DE102009010314A1

DE102009010314A1 - Assistenzantrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009010314A1
Application number: DE102009010314A
Authority: DE
Inventors: Florian Vogelgesang
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-08-26

Abstract

Ein Assistenzantrieb für eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen einer Abwärme der Brennkraftmaschine (1) ausgesetzten Wärmetauscher (3) sowie eine durch ein den Wärmetauscher (3) durchströmendes Medium angetriebene Expansionsmaschine (4), welche zum mechanischen Antrieb eines Nebenantriebs (16) der Brennkraftmaschine (1) vorgesehen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen für eine Brennkraftmaschine vorgesehenen Assistenzantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Ein gattungsgemäßer Assistenzantrieb einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 10 2006 003 815 A1 bekannt. Dieser Assistenzantrieb umfasst eine Expansionsmaschine, welche als Rotationsmaschine mit zwei Drehkolben ausgebildet ist. Die Brennkraftmaschine und die zusätzliche Expansionsmaschine können auf zwei getrennte Abtriebswellen wirken, wobei die zusätzliche Abtriebswelle der Expansionsmaschine beispielsweise einen elektrischen Generator antreibt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen weiterentwickelten Assistenzantrieb einer Brennkraftmaschine anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Assistenzantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Assistenzantrieb umfasst einen Wärmetauscher, welcher mittels eines strömenden Mediums, insbesondere Dampfes, Abwärme der Brennkraftmaschine aufnimmt, sowie eine Expansionsmaschine, welche von dem den Wärmetauscher durchströmenden Medium angetrieben wird. Die Expansionsmaschine dient dem mechanischen Antrieb eines Nebenantriebs der Brennkraftmaschine. Der Nebenantrieb der Brennkraftmaschine ist somit mit Leistung versorgbar, ohne mechanische Leistung von der Brennkraftmaschine abzuzweigen. Die von der Brennkraftmaschine abgegebene thermische Leistung, welche von der Expansionsmaschine in mechanische Leistung umgesetzt wird, wird ohne Umwandlung in andere Energieformen in den Nebenantrieb geleitet.
Unter einem Nebenantrieb im Sinne des Anspruchs 1 wird einerseits ein Antrieb mindestens eines Nebenaggregats, beispielsweise einer Wasserpumpe, der Brennkraftmaschine, typischerweise eines Kolbenmotors, verstanden. Andererseits wird unter den Begriff „Nebenantrieb” auch ein Hilfsantrieb von Rädern eines mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs subsumiert. Bei den mithilfe des Nebenantriebs angetriebenen Rädern handelt es sich dabei um diejenigen Räder des Fahrzeugs, welche nicht mittels der Brennkraftmaschine angetrieben sind. Beispielsweise ist der Nebenantrieb, in welchen von der Expansionsmaschine erzeugte mechanische Leistung gespeist wird, zum Antrieb der Hinterräder eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, welches ansonsten einen Vorderradantrieb aufweist. Der Assistenzantrieb stellt somit ei nen „Soft-Allradantrieb” bereit. Ein besonderer Vorteil eines solchen Allrad-Hilfsantriebs liegt darin, dass kein Antriebsstrang zwischen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Rädern und den zusätzlich, nämlich durch die Expansionsmaschine, angetriebenen Rädern – im Extremfall eines einzelnen durch die Expansionsmaschine angetriebenen Rades – benötigt wird.
Der Wärmetauscher, welcher zur Übertragung thermischer Leistung von der Brennkraftmaschine in die Expansionsmaschine als weiterer Wärmekraftmaschine vorgesehen ist, ist in bevorzugter Ausgestaltung zumindest teilweise in einem von Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmten Auspuffkrümmer, insbesondere Fächerkrümmer, angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist Abwärme eines Abgasturboladers für den Betrieb der Expansionsmaschine nutzbar. Das in die Expansionsmaschine einströmende Medium kann damit auf eine besonders hohe Temperatur, insbesondere eine Temperatur von mehr als 600°C, erhihtzt werden. Die Expansionsmaschine ist vorzugsweise als Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, ausgebildet.
Gemäß einer ersten Variante des Assistenzantriebs weist der Nebenantrieb eine mechanische Kopplung ausschließlich mit der Expansionsmaschine, nicht jedoch mit der Brennkraftmaschine, auf. Damit ist insbesondere eine hohe Variabilität hinsichtlich der Einbausituation des Nebenantriebs im mit der Brennkraftmaschine betriebenen Fahrzeug, typischerweise Straßenfahrzeug, gegeben. Ist eine Betriebsbereitschaft des Nebenantriebs auch dann gefordert, wenn die Expansionsmaschine noch keine entsprechende Leistung liefert, so kann als Energiequelle, welche den Nebenantrieb speist, beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher oder ein Druckluftspeicher genutzt werden.
