DE102009017311A1 - Thermoelectric device for producing electrical energy from heat produced by internal combustion engine of motor vehicle, has generator arranged such that electrical energy is generated from heat guided from inner wall towards outer wall - Google Patents

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Jürgen Prof. Dr. Fleischer
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    • F05C2251/04—Thermal properties
    • F05C2251/042—Expansivity

Abstract

The device (16) has a cylinder liner (7) with an inner wall (12) for controlling a cylinder piston (14) and an outer wall (18) for supporting the cylinder liner in an engine block (2). A thermoelectric generator (17) is arranged such that electrical energy is generated from heat guided from the inner wall towards the outer wall. The generator rests against the outer wall. The outer wall includes a wall section (21), and the generator is arranged at the wall section. The cylinder liner consists of a base material (23) and reinforcement elements (24). The reinforcement elements are fibers and ceramic particles. An independent claim is also included for an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus von einem Verbrennungsmotor erzeugter Wärme.The The invention relates to a thermoelectric device for generating generated by electrical energy from an internal combustion engine Warmth.

Aus der DE 11 2005 001 368 T5 ist eine thermoelektrische Vorrichtung bekannt, die aus der Wärme des Abgases eines Verbrennungsmotors elektrische Energie erzeugt. Hierzu ist ein thermoelektrischer Generator mit einer ersten Seite an einem Wärmesammler angeordnet, der sich in der Abgasleitung des Verbrennungsmotors befindet. An einer zweiten Seite des thermoelektrischen Generators ist ein Kühlmechanismus angeordnet, so dass zwischen den beiden Seiten eine Temperaturdifferenz entsteht, aus der der thermoelektrische Generator elektrische Energie erzeugt. Die elektrische Energie wird beispielsweise zum Laden einer Batterie verwendet. Dadurch, dass die Wärme des Abgases teilweise in elektrische Energie umgewandelt wird, wird der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors gesteigert. Aus wirtschaftlichen Gründen sowie aus Gründen des Klimaschutzes besteht ein ständiger Bedarf, den Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren weiter zu verbessern.From the DE 11 2005 001 368 T5 a thermoelectric device is known which generates electrical energy from the heat of the exhaust gas of an internal combustion engine. For this purpose, a thermoelectric generator is arranged with a first side to a heat accumulator, which is located in the exhaust pipe of the internal combustion engine. On a second side of the thermoelectric generator, a cooling mechanism is arranged so that a temperature difference arises between the two sides, from which the thermoelectric generator generates electrical energy. The electrical energy is used, for example, to charge a battery. The fact that the heat of the exhaust gas is partially converted into electrical energy, the efficiency of the engine is increased. For economic reasons and for reasons of climate protection, there is a constant need to further improve the efficiency of internal combustion engines.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine thermoelektrische Vorrichtung zu schaffen, die in einfacher Weise den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors verbessert.Of the Invention is therefore based on the object, a thermoelectric Device to create, in a simple way the efficiency an internal combustion engine improved.

