DE102009056822B3 - Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
1.1 mit einem einen Wärmestrom erzeugenden Antriebsmotor (1);
1.2 mit einem Dampfmotor (10) in einem Dampfkreislauf (6), in dem ein Arbeitsmedium verdampft und im Dampfmotor (10) expandiert wird;
1.3 mit einem ersten Verdampfer (5), der in dem Dampfkreislauf (6) angeordnet ist und mit zumindest einem Teil des Wärmestroms beaufschlagt ist, um das Arbeitsmedium zu verdampfen; wobei
1.4 der erste Verdampfer (5) einen Einlass für flüssiges Arbeitsmedium und einen Auslass (9) für dampfförmiges Arbeitsmedium aufweist;
dadurch gekennzeichnet, dass
1.5 der erste Verdampfer (5) ferner einen Nebenauslass (8) aufweist, über welchen ein Teil des durch den Einlass in den ersten Verdampfer (5) eingeleiteten und mit dem Wärmestrom erwärmten Arbeitsmediums ausgeleitet wird, bevor das im ersten Verdampfer (5) verbleibende Arbeitsmedium mittels des Wärmestroms weiter verdampft wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei welchem der von einem Antriebsmotor erzeugte Wärmestrom zur Verdampfung eines Arbeitsmediums verwendet wird und das verdampfte Arbeitsmedium in einem Dampfmotor expandiert wird, um zusätzliche Antriebsleistung zu erzeugen.
  • Antriebsstränge der eingangs genannten Art sind dem Fachmann seit vielen Jahrzehnten bekannt, wurden jedoch zwischenzeitlich kaum weiterentwickelt. Aufgrund der heutzutage gestiegenen Anforderungen an eine möglichst optimale Energieausnutzung von durch Verbrennungsmotoren angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen oder Lastkraftwagen, sind solche Antriebsstränge in jüngerer Zeit Gegenstand eines gestiegenen Interesses der Fachwelt. Hierbei werden verschiedene Ausführungsformen vorgeschlagen, bei denen die Abwärme an verschiedenen Positionen des Antriebsstranges zur Dampferzeugung genutzt wird, beispielsweise im Abgasstrom, in der sogenannten Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors oder im Kühlkreislauf. Beispielsweise wird auf die internationale Patentanmeldung WO 2004/033859 A1 verwiesen.
  • Obwohl somit Ansätze zur möglichst umfassenden Abwärmeausnutzung existieren, gibt es einen andauernden Bedarf an weiteren Verbesserungen, um die Abwärmenutzung zu optimieren, hierdurch den Kraftstoffverbrauch zu senken und/oder die Leistung des Antriebsmotors zu steigern, jedoch zugleich die strengen Anforderungen an die künftigen Abgasemissionen zu erfüllen.
  • Die Offenlegungsschrift DE 31 48 208 A1 beschreibt eine Antriebseinrichtung aus Verbrennungsmotor und Dampfmotor, in welcher der Dampfmotor von einem gesonderten Wasser/Dampf-Kreislaufsystem betrieben wird, das über einen ersten Wärmetauscher mit dem Kühlwassersystem des Verbrennungsmotors gekoppelt ist und das über einen als Verdampfer wirkenden Wärmetauscher geführt ist, durch welchen die Abgase des Verbrennungsmotors hindurchgeleitet werden. Die Dampfbildung im Abgaswärmetauscher lässt sich mittels einer gesteuerten Pumpe einstellen, mittels welcher die in den Abgaswärmetauscher eingespritzte Wassermenge dosiert werden kann.
  • EP 1 249 580 A1 beschreibt ein Wärmerückgewinnungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Verdampfern, die auf unterschiedlichen Temperaturniveaus arbeiten.
