DE102019133018A1

DE102019133018A1 - Vorrichtung zur Temperierung einer Komponente eines Verbrennungsmotors und/oder eines Abgassystems

Info

Publication number: DE102019133018A1
Application number: DE102019133018.1A
Authority: DE
Inventors: Joachim Froeschl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2021-06-10

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Temperierung einer Komponente eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors und/oder einer Komponente des Verbrennungsmotors beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Wärmekraftmaschine mit einem ersten Zylinder und einem ersten Kolben, wobei der erste Kolben innerhalb des ersten Zylinders zwischen einer Ausgangsposition und einer Expansionsposition bewegt werden kann. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine erste Wärmetauschereinheit und eine erste Einleiteinheit, die eingerichtet ist, ein Arbeitsfluid im flüssigen Zustand in die erste Wärmetauschereinheit zu führen. Die erste Wärmetauschereinheit ist eingerichtet, thermische Energie von der Komponente auf das Arbeitsfluid in dem flüssigen Zustand zu übertragen und das Arbeitsfluid in den gasförmigen Zustand zu überführen, so dass der erste Kolben durch das gasförmige Arbeitsfluid von der Ausgangsposition zu der Expansionsposition hin gedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, einer Komponente eines Verbrennungsmotors und/oder eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors.
Ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug, umfasst typischerweise ein Abgassystem, mit dem Abgase des Verbrennungsmotors verarbeitet, insbesondere gefiltert werden, bevor die Abgase in die Umgebung ausgestoßen werden. Das Abgassystem kann ein oder mehrere Abgasreinigungseinheiten, insbesondere einen Katalysator und/oder einen Partikelfilter, umfassen, die ausgebildet sind, die Abgase zu reinigen.
Die Abgase eines Verbrennungsmotors weisen typischerweise eine relativ hohe Temperatur auf, so dass die ein oder mehrere Abgasreinigungseinheiten im Betrieb des Abgassystems durch die Abgase aufgeheizt werden. Um einen zuverlässigen Betrieb der Abgasreinigungseinheiten aufrechtzuerhalten, kann es erforderlich sein, die ein oder mehreren Abgasreinigungseinheiten zu kühlen.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Komponente, insbesondere eine Abgasreinigungseinheit, eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors und/oder eine Komponente (z.B. einen Motor-Zylinder) eines Verbrennungsmotors in energieeffizienter und in zuverlässiger Weise zu kühlen.
Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, einer Komponente eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors und/oder einer Komponente des Verbrennungsmotors beschrieben. Beispielhafte Komponenten sind ein Katalysator des Abgassystems und/oder ein Motor-Zylinder des Verbrennungsmotors und/oder ein Abgas-Turbolader. Die Temperierung der Komponente kann indirekt durch die Temperierung der Abgase erfolgen. Die dem Abgassystem und/oder dem Verbrennungsmotor im Rahmen der Temperierung entzogene thermische Energie kann dazu genutzt werden, eine Wärmekraftmaschine der Vorrichtung anzutreiben, und dadurch die thermische Energie z.B. in elektrische Energie umzuwandeln.
Die Vorrichtung umfasst somit eine Wärmekraftmaschine (insbesondere nach dem Prinzip eines Stirlingmotors). Die Wärmekraftmaschine umfasst einen ersten Zylinder und einen ersten Kolben, wobei der erste Kolben innerhalb des ersten Zylinders zwischen einer Ausgangsposition und einer Expansionsposition bewegt werden kann (entlang der Längsrichtung des ersten Zylinders). Die Ausgangsposition kann z.B. an einem ersten Ende und die Expansionsposition an einem zweiten Ende des ersten Zylinders angeordnet sein.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine erste Wärmetauschereinheit. Die Wärmetauschereinheit kann an dem ersten Ende bzw. an der Ausgangsposition bzw. an der der Ausgangsposition zugewandten Ausgangseite des ersten Kolbens angeordnet sein. Die Wärmetauschereinheit kann ausgebildet sein, der zu temperierenden Komponente thermische Energie zu entziehen.
Außerdem umfasst die Vorrichtung eine erste Einleiteinheit, die eingerichtet ist, ein Arbeitsfluid (z.B. Wasser) im flüssigen Zustand in die erste Wärmetauschereinheit zu führen. Insbesondere kann die erste Einleiteinheit ausgebildet sein, das Arbeitsfluid in die Wärmetauschereinheit einzusprühen bzw. einzuspritzen. Die erste Einleiteinheit kann z.B. eine Einspritzdüse umfassen. Das Arbeitsfluid kann ein oder mehrere Bestandteile (z.B. Wasser und/oder Helium und/oder Wasserstoff) umfassen. Dabei kann der Phasenübergang zwischen dem flüssigen Zustand und dem gasförmigen Zustand ggf. nur für einen Teil bzw. nur für einen Bestandteil des Arbeitsfluids erfolgen (z.B. nur für das Wasser).
Die erste Wärmetauschereinheit kann eingerichtet sein, thermische Energie von der Komponente auf das Arbeitsfluid in dem flüssigen Zustand zu übertragen und das Arbeitsfluid (anhand der thermischen Energie der Komponente) in den gasförmigen Zustand zu überführen. Mit anderen Worten, die Vorrichtung kann ausgebildet sein, auf Basis der thermischen Energie der zu temperierenden Komponente einen Phasenübergang des Arbeitsfluids der Wärmekraftmaschine zu bewirken. Der Phasenübergang ermöglicht dabei die Aufnahme einer relativ großen Menge an thermischer Energie, und somit eine effiziente Temperierung der Komponente des Abgassystems und/oder des Verbrennungsmotors.
