DE102010003906A1 - internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verbrennungsmotor (1) mit einem System (3) zur Nutzung von Abwärme des Verbrennungsmotors (1) mittels des Clausius-Rankine-Kreisprozesses, umfassend einen Kühlmittelkreislauf (4) mit wenigstens einer von Kühlmittel durchströmten Kühlmittelleitung (5) zur Kühlung des Verbrennungsmotors (1) und einen Kühlmittelwärmeübertrager (7) zur Kühlung des Kühlmittels, einen Kreislauf mit Leitungen (13) mit einem Arbeitsmedium, insbesondere Wasser, zur Bildung des Systems (3), eine Arbeitsmediumpumpe (14) zum Fördern des Arbeitsmediums, wenigstens einen Verdampfer (15) zum Verdampfen des flüssigen Arbeitsmediums, eine Expansionsmaschine (18), einen Kondensator (19) zum Verflüssigen des dampfförmigen Arbeitsmediums, wobei der Kondensator (19) als Kondensatorwärmeübertrager (20) in den Kühlmittelkreislauf (4) des Verbrennungsmotors (1) integriert ist zur Verflüssigung des Arbeitsmediums mittels einer Wärmeübertragung von dem Arbeitsmedium auf das Kühlmittel, vorzugsweise einen Auffang- und Ausgleichsbehälter (21) für das flüssige Arbeitsmedium, soll der Clausius-Rankine-Kreisprozesses einen hohen Wirkungsgrad bei einem einfachen Aufbau des Verbrennungsmotors (1) aufweisen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Kondensatorwärmeübertrager (20) in den Kühlmittelkreislauf (4) in Strömungsrichtung des Kühlmittels, insbesondere unmittelbar, nach dem Kühlmittelwärmeübertrager (7) integriert ist.In an internal combustion engine (1) with a system (3) for utilizing waste heat of the internal combustion engine (1) by means of the Rankine cycle, comprising a coolant circuit (4) with at least one coolant line (5) through which coolant flows for cooling the internal combustion engine ( 1) and a coolant heat exchanger (7) for cooling the coolant, a circuit with lines (13) with a working medium, in particular water, to form the system (3), a working medium pump (14) for conveying the working medium, at least one evaporator (15 ) for vaporizing the liquid working medium, an expansion machine (18), a condenser (19) for liquefying the vaporous working medium, wherein the condenser (19) as a condenser heat exchanger (20) in the coolant circuit (4) of the internal combustion engine (1) is integrated for liquefaction the working medium by means of a heat transfer from the working fluid to the coolant, vorzugswei se a collecting and surge tank (21) for the liquid working fluid, the Clausius-Rankine cycle process should have a high efficiency in a simple structure of the internal combustion engine (1). This object is achieved in that the condenser heat exchanger (20) in the coolant circuit (4) in the flow direction of the coolant, in particular directly after the coolant heat exchanger (7) is integrated.
Description
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem System zur Nutzung von Abwärme des Verbrennungsmotors mittels des Clausius-Rankine-Kreisprozesses gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem System gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 8.The invention relates to an internal combustion engine having a system for utilizing waste heat of the internal combustion engine by means of the Rankine cycle according to the preamble of claim 1 and a method for operating an internal combustion engine having a system according to the preamble of
Verbrennungsmotoren werden in verschiedenen technischen Anwendungen zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie eingesetzt. In Kraftfahrzeugen, insbesondere in Lastkraftwagen, werden Verbrennungsmotoren eingesetzt, um das Kraftfahrzeug fortzubewegen. Der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren kann durch den Einsatz von Systemen zur Nutzung von Abwärme des Verbrennungsmotors mittels des Clausius-Rankine-Kreisprozesses erhöht werden. Das System wandelt dabei Abwärme des Verbrennungsmotors in mechanische Energie um. Das System umfasst einen Kreislauf mit Leitungen mit einem Arbeitsmedium, z. B. Wasser, eine Arbeitsmediumpumpe zum Fördern des Arbeitsmediums, einen Verdampfer zum Verdampfen des flüssigen Arbeitsmedium, eine Expansionsmaschine, einen Kondensator zum Verflüssigen des dampfförmigen Arbeitsmediums und einen Auffang- und Ausgleichsbehälter für das flüssige Arbeitsmedium. Durch den Einsatz derartiger Systeme in einem Verbrennungsmotor kann bei einem Verbrennungsmotor mit einem derartigen System als Bestandteil des Verbrennungsmotors der Gesamtwirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht werden.Internal combustion engines are used in various technical applications for converting thermal energy into mechanical energy. In motor vehicles, especially in trucks, internal combustion engines are used to move the motor vehicle. The efficiency of internal combustion engines can be increased by the use of systems for using waste heat of the internal combustion engine by means of the Rankine cycle. The system converts waste heat from the internal combustion engine into mechanical energy. The system comprises a circuit with lines with a working medium, eg. As water, a working medium pump for conveying the working fluid, an evaporator for vaporizing the liquid working fluid, an expansion machine, a condenser for liquefying the vaporous working fluid and a collecting and expansion tank for the liquid working fluid. By using such systems in an internal combustion engine, in an internal combustion engine having such a system as a component of the internal combustion engine, the overall efficiency of the internal combustion engine can be increased.
