DE102011006729A1

DE102011006729A1 - Generatorvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011006729A1
Application number: DE102011006729A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schneider
Original assignee: Roechling Automotive AG and Co KG; Roechling Automotive SE and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive AG and Co KG; Roechling Automotive SE and Co KG
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: DE102011006729B4

Abstract

Generatorvorrichtung (4) für ein Fahrzeug (2), umfassend ein Flügelrad (6) und einen Generator, wobei das Flügelrad (6) in einem Gasströmungsweg angeordnet ist und derart in Wirkzusammenhang mit dem Generator (8) steht, dass das Flügelrad (6) durch die Bewegungsenergie von entlang des Gasströmungswegs strömendem Gas unter Erzeugung von elektrischer Energie am Generator (8) generatorisch betreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Generatorvorrichtung für ein Fahrzeug zur Erzeugung von elektrischer Energie in diesem.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Generatorvorrichtungen für Fahrzeuge bekannt. Insbesondere werden in durch Brennkraftmaschinen angetriebenen Fahrzeugen sogenannte Lichtmaschinen als Generatorvorrichtungen zur Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt. Lichtmaschinen umfassen einen Generator, welcher mit einer Ausgangswelle einer das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine derart gekoppelt ist, dass eine Drehbewegung der Ausgangswelle einen Rotor der Lichtmaschine in Rotation versetzt. Als Generatoren haben sich hierbei insbesondere Klauenpolgeneratoren wegen ihrer robuster Bauart und wirtschaftlichen Herstellbarkeit durchgesetzt. Zum Laden einer Batterie oder zur Versorgung von in dem Fahrzeug vorgesehenen Verbrauchern, wie beispielsweise Bordelektronik oder Scheinwerfern, wird im Allgemeinen der von der Lichtmaschine erzeugte Wechselstrom von einem Gleichrichter in Gleichstrom gewandelt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Generatorvorrichtungen für ein Fahrzeug wandeln also durch Verbrennung eines Kraftstoffes bereitgestellte mechanische Energie in elektrische Energie um, so dass die dabei umgewandelte Energie nicht als Antriebsenergie für das Fahrzeug zur Verfügung steht.
Es ist ferner bekannt, in zumindest teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen im Antriebsstrang eingesetzte Elektromotoren unter Rückgewinnung von Bremsenergie generatorisch zu betreiben. Weiterhin ist es bekannt. Bremsenergie unter Verwendung von kinetischen Energiespeichern wie Schwungrädern zurückzugewinnen.
Die bekannten Generatorvorrichtungen stehen einem ständig wachsenden Bedarf von im Fahrzeug verfügbarer elektrischer Energie gegenüber, beispielsweise aufgrund immer leistungsstärkerer Bordelektronik zur Erhöhung des Fahrtkomforts und eines zunehmenden Einsatzes elektromotorischer Antriebe, den sie jedoch nur in begrenztem Umfang befriedigen können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Generatorvorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die die im Fahrzeug verfügbare elektrische Leistung erhöht, ohne dadurch den Kraftstoffverbrauch zu steigern, oder/und die den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs senkt, ohne dadurch die im Fahrzeug verfügbare elektrische Leistung zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch eine Generatorvorrichtung für ein Fahrzeug gelöst, welche ein Flügelrad und einen Generator umfasst, wobei das Flügelrad in einem Gasströmungsweg angeordnet ist und derart in Wirkzusammenhang mit dem Generator steht, dass der Generator durch die Bewegungsenergie von entlang des Gasströmungswegs strömendem Gas mittels des Flügelrads unter Erzeugung von elektrischer Energie am Generator generatorisch betreibbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei zunächst die Beobachtung zugrunde, dass bei den herkömmlichen Generatorvorrichtungen selbst in Betriebszuständen, in denen keine Antriebsleistung benötigt wird, insbesondere im Motorbremsbetrieb oder/und bei einer Verzögerung des Fahrzeugs, in dem Fahrzeug benötigte elektrische Energie ausschließlich durch Umwandlung von von der Brennkraftmaschine bereitgestellter mechanischer Energie erzeugt wird. Gleichzeitig wird die Bewegungsenergie des Fahrzeugs, insbesondere durch an den Reifen verrichtete Walkarbeit, durch Rollreibung und den Strömungswiderstand eines das Fahrzeug umgebenden Gases, ungenutzt dissipativ verringert. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, einen Teil der ansonsten ungenutzt bleibenden dissipierten Energie durch Umwandeln von kinetischer Strömungsenergie von relativ zu dem Fahrzeug strömendem Gas in elektrische Energie zurückzugewinnen. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft im Falle einer Verzögerungsabsicht eines Fahrers des Fahrzeugs, im Bremsbetrieb, im Motorbremsbetrieb oder/und bei Bergabfahrten anwendbar. Die erfindungsgemäße Generatorvorrichtung kann aber auch in anderen Betriebszuständen vorteilhaft eingesetzt werden. Eine Energierückgewinnung kann erfindungsgemäß insbesondere dadurch erreicht werden, dass entlang des Fahrzeugs oder in dem Fahrzeug strömendes Gas – wie beispielsweise Fahrtwind, zur Kühlung von Motorteilen oder anderer Bauteile verwendetes Gas oder Abgas – zum Antreiben einer dadurch generatorisch betriebenen Generatorvorrichtung in dem Fahrzeug verwendet wird, wodurch ein Teil der Relativbewegungsenergie des Gases in nutzbare elektrische Energie gewandelt werden kann.