  • US 5 609 029 A beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Energieausnutzung einer flüssigkeitsgekühlten thermischen Maschine, wobei wenigstens ein Teil des Kühlmittels in einen Verdampfungsraum geführt und dort verdampft wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wie Schienenfahrzeug oder Lastkraftwagen anzugeben, der hinsichtlich der genannten Anforderungen gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Gestaltungen der Erfindung angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Antriebsstrang, der insbesondere als Kraftfahrzeugantriebsstrang, beispielsweise eines Schienenfahrzeugs oder Lastkraftwagens jedoch auch in anderen Antriebssträngen, beispielsweise in einem Pkw, an Bord eines Schiffes, oder in stationären Anlagen verwendet werden kann, weist einen einen Wärmestrom erzeugenden Antriebsmotor auf. Wenn der Antriebsmotor als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, kann der Wärmestrom beispielsweise im Abgas enthalten sein. Jedoch sind auch andere Wärmeströme, beispielsweise in einem Kühlkreislauf für den Antriebsmotor, verwendbar, unabhängig davon, ob er als Verbrennungsmotor oder als anderer Motor, beispielsweise E-Motor oder Brennstoffzelle, ausgeführt ist.
  • Erfindungsgemäß ist ein Dampfmotor in einem Dampfkreislauf vorgesehen, wobei in dem Dampfkreislauf ein Arbeitsmedium verdampft und anschließend im Dampfmotor expandiert wird. In der Regel wird im Dampfkreislauf auch ein Vorratsbehälter für das Arbeitsmedium beziehungsweise ein Ausgleichsbehälter vorgesehen sein sowie ein Kondensator.
  • In dem Dampfkreislauf ist erfindungsgemäß wenigstens ein Verdampfer, vorliegend als erster Verdampfer bezeichnet, vorteilhaft eine Vielzahl von Verdampfern angeordnet, der/die mit zumindest einem Teil des Wärmestroms des Antriebsmotors beaufschlagt ist/sind, um das Arbeitsmedium zu verdampfen. Als Teil der Verdampfung wird hierbei in besonderen Fällen auch bereits die Erwärmung des Arbeitsmediums für einen späteren Phasenübergang in einem weiteren Verdampfer betrachtet.
  • Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Verdampfer (der erste Verdampfer) einen Einlass für flüssiges Arbeitsmedium und einen Auslass für dampfförmiges Arbeitsmedium auf. Unter dampfförmigem Arbeitsmedium ist in diesem Zusammenhang sowohl teilweise dampfförmiges, vollständig dampfförmiges als auch überhitztes Arbeitsmedium, je nach Ausgestaltung der Erfindung, zu verstehen.
  • Der (erste) Verdampfer weist gemäß dieser Ausführungsform ferner einen Nebenauslass auf, über welchen ein Teil des durch den Einlass in den Verdampfer eingeleiteten und mit dem Wärmestrom erwärmten Arbeitsmediums ausgeleitet wird, bevor das im Verdampfer verbleibende Arbeitsmedium mittels des Wärmestroms weiter verdampft wird. Auch hier muss die weitere Verdampfung noch keinen Phasenübergang des Arbeitsmediums umfassen, kann jedoch.
  • Besonders vorteilhaft liegt das über den Nebenauslass aus dem Verdampfer ausgeleitete Arbeitsmedium im flüssigen Zustand vor, wohingegen das zunächst im Verdampfer weiter verdampfte und dann über den Auslass ausgeleitete Arbeitsmedium insbesondere in einem vollständig verdampften Zustand oder sogar überhitzt vorliegt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist zusätzlich zu dem beschriebenen (ersten) Verdampfer ein zweiter Verdampfer vorgesehen, in welchem das über den Nebenauslass ausgeleitete Arbeitsmedium mittels eines zweiten Wärmestromes verdampft wird. Der zweite Wärmestrom kann dabei ebenfalls durch den Antriebsmotor erzeugt werden und beispielsweise in dessen Abgas oder Kühlkreislauf transportiert werden. So kann beispielsweise, wenn der Antriebsmotor als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, der einen zumindest einen Teil des Wärmestroms führenden Abgasstrom erzeugt, von dem ein Teil über eine Abgasrückführung auf die Frischluftseite des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, der erste Verdampfer in der Abgasrückführung angeordnet sein und dort mit dem Wärmestrom des Abgases in der Abgasrückführung beaufschlagt werden, und der zweite Verdampfer kann vorteilhaft im Abgasstrom außerhalb der Abgasrückführung, insbesondere in Strömungsrichtung hinter einer Abzweigung zur Abgasrückführung angeordnet sein.
  • Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, dass zum einen eine besonders effektive Verdampfung des Arbeitsmittels erfolgen kann und zum anderen das Abgas der Abgasrückführung besonders stark gekühlt werden kann. So kann nämlich besonders viel Arbeitsmedium im flüssigen Zustand, in welchem das Arbeitsmedium noch ein vergleichsweise kleines spezifisches Volumen aufweist, in den Verdampfer eingeleitet werden und dort mit Wärme aus dem Abgasstrom beaufschlagt werden. Bevor nun das spezifische Volumen des Arbeitsmediums bei der Verdampfung sich erheblich vergrößert, wird nun ein Teil des Arbeitsmediums wieder aus dem Verdampfer über den Nebenauslass ausgeleitet. Dies bedeutet, dass jener Bereich des Verdampfers, in dem der teilweise oder vollständige Phasenübergang des Arbeitsmediums stattfindet, die Strömungsquerschnitte für das Arbeitsmedium nicht größer im Vergleich zu herkömmlichen Verdampfern ausgeführt werden müssen, obwohl mehr flüssiges Arbeitsmedium als bisher in den Verdampfer eingebracht wird.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der erste Verdampfer in der Abgasrückführung des als Verbrennungsmotor ausgeführten Antriebsmotors positioniert ist, ist ein zweiter Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums in der Abgasrückführung hinter dem ersten Verdampfer angeordnet. Der zweite Verdampfer wird dabei nur von einem Teil des durch den ersten Verdampfer und dort mit einem Wärmestrom beaufschlagten Arbeitsmediumstromes durchströmt. Der verbleibende Teil hingegen wird durch einen Bypass an dem zweiten Verdampfer vorbeigeleitet und hinter dem zweiten Verdampfer wieder mit dem durch den zweiten Verdampfer geleiteten Teil des Arbeitsmediums vermischt. Hinter dem Verdampfer kann dabei sowohl unmittelbar hinter dem Verdampfer bedeuten als auch in Strömungsrichtung weiter hinten im Arbeitsmediumkreislauf, hinter weiteren zwischengeschalteten Aggregaten. Auch ist es möglich, den durch den Bypass geleiteten Teil des Arbeitsmediumstromes gleich einem Kondensator im Arbeitsmediumkreislauf oder auch einem Vorratsbehälter zuzuleiten. Weitere Rückeinspeisungspunkte in den Dampfkreislauf sind möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist in dem Bypass zu dem zweiten Verdampfer ein weiterer (dritter) Verdampfer positioniert, der insbesondere ebenfalls mit einem Wärmestrom aus dem Abgasstrom zur Verdampfung des Arbeitsmediums beaufschlagt ist. Der weitere Verdampfer ist dann jedoch vorteilhaft außerhalb der Abgasrückführung angeordnet, beispielsweise im Abgasstrom in Strömungsrichtung des Abgases hinter einer Abzweigung zur Abgasrückführung.
  • Bei beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann durch den vergleichsweise größeren Massenstrom des Arbeitsmediums vor seiner Ausleitung aus der Abgasrückführung das Abgas in der Abgasrückführung deutlich stärker gekühlt werden. Dies ist eine Grundvoraussetzung für die Einhaltung zukünftiger Abgasanforderungen. Im Gegenzug würde die Wärmemenge in der Abgasrückführung aber in aller Regel nicht ausreichen, um den zunächst in wärmeübertragenden Kontakt mit der Abgasrückführung gebrachten Massenstrom des Arbeitsmediums auch zu verdampfen und gegebenenfalls zu überhitzen. Somit können durch die Erfindung einerseits künftige Abgasanforderungen sicher erfüllt und gleichzeitig vorhandene Wärmemengen ideal ausgenutzt werden.
  • Vorteilhaft sind die Volumenströme und/oder der Druck des Arbeitsmediums an einer oder mehreren Stellen im Dampfkreislauf steuerbar oder regelbar, insbesondere mittels dort positionierten Ventilen oder sonstigen Stellvorrichtungen. Beispielsweise kommt in Betracht, den aus dem Nebenauslass ausgeleiteten Arbeitsmediumstrom beziehungsweise den in den Bypass eingeleiteten Arbeitsmediumstrom in seinem Volumen zu regeln oder zu steuern. Ferner ist es möglich, mittels eines Druckregelventils oder Volumenregelventils den Arbeitsmediumstrom in den ersten Verdampfer zu steuern oder zu regeln. Auch der nicht in den Bypass geleitete Arbeitsmediumstrom beziehungsweise der über den Auslass für dampfförmiges Arbeitsmedium ausgeleitete Arbeitsmediumstrom kann in seinem Volumen und/oder seinem Druck variierbar durch ein entsprechendes Ventil oder sonstiges Steuerorgan vorgesehen sein.
  • Neben den hier beschriebenen Verdampfern können auch weitere Wärmeüberträger vorgesehen sein, in denen Wärme in das Arbeitsmedium übertragen wird oder aus dem Arbeitsmedium entzogen wird. Für den ersteren Fall kommt beispielsweise ein Wärmeüberträger für eine Ladeluftkühlung in Betracht, um das Arbeitsmedium zu erwärmen.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen exemplarisch beschrieben werden.
  • Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Antriebsstranges;
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgeführten Antriebsstranges.
  • In der 1 ist schematisch ein Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor 1 dargestellt, der einen Abgasstrom 2 erzeugt. Der Abgasstrom 2 führt naturgemäß einen Wärmestrom des Antriebsmotors 1, wie dies bei als Verbrennungsmotoren ausgeführten Antriebsmotoren üblich ist.
  • Ein Teil des Abgasstromes 2 wird über eine Abgasrückführung 3 auf die Frischluftseite 4 des Antriebsmotors 1 geleitet. Dies dient, wie dem Fachmann bekannt ist, zur Reduzierung von Emissionen im Abgasstrom 2 des Antriebsmotors 1.
  • In der Abgasrückführung 3 ist ein erster Verdampfer 5 eines Dampfkreislaufes 6 angeordnet. In diesem ersten Wärmetauscher 5 wird das Arbeitsmedium des Dampfkreislaufes 6 zumindest teilweise verdampft, wobei unter einer teilweisen Verdampfung vorliegend auch oder insbesondere nur eine Erwärmung ohne Phasenübergang des flüssigen Arbeitsmediums zu verstehen ist.
  • Nur ein Teil des in den ersten Verdampfer 5 einströmenden Arbeitsmediums des Dampfkreislaufes 6 wird aus dem Verdampfer 5 über einen Nebenauslass 8 abgezweigt und einem zweiten Verdampfer 7, der im Abgasstrom 2 hinter der Zweigstelle mit der Ableitung des Abgases in die Abgasrückführungen 3 positioniert ist, zugeführt. Das im ersten Verdampfer 5 nicht über den Nebenauslass 8 abgezweigte Arbeitsmedium wird in dem ersten Verdampfer 5 weiter verdampft und verlässt den ersten Verdampfer 5 über den Auslass 9 für dampfförmiges Arbeitsmedium, insbesondere in teilweise oder vollständig verdampftem Zustand.
  • Das aus dem Auslass 9 ausströmende Arbeitsmedium wird mit dem aus dem zweiten Verdampfer 7 ausströmenden Arbeitsmedium wieder vermischt und gemeinsam dem Dampfmotor 10 zugeführt. Wenn gewünscht, kann dem Arbeitsmedium zuvor in einem oder mehreren weiteren Verdampfern zusätzlich Wärme zugeführt werden.
  • Im Dampfmotor 10 verrichtet das zugeführte Arbeitsmedium unter Expansion Arbeit, welche zum Antrieb des Antriebsstrangs, insbesondere des Kraftfahrzeugs bei einem Kraftfahrzeugantriebsstrang, genutzt werden kann als Ergänzung zur Antriebsleistung des Antriebsmotors 1, oder welches zum Antreiben eines weiteren Aggregats, beispielsweise eines elektrischen Generators benutzt werden kann.
  • Das aus dem Dampfmotor 10 austretende Arbeitsmedium wird in dem Kondensator 11 kondensiert und zurück in einen Sammelbehälter 12 geleitet. Aus diesem Sammelbehälter 12 pumpt dann die Speisepumpe 13 das flüssige Arbeitsmedium wieder in Richtung des ersten Verdampfers 5. Abweichend von der hier dargestellten Ausführungsform könnte der Sammelbehälter 12 jedoch auch an einer anderen Position vorgesehen sein oder bei ganz bestimmten Randbedingungen eingespart werden.