Diese Aufgabe wird durch eine thermoelektrische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass in einfacher Weise der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors gesteigert werden kann, wenn die Erzeugung von elektrischer Energie aus der von dem Verbrennungsmotor erzeugten Wärme unmittelbar in dem Verbrennungsmotor erfolgt. Dadurch, dass der mindestens eine thermoelektrische Generator nahe der Innenwand der Zylinderlaufbuchse angeordnet ist, steht eine hohe Temperaturdifferenz zur Erzeugung elektrischer Energie auf der Basis des Seebeck-Effektes bereit. Die Warmseite des mindestens einen thermoelektrischen Generators steht in thermischem Kontakt mit der Innenwand, von der aus Verbrennungswärme und Reibungswärme aufgrund der Bewegung des Zylinderkolbens in Richtung der Außenwand abgeleitet wird. Da an der Außenwand der Zylinderlaufbuchse die Verbrennungswärme und die Reibungswärme von einem Kühlmittel abgeführt wird, ist die Kaltseite des mindestens einen thermoelektrischen Generators in thermischem Kontakt mit diesem, so dass ohne Zusatzmittel eine hohe Temperaturdifferenz zwischen der Warm- und Kaltseite des mindestens einen thermoelektrischen Generators besteht. Das Kühlmittel weist üblicherweise eine Betriebstemperatur von ca. 80°C bis 90°C auf, die der Temperatur der Kaltseite entspricht. Demgegenüber weist die Zylinderlaufbuchse an ihrer Außenwand eine Betriebstemperatur von ca. 150°C bis 230°C auf, die der Temperatur der Warmseite entspricht. Zwischen der Kalt- und Warmseite besteht somit im Betrieb des Verbrennungsmotors eine Temperaturdifferenz von ca. 60°C bis 140°C. Da die erzeugbare elektrische Spannung des mindestens einen thermoelektrischen Generators von der Temperaturdifferenz abhängig ist, kann eine entsprechend hohe elektrische Spannung erzeugt werden. Hierdurch kann ein hoher Anteil der Wärme in elektrische Energie umgewandelt werden, so dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erheblich verbessert wird. Der mindestens eine thermoelektrische Generator kann beispielsweise an der Außenwand angeordnet sein oder in die Zylinderlaufbuchse integriert sein. Die Anordnung des mindestens einen thermoelektrischen Generators im Verbrennungsmotor ist in ein facher Weise ohne Zusatzaufwand – im Gegensatz zu einer Anordnung im Abgastrakt – möglich. Der Platzbedarf des Verbrennungsmotors nimmt hierdurch nicht zu. Darüber hinaus kann der mindestens eine thermoelektrische Generator bei einer entsprechenden Ausbildung der thermoelektrischen Vorrichtung zum Heizen und/oder Kühlen der Zylinderlaufbuchse eingesetzt werden.These The object is achieved by a thermoelectric device having the features of claim 1. According to the invention was recognized that in a simple way the efficiency of an internal combustion engine can be increased when the production of electrical energy from the heat generated by the internal combustion engine immediately takes place in the internal combustion engine. Due to the fact that the at least one thermoelectric generator near the inner wall of the cylinder liner is arranged, is a high temperature difference for the production electrical energy based on the Seebeck effect. The hot side of the at least one thermoelectric generator is in thermal contact with the inner wall, from which combustion heat and frictional heat due to the movement of the cylinder piston is derived in the direction of the outer wall. Because on the outside wall the cylinder liner the heat of combustion and the frictional heat is discharged from a coolant is the cold side of the at least one thermoelectric generator in thermal Contact with this, so that without additive a high temperature difference between the hot and cold sides of the at least one thermoelectric Generator consists. The coolant usually has an operating temperature of about 80 ° C to 90 ° C on, which corresponds to the temperature of the cold side. In contrast, points the cylinder liner on its outer wall an operating temperature from about 150 ° C to 230 ° C, the temperature the warm side corresponds. Between the cold and warm side exists thus during operation of the internal combustion engine, a temperature difference from about 60 ° C to 140 ° C. Since the producible electrical Voltage of the at least one thermoelectric generator of the temperature difference is dependent, a corresponding high electrical voltage can be generated. This can be a high Share of heat to be converted into electrical energy, so that the efficiency of the internal combustion engine improves considerably becomes. The at least one thermoelectric generator can, for example be arranged on the outer wall or in the cylinder liner be integrated. The arrangement of the at least one thermoelectric Generator in the internal combustion engine is in a simple manner without additional effort - in Contrary to an arrangement in the exhaust tract - possible. The space requirement of the internal combustion engine does not increase as a result. About that In addition, the at least one thermoelectric generator at a corresponding embodiment of the thermoelectric device used for heating and / or cooling of the cylinder liner become.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 2 ist einfach herstellbar und weist einen guten thermischen Kontakt mit der Innenwand auf. Insbesondere ist eine Vormontage der thermoelektrischen Vorrichtung möglich, bevor diese in den Verbrennungsmotor eingebaut wird. Der mindestens eine thermoelektrische Generator wird beispielsweise durch Kleben oder Löten an der Außenwand der Zylinderlaufbuchse befestigt. Der mindestens eine Generator ist hierzu vorzugsweise entsprechend dem Radius der Außenwand gebogen geformt.A Thermoelectric device according to claim 2 is easy to produce and has good thermal contact with the inner wall. In particular, a pre-assembly of the thermoelectric device possible before these are installed in the internal combustion engine becomes. The at least one thermoelectric generator is, for example, by Gluing or soldering on the outer wall of the cylinder liner attached. The at least one generator is preferred for this purpose shaped curved according to the radius of the outer wall.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 3 gewährleistet eine einfache Montage der Zylinderlaufbuchse in einen Standard-Motorblock. Da der mindestens eine Generator aufgrund des zurückspringenden Wandabschnittes nicht über die benachbarten Wandabschnitte vorspringt, die zum Lager der Zylinderlaufbuchse in dem Motorblock dienen, muss der Motorblock nicht verändert werden. Die Montage der Zylinderlaufbuchse kann in üblicher Weise erfolgen.A Thermoelectric device according to claim 3 guaranteed a simple assembly of the cylinder liner in a standard engine block. There the at least one generator due to the recessed Wall section does not have the adjacent wall sections which projects to the bearing of the cylinder liner in the engine block serve, the engine block must not be changed. The Assembly of the cylinder liner can be done in the usual way.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 4 gewährleistet eine ausreichende Stabilität. Die Wanddicke der Zylinderlaufbuchse, insbesondere im Bereich des zurückspringenden Wandabschnittes, fällt bei einem unveränderten Innendurchmesser geringer aus. Dies kann durch die Verstärkungselemente wieder ausgeglichen werden. Als Verstärkungselemente dienen beispielsweise Fasern und/oder Keramikpartikel. Diese können nach bekannten Herstellungsverfahren in das Basismaterial eingebunden werden. Als Basismaterial dient beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Die mechanischen Kennwerte eines derartigen Metall-Matrix-Verbundwerkstoffes (MMC) übersteigen die von reinen Metallen oder Metalllegierungen erheblich.A thermoelectric device according to claim 4 ensures sufficient stability. The wall thickness of the cylinder liner, in particular in the region of the recessed wall portion, is smaller with an unchanged inner diameter. This can be compensated by the reinforcing elements again. As reinforcing elements are for example fibers and / or ceramic particles. These can be after manufacturing processes could be incorporated into the base material. The base material used is, for example, aluminum or an aluminum alloy. The mechanical characteristics of such a metal matrix composite material (MMC) exceed those of pure metals or metal alloys considerably.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 5 gewährleistet eine hohe spezifische Festigkeitssteigerung in einer ausgewählten Richtung. Die Fasern weisen, bezogen auf ihre Festigkeit, eine geringe Dichte auf. Als Fasern können beispielsweise Kohlenstoff-Fasern, Aluminiumoxid-Fasern und/oder Siliziumoxid-Fasern dienen. Die Fasern können in Radial- und/oder Längsrichtung in der Zylinderlaufbuchse verlaufen. Weiterhin können die Fasern relativ zu einer Mittellängsachse der Zylinderlaufbuchse parallel und/oder quer verlaufen. Insbesondere können die Fasern auch kreuzförmig verlaufen und ineinandergreifen.A Thermoelectric device according to claim 5 guaranteed a high specific strength increase in a selected one Direction. The fibers have a low, based on their strength Density on. As fibers, for example, carbon fibers, Alumina fibers and / or silica fibers serve. The fibers can be used in radial and / or longitudinal direction in the Cylinder liner run. Furthermore, the fibers relative to a central longitudinal axis of the cylinder liner parallel and / or transverse. In particular, the fibers can also cross-shaped and interlock.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 6 gewährleistet eine hohe mechanische Festigkeit in allen Richtungen. Als Keramik-Partikel können beispielsweise Partikel aus Siliziumcarbid (SiC) und/oder Aluminiumoxid (AlO) verwendet werden. Die Einbindung von Keramik-Partikeln führt bei geringen Zusatzkosten zu einer ausreichenden Steigerung der mechanischen Festigkeit.A Thermoelectric device according to claim 6 guaranteed a high mechanical strength in all directions. As a ceramic particle For example, particles of silicon carbide (SiC) and / or Alumina (AlO) can be used. The integration of ceramic particles leads at low additional costs to a sufficient Increase in mechanical strength.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 7 gewährleistet, dass der mindestens eine Generator bei Temperaturschwankungen der Zylinderlaufbuchse jederzeit plan auf dieser aufliegt. Dies gewährleistet jederzeit einen optimalen thermischen Kontakt und somit einen optimalen Wirkungsgrad des mindestens einen Generators. Ein geringer Wärmeausdeh nungskoeffizient kann beispielsweise durch das Einbinden von Kohlenstoff-Fasern erzielt werden. Der Wärmeausdehnungskoeffizient gilt in Radialrichtung und/oder Längsrichtung.A Thermoelectric device according to claim 7 ensures that the at least one generator with temperature fluctuations of Cylinder liner always flat on this rests. This ensures Optimal thermal contact at any time and thus optimal Efficiency of the at least one generator. A low thermal expansion coefficient can be achieved for example by the incorporation of carbon fibers. The thermal expansion coefficient applies in the radial direction and / or longitudinal direction.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 8 ermöglicht das Erzeugen von hohen elektrischen Spannungen. Ein thermoelektrischer Generator erzeugt je nach Temperaturdifferenz ca. 100 μV/K bis 1000 μV/K. Wird eine ausreichende Anzahl von thermoelektrischen Generatoren in Serie geschaltet, so sind Spannungen im Volt-Bereich erzeugbar, die durch einen Gleichspannungswandler (DC-DC) auf die Spannung der Batterie angepasst werden können.A Thermoelectric device according to claim 8 allows the generation of high electrical voltages. A thermoelectric Generator generates approx. 100 μV / K to depending on the temperature difference 1000 μV / K. Will a sufficient number of thermoelectric Generators connected in series, so are voltages in the volt range generated by a DC-DC converter on the Voltage of the battery can be adjusted.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 9 ermöglicht das Anpassen der erzeugten Spannung an die Spannung der Batterie, so dass diese geladen werden kann. Der erste Gleichspannungswandler ist vorzugsweise als Spannungsregler ausgebildet, der eine gewünschte konstante Ausgangsspannung zum Laden der Batterie erzeugt.A Thermoelectric device according to claim 9 allows adjusting the voltage generated to the voltage of the battery, so that it can be loaded. The first DC-DC converter is preferably designed as a voltage regulator, which is a desired constant output voltage for charging the battery.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 10 ermöglicht das Erwärmen der Zylinderlaufbuchse vor einem Kaltstart des Verbrennungsmotors. Mittels des zweiten Gleichspannungswandlers kann ein Stromfluss durch den mindestens einen Generator derart eingeprägt werden, dass aufgrund des Peltier-Effektes sich die Warmseite des mindestens einen Generators erwärmt, so dass dieser die Zylinderlaufbuchse heizt. Das Kaltstartverhalten des Verbrennungsmotors kann so verbessert werden. Der zweite Gleichspannungswandler ist vorzugsweise als Stromregler ausgebildet, der einen gewünschten Stromfluss einprägt.A Thermoelectric device according to claim 10 allows heating the cylinder liner before a cold start of the internal combustion engine. By means of the second DC-DC converter may be a current flow through the at least one generator such be imprinted that due to the Peltier effect itself warms the hot side of the at least one generator, so that this heats the cylinder liner. The cold start behavior of the internal combustion engine can be improved. The second DC-DC converter is preferably designed as a current regulator, which has a desired current flow impresses.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 11 ermöglicht ein verbessertes Kühlen der Zylinderlaufbuchse bei thermischer Überlast. Mittels des Umpolelements kann der zweite Gleichspannungswandler zum Heizen und Kühlen verwendet werden. Zum Kühlen wird mittels des Gleichspannungswandlers ein Stromfluss in im Vergleich zum Heizen umgekehrter Richtung durch den mindestens einen Generator eingeprägt. Das Umschalten der Stromflussrichtung wird mittels des Umpolelementes bewirkt. Aufgrund des Peltier-Effektes wird die Warmseite des mindestens einen Generators gekühlt, so dass Wärme von der Zylinderlaufbuchse aktiv abtransportiert wird. Vorzugsweise ist der zweite Gleichspannungswandler als Stromregler ausgebildet, der einen gewünschten Stromfluss einprägt.A Thermoelectric device according to claim 11 allows an improved cooling of the cylinder liner under thermal overload. By means of the polarity reversal element, the second DC-DC converter used for heating and cooling. For cooling is by means of the DC-DC converter, a current flow in comparison for heating the reverse direction by the at least one generator imprinted. The switching of the current flow direction is effected by means of the Umpolelementes. Due to the Peltier effect the hot side of the at least one generator is cooled, so that heat is actively transported away from the cylinder liner becomes. Preferably, the second DC-DC converter is a current regulator formed, which impresses a desired current flow.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 12 ermöglicht eine Temperaturregelung beim Heizen und Kühlen der Zylinderlaufbuchse. Als Temperatur-Sensor kann ein Thermoelement eingesetzt werden, das in seinem Aufbau dem des mindestens einen Generators entspricht.A Thermoelectric device according to claim 12 allows a temperature control during heating and cooling of the cylinder liner. As a temperature sensor, a thermocouple can be used, which corresponds in its construction to that of the at least one generator.