Die erste Wärmetauschereinheit kann insbesondere ausgebildet sein, Abgasen des Verbrennungsmotors thermische Energie zu entziehen, bevor die Abgase einen Katalysator des Abgassystems des Verbrennungsmotors erreichen. So kann eine zuverlässige Temperierung des Katalysators bewirkt werden. Alternativ oder ergänzend kann die erste Wärmetauschereinheit ausgebildet sein, einem Motor-Zylinder des Verbrennungsmotors thermische Energie zu entziehen. So kann eine zuverlässige Temperierung des Verbrennungsmotors bewirkt werden.
Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, den Phasenübergang des Arbeitsfluids derart zu bewirken, dass der erste Kolben durch das gasförmige Arbeitsfluid von der Ausgangsposition zu der Expansionsposition hin gedrückt wird. Insbesondere kann die Vorrichtung ausgebildet sein, das von der ersten Wärmetauschereinheit in den gasförmigen Zustand überführte Arbeitsfluid an der der Ausgangsposition zugewandten Ausgangsseite des ersten Kolbens in dem ersten Zylinder bereitzustellen. Aufgrund der Tatsache, dass das Arbeitsfluid im gasförmigen Zustand typischerweise ein deutlich größeres Volumen aufweist als im flüssigen Zustand kann ein signifikanter Druck auf die Ausgangseite des ersten Kolbens bewirkt werden, durch den der erste Kolben zu der Expansionsposition hin gedrückt wird.
Die Vorrichtung ermöglicht es, relativ hohe Menge an thermischer Energie von einer zu temperierenden Komponente des Abgassystems und/oder des Verbrennungsmotors aufzunehmen, und damit den Kolben einer Wärmekraftmaschine anzutreiben. So kann eine zuverlässige Temperierung der Komponente bewirkt werden. Des Weiteren kann so die Energieeffizienz eines Verbrennungsmotors erhöht werden. Insbesondere kann die Bewegung des ersten Kolbens für eine weitere Funktion genutzt werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung eine an dem ersten Zylinder angeordnete erste Spule umfassen, die ausgebildet ist, in Reaktion auf eine Bewegung des ersten Kolbens einen Strom zu generieren. Somit kann die aufgenommene thermische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden (z.B. um einen elektrischen Verbraucher eines Fahrzeugs zu betreiben).
Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, Arbeitsfluid im flüssigen Zustand an einer der Expansionsposition zugewandten Expansionsseite des ersten Kolbens aus dem ersten Zylinder zu leiten. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung an der der Expansionsposition zugewandten Expansionsseite des ersten Zylinders eine Mulde aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sich in der Mulde Arbeitsfluid im flüssigen Zustand sammelt. Das Arbeitsfluid im flüssigen Zustand kann dann aus der Mulde entnommen und aus dem ersten Zylinder geführt werden. Insbesondere kann die Vorrichtung eine erste Kreislauf-Leitung umfassen, die ausgebildet ist, Arbeitsfluid im flüssigen Zustand aus dem ersten Zylinder zurück zu der ersten Einleiteinheit zu führen. So kann eine besonders effiziente Temperierungs-Vorrichtung (insbesondere in Bezug auf die Wartung) bereitgestellt werden.
Die Wärmekraftmaschine umfasst typischerweise eine erste Überströmleitung für das Arbeitsfluid, wobei eine der Ausgangsposition zugewandte Ausgangsseite und eine der Expansionsposition zugewandte Expansionsseite der ersten Überströmleitung jeweils mit dem ersten Zylinder verbunden sind. Der erste Kolben kann in der Ausgangsposition derart innerhalb des ersten Zylinders angeordnet sein, dass der erste Kolben die Ausgangsseite der ersten Überströmleitung verschließt. So kann in zuverlässiger Weise ein Druck an der Ausgangsposition aufgebaut werden, um den ersten Kolben zu der Expansionsposition hin zu drücken.
Des Weiteren kann der erste Kolben in der Expansionsposition derart innerhalb des ersten Zylinders angeordnet sein, dass der erste Kolben weder die Ausgangsseite noch die Expansionsseite der ersten Überströmleitung verschließt, so dass Arbeitsfluid zum Druckausgleich von der der Ausgangsposition zugewandten Ausgangsseite des ersten Kolbens über die Überströmleitung zu der der Expansionsposition zugewandten Expansionsseite des ersten Kolbens gelangen kann (oder in umgekehrter Richtung). So kann bewirkt werden, dass Arbeitsfluid im flüssigen Zustand auf die Expansionsseite des ersten Kolbens gelangen (und dort aus dem ersten Zylinder entnommen werden) kann. Des Weiteren kann so bewirkt werden, dass der erste Kolben „kraftfrei“ gestellt wird, und (von dem zweiten Kolben der Wärmekraftmaschine) zurück in die Ausgangsposition gedrückt werden kann.
Die Vorrichtung kann eine Hilfs-Wärmetauschereinheit umfassen, die eingerichtet ist, thermische Energie von einer bzw. von der Komponente des Verbrennungsmotors und/oder des Abgassystems auf das Arbeitsfluid in der ersten Überströmleitung zu übertragen. Es kann somit eine Vor-Temperierung des Arbeitsfluids erfolgen. So kann die Effizienz der Vorrichtung weiter erhöht werden.
Die Vorrichtung kann eine Kühleinheit umfassen, die ausgebildet ist, dem Arbeitsfluid an der der Expansionsposition zugewandten Expansionsseite des ersten Kolbens thermische Energie zu entziehen. Dabei kann die Kühleinheit insbesondere eingerichtet sein, die dem Arbeitsfluid entzogene thermische Energie zumindest teilweise einer bzw. der Komponente des Verbrennungsmotors und/oder des Abgassystems zuzuführen. Durch die Bereitstellung einer Kühleinheit kann die Effizienz der Wärmekraftmaschine weiter erhöht werden. Des Weiteren kann so eine verbesserte Temperierung (insbesondere bei Inbetriebnahme) einer Komponente des Abgassystems und/oder des Verbrennungsmotors bewirkt werden.
Die Vorrichtung kann eine Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, zu bestimmen, dass der erste Kolben an der Ausgangsposition angeordnet ist und/oder (in naher Zukunft) an der Ausgangsposition angeordnet sein wird. Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein, in Reaktion darauf zu bewirken, dass durch die erste Einleiteinheit Arbeitsfluid in die Wärmetauschereinheit geleitet wird. Mit anderen Worten, die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Einleiten des Arbeitsfluids im flüssigen Zustand mit der Bewegung des ersten Kolbens zu synchronisieren. So können ein zuverlässiger und effizienter Betrieb der Wärmekraftmaschine und damit der Temperierungs-Vorrichtung bewirkt werden.
Die Wärmekraftmaschine ist typischerweise symmetrisch aufgebaut. Insbesondere kann die Wärmekraftmaschine einen zweiten Zylinder und einem zweiten, in dem zweiten Zylinder beweglich angeordneten, zweiten Kolben umfassen. Der zweite Zylinder kann entsprechend zu dem ersten Zylinder aufgebaut sein (z.B. mit einer zweiten Überströmleitung). Der erste Kolben und der zweite Kolben können derart miteinander gekoppelt sein (z.B. magnetisch gekoppelt sein), dass wenn sich der erste Kolben an der Ausgangsposition in dem ersten Zylinder befindet, sich der zweite Kolben an einer Expansionsposition in dem zweiten Zylinder befindet, und dass wenn sich der erste Kolben an der Expansionsposition in dem ersten Zylinder befindet, sich der zweite Kolben an einer Ausgangsposition in dem zweiten Zylinder befindet. Die Wärmkraftmaschine kann dann derart betrieben werden, dass die Kolben in den beiden Zylindern hin- und herbewegt werden (und dabei z.B. elektrischen Strom generieren).
Des Weiteren, kann die Vorrichtung eine zweite Wärmetauschereinheit umfassen. Ferner kann die Vorrichtung eine zweite Einleiteinheit umfassen, die eingerichtet ist, Arbeitsfluid im flüssigen Zustand in die zweite Wärmetauschereinheit zu führen. Die zweite Wärmetauschereinheit kann eingerichtet sein, thermische Energie von der Komponente auf das Arbeitsfluid zu übertragen und Arbeitsfluid im gasförmigen Zustand zu erzeugen, so dass der zweite Kolben durch das gasförmige Arbeitsfluid innerhalb des zweiten Zylinders von der Ausgangsposition zu der Expansionsposition hin gedrückt wird. Das Zuführen von Arbeitsfluid in die beiden Zylinder kann dabei abwechselnd erfolgen, um die Hin- und Herbewegung der Kolben zu bewirken. So kann eine besonders effiziente Temperierung der Komponente des Abgassystems und/oder des Verbrennungsmotors bewirkt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Temperierungs-Vorrichtung umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad oder eine Zugmaschine oder ein Traktor) beschrieben, das einen Verbrennungsmotor und das in diesem Dokument beschriebene Abgassystem und/oder die in diesem Dokument beschriebene Temperierungs-Vorrichtung umfasst. Dabei kann der Verbrennungsmotor ggf. als Range-Extender (z.B. für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug) betrieben werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt werden ein Blockheizkraftwerk, ein Wasserfahrzeug und/oder ein Schienenfahrzeug beschrieben, die jeweils einen Verbrennungsmotor und die in diesem Dokument beschriebene Temperierungs-Vorrichtung umfassen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 ein beispielhaftes Abgassystem eines Fahrzeugs;
2 eine beispielhafte Wärmekraftmaschine nach dem Prinzip eines Stirlingmotors;
3a eine beispielhafte Temperierungs-Vorrichtung mit einer Einspritzung eines Arbeitsfluids im flüssigen Zustand;
3b eine beispielhafte Temperierungs-Vorrichtung mit einem Kreislauf für das Arbeitsfluid im flüssigen Zustand;
3c eine beispielhafte Temperierungs-Vorrichtung mit schräg angeordneten Zylindern;
4 eine beispielhafte Temperierungs-Vorrichtung mit einem Anschluss an den Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors; und
5 eine beispielhafte Temperierungs-Vorrichtung mit einer Vorkühleinheit.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Kühlung eines Abgassystems. In diesem Zusammenhang zeigt 1 beispielhafte Komponenten eines Abgassystems 100 eines Fahrzeugs. Insbesondere zeigt 1 einen Verbrennungsmotor 101 des Fahrzeugs, wobei Abgase 143 der Verbrennung über den Ausgang 121 aus dem Brennraum des Verbrennungsmotors 101 gelangen.
Die Abgase 143 können dazu verwendet werden, einen Abgas-Turbolader bzw. Verdichter 113, 131 anzutreiben. Der Turbolader 113, 131, insbesondere der Verdichter 113, saugt Ladeluft 141 an, die in einem Ladeluftkühler 114 gekühlt und dem Verbrennungsmotor 101 zugeführt werden kann. Die Abgase des Verbrennungsmotors 101 werden typischerweise über eine Partikelfilter-Vorrichtung 150 und einen Katalysator 102 geführt und aus dem Fahrzeug 100 geleitet.
Die heißen Abgase 143 aus dem Verbrennungsmotor 101 führen zu einer Erwärmung der ein oder mehreren Abgasreinigungseinheiten 102, 150 des Abgassystems 100. Die Erwärmung der ein oder mehreren Abgasreinigungseinheiten 102, 150 kann durch eine Kühlung der Abgase 143 reduziert werden. Die Kühlung der Abgase 143 kann dabei in energieeffizienter Weise mittels einer Wärmekraftmaschine bewirkt werden. Insbesondere kann die thermische Energie der Abgase 143 dazu genutzt werden, eine Wärmekraftmaschine anzutreiben, z.B. um elektrische Energie zu erzeugen.
