DE2808973A1

DE2808973A1 - Antriebsverfahren fuer ueber brennkraftmaschine angetriebene kraftfahrzeuge und entsprechender kraftfahrzeugantrieb

Info

Publication number: DE2808973A1
Application number: DE19782808973
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Stohrer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1978-03-02
Filing date: 1978-03-02
Publication date: 1979-09-06

Description

Antriebsverfahren für über Brennkraftmaschine angetriebene
Kraftfahrzeuge und entsprechender Kraftfahrzeugantrieb Die Erfindung betrifft ein Antriebsverfahren für über Prennkraftmaschinen angetriebene Kraftfahrzeuge, bei denen die Bremsenergie in Antriebsenergie umgesetzt wird sowie einen nach diesem Verfahren arbeitenden Kraftfahrzeugantrieb.
Bei den bislang bekannten Antriebsverfahren muß die Bremsenergie vollständig zwischengespeichert werden und diesbeziiglich bislaiig diskutierte Speicher für die Bremsenergie basieren auf einer chemisch-elektrischen bzw. physikalischmechanischen Zwischenspeicherung. So sind beispielsweise Batteriespeicher bekannt, und zwar in Verbindung mit Elektrofahrzeugen und es wird bei diesen heim Abbremsen der Elektromotor als Generator betrieben und der Gleichstrom zum Batterieladen verwendet. Dieses Verfahren ist auf Elektrofahrzeuge l)eschrällkt und es ist insbesondere im Hinblick auf den maximalen Ladestrom der Batterien problematisch.
Daneben ist als physikalisch-mechanischer Speicher der sogenanntc Gyrator-Speicher bekannt, liei dem die Bremsenergie in einem Rotor als mechanische Energie gespeichert wird. Nachteilig ist hier insbesondere das hohe Gyrator-Gewicht und das infolge des Kreiseleffektes auf das Fahrzeug bei Kurvenfahrt wirkende Drehmoment.
Schließlich sind als physikalisch-mechanische Speicher auch noch die externen 1'otentialspeicher zu berücksichtigen, bei denen durch Fahrbahnabsenkung zwischen den Haltestellen die Bremsenergie in potentielle I:nergie umgewandelt wird. Dieses System ist an eine bestimmte Streckenführung gebunden diiod deshalb starr, für den Allgemeineinsatz dementsprechend auch nicht brauchbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebsverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, also ein Antriebsverfahren, bei dem für über Brennkraftmaschinen angetriebene Fahrzeuge die Bremsenergie weitmöglichst genutzt worden kann, olone daß die gesamte Energie zwischengespe -chert werden müßte, so daß zunächst schon die Speicherkapazitäten verringert werden können. Zusätzlich soll die Speicherung in einer Art und Weise erfolgen, bei der die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Antriebsverfahren der eingangs genannten Art durch einen zumindest teilwciscii Betrieb der Brennkraftmaschine mit Wasserstoff als Brennstoff und die Erzeugung zumindest eines Teiles des Wasserstoffes mittels einer elektrolytischen H2O-Zersetzungsapparatur unter Nutzung der in elektrische Energie umgesetzten Bremsenergie des Fahrzeuges erreicht.
Da bei Kraftfahrzeugen die Brennkraftmaschine im Regalfall unabhängig davon betrieben wird, ob das Fahrzeug gebremst wird und deshalb auch während der Bremsung Brennstoff verbraucht wird, braucht bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht die gesamte, der genutzten Bremsenergie entsprechende Energie zwischengespeichert werden, sondern allenfalls ein Teil derselben, wodurch die Speicherkapazität im Vergleich zu anderen Lösungen kleiner gehalten werden kann. Zudem erbringt die erfindungsgemäße Lcisung im Vergleich zil den geschilderten, auf über Brennkraftmaschinen angetriebene Kraftfahrzeuge bezogenen Speichersystemen Vorteile hinsichtlich der Auswirkungen des Speichersystems auf das Fahrzeug bzw. der ortsungebundenen Einsetzbarkeit. Schließlich ist nicht zu verkennen, daß das erfindungsgemäße Antriebsverfahren insbesondere einen günstigen Benzin-Wasserstoffmischbetrieb ermöglicht, der sich auf die Abgasqualität der Brennkraftmaschine vorteilhaft auswirkt. Dies gilt um so mehr, als bei der elektrolytischen Wasserstoffzersetzung aucj Ozon freigesetzt wird, der im Hinblick auf die Verbesserung der Verbrennung der Brennkraftmaschine zugeführt werden kann.
Auch wenn im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ein Zwischenspeicher nicht zwingend notwendig ist, so erweist es sich doch als vorteilhaft, wenn eine Zwischenspeicherungsmöglichkeit gegeben und der erzeugte Wasserstoff zumindest teilweise einem Hydrid-Speicher zugeführt wird.
