DE3434532C1 - Stromversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Stromversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug

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DE3434532C1
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DE3434532A
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Rudolf Dr. 8011 Neukeferloh Meggle
Veit 8025 Unterhaching Merges
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/04—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving coil systems and stationary magnets
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    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, dessen erzeugter Wechselstrom gleichgerichtet und einer Batterie und/oder einer Elektrik zugeführt wird.
Bei den Stromversorgungssystemen der eingangs genannten Art wird bisher zur Stromerzeugung eine Lichtmaschine verwendet, die vom laufenden Motor des Fahrzeugs zum Zwecke der Stromerzeugung betrieben wird. Nun ist aus der zur 18. Annual Intersociety Energy Conversion Engineering Conference in Orlando, Florida — USA im August 1983 herausgegebenen Druckschrift »The Development of a IkW electrical output free piston stirling engine alternator unit« von David M. Berchowitz herausgegebenen Schrift ein Freikolben-Stirlingmotor mit Lineargenerator zur Stromerzeugung bekannt geworden. Außerdem wird in dem Forschungsbericht T84—196, Seiten 52 und 53, des Bundesministeriums für Forschung und Technologie über den Einsatz solcher Motoren berichtet.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Stromversorgungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das in Leistung und zeitlicher Verteilung nahezu eine unbegrenzte Stromerzeugung gewährleistet und die bisher verwendete Lichtmaschine voll ersetzen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Vorschläge zur Ausgestaltung und Weiterentwicklung aufgezeigt.
Bisher kann die Stromerzeugung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere im Stadtverkehr, als relativ begrenzt angesprochen werden und vor allem bei Motorstillstand ist der Verbrauch über die Batterie allein doch sehr eingeschränkt. Außerdem beträgt der Umwandlungsgrad von Treibstoff zu Strom im Mittel lediglich 10%, wogegen mit den hier vorgeschlagenen Maßnahmen ein Umwandlungsgrad Wärme/Strom von 20 bis 30% erreicht wird. Die bisher erforderliche Lichtmaschine kann völlig entfallen und auch die Batterie kann
ίο wesentlich verkleinert werden. Somit kann durch die vorliegende Erfindung bei Kraftfahrzeugen ein nicht unwesentlicher Gewinn an Komfort und Wirtschaftlichkeit erzielt werden.
In den Figuren der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel, das nachfolgend beschrieben und erläutert wird, gezeichnet.
Es zeigen
F i g. 1 ein Blockschaltbild der zusammengesetzten bzw. miteinander in Funktionsverbindung stehenden Aggregate in schematischer Darstellung,
F i g. 2 ein Schemabild des Freikolben-Stirlingmotors mit Lineargenerator in den mit dem Kraftfahrzeug in Wirkverbindung geschlossenen Zuständen.
Das vorgeschlagene Stromversorgungssystem ist in der F i g. 1 der Zeichnung schematisch in Anordnung und Funktionsverbindung dargestellt. Dem Kraftfahrzeugmotor 10 mit seinem Treibstofftank 11 wird der in der Fig.2 dargestellte Freikolben-Stirlingmotor 12a mit Lineargenerator 126, die in einem geschlossenen Gehäuse 12c zu einer Baueinheit 12 zusammengefaßt sind, dergestalt zugeordnet, daß der Stirlingmotor 12a über die Abgasleitung 10a des Motors 10 beheizt wird und der Linearmotor 126 durch das Kühlwassersystem 106 des Motors 10 oder durch den Luftkühler 15 desselben gekühlt wird.
Das Gehäuse 12c, in dem sich alle Bauteile von Motor und Generator befinden, ist hermetisch abgeschlossen und mit einem Arbeitsgas — wie z. B. Helium mit einem Druck von etwa 10 bar — gefüllt. Der thermodynamisehe Kreislauf dieser Baueinheit 12 setzt sich zusammen aus der isothermen Expansion des heißen Gases unter gleichmäßiger Wärmezufuhr und der isochoren Abkühlung durch die Erwärmung des Regenerators. Das erstere wird durch den Arbeitshub des Kolbens und das letztere durch den Hub des Verdrängerkolbens bewirkt. Durch den Gegenhub des Arbeitskolbens erfolgt die isotherme Kompression des kalten Gases unter Wärmeabfuhr und durch den Gegenhub des Verdränger-Kolbens die isochore Erwärmung durch Abkühlung des Regenerators. Hierbei entspricht der theoretische Kreislaufwirkungsgrad dem Carnot-Wirkungsgrad.
Der Freikolben-Stirlingmotor 12a hat nur zwei bewegte Teile, nämlich den Verdränger- und den Arbeitskolben, wobei mit letzterem die Spule des Lineargene- rators 126 starr verbunden ist (F i g. 2). Der Lineargenerator 126 selbst setzt sich aus der besagten Spule und einem stillstehenden Magneten zusammen.
Wird nun der dem Stirlingmotor 12a zugeordnete Teil des Gehäuses 12c durch das Abgas des Motors 10 über die Abgasleitung 10a auf beispielsweise 5000C beheizt und der gegenüberliegende Teil des Gehäuses 12c über das Kühlwassersystem 106 oder den Luftkühler 15 auf beispielweise 800C gekühlt, so geraten der Verdrängerund der Arbeitskolben in geradlinige Schwingungen zwischen den Gaspolstern und zwar um ca. 90° phasenverschoben, wie es dem vorbeschriebenen thermodynamischen Kreislauf entspricht. Aufgrund ihrer Bewegung im Magnetfeld erzeugt die Spule eine elektrische Wech-
selspannung, die über Durchführungen im Gehäuse 12c einem elektronischen Gleichrichter 17 zugeführt und von dort der Batterie 14 des Kraftfahrzeugs oder direkt der Kraftfahrzeugelektrik 16 oder beiden zusammen zugeleitet wird.
Die Ausgestaltung des vorgeschlagenen Stromversorgungssystems kann auch so erfolgen, daß eine Stromversorgung auch unabhängig vom Motorbetrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird. In diesem Falle wird ein mit dem Treibstofftank 11 über eine Leitung 11a verbundener Treibstoff brenner 13 zur Heizung verwendet.
Die günstigste Lösung, um sowohl mit als auch ohne Motor eine optimale Stromversorgung zu erhalten, dürfte die Kombination der Brennerheizung mit der Ab- is gasheizung erbringen. So kann bei kaltem oder ausgeschaltetem Kraftfahrzeugmotor 10 nahezu unbegrenzt Strom erzeugt und abgenommen werden, was natürlich etwas Treibstoff aus dem Treibstofftank 11 erfordert und bei vollerwärmtem Kraftfahrzeugmotor kann dann der Brenner 13 abgeschaltet werden und das heiße Abgas übernimmt die Heizung. Die wahlweise und kombinierte Schaltung beider Zustände ist problemlos. Ebenso problemlos ist es, die Baueinheit 12 zusammen mit der Gleichrichterelektronik 17 als zusätzlich ansetzbares Aggregat auszubilden, um damit jeden Fahrzeugtyp umzurüsten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
30
35
40
45
50
55
60
- Leerseite -