2 zeigt eine beispielhafte Wärmekraftmaschine 200. Die in 2 dargestellte Wärmekraftmaschine 200 weist einen ersten abgeschlossenen Arbeitsraum 214 auf, der einen ersten Zylinder 216 und eine erste Überströmleitung 218 umfasst. Des Weiteren weist die Wärmekraftmaschine 200 einen zweiten abgeschlossenen Arbeitsraum 220 auf, der einen zweiten Zylinder 222 und eine zweite Überströmleitung 224 umfasst. Die Zylinder 216, 222 sind in Längsrichtung (dargestellte durch die Pfeile) hintereinander und unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet.
In dem ersten Zylinder 216 ist ein erster Kolben 226 und in dem zweiten Zylinder 222 ist ein zweiter Kolben 228 in Längsrichtung verschiebbar gelagert. In den Arbeitsräumen 214, 220 befindet sich ein Arbeitsfluid. Zwischen den Zylindern 216, 222 ist eine gemeinsame Kühleinheit 230 vorgesehen, die das Arbeitsfluid jeweils in einem Kühlbereich 232, 234 des jeweiligen Arbeitsraumes 214, 220 abkühlen kann. An den entgegengesetzten Enden der Zylinder 216, 222 ist jeweils eine Heizeinheit 236, 238 angeordnet, die das Arbeitsfluid in jeweils einem Heizbereich 240, 242 des jeweiligen Arbeitsraumes 214, 220 erwärmen kann.
Die Kolben 226, 228 können jeweils in einer Expansionsrichtung (dargestellte durch die jeweiligen Pfeile) von einer Ausgangsposition an den voneinander entfernten Enden der Zylinder 216, 222 bzw. in den Heizbereichen 240, 242 in eine Expansionsposition in die Mitte bzw. in Richtung zu den jeweiligen Kühlbereichen 232, 234 bewegt werden. Beide Kolben 218, 220 können magnetisch ausgebildet und so angeordnet sein, dass sich die Magnetfelder der Kolben 226, 228 gegenseitig abstoßen.
Die Überströmleitungen 218, 224 münden jeweils mit einem ersten Ende, z.B. in der Mitte der jeweiligen Zylinder 216, 222, in die jeweiligen Zylinder 216, 222. Die zweiten Enden münden jeweils in die Kühlbereiche 232, 234 der Zylinder 216, 222.
An beiden Zylindern 216, 222 kann im Bereich zwischen der Ausgangposition und der Expansionsposition des jeweiligen Kolben 226, 228 jeweils eine elektrische Spule 252, 254 angeordnet sein, die den jeweiligen Zylinder 216, 222 in Umfangsrichtung umschließt.
Die Wärmekraftmaschine 200 arbeitet nach dem Prinzip eines Stirlingmotors. In 2 befindet sich der erste Kolben 226 in der Ausgangsposition und der zweite Kolben 228 befindet sich in der Expansionsposition. Durch die erste Heizeinrichtung 236 wird das Arbeitsfluid im ersten Heizbereich 240 des ersten Zylinders 216 erwärmt und dehnt sich aus. Die erste Kühleinrichtung 230 kühlt gleichzeitig das Arbeitsfluid im ersten Kühlbereich 232, wodurch das Volumen des Arbeitsfluids im Kühlbereich 232 reduziert wird. Durch den ansteigenden Druck im ersten Heizbereich 240 und den reduzierten Druck im ersten Kühlbereich 232 wird der erste Kolben 226 in Expansionsrichtung E bewegt.
Sobald der erste Kolben 26 das erste Ende der ersten Überströmleitung 218 passiert hat und der erste Kolben in der Expansionsposition angelangt ist, ist über die erste Überströmleitung 218 eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem ersten Heizbereich 240 und dem ersten Kühlbereich 232 hergestellt. Aufgrund des höheren Drucks im Heizbereich 240 strömt das Arbeitsfluid von dem ersten Heizbereich 232 in den ersten Kühlbereich 232, bis ein Druckausgleich zwischen den beiden Bereichen 240, 232 hergestellt ist.
Ist der erste Kolben 226 in der Ausgangsposition, so befindet sich der zweite Kolben 228 in der Expansionsstellung, in der über die zweite Überströmleitung 224 ein Druckausgleich zwischen dem zweiten Kühlbereich 234 und dem zweiten Heizbereich 242 erfolgen kann. Wird der erste Kolben 226 aufgrund des ansteigenden Drucks im ersten Heizbereich 240 in die Expansionsposition gedrängt, so wird der zweite Kolben aufgrund der sich abstoßenden Magnetfelder der beiden Kolben 226, 228 von der Expansionsposition entgegen der Expansionsrichtung E in die Ausgangsposition gedrängt.
Wenn der zweite Kolben 228 aus der Expansionsposition in die Ausgangsposition bewegt wird, wird der zweite Kolben 228 vor das erste Ende der zweiten Überströmleitung 224 und an dem ersten Ende der zweiten Überströmleitung 224 vorbei verschoben, so dass kein Druckausgleich zwischen dem zweiten Kühlbereich 234 und dem zweiten Heizbereich 242 mehr erfolgen kann.
Die Magnetfelder der Kolben 226, 228 sind so ausgebildet, dass bei einer Bewegung des ersten Kolbens 226 in die Expansionsstellung der zweite Kolben 228 bis in die Ausgangsposition gedrängt wird. Ist der zweite Kolben 228 in der Ausgangsposition angelangt, wird das Arbeitsfluid im zweiten Heizbereich 242 erwärmt, wodurch sich das Arbeitsfluid ausdehnt. Gleichzeitig kann das Arbeitsfluid im zweiten Kühlbereich 234 gekühlt werden und verringert dadurch sein Volumen. Durch den ansteigenden Druck im zweiten Heizbereich 240 und den reduzierten Druck im zweiten Kühlbereich 234 wird der zweite Kolben 26 wieder zurück in Expansionsrichtung gedrängt. Da sich die Kolben 226, 228 abstoßen, wird dadurch der erste Kolben 226 zurück in die Ausgangsstellung gedrängt.
Durch das Erwärmen der Heizbereiche 240, 242 und/oder das Kühlen der Kühlbereiche 232, 234 ergibt sich in Kombination mit der Kopplung der Kolben 226, 228, die in dieser Ausführungsform durch die Magnetfelder der Kolben 226, 228 erfolgt, eine oszillierende (Hin- und Her-) Bewegung der Kolben 226, 228. Da die Kolben 226, 228 magnetisch ausgebildet sind, wird durch diese oszillierende Bewegung in den elektrischen Spulen 252, 254 ein Induktionsstrom erzeugt, der z.B. für den Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern in einem Fahrzeug genutzt werden kann. Die Bewegung der Kolben 226, 228 kann ggf. durch Anlegen einer Spannung an zumindest einer der Spulen 252, 254 initiiert werden (z.B. bei Inbetriebnahme der Wärmekraftmaschine 200).
Das durch die Überströmleitungen 218, 224 strömende Arbeitsfluid kann zur Temperaturregulierung einer Abgasreinigungseinheit 102, 150 eines Abgassystems 100 genutzt werden. Dies ist beispielhaft in 3a dargestellt. Insbesondere zeigt 3a einen Ausschnitt (insbesondere einen Zylinder 216) der Wärmekraftmaschine 200 aus 2. Die Heizeinheiten 236, 238 der Wärmekraftmaschine 200 umfassen zumindest einen Teil einer Abgasreinigungseinheit 102, 150 des Abgassystems 100. Insbesondere werden die Abgase 143 des Abgassystems 100 dazu genutzt, das Arbeitsfluid 301 in den Heizbereichen 240, 242 zu erwärmen. Die thermische Energie der Abgase 143 kann somit dazu genutzt werden, die Wärmekraftmaschine 200 anzutreiben. Es wird somit eine Kühl-Vorrichtung 300 für Abgase 143 beschrieben, die ausgebildet ist, die thermische Energie der Abgase 143 zumindest teilweise in elektrische Energie zu wandeln. Die Heizeinheiten 236, 238 können dabei als Wärmetauschereinheiten betrachtet werden, die thermische Energie von den Abgasen 143 und/oder von der Abgasreinigungseinheit 102, 150 auf das Arbeitsfluid 301 übertragen.
Die Kühl-Vorrichtung 300 umfasst eine Einspritzeinheit 302, insbesondere eine Einspritzdüse, die ausgebildet ist, Arbeitsfluid im flüssigen Zustand in eine Heizeinheit 236 (bzw. in eine Wärmetauschereinheit) der Wärmekraftmaschine 200 einzuspritzen. Das Arbeitsfluid 301 kann dann durch die Heizeinheit 236, insbesondere durch die thermische Energie der Abgase 143, verdampft werden, so dass der Druck des Arbeitsfluids 301 im Heizbereich 240 erhöht wird. Durch den Phasenübergang von dem flüssigen in den gasförmigen Zustand des Arbeitsfluids 301 wird es dem Arbeitsfluid 301 ermöglicht, relativ hohe Mengen an thermische Energie aufzunehmen, und zum Antrieb der Wärmekraftmaschine 200 zu nutzen. Es kann somit eine besonders energieeffiziente Kühlung der Abgase 143 ermöglicht werden.
3b zeigt eine Kühl-Vorrichtung 300 mit einem zusätzlichen Kreislauf 311 für das flüssige Arbeitsfluid 301. Das flüssige Arbeitsfluid 301 kann aus dem Kühlbereich 232 des Zylinders 216 entnommen, und ggf. in einen Vorratsbehälter 312 überführt werden. Beispielsweise kann in dem Kühlbereich 232 des Zylinders 216 eine Mulde angeordnet sein, in der sich das flüssige Arbeitsfluid 301 sammeln kann, und aus der das flüssige Arbeitsfluid 301 aus dem Zylinder 216 entnommen werden kann. Das flüssige Arbeitsfluid 301 kann dann (z.B. indirekt über den Vorratsbehälter 312) zurück in den Heizbereich 240 des Zylinders 216 gefördert werden (z.B. mittels einer Pumpe 313), wo das flüssige Arbeitsfluid 301 wieder verdampft werden kann.
3c zeigt beide Zylinder 216, 222 einer beispielhaften Kühl-Vorrichtung 300, wobei jeder Zylinder 216, 222 eine Einspritzeinheit 302 zum Einspritzen von flüssigem Arbeitsfluid 301 aufweist. Die Zylinder 216, 222 können schräg zueinander angeordnet sein, so dass sich in dem Kühlbereich 230 zwischen den beiden Zylindern 216, 222 eine Mulde 331 ausbildet, in der sich das flüssige Arbeitsfluid 301 sammeln kann, und über den Kreislauf 311 zurück zur Einspritzeinheit 302 geführt werden kann.
Die Kühl-Vorrichtung 300 kann eine Steuereinheit 320 umfassen, die eingerichtet ist, die Einspritzzeitpunkte von flüssigem Arbeitsfluid 301 in den Heizbereich 240 des Zylinders 216 zu steuern. Des Weiteren kann die Kühl-Vorrichtung 300 einen Temperatursensor 321 umfassen, der eingerichtet ist, Sensordaten in Bezug auf die Temperatur der Abgase 143 und/oder des Heizbereichs 240 zu erfassen. Die Einspritzzeitpunkte können in Abhängigkeit von den Sensordaten des Temperatursensors 321 festgelegt werden. Durch die Bereitstellung eines Kreislaufs 311 für flüssiges Arbeitsfluid 301 und/oder durch die Steuerung der Einspritzzeitpunkte für flüssiges Arbeitsfluid 301 kann eine besonders energieeffiziente Abgaskühlung ermöglicht werden.
Ein gasförmiges Arbeitsfluid 301 einer Wärmekraftmaschine 200 (z.B. Wasserstoff oder nichtentzündliches Helium) weist eine begrenzte Energieaufnahme auf, was zu einer begrenzten Ausdehnung des Arbeitsfluids 301 zum Antrieb des Kolbens 226 und somit zu einer begrenzten Leistung der Wärmekraftmaschine 200 bzw. zu einer begrenzten Rekuperation der thermischen Energie der Abgase 143 führt. Durch die Verwendung einer Wärmekraftmaschine 200, bei der das Arbeitsfluid 301 im Heizbereich 240 (zumindest teilweise) einen Phasenübergang durchführt, können die Leistung der Wärmekraftmaschine 200 und die Menge an rekuperierter thermischer Energie erhöht werden.
Es wird somit eine Kühl-Vorrichtung 300 beschrieben, bei der die Überströmkanäle 218, 224 für das Arbeitsfluid 301 der Wärmekraftmaschine 200 mit einer Einspritzung 302 von flüssigem Arbeitsfluid 301 im Bereich der Heizeinheiten 236, 238 ergänzt werden können. Dabei können die Heizeinheiten 236, 238 zumindest einen Teil einer Abgasreinigungseinheit 102, 150 eines Abgassystems 100 umfassen. Mit dem Kühleffekt durch die Verdampfung des flüssigen Arbeitsfluids 301 kann die Temperatur der Abgasreinigungseinheit 102, 150 eingestellt, insbesondere geregelt, und/oder unterhalb eines Temperatur-Schwellenwertes gehalten werden. Des Weiteren kann durch die Verdampfung des Arbeitsfluids 301 ein erhöhter Dampfdruck erzeugt werden, der zu einer Steigerung der Leistungsabgabe der Wärmekraftmaschine 200 führt.
Durch die Ausdehnung des gasförmigen Arbeitsfluids 301 im Arbeitstakt erfolgt eine Abkühlung des gasförmigen Arbeitsfluids 301. Das durch diese Abkühlung und/oder durch eine Kühleinheit 230 (z.B. durch einen Kondensator) entstehende flüssige Arbeitsfluid 301 kann in einem Reservoir 312 gesammelt und der Einspritzung 302 zur Verfügung gestellt werden. Es kann somit ein geschlossener Kreislauf 311 für flüssiges und gasförmiges Arbeitsfluid 301 bereitgestellt werden. Dabei bleibt die Gasdichtigkeit weiterhin gewährleistet.
Der Einspritzzeitpunkt für das flüssige Arbeitsfluid 301 wird bevorzugt derart gewählt, dass die Verdampfung des Arbeitsfluids 301 bei geschlossenem Überströmkanal 218, 224 erfolgt. Die Einspritzung (und damit die Kühlung) kann ggf. gestoppt werden, wenn die Abgase 143 und/oder die Abgasreinigungseinheit 102, 150 einen bestimmten (unteren) Temperatur-Schwellenwert unterschreiten.
Durch die Bereitstellung eines geschlossenen Kreislaufs 311 können die Kosten, insbesondere die Wartungskosten, der Kühl-Vorrichtung 300 reduziert werden. Des Weiteren können die Leistung und/oder der Wirkungsgrad der Kühl-Vorrichtung 300 und/oder der Wärmekraftmaschine 200 erhöht werden. Ferner können durch die Einstellung der Temperatur einer Abgasreinigungseinheit 102, 150 eines Abgassystems 100 die Emissionen des Abgassystems 100 reduziert werden. Außerdem können der Verbrauch und/oder der CO2 Ausstoß eines Fahrzeugs reduziert werden.
Das flüssige Arbeitsfluid 301 kann alternativ oder ergänzend zur Kühlung eines Verbrennungsmotors 101 verwendet werden, wie beispielhaft in 4 dargestellt. Das flüssige Arbeitsfluid 301 kann z.B. zu dem Verbrennungsmotor 101, insbesondere zu den ein oder mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors 101, geführt (Referenzzeichen 412) und dort verdampft werden, um den Verbrennungsmotor 101 zu kühlen. Das gasförmige Arbeitsfluid 301 kann dann in die Heizbereiche 240, 242 der Wärmekraftmaschine 200 geführt werden (Referenzzeichen 411). Es kann somit eine Hilfs-Wärmetauschereinheit 401 bereitgestellt werden, die ausgebildet ist, das Arbeitsfluid 301 auf Basis der Abwärme eines Verbrennungsmotors 101 zu temperieren.
Insbesondere kann das Arbeitsfluid 301 aus einem Überströmkanal 218, 224 zu, insbesondere um, die ein oder mehreren Zylinder des Verbrennungsmotors 101 geführt werden. Beispielsweise kann das flüssige Arbeitsfluid 301 auf die Zylinderwand eines Zylinders des Verbrennungsmotors 101 gespritzt und dort verdampft werden. Das (verdampfte) gasförmige Arbeitsfluid 301 kann über den Überstromkanal 218, 224 direkt in den Arbeitsraum der Wärmekraftmaschine 200 und/oder zu der beschriebenen Vorrichtung 300 zur Regulierung der Temperatur einer Komponente 102, 105 des Abgassystems 100 des Verbrennungsmotors 101 und/oder zu der Einspritzeinheit 302 geführt werden. Hierbei erfolgt die Abführung der Verlustwärme am Zylinder (d.h. die Kühlung des Zylinders) des Verbrennungsmotors 101 in das Arbeitsfluid 301. Die Kühlung der Wärmekraftmaschine 200 (d.h. die Wärmesenke 230 der Kaltgasseite) kann über Wasser- oder Luftkühlung erfolgen.
Der thermische Energiefluss kann über den Volumenstrom des Arbeitsfluids 301 der Wärmekraftmaschine 200, geregelt durch die Bewegungs- bzw. Oszillationsfrequenz der Kolben 226, 228 der Wärmekraftmaschine 200, und/oder über die Menge des eingespritzten Arbeitsfluids 301 eingestellt, insbesondere geregelt, werden. Insbesondere können der Volumenstrom des Arbeitsfluids 301, die Oszillationsfrequenz der Kolben und/oder die Menge des eingespritzten Arbeitsfluids 301 derart verändert bzw. eingestellt werden, dass die Temperatur der Abgasreinigungseinheit 102, 150 einen bestimmten Sollwert aufweist und/oder einen bestimmten Temperatur-Schwellenwert nicht überschreitet.
Die Abgasreinigungseinheit 102, 150 des Abgassystems 100 wird üblicherweise durch die Abgase 143 erwärmt. Damit kann auch der Wärmeübertrag von der Abgasreinigungseinheit 102, 150 eingestellt, insbesondere geregelt, werden. Bei einer relativ hohen Last des Verbrennungsmotors 101 wird typischerweise ein relativ großer und relativ heißer Volumenstrom an Abgasen 143 erzeugt. Der relativ hohe Volumenstrom an relativ heißem Abgasen 143 kann zu einer Überhitzung der Abgasreinigungseinheit 102, 150 führen. Um dies zu vermeiden, können Maßnahmen zur Kühlung des Abgases 143 verwendet werden, wie beispielsweise die Erhöhung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses (durch eine sogenannte „Anfettung“). Wird der Abgasreinigungseinheit 102, 150 jedoch durch die Wärmekraftmaschine 200 als Wärmesenke thermische Energie entzogen, überhitzt die Abgasreinigungseinheit 102, 150 nicht so schnell und als Folge daraus werden die Kühlungsmaßnahmen erst bei einem Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors 101 mit erhöhter Leistung erforderlich.
Bei der Kühlung der Abgase 143 kann eine Vorkühleinheit 501 verwendet werden, die eingerichtet ist, die Abgase 143 vor Erreichen der Abgasreinigungseinheit 102, 150 zu kühlen (wie in 5 dargestellt). Insbesondere kann bei Verwendung des Gegenstromverfahrens eine Wärmetauschereinheit 501 für die Erzeugung des gasförmigen Arbeitsfluids 301 integriert werden, wobei die Wärmetauschereinheit 501 den Zweck der Vorkühlung (stromaufwärts in Bezug auf die Abgase 143) vor der Abgasreinigungseinheit 102, 150 aufweist, um eine Beaufschlagung der Abgasreinigungseinheit 102, 150 mit zu heißen Abgasen 143 zu verhindern. Durch diese Maßnahme kann eine Leistungssteigerung und/oder eine Wirkungsgradsteigerung des Verbrennungsmotors 101 bewirkt werden.
Die Volumenausdehnung des Arbeitsfluids 301 der Wärmekraftmaschine 200 kann durch die in diesem Dokument beschriebene Einspritzung von flüssigem Arbeitsfluid 301 gesteigert werden. Dadurch können der Wirkungsgrad und die Leistung der Wärmekraftmaschine 200 erhöht werden.
In einer Aufwärmphase des Verbrennungsmotors 101 und/oder des Abgassystems 100 kann die Wärmekraftmaschine 200 über die Spulen 252, 254 (durch Bewirken eines Stroms) aktiv als Wärmepumpe betrieben werden. Dabei kann ein Aufheizen des Arbeitsfluids 301 zum Vorheizen des Verbrennungsmotors 101 und/oder der Abgasreinigungseinheit 102, 150 bewirkt werden, um den Verbrennungsmotor 101 und/oder die Abgasreinigungseinheit 102, 150 auf die jeweilige Betriebstemperatur zu bringen. Dies kann z.B. nur bis zum Erreichen der sog. Anspringtemperatur des Katalysators 102 erfolgen. Das Vorheizen unter Verwendung der Wärmekraftmaschine 200 kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn bei einem abgestellten PlugInHybrid-Antriebssystem das Kühlwasser durch eine elektrische Heizung vorgewärmt wird (z.B. bei einem Betrieb des Fahrzeugs 100 an einer Ladeeinheit).
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Vorrichtung (300) zur Temperierung einer Komponente (102, 150) eines Abgassystems (100) eines Verbrennungsmotors (101) und/oder einer Komponente (102, 150) des Verbrennungsmotors (101); wobei die Vorrichtung (300) umfasst, - eine Wärmekraftmaschine (200) mit einem ersten Zylinder (216) und einem ersten Kolben (226); wobei der erste Kolben (226) innerhalb des ersten Zylinders (216) zwischen einer Ausgangsposition und einer Expansionsposition bewegt werden kann; - eine erste Wärmetauschereinheit (236, 501); und - eine erste Einleiteinheit (302), die eingerichtet ist, ein Arbeitsfluid (301) im flüssigen Zustand in die erste Wärmetauschereinheit (236, 501) zu führen; wobei die erste Wärmetauschereinheit (236, 501) eingerichtet ist, thermische Energie von der Komponente (102, 150) auf das Arbeitsfluid (301) in dem flüssigen Zustand zu übertragen und das Arbeitsfluid (301) in den gasförmigen Zustand zu überführen, so dass der erste Kolben (226) durch das gasförmige Arbeitsfluid (301) von der Ausgangsposition zu der Expansionsposition hin gedrückt wird.
