DE102008017949A1 - Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung - Google Patents

Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE102008017949A1
DE102008017949A1 DE102008017949A DE102008017949A DE102008017949A1 DE 102008017949 A1 DE102008017949 A1 DE 102008017949A1 DE 102008017949 A DE102008017949 A DE 102008017949A DE 102008017949 A DE102008017949 A DE 102008017949A DE 102008017949 A1 DE102008017949 A1 DE 102008017949A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
working medium
internal combustion
combustion engine
heat exchanger
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102008017949A
Other languages
English (en)
Inventor
Jan Dipl.-Ing. Gärtner
Thomas Dr. Ing. Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE102008017949A priority Critical patent/DE102008017949A1/de
Publication of DE102008017949A1 publication Critical patent/DE102008017949A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/12—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • F01K23/14—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled including at least one combustion engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (1) mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung (2), wobei eine Ausgangswelle (5.1) der Expansionsvorrichtung (5) über ein Schwungrad (7) mit einer Kurbelwelle (1.1) der Verbrennungskraftmaschine (1) gekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung, umfassend eine Fördereinheit zur Verdichtung eines zumindest weitgehend flüssigen Arbeitsmediums, einen Wärmetauscher zur Verdampfung des Arbeitsmediums durch einen Wärmeübergang von einem Wärmemedium auf das Arbeitsmedium, eine Expansionsvorrichtung zur Expansion des Arbeitsmediums, wobei der Expansionsvorrichtung eine mechanische Energie entnehmbar ist, und eine Kondensationsvorrichtung zur Abkühlung und/oder Kondensation des Arbeitsmediums. Die Fördereinheit, der Wärmetauscher, die Expansionsvorrichtung und die Kondensationsvorrichtung sind in einem Kreislauf verschaltet, in dem das Arbeitsmedium zirkulierbar ist.
  • Heutige Verbrennungskraftmaschinen weisen einen Wirkungsgrad von bis zu 45 Prozent auf. Die Verluste werden überwiegend als Wärme an ein Kühlmittel und als Abgaswärme abgegeben.
  • Aus der JP 571 19 117 A ist eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung bekannt, mit welcher Energie aus einer Abgaswärme einer Verbrennungskraftmaschine gewonnen werden kann. Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung umfasst eine Fördereinheit in Form einer Pumpe, einen Wärmetauscher, eine Expansionsvorrichtung in Form einer Dampfturbine und eine Kondensationsvorrichtung, die zu einem Kreislauf verschaltet sind, in dem ein Arbeitsmedium führbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine ermöglicht eine Umwandlung von thermischer Energie in eine mechanische Arbeit mittels eines so genannten Rankine-Prozesses. Die mechanische Arbeit ist der Vorrichtung an einer Ausgangswelle der Turbine entnehmbar, die wiederum mit einer Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine in nicht näher spezifizierter Weise verbunden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, bei der eine aus der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gewonnene mechanische Energie in besonders effizienter Weise zur Unterstützung der Verbrennungskraftmaschine einsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist eine Ausgangswelle der Expansionsvorrichtung über ein Koppelelement mit einer Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine gekoppelt.
  • Dadurch ist eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Lösung zur Übertragung einer der Expansionsvorrichtung entnommenen mechanischen Energie auf eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gegeben. Insbesondere lässt sich auf diese Weise auch ein Drehzahlunterschied zwischen der Ausgangswelle der Expansionsvorrichtung und der Kurbelwelle ausgleichen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Koppelelement als Schwungrad ausgeführt. Dadurch lassen sich insbesondere Auswirkungen von Drehmomentänderungen der Expansionsvorrichtung minimieren.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Koppelelement als Kurbelwellen-Startgenerator ausgeführt. Dadurch ist es möglich, die mechanische Energie ohne Getriebe auf die Kurbelwelle zu übertragen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt:
  • 1 schematisch eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung.
  • Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 2 umfasst eine Fördereinheit 3, einen Wärmetauscher 4, eine Expansionsvorrichtung in Form einer Turbine 5 und einen Kondensator 6, die in einem Kreislauf verschaltet sind, wobei in diesem Kreislauf ein Arbeitsmedium A zirkulierbar ist. Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 2 ist zur Durchführung eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses geeignet.
  • Vor Eintritt in die Pumpe 3 liegt das Arbeitsmedium A in einer flüssigen Phase vor. In der Pumpe 3 wird das Arbeitsmedium A annähernd adiabat und isentrop verdichtet. Anschließend wird es dem Wärmetauscher 4 in weiterhin flüssiger Phase zugeführt. In dem Wärmetauscher 4 ist ein Wärmeübergang von ei nem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 zum Arbeitsmedium realisierbar, wobei das Arbeitsmedium A in eine gasförmige Phase überführbar ist. Nach Durchströmen des Wärmetauschers 4 ist das gasförmige Arbeitsmedium A der Turbine 5 zuführbar, in der es im wesentlichen adiabat expandiert wird. Anschließend wird das Arbeitsmedium in zumindest weitgehend gasförmiger Phase dem Kondensator 6 zugeführt. In dem Kondensator 6 ist ein Wärmeübergang von dem Arbeitsmedium zu der Umgebungsluft oder zu einem Kühlmedium (beispielsweise einem Kühlmittel der Verbrennungskraftmaschine) realisierbar, so dass das Arbeitsmedium zumindest größtenteils kondensiert. Nach Durchströmen des Kondensators 6 ist das Arbeitsmedium A wieder in flüssiger Phase der Pumpe 3 zuführbar, so dass der Kreislauf CR geschlossen ist.
  • Der Turbine 5 ist dabei eine mechanische Energie, insbesondere eine Rotationsenergie, über eine Ausgangswelle 5.1 entnehmbar. Die Ausgangswelle 5.1 der Turbine 5 ist über ein Schwungrad 7 mit einer Kurbelwelle 1.1 der Verbrennungskraftmaschine 1 gekoppelt, um dieser zusätzlich mechanische Energie zuzuführen, so dass ein geringerer Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 1 erzielbar ist. An der Ausgangswelle 5.1 der Turbine 5 ist ein Ritzel 5.2 mit einer an das Schwungrad angepassten Verzahnung angeordnet.
  • Die Turbine 5 ist bevorzugt klein ausgeführt, um Strömungsverluste gering zu halten und daraus folgend einen hohen Wirkungsgrad der Turbine zu erzielen. Eine klein ausgelegte Turbine bedingt jedoch hohe Drehzahlen nT der Ausgangswelle 5.1. Anhand einer im Vergleich zu dem Schwungsrad 7 kleinen Auslegung des Ritzels 5.2 wird ein großes Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl nT der Ausgangswelle 5.1 und einer Drehzahl nK der Kurbelwelle 1.1 erreicht. Dadurch kann ein zusätzliches Getriebe zur Übersetzung der Drehzahl nT der Ausgangswelle 5.1 auf die Drehzahl nK der Kurbelwelle 1.1 entfallen.
  • In einem modifizierten, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ausgangswelle der Turbine über einen Kurbelwellen-Startgenerator mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt. Der Kurbelwellen-Startgenerator ist sowohl als Starter der Verbrennungskraftmaschine als auch als elektrischer Generator betreibbar und bevorzugt direkt mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt.
  • 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
    • - JP 57119117 A [0003]