  • Die Ausführungsform gemäß der 2 unterscheidet sich von jener der 1 darin, dass hier zwei Verdampfer in Strömungsrichtung des Abgases und in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums hintereinander in der Abgasrückführung 3 positioniert sind. Dabei wird ein Teil des aus dem ersten Verdampfer 5 ausströmenden Arbeitsmediums abgezweigt und durch einen Bypass um den zweiten Verdampfer 7 geleitet. Somit wird nicht sämtliches Arbeitsmedium, das in den ersten Verdampfer 5 in der Abgasrückführung 3 eingeleitet wird, im zweiten Verdampfer 7 in der Abgasrückführung 3 verdampft, sondern ein Teil wird einem dritten Verdampfer 14, der im Abgasstrom 2 hinter der Abzweigung zu der Abgasrückführung 3 angeordnet ist, zugeleitet und dort mit Wärme aus dem Abgasstrom 2 beaufschlagt. Anschließend wird das Arbeitsmedium aus dem dritten Verdampfer 14 mit dem Arbeitsmedium, das aus dem zweiten Verdampfer 7 austritt, gemischt und dem Dampfmotor 10 zugeführt.
  • Bei der Ausführungsform gemäß der 2 kommen somit zwei Verdampfer 5, 7 in der Abgasrückführung 3 zum Einsatz, und es kann daher auf einen Nebenauslass an einem Verdampfer verzichtet werden. Selbstverständlich wäre es auch möglich, den ersten Verdampfer 5 oder den zweiten Verdampfer 7 entsprechend der Darstellung in der 1 mit einem Nebenauslass zu versehen, um die Ausführungsformen gemäß der 1 und gemäß der 2 zu kombinieren.
  • Die hier dargestellte Erfindung ist unabhängig davon anwendbar, ob der Antriebsmotor mittels eines ein- oder mehrstufigen Turboladers aufgeladen wird oder ob ein Turbocompoundsystem vorgesehen ist. Vielmehr kann die vorliegende Erfindung zusätzlich zu diesen genannten Maßnahmen oder als Alternative hierzu verwendet werden.

Claims (9)

  1. Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, 1.1 mit einem einen Wärmestrom erzeugenden Antriebsmotor (1); 1.2 mit einem Dampfmotor (10) in einem Dampfkreislauf (6), in dem ein Arbeitsmedium verdampft und im Dampfmotor (10) expandiert wird; 1.3 mit einem ersten Verdampfer (5), der in dem Dampfkreislauf (6) angeordnet ist und mit zumindest einem Teil des Wärmestroms beaufschlagt ist, um das Arbeitsmedium zu verdampfen; wobei 1.4 der erste Verdampfer (5) einen Einlass für flüssiges Arbeitsmedium und einen Auslass (9) für dampfförmiges Arbeitsmedium aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass 1.5 der erste Verdampfer (5) ferner einen Nebenauslass (8) aufweist, über welchen ein Teil des durch den Einlass in den ersten Verdampfer (5) eingeleiteten und mit dem Wärmestrom erwärmten Arbeitsmediums ausgeleitet wird, bevor das im ersten Verdampfer (5) verbleibende Arbeitsmedium mittels des Wärmestroms weiter verdampft wird.
  2. Antriebsstrang gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das über den Nebenauslass (8) ausgeleitete Arbeitsmedium im flüssigen Zustand vorliegt, und das über den Auslass (9) ausgeleitete Arbeitsmedium insbesondere in vollständig verdampftem Zustand vorliegt.
  3. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Verdampfer (7) vorgesehen ist, in welchem das über den Nebenauslass (8) ausgeleitete Arbeitsmedium mittels eines zweiten Wärmestromes verdampft wird.
  4. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (1) als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, der einen zumindest einen Teil des Wärmestroms führenden Abgasstrom (2) erzeugt, von dem ein Teil über eine Abgasrückführung (3) auf die Frischluftseite (4) des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, und der erste Verdampfer (5) in der Abgasrückführung (3) beaufschlagt mit dem Wärmestrom des Abgases in der Abgasrückführung (3) angeordnet ist.
  5. Antriebsstrang gemäß der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdampfer (7) im Abgasstrom (2) außerhalb der Abgasrückführung (3), insbesondere in Strömungsrichtung hinter einer Abzweigung zur Abgasrückführung (3), angeordnet ist.
  6. Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug 6.1 mit einem einen Wärmestrom erzeugenden Antriebsmotor (1); 6.2 mit einem Dampfmotor (10) in einem Dampfkreislauf (6), in dem ein Arbeitsmedium verdampft und im Dampfmotor (10) expandiert wird; wobei 6.3 der Antriebsmotor (1) als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, der einen zumindest einen Teil des Wärmestromes führenden Abgasstrom (2) erzeugt, von dem ein Teil über eine Abgasrückführung (3) auf die Frischluftseite (4) des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird; und 6.4 ein erster Verdampfer (5) in der Abgasrückführung (3) beaufschlagt mit dem Wärmestrom angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass 6.5 dem ersten Verdampfer (5) in der Abgasrückführung (3) ein zweiter Verdampfer (7) in der Abgasrückführung (3) nachgeordnet ist, der nur mit einem Teil des durch den ersten Verdampfers (5) in der Abgasrückführung (3) geleiteten Arbeitsmediums beaufschlagt wird und der verbleibende Teil des Arbeitsmediums an dem zweiten Verdampfer (7) in einem Bypass vorbeigeleitet wird und hinter dem zweiten Verdampfer (7) wieder mit dem durch den zweiten Verdampfer (7) geleiteten Teil vermischt wird.
  7. Antriebsstrang gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bypass ein weiterer Verdampfer (14) positioniert ist, der insbesondere ebenfalls mit einem Wärmestrom aus dem Abgasstrom (2) zur Verdampfung des Arbeitsmediums beaufschlagt ist, wobei der weitere Verdampfer (14) außerhalb der Abgasrückführung (3) angeordnet ist.
  8. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums vor dem ersten Verdampfer (5) in der Abgasrückführung (3) ein Volumenstromregelventil und/oder ein Druckregelventil im Dampfkreislauf (6) angeordnet ist, mittels welchem der Volumenstrom des Arbeitsmediums in den ersten Verdampfer (5) und/oder der Druck des Arbeitsmediums am Einlass des ersten Verdampfers (5) steuerbar oder regelbar ist.
  9. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das über den Nebenauslass (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder in den Bypass gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7 geleitete Arbeitsmedium in seinem Volumenstrom mittels eines Ventils veränderbar ist und/oder dass das über den Auslass (9) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder in Richtung des zweiten Verdampfers (7) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7 geleitete Arbeitsmedium in seinem Volumenstrom durch ein Ventil variierbar ist.
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WO (1) WO2011066872A2 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012079709A1 (de) * 2010-12-16 2012-06-21 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung, betriebsverfahren
EP2803834A1 (de) * 2013-03-27 2014-11-19 Scania CV AB Anordnung zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus Abgasen einer Brennkraftmaschine
WO2014195346A2 (de) * 2013-06-07 2014-12-11 Voith Patent Gmbh Schienenfahrzeug mit einem dampfkraftprozess und verwendung eines dampfkraftprozesses in einem schienenfahrzeug
WO2015008107A1 (en) * 2013-07-15 2015-01-22 Renault Trucks Internal combustion engine arrangement comprising a waste heat recovery system and process for controlling said system
CN104965418A (zh) * 2015-06-01 2015-10-07 北京航空航天大学 一种基于弹道阻尼控制和热流解析预测的引入段制导方法
DE102015214727A1 (de) * 2015-08-03 2017-02-09 Robert Bosch Gmbh Abwärmenutzungsanordnung einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb der Abwärmenutzungsanordnung
DE102018107388A1 (de) 2018-03-28 2019-10-02 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Brennkraftmaschine mit Verdampfungskühlung und Abwärmenutzung

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9175643B2 (en) * 2011-08-22 2015-11-03 International Engine Intellectual Property Company, Llc. Waste heat recovery system for controlling EGR outlet temperature
US9175600B2 (en) * 2011-08-23 2015-11-03 International Engine Intellectual Property Company, Llc System and method for protecting an engine from condensation at intake
JP6630651B2 (ja) * 2016-10-03 2020-01-15 本田技研工業株式会社 内燃機関の吸排気装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3148208A1 (de) * 1981-12-05 1983-06-09 Heinz 7410 Reutlingen Hafemann Antriebseinrichtung aus verbrennungsmotor und dampfmotor
US5609029A (en) * 1993-07-08 1997-03-11 Wartsila Diesel International Ltd Oy Thermal power engine and its operating method
EP1249580A1 (de) * 2000-01-18 2002-10-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Abhitzerückgewinnungsanlage für brennkraftmaschinen

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4069674A (en) * 1977-01-14 1978-01-24 Warren Glenn B Power plant
SE502492C2 (sv) * 1991-12-23 1995-10-30 Abb Carbon Ab Pannanläggning med gemensamt ångsystem
US5622605A (en) * 1993-11-05 1997-04-22 Simpson; Gary D. Process for desalinating water while producing power
JPH08200601A (ja) * 1995-01-20 1996-08-06 Hitachi Ltd 流動層発電プラント及びその制御装置並びに制御方法
JP2003013707A (ja) * 2001-07-02 2003-01-15 Minoru Morita 発電設備における排気ガス利用装置
AT414156B (de) * 2002-10-11 2006-09-15 Dirk Peter Dipl Ing Claassen Verfahren und einrichtung zur rückgewinnung von energie
JP3928642B2 (ja) 2005-01-18 2007-06-13 いすゞ自動車株式会社 Ｅｇｒ装置
DE102006036122A1 (de) 2005-08-03 2007-02-08 Amovis Gmbh Antriebseinrichtung
WO2008125827A2 (en) * 2007-04-13 2008-10-23 City University Organic rankine cycle apparatus and method
JP2009002183A (ja) * 2007-06-19 2009-01-08 Toyota Motor Corp エンジンの廃熱回収装置
DE102007052117A1 (de) 2007-10-30 2009-05-07 Voith Patent Gmbh Antriebsstrang, insbesondere für Lkw und Schienenfahrzeuge
EP2110634B1 (de) * 2008-04-16 2016-10-19 MAHLE Behr GmbH & Co. KG Abgasverdampfer eines Kraftfahrzeuges

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3148208A1 (de) * 1981-12-05 1983-06-09 Heinz 7410 Reutlingen Hafemann Antriebseinrichtung aus verbrennungsmotor und dampfmotor
US5609029A (en) * 1993-07-08 1997-03-11 Wartsila Diesel International Ltd Oy Thermal power engine and its operating method
EP1249580A1 (de) * 2000-01-18 2002-10-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Abhitzerückgewinnungsanlage für brennkraftmaschinen

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9021807B2 (en) 2010-12-16 2015-05-05 Daimler Ag Waste heat utilization device and operating method
WO2012079709A1 (de) * 2010-12-16 2012-06-21 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung, betriebsverfahren
EP2803834A1 (de) * 2013-03-27 2014-11-19 Scania CV AB Anordnung zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus Abgasen einer Brennkraftmaschine
WO2014195346A2 (de) * 2013-06-07 2014-12-11 Voith Patent Gmbh Schienenfahrzeug mit einem dampfkraftprozess und verwendung eines dampfkraftprozesses in einem schienenfahrzeug
WO2014195346A3 (de) * 2013-06-07 2015-03-26 Voith Patent Gmbh Schienenfahrzeug mit einem dampfkraftprozess und verwendung eines dampfkraftprozesses in einem schienenfahrzeug
US9657603B2 (en) 2013-07-15 2017-05-23 Volvo Truck Corporation Internal combustion engine arrangement comprising a waste heat recovery system and process for controlling said system
WO2015008107A1 (en) * 2013-07-15 2015-01-22 Renault Trucks Internal combustion engine arrangement comprising a waste heat recovery system and process for controlling said system
CN104965418A (zh) * 2015-06-01 2015-10-07 北京航空航天大学 一种基于弹道阻尼控制和热流解析预测的引入段制导方法
CN104965418B (zh) * 2015-06-01 2017-05-10 北京航空航天大学 一种基于弹道阻尼控制和热流解析预测的引入段制导方法
DE102015214727A1 (de) * 2015-08-03 2017-02-09 Robert Bosch Gmbh Abwärmenutzungsanordnung einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb der Abwärmenutzungsanordnung
DE102018107388A1 (de) 2018-03-28 2019-10-02 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Brennkraftmaschine mit Verdampfungskühlung und Abwärmenutzung
DE102018107388B4 (de) 2018-03-28 2019-12-24 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Brennkraftmaschine mit Verdampfungskühlung und Abwärmenutzung
US11008899B2 (en) 2018-03-28 2021-05-18 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Internal combustion engine with evaporative cooling and waste heat utilization

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Publication number Publication date
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