antriebssystem für ein Fahrzeug - Google Patents
Antriebssystem für ein Fahrzeug Download PDFInfo
- Publication number
- DE102009020422B4 DE102009020422B4 DE102009020422.9A DE102009020422A DE102009020422B4 DE 102009020422 B4 DE102009020422 B4 DE 102009020422B4 DE 102009020422 A DE102009020422 A DE 102009020422A DE 102009020422 B4 DE102009020422 B4 DE 102009020422B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- drive system
- generator
- internal combustion
- combustion engine
- machine
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
- B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
- B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
- B60K6/24—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the combustion engines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
- B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
- B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
- B60K6/48—Parallel type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
- B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
- B60L3/0061—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electrical machines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
- B60L50/61—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles
- B60L50/62—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles charged by low-power generators primarily intended to support the batteries, e.g. range extenders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy
- F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using kinetic energy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/10—Vehicle control parameters
- B60L2240/36—Temperature of vehicle components or parts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/62—Hybrid vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Abstract
Antriebssystem (1) für ein Fahrzeug, bestehend aus einer Brennkraftmaschine (2) mit einem Abgasstrang (3), mit der Abgas erzeugbar ist und durch den Abgasstrang (3) abführbar ist, einer Maschine (4), mit der die Abgasenergie in mechanische Leistung und/oder elektrische Leistung wandelbar ist und einem als Antriebseinheit betreibbaren Generator (5), wobei zumindest der Generator (5) an eine Abtriebswelle (6) der Brennkraftmaschine (2) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet dass zumindest die Brennkraftmaschine (2) und die Maschine (4) in einem gemeinsamen Maschinengehäuse (9) angeordnet sind und zumindest ein Thermoelektrischer Generator (TEG) (7) in einer Wärmeflussrichtung im gemeinsamen Maschinengehäuses (9) von heiß nach kalt hinter der Maschine (4) in oder an das gemeinsame Maschinengehäuse (9) und/oder an den Abgasstrang (3) anordenbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Zum Hintergrund der Erfindung gehört die Tatsache, dass aus dem Stationärbereich sog. Blockheizkraftwerke (BHKW) bekannt sind, welche beispielsweise mittels einer Verbrennungskraftmaschine und einem Generator elektrische Energie erzeugen und die Verlustwärme beispielsweise für eine Gebäudeheizung verwenden. Für Gas- und Dampf-Kombikraftwerke (GuD-Kraftwerk) werden die Prinzipien des Gasturbinen- und Dampfkraftwerks kombiniert. Derartige Kraftwerke erreichen elektrische Wirkungsgrade von bis zu 60 %. Hierzu dient eine Gasturbine als Wärmequelle für einen nachgeschalteten Abhitzekessel, der wiederum als Dampferzeuger für die Dampfturbine wirkt.
- Durch die zunehmende Elektrifizierung der Antriebe im Automobilbereich werden verstärkt auch in diesem Industriesektor in Kombination mit sog. Seriellen Hybridfahrzeugen Range Extender Konzepte erarbeitet. Ein Range Extender ist ein Leistungswandler, der Elektrofahrzeugen mit prinzipbedingter, aufgrund der geringen Energiedichte der Batterien, limitierter Fahrzeugreichweite durch die Konversion von chemischer Energie (beispielsweise aus dem konventionellen Kraftstofftank) in elektrische Leistung zum Laden der Batterie und für die Fahraufgabe selbst zusätzliche Reichweite verschafft. Der Vorteil von Range Extender Fahrzeugen (im allgemeinen auch serielle Hybride) liegt darin, dass bei geforderten hohen Reichweiten, beispielsweise von 500 km bis 800 km, die Masse von Range Extender und Kraftstofftank weit aus kleiner ist als die Masse einer entsprechenden Batterie.