Gemäß einer zweiten Variante des Assistenzantriebs ist der Nebenantrieb mechanisch, vorzugsweise über eine schaltbare Kupplung, mit der Brennkraftmaschine koppelbar. Die mechanische Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Nebenantrieb ist dabei einerseits nutzbar, um mechanische Leistung von der Brennkraftmaschine in den Nebenantrieb einzuspeisen, solange die Expansionsmaschine noch keine oder nur eine unzureichende Leistung abgibt. Zum anderen ist damit auch die Möglichkeit gegeben, von der Expansionsmaschine erzeugte mechanische Leistung über den Nebenantrieb zumindest teilweise in den Antriebsstrang der Brennkraftmaschine zu leiten.
Unabhängig davon, welche Komponenten mithilfe des Nebenantriebs angetrieben sind, umfasst dieser vorzugsweise ein schaltbares Getriebe, insbesondere ein stufenloses Getriebe. Ein solches beispielsweise als Riemengetriebe oder Reibradgetriebe ausgebildetes stufenloses Getriebe ermöglicht den Betrieb einer vom Nebenantrieb angetriebenen Komponente im optimalen Drehzahlbereich. Dies gilt analog auch in Fällen, in denen der Nebenantrieb zum Radantrieb genutzt wird.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen schematisch:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Assistenzantriebs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Assistenzantriebs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Einander entsprechende oder gleichwirkende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet.
Ein in 1 symbolisiert dargestellter Nebenantrieb einer Brennkraftmaschine 1, insbesondere eines Hubkolbenmotors eines Kraftfahrzeugs, wird durch ansonsten ungenutzte thermische Leistung der Brennkraftmaschine 1 ange trieben. Ein Abgas der Brennkraftmaschine 1, typischerweise eines Diesel- oder Ottomotors, durchströmt einen Fächerkrümmer 2, in welchen ein Wärmetauscher 3 integriert ist. Zusätzliche Wärmetauscher zur Energieversorgung des Nebenantriebs können in nicht dargestellter Weise an anderer Stelle der Brennkraftmaschine 1, insbesondere im Abgasstrang und/oder im Kühlmittelkreislauf, angeordnet sein. Ein den Wärmetauscher 3 durchströmendes Arbeitsmedium, insbesondere Dampf, wird einer Expansionsmaschine 4 als Wärmekraftmaschine des Nebenantriebs zugeführt. Die als Dampfturbine ausgebildete Expansionsmaschine 4 treibt über eine Abtriebswelle 5, eine Kupplung 6 und ein vorzugsweise stufenloses Getriebe 7 Nebenaggregate 8, 9 der Brennkraftmaschine 1 an. Des weiteren ist von der Expansionsmaschine 4 gelieferte mechanische Leistung über das Getriebe 7 oder über ein nicht dargestelltes gesondertes Getriebe einem Radantrieb 10 des mit der Brennkraftmaschine 1 betriebenen Fahrzeugs zuführbar.
Der aus der Expansionsmaschine 4 durch eine Leitung 11 ausströmende Dampf wird mithilfe eines Kühlers 12 kondensiert. Das verflüssigte Arbeitsmedium der Expansionsmaschine 4 wird durch eine Pumpe 13 wieder zum Wärmetauscher 3 gefördert, welcher sehr nahe an der Brennkraftmaschine 1, im Abgasstrom noch vor einem Katalysator 14, angeordnet ist. Die Strömung des Arbeitsmediums in die Expansionsmaschine 4 ist durch ein Ventil 15 beeinflussbar. Das Ventil 15 wird ebenso wie beispielsweise die Pumpe 13 oder ein nicht dargestelltes Sperrorgan, welches eine Kühlmittelströmung durch den Ölkühler 12 beeinflusst, insbesondere in Abhängigkeit von in der Brennkraftmaschine 1 sowie in der Expansionsmaschine 4 herrschenden Temperaturen angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt dabei derart, dass die Brennkraftmaschine 1 möglichst schnell ihre normale Betriebstemperatur erreicht. Der Assistenzantrieb ist somit in ein Thermo-Management-System der Brennkraftmaschine 1 eingebunden. Die Pumpe 13 ist vorzugsweise über das Getriebe 7 und damit mittels der Expansionsmaschine 4 antreibbar.
Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 hauptsächlich dadurch, dass der hier durch eine gestrichelte Linie abgegrenzte, insgesamt mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichnete Nebenantrieb nicht nur durch die Expansionsmaschine 4 antreibbar ist, sondern auch eine mechanische Kopplung mit einer Abtriebswelle 17 der Brennkraftmaschine 1 aufweist. Die Verbindung zwischen dem Nebenantrieb 16 und der Abtriebswelle 17 ist mittels einer schaltbaren Kupplung 18 herstellbar, wobei ein Kraftfluss je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 und der Expansionsmaschine 4 entweder von der Brennkraftmaschine 1 zum Nebenantriebs 16 oder umgekehrt vom Getriebe 7 des Nebenantriebs 16 zur Abtriebswelle 17 der Brennkraftmaschine 1 erfolgen kann.