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Stromversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, dessen erzeugter Wechselstrom gleichgerichtet und einer Batterie und/oder einer Elektrik zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Motor (10) des Kraftfahrzeugs ein an sich bekannter Freikolben-Stirlingmotor (i2a) mit Lineargenerator (t2b) zugeordnet ist, wobei der Stirlingmotor (\2a) von den Abgasen des Motors (10) beheizt und über eine Kühlanordnung (10Z), 15) vom Kühlwasser (106,1 des Motors (10) oder dessen Luftkühler (15) gekühlt wird.
2. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirlingmotor (12a,) und der Lineargenerator {\2b) in einem geschlossenen, mit Arbeitsgas gefüllten Gehäuse (12c,) angeordnet sind, von dem — in an sich bekannter Weise — der dem Stirlingmotor (\2a) zugeordnete Gehäuseteil beheizt und der gegenüberliegende dem Lineargenerator (126,) zugeordnete Gehäuseteil gekühlt wird.
3. Stromversorgungssystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung unabhängig vom Motorbetrieb des Kraftfahrzeugs durch Anordnung eines Treibstoffbrenners (13) zur Beheizung des Freikolben-Stirlingmotors (t2a) erfolgt.
4. Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (12) zusammen mit der Gleichrichterelektronik (17) als nachrüstbares Aggregat ausgebildet ist.
DE3434532A 1984-09-20 1984-09-20 Stromversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug Expired DE3434532C1 (de)

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