專利名稱：具有熱電發(fā)電機的內(nèi)燃發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一個或更多個熱電發(fā)電機的內(nèi)燃發(fā)動機，根據(jù)本說明書的記載，所述熱電發(fā)電機通過內(nèi)燃發(fā)動機的排氣和冷卻劑之間的溫度差產(chǎn)生電流。
背景技術(shù)：
一種類型的內(nèi)燃發(fā)動機例如從DE 100 41 955 Al中可知。在該公開文件中，排氣和環(huán)境之間的溫度差被用來通過利用塞貝克(Seebeck)效應(yīng)的熱電元件產(chǎn)生電流。熱電元件可以沿著排氣管的整個長度或在所述排氣管的區(qū)段上形成。通過該類型的熱電元件， Seebeck逆效應(yīng)、珀爾帖(Peltier)效應(yīng)也能夠被用于加熱內(nèi)燃發(fā)動機的部件。US 2003/0223919 Al公開了通過發(fā)動機冷卻劑液體冷卻置于內(nèi)燃發(fā)動機的氧化催化轉(zhuǎn)化器中的熱電發(fā)電機。盡管根據(jù)最新的現(xiàn)有技術(shù)的熱電發(fā)電機具有相對高的效率，但用于能量回收的已知裝置從排氣熱量中產(chǎn)生的電力輸出相當(dāng)小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是使得具有生成盡可能高的電力輸出的熱電發(fā)電機的內(nèi)燃發(fā)動機可用。根據(jù)本發(fā)明，這個目的是通過說明書中以下內(nèi)容記載的具有熱電發(fā)電機的通用內(nèi)燃發(fā)動機實現(xiàn)的。因為熱電發(fā)電機在供熱側(cè)上與內(nèi)燃發(fā)動機的接近燃燒室的排氣線路的區(qū)段熱接觸，并且在散熱側(cè)上與冷卻內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻劑和/或汽缸蓋的熱傳遞組件熱接觸，所以內(nèi)燃發(fā)動機中占主導(dǎo)的最大溫度差被施加到熱電發(fā)電機。在汽缸蓋處，排出氣體溫度通常能達(dá)到約1200°C，而在發(fā)動機很熱的情況下發(fā)動機冷卻劑的溫度約為100°C。此外，這是因為發(fā)動機冷卻劑的高散熱能力，并且即使當(dāng)熱電發(fā)電機不與冷卻劑直接接觸并且存在諸如汽缸蓋的金屬等居間劃分壁時，仍能確保熱電發(fā)電機的散熱側(cè)的良好散熱性，這是因為熱傳遞路徑很短。為此原因，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置產(chǎn)生熱電發(fā)電機的每單位面積的最大輸出。與至少一個熱電發(fā)電機熱接觸的排氣線路區(qū)段被有利地直接定位在內(nèi)燃發(fā)動機的排氣閥后面，并且優(yōu)選為形成在汽缸蓋中的排氣管道和/或直接位于所述汽缸蓋之后的用于傳導(dǎo)排氣的元件。在多汽缸發(fā)動機的特別有利的實施例中，內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸蓋中的排氣管道配置為至少部分地作為排氣收集器，其收集已經(jīng)在汽缸蓋的區(qū)域內(nèi)的來自多個氣缸的排氣。這種排氣收集器具有特別大的表面積，熱電發(fā)電機能夠沿其設(shè)置。一個或更多個熱電發(fā)電機的輸出能夠由此增大到使得已知在內(nèi)燃發(fā)動機上提供的常規(guī)發(fā)電機的尺寸能夠被相應(yīng)地設(shè)定得更小或者甚至可以被完全省略。由此，在車輛中使用這種內(nèi)燃發(fā)動機，車輛要求的一些或者甚至全部電力均以節(jié)約燃料的方式熱電地生成。此外，集成在氣缸蓋中并且被發(fā)動機冷卻劑冷卻的排氣收集器具有的優(yōu)點是排氣在汽缸蓋的排出口處的溫度降低，由此降低了對附連到汽缸蓋的排氣線路、排氣后處理裝置以及可選的渦輪增壓器或增壓器的耐高溫要求。另外，發(fā)動機冷卻劑被排氣更快地提升到工作溫度，使得整個發(fā)動機體被快速加熱，減少了摩擦，并且乘客艙也能夠被快速和強勁地加熱。