Claims (3)

  1. Verbrennungskraftmaschine (1) mit einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung (2), umfassend – eine Fördereinheit (3) zur Verdichtung eines zumindest weitgehend flüssigen Arbeitsmediums (A); – einen Wärmetauscher (4) zur Verdampfung des Arbeitsmediums (A) durch einen Wärmeübergang von einem Wärmemedium (M) auf das Arbeitsmedium (A); – eine Expansionsvorrichtung (5) zur Expansion des Arbeitsmediums (A), wobei der Expansionsvorrichtung eine mechanische Energie entnehmbar ist; – eine Kondensationsvorrichtung (6) zur Abkühlung und/oder Kondensation des Arbeitsmediums (A), in der das Arbeitsmedium (A) von einem zumindest weitgehend gasförmigen Aggregatzustand in einen zumindest weitgehend flüssigen Aggregatzustand überführbar ist, wobei die Fördereinheit (3), der Wärmetauscher (4), die Expansionsvorrichtung (5) und die Kondensationsvorrichtung (6) in einem Kreislauf (CRK) verschaltet sind, in dem das Arbeitsmedium (A) zirkulierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangswelle (5.1) der Expansionsvorrichtung (5) über ein Koppelelement (7) mit einer Kurbelwelle (1.1) der Verbrennungskraftmaschine (1) gekoppelt ist.
  2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (7) als Schwungrad ausgeführt ist.
  3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (7) als Kurbelwellen-Startgenerator ausgeführt ist.
DE102008017949A 2008-04-09 2008-04-09 Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung Withdrawn DE102008017949A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008017949A DE102008017949A1 (de) 2008-04-09 2008-04-09 Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008017949A DE102008017949A1 (de) 2008-04-09 2008-04-09 Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008017949A1 true DE102008017949A1 (de) 2009-03-05