Es ist hervorzuheben, dass die erfindungsgemäße Generatorvorrichtung vorteilhaft in in einer Atmosphäre betreibbaren Fahrzeugen mit beliebigem Antriebssystem einsetzbar ist, insbesondere auch in durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugen, in zumindest teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen und in Fahrzeugen mit Hybridantrieb.
Der Generator ist durch die Bewegungsenergie von entlang des Gasströmungswegs strömendem Gas antreibbar. Er kann integral mit dem Flügelrad ausgebildet sein. Das Flügelrad kann einen radial inneren Bereich umfassen, welcher Magnete aufweist und den Rotor des Generators bildet. Vorzugsweise ist das Flügelrad jedoch separat von dem Rotor des Generators ausgebildet und auf einer Antriebswelle des drehfest Generators montiert, so dass das Flügelrad, wenn es von entlang des Gasströmungswegs strömendem Gas in Drehung versetzt ist, den Rotor des Generators antreibt. Der Generator kann Permanent- oder/und Elektromagnete umfassen. Er kann ein selbsterregter Generator sein und kann Ein- oder Mehrphasenwechselstrom erzeugen. Ferner kann ein Gleichrichter bereitgestellt sein, um die in Kraftfahrzeugen üblicherweise verwendete Gleichspannung bereitzustellen.
Vorzugsweise wird im Betrieb der erfindungsgemäßen Generatorvorrichtung eine Geschwindigkeit des entlang des Gasströmungswegs strömenden Gases relativ zu einem die Generatorvorrichtung tragenden Fahrzeug durch eine Bewegung des Fahrzeugs relativ zu einem Untergrund des Fahrzeugs bewirkt. Dies ermöglicht es, während einer Fahrt des Fahrzeugs einen Teil der Bewegungsenergie des Gases zum Antreiben des Generators und zur Bereitstellung elektrischer Energie zu verwenden.
In dem Gasströmungsweg ist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine angeordnet, die insbesondere durch entlang des Gasströmungswegs strömendes Gas kühlbar ist. Durch die Brennkraftmaschine kann eine Bewegung des Fahrzeugs und dadurch eine Bewegung des Gases in dem Gasströmungsweg relativ zu dem Fahrzeug bewirkt werden.
Das Gas ist vorzugsweise Luft, insbesondere aus der direkten Umgebung des Fahrzeugs, und noch bevorzugter Fahrtwind, so dass die aus einer Relativbewegung von Fahrzeug und dem das Fahrzeug umgebenden Gas resultierende Bewegungsenergie des Gases nutzbar gemacht werden kann. Das Gas kann aber, insbesondere bei Einsatz der erfindungsgemäßen Generatorvorrichtung in einem durch eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung angetriebenen Fahrzeug, auch ein Luft-Abgas-Gemisch sein. Es ist ferner insbesondere im Falle eines durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs auch denkbar, dass das Gas ein Abgas ist oder/und dass das Flügelrad der erfindungsgemäßen Generatorvorrichtung in einem Abgasstrang angeordnet ist. Das Flügelrad kann aber auch in einem Ansaugtrakt von einem darin strömenden Frischgas antreibbar angeordnet sein. Das Flügelrad kann insbesondere an einem Turbolader angeordnet sein. Es kann beispielsweise mit dem Rotor einer in einem Turbolader vorgesehenen Turbine oder eines in dem Turbolader vorgesehenen Verdichters gekoppelt sein, vorzugsweise wegen der hohen Turboladerwellendrehzahlen unter Zwischenschaltung eines Drehzahl-untersetzenden Getriebes. Vorzugsweise ist das Flügelrad jedoch ein Flügelrad eines Kühlerlüfters, wie unten weiter ausgeführt wird.