Bei einem Einsatz eines Verbrennungsmotors mit diesem System in einem Kraftfahrzeug, d. h. bei einer mobilen Anwendung des Verbrennungsmotors, wird zur Kühlung des Kondensators im Allgemeinen ein Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors genutzt. Der Kondensator ist somit als Kondensatorwärmeübertrager ausgebildet und in den Kühlmittelkreislauf integriert. Der Kühlmittelkreislauf weist von Kühlmittel durchströmte Kühlmittelleitungen auf. Der Kondensatorwärmeübertrager ist dabei in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem Verbrennungsmotors integriert, so dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen durch den Verbrennungsmotors, wobei das Kühlmittel in dem Verbrennungsmotor erwärmt wird, in den Kondensatorwärmeübertrager geleitet wird. Erst nach dem Durchströmen des Kondensatorwärmeübertragers wird das Kühlmittel in einem Kühlmittelwärmeübertrager abgekühlt und anschließend wieder in den Verbrennungsmotor eingeleitet. In der Kühlmittelleitung von dem Kondensatorwärmeübertrager zu dem Kühlmittelwärmeübertrager ist ein 3/2-Wegeventil eingebaut, so dass von dem 3/2-Wegeventil das Kühlmittel entweder durch den Kühlmittelwärmeübertrager und/oder durch eine Bypass-Kühlmittelleitung geleitet werden kann. Die Bypass-Kühlmittelleitung leitet das Kühlmittel an dem Kühlmittelwärmeübertrager vorbei unmittelbar in den Verbrennungsmotor. Das in den Kondensatorwärmeübertrager geleitete Kühlmittel weist eine relativ hohe Temperatur auf, weil das Kühlmittel zuerst in dem Verbrennungsmotor erwärmt worden ist und anschließend unmittelbar dem Kondensatorwärmeübertrager zugeführt wird. Das Kühlmittel wird nach dem Ausleiten aus dem Kondensatorwärmeübertrager im Kühlmittelwärmeübertrager abgekühlt. Der Wirkungsgrad des Systems zur Umwandlung von Abwärme des Verbrennungsmotors in mechanische Energie ist jedoch umso größer, je niedriger die Temperatur des Arbeitsmediums unmittelbar nach dem Ausleiten des Kondensatorwärmeübertrager ist. Damit weist ein derart ausgebildetes System in nachteiliger Weise einen geringen Wirkungsgrad auf.When using an internal combustion engine with this system in a motor vehicle, d. H. In a mobile application of the internal combustion engine, a coolant circuit of the internal combustion engine is generally used to cool the condenser. The condenser is thus designed as a condenser heat exchanger and integrated into the coolant circuit. The coolant circuit has coolant lines through which coolant flows. The condenser heat exchanger is integrated in the flow direction of the coolant after the internal combustion engine, so that the coolant is passed into the condenser heat exchanger after flowing through the internal combustion engine, wherein the coolant is heated in the internal combustion engine. Only after flowing through the Kondensatorwärmeübertragers the coolant is cooled in a coolant heat exchanger and then re-introduced into the engine. In the coolant line from the condenser heat exchanger to the coolant heat exchanger, a 3/2-way valve is installed, so that from the 3/2-way valve, the coolant can be passed either through the coolant heat exchanger and / or through a bypass coolant line. The bypass coolant line directs the coolant past the coolant heat exchanger directly into the internal combustion engine. The refrigerant conducted into the condenser heat exchanger has a relatively high temperature because the refrigerant has first been heated in the engine and then directly supplied to the condenser heat exchanger. The coolant is cooled after discharging from the condenser heat exchanger in the coolant heat exchanger. The efficiency of the system for converting waste heat of the internal combustion engine into mechanical energy, however, is greater, the lower the temperature of the working medium is immediately after the discharge of the condenser heat exchanger. Thus, such a system formed in a disadvantageous low efficiency.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem System zur Nutzung von Abwärme eines Verbrennungsmotors mittels des Clausius-Rankine-Kreisprozesses zur Verfügung zu stellen, bei dem der Clausius-Rankine-Kreisprozesses einen hohen Wirkungsgrad bei einem einfachen Aufbau des Verbrennungsmotors aufweist.Therefore, the object of the present invention is to provide an internal combustion engine and a method for operating an internal combustion engine with a system for utilizing waste heat of an internal combustion engine by means of the Rankine cycle process, in which the Rankine cycle process has a high efficiency having a simple structure of the internal combustion engine.