-
Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Bei Lastkraftwagen werden oft hydrodynamische Retarder als Zusatzbremsen verwendet. Damit können Last und Abnutzung der Radbremsen eines Fahrzeugs verringert werden. Ein hydrodynamischer Retarder umfasst üblicherweise einen Stator und einen Rotor, die einen ringförmigen Raum zum Aufnehmen eines Arbeitsmediums umgrenzen. Der Stator und der Rotor umfassen eine Mehrzahl an Schiebern, die innerhalb des ringförmigen Raumes in einheitlichen Abständen angeordnet sind. Der Stator ist an einer ortsfesten Oberfläche des Fahrzeugs befestigt, wohingegen der Rotor mittels eines bewegungsübertragenden Mechanismus mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbunden ist. Bei Aktivierung des Retarders wird dem ringförmigen Raum ein Arbeitsmedium zugeführt. Das Arbeitsmedium wird in Kontakt mit den Schiebern durch den ringförmigen Raum geleitet, so dass es der Rotation des Rotors bezogen auf den Stator entgegenwirkt, was dazu führt, dass das Fahrzeug abgebremst wird. Die Bewegungsenergie des Arbeitsmediums im ringförmigen Raum wird während des Bremsprozesses in thermische Energie umgewandelt. Das Arbeitsmedium wird relativ schnell durch den ringförmigen Raum geleitet, so dass es keine zu hohe Temperatur annimmt. Bei einem bestimmten Typ von Hydraulikretardern dient ein Kühlmittel gleichzeitig als Arbeitsmedium.
-
Zur Verwendung in Fahrzeugen entwickelte WHR-Systeme zur Rückgewinnung von Abwärme (waste heat recovery) wandeln thermische Energie in mechanische Energie um. Ein WHR-System umfasst eine Pumpe, die ein Medium unter Druck setzt und in einem Leitungskreislauf zirkuliert. Der Leitungskreislauf ist mit mindestens einem Verdampfer ausgestattet, in dem das Medium durch mindestens eine Wärmequelle erwärmt und vaporisiert wird. Das vaporisierte Medium nimmt hierbei eine erhöhte Temperatur und einen erhöhten Druck an. Das erwärmte und unter Druck gesetzte Medium wird dann in einen Expander, beispielsweise eine Turbine, geleitet, in dem es expandiert, so dass mechanische Energie erzeugt wird. Die mechanische Energie kann direkt für verschiedene Arten von Betriebszwecken verwendet werden oder in elektrische Energie umgewandelt und als solche gespeichert werden. Nachdem das Medium in der Turbine expandiert ist, wird es in einen Kondensator geleitet, in dem es abgekühlt wird, so dass es kondensiert und in den flüssigen Zustand zurückkehrt. Das flüssige Medium wird dann erneut von der Pumpe unter Druck gesetzt. Ein WHR-System ermöglicht, dass beispielsweise thermische Energie aus den Abgasen, die von einem Verbrennungsmotor ausgehen, zurückgewonnen wird und zum Betrieb eines Fahrzeugs verwendet wird. Ein WHR-System ist komplex und umfasst eine Vielzahl an Komponenten. Somit ist das Ausstatten eines Fahrzeugs mit einem WHR-System vergleichsweise teuer.
-
DE 10 2011 017 762 bezieht sich auf Bauteile des Antriebsstranges eines Lastkraftwagens. Das Fahrzeug ist mit einem WHR-System ausgestattet, das thermische Energie zurückgewinnt und sie in mechanische Energie für den Betrieb eines Fahrzeugs umwandelt. Das WHR-System umfasst eine Expansionsmaschine, die von dem im WHR-System zirkulierenden Medium angetrieben wird. Die Rotationsbewegung der Expansionsmaschine wird mittels eines ersten bewegungsübertragenden Mechanismus an den Antriebsstrang des Fahrzeugs übertragen. Das Fahrzeug ist zudem mit einem hydrodynamischen Retarder ausgestattet, der mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs mittels eines zweiten bewegungsübertragenden Mechanismus verbunden ist.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung in einem Fahrzeug bereitzustellen, die mit einem hydrodynamischen Retardersystem und einem WHR-System mit einer potentiell reduzierten Anzahl an Komponenten versehen ist, wodurch die Gesamtkosten der beiden Systeme reduziert werden.