Eine thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 13 ermöglicht eine einfache Energieversorgung von im Bereich der Zylinderlaufbuchse angeordneten Sensoren. Ein Generator oder mehrere in Reihe geschaltete Generatoren werden zur Energieversorgung eines jeweiligen Sensors autark betrieben und sind nicht zum Laden der Batterie mit dieser verbunden. Dem jeweiligen Sensor steht somit unmittelbar die erforderliche Versorgungsspannung zur Verfügung, so dass beispielsweise eine drahtlose Datenübertragung von Messdaten des Sensors zu einer Steuereinheit oder einem Steuergerät möglich ist. Zu versorgende Sensoren können beispielsweise ein an der Außenwand angeordneter Temperatur-Sensor oder ein an der Innenwand angeordneter Druck-Sensor sein. Neben autark betriebenen Ge neratoren können in Reihe geschaltete Generatoren zum Laden der Batterie vorgesehen sein.A Thermoelectric device according to claim 13 allows a simple power supply in the area of the cylinder liner arranged sensors. One generator or more in series Generators become the energy supply of a respective sensor are self-sufficient and are not connected to charge the battery. The respective sensor is thus immediately the required Supply voltage available, so for example a wireless data transmission of measurement data of the sensor to a control unit or a control unit is possible. To be supplied sensors, for example, at the Outside wall arranged temperature sensor or one at the Be inner wall disposed pressure sensor. In addition to self-sufficient operated Generators can be connected in series to generators Charging the battery may be provided.

Ein Verbrennungsmotor nach Anspruch 14 weist einen verbesserten Wirkungsgrad auf.An internal combustion engine according to claim 14 has an improved efficiency.