Family

ID=40299250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008017949A Withdrawn DE102008017949A1 (de) 2008-04-09 2008-04-09 Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008017949A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009015693A1 (de) * 2009-03-31 2010-10-07 Walter Hamberger Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer deren Abwärme nutzenden Wärmekraftmaschine als Antriebe
FR2976136A1 (fr) * 2011-05-30 2012-12-07 Enertime Dispositif de production d'electricite a cycle de rankine pour un reseau electrique local
CN115234401A (zh) * 2022-09-21 2022-10-25 苏州亚太精睿传动科技股份有限公司 一种利用余热辅助驱动的新型混合动力系统及其方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57119117A (en) 1981-01-19 1982-07-24 Kawasaki Heavy Ind Ltd Low fuel consumption compound engine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57119117A (en) 1981-01-19 1982-07-24 Kawasaki Heavy Ind Ltd Low fuel consumption compound engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009015693A1 (de) * 2009-03-31 2010-10-07 Walter Hamberger Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer deren Abwärme nutzenden Wärmekraftmaschine als Antriebe
FR2976136A1 (fr) * 2011-05-30 2012-12-07 Enertime Dispositif de production d'electricite a cycle de rankine pour un reseau electrique local
CN115234401A (zh) * 2022-09-21 2022-10-25 苏州亚太精睿传动科技股份有限公司 一种利用余热辅助驱动的新型混合动力系统及其方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011012584B4 (de) Fahrzeug-Abwärmerückgewinnungssystem
DE102006043139A1 (de) Vorrichtung zur Gewinnung von mechanischer oder elektrischer Energie aus der Abwärme eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs
DE102007062598A1 (de) Nutzung einer Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine
DE2757236C3 (de) Antriebsaggregat, insbesondere für Kraftfahrzeuge
WO2011012441A1 (de) Antriebseinrichtung mit einem verbrennungsmotor und einer eine verlustwärme nutzenden expansionsmaschine
DE102010047518A1 (de) Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine
DE102009024772A1 (de) Fluidenergiemaschinenanordnung für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Fluidenergiemaschinenanordnung
DE102008019813A1 (de) Kraft-Wärmekopplungssystem
DE2625745B1 (de) Dieselbrennkraftmaschinenanlage fuer schiffsantrieb
DE102008017949A1 (de) Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung
DE102012019967A1 (de) Aufladeeinrichtung für Brennkraftmaschinen
DE102016218764A1 (de) Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Abwärmenutzungseinrichtung
DE843770C (de) Gasturbinenanlage
DE102007049366A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie aus heißen Gasströmen insbesondere eines Verbrennungsmotors
DE2729998A1 (de) Verbrennungskraftmaschine
EP1482131A1 (de) Dampfkraft-/Arbeitsprozess mit indirekter Energiezufuhr für die Elektroenergiegewinnung im Kreisprozess sowie Anordnung zu seiner Durchführung
DE102008017407A1 (de) Verbrennungskraftmaschine mit einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung und Verfahren zum Betrieb derselben
DE2730769C3 (de) Brennkraftmaschine, deren Austritt mit einer Abgasturbine verbunden ist
DE102010056273A1 (de) Abwärmenutzungsanlage
DE2618584A1 (de) Einrichtung zur rueckgewinnung der abwaerme von wassergekuehlten verbrennungsmotoren
DE102008053066A1 (de) System mit einem Rankine-Kreislauf
DE10035289A1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischer Energie mit einer mit äußerer Verbrennung arbeitenden Wärmekraftmaschine
EP2733339B1 (de) Vorrichtung zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine
DE202011101243U1 (de) Abwärmenutzungsanlage
WO2012119703A2 (de) Förderanlage für öl oder gas

Legal Events

Date Code Title Description
OAV Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination