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CN102213128A - 具有热电发电机的内燃发动机 - Google Patents

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CN102213128A CN2010101632481A CN201010163248A CN102213128A CN 102213128 A CN102213128 A CN 102213128A CN 2010101632481 A CN2010101632481 A CN 2010101632481A CN 201010163248 A CN201010163248 A CN 201010163248A CN 102213128 A CN102213128 A CN 102213128A
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Abstract

本发明涉及一种具有一个或更多个热电发电机(6)的内燃发动机，热电发电机通过内燃发动机的排气和冷却剂之间的温度差产生电流。根据本发明，至少一个热电发电机在供热侧上与内燃发动机的接近燃烧室的排气线路区段(4)热接触，并且在散热侧上与冷却内燃发动机的冷却剂和/或与汽缸盖(2)的导热组件热接触。

Description

具有热电发电机的内燃发动机
技术领域
本发明涉及一种具有一个或更多个热电发电机的内燃发动机，根据本说明书的记载，所述热电发电机通过内燃发动机的排气和冷却剂之间的温度差产生电流。
背景技术
一种类型的内燃发动机例如从DE 100 41 955 A1中可知。在该公开文件中，排气和环境之间的温度差被用来通过利用塞贝克(Seebeck)效应的热电元件产生电流。热电元件可以沿着排气管的整个长度或在所述排气管的区段上形成。通过该类型的热电元件，Seebeck逆效应、珀尔帖(Peltier)效应也能够被用于加热内燃发动机的部件。
US 2003/0223919 A1公开了通过发动机冷却剂液体冷却置于内燃发动机的氧化催化转化器中的热电发电机。
尽管根据最新的现有技术的热电发电机具有相对高的效率，但用于能量回收的已知装置从排气热量中产生的电力输出相当小。
发明内容
本发明的目的是使得具有生成尽可能高的电力输出的热电发电机的内燃发动机可用。
根据本发明，这个目的是通过说明书中以下内容记载的具有热电发电机的通用内燃发动机实现的。
因为热电发电机在供热侧上与内燃发动机的接近燃烧室的排气线路的区段热接触，并且在散热侧上与冷却内燃发动机的冷却剂和/或汽缸盖的热传递组件热接触，所以内燃发动机中占主导的最大温度差被施加到热电发电机。在汽缸盖处，排出气体温度通常能达到约1200℃，而在发动机很热的情况下发动机冷却剂的温度约为100℃。此外，这是因为发动机冷却剂的高散热能力，并且即使当热电发电机不与冷却剂直接接触并且存在诸如汽缸盖的金属等居间划分壁时，仍能确保热电发电机的散热侧的良好散热性，这是因为热传递路径很短。为此原因，根据本发明的设置产生热电发电机的每单位面积的最大输出。
与至少一个热电发电机热接触的排气线路区段被有利地直接定位在内燃发动机的排气阀后面，并且优选为形成在汽缸盖中的排气管道和/或直接位于所述汽缸盖之后的用于传导排气的元件。
在多汽缸发动机的特别有利的实施例中，内燃发动机的汽缸盖中的排气管道配置为至少部分地作为排气收集器，其收集已经在汽缸盖的区域内的来自多个气缸的排气。这种排气收集器具有特别大的表面积，热电发电机能够沿其设置。一个或更多个热电发电机的输出能够由此增大到使得已知在内燃发动机上提供的常规发电机的尺寸能够被相应地设定得更小或者甚至可以被完全省略。由此，在车辆中使用这种内燃发动机，车辆要求的一些或者甚至全部电力均以节约燃料的方式热电地生成。
此外，集成在气缸盖中并且被发动机冷却剂冷却的排气收集器具有的优点是排气在汽缸盖的排出口处的温度降低，由此降低了对附连到汽缸盖的排气线路、排气后处理装置以及可选的涡轮增压器或增压器的耐高温要求。另外，发动机冷却剂被排气更快地提升到工作温度，使得整个发动机体被快速加热，减少了摩擦，并且乘客舱也能够被快速和强劲地加热。
具有集成在汽缸盖中的排气收集器的内燃发动机在此被理解为具体地指一种发动机配置，其包括具有至少两个气缸的汽缸体的内燃发动机，每个气缸具有用于排放排气的至少一个排出口，该排出口通过排气阀选择性地关闭，单个排出口的排气通过已在气缸盖内的收集位置处联合以形成共用排气线路的排气线路传导，在汽缸盖中提供的排气管道被靠近这些排气管道设置的冷却剂通道中的液体冷却，所述共用排气线路在汽缸盖外部合并到排气流过的第一装置中，并且从排出口到共用排气线路自汽缸盖的出口测量的汽缸盖中液体冷却的排气管道内壁的总面积相比于从排出口到排气流出汽缸盖所经过的第一装置的参考元件测量的排气管道内壁的总面积的比例大于50％，优选为大于65％，特别优选为大于80％，并且更为特别优选地大于85％。
一些热电发电机，特别是热电元件，能够通过电流供应用作热泵。该特征结合集成在汽缸盖中的排气收集器同样是特别有利的，这是由于当启动发动机时，排气收集器能够被迅速提升到工作温度，从而使下游连接的排气后处理装置同样快速达到工作温度。
内燃发动机中的一个或更多个热电发电机的发明性配置具有的进一步的优点是该热电发电机特别节约空间。具体地，诸如氧化催化转化器或涡轮增压器等排气后处理装置能够直接位于获得热电能量的区段之后。获得了热电能量的排气线路区段能够因此代替汽缸盖和排气后处理装置或涡轮增压器之间常用的管线连接。
附图说明
下面参照附图以示例方式详细描述本发明，其中：
图1示出了从上方即汽缸轴线方向上观察的通过四汽缸发动机的汽缸盖的第一示例性实施例的示意性截面图，其中每个汽缸具有四个阀；以及
图2示出了对应于图1的第二示例性实施例的示意性截面图。
具体实施方式
在图1所示的汽缸盖2中，显示了四个汽缸和每个汽缸中的两个排气阀开口。在每个汽缸的排气阀开口的起始处是以V形会聚的排气管道4，每个V形均在汽缸盖2的边缘处分离地开启到用螺钉固定到汽缸盖2的共用排气收集器(未示出)中。
热电元件6设置在排气管道4的外围并用更粗的线条描绘，该热电元件6在供热侧上与流过排气管道4的排气热接触，并且在散热侧上与流过汽缸盖2中的冷却剂通道(未示出)的液体冷却剂热接触。在任一情况下，在热电元件6和排气以及冷却剂之间可以存在直接热接触或间接热接触，例如经由汽缸盖2的金属的热接触。
在图2的示例性实施例中，汽缸盖包括两个区段，即汽缸部分2a和排气收集器部分2b。在图2中，虚直线示出了汽缸部分2a和排气收集器部分2b之间的边界。汽缸部分2a和排气收集器部分2b可以是一体的元件，或排气收集器部分2b可以用螺钉固定到汽缸部分2a。
在图2的示例性实施例中，如同图1的示例性实施例，首先以V形会聚的排气管道4起始于每个汽缸的排气阀开口。排气管道4接着在排气收集器部分2b中汇合以形成共用排出口8。在图2中，管道壁以简单的多角形式描绘；当然，在实际中优选地以更促进流动的方式成形。
不同于常规的暴露于空气中的排气收集器，所述排气收集器部分2b是液体冷却的，即通过流经汽缸部分2a和/或排气收集器部分2b中的冷却剂通道(未示出)的内燃发动机的冷却剂冷却。这种冷却可以通过排气收集器部分2b同样包括冷却剂通道来直接实现，或通过排气收集器部分2b由金属制成并且与液体冷却的汽缸部分2a具有良好的热接触而间接实现。
如同图1的示例性实施例，在图2的示例性实施例中，以较粗线条描绘的热电元件6′围绕在排气管道4的外围设置。热电元件6′额外地沿着排气收集器部分2b的内壁延伸。可见图2的示例性实施例中用于热电转化的可用面积比图1的示例性实施例中的可用面积大的多。
排气后处理装置，诸如氧化催化转化器或诸如涡轮增压或增压器等增压装置，可以被直接连接到排出口8。
图2示出了与汽缸部分2a共面的排气收集器部分2b。然而，排气收集器部分2b还可以是弯曲的，例如使得排出口8以汽缸轴线方向取向并且向着内燃发动机的曲轴箱。结果，连接到排出口8的排气后处理装置或增压装置能够以与汽缸体直接相邻的特别节约空间的方式被容纳。