Das Wasser, das in der Zersetzungsapparatur zersetzt wird, kann erfindungsgemäß zumindest teilweise über einen im Abgasweg der Brennkraftmaschine liegenden Kondensator aus dem Abgas zurückgewonnen werden, so daß auch diesbezüglich das mitzuführende Vorratsvolumen klein gehalten werden kann.
Die Erfindung betrifft des weiteren einen Kraftfahrzeug-Antrieb mit eincr Brennkraftmaschine, bei dem die c Breniikraftmaschine zumindest teilweise mit Wasserstoff als Brennstoff betriehen wird und der nach einem Antriebsverfahren der vorgeschilderten Art arbeitet, wobei erfindungsgemaß zur Umsetzung der Bremsenergie in elektrische Energie ein Gleichstromgenerator vorgesehen ist, der an eine elektrolytischc 1I20-Zersetzungsapparatur angeschlossen ist und der zugleich Anlasser und Lichtmaschine bildet. In zweckdienlicher Weise kann dabei der Gleichstromgenerator im Bremsbetrieb über den Triebstrang bei von diesem abgekuppelter Brennkraftmschine angetrieben sein, wobei der Gleichstromgenerator im Triebstrang dem Motor unmittelbar nachgeordnet und über eine Kupplung abtrennbar mit diesem verbunden sein kann.
Im hinblick auf die weitere Ausgestaltung und Ausbildung der Antriebsanordnung erweist es sich als vorteilhaft, wenn der H2O-Zersetzungsapparatur ein Hydrid-Zwischenspeicher nachgeordnet ist. Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind den Anspriichen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, wobei die Zeichnungen in Fig. 1 das Schema eine Benzin/Wasserstoff-Brennkraftmaschinen-Antriebes mit Rückgewinnung der Bremsenergie über elektrische Wasserstofferzeugung, Fig 1 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung zur Umwandlung der Bremsenergie in elektrische Energie u n d Fig. 3 der elektrische Schaltplan für den Gleichstromgenerator, der zugleich als Anlasser einsetzbar ist zeigen.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebsverfahren soll die Bremsenergie auf dem Umweg iiber elektrische Energie zur Erzeugung von Wasserstoff verwandt erden, der seinerseits wiederum als Brennstoff für die Brennkraftmaschine dient.
hierzu ist, wie die Schemadarstellung gemäß Fig. 2 zeigt, im Antriebsstrang zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem mit den Antriebsrädern 2 über ein Ausgleichsgetriebe 3 verbundenen Wechselgetriebe 4 ein Gleichstromgenerator 5 angeordnet, der zugleich als Anlasser einsetzbar ist. Zwischen dem Gleichstromgenerator 5 und der Brennkraftmaschine 1 ist eine Kupplung G angeordnet. Wird der Gleichstromgenerator 5 von der Motorseite her angetrieben, so arbeitet er als Lichtmaschine und speist die üblicherweise an einem Fahrzeug vorgesehen Stromverbraucher bzz. die Batterie 7. In gleicher Weise ist der Gleichstromgenerator 5 auch zur Stromerzeugung eingesetzt,wenn das Fahrzeug abgebremst wird und er wird hier bei ausgerückt er Kupplung 6 über das Wechselgetriebe 4 mitgenommen. Der erzeugte Strom dient nun, soweit er den Bedarf der Verbraucher einschließlich der Batterie übersteigt, in der elektrolytischen Zelle 8, die als H2O-Zersetzungsapparatur vorgesehen ist, der Erzeugung von Wasserstoff.
Abgesehen von den beiden vorgenannten Fällen kann der Gleichstromgenerator 5 bei eingerückter Kupplung 6 und nunmehr auf Leerlauf geschaltetem Wechselgetriebe 4 als Anlasser eingesetzt werden, wobei über die Batterie 7 der erforderliche Anlasserstrom zur Verfügung gestellt ist.
Die vorgeschilderten Betriebsstellungen bze. Betriebszustände für Kupplung, Getriebe, Gleichstromgenerator, Batterie und elektrolytische Zelle sind in bezug auf das Anlassen der b'rennkraftmascliine, das Beschleunigen des Fahrzeuges und das Bremsen des Fahrzeuges der Übersichtlichkeit halber in nachfolgendem Schema nochmals dargestellt.
Fahrzeug-Betriebszustand Anlassen Beschleunigen Bremsen Kupplung eingekupppelt ausgekuppelt Getriebe Leerlauf Gang etigelegt Generator blotor Generator Batterie Entladung Beladung elektrol. Zelle keine Leustungsaufnahme Wasserstoff-Produktion Ausgehend von einer solchen Antriebsvorrichtung ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 der Aufbau zum gemischten Benzin/Wasserstoff-Antrieb der Brennkraftmaschine veranschaulicht, wobei niin der zur Wasserstofferzeugung genutzte Kreislaug im Vordergrund steht.