Zur Regulierung des die Generatorvorrichtung antreibenden Gasstroms und der durch den Generator bereitgestellten elektrischen Leistung sowie zur Kühlung der in dem Gasströmungswegs optional vorgesehenen Brennkraftmaschine können ein erstes und gewünschtenfalls zusätzlich ein zweites Ventil in dem Gasströmungsweg angeordnet sein. In dem Gasströmungsweg ist bevorzugt ein erstes Ventil angeordnet, das dazu ausgebildet ist, einen Strömungsquerschnitt des Gasströmungswegs betragsmäßig zu verändern. Dadurch ist es möglich, die entlang des Gasströmungswegs pro Zeiteinheit strömende Gasmenge einzustellen oder diese Gasmenge, vorteilhafterweise unter Verwendung geeigneter Sensor- und Rechenmittel, zu regeln/steuern und die von dem Generator bereitgestellte elektrische Leistung, gewünschtenfalls in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Fahrzeugs, zu regeln/steuern.
Das erste Ventil umfasst vorzugsweise eine Luftklappenanordnung, welche eine oder mehrere Luftklappen aufweisen kann. Eine Luftklappenanordnung ermöglicht in besonders einfacher und wirksamer Weise eine Veränderung des Strömungsquerschnitts des ersten Ventils. Sie erfordert einen geringen Wartungsaufwand und ist wirtschaftlich herstellbar.
In dem Gasströmungsweg kann stromabwärts von dem ersten Ventil ferner vorzugsweise ein zweites Ventil angeordnet sein. Das zweite Ventil ermöglicht eine weiter verbesserte Regulierung des Gasmassenstroms entlang des Gasströmungswegs und eine verbesserte Kühlung der in dem Gasströmungsweg optional vorgesehenen Brennkraftmaschine.
Um zum Antreiben des Generators einen möglichst hohen auf das Flügelrad einwirkenden Druck erzeugen zu können, ist das erste Ventil vorzugsweise in einem ersten Bereich des Gasströmungswegs angeordnet, in welchem ein hoher Gasdruck herrscht, und ist das zweite Ventil vorzugsweise in einem zweiten Bereich des Gasströmungswegs angeordnet, in welchem ein relativ dazu geringer Gasdruck herrscht. Der im Fahrbetrieb des Fahrzeugs erzeugte Druckunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich bewirkt dann, wenn das erste Ventil einen von Null verschiedenen Strömungsquerschnitt aufweist, einen Gasstrom von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich.
Das erste Ventil ist vorzugsweise in Fahrtrichtung an der Vorderseite des Fahrzeugs in der Fahrzeugkarosserie, noch bevorzugter nahe eines Kühlergrills, ausgebildet. Das zweite Ventil ist hingegen vorzugsweise im Unterboden des Fahrzeugs ausgebildet. Noch bevorzugter ist das zweite Ventil in einem Abschnitt des Unterbodens angeordnet, wo der statische Gasdruck aufgrund hoher Geschindigkeiten des im Fahrzustand außerhalb des Fahrzeugs am Unterboden entlangströmenden Gases verglichen mit anderen Unterbodenabschnitten klein oder sogar minimal ist. Ferner ist bevorzugt, dass das zweite Ventil eine Hutze umfasst. Eine Hutze ermöglicht in strömungsmechanisch vorteilhafter, weil mit nur geringen Strömungsverlusten behafteter Weise den Auslass von Gas aus dem Gasströmungsweg. Sie ist kostengünstig anfertigbar und erlaubt eine optisch ansprechende Ausgestaltung des zweiten Ventils. Vorzugsweise ist die Hutze im Unterboden des Fahrzeugs ausgebildet. Auf diese Weise kann ein Ein- bzw. Auslass des Gasströmungswegs in der Fahrzeugkarosserie für Benutzer des Fahrzeugs und andere Verkehrsteilnehmer unsichtbar angeordnet werden. Ferner kann aufgrund des Unterdrucks gegenüber dem ersten Bereich in dem Gasströmungsweg vorhandenes Gas durch geeignetes Vergrößern des Strömungsquerschnitts des zweiten Ventils durch das zweite Ventil hindurch aus dem Strömungsweg heraus befördert werden, ohne dass es nötig ist, dafür einen Lüfter einzusetzen.
Eine Kühlung der optional vorgesehenen Brennkraftmaschine kann direkt durch entlang des Gasströmungswegs strömendes Gas oder indirekt durch ein anderes Kühlmedium erfolgen, welches durch entlang des Gasströmungswegs strömendes Gas gekühlt wird. Insbesondere ist die Brennkraftmaschine vorzugsweise durch einen mit einem Kühlmedium, vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit, betriebenen Kühlkreislauf kühlbar. Als Kühlflüssigkeit kommen wegen seiner hohen Wärmekapazität bevorzugt Wasser und wegen ihrer niedrigen Gefrierpunkte und ebenfalls vergleichweise hohen Wärmekapazitäten Glykol und Glykol-Wasser-Gemische in Betracht. Dadurch kann eine noch wirksamere Kühlung der Brennkraftmaschine erreicht werden.
Im Falle einer Flüssigkeitskühlung ist in dem Gasströmungsweg vorzugsweise ein gesondert von der Brennkraftmaschine ausgebildeter Kühler (Wärmetauscher) des Kühlkreislaufs angeordnet, der vorzugsweise von entlang des Gasströmungswegs strömendem Gas durchströmbar angeordnet ist, so dass die zum Kontakt mit dem Gas bestimmte Fläche des Wärmetauschers und damit eine an das Gas abgegebene Wärmemenge pro Zeiteinheit vergrößert werden. Der Kühler gibt von dem Kühlmedium aufgenommene Abwärme der Brennkraftmaschine an entlang des Gasströmungswegs strömendes Gas ab.
Um in jedem Betriebszustand des Fahrzeugs eine wirkungsvolle Kühlung der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, umfasst die Generatorvorrichtung vorzugsweise einen Kühlerlüfter, der eine Bewegung von Gas entlang des Gasströmungswegs bewirken kann. Der Kühlerlüfter ist vorzugsweise in dem Gasströmungsweg dem Kühler benachbart angeordnet. Noch bevorzugter ist der Kühlerlüfter dem Kühler stromabwärts benachbart angeordnet, um eine Gasum- oder/und -durchströmung des Kühlers nicht zu behindern.
Das Flügelrad ist vorzugsweise ein Flügelrad des Kühlerlüfters. Auf diese Weise kann das Flügelrad sowohl zum Erzwingen eines Gasstroms in der Gasströmungweg als auch, wenn ein natürlicher Gasstrom in dem Gasströmungweg vorhanden ist, zum Antreiben des Generators verwendet werden, so dass die Anzahl der Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und damit verbundene Herstellungs- und Montagekosten reduziert werden können. Um in jedem Betriebszustand des Fahrzeugs und insbesondere auch bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten oder im Haltezustand eine noch wirksamere Kühlung der Brennkraftmaschine zu gewährleisten, ist das Flügelrad vorzugsweise durch einen Elektromotor zur Drehung antreibbar, so dass durch die Brennkraftmaschine erwärmtes Gas entlang des Gasströmungswegs zu dem zweiten Ventil hin befördert werden und das Fahrzeug durch dieses hindurch verlassen kann. Die Drehzahl des Elektromotors ist vorzugsweise in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine regelbar/steuerbar. Dadurch kann die pro Zeiteinheit entlang des Gasströmungswegs bewegte Gasmenge eingestellt werden.
Vorzugsweise ist der Elektromotor auch als der Generator betreibbar. Die das Flügelrad und den Elektromotor umfassende Baugruppe kann dann sowohl zur Beförderung von Gas entlang des Gasströmungswegs, insbesondere zur Kühlung der Brennkraftmaschine, als auch zur Erzeugung von elektrischer Energie aus der Bewegungsenergie von entlang des Gasströmungswegs strömendem Gas, insbesondere in einem Verzögerungszustand des Fahrzeugs, eingesetzt werden. Dadurch können die Anzahl der Bauteile und Baugruppen der vorliegenden Erfindung und der damit verbundene Montageaufwand und die mit der Fertigung verbundenen Kosten erheblich reduziert werden. Ferner können dadurch die Abmaße der erfindungsgemäßen Vorrichtung reduziert werden.
Wenn entlang des Gasströmungsweg strömendes Gas von der Brennkraftmaschine aufgenommene Wärme von dieser abtransportiert, kann allein durch Einstellen geeigneter Strömungsquerschnitte des ersten und des zweiten Ventils eine Kühlung des Motors bewirkt werden. Auf diese Weise kann die zur Bewegung des Gases entlang des Gasströmungswegs erforderliche Lüfterleistung kraftstoffeinsparend reduziert werden.
Zur verbesserten Kühlung der Brennkraftmaschine ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wenigstens eines von dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil in Abhängigkeit von einem Kühlbedarf der Brennkraftmaschine regelbar oder steuerbar. Dazu können die Strömungsquerschnitte der beiden Ventile und damit die Menge des die Brennkraftmaschine pro Zeiteinheit direkt oder indirekt, also durch Kühlung einer Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine, kühlenden Gases so eingestellt werden, dass eine hinreichende Kühlung der Brennkraftmaschine gewährleistet ist. Der Kühlbedarf der Brennkraftmaschine kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer Temperatur eines Betriebsfluids der Brennkraftmaschine, wie etwa eines Schmierstoffs, einer Kühlflüssigkeit, eines Abgases oder/und des entlang des Gasströmungswegs strömenden Gases unter Verwendung geeigneter Sensormittel bestimmt werden.
Ferner ist vorzugsweise eine Kühlbedarfsschwelle vorbestimmt, so dass beispielsweise ein Einstellen der Strömungsquerschnitte des ersten oder/und des zweiten Ventils in Abhängigkeit von einem Überschreiten oder Unterschreiten der Schwelle möglich ist. Die Kühlbedarfsschwelle kann beispielsweise ein Wert einer Öltemperatur sein, oberhalb der die Brennkraftmaschine gekühlt werden sollte, um eine Funktionsbeeinträchtigung oder Beschädigung der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Die Kühlbedarfsschwelle kann ein fester vorbestimmter Wert sein oder aber aufgrund eines Kenndatenfeldes oder einer anderen Zuordnungsvorschrift in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern des Fahrzeugs, wie etwa Fahrzeuggeschwindigkeit oder Kühlmediumtemperatur, ermittelbar sein.
In Weiterbildung der vorliegenden Erfindung können die Strömungsquerschnitte des ersten oder/und des zweiten Ventils in Abhängigkeit davon eingestellt werden, ob die vorbestimmte Kühlbedarfsschwelle überschritten ist oder nicht. Insbesondere wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass das zweite Ventil bei einem unterhalb der vorbestimmten Kühlbedarfsschwelle liegenden Kühlbedarf der Brennkraftmaschine einen von Null verschiedenen Strömungsquerschnitt aufweist und das erste Ventil einen Strömungsquerschnitt von im Wesentlichen Null aufweist. Dadurch ist es insbesondere dann, wenn das bevorzugt stromabwärts des ersten Ventils angeordnete zweite Ventil auch stromabwärts einer in dem Gasströmungsweg angeordneten Brennkraftmaschine bereitgestellt ist, möglich, bei einem geringen Kühlbedarf der Brennkraftmaschine eine Kühlung der Brennkraftmaschine allein durch Vergrößern des Strömungsquerschnitts des ersten Ventils zu erreichen, wodurch der Regelungs-/Steuerungsaufwand für das zweite Ventil reduziert wird und der Energiebedarf des Kühlerlüfters auf Null gesenkt oder zumindest reduziert werden kann. Insbesondere dann, wenn das zweite Ventil im Fahrzeugunterboden vorgesehen ist, wird bei bewegtem Fahrzeug durch eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts des zweiten Ventils in dem Gasströmungsweg ein statischer Unterdruck an dem zweiten Ventil erzeugt, so dass stromaufwärts von dem zweiten Ventil befindliches Gas von der Brennkraftmaschine entlang des Gasströmungswegs und durch das zweite Ventil hindurch aus dem Fahrzeug strömt. Wenn die dazu erforderliche Druckdifferenz, insbesondere bei geringeren Fahrzeuggeschwindigkeiten, nicht groß genug sein sollte, kann zusätzlich zu einer Vergrößerung des Strömungsquerschnitts des zweiten Ventils das Flügelrad mit reduzierter Leistung zur Drehung angetrieben wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen bei einem oberhalb der vorbestimmten Kühlbedarfsschwelle liegenden Kühlbedarf der Brennkraftmaschine das erste Ventil und das zweite Ventil jeweils von Null verschiedene Strömungsquerschnitte auf. Auf diese Weise kann eine größere Gasmenge pro Zeiteinheit der Brennkraftmaschine zur Kühlung zugeführt werden, wodurch die Brennkraftmaschine noch wirksamer gekühlt werden kann. Gleichzeitig kann dadurch der Energieverbrauch des Lüfters auf Null gesenkt oder zumindest verringert werden.
Im Hinblick auf die oben angesprochene angestrebte Rückgewinnung von Bewegungsenergie weisen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das erste Ventil und das zweite Ventil unabhängig vom Kühlbedarf der Brennkraftmaschine bei Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine oder/und bei Verzögerung des die Brennkraftmaschine tragenden Fahrzeugs jeweils von Null verschiedene Strömungsquerschnitte auf. Dadurch wird ermöglicht, dass zumindest ein Teil der Bewegungsenergie der das Fahrzeug umströmenden Luft im Motorbremsbetrieb oder/und bei einer Verzögerung des Fahrzeugs in nutzbare elektrische Energie gewandelt werden kann. Durch das Öffnen beider Ventile kann Gas von außerhalb des Fahrzeugs in den Gasströmungsweg eintreten und das darin angeordnete Flügelrad generatorisch antreiben. Die dabei erzeugte elektrische Energie kann in einem Akkumulator, einem Kondensator oder einem beliebigen anderen Energiespeicher gespeichert werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Figur näher beschrieben werden. Es stellt dar:
1 ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Generatorvorrichtung für ein Fahrzeug.
1 zeigt grobschematisch ein Fahrzeug 2 mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Generatorvorrichtung 4, die ein Flügelrad 6 und einen Generator 8 umfasst. Der Generator 8 kann ein selbsterregter Generator 8 sein, welcher vorzugsweise eine Mehrzahl von an dem Rotor 8a befestigten Permanentmagneten, gegebenenfalls eine an dem Rotor 8a angebrachte Feldspule sowie eine an dem Statur 8b angebrachte Erregerspule, und wenigstens eine ebenfalls an dem Statur 8b angebrachte Generatorwicklung umfasst.
Das Flügelrad 6 ist drehfest mit einer relativ zum Statur 8b des Generators 8 drehbaren Welle 9 verbunden, auf welcher es zentriert angeordnet ist. Die Welle 9 ist eine drehfest mit dem Rotor 8a des Generators 8 verbundene Eingangswelle. Eine Mehrzahl von an einer zentralen Nabe des Flügelrads 6 befestigten Flügelradflächen erstrecken sich von der Nabe aus im Wesentlichen radial auswärts. Die Flügelradflächen sind gegenüber einer im Wesentlichen senkrecht auf der Welle 9 stehenden Rotationsebene des Flügelrads 6 um einen von der Welle 9 ausgehenden Radiusstrahl verdreht angeordnet.
Die Generatorvorrichtung 4 umfasst ferner ein an einer Fahrzeugvorderseite 12 in der Fahrzeugkarosserie 14 bereitgestelltes erstes Ventil 10, welches eine eine Mehrzahl von Luftklappen 11 umfassende Luftklappenanordnung 16 umfasst und dazu ausgebildet ist, einen Strömungsquerschnitt des Gasströmungswegs betragsmäßig zu verändern. Der Strömungsquerschnitt des ersten Ventils 10 kann dazu durch gemeinsames Verschwenken der Luftklappen 11 um eine Luftklappenachse (nicht gezeigt) mittels geeigneter Stellmittel, vorzugsweise kontinuierlich, verändert werden. Eine stufenweise Verstellbarkeit ist jedoch ebenfalls denkbar. Die Generatorvorrichtung 4 umfasst ferner ein zweites Ventil 20, das eine in einem Unterboden 18 des Fahrzeugs 2 ausgebildete Hutze mit veränderbarem Strömungsquerschnitt aufweist, wobei auch der Strömungsquerschnitt des zweiten Ventils 20 betragsmäßig vorzugsweise kontinuierlich verstellbar ist, obwohl eine stufenartige Verstellbarkeit denkbar ist.
In dem Fahrzeug 2 ist ein Gasströmungsweg V1, V2, V3 und V4 ausgebildet, entlang welchem das erste Ventil 10, ein Kühler 24 (Wärmetauscher), das Flügelrad 6 und der Generator 8, ein Verbrennungsmotor 22 (Brennkraftmaschine) und ein zweites Ventil 20 in Stromabwärtsrichtung in dieser Reihenfolge angeordnet sein können. Das Flügelrad 6 ist ferner in einem elektromotorischen Betrieb des Generators 8 durch diesen zur Drehung derart antreibbar, dass es als Lüfter wirkt. Alternativ kann das Flügelrad 6 durch einen separat von dem Generator 8 ausgebildeten Elektromotor antreibbar sein. Damit kann im Falle einer natürlichen, also nicht durch Einsatz eines Lüfters erzwungenen, in dem Gasströmungsweg auftretenden Strömung diese Strömung über das Flügelrad 6 den Generator 8 generatorisch antreiben, wobei die natürliche Strömung gleichzeitig eine Kühlung des Kühlwassers im Kühler 24 und damit der Brennkraftmaschine 22 bewirkt. Bei Abwesenheit einer natürlichen Strömung oder wenn die natürliche Strömung in dem Gasströmungsweg für eine Kühlung des Kühlwassers im Kühler 24 nicht ausreicht, kann hingegen durch Betreiber des Kühlerlüfters und damit des Flügelrads 6, eine den Kühler 24 und damit die Brennkraftmaschine 22 kühlende Gasströmung in dem Gasströmungsweg erzwungen werden.