Ein Verbrennungsmotor nach Anspruch 15 ermöglicht einen einfachen Einbau der thermoelektrischen Vorrichtung. Dadurch, dass die Zylinderlaufbuchse als nasse Zylinderlaufbuchse ausgebildet ist, die unmittelbar vom Kühlmittel umgeben ist, ist gleichzeitig durch den Kühlkanal ausreichend Freiraum vorhanden, um darin den mindestens einen thermoelektrischen Generator sowie die zugehörigen Leitungen anzuordnen. Die Isolation der Leitungen ist auf die hohen Temperaturen im Bereich der Zylinderlaufbuchse ausgelegt. Die Isolation kann insbesondere Temperaturen bis 150°C dauerhaft bestehen.One Internal combustion engine according to claim 15 allows a simple Installation of the thermoelectric device. Because of the cylinder liner is designed as a wet cylinder liner, directly from Coolant is surrounded by the cooling channel at the same time there is sufficient free space to contain the at least one thermoelectric To arrange generator and the associated lines. The Insulation of the cables is at the high temperatures in the range the cylinder liner designed. The isolation can in particular Temperatures up to 150 ° C persist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:Further Features, advantages and details of the invention will become apparent the following description of an embodiment. Show it:

1 eine Schnittdarstellung eines Verbrennungsmotors mit einer thermoelektrischen Vorrichtung, 1 a sectional view of an internal combustion engine with a thermoelectric device,

2 eine Prinzipdarstellung eines thermoelektrischen Generators der thermoelektrischen Vorrichtung in 1, 2 a schematic diagram of a thermoelectric generator of the thermoelectric device in 1 .

3 eine Prinzipdarstellung der thermoelektrischen Vorrichtung in einer ersten Betriebsweise zur Erzeugung elektrischer Energie, 3 1 is a schematic representation of the thermoelectric device in a first mode of operation for generating electrical energy,

4 eine Prinzipdarstellung der thermoelektrischen Vorrichtung in einer zweiten Betriebsweise zum Heizen des Verbrennungsmotors, und 4 a schematic diagram of the thermoelectric device in a second mode of operation for heating the internal combustion engine, and

5 eine Prinzipdarstellung der thermoelektrischen Vorrichtung in einer dritten Betriebsweise zum Kühlen des Verbrennungsmotors. 5 a schematic diagram of the thermoelectric device in a third mode of operation for cooling the internal combustion engine.

Ein Verbrennungsmotor 1 weist einen Motorblock 2 auf, der in üblicher Weise zur Ausbildung von mehreren Zylindern geformt ist. Der Motorblock 2 weist hierzu mehrere Zylinderbohrungen 3 derart auf, dass der Motorblock 2 für jeden Zylinder einen oberen Ringbund 4 und einen unteren Ringbund 5 ausbildet. Zwischen dem jeweiligen oberen Ringbund 4 und dem zugehörigen unteren Ringbund 5 weist der Motorblock 2 eine ringförmige Kühlkanalausnehmung 6 auf.An internal combustion engine 1 has an engine block 2 on, which is shaped in the usual way to form a plurality of cylinders. The engine block 2 has for this purpose several cylinder bores 3 such that the engine block 2 For each cylinder an upper collar 4 and a lower collar 5 formed. Between the respective upper collar 4 and the associated lower collar 5 points the engine block 2 an annular Kühlkanalausnehmung 6 on.

In jede der Zylinderbohrungen 3 ist eine zugehörige Zylinderlaufbuchse 7 eingesetzt. Die Zylinderlaufbuchsen 7 begrenzen zusammen mit dem Motorblock 2 Kühlkanäle 8, die im Wesentlichen durch die Kühlkanalausnehmungen 6 gebildet werden. Derartige Zylinderlaufbuchsen 7 werden als nasse Zylinderlaufbuchsen bezeichnet. Die Kühlkanäle 8 sind durch Dichtringe 9, die gegen den oberen und unteren Ringbund 4, 5 anliegen, abgedichtet und von einem Kühlmittel 10 durchströmt. Zur Positionierung der jeweiligen Zylinderlaufbuchse 7 weist diese einen ringförmigen Anschlag 11 auf, der im montierten Zustand gegen den oberen Ringbund 4 anliegt.In each of the cylinder bores 3 is an associated cylinder liner 7 used. The cylinder liners 7 limit together with the engine block 2 cooling channels 8th essentially through the cooling channel recesses 6 be formed. Such cylinder liners 7 are referred to as wet cylinder liners. The cooling channels 8th are through sealing rings 9 , which are against the upper and lower ring collar 4 . 5 abut, sealed and from a coolant 10 flows through. For positioning the respective cylinder liner 7 this has an annular stop 11 on, in the mounted state against the upper collar 4 is applied.

Die Zylinderlaufbuchsen 7 begrenzen jeweils mit ihrer Innenwand 12 einen Brennraum 13. In den Zylinderlaufbuchsen 7 ist jeweils in bekannter Weise ein Zylinderkolben 14 entlang einer Mittellängsachse 15 geführt verlagerbar. 1 zeigt einen Zylinderkolben 14 in seinem unteren Totpunkt UT. Der obere Totpunkt OT ist in 1 gestrichelt dargestellt.The cylinder liners 7 limit each with its inner wall 12 a combustion chamber 13 , In the cylinder liners 7 is in each case in a known manner a cylinder piston 14 along a central longitudinal axis 15 guided relocatable. 1 shows a cylinder piston 14 in its bottom dead center UT. The top dead center OT is in 1 shown in dashed lines.

Die Innenwände 12 sind zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften in üblicher Weise bearbeitet und können beispielsweise eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweisen, die als Aufnahmen für Schmiermittel dienen.The interior walls 12 are processed to improve the tribological properties in a conventional manner and may for example have a plurality of recesses, which serve as receptacles for lubricants.

Die Zylinderlaufbuchsen 7 sind identisch ausgebildet, so dass nachfolgend lediglich eine der Zylinderlaufbuchsen 7 genauer beschrieben ist. Die Zylinderlaufbuchse 7 ist Teil einer thermoelektrischen Vorrichtung 16, die weiterhin eine Vielzahl von thermoelektrischen Generatoren 17 umfasst. Die thermoelektrische Vorrichtung 16 dient zum Erzeugen von elektrischer Energie aus der von dem Verbrennungsmotor 1 im Betrieb erzeugten Wärme. Die Außenwand 18 der Zylinderlaufbuchse 7 ist im Wesentlichen in drei Wandabschnitte unterteilt. Der obere Ringbund 4 sowie der untere Ringbund 5 bilden einen ersten Wandabschnitt 19 und einen entsprechenden zweiten Wandabschnitt 20 aus, die gegen den Motorblock 2 anliegen. Dazwischen liegt ein dritter Wandabschnitt 21, der aufgrund einer ringförmigen Ausnehmung 22 gegenüber den Wandabschnitten 19 und 20 radial zurückspringt, so dass zwischen dem oberen Ringbund 4 und dem unteren Ringbund 5 ein der Ausnehmung 22 entsprechender Aufnahmeraum gebildet ist. Die Generatoren 17 sind im Bereich des dritten Wandabschnitts 21 an der Außenwand 18 flächig anliegend angeordnet, so dass aus der von der Innenwand 12 in Richtung der Außenwand 18 geleiteten Wärme elektrische Energie erzeugbar ist.The cylinder liners 7 are identical, so that only one of the cylinder liners 7 is described in more detail. The cylinder liner 7 is part of a thermoelectric device 16 , which continues to be a variety of thermoelectric generators 17 includes. The thermoelectric device 16 is used to generate electrical energy from that of the internal combustion engine 1 heat generated during operation. The outer wall 18 the cylinder liner 7 is essentially divided into three wall sections. The upper ring collar 4 as well as the lower ring collar 5 form a first wall section 19 and a corresponding second wall section 20 off, against the engine block 2 issue. In between lies a third wall section 21 , due to an annular recess 22 opposite the wall sections 19 and 20 radially recesses, leaving between the upper collar 4 and the lower collar 5 one of the recess 22 corresponding receiving space is formed. The generators 17 are in the area of the third wall section 21 on the outside wall 18 arranged flat adjacent, so that from the of the inner wall 12 in the direction of the outer wall 18 conducted heat electric energy can be generated.