Entsprechend dem zu ermöglichenden gemischten Benzin/Wasserstoff-Antrieb ist für die Brennkraftmaschine 1 zunächst die übliche Versorgung mit Benzin und Luft vorgesehen, wobei Benzin über einen entsprechenden Tank 9 bereitsgestellt ist und Luft in üblicher Weise auf der Umgebung zugeführt wird. Die symbolisch dargestellten Versorgungswege sind entsprechend @ Bezin, N2/O2 - gekennzeichnet. Weiter ist der Brennkraftmaschine 1 eine Wasserstoffversorgungsleitung H2 zugeordnet.
Die Wasserstoffversorgung ist im gezeigten Schema einmal aus einem entsprechend dem Benzintank 9 fremdversorgten und dem Fahrzeug zugehörigen Hydridtank 10 möglich und zum anderen über die elektrolytische Zelle 8, in der in Abhängigkeit von der Stromerzeugung im Gleichstromgenerator 5 Wasserstoff durch Aufspaltung von H2O gewonnen wird. Der Hydridtank 10 10a ist hier als Baueinheit mit einem H2O-Kondensator/dargestellt.
Funktionsmäßig ist nun davon auszugehen, daß beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 Abga@ anfällt und Wärme abzuführen ist.
10a Das Abgas enthält dabei H2O, das ihm im H2O-Kondensator/entzogen wird. Die dabei anfallende Wärme kann neben der Motorwärme im Hydridtank zur Überführung der jeweils erforderliche Wasserstoffmenge aus dem flussigen in den gasförmigen zustand eingesetzt werden. Das anfallende Wasser wird der elektrolytischen Zelle 8 zugeführt, der gegebenenfalls, wie bei 11 angedeutet, noch ein zusätzlichen H2O-Vorratsbehälter zugeordnet ist. Wird nun unter Ausnutzung der Bremsenergie über den Gleichstromgenerator 5 Strom erzeugt, so wird über die als H2O-Zersetzungsapparatur arbeitende elektrolytische Zelle das Wasser in Wasserstoff einerseits und Sauerstoff andererseits aufgespalten und es wird der Wasserstoff bevorzugt über einen Zwischenspeicher 12 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt, wobei der zugeführte Menge in bekannter Weise gesteuert wird.
bei der Zersetzung Der /anfallende Sauerstoff O2 wird auf die entsprechende Versorgungsleitung der Brennkraftmaschine 1 ahgegel)cll.
Über den zusätzlich vorgesehenen Hydritant 10, über den unabhängig von der fahrzeugeigenen Wasserstoffherstellung l\asserstoff mitgeführt wird, ist sichergestellt, daß aucb hei im hinblick auf die fahrzeugeigene Wasserstofferzeugung ungünstigen Voraussetzungen ausreichend Wasserstoff vorhanden ist, um die Brennkraftmaschine in jenen Betriebszuständen mit Wasserstoff bzw. mit einem Benzin/Wasserstoff-Gemisch fahren zu können, für die dies vorgesehen ist. Die entsprechenden Steuereinrichtungen sind hier nicht gezeigt.
In Fig. 3 ist schematisch noch eine Schaltung veranschaulicht, die bei einfachem Aufbau entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand entweder ausgehend vom Generator die Versorgung der Batterie 13 hzw. von Batterie 13 und elektrolytischer Zelle 8 mit Strom ermöglicht oder aber ausgehend von der Batterie 13 die Speisung des als Anlasser eingesetzten Generators zuläßt.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag, die Bremsenergie zunächst zur Stromerzeugung zu nutzen und den so erzeugten Strom zur Erzeugung von Wasserstoff als Betriebsstoff für die Brennkraftmaschine einzusetzen, ist der Generator, der hier lediglich schematisch dargestellt ist, entweder von der Brennkraftmaschine her oder von den Rädern des Kraftfahrzeuge her anzutrieben, wobei die Antriebsdrehrichtungen gleich sind. Über den Generator 5 wird dabei gleichermaßen die Batterie 13 wie auch die elektrolytische Zelle 8 gespeist, wobei primär die notwenige Aufladung der Batterie 13 zu gewährleisten ist, während der von der Batterie 13 nicht aufgenommene Strom in der elektrolytischen Zelle @ zur Erzeugung von Wasserstoff eingesetzt wird. Der von der Batterie 13 aufgenommene Strom wird dabei in bekannter Weise in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie über den Ladestromregler 15 geregelt, und es wird die elektrolytische Zelle S er den Schalter 16 dann zugeschaltet, wenig der entsprechend der jeweils vom Generator aufgenommenen Leistung erzeuge Strom größer ist als die mögliche Stromaufnahme an der Batterie 13 und etwaiger zusätzlicher Verbraucher. Die Zuschaltung erfolgt über einen Schalter 16, der die Verbindung zwischen Generator 5 und elektrolytischer Zelle 8 stich dann unterbricht, wenn der Generator als Anlasser betrieben werden soll tind ntlnmehr der Anlasserstrom von der Batterie 13 bei geschlossenem Anlasserschalter 14 zum Anlasser fließt. Leerseite