Der Verbrennungsmotor 22 ist durch entlang des Gasströmungswegs V1, V2, V3 und V4 strömendes Gas kühlbar. Der Verbrennungsmotor 22 ist zur Erhöhung der Kühlleistung vorzugsweise ferner durch einen mit Kühlflüssigkeit betriebenen Kühlkreislauf kühlbar, wobei die Kühlflüssigkeit durch die Gasströmung mittels des Kühlers 24 gekühlt wird. Der Kühler 24 ist ein in dem Gasströmungsweg gesondert von dem Verbrennungsmotor 22 ausgebildeter Wärmetauscher des Kühlkreislaufs und ist vorzugsweise von entlang des Gasströmungswegs strömendem Gas durchströmbar. Das Gas ist in der Regel Luft, im Falle eines fahrenden Fahrzeugs 2 insbesondere Fahrtwind, die bzw. der aus der Fahrzeugumgebung durch das erste Ventil 10 in den Gasströmungsweg gelangt. Der Gasströmungsweg ist so ausgebildet, dass dann, wenn das erste Ventil 10 geöffnet ist, also einen von Null verschiedenen Strömungsquerschnitt aufweist, Gas durch das erste Ventil 10 in den Gasströmungsweg strömen kann. Von dem ersten Ventil 10 strömt solches Gas zum Kühler 24, den es durchströmt, wobei Wärme von dem Kühler 24 auf das Gas übertragen wird. Das Gas strömt dann über die Flügelradflächen durch das Flügelrad 6, wobei es Bewegungsenergie auf das Flügelrad 6 übertragen und dessen Rotationsgeschwindigkeit erhöhen kann. Das Flügelrad 6 ist somit durch die Bewegungsenergie des entlang des Gasströmungswegs strömenden Gases unter Erzeugung von elektrischer Energie am Generator 8 generatorisch betreibbar. Die so erzeugte elektrische Energie kann nach einer Gleichrichtung Verbrauchern unmittelbar bereitgestellt oder aber in einem Akkumulator gespeichert werden.
Der Strömungsquerschnitt wenigstens eines Ventils aus dem ersten Ventil 10 und dem zweiten Ventil 20 kann in Abhängigkeit von einem Kühlbedarf des Verbrennungsmotors 22 regelbar oder steuerbar sein und bei dem ersten Ventil 10 beispielsweise durch Verschwenken von Luftklappen 11, wie vorangehend beschrieben, eingestellt werden. Der Kühlbedarf des Verbrennungsmotors 22 ist in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wie etwa der Temperatur wenigstens eines Betriebsfluids des Verbrennungsmotors 22, beispielsweise der Temperatur eines Motoröls, einer Kühlflüssigkeit oder eines Abgases, bestimmbar.
Wenigstens ein solcher Parameter wird durch einen geeigneten Sensor dann, wenn der Verbrennungsmotor 22 in Betrieb ist, vorzugsweise regelmäßig bestimmt. In Abhängigkeit des wenigstens einen bestimmten Parameters kann vorzugsweise mit Hilfe geeigneter Rechenmittel anhand eines in dem Fahrzeug 2 gespeicherten Kennfeldes bestimmt werden, ob eine vorbestimmte Kühlbedarfsschwelle überschritten ist oder nicht.
Wenn bestimmt wird, dass der Kühlbedarf des Verbrennungsmotors 22 unterhalb der Kühlbedarfsschwelle liegt, wird der Strömungsquerschnitt des zweiten Ventils 20 so eingestellt, dass er einen von Null verschiedenen Wert aufweist, also so, dass das Ventil 20 wenigstens teilweise geöffnet ist. Ferner wird dann der Strömungsquerschnitt des ersten Ventils 10 so eingestellt, dass er betragsmäßig im Wesentlichen gleich Null ist, das erste Ventil 10 also geschlossen ist.
Wenn hingegen bestimmt wird, dass der Kühlbedarf des Verbrennungsmotors 22 oberhalb der vorbestimmten Kühlbedarfsschwelle liegt, wird der Strömungsquerschnitt des zweiten Ventils 20 so eingestellt, dass er einen von Null verschiedenen Wert aufweist, und wird auch der Strömungsquerschnitt des ersten Ventils 10 so eingestellt, dass er einen von Null verschiedenen Wert aufweist.
In dem Fahrzeug 2 sind ferner Mittel zur Erfassung eines Motorbremsbetriebs des Verbrennungsmotors 22 sowie Mittel zur Erfassung einer Verzögerung des Fahrzeugs 2 oder/und einer Verzögerungsabsicht eines Fahrers des Fahrzeug 2 vorgesehen. Die Mittel zur Erfassung eines Motorbremsbetriebs stellen dann, wenn der Verbrennungsmotor 22 im Betrieb ist, vorzugsweise regelmäßig fest, ob der Verbrennungsmotor 22 in einem Motorbremsbetrieb betrieben wird. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit betragsmäßig von Null verschieden ist, erfassen die Mittel zur Erfassung einer Verzögerung des Fahrzeugs 2 oder/und einer Verzögerungsabsicht eines Fahrers des Fahrzeug 2, die insbesondere einen Bremspedal-Sensor zur Erfassung einer Stellung eines Bremspedals des Fahrzeugs 2 oder/und einen Gaspedal-Sensor zur Erfassung einer Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs 2 umfassen können, regelmäßig, ob das Fahrzeug 2 verzögert wird oder/und der Fahrer des Fahrzeug 2 eine Verzögerung des Fahrzeugs 2 beabsichtigt.