-
Dieses Ziel wird mittels der Anordnung von der in der Einleitung erwähnten Art, die durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist, erreicht. Ein hydrodynamisches Retardersystem umfasst einen Retarder, der mittels eines bewegungsübertragenden Mechanismus dauerhaft mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs ineinander greift. Bei aktiviertem hydrodynamischem Retarder wird ein Arbeitsmedium einem Raum zwischen einer Rotoreinheit und einer Statoreinheit des Retarders zugeführt, so dass der Rotationsbewegung der Rotoreinheit und somit der Rotationsbewegung des Antriebsstranges entgegengewirkt wird. Ist der Retarder aktiviert, übermittelt er ein Bremsmoment an den Antriebsstrang und an das Fahrzeug. Ein WHR-System umfasst ein zirkulierendes Medium, das erwärmt und vaporisiert wird, ehe es in einer Turbine expandiert. Der Turbine wird somit mit eine Rotationsbewegung bereitgestellt, die an mittels eines bewegungsübertragenden Mechanismus an den Antriebsstrang des Fahrzeugs übertragen wird.
-
Das WHR-System übermittelt somit ein Antriebsdrehmoment an den Antriebsstrang. Es ist anzumerken, dass der Retarder des Retardersystems und die Turbine des WHR-Systems in unterschiedlichen Betriebssituationen mit dem Antriebsstrang verbunden sind. Somit ist es möglich, zwischen dem Retarder des Retardersystems und der Turbine des WHR-Systems denselben bewegungsübertragenden Mechanismus zu verwenden. Das bedeutet, dass in einem Fahrzeug, das mit den beiden Systemen ausgestattet ist, auf einen bewegungsübertragenden Mechanismus verzichtet werden kann. Somit können die Anzahl der erforderlichen Bauteile und somit die Gesamtkosten der beiden Systeme reduziert werden.
-
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der bewegungsübertragende Mechanismus eine rotierbare Welle, die rotierbar mit dem Retarder und der Turbine verbunden ist. Die Welle rotiert somit mit einer Drehzahl, die mit der Drehzahl des Retarders und mit der Drehzahl der Turbine in Zusammenhang steht. Der Retarder kann somit mittels der Welle ein Bremsmoment an den Antriebsstrang übertragen, wenn der Retarder aktiviert ist, und die Turbine kann mittels der Welle ein Antriebsdrehmoment an den Antriebsstrang übermitteln, wenn das WHR-System aktiviert ist.
-
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die gemeinsame Welle eine zu einer Welle des Antriebsstranges des Fahrzeugs parallele Erweiterung auf, die mit dem bewegungsübertragenden Mechanismus in Kontakt steht. Mit einer solchen Konfiguration kann der bewegungsübertragende Mechanismus eher unkompliziert ausfallen und eine geringe Anzahl an Bauteilen umfassen. Er kann ein erstes Zahnrad umfassen, das an der gemeinsamen Welle befestigt ist und mittels eines zwischengeschalteten zweiten Zahnrads mit einem dritten Zahnrad verbunden ist, das an der Welle des Antriebsstranges befestigt ist. Ein solcher bewegungsübertragender Mechanismus ist relativ unkompliziert und stellt eine zuverlässige mechanische Übertragung zum Übertragen einer Rotationsbewegung zwischen dem Retarder/der Turbine und dem Antriebsstrang dar. Der bewegungsübertragende Mechanismus kann selbstverständlich andere bewegungsübertragende Bauteile als Zahnräder umfassen.
-
Der bewegungsübertragende Mechanismus kann mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs mittels einer Abtriebswelle eines Getriebes verbunden sein, was ermöglicht, dass sowohl der Retarder als auch die Turbine in der Nähe des Fahrzeuggetriebes angeordnet werden können.
-
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verfügt das Fahrzeug über ein Kühlsystem mit einem Leitungskreislauf, der ein zirkulierendes Medium enthält, der Leitungskreislauf des Retardersystems ist mit dem Leitungskreislauf des Kühlsystems verbunden, und beide Systeme verwenden dasselbe Medium. Die meisten herkömmlichen hydrodynamischen Retardersysteme verwenden Öl als Arbeitsmedium. Nachdem das Öl als Medium im Retarder verwendet wurde, wird es zu einem Wärmetauscher geleitet, in dem es mittels Kühlmittel, das in einem Kühlsystem zirkuliert, gekühlt wird. Diese Ausführungsform weist ein Retardersystem auf, in dem Kühlmittel, wenn es zum Retarder geleitet wird, sowohl als Medium zum Übermitteln eines Bremsmoments als auch zum Kühlen des Retarders verwendet wird. Ein solches Retardersystem muss nicht mit einem separaten Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen dem Medium im Retarder und dem Kühlmittel in einem Kühlsystem ausgestattet sein. Somit umfasst ein solches hydrodynamisches Retardersystem weniger Bauteile als ein herkömmliches hydrodynamisches Retardersystem. Es ist dennoch möglich, dass die Anordnung über ein herkömmliches Retardersystem, das einen bewegungsübertragenden Mechanismus mit einem WHR-System teilt, verfügen kann.
-
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung teilen der Leitungskreislauf des Kühlsystems und der Leitungskreislauf des WHR-Systems wenigstens einen gemeinsamen Leitungsabschnitt und ein gemeinsames Medium. In diesem Fall wird dasselbe Medium wie im WHR-System auch im Kühlsystem verwendet. Das Medium muss in diesem Fall die Eigenschaft aufweisen, dass es bei den im Verdampfer auftretenden Drücken und Temperaturen vaporisiert und bei den im Kondensator auftretenden Temperaturen und Drücken kondensiert.
-
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung teilen der Leitungskreislauf des Retardersystems und der Leitungskreislauf des WHR-Systems wenigstens einen gemeinsamen Leitungsabschnitt und ein gemeinsames Medium. Dies ermöglicht, dass das Retardersystem und das WHR-System gemeinsame Leitungen aufweisen, was die Anzahl der Bauteile weiter verringert. Das gemeinsame Medium im WHR-System und im Retarder kann ein Alkohol mit geeigneten Eigenschaften sein. Es ist möglich, in allen drei Systemen, also dem Kühlsystem, dem Retardersystem und dem WHR-System, dasselbe Medium zu verwenden.
-
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Retarder des Retardersystems und die Turbine des WHR-Systems zwei separate Bauteile. In diesem Fall kann der Retarder des Retardersystems derart konfiguriert sein, dass er optimale Eigenschaften zum Übermitteln einer Verzögerung aufweist, wenn ein flüssiges Medium zugeführt wird, und die Turbine des WHR-Systems kann so konfiguriert sein, dass sie optimale Eigenschaften aufweist, wenn sie mittels eines unter Druck gesetzten gasförmigen Mediums, das in der Turbine expandiert, angetrieben wird.
-
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Retarder des Retardersystems und die Turbine des WHR-Systems ein und dasselbe Bauteil. Da der Retarder des Retardersystems und die Turbine des WHR-Systems eine ähnliche Konfiguration aufweisen und niemals gleichzeitig verwendet werden müssen, ist es möglich, ein und dasselbe Bauteil sowohl als Retarder als auch als Turbine zu verwenden. Somit wird die Anordnung um ein weiteres Bauteil reduziert.
-
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Medium im WHR-System dazu geeignet, im Verdampfer durch von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs ausgestoßene Abgase erwärmt zu werden. Abgase von einem Verbrennungsmotor enthalten eine erhebliche Menge an thermischer Energie, die üblicherweise an die Umgebung abgegeben wird.
-
Mit einem WHR-System kann diese thermische Energie genutzt und für den Betrieb des Fahrzeugs verwendet werden. Darüber hinaus weisen die Abgase, wenn sie zum Antreiben einer Turboeinheit verwendet werden, stromabwärts der Turboeinheit eine ausreichend hohe Temperatur auf, um die Erwärmung eines Mediums in einem WHR-System zu bewirken, so dass es vaporisiert.
-
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das WHR-System einen luftgekühlten Kondensator auf, der in einem Frontbereich eines Fahrzeugs in der Nähe eines Radiators, in dem das Kühlmittel, das den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs kühlt, gekühlt wird, platziert sein kann. Vorzugsweise ist die Platzierung des Kondensators derart, dass er durch Luft mit Umgebungstemperatur gekühlt wird. Alternativ kann das Medium im Kondensator durch Kühlmittel vom Kühlsystem, das den Verbrennungsmotor kühlt, oder durch ein Niedertemperatur-Kühlsystem gekühlt werden.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft bezugnehmend auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei
-
1 eine Anordnung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt und
-
2 eine Anordnung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
-
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt einen aufgeladenen Verbrennungsmotor 1, bei dem es sich um einen Ottomotor oder einen Dieselmotor handeln kann und der beispielsweise für den Antrieb eines Fahrzeugs 2, das ein Lastkraftwagen sein kann, verwendet werden kann. Das Fahrzeug ist mit einem in der Nähe des Motors platzierten Getriebe 3 ausgestattet. Das Getriebe weist eine Abtriebswelle 4a auf, die Bestandteil des Antriebsstranges 4 des Fahrzeugs ist. Die Abgase vom Motor 1 werden über eine Abgasleitung 5 ausgeleitet. Die Abgasleitung umfasst eine Turbine 6 einer Turboeinheit. Der Turbine wird somit mit Antriebskraft bereitgestellt, die mittels einer Verbindung an einen Kompressor 7 der Turboeinheit übertragen wird. Der Kompressor verdichtet Luft, die mittels einer Einlassleitung 8 zur Abkühlung zu einem Ladeluftkühler 9 geleitet wird, ehe die verdichtete Luft zum Motor geleitet wird.
-
Der Motor 1 weist ein Kühlsystem mit einem zirkulierenden Medium auf. Das Medium wird im Kühlsystem mittels einer Pumpe 10, die in einer Einlassleitung 11 zum Motor platziert ist, zirkuliert.
-
Nachdem das Medium den Motor abgekühlt hat, wird es mittels einer Auslassleitung 12 zu einer ersten Ventilvorrichtung 13 geleitet. Während des Normalbetriebs, wenn das Fahrzeug nicht abgebremst wird, befindet sich die Ventilvorrichtung 13 in einem ersten Zustand, in dem sie das Medium von der ersten Ventilvorrichtung 13 mittels einer Leitung 14 zu einer Rücklaufleitung 15 leitet, die das Medium zu einem Thermostat 16 leitet. Weist das Medium eine niedrigere Temperatur als die Regulierungstemperatur des Thermostats auf, befindet sich das Thermostat in einem geschlossenen Zustand, in dem es das Medium ohne Kühlung zu einer Umgehungsleitung 17 und zurück zur Pumpe 10 und dem Motor 1 leitet. Weist das Medium eine höhere Temperatur als die Regulierungstemperatur auf, befindet sich die Thermostatvorrichtung 16 in einem geöffneten Zustand, in dem das Kühlmittel mittels einer Leitung 18 zu einem Radiator 19 geleitet wird, um darin durch Luft, die mittels eines nicht dargestellten Kühlerlüfters durch den Radiator gezwungen wird, sowie den Zug, der durch die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs erzeugt wird, abgekühlt zu werden. Das den Radiator 19 verlassende abgekühlte Medium wird über eine Rücklaufleitung 20 zurück zur Einlassleitung 11 und die Kühlmittelpumpe 10 geleitet, um erneut im Kühlsystem zu zirkulieren.
-
Das Fahrzeug 2 ist mit einem hydrodynamischen Retardersystem ausgestattet, das einen Retarder 21, einen bewegungsübertragenden Mechanismus 22, der den Retarder mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs verbindet, und einem Leitungskreislauf zum Zuführen des Mediums zum Retarder, wenn dieser aktiviert ist, umfasst. Der Retarder besteht aus einer Rotoreinheit 21a und einer Statoreinheit 21b, die einen ringförmigen Raum zum Aufnehmen des Mediums umgrenzen. Die Rotoreinheit 21a und die Statoreinheit 21b weisen jeweils eine Mehrzahl an Schiebern auf, die im ringförmigen Raum platziert sind. Die Statoreinheit ist ortsfest im Fahrzeug angeordnet, wohingegen die Rotoreinheit angeordnet ist, um an einer Welle 22a des bewegungsübertragenden Mechanismus 22, der den Retarder 21 mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs verbindet, zu rotieren. Der bewegungsübertragende Mechanismus 22 umfasst zudem ein erstes Zahnrad 22b, das an der Welle 22a platziert ist. Dieses erste Zahnrad ist mittels eines zweiten Zahnrads 22c mit einem dritten Zahnrad 22d, das an der Getriebeabtriebswelle 4a, die somit einen Bestandteil des Antriebsstranges 4 des Fahrzeugs darstellt, platziert ist, verbunden. Die Welle 22a weist eine zur Getriebeausgangswelle 4a parallele Erweiterung auf. Eine Steuereinheit 23 ist ausgelegt, um den Retarder 21 basierend auf Informationen einer Bremssteuerung 24 zu aktivieren.
-
Erhält die Steuereinheit 23 dahingehende Informationen von der Bremssteuerung 24, dass der Retarder aktiviert werden soll, versetzt sie die erste Ventilvorrichtung 13 in einen zweiten Zustand, so dass das Medium von der Leitung 12 zu einer Leitung 25 geleitet wird, die das Medium zu einer zweiten Ventilvorrichtung 26 leitet. Die Steuereinheit wird gleichzeitig die zweite Ventilvorrichtung 26 in einen ersten Zustand versetzt haben, in dem sie das Medium zu einer Leitung 27 und dem Retarder 21 leitet. Da die Rotoreinheit 21a mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs mittels des bewegungsübertragenden Mechanismus 22 verbunden ist, wird sie durchgehend mit einer mit der Drehzahl des Antriebsstranges in Verbindung stehenden Drehzahl rotieren. Die Zuführung des Mediums in den ringförmigen Raum führt dazu, dass das Medium mit den Schiebern der Rotoreinheit 21a und der Statoreinheit 21b in Kontakt kommt, die derart konfiguriert sind, dass sie gemeinsam mit dem zugeführten Medium ein Bremsmoment übermitteln, das der Rotationsbewegung der Rotoreinheit entgegenwirkt. Da die Rotoreinheit mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs mittels des bewegungsübertragenden Mechanismus 22 verbunden ist, führt das Zuführen des Mediums in den ringförmigen Raum dazu, dass das Fahrzeug abgebremst wird. Die Bewegungsenergie des Mediums im ringförmigen Raum wird während des Bremsprozesses in thermische Energie umgewandelt. Das Medium wird relativ schnell durch den ringförmigen Raum geleitet, so dass es keine zu hohe Temperatur annimmt. Das Medium wird vom ringförmigen Raum über eine Leitung 28 zu einer dritten Ventilvorrichtung 29 geleitet. Ist der Retarder 21 aktiviert, versetzt die Steuereinheit 23 die dritte Ventilvorrichtung 29 in einen ersten Zustand, so dass das Medium zur Rücklaufleitung 15 und dem Thermostat 16 geleitet wird. Wenn der Retarder aktiviert ist, wird das Medium im Wesentlichen immer eine höhere Temperatur als die Regulierungstemperatur des Thermostats aufweisen. Somit wird das Medium üblicherweise zum Abkühlen vom Thermostat zum Radiator 19 geleitet werden, bevor es zurück zur Pumpe 10 und zum Motor 1 geleitet wird.
-
Das Fahrzeug 2 ist zudem mit einem WHR-System für die Rückgewinnung von thermischer Energie ausgestattet. Das WHR-System umfasst einen Leitungskreislauf, der dasselbe Medium wie das Kühlsystem und das Retardersystem enthält. Das Medium wird im Leitungskreislauf mittels einer Pumpe 30 zirkuliert und unter Druck gesetzt. Das Medium wird von der Pumpe 30 mittels einer Leitung 31 zu einem Verdampfer 32 geleitet, in dem es durch Abgase in der Abgasleitung 5 erwärmt wird, so dass es vaporisiert. Das vaporisierte Medium wird mittels der zweiten Ventilvorrichtung 26, die durch die Steuereinheit 23 in einen zweiten Zustand versetzt wird, wenn das WHR-System aktiviert ist, zu der Leitung 27 und einer Turbine 21 geleitet, die in diesem Fall in Form desselben Bauteils wie der Retarder 21 auftritt. In diesem Fall umfasst die Turbine somit eine Rotoreinheit 21a und eine Statoreinheit 21b. Die Rotoreinheit ist mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs mittels desselben bewegungsübertragenden Mechanismus 22 verbunden, der auch den Retarder 21 mit dem Antriebsstrang verbindet.
-
Wird das unter Druck gesetzte gasförmige Medium in den von der Rotoreinheit 21a und der Statoreinheit 21b umgrenzten ringförmigen Raum geleitet, übermittelt es eine Antriebskraft, die dazu führt, dass die Rotoreinheit eine erhöhte Drehzahl annimmt, die mittels des bewegungsübertragenden Mechanismus 22 an den Antriebsstrang übertragen wird, der somit eine zusätzliche Anzugskraft annimmt.
-
Nachdem das gasförmige Medium in der Turbine 21 expandiert ist, wird es mittels der Leitung 28 zur dritten Ventilvorrichtung 29 geleitet. Ist das WHR-System aktiviert, versetzt die Steuereinheit 23 die dritte Ventilvorrichtung 29 in einen zweiten Zustand, in dem das gasförmige Medium mittels einer Leitung 33 zu einem in einem Frontabschnitt des Fahrzeugs 2 platzierten Kondensator 34 geleitet wird. Der Kondensator 34 ist in diesem Fall vor dem Ladeluftkühler 9 und dem Radiator 19 im Frontabschnitt des Fahrzeugs platziert. Das gasförmige Medium wird somit im Kondensator 34 mittels Luft mit Umgebungstemperatur gekühlt. Das gasförmige Medium wird auf eine Temperatur abgekühlt, bei der es kondensiert. Das Medium wird somit wieder die flüssige Form aufweisen, wenn es vom Kondensator 34 über eine Leitung 35 zur Pumpe 30 geleitet wird, um erneut im WHR-System zu zirkulieren. Das WHR-System kann selbstverständlich weitere Bauteile, beispielsweise einen Rekuperator und eine Erwärmungsvorrichtung, die dem Verdampfer 32 vorgelagert sind, aufweisen, um sicherzustellen, dass das gesamte Medium WHR-System vaporisiert, bevor es die Turbine 21 erreicht.
-
Das Retardersystem und das WHR-System teilen sich in diesem Fall ein gemeinsames hydrodynamische Bauteil 21, das als Retarder fungiert, wenn das Retardersystem aktiviert ist, und als Turbine fungiert, wenn das WHR-System aktiviert ist. Das Retardersystem und das WHR-System teilen sich zudem einen gemeinsamen bewegungsübertragenden Mechanismus 22, der eine Rotoreinheit 21a von Retarder/Turbine mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs verbindet. Dieser bewegungsübertragende Mechanismus 22 überträgt ein Bremsmoment an den Antriebsstrang, wenn das Retardersystem aktiviert ist, und überträgt ein Zugmoment an den Antriebsstrang, wenn das WHR-System aktiviert ist. Da das Retardersystem und das WHR-System niemals zur gleichen Zeit aktiviert sein werden, ist es möglich, dass sie sich die obenstehend erwähnten gemeinsamen Bauteile teilen, wobei sich das Kühlsystem, das Retardersystem und das WHR-System zudem ein gemeinsames zirkulierendes Medium teilen. Diese Systeme können sich daher mehrere gemeinsame Leitungen teilen. Das Medium muss die Eigenschaft aufweisen, in flüssiger Form vorzuliegen, wenn es im Kühlsystem und im Retardersystem zirkuliert. Es muss zudem die Eigenschaft aufweisen, unter der Temperatur und dem Druck, die im Verdampfer 32 auftreten zu vaporisieren, wenn es im WHR-System zirkuliert. Das Medium kann von jeder gewünschten Art sein, die die vorstehenden Eigenschaften aufweist. Es kann ein geeigneter Alkohol sein.
-
2 zeigt ein Fahrzeug 2, das mit einer alternativen Ausführungsform eines kombinierten Retarder-/WHR-Systems ausgestattet ist. Der Verbrennungsmotor 1 weist in diesem Fall ein Kühlsystem mit einem zirkulierenden Kühlmittel auf, das von herkömmlicher Art sein kann. Das Kühlmittel zirkuliert im Kühlsystem mittels einer Kühlmittelpumpe 10, die in einer Einlassleitung 11 zum Motor 1 platziert ist. Nachdem das Medium den Motor abgekühlt hat, wird es mittels einer Auslassleitung 12 zu einer ersten Ventilvorrichtung 13 geleitet. Während des Normalbetriebs wird, solange das Fahrzeug nicht abgebremst wird, die Ventilvorrichtung 13 in einem ersten Zustand sein, in dem sie das Kühlmittel von der ersten Ventilvorrichtung 13 mittels einer Leitung 14 zu einer Rücklaufleitung 15, die das Kühlmittel zu einem Thermostat 16 leitet, leitet. Weist das Medium eine niedrigere Temperatur als die Regulierungstemperatur des Thermostats auf, befindet sich das Thermostat in einem geschlossenen Zustand, in dem es das Kühlmittel ohne Kühlung zu einer Umgehungsleitung 17 und zurück zur Pumpe 10 und dem Motor leitet. Weist das Kühlmittel eine höhere Temperatur als die Regulierungstemperatur auf, befindet sich die Thermostatvorrichtung 16 in einem geöffneten Zustand, in dem das Kühlmittel mittels einer Leitung 18 zu einem Radiator 19 geleitet wird, um darin durch Luft, die mittels eines nicht dargestellten Kühlerlüfters durch den Radiator gezwungen wird, sowie den Zug, der durch die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs erzeugt wird, abgekühlt zu werden. Das den Radiator 19 verlassende abgekühlte Kühlmittel wird über eine Rücklaufleitung 20 zurück zur Einlassleitung 11 und der Kühlmittelpumpe 10 geleitet, um erneut im Kühlsystem zu zirkulieren.
-
Das Retardersystem umfasst einen Retarder 21, einen bewegungsübertragenden Mechanismus 22, der den Retarder mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs verbindet, und einen Leitungskreislauf zum Zuführen von Kühlmittel zum Retarder, wenn dieser aktiviert ist. Der Retarder besteht aus einer Rotoreinheit 21a und einer Statoreinheit 21b, die einen ringförmigen Raum zum Aufnehmen des Kühlmittels umgrenzen. Die Rotoreinheit 21a und die Statoreinheit 21b weisen jeweils eine Mehrzahl an Schiebern auf, die im ringförmigen Raum platziert sind. Die Statoreinheit ist ortsfest im Fahrzeug angeordnet, wohingegen die Rotoreinheit angeordnet ist, um an einer Welle 22a des bewegungsübertragenden Mechanismus 22, der den Retarder 21 mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs verbindet, zu rotieren. Der bewegungsübertragende Mechanismus 22 umfasst zudem ein erstes Zahnrad 22b, das an der Welle 22a platziert ist. Dieses erste Zahnrad ist mittels eines zweiten Zahnrads 22c mit einem dritten Zahnrad 22d, das an der Getriebeabtriebswelle 4a, die somit einen Bestandteil des Antriebsstranges darstellt, platziert ist, verbunden. Die Welle 22a weist eine zur Getriebeausgangswelle 4a parallele Erweiterung auf. Eine Steuereinheit 23 ist ausgelegt, um den Retarder 21 basierend auf Informationen einer Bremssteuerung 24 zu aktivieren.
-
Erhält die Steuereinheit 23 dahingehende Informationen von der Bremssteuerung 24, dass der Retarder aktiviert werden soll, versetzt sie die erste Ventilvorrichtung 13 in einen zweiten Zustand, so dass das Kühlmittel von der Leitung 12 zu einer Leitung 25 geleitet wird, die das Kühlmittel zum Retarder 21 leitet. Die Zuführung des Kühlmittels zum ringförmigen Raum führt zur Übermittelung eines Bremsmomentes, das der Rotationsbewegung der Rotoreinheit 21a entgegenwirkt. Da die Rotoreinheit mittels des bewegungsübertragenden Mechanismus 22 mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs verbunden ist, wird das Fahrzeug abgebremst. Das Kühlmittel wird relativ schnell durch den ringförmigen Raum geleitet, so dass es keine zu hohe Temperatur annimmt. Das Kühlmittel wird vom ringförmigen Raum zur Rücklaufleitung 15 und dem Thermostat 16 geleitet. Da das Kühlmittel im Wesentlichen immer eine Temperatur aufweisen wird, die über der Regulierungstemperatur des Thermostats 16 liegt, wenn der Retarder 21 aktiviert ist, wird es zum Abkühlen vom Thermostat 16 zum Radiator 19 geleitet, ehe es zurück zur Kühlmittelpumpe 10 und dem Motor geleitet wird.
-
Das Fahrzeug 2 ist zudem mit einem WHR-System für die Rückgewinnung von thermischer Energie ausgestattet. Das WHR-System umfasst einen Leitungskreislauf mit einem separaten Medium. Das Medium wird im Leitungskreislauf zirkuliert und mittels einer Pumpe 30 unter Druck gesetzt. Das Medium wird von der Pumpe 30 über eine Leitung 31 zu einem Verdampfer 32 geleitet. Das Medium wird im Verdampfer 32 durch Abgase in der Abgasleitung 5 erwärmt, so dass es vaporisiert. Das vaporisierte Medium wird mittels einer Leitung 27 zu einer Turbine 36 geleitet, bei der es sich in diesem Fall um eine vom Retarder 21 getrennte Einheit handelt, obwohl die Turbine und der Retarder ein gemeinsames Gehäuse 37 teilen. Die Turbine und der Retarder sind an derselben rotierbaren Welle 22a befestigt. Die Turbine ist somit mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs mittels desselben bewegungsübertragenden Mechanismus 22 verbunden, der den Retarder mit dem Antriebsstrang verbindet. Wird das unter Druck gesetzte gasförmige Medium zur Turbine 36 geleitet, wird der letzteren Antriebskraft bereitgestellt, die dazu führt, dass die rotierbare Welle 22a eine erhöhte Geschwindigkeit annimmt, die mittels des bewegungsübertragenden Mechanismus 22 an den Antriebsstrang übertragen wird, der somit zusätzliche Zugkraft annimmt. Nachdem das gasförmige Medium in der Turbine 36 expandiert ist, wird es mittels einer Leitung 33 zu einem in einem Frontbereich des Fahrzeugs platzierten Kondensator 34 geleitet. Das gasförmige Medium wird im Kondensator 34 mittels Luft mit Umgebungstemperatur gekühlt. Das gasförmige Medium wird auf eine Temperatur abgekühlt, bei der es kondensiert. Das Medium wird somit wieder die flüssige Form aufweisen, wenn es vom Kondensator 34 über eine Leitung 35 zur Pumpe 30 geleitet wird, um erneut im WHR-System zu zirkulieren.
-
Das Retardersystem und das WHR-System teilen sich in diesem Fall einen gemeinsamen bewegungsübertragenden Mechanismus 22, der den Retarder 21 und die Turbine 36 mit dem Antriebsstrang 4 des Fahrzeugs verbindet. Dieser bewegungsübertragende Mechanismus überträgt ein Bremsmoment an den Antriebsstrang, wenn das Retardersystem aktiviert ist, und überträgt ein Zugmoment an den Antriebsstrang, wenn das WHR-System aktiviert ist. In diesem Fall verwenden das Kühlsystem und das Retardersystem Kühlmittel als Medium. Das WHR-System verwendet ein separates Medium, das die Eigenschaft aufweist, unter der Temperatur und dem Druck, die im Verdampfer 32 auftreten, zu vaporisieren.
-
Die Erfindung ist in keinster Weise auf die in den Figuren referenzierte Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb des Rahmens der Patentansprüche frei variiert werden.