- Range Extender laufen in nur wenigen Betriebspunkten, aus Wirkungsgradgründen meist unter Volllast. Diese Applikation bietet die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine und die Peripherie zu entfeinern (d. h. zu vereinfachen, teure Bauteile einsparen oder durch billigere Bauteile zu ersetzen), zu verkleinern (Auslegung nicht auf Leistungsmaximum) und auf nur wenige Betriebspunkte zu phlegmatisieren. Neben dem Einsatz als sog. Range Extender in Elektrofahrzeugen werden vereinzelt auch andere Verwendungsarten zum Stationärbetrieb für Brennkraftmaschinen in Automobilen diskutiert (bspw. in Verbindung mit Teil<elektrifizierung und dem Einsatz von (mechanischen) Schwungmassenspeichern).
- Wie bereits erwähnt, dienen Range Extender zur Stromproduktion onboard, um in Elektrofahrzeugen die allgemein unzureichende elektrische Reichweite zu steigern. Sehr oft werden hierbei Hubkolbenmotoren, welche aus Serienanwendungen bekannt sind, mit Generatoren versehen und dann stationär betrieben. Zur Anpassung an die neue Funktion werden insbesondere die Themen „Phlegmatisierung“ (nur wenige Betriebspunkte) und „Downsizing“ (Entfall dynamischer Anforderungen, geringe Leistung und Entfeinerung) diskutiert.
- Darüber hinaus sind auch zahlreiche weitere Technologien für Leistungswandler aus anderen Industriesektoren (teilweise Nischenanwendungen) oder aus der Forschung bekannt, die Abwärme in wieder nutzbare Leistungsformen transferieren könnten (mechanisch und/oder elektrisch). Diese sind aber aktuell noch nicht großflächig im Automobilbereich eingesetzt und/oder durch bisherige Anforderungen an mechanische Antriebe nicht konkurrenzfähig (Funktion, Kosten) im Vergleich zu einer Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik.
- Im stationären Bereich (Kraft-Wärme-Kopplung) ist die Kopplung von Technologien zur Wirkungsgradsteigerung zwar Stand der Technik (siehe GuD-Kraftwerk oben), eine energetische Kombination (Serienschaltung oder Kaskade) ist derzeit im automotiven Sektor höchstens im Versuchsstadium. Ein Beispiel hierfür ist der „Turbosteamer“ der BMW AG, bei dem die Abgasenergie über einen Dampfkreisprozess in mechanische Energie gewandelt wird. Ein weiterer Ansatz hierzu findet sich auch im TEG-System (thermoelektrischer Generator) von BMW, bei dem die Abwärme im Abgasstrang der Brennkraftmaschine über Peltierelemente in elektrische Leistung gewandelt wird.
- Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2007 054 197 A1 , von der diese Erfindung ausgeht, ein Antriebssystem für ein Fahrzeug bekannt. Dieses Antriebssystem für ein Fahrzeug besteht aus einer Brennkraftmaschine, mit der energiereiches Abgas erzeugbar ist, das in einem Abgasstrang abgeführt wird. Weiter weist das Antriebssystem eine Maschine auf, mit der die Abgasenergie in mechanische Leistung und/oder elektrische Leistung wandelbar ist. In bevorzugter Weise handelt es sich hierbei um einen Stirlingmotor. Weiter weist das Antriebssystem einen als Antriebseinheit betreibbaren Generator auf, wobei dieser an eine Abtriebswelle der Brennkraftmaschine koppelbar ist. Dieses Antriebssystem kann als „Stand-Alone“ Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, d. h. als eigenständiger Fahrzeugantrieb genutzt werden oder auch als ein Range Extender für Elektrofahrzeuge. - Weiter wird zum technischen Umfeld auf die US Offenlegungsschrift
