DE102008055946A1

DE102008055946A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102008055946A1
Application number: DE102008055946A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr. Elsäßer; Michael Krappel; Bernd Dr. Mahr; Jörg RÜCKAUF
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-11-06
Also published as: DE102008055946B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Ölkreislauf und einem Kühlkreislauf (9) zum Kühlen eines Ölkühlers (1). Erfindungswesentlich ist dabei, dass im Bereich des Ölkreislaufs wenigstens ein thermoelektrischer Wandler (2) zur Kühlung und/oder zum Aufheizen des Öls (6) oder zur Gewinnung elektrischer Energie angeordnet ist, und/oder dass im Bereich des Kühlkreislaufs (9) wenigstens ein thermoelektrischer Wandler (2) zur Kühlung und/oder zum Aufheizen des Kühlmittels (9) oder zur Gewinnung elektrischer Energie angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Ölkreislauf und einem Kühlkreislauf zum Kühlen eines Ölkühlers, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2006 019 282 A1 ist ein gattungsgemäßer Verbrennungsmotor mit einem Abgasrückführsystem bekannt. Dieses weist einen Abgasstrang und einen Frischluftstrang auf, wobei der Abgasstrang und der Frischluftstrang abgasführend mit einer Abgasrückführleitung verbunden sind und wobei an der Abgasrückführleitung ein Abgaskühler sowie ein thermoelektrischer Generator angeordnet sind. Hierdurch soll ein zusätzlicher Stromerzeuger zur Verfügung gestellt werden, welcher dem heißen Abgas Energie in Form von Wärme entzieht und in elektrische Energie umwandelt.
Aus der US 4,753,682 ist ein weiterer Verbrennungsmotor mit einem Kühlkreislauf und einem in diesem Kühlkreislauf angeordneten thermoelektrischen Generator bekannt.
Schließlich ist aus der DE 10 2006 057 662 A1 ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges bekannt, wobei in einem Abgaskanal desselben aufheizbare Elemente angeordnet sind, die mit einem thermoelektrischen Generator gekoppelt sind.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen gattungsgemäßen Verbrennungsmotor eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch einen erhöhten Wirkungsgrad auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor mit einem Ölkreislauf und einem Kühlkreislauf zur Versorgung eines im Ölkreislauf angeordneten Ölkühlers mit Kühlmittel, im Bereich des Ölkreislaufes und/oder im Bereich des Kühlkreislaufes wenigstens einen thermoelektrischen Wandler vorzusehen, welcher das im Ölkreislauf zirkulierende Öl und/oder das im Kühlkreislauf zirkulierende Kühlmittel kühlt, aufheizt oder daraus elektrische Energie gewinnt. Hierdurch soll die bisher nutzlos verpuffte und vom Verbrennungsmotor abgegebene Wärme genutzt werden, um daraus elektrische Energie zu gewinnen und dadurch den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors steigern zu können. Gleichzeitig kann durch die gewonnene elektrische Energie beispielsweise eine Batterie des Kraftfahrzeuges aufgeladen werden, so dass die gewonnene elektrische Energie gespeichert und zu gegebener Zeit abgegeben werden kann, beispielsweise zur Erwärmung des Kühlmittels bzw. des Öls, um damit den Verbrennungsmotor schneller auf eine erforderliche Betriebstemperatur bringen zu können. Die dadurch gewonnene kürzere Warmlaufphase des Verbrennungsmotors spiegelt sich wiederum in einem geringeren Energieverbrauch, geringeren Schadstoffemissionen und einem erhöhten Wirkungsgrad nieder. Der zumindest eine erfindungsgemäß eingesetzte thermoelektrische Wandler dient somit nicht ausschließlich zur Gewinnung elektrischer Energie, sondern kann zugleich dazu benutzt werden, um aus bereitgestellter elektrischer Energie eine Kühlung bzw. eine Erwärmung des Öls bzw. des Kühlmittels für den Ölkühler zu erzeugen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist der wenigstens eine thermoelektrische Wandler als sogenanntes Peltier-Element ausgebildet. Ein Peltier-Element basiert auf dem sogenannten Seebeck-Effekt, bei welchem bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz oder bei einer Temperaturdifferenz ein Stromfluss erzeugt wird. Grundlage derartiger Peltier-Elemente ist der Kontakt von zwei Halbleitern, welche ein unterschiedliches Energieniveau der Leitungsbänder besitzen. Leitet man einen Strom durch zwei hintereinanderliegende Kontaktstellen dieser Materialien, so muss auf der einen Kontaktstelle Wärmeenergie aufgenommen werden, damit ein Elektron in ein energetisch höheres Leitungsband des benachbarten Halbleitermaterials gelangen kann, wodurch es folglich zu einer Abkühlung kommt. Auf der anderen Kontaktstelle, fällt ein Elektron von einem höheren auf ein tieferes Energieniveau, so dass hier Energie in Form von Wärme abgegeben wird. Von besonderem Vorteil derartiger Peltier-Elemente sind deren geringe Größe sowie die Vermeidung jeglicher bewegter Bauteile, Gase und Flüssigkeiten, wobei durch eine simple Umkehr der Stromrichtung mit den Peltier-Elementen sowohl ein Kühlen als auch ein Heizen möglich ist. Aufgrund des geringen Bauraumbedarfs, können derartige Peltier-Elemente auch an äußerst schwer zugänglichen Stellen oder in stark zerklüfteten Bauräumen eingesetzt werden, so dass sich ein breites Anwendungsspektrum im modernen Fahrzeugbau bietet.