Vorrichtung (300) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (300) ausgebildet ist, - das von der Wärmetauchereinheit (236, 501) in den gasförmigen Zustand überführte Arbeitsfluid (301) an einer der Ausgangsposition zugewandten Ausgangsseite des ersten Kolbens (226) in dem ersten Zylinder (216) bereitzustellen; und - Arbeitsfluid (301) im flüssigen Zustand an einer der Expansionsposition zugewandten Expansionsseite des ersten Kolbens (226) aus dem ersten Zylinder (216) zu leiten.
Vorrichtung (300) gemäß Anspruch 2, wobei die Vorrichtung (300) eine erste Kreislauf-Leitung (311) umfasst, die ausgebildet ist, Arbeitsfluid (301) im flüssigen Zustand aus dem ersten Zylinder (216) zurück zu der ersten Einleiteinheit (302) zu führen.
Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Wärmekraftmaschine (200) eine erste Überströmleitung (218) für das Arbeitsfluid (301) umfasst; - eine der Ausgangsposition zugewandte Ausgangsseite und eine der Expansionsposition zugewandte Expansionsseite der ersten Überströmleitung (218) mit dem ersten Zylinder (216) verbunden sind; - der erste Kolben (226) in der Ausgangsposition derart innerhalb des ersten Zylinders (216) angeordnet ist, dass der erste Kolben (226) die Ausgangsseite der ersten Überströmleitung (218) verschließt; und - der erste Kolben (226) in der Expansionsposition derart innerhalb des ersten Zylinders (216) angeordnet ist, dass der erste Kolben (226) weder die Ausgangsseite noch die Expansionsseite der ersten Überströmleitung (218) verschließt, so dass Arbeitsfluid (301) zum Druckausgleich von einer der Ausgangsposition zugewandten Ausgangsseite des ersten Kolbens (226) über die Überströmleitung (218) zu einer der Expansionsposition zugewandten Expansionsseite des ersten Kolbens (226) gelangen kann, oder in umgekehrter Richtung.
Vorrichtung (300) gemäß Anspruch 4, wobei die Vorrichtung (300) eine Hilfs-Wärmetauschereinheit (401) umfasst, die eingerichtet ist, thermische Energie von einer Komponente (102, 150) des Verbrennungsmotors (101) und/oder des Abgassystems (100) auf das Arbeitsfluid (301) in der ersten Überströmleitung (218) zu übertragen.
Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die erste Wärmetauschereinheit (236, 501) ausgebildet ist, Abgasen (143) des Verbrennungsmotors (101) thermische Energie zu entziehen, bevor die Abgase (143) einen Katalysator (150) des Abgassystems (100) des Verbrennungsmotors (101) erreichen; und/oder - die erste Wärmetauschereinheit (236, 501) ausgebildet ist, einem Motor-Zylinder des Verbrennungsmotors (101) thermische Energie zu entziehen.
Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (300) eine Steuereinheit (320) umfasst; wobei die Steuereinheit (320) eingerichtet ist, - zu bestimmen, dass der erste Kolben (226) an der Ausgangsposition angeordnet ist und/oder an der Ausgangsposition angeordnet sein wird; und - in Reaktion darauf zu bewirken, dass durch die Einleiteinheit (302) Arbeitsfluid (301) in die Wärmetauschereinheit (236, 501) geleitet wird.
Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Einleiteinheit (302) ausgebildet ist, das Arbeitsfluid (301) in die Wärmetauschereinheit (236, 401, 501) einzusprühen.
Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Vorrichtung (300) eine Kühleinheit (230) umfasst, die ausgebildet ist, dem Arbeitsfluid (301) an einer der Expansionsposition zugewandten Expansionsseite des ersten Kolbens (226) thermische Energie zu entziehen; und - die Kühleinheit (230) insbesondere eingerichtet ist, die dem Arbeitsfluid (301) entzogene thermische Energie zumindest teilweise einer Komponente (102, 150) des Verbrennungsmotors (101) und/oder des Abgassystems (100) zuzuführen.
Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (300) eine an dem ersten Zylinder (216) angeordnete erste Spule (252) umfasst, die ausgebildet ist, in Reaktion auf eine Bewegung des ersten Kolbens (226) einen Strom zu generieren.
Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Vorrichtung (300) einen zweiten Zylinder (222) und einem zweiten, in dem zweiten Zylinder (222) beweglich angeordneten, zweiten Kolben (228) umfasst; - der erste Kolben (226) und der zweite Kolben (228) derart miteinander gekoppelt sind, dass - wenn sich der erste Kolben (226) an der Ausgangsposition in dem ersten Zylinder (216) befindet, sich der zweite Kolben (228) an einer Expansionsposition in dem zweiten Zylinder (222) befindet; und - wenn sich der erste Kolben (226) an der Expansionsposition in dem ersten Zylinder (216) befindet, sich der zweite Kolben (228) an einer Ausgangsposition in dem zweiten Zylinder (222) befindet, - die Vorrichtung (300) eine zweite Wärmetauschereinheit (238, 501) umfasst; und - die Vorrichtung (300) eine zweite Einleiteinheit (302) umfasst, die eingerichtet ist, Arbeitsfluid (301) im flüssigen Zustand in die zweite Wärmetauschereinheit (236, 501) zu führen; wobei die zweite Wärmetauschereinheit (236, 501) eingerichtet ist, thermische Energie von der Komponente (102, 150) auf das Arbeitsfluid (301) zu übertragen und Arbeitsfluid (301) im gasförmigen Zustand zu erzeugen, so dass der zweite Kolben (228) durch das gasförmige Arbeitsfluid (301) innerhalb des zweiten Zylinders (222) von der Ausgangsposition zu der Expansionsposition hin gedrückt wird.
Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (300) an einer der Expansionsposition zugewandten Expansionsseite des ersten Zylinders (216) eine Mulde (331) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sich in der Mulde (331) Arbeitsfluid (301) im flüssigen Zustand sammelt.