US 2007 / 0 017 223 A1 DE 10 2006 019 282 A1 hingewiesen. - Nachteilig am Stand der Technik ist, dass heutige Brennkraftmaschinen prinzipbedingt in ihrem Wirkungsgrad durch den Carnot-Wirkungsgrad (Otto-Brennkraftmaschine ca. 35 %, Diesel-Brennkraftmaschine ca. 40 % für mechanische Leistung, weitere Wirkungsgradverluste entstehen durch Erzeugen von elektrischem Strom im Generator bzw. Leistungselektronik und Zwischenspeicherung der elektrischen Energie beispielsweise in einer Traktionsbatterie) limitiert sind. Beim Einsatz der heutigen Brennkraftmaschinen als Range Extender, sind bei dynamischen Fahrten bzw. höheren Lasten sogar Wirkungsgradnachteile gegenüber rein verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen zu erwarten.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wirkungsgrad eines gattungsgemäßen Antriebssystems für ein Fahrzeug weiter zu erhöhen.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt in vorteilhafter Weise zu einer deutlichen Wirkungsgradsteigerung des Gesamtsystems durch Leistungswandler in synergetischer Kaskadenschaltung, insbesondere durch die Unterbringung der Einzelkomponenten in einem gemeinsamen Maschinengehäuse, sowie die Integration eines Thermoelektrischen Generators in der Wärmeflussrichtung im gemeinsamen Maschinengehäuse von heiß nach kalt hinter der Maschine in oder an das gemeinsame Maschinengehäuse und/oder an den Abgasstrang. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise der konstruktive Aufwand für das gemeinsame Maschinengehäuse reduziert, wodurch die Kosten, das Gewicht, der Bauraumbedarf und die Fehleranfälligkeit durch die vereinfachte Konstruktion ebenfalls reduziert werden. - Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 wird der Bauraumbedarf mit den o. g. Vorteilen nochmals reduziert.
- Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 wird eine Homogenisierung der Temperaturverteilung im gemeinsamen Maschinengehäuse erzielt und eine lokale Überhitzung vermieden.
- Die Ausgestaltungen gemäß den Patentansprüchen 4 und 5 sind besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele.
- Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Antriebssystem für ein Fahrzeug gemäß dem Stand der Technik. -
2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein Antriebssystem für ein Fahrzeug. -
3 zeigt in eine zweidimensionale, schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Antriebssystems für ein Fahrzeug. -
4 zeigt in einer dreidimensionalen, schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein Antriebssystem für ein Fahrzeug. - Im Folgenden gelten für gleiche Bauelemente in den drei Figuren die gleichen Bezugsziffern.
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Antriebssystem1 für ein Fahrzeug, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dieses Antriebssystem kann, wie bereits dargestellt, als „Stand-alone“-Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug oder auch als ein Range Extender genutzt werden. Dies gilt selbstverständlich auch für die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Antriebssystems1 . - Zentral angeordnet in dem Antriebssystem
1 ist eine Brennkraftmaschine2 mit einem Kurbeltrieb14 , an dem zwei einander gegenüberliegende Kolben13 , stellvertretend für eine zweizylindrige Brennkraftmaschine2 , angeordnet sind. Selbstverständlich ist die Anzahl der Kolben13 , bzw. Zylinder ohne jede Bedeutung, d. h. die Brennkraftmaschine2 kann beliebig viele Kolben13 oder Zylinder aufweisen. Die Kolben13 befinden sich in der Nähe eines oberen Totpunktes (OT), wobei sich der obere Kolben13 im Bereich eines Ladungswechsel-OT befindet, während sich der untere Kolben13' im Bereich eines Zünd-OT befindet. Von der Brennkraftmaschine angesaugte Frischluft (25°C), von links kommend, ist jeweils durch einen Pfeil dargestellt. Aus nicht bezifferten Brennräumen austretende heiße Abgase sind durch zweite, nach rechts weisende Pfeile (700°C) dargestellt. Die Abgase werden in Abgassträngen3 ,3' aus der Brennkraftmaschine2 herausgeführt und treten weiter in eine Maschine4 ein, im vorliegenden Fall eine Stirlingmaschine, die die Abgasenthalpie ausnützt, um Strom zu erzeugen, der über einen elektrischen Energiefluss12 - dargestellt als ein Pfeil - in einen elektrischen Energiespeicher10 gefördert wird. Auch die Wandlung der Abgasenergie in mechanische Leistung ist möglich. - Aufgrund der äußeren Verbrennung der Stirlingmaschine