Zur Erhöhung der Festigkeit, insbesondere im Bereich der Ausnehmung 22, besteht die Zylinderlaufbuchse 7 aus einem Basismaterial 23, in das Verstärkungselemente 24 eingebunden sind. Das Basismaterial 23 ist beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Als Verstärkungselemente 24 können Fasern, wie beispielsweise Kohlenstoff-Fasern, und/oder Keramikpartikel, wie beispielsweise Siliziumcarbid-Partikel und/oder Aluminiumoxid-Partikel eingebunden sein. Das Basismaterial 23 und/oder die Verstärkungspartikel 24 sind insbesondere derart, dass die Zylinderlaufbuchse 7 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α von weniger als 10·10–6 m/m/K, insbesondere von weniger als 5.10–6 m/m/K, und insbesondere von weniger als 1·10–6 m/m/K in Radial- und/oder Längsrichtung aufweist.To increase the strength, in particular in the region of the recess 22 , there is the cylinder liner 7 from a base material 23 , in the reinforcing elements 24 are involved. The base material 23 is for example aluminum or an aluminum alloy. As reinforcing elements 24 For example, fibers such as carbon fibers and / or ceramic particles such as silicon carbide particles and / or alumina particles may be incorporated. The base material 23 and / or the reinforcing particles 24 are in particular such that the cylinder liner 7 a thermal expansion coefficient α of less than 10 × 10 -6 m / m / K, in particular less than 5 . 10 -6 m / m / K, and in particular less than 1 · 10 -6 m / m / K in the radial and / or longitudinal direction.

Die thermoelektrischen Generatoren 17 sind in ihrem Aufbau bekannt. 2 zeigt diesen Aufbau beispielhaft. Der gezeigte Generator 17 weist ein erstes elektrisch isolierendes und gut wärmeleitfähiges Kontaktelement 25 sowie ein entsprechendes zweites Kontaktelement 26 auf. Das erste Kontaktelement 25 bildet eine Warmseite des Generators 17 und ist an der Außenwand 18 befestigt. Das zweite Kontaktelement 26 bildet eine Kaltseite des Generators 17, die sich in dem Kühlmittel 10 befindet. Zwischen den Kontaktelementen 25, 26 sind abwechselnd p-dotierte Halbleiterelemente 27 und n-dotierte Halbleiterelemente 28 angeordnet, die mittels Metallbrücken 29 miteinander leitend verbunden sind. Die Kontaktelemente 25, 26 liegen zur Wärmeübertragung gegen die Metallbrücken 29 an. Aufgrund der Temperaturdifferenz ΔT und des daraus resultierenden Wärmeflusses zwischen der Warm- und der Kaltseite des Generators 17 wird zwischen den endseitigen Metallbrücken 29 eine Spannung UG erzeugt. Die Höhe der Spannung UG ist von der Temperaturdifferenz ΔT abhängig.The thermoelectric generators 17 are known in their structure. 2 shows this structure by way of example. The generator shown 17 has a first electrically insulating and good thermal conductivity contact element 25 and a corresponding second contact element 26 on. The first contact element 25 forms a warm side of the generator 17 and is on the outside wall 18 attached. The second contact element 26 forms a cold side of the generator 17 that are in the coolant 10 located. Between the contact elements 25 . 26 are alternately p-doped semiconductor elements 27 and n-type semiconductor elements 28 arranged by means of metal bridges 29 are conductively connected to each other. The contact elements 25 . 26 lie to the heat transfer against the metal bridges 29 at. Due to the temperature difference ΔT and the resulting heat flow between the hot and the cold side of the generator 17 is between the end metal bridges 29 generates a voltage U G. The magnitude of the voltage U G is dependent on the temperature difference .DELTA.T.

Die Generatoren 17 sind in mehrere Gruppen unterteilt. Bei einer ersten Gruppe sind die Generatoren 17 in Reihe geschaltet und über eine Steuerschaltung 30 mit einer Batterie 31 verbunden. Die Steuerschaltung 30 ist über Signalleitungen 32 mit einer Steuereinheit 33 verbunden. Die Steuerschaltung 30 und die Steuereinheit 33 sind Teil der thermoelektrischen Vorrichtung 16. Die Steuereinheit 33 kann in ein übergeordnetes Steuergerät zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 integriert sein. Die Batterie 31 ist Teil eines Versorgungsnetzes, das beispielsweise einem von dem Verbrennungsmotor 1 angetriebenen Kraftfahrzeug angehört. Zum Laden der Batterie 31 weist die Steuerschaltung 30 einen ersten Gleichspannungswandler 34 auf, der die von den Generatoren 17 erzeugte Spannung UT1 an die Spannung UB der Batterie 31 anpasst. Der erste Gleichspannungswandler 34 ist als Spannungsregler ausgeführt, so dass die in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz ΔT variable Spannung UT1 auf eine im Wesentlichen konstante Ladespannung UL regelbar ist.The generators 17 are divided into several groups. For a first group are the generators 17 connected in series and via a control circuit 30 with a battery 31 connected. The control circuit 30 is via signal lines 32 with a control unit 33 connected. The control circuit 30 and the control unit 33 are part of the thermoelectric device 16 , The control unit 33 can in a higher-level control unit for controlling the internal combustion engine 1 be integrated. The battery 31 is part of a supply network, for example, one of the internal combustion engine 1 belongs to driven motor vehicle. To charge the battery 31 has the control circuit 30 a first DC-DC converter 34 on, that of the generators 17 generated voltage U T1 to the voltage U B of the battery 31 adapts. The first DC-DC converter 34 is designed as a voltage regulator, so that in dependence on the temperature difference .DELTA.T variable voltage U T1 is adjustable to a substantially constant charging voltage U L.