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verbrennungsmotor mit einem System zur Nutzung von Abwärme des Verbrennungsmotors mittels des Clausius-Rankine-Kreisprozesses, umfassend einen Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einer von Kühlmittel durchströmten Kühlmittelleitung zur Kühlung des Verbrennungsmotors und einen Kühlmittelwärmeübertrager zur Kühlung des Kühlmittels, einen Kreislauf mit Leitungen mit einem Arbeitsmedium, insbesondere Wasser, zur Bildung des Systems, eine Arbeitsmediumpumpe zum Fördern des Arbeitsmediums, wenigstens einen Verdampfer zum Verdampfen des flüssigen Arbeitsmediums, eine Expansionsmaschine, einen Kondensator zum Verflüssigen des dampfförmigen Arbeitsmediums, wobei der Kondensator als Kondensatorwärmeübertrager in den Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors integriert ist zur Verflüssigung des Arbeitsmediums mittels einer Wärmeübertragung von dem Arbeitsmedium auf das Kühlmittel, vorzugsweise einen Auffang- und Ausgleichsbehälter für das flüssige Arbeitsmedium, wobei der Kondensatorwärmeübertrager in den Kühlmittelkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlmittels, insbesondere unmittelbar, nach dem Kühlmittelwärmeübertrager integriert ist.This object is achieved with an internal combustion engine having a system for utilizing waste heat of the internal combustion engine by means of the Rankine cycle process comprising a coolant circuit with at least one coolant line through which coolant flows for cooling the internal combustion engine and a coolant heat exchanger for cooling the coolant, a circuit with lines with a working medium, in particular water, to form the system, a working medium pump for conveying the working medium, at least one evaporator for vaporizing the liquid working medium, an expansion machine, a condenser for liquefying the vaporous working medium, wherein the capacitor integrated as a condenser heat exchanger in the coolant circuit of the internal combustion engine is for liquefying the working fluid by means of a heat transfer from the working fluid to the coolant, preferably a collecting and surge tank for d as liquid working medium, wherein the condenser heat exchanger is integrated into the coolant circuit in the flow direction of the coolant, in particular directly after the coolant heat exchanger.
Im Kondensatorwärmeübertrager wird von dem Arbeitsmedium des Systems auf das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes Wärme übertragen und dadurch das Arbeitsmedium von einem dampfförmigen in einen flüssigen Aggregatzustand überführt, d. h. kondensiert. Innerhalb des Kühlmittelkreislaufes ist die Temperatur des Kühlmittels nach dem Durchleiten und Abkühlen in dem Kühlmittelwärmeübertrager am niedrigsten. Durch die Anordnung des Kondensatorwärmeübertrages in dem Kühlmittelkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem Kühlmittelwärmeübertrager kann somit dem Kondensatorwärmeübertrager Kühlmittel auf einem sehr niedrigen Temperaturniveau zur Verfügung gestellt werden. Die Nutzleistung bzw. der Wirkungsgrad des Systems wird im Wesentlichen durch den Druckunterschied an der Expansionsmaschine bestimmt. Diese Druckdifferenz wird wiederum vom Druck am Austritt des Kondensators bestimmt und diese wiederum von der Temperatur des Arbeitsmediums nach dem Austritt an dem Kondensator bzw. am Kondensatorwärmeübertrager. Durch die Nutzung von Kühlmittel, welches unmittelbar nach dem Durchleiten durch den Kühlmittelwärmeübertrager in den Kondensator bzw. dem Kondensatorwärmeübertrager eingeleitet wird, kann somit das Arbeitsmedium im Kondensatorwärmeübertrager besonders stark abgekühlt und damit eine besonders große Nutzleistung bzw. ein besonders hoher Wirkungsgrad des Systems erreicht werden.In the condenser heat exchanger, heat is transferred from the working fluid of the system to the coolant of the coolant circuit, thereby transferring the working fluid from a vaporous to a liquid state of matter, ie, condensing it. Inside the coolant circuit is the temperature of the coolant after passing through and cooling in the coolant heat exchanger lowest. The arrangement of the condenser heat transfer in the coolant circuit in the flow direction of the coolant to the coolant heat exchanger can thus be provided to the condenser heat exchanger coolant at a very low temperature level. The net power or the efficiency of the system is essentially determined by the pressure difference at the expansion machine. This pressure difference is in turn determined by the pressure at the outlet of the condenser and this in turn by the temperature of the working medium after exiting the condenser or the condenser heat exchanger. By the use of coolant, which is introduced immediately after passing through the coolant heat exchanger in the condenser or the condenser heat exchanger, thus the working fluid in the condenser heat exchanger can be cooled particularly strong and thus a particularly high efficiency or a particularly high efficiency of the system can be achieved.
Eine unmittelbare Anordnung des Kondensatorwärmeübertragers in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem Kühlmittelwärmeübertrager bedeutet vorzugsweise, dass in den Kühlmittelleitungen zwischen dem Kühlmittelwärmeübertrager und dem Kondensatorwärmeübertrager keine Komponenten vorhanden sind, welche eine Veränderung, z. B. um mehr als 0,5°C, 1°C, 2°C, 3°C, 5°C oder 10°C, insbesondere eine Erhöhung, in einem größeren Umfang