具有集成在汽缸蓋中的排氣收集器的內(nèi)燃發(fā)動機在此被理解為具體地指一種發(fā)動機配置，其包括具有至少兩個氣缸的汽缸體的內(nèi)燃發(fā)動機，每個氣缸具有用于排放排氣的至少一個排出口，該排出口通過排氣閥選擇性地關(guān)閉，單個排出口的排氣通過已在氣缸蓋內(nèi)的收集位置處聯(lián)合以形成共用排氣線路的排氣線路傳導(dǎo)，在汽缸蓋中提供的排氣管道被靠近這些排氣管道設(shè)置的冷卻劑通道中的液體冷卻，所述共用排氣線路在汽缸蓋外部合并到排氣流過的第一裝置中，并且從排出口到共用排氣線路自汽缸蓋的出口測量的汽缸蓋中液體冷卻的排氣管道內(nèi)壁的總面積相比于從排出口到排氣流出汽缸蓋所經(jīng)過的第一裝置的參考元件測量的排氣管道內(nèi)壁的總面積的比例大于50%，優(yōu)選為大于65%，特別優(yōu)選為大于80%，并且更為特別優(yōu)選地大于85%。一些熱電發(fā)電機，特別是熱電元件，能夠通過電流供應(yīng)用作熱泵。該特征結(jié)合集成在汽缸蓋中的排氣收集器同樣是特別有利的，這是由于當(dāng)啟動發(fā)動機時，排氣收集器能夠被迅速提升到工作溫度，從而使下游連接的排氣后處理裝置同樣快速達(dá)到工作溫度。內(nèi)燃發(fā)動機中的一個或更多個熱電發(fā)電機的發(fā)明性配置具有的進(jìn)一步的優(yōu)點是該熱電發(fā)電機特別節(jié)約空間。具體地，諸如氧化催化轉(zhuǎn)化器或渦輪增壓器等排氣后處理裝置能夠直接位于獲得熱電能量的區(qū)段之后。獲得了熱電能量的排氣線路區(qū)段能夠因此代替汽缸蓋和排氣后處理裝置或渦輪增壓器之間常用的管線連接。


下面參照附圖以示例方式詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1示出了從上方即汽缸軸線方向上觀察的通過四汽缸發(fā)動機的汽缸蓋的第一示例性實施例的示意性截面圖，其中每個汽缸具有四個閥；以及圖2示出了對應(yīng)于圖1的第二示例性實施例的示意性截面圖。
具體實施例方式在圖1所示的汽缸蓋2中，顯示了四個汽缸和每個汽缸中的兩個排氣閥開口。在每個汽缸的排氣閥開口的起始處是以V形會聚的排氣管道4，每個V形均在汽缸蓋2的邊緣處分離地開啟到用螺釘固定到汽缸蓋2的共用排氣收集器(未示出)中。熱電元件6設(shè)置在排氣管道4的外圍并用更粗的線條描繪，該熱電元件6在供熱側(cè)上與流過排氣管道4的排氣熱接觸，并且在散熱側(cè)上與流過汽缸蓋2中的冷卻劑通道 (未示出)的液體冷卻劑熱接觸。在任一情況下，在熱電元件6和排氣以及冷卻劑之間可以存在直接熱接觸或間接熱接觸，例如經(jīng)由汽缸蓋2的金屬的熱接觸。在圖2的示例性實施例中，汽缸蓋包括兩個區(qū)段，即汽缸部分加和排氣收集器部分2b。在圖2中，虛直線示出了汽缸部分加和排氣收集器部分2b之間的邊界。汽缸部分 2a和排氣收集器部分2b可以是一體的元件，或排氣收集器部分2b可以用螺釘固定到汽缸部分2a。
在圖2的示例性實施例中，如同圖1的示例性實施例，首先以V形會聚的排氣管道 4起始于每個汽缸的排氣閥開口。排氣管道4接著在排氣收集器部分2b中匯合以形成共用排出口 8。在圖2中，管道壁以簡單的多角形式描繪；當(dāng)然，在實際中優(yōu)選地以更促進(jìn)流動的方式成形。不同于常規(guī)的暴露于空氣中的排氣收集器，所述排氣收集器部分2b是液體冷卻的，即通過流經(jīng)汽缸部分加和/或排氣收集器部分2b中的冷卻劑通道(未示出)的內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻劑冷卻。這種冷卻可以通過排氣收集器部分2b同樣包括冷卻劑通道來直接實現(xiàn)，或通過排氣收集器部分2b由金屬制成并且與液體冷卻的汽缸部分加具有良好的熱接觸而間接實現(xiàn)。如同圖1的示例性實施例，在圖2的示例性實施例中，以較粗線條描繪的熱電元件 6'圍繞在排氣管道4的外圍設(shè)置。熱電元件6'額外地沿著排氣收集器部分2b的內(nèi)壁延伸?？梢妶D2的示例性實施例中用于熱電轉(zhuǎn)化的可用面積比圖1的示例性實施例中的可用面積大的多。排氣后處理裝置，諸如氧化催化轉(zhuǎn)化器或諸如渦輪增壓或增壓器等增壓裝置，可以被直接連接到排出口 8。圖2示出了與汽缸部分加共面的排氣收集器部分2b。然而，排氣收集器部分2b 還可以是彎曲的，例如使得排出口 8以汽缸軸線方向取向并且向著內(nèi)燃發(fā)動機的曲軸箱。 結(jié)果，連接到排出口 8的排氣后處理裝置或增壓裝置能夠以與汽缸體直接相鄰的特別節(jié)約空間的方式被容納。