Darüber hinaus weist die Steuerschaltung 30 einen zweiten Gleichspannungswandler 35, ein Umpolelement 36 und ein Schaltelement 37 auf. Mittels dieser kann ein Heizen und Kühlen der Zylinderlaufbuchse 7 durchgeführt werden. Der zweite Gleichspannungswandler 35 und das Umpolelement 36 sind in Serie und parallel zu dem ersten Gleichspannungswandler 34 geschaltet. Das Schaltelement 37 ist batterieseitig angeordnet und dient zum Umschalten zwischen dem Zweig mit dem ersten Gleichspannungswandler 34 und dem Zweig mit dem zweiten Gleichspannungswandler 35.In addition, the control circuit points 30 a second DC-DC converter 35 , a polarity reversal element 36 and a switching element 37 on. By means of this can be a heating and cooling of the cylinder liner 7 be performed. The second DC-DC converter 35 and the polarity reversal element 36 are in series and parallel to the first DC-DC converter 34 connected. The switching element 37 is arranged on the battery side and serves to switch between the branch with the first DC-DC converter 34 and the branch with the second DC-DC converter 35 ,

Der zweite Gleichspannungswandler 35 ist als Stromregler ausgeführt und dient zum Einprägen eines Heiz-Stromes IH oder eines Kühl-Stromes IK. Die Stromregelung erfolgt in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur TA an der Außenwand 18 der Zylinderlaufbuchse 7. Zur Temperaturmessung ist ein Temperatur-Sensor 38 an der Außenwand 18 befestigt, der über eine Signalleitung 39 mit dem zweiten Gleichspannungswandler 35 verbunden ist. Zur Energieversorgung des Temperatur-Sensors 38 ist eine zweite Gruppe von in Reihe geschalteten Generatoren 17 vorgesehen. Diese Generatoren 17 sind autark und ausschließlich zur Energieversorgung des Temperatur-Sensors 38 bestimmt. Dementsprechend sind diese Generatoren 17 nicht mit der Steuerschaltung 30 und der Batterie 31 verbunden. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Generatoren 17 ist so bemessen, dass die erzeugte Spannung UT2 zur Energieversorgung des Temperatur-Sensors 38 ausreichend ist. Der Temperatur-Sensor 38 ist beispielsweise als übliches Thermoelement ausgebildet, dessen Aufbau dem der thermoelektrischen Generatoren 17 entspricht.The second DC-DC converter 35 is designed as a current regulator and is used to impress a heating current I H or a cooling current I K. The current regulation takes place as a function of a measured temperature T A on the outer wall 18 the cylinder liner 7 , For temperature measurement is a temperature sensor 38 on the outside wall 18 attached, via a signal line 39 with the second DC-DC converter 35 connected is. To power the temperature sensor 38 is a second group of generators connected in series 17 intended. These generators 17 are self-sufficient and exclusively for powering the temperature sensor 38 certainly. Accordingly, these generators 17 not with the control circuit 30 and the battery 31 connected. The number of generators connected in series 17 is dimensioned so that the generated voltage U T2 to power the temperature sensor 38 is sufficient. The temperature sensor 38 For example, is designed as a conventional thermocouple whose structure that of the thermoelectric generators 17 equivalent.

Darüber hinaus ist zur Energieversorgung eines Druck-Sensors 40 eine dritte Gruppe von in Reihe geschalteten Generatoren 17 vorgesehen, die autark und zur Energieversorgung des Druck-Sensors 40 ausschließlich mit diesem verbunden sind. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Generatoren 17 ist derart bemessen, dass die erzeugte Spannung UT3 zur Energieversorgung des Druck-Sensors 40 ausreichend ist. Der Druck-Sensor 40 ist im Brennraum 13 oberhalb des oberen Totpunktes OT an der Innenwand 12 angeordnet und dient zur Messung des Zylinder-Innendrucks. Der Druck-Sensor 40 ist über eine Versorgungsleitung mit den Generatoren 17 verbunden, die in einer radial verlaufenden und abgedichteten Durchgangsbohrung 41 durch die Zylinderlaufbuchse 7 geführt ist. Die Signalübertragung an das übergeordnete Steuergerät erfolgt bei dem Druck-Sensor 40 drahtlos. Der Druck-Sensor 40 ist beispielsweise als Druckquarz ausgebildet.In addition, to power a pressure sensor 40 a third group of generators connected in series 17 provided, the self-sufficient and to power the pressure sensor 40 are exclusively associated with this. The number of generators connected in series 17 is dimensioned such that the generated voltage U T3 for powering the pressure sensor 40 is sufficient. The pressure sensor 40 is in the combustion chamber 13 above the top dead center OT on the inner wall 12 arranged and used to measure the cylinder internal pressure. The pressure sensor 40 is via a supply line with the generators 17 connected in a radially extending and sealed through hole 41 through the cylinder liner 7 is guided. The signal transmission to the higher-level control unit takes place at the pressure sensor 40 wireless. The pressure sensor 40 is formed for example as a pressure quartz.