Claims (7)

1.一种具有一个或更多个热电发电机的内燃发动机，所述热电发电机通过所述内燃发动机的排气和冷却剂之间的温度差产生电流，其中
至少一个热电发电机(6，6′)在供热侧上与所述内燃发动机的接近燃烧室的排气线路区段(4)热接触，并且在散热侧上与冷却所述内燃发动机的冷却剂和/或与汽缸盖(2)的导热组件热接触。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中
与至少一个所述热电发电机(6，6′)热接触的所述排气线路区段是形成在所述内燃发动机的所述汽缸盖(2)中的排气管道(4)和/或直接位于所述排气管道(4)之后的用于传导排气的元件。
3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机，其中
所述内燃发动机构造为多汽缸发动机，并且所述内燃发动机的所述汽缸盖(2)中的所述排气管道(4)构造为至少部分地作为用于收集来自多个汽缸的所述排气的排气收集器(2b)。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的内燃发动机，其中
所述热电发电机(6，6′)负责所述内燃发动机的一部分的电流供应，并且所述内燃发动机的常规发电机的尺寸被相应地设定得更小。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃发动机，其中
一个或多个所述热电发电机(6，6′)包括所述内燃发动机的唯一的电流发生器。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的内燃发动机，其中
至少一个所述热电发电机(6，6′)适于通过电流供应而用作热泵。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的内燃发动机，其中
至少一个所述热电发电机包括至少一个热电元件(6，6′)。
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