權(quán)利要求
1.一種具有一個或更多個熱電發(fā)電機的內(nèi)燃發(fā)動機，所述熱電發(fā)電機通過所述內(nèi)燃發(fā)動機的排氣和冷卻劑之間的溫度差產(chǎn)生電流，其中至少一個熱電發(fā)電機(6，6')在供熱側(cè)上與所述內(nèi)燃發(fā)動機的接近燃燒室的排氣線路區(qū)段(4)熱接觸，并且在散熱側(cè)上與冷卻所述內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻劑和/或與汽缸蓋(2) 的導(dǎo)熱組件熱接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其中與至少一個所述熱電發(fā)電機(6，6')熱接觸的所述排氣線路區(qū)段是形成在所述內(nèi)燃發(fā)動機的所述汽缸蓋O)中的排氣管道(4)和/或直接位于所述排氣管道(4)之后的用于傳導(dǎo)排氣的元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述內(nèi)燃發(fā)動機構(gòu)造為多汽缸發(fā)動機，并且所述內(nèi)燃發(fā)動機的所述汽缸蓋O)中的所述排氣管道(4)構(gòu)造為至少部分地作為用于收集來自多個汽缸的所述排氣的排氣收集器 Ub)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述熱電發(fā)電機(6，6')負(fù)責(zé)所述內(nèi)燃發(fā)動機的一部分的電流供應(yīng)，并且所述內(nèi)燃發(fā)動機的常規(guī)發(fā)電機的尺寸被相應(yīng)地設(shè)定得更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其中一個或多個所述熱電發(fā)電機(6，6')包括所述內(nèi)燃發(fā)動機的唯一的電流發(fā)生器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其中至少一個所述熱電發(fā)電機(6，6')適于通過電流供應(yīng)而用作熱泵。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其中至少一個所述熱電發(fā)電機包括至少一個熱電元件(6，6')。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有一個或更多個熱電發(fā)電機(6)的內(nèi)燃發(fā)動機，熱電發(fā)電機通過內(nèi)燃發(fā)動機的排氣和冷卻劑之間的溫度差產(chǎn)生電流。根據(jù)本發(fā)明，至少一個熱電發(fā)電機在供熱側(cè)上與內(nèi)燃發(fā)動機的接近燃燒室的排氣線路區(qū)段(4)熱接觸，并且在散熱側(cè)上與冷卻內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻劑和/或與汽缸蓋(2)的導(dǎo)熱組件熱接觸。
文檔編號F01N5/02GK102213128SQ201010163248
公開日2011年10月12日 申請日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者K·庫爾貝奇 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司