Für jeden Zylinder kann eine eigene thermoelektrische Vorrichtung 16 vorgesehen sein. Alternativ kann für mehrere oder alle Zylinder eine thermoelektrische Vorrichtung 16 vorgesehen sein, wobei die den einzelnen Zylinderlaufbuchsen 7 zugehörigen Serienschaltungen von thermoelektrischen Generatoren 17 je nach Bedarf in Serie und/oder parallel zueinander geschaltet sein können.Each cylinder can have its own thermoelectric device 16 be provided. Alternatively, for several or all cylinders, a thermoelectric device 16 be provided, wherein the individual cylinder liners 7 associated series circuits of thermoelectric generators 17 can be connected as needed in series and / or parallel to each other.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der thermoelektrischen Vorrichtung 16 beschrieben:
In einer ersten Betriebsweise wird die thermoelektrische Vorrichtung 16 zur Erzeugung von elektrischer Energie aus der von dem Verbrennungsmotor 1 erzeugten Wärme eingesetzt. Diese Betriebsweise ist in 3 veranschaulicht. Der Verbrennungsmotor 1 erzeugt in seinem Betrieb Verbrennungswärme sowie durch die Bewegung des Zylinderkolbens 14 verursachte Reibungswärme, die von der Innenwand 12 in Richtung der Außenwand 18 geleitet und von dort mittels des Kühlmittels 10 abtransportiert wird. Dadurch, dass die Warmseite der Generatoren 17 mit der Außenwand 18 und die Kaltseite mit dem Kühlmittel 10 in thermischem Kontakt steht, entsteht zwischen der Warm- und Kaltseite eine Temperaturdifferenz ΔT. Die Generatoren 17 erzeugen aufgrund dieser Temperaturdifferenz ΔT basierend auf dem Seebeck-Effekt jeweils eine Spannung UG, wobei sich die Spannungen UG aller in Serie geschalteter Generatoren 17 zu den Spannungen UT1, UT2 und UT3 aufaddieren. Die Spannung UT1 wird mittels des als Spannungsregler ausgebildeten ersten Gleichspannungswandlers 34 zu der im Wesentlichen konstanten Spannung UL gewandelt, die auf die Spannung UB der Batterie 31 angepasst ist und einen Lade-Strom IL zum Laden der Batterie 31 erzeugt. Die Spannungen UT2 und UT3 werden zur Energieversorgung des Temperatur-Sensors 38 und des Druck-Sensors 40 verwendet. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 1 verbessert.The following is the operation of the thermoelectric device 16 described:
In a first mode of operation, the thermoelectric device becomes 16 for generating electrical energy from that of the internal combustion engine 1 he begot used heat. This mode of operation is in 3 illustrated. The internal combustion engine 1 generates combustion heat in its operation as well as by the movement of the cylinder piston 14 caused frictional heat from the inner wall 12 in the direction of the outer wall 18 passed and from there by means of the coolant 10 is transported away. Because of the hot side of the generators 17 with the outer wall 18 and the cold side with the coolant 10 is in thermal contact, arises between the hot and cold side of a temperature difference .DELTA.T. The generators 17 generate due to this temperature difference .DELTA.T based on the Seebeck effect each have a voltage U G , wherein the voltages U G of all series-connected generators 17 add to the voltages U T1 , U T2 and U T3 . The voltage U T1 is determined by means of the first DC voltage converter designed as a voltage regulator 34 converted to the substantially constant voltage U L , based on the voltage U B of the battery 31 is adapted and a charging current I L for charging the battery 31 generated. The voltages U T2 and U T3 become the power supply of the temperature sensor 38 and the pressure sensor 40 used. As a result, the efficiency of the internal combustion engine 1 improved.

In einer zweiten Betriebsweise wird die thermoelektrische Vorrichtung 16 zum Heizen der Zylinderlaufbuchse 7 vor bzw. beim Start des Verbrennungsmotors 1 eingesetzt. Diese Betriebsweise ist in 4 dargestellt. Hierzu steuert die Steuereinheit 33 die Steuerschaltung 30 derart an, dass das Umschaltelement 37 die Batterie 31 mit dem zweiten Gleichspannungswandler 35 verbindet. Der zweite Gleichspannungswandler 35 ist als Stromregler ausgebildet und erhält von dem Temperatur-Sensor 38 über die Signalleitung 39 ständig Messwerte von der Temperatur TA der Zylinderlaufbuchse 7 an der Außenwand 18. Auf Basis dieser Messwerte regelt der Gleichspannungswandler 35 den Heiz-Strom IH durch die Generatoren 17. Der Heiz-Strom IH wird über die Heiz-Spannung UH am Ausgang des Gleichspannungswandlers 35 eingeprägt. Die Generatoren 17 wirken nun als Heizelemente, die basierend auf dem Peltier-Effekt an ihrer Warmseite Wärme erzeugen und so die Zylinderlaufbuchse 7 aufheizen und auf eine gewünschte Betriebstemperatur bringen. Hierdurch wird das Kaltstartverhalten des Verbrennungsmotors 1 verbessert. Der Temperatur-Sensor 38 und der Druck-Sensor 40 werden entsprechend der ersten Betriebsweise durch die Generatoren 17 mit Energie versorgt.In a second mode of operation, the thermoelectric device becomes 16 for heating the cylinder liner 7 before or at the start of the internal combustion engine 1 used. This mode of operation is in 4 shown. The control unit controls this 33 the control circuit 30 such that the switching element 37 the battery 31 with the second DC-DC converter 35 combines. The second DC-DC converter 35 is designed as a current regulator and receives from the temperature sensor 38 over the signal line 39 Constant readings of the temperature T A of the cylinder liner 7 on the outside wall 18 , Based on these measured values, the DC-DC converter controls 35 the heating current I H through the generators 17 , The heating current I H is the heating voltage U H at the output of the DC-DC converter 35 imprinted. The generators 17 now act as heating elements that generate heat based on the Peltier effect on their hot side and so the cylinder liner 7 heat up and bring to a desired operating temperature. As a result, the cold start behavior of the internal combustion engine 1 improved. The temperature sensor 38 and the pressure sensor 40 be according to the first mode of operation by the generators 17 energized.

In einer dritten Betriebsweise wird die thermoelektrische Vorrichtung 16 zum Kühlen der Zylinderlaufbuchse 7 bei thermischer Überlast eingesetzt. Diese Betriebsweise ist in 5 dargestellt. Hierzu steuert die Steuereinheit 33 die Steuerschaltung 30 derart an, dass das Schaltelement 37 die Batterie 31 mit dem zweiten Gleichspannungswandler 35 verbindet und das Umpolelement 36 die Spannung UB der Batterie am Eingang des Gleichspannungswandlers 35 umpolt. Dies erfolgt beispielsweise immer dann, wenn der Temperatur-Sensor 38 eine Temperatur TA an der Außenwand 18 misst, die einer thermischen Überlast entspricht. Basierend auf der Temperaturmessung prägt der als Stromregler ausgebildete Gleichspannungswandler 35 mittels der Kühl-Spannung UK einen Kühl-Strom IK durch die Generatoren 17 ein, der im Vergleich zu dem Heiz-Strom IH eine umgekehrte Flussrichtung aufweist. Aufgrund der umgekehrten Flussrichtung des Kühl-Stromes IK wird die Warmseite der Generatoren 17 basierend auf dem Peltier-Effekt gekühlt, wodurch der Abtransport von Wärme von der Außenwand 18 in Richtung des Kühlmittels 10 beschleunigt wird. Der Temperatur-Sensor 38 und der Druck-Sensor 40 werden entsprechend der ersten Betriebsweise durch die Generatoren 17 mit Energie versorgt.In a third mode of operation, the thermoelectric device becomes 16 for cooling the cylinder liner 7 used in thermal overload. This mode of operation is in 5 shown. The control unit controls this 33 the control circuit 30 such that the switching element 37 the battery 31 with the second DC-DC converter 35 connects and the polarity reversal element 36 the voltage U B of the battery at the input of the DC-DC converter 35 reverses the polarity. This happens, for example, whenever the temperature sensor 38 a temperature T A on the outer wall 18 measures that corresponds to a thermal overload. Based on the temperature measurement of designed as a current regulator DC-DC converter shapes 35 by means of the cooling voltage U K a cooling current I K through the generators 17 a, which has a reverse flow direction compared to the heating current I H. Due to the reverse flow direction of the cooling current I K , the hot side of the generators 17 cooled based on the Peltier effect, thereby removing the heat from the outer wall 18 in the direction of the coolant 10 is accelerated. The temperature sensor 38 and the pressure sensor 40 be according to the first mode of operation by the generators 17 energized.