Wenn festgestellt wird, dass die Brennkraftmaschine im Motorbremsbetrieb betrieben wird oder/und das Fahrzeug 2 verzögert wird oder/und der Fahrer eine Verzögerung des Fahrzeugs 2 beabsichtigt, werden die Strömungsquerschnitte des ersten Ventils 10 und des zweiten Ventils 20 so eingestellt, dass sie jeweils einen von Null verschiedenen Wert aufweisen, Dadurch kann dann, wenn die Brennkraftmaschine 22 im Motorbremsbetrieb betrieben wird oder/und das Fahrzeug 2 verzögert wird oder/und der Fahrer eine Verzögerung des Fahrzeugs 2 beabsichtigt, durch das geöffnete erste Ventil 10 einströmendes Gas, insbesondere einströmender Fahrtwind, entlang des Gasströmungswegs zu dem Flügelrad B strömen und dadurch den Rotor 8a zur Rotation antreiben, so dass elektrische Energie erzeugt wird.

Claims

Generatorvorrichtung (4) für ein Fahrzeug (2), umfassend ein Flügelrad (6) und einen Generator, wobei das Flügelrad (6) in einem Gasströmungsweg angeordnet ist und derart in Wirkzusammenhang mit dem Generator (8) steht, dass der Generator (8) durch die Bewegungsenergie von entlang des Gasströmungswegs strömendem Gas mittels des Flügelrads (6) unter Erzeugung von elektrischer Energie am Generator (8) generatorisch antreibbar ist.
Generatorvorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Luft ist.
Generatorvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gasströmungsweg ein erstes Ventil (10) angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, einen Strömungsquerschnitt des Gasströmungswegs betragsmäßig zu verändern.
Generatorvorrichtung (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gasströmungsweg stromabwärts von dem ersten Ventil (10) ein zweites Ventil (20) angeordnet ist.
Generatorvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gasströmungsweg eine Brennkraftmaschine angeordnet ist, die vorzugsweise durch entlang des Gasströmungswegs strömendes Gas kühlbar ist.
Generatorvorrichtung (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine durch einen mit Kühlflüssigkeit betriebenen Kühlkreislauf kühlbar ist.
Generatorvorrichtung (4) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gasströmungsweg ein gesondert von der Brennkraftmaschine ausgebildeter Wärmetauscher (24) des Kühlkreislaufs vorzugsweise von entlang des Gasströmungswegs strömendem Gas durchströmbar angeordnet ist.
Generatorvorrichtung (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorvorrichtung (4) einen Kühlerlüfter umfasst, welcher in dem Gasströmungsweg dem Wärmetauscher (24) benachbart, vorzugsweise stromabwärts benachbart, vorgesehen ist.
Generatorvorrichtung (4) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (6) ein Flügelrad des Kühlerlüfters ist.
Generatorvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (6) durch einen Elektromotor zur Drehung antreibbar ist, der vorzugsweise auch als der Generator (8) betreibbar ist.
Generatorvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (10) eine Luftklappenanordnung (16) umfasst.
Generatorvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (20) eine vorzugsweise in einem Unterboden (18) eines Fahrzeugs (2) ausgebildete Hutze umfasst.
Generatorvorrichtung (4) nach Anspruch 4 unter Einbeziehung von Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines von dem ersten Ventil (10) und dem zweiten Ventil (20) in Abhängigkeit von einem Kühlbedarf der Brennkraftmaschine (22), insbesondere in Abhängigkeit von einer Temperatur eines Betriebsfluids der Brennkraftmaschine (22), wie etwa eines Schmierstoffs, einer Kühlflüssigkeit oder eines Abgases, regelbar oder steuerbar ist und dass eine Kühlbedarfsschwelle vorbestimmt ist.
Generatorvorrichtung (4) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem unterhalb der vorbestimmten Kühlbedarfsschwelle liegenden Kühlbedarf der Brennkraftmaschine (22) das zweite Ventil (20) einen von Null verschiedenen Strömungsquerschnitt aufweist und das erste Ventil (10) einen Strömungsquerschnitt von im Wesentlichen Null aufweist.
Generatorvorrichtung (4) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem oberhalb der vorbestimmten Kühlbedarfsschwelle liegenden Kühlbedarf der Brennkraftmaschine (22) das erste Ventil (10) und das zweite Ventil (20) jeweils von Null verschiedene Strömungsquerschnitte aufweisen.
Generatorvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig vom Kühlbedarf der Brennkraftmaschine (22) bei Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine (22) oder/und bei Verzögerung des die Brennkraftmaschine (22) tragenden Fahrzeugs (2) des erste Ventil (10) und das zweite Ventil (20) jeweils von Null verschiedene Strömungsquerschnitte aufweisen.
Generatorvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geschwindigkeit des entlang des Gasströmungswegs strömenden Gases relativ zu einem die Generatorvorrichtung (4) tragenden Fahrzeug durch eine Bewegung des Fahrzeugs (4) relativ zu einem Untergrund bewirkt wird.