1: Brennkraftmaschine
2: Fächerkrümmer
3: Wärmetauscher
4: Expansionsmaschine
5: Abtriebswelle
6: Kupplung
7: Getriebe
8: Nebenaggregat
9: Nebenaggregat
10: Radantrieb
11: Leitung
12: Kühler
13: Pumpe
14: Katalysator
15: Ventil
16: Nebenantrieb
17: Abtriebswelle
18: Kupplung

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 102006003815 A1 [0002]

Claims

Assistenzantrieb für eine Brennkraftmaschine (1), mit einem einer Abwärme der Brennkraftmaschine (1) ausgesetzten Wärmetauscher (3), sowie mit einer durch ein den Wärmetauscher (3) durchströmendes Medium angetriebenen Expansionsmaschine (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (4) zum mechanischen Antrieb eines Nebenantriebs (16) der Brennkraftmaschine (1) vorgesehen ist.
Assistenzantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenantrieb (16) zum mechanischen Antrieb eines Nebenaggregats (8, 9) der Brennkraftmaschine (1) vorgesehen ist.
Assistenzantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenantrieb (16) zum von der Brennkraftmaschine (1) mechanisch unabhängigen Antrieb mindestens eines Rades eines mit der Brennkraftmaschine (1) angetriebenen Fahrzeugs vorgesehen ist.
Assistenzantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) zumindest teilweise in einem von Abgasen der Brennkraftmaschine (1) durchströmten Fächerkrümmer (2) angeordnet ist.
Assistenzantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (4) als Strömungsmaschine ausgebildet ist.
Assistenzantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenantrieb (16) mechanisch mit der Brennkraftmaschine (1) gekoppelt ist.
Assistenzantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenantrieb (16) über eine schaltbare Kupplung (18) mit der Brennkraftmaschine (1) gekoppelt ist.
Assistenzantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenantrieb (16) ein schaltbares Getriebe (7) umfasst.
Assistenzantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (7) als stufenloses Getriebe ausgebildet ist.
Verwendung eines Assistenzantriebs nach Anspruch 1 in einem Straßenfahrzeug.