Der Druck-Sensor 40 kann beispielsweise zur Regelung der Verbrennung auf Basis des Zylinder-Innendrucks oder zur Detektion von Zündaussetzern genutzt werden. Hierzu erfolgt eine drahtlose Übertragung von Messwerten des Zylinder-Innendrucks zu dem übergeordneten Steuergerät des Verbrennungsmotors 1. Darüber hinaus können weitere Sensoren zur Steuerung und/oder Diagnose des Verbrennungsmotors 1 durch die Generatoren 17 mit Energie versorgt werden.The pressure sensor 40 For example, it can be used to control combustion based on cylinder internal pressure or to detect misfires. For this purpose, a wireless transmission of measured values of the cylinder internal pressure to the superordinate control unit of the internal combustion engine takes place 1 , In addition, other sensors for controlling and / or diagnosis of the internal combustion engine 1 through the generators 17 be energized.

Durch die thermoelektrische Vorrichtung 16 wird der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 1 erheblich verbessert.Through the thermoelectric device 16 becomes the efficiency of the internal combustion engine 1 significantly improved.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 112005001368 T5 [0002] - DE 112005001368 T5 [0002]

Claims (15)

Thermoelektrische Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus von einem Verbrennungsmotor erzeugter Wärme, umfassend – eine Zylinderlaufbuchse (7) mit – einer Innenwand (12) zum Führen eines Zylinderkolbens (14) und – einer Außenwand (18) zum Lager der Zylinderlaufbuchse (7) in einem Motorblock (2), und – mindestens einen thermoelektrischen Generator (17), der derart angeordnet ist, dass aus von der Innenwand (12) in Richtung der Außenwand (18) geleiteter Wärme elektrische Energie erzeugbar ist.Thermoelectric device for generating electrical energy from heat generated by an internal combustion engine, comprising - a cylinder liner ( 7 ) with - an inner wall ( 12 ) for guiding a cylinder piston ( 14 ) and - an outer wall ( 18 ) to the bearing of the cylinder liner ( 7 ) in an engine block ( 2 ), and - at least one thermoelectric generator ( 17 ), which is arranged such that from the inner wall ( 12 ) in the direction of the outer wall ( 18 ) conducted heat electrical energy can be generated. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Generator (17) an der Außenwand (18) anliegend angeordnet ist.Thermoelectric device according to claim 1, characterized in that the at least one generator ( 17 ) on the outside wall ( 18 ) is arranged adjacent. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (18) einen gegenüber benachbarten Wandabschnitten (19, 20) zurückspringenden Wandabschnitt (21) aufweist, an dem der mindestens eine Generator (17) angeordnet ist.Thermoelectric device according to claim 1 or 2, characterized in that the outer wall ( 18 ) one opposite adjacent wall sections ( 19 . 20 ) recessed wall section ( 21 ), on which the at least one generator ( 17 ) is arranged. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (7) aus einem Basismaterial (23) und darin eingebundenen Verstärkungselementen (24) besteht.Thermoelectric device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cylinder liner ( 7 ) from a base material ( 23 ) and reinforcing elements incorporated therein ( 24 ) consists. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente (24) Fasern sind.Thermoelectric device according to claim 4, characterized in that the reinforcing elements ( 24 ) Fibers are. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente (24) Keramikpartikel sind.Thermoelectric device according to claim 4 or 5, characterized in that the reinforcing elements ( 24 ) Are ceramic particles. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (7) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (α) von weniger als 10·10–6 m/m/K, insbesondere von weniger als 5·10–6 m/m/K, und insbesondere von weniger als 1·10–6 m/m/K aufweist.Thermoelectric device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cylinder liner ( 7 ) has a coefficient of thermal expansion (α) of less than 10 × 10 -6 m / m / K, in particular less than 5 × 10 -6 m / m / K, and in particular less than 1 × 10 -6 m / m / K having. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Generatoren (17) in Reihe geschaltet sind.Thermoelectric device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a plurality of generators ( 17 ) are connected in series. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Laden einer Batterie (31) ein mit den Generatoren (17) verbundener erster Gleichspannungswandler (34) vorgesehen ist.Thermoelectric device according to claim 8, characterized in that for charging a battery ( 31 ) with the generators ( 17 ) connected first DC-DC converter ( 34 ) is provided. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Heizen der Zylinderlaufbuchse (7) ein mit den Generatoren (17) verbundener zweiter Gleichspannungswandler (35) vorgesehen ist.Thermoelectric device according to claim 8 or 9, characterized in that for heating the cylinder liner ( 7 ) with the generators ( 17 ) connected second DC-DC converter ( 35 ) is provided. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kühlen der Zylinderlaufbuchse (7) mittels der Generatoren (17) ein mit dem zweiten Gleichspannungswandler (35) zusammenwirkendes Umpolelement (36) vorgesehen ist.Thermoelectric device according to one of claims 8 to 10, characterized in that for cooling the cylinder liner ( 7 ) by means of the generators ( 17 ) with the second DC-DC converter ( 35 ) interacting Umpolelement ( 36 ) is provided. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen der Temperatur (TA) der Zylinderlaufbuchse (7) ein Temperatur-Sensor (38) an der Außenwand (18) angeordnet ist.Thermoelectric device according to one of claims 10 or 11, characterized in that for adjusting the temperature (T A ) of the cylinder liner ( 7 ) a temperature sensor ( 38 ) on the outside wall ( 18 ) is arranged. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Generator (17) autark ist und zur Energieversorgung eines Sensors (38, 40) mit diesem verbunden ist.Thermoelectric device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the at least one generator ( 17 ) is self-sufficient and to power a sensor ( 38 . 40 ) is connected to this. Verbrennungsmotor mit einer thermoelektrischen Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.Internal combustion engine with a thermoelectric device ( 1 ) according to one of claims 1 to 13. Verbrennungsmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine thermoelektrische Generator (17) in einem von einem Kühlmittel (10) durchströmten Kühlkanal (8) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the at least one thermoelectric generator ( 17 ) in one of a coolant ( 10 ) through the cooling channel ( 8th ) is arranged.
DE102009017311A 2009-04-11 2009-04-11 Thermoelectric device for producing electrical energy from heat produced by internal combustion engine of motor vehicle, has generator arranged such that electrical energy is generated from heat guided from inner wall towards outer wall Withdrawn DE102009017311A1 (en)

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