Claims

Anspruche 1. Antriebsverfahren für her Brennkraftmaschinen angetriebene Kraftfahrzeuge, bei denen die Bremsenergie in Antriebsenergle umgesetzt wird, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h einen wenigstens teilweisen ]3etrieb der Brennkraftmaschine mit Wasserstoff als Brennstoff und durch die Erzeugung zumindest eines Tciles des Wasserstoffes mittels einer elektrolytischen H2O-Zersetzungsapparatur unter Nutzung der in elektrische Energie umgesetzten Rremsenergie des Fahrzeuges.
2. Antriehsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der über die ll20-Zersetzungsapparatur erzcugtc Wasserstoff zumindest teilweise in einem llydridspeicher zwischengespeichert wird.
3. Antriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g c k e-n n z e i c h n e t , daß das der 1120-ersetzungsapparatur zugeführte Wasser zumindest teilweise über einen im Abgasweg der Brennkraftmaschine liegenden Kondensator aus dem Abgas gewonnen wird.
4. Kraftfahrzeugantrieb mit einer Brennkraftmaschine, bei dem die Brennkraftmaschine zumindest tcilweise mit Wasserstoff als brennstoff betrieben wird und nach einem Antriebsverfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche antreil)l)ar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß zur Umsetzung der Bremsenergie in elektrische Energie ein Generator (5), insbesondere ein Gleichstromgenerator vorgesehen ist, der an eine elektrolytische 1120-Zersetzungsapparatur (8) angeschlossen ist und der zugleich Anlasser und Lichtmaschine bildet.
5. Kraftfahrzeugantrieb nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Generator (5) im Bremsbetrieb über den Triebstrang des Fahrzeuges bei vom Triebstrang abgekuppelter Brennkra ftniaschine (1) antreibbar ist.
6. Kra ft fahrzeugantrieb nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Generator (5) im Triebstrang der Brennkraftmaschine (1) unmittelbar nachgeordnet und iihcr eine Kupplung (h) abtrennbar mit dieser verbunden ist.
7. Kraftfahrzeugantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a -d u r c h g e 1: e n n z e i c h n e t , daß der H2O-Zersetzungsapparatur ein Hydrid-Zwischenspeicher (12) nachgeordnet ist.
8. Kraftfahrzeugantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der H2O-Zersetzungsapparatur (8) ein im Abgasweg liegender Kondensator (10a) zur Wasserrückgewinnung zugeordnet ist.
9. Kraftfahrzeugantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Brennkraftmaschine (1) zur Wasserstoffversorgung nehen der 1120 Zersetzungsapparatur (8) ein llydridtank (lo) zugeordnet ist und daß der llydridtank (10) mit dem Kondensator (loa) eine Wärmetauschereinheit bildet.

lo. Kraftfahrzeugantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die H2O-Zersetzungsapparatur (8) mit nachgeordnetem Zwischenspeicher (12) und der Ilydridtank (10) über parallele Versorgungswege an die Brennkraftmaschine angeschlossen sind.