4 tritt das Abgas mit einer nochmals abgesenkten Temperatur von ca. 300°C aus der Maschine4 aus. Bei den Temperaturangaben handelt es sich um ungefähre Temperaturen, die je nach Betriebspunkt starken Schwankungen unterliegen. Des Weiteren verfügt das Antriebssystem1 über einen Generator5 , der auch als Antriebseinheit fungieren kann und an den Kurbeltrieb14 der Brennkraftmaschine2 koppelbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Koppelung des Generators5 an eine Abtriebswelle6 der Brennkraftmaschine2 . Auch der Generator5 ist zur Stromerzeugung gedacht und speist die gewonnene elektrische Energie über den elektrischen Energiefluss12 in den elektrischen Energiespeicher10 . Der Generator5 dient darüber hinaus zum Antreiben bzw. Starten der Brennkraftmaschine2 , wenn der Generator5 als Antriebseinheit betrieben wird. - Das aus dem Stand der Technik bekannte Antriebssystem
1 , das auch als Range Extender eingesetzt werden kann, ist quasi ein mobiles Kraftwerk zur Erzeugung von mechanischer und/oder elektrischer Energie, welches mit Hilfe von kaskadierten Leistungsumwandlungen (2 Stufen) einen Gesamtwirkungsgrad besser als eine Brennkraftmaschine aufweist, aber noch von stationären Kraftwerken entfernt ist. Aufgrund des Entfalls von Netzverlusten im Vergleich zur stationären Stromerzeugung in einem Kraftwerk, kann ein derartiges Antriebssystem1 , eingesetzt als Range Extender vom Gesamtwirkungsgrad her schon fast an ein stationäres Kraftwerk kommen. -
2 zeigt in schematischer Weise ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Antriebssystem1 für ein Fahrzeug entsprechend einem ersten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel. Zunächst ist das Antriebssystem1 als Range Extender beschrieben, kann aber auch als ein „Stand-alone“-Antriebssystem verwendet werden. - Dargestellt ist das Antriebssystem
1 für ein Fahrzeug gemäß1 , jedoch erfindungsgemäß (das gemeinsame Maschinengehäuse ist in den folgenden3 und4 dargestellt) erweitert. Erfindungsgemäß wird das durch die Maschine4 abgekühlte Abgas genutzt, um mit Hilfe zumindest eines mittelbar und/oder unmittelbar an den Abgasstrang3 ,3' anordenbaren thermoelektrischen Generator (TEG) zusätzlichen elektrischen Strom zu erzeugen, der wiederum über einen gestrichelt dargestellten elektrischen Energiefluss12 in den elektrischen Energiespeicher10 eingespeist wird. In dieser ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird die Brennkraftmaschine2 , ein herkömmlicher Hubkolbenmotor, in Verbindung mit einem Generator5 , in besonders bevorzugter Weise einem Kurbelwellenstartergenerator (KSG) verwendet. - Die Brennkraftmaschine
2 kann für den quasi stationären Einsatz als Range Extender wie oben bereits aufgeführt, u. U. gewisse Änderungen erfahren (Phlegmatisierung, Entfeinerung, Downsizing, Entfall dynamischer Maßnahmen etc.). Als Alternativen für die hier vorgestellte Brennkraftmaschine2 , dem Hubkolbenmotor, können auch in erster Linie andere Verbrennungskraftmaschinen, wie Kreiskolbenmaschinen (Wankelmotor), Freikolbenmaschinen etc. eingesetzt werden, welche mittels zusätzlicher Generatorfunktionalität Strom erzeugen können. - Besonders bevorzugt wird für die Maschine