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 ein erfindungsgemäßer thermoelektrischer Wandler im Bereich eines Ölkühlers,
2 erfindungsgemäße thermoelektrische Wandler im Bereich einer Ölwanne.
Um die im Kraftstoff vorhandene Energie beim Betrieb eines Verbrennungsmotors besser ausnutzen zu können, weist ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor im Bereich seines Ölkreislaufes, insbesondere im Bereich eines Ölkühlers 1 zumindest einen thermoelektrischen Wandler 2 auf, der zur Kühlung und/oder zum Aufheizen des Öls oder zur Gewinnung elektrischer Energie ausgebildet ist. Weiter ist dabei denkbar, dass zumindest ein derartiger thermoelektrischer Wandler 2 im Bereich eines Kühlkreislaufs 9 zur Kühlung des Ölkühlers 1 angeordnet ist. Gemäß der 1 sind dabei mehrere thermoelektrische Wandler 2 in Form von thermoelektrischen Elementen vorgesehen, welche zum einen im Bereich des Ölkühlers 1 und zum anderen im Bereich einer Zuleitung 3 zum Ölkühler 1 angeordnet sind. Solche Ölkühler 1 können zum Kühlen von Getriebeöl, Retarderöl oder auch Schmieröl eines Verbrennungsmotors verwendet werden. Der gemäß der 1 dargestellte Ölkühler 1 wird dabei von Frischluft 4 gekühlt, wobei prinzipiell auch denkbar ist, dass der Ölkühler 1 an einen ohnehin bei einem Verbrennungsmotor vorhandenen Kühlkreislauf angeschlossen ist, wobei in diesem Fall wenigstens ein thermoelektrischer Wandler 2 auch im Bereich des Kühlkreislaufes 9 des Ölkühlers 1 angeordnet sein kann und zur Kühlung und/oder zum Aufheizen des Kühlmittels 9 bzw. zur Gewinnung elektrischer Energie verwendet werden kann. Der wenigstens eine vorgesehene thermoelektrische Wandler 2 ist dabei vorzugsweise als Peltier-Element ausgebildet, dessen Funktionsweise bereits in der Beschreibung der Erfindung ausführlich diskutiert wurde. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass der wenigstens eine thermoelektrische Wandler 2 im Bereich einer Ölwanne 5 angeordnet ist, wie dies beispielsweise gemäß der 2 dargestellt ist.
Betrachtet man die 1, so sind die dort eingesetzten thermoelektrischen Wandler 2 in der Lage, eine Temperaturdifferenz zwischen einem Ölstrom 6 und einem Frischluftstrom 4, oder alternativ einem Kühlmittelstrom der sowohl gasförmig als auch flüssig sein kann, auszunutzen, wobei das warme Öl 6 als Wärmequelle dient, während die Frischluft 4 bzw. die über Kühlrippen 7 kontaktierte Umgebungsluft 8 oder das Kühlmittel als Wärmesenke genutzt wird. Dabei ist es für die Funktion der Erfindung unerheblich, ob die oder der thermoelektrische Wandler 2 direkt am Ölkühler 1 oder an der Zuleitung 3 desselben angebracht sind. Neben der Aufgabe der elektrischen Energiegewinnung aus einer Temperaturdifferenz zwischen dem Ölstrom 6 und einem Frischluftstrom 4 bzw. einer Umgebungsluft 8, können die thermoelektrischen Wandler 2 auch zur Erwärmung des Ölstromes 6 bzw. alternativ zu einer Erwärmung des Kühlmittelstromes 9 verwendet werden, der alternativ zum Frischluftstrom 4 zur Kühlung des Ölstroms 6 eingesetzt werden kann.
Gemäß der 2 können dabei die thermoelektrischen Wandler 2 in oder an der Ölwanne 5 angeordnet sein, wobei sie über Kühlrippen 7 wiederum mit der Umgebungsluft 8 zum Wärmeaustausch in Kontakt stehen. Denkbar ist hierbei auch, dass eine an den Kühlkreislauf 9 angeschlossene Ölwanne 5 vorgesehen ist, so dass ein Wärmetausch mit dem Kühlmittelkreislauf erfolgen kann. Dabei können die an oder in der Ölwanne 5 eingesetzten thermoelektrischen Wandler 2 nicht nur zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden, sondern in umgekehrter Betriebsweise auch zur Kühlung bzw. zur Erwärmung des in der Ölwanne 5 befindlichen Öls. Denkbar ist des weiteren, dass durch eine Anbindung, beispielsweise an Karosseriebauteile oder an einen Unterboden, Wärme von einer Wärmesenke, beispielsweise den Kühlrippen 7 oder der Umgebungsluft 8, abgeleitet werden können. Zur Wärmeableitung können darüber hinaus sogenannte „Heat Pipes” verwendet werden.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der thermoelektrischen Wandler 2 sind somit zumindest folgende Funktionen ausführbar:

– Aufheizen oder Abkühlen eines Schmiermittels, insbesondere Öls 6, bei einem Ölkühler 1
– Gewinnen elektrischer Energie aus erwärmtem Öl 6 des Ölkühlers 1,
– Aufheizen oder Abkühlen eines Kühlmittels 9, insbesondere bei einem Ölkühler 1,
– Gewinnen elektrischer Energie aus erwärmtem Kühlmittel 9 des Ölkühlers 1.

Durch die äußerst kompakte und darüber hinaus flexible Bauweise moderner thermoelektrischer Wandler 2, können diese darüber hinaus an selbst beengte oder stark zerklüftete Bauräume angepasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006019282 A1 [0002]
- US 4753682 [0003]
- DE 102006057662 A1 [0004]

Claims

Verbrennungsmotor mit einem Ölkreislauf und einem Kühlkreislauf (9) zum Kühlen eines Ölkühlers (1), dadurch gekennzeichnet, – dass im Bereich des Ölkreislaufs wenigstens ein thermoelektrischer Wandler (2) zur Kühlung und/oder zum Aufheizen des Öls (6) oder zur Gewinnung elektrischer Energie angeordnet ist, und/oder – dass im Bereich des Kühlkreislaufs (9) wenigstens ein thermoelektrischer Wandler (2) zur Kühlung und/oder zum Aufheizen des Kühlmittels (9) oder zur Gewinnung elektrischer Energie angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine thermoelektrische Wandler (2) als Thermogenerator ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine thermoelektrische Wandler (2) als Peltier-Element ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine thermoelektrische Wandler (2) im Bereich einer Ölwanne (5) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine thermoelektrische Wandler (2) im Bereich einer Öl (6) oder Kühlmittel (9) führenden Leitung (3) des Öl- oder Kühlmittelkreislaufs angeordnet ist.