4 eine Stirlingmaschine, ebenfalls besonders bevorzugt als 2-Zylinder-Aggregat ausgestattet, eingesetzt, welche in diesem Zusammenhang als besonders günstig empfunden wird. Alternativ könnte hierzu auch eine Dampfmaschine (Turbosteamer) oder eine Turbine eingesetzt werden. In jedem Fall soll die so gewonnene Leistung durch die Maschine4 entweder durch den Wandler selbst oder eine zusätzliche Generatorfunktionalität (zur Konversion mechanischer Leistung in elektrische Leistung) den Strom zum Zwecke der Traktion (am Rad hängend) oder Speicherung im elektrischen Energiespeicher10 umgewandelt werden. Selbstverständlich können andere Ausführungsformen auch noch weitere thermoelektrische Generatoren7 in Strömungsrichtung des Abgases an die Abgasstränge3 ,3' angeordnet werden. - Des Weiteren unterscheidet sich das Antriebssystem
1 für ein Fahrzeug von dem Antriebssystem1 für ein Fahrzeug aus1 dadurch, dass das Gesamtsystem einen Kühlkreislauf8 mit einer Kühlmittelpumpe11 aufweist, der mit der Maschine4 und/oder dem Generator und/oder dem thermoelektrischen Generator7 in Wirkkontakt ist. Mit Hilfe dieser integrierten Ausgestaltung ist es möglich, zumindest den thermoelektrischen Generator7 nochmals in seiner Effizienz zu steigern. Auch hier ist die Anordnung weiterer thermoelektrischer Generatoren7 an den Kühlkreislauf8 der Brennkraftmaschine2 möglich. Damit eine möglichst gute Vergleichmäßigung der Temperaturen erfolgt, ist die Kühlmittelpumpe11 vorgesehen, die bedarfsgerecht das Kühlmittel im Kühlkreislauf8 fördert. -
3 zeigt in einer zweidimensionalen, schematischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebssystems1 für ein Fahrzeug. Erfindungsgemäß sind die Brennkraftmaschine2 und die Maschine4 in einem gemeinsamen Maschinengehäuse9 angeordnet und zumindest ein Thermoelektrischer Generator (TEG)7 ist in einer Wärmeflussrichtung im gemeinsamen Maschinengehäuses9 von heiß nach kalt (in4 schematisch durch einen Pfeil dargestellt) hinter der Maschine4 an das gemeinsame Maschinengehäuse9 angeordnet. Der TEG7 kann aber auch in das gemeinsame Maschinengehäuse9 und/oder an den Abgasstrang3 ,3' angeordnet sein. Ferner besteht das gemeinsame Maschinengehäuse9 im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf. Das gemeinsame Maschinengehäuse9 kann somit mehrteilig aufgebaut sein. -
4 zeigt in einer dreidimensionalen, schematischen, halbtransparenten Darstellung ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein Antriebssystem für ein Fahrzeug. Im Wesentlichen sind in das gemeinsame Maschinengehäuse9 die Brennkraftmaschine2 mit den Abgassträngen3 ,3' , den Kolben13 ,13' , dem Kurbeltrieb14 und der Abtriebswelle6 , sowie die Maschine4 und der Generator5 integriert. Der Wärmefluss im gemeinsamen Maschinengehäuse ist im Bereich des Zylinderkopfes durch einen Pfeil schematisch dargestellt. - Der gemeinsame Kühlkreislauf
8 der Brennkraftmaschine und der Maschine4 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Besonders bevorzugt ist der Generator5 ein Kurbelwellenstartergenerator, der als Stromerzeuger und Starter gleichzeitig fungiert. Da die Maschine4 im Ausführungsbeispiel eine schematische Stirlingmaschine ist, jedoch auch eine Dampfmaschine oder eine Turbine sein kann, sind die Kolben der Stirlingmaschine nicht beziffert. Weiterhin sind die Steuerungseinrichtungen und die elektrischen Leitungen nebst Leistungsflüssen nicht skizziert. Diese Aufgaben werden nach dem üblichen Stand der Technik gelöst. - Durch die erfindungsgemäße Integration der Leistungswandlung, bei dem sich die unterschiedlichen Wandlungsprinzipien zusätzlich synergetisch ergänzen, ist ein insgesamt sehr hoher Wirkungsgrad des Gesamtsystems zu erzielen, der sich an dem Gesamtwirkungsgrad von stationären Kraftwerken in der Stromerzeugung annähern oder sogar bei der Berücksichtigung der vermiedenen Netzverluste höher anzusiedeln sein dürfte.
- Zum Schluss sei noch darauf hingewiesen, dass es prinzipiell auch möglich ist, zumindest einen thermoelektrischen Generator
7 an den Abgasstrang3 ,3' zwischen der Brennkraftmaschine2 und der Maschine4 anzuordnen. Somit können thermoelektrische Generatoren7 in Strömungsrichtung des Abgases entweder nur nach und/oder vor der Maschine4 angeordnet werden, was abhängig vom Gesamtantriebssystem1 jeweils Vor- und/oder Nachteile erbringen kann, auf alle Fälle jedoch für eine Gesamtantriebssystemfeinoptimierung fallspezifisch zum Einsatz kommen kann. - Insgesamt ergeben sich nochmals folgende prägnanten Vorteile:
- - Deutliche Wirkungsgradsteigerung des Gesamtsystems durch Integration der Leistungswandlung in synergetischer Kaskadenschaltung in einem gemeinsamen Maschinengehäuse.
- - Minimierung des konstruktiven Aufwandes für das gemeinsame Maschinengehäuse und somit der Kosten, des Gewichtes, des Bauraumbedarfs und die Fehleranfälligkeit werden durch die vereinfachte Konstruktion reduziert.
Claims (5)
- Antriebssystem (1) für ein Fahrzeug, bestehend aus einer Brennkraftmaschine (2) mit einem Abgasstrang (3), mit der Abgas erzeugbar ist und durch den Abgasstrang (3) abführbar ist, einer Maschine (4), mit der die Abgasenergie in mechanische Leistung und/oder elektrische Leistung wandelbar ist und einem als Antriebseinheit betreibbaren Generator (5), wobei zumindest der Generator (5) an eine Abtriebswelle (6) der Brennkraftmaschine (2) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet dass zumindest die Brennkraftmaschine (2) und die Maschine (4) in einem gemeinsamen Maschinengehäuse (9) angeordnet sind und zumindest ein Thermoelektrischer Generator (TEG) (7) in einer Wärmeflussrichtung im gemeinsamen Maschinengehäuses (9) von heiß nach kalt hinter der Maschine (4) in oder an das gemeinsame Maschinengehäuse (9) und/oder an den Abgasstrang (3) anordenbar ist.
- Antriebssystem nach
Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (5) in das gemeinsame Maschinengehäuse (9) integriert ist. - Antriebssystem nach
Patentanspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für die Brennkraftmaschine (2) und die Maschine (4) ein gemeinsamer Kühlkreislauf vorgesehen ist. - Antriebssystem nach einem der
Patentansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (5) ein Kurbelwellenstartergenerator ist. - Antriebssystem nach zumindest einem der
Patentansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (4) eine Stirlingmaschine oder eine Dampfmaschine oder eine Turbine ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009020422.9A DE102009020422B4 (de) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | Antriebssystem für ein Fahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009020422.9A DE102009020422B4 (de) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | Antriebssystem für ein Fahrzeug |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009020422A1 DE102009020422A1 (de) | 2010-11-11 |
DE102009020422B4 true DE102009020422B4 (de) | 2019-08-29 |
Family
ID=42932473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009020422.9A Active DE102009020422B4 (de) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | Antriebssystem für ein Fahrzeug |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102009020422B4 (de) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103635340A (zh) * | 2011-04-25 | 2014-03-12 | 高节能有限责任公司 | 具有多个能量子系统的混合动力汽车 |
AT512850B1 (de) * | 2012-05-10 | 2017-11-15 | Avl List Gmbh | Range-Extender-System, insbesondere für ein Kraftfahrzeug |
CN113567879B (zh) * | 2021-07-19 | 2022-05-06 | 西安交通大学 | 一种动静态转换小型核电源实验装置 |
CN113602104A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-11-05 | 合众新能源汽车有限公司 | 增程器以及增程式电动车 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070017223A1 (en) * | 2004-09-21 | 2007-01-25 | John Wootton | Method and apparatus for improving the energy conversion efficiency of electrical power generators |
DE102006019282A1 (de) * | 2006-04-26 | 2007-10-31 | Bayerische Motoren Werke Ag | Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine |
DE102007054197A1 (de) * | 2007-11-14 | 2009-05-20 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Antriebssystem für ein Fahrzeug |
-
2009
- 2009-05-08 DE DE102009020422.9A patent/DE102009020422B4/de active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070017223A1 (en) * | 2004-09-21 | 2007-01-25 | John Wootton | Method and apparatus for improving the energy conversion efficiency of electrical power generators |
DE102006019282A1 (de) * | 2006-04-26 | 2007-10-31 | Bayerische Motoren Werke Ag | Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine |
DE102007054197A1 (de) * | 2007-11-14 | 2009-05-20 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Antriebssystem für ein Fahrzeug |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102009020422A1 (de) | 2010-11-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102006057247A1 (de) | Aufladeeinrichtung | |
DE102014017631A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines elektromotorisch unterstützten Abgasturboladers eines Kraftfahrzeugs | |
DE102007062598A1 (de) | Nutzung einer Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine | |
DE102010047518A1 (de) | Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine | |
DE102009020422B4 (de) | Antriebssystem für ein Fahrzeug | |
DE102015215518A1 (de) | System zur Energierückgewinnung aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine | |
WO2010000284A2 (de) | Abgasenergienutzung mittels geschlossenem dampfkraftprozess | |
WO2012156175A2 (de) | Vorrichtung und verfahren zur nutzung der abwärme einer brennkraftmaschine | |
DE102010049916A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Abwärmenutzung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine | |
DE102007026869A1 (de) | Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Kühlvorrichtung | |
DE102015016783A1 (de) | Vorrichtung zur Gewinnung von Energie aus Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs | |
DE102012019967A1 (de) | Aufladeeinrichtung für Brennkraftmaschinen | |
DE102011116425A1 (de) | Reichweitenverlängerungsmodul eines elektrisch betreibbaren Fahrzeuges, mit zumindest einer Verbrennungskraftmaschine und einem mit dieser gekoppelten Generator sowie dessen Anwendung | |
DE102017116799B4 (de) | Verfahren zum Betrieb einer Wärmekraftmaschine | |
DE102006043518A1 (de) | Autarke Energieerzeugungseinheit für ein von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenes Fahrzeug | |
DE102010029972A1 (de) | Verbrennungsmotor für Wasserstoff mit hohem Wirkungsgrad | |
DE102009020421B4 (de) | Antriebssystem für ein Fahrzeug | |
DE102012220893A1 (de) | Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer Abwärmenutzungseinheit | |
DE102018003403A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Ausnutzung der Abwärme der Verbrennungsgase eines Verbrennungsmotors | |
DE102017011851A1 (de) | Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie aus Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine | |
DE102006044004B3 (de) | Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung | |
DE102013213836A1 (de) | Expansionsmaschine | |
WO2012159830A1 (de) | Hybridfahrzeug und verfahren zum betreiben eines hybridfahrzeugs | |
EP2733339B1 (de) | Vorrichtung zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine | |
DE102015007858A1 (de) | Abwärmenutzungsvorrichtung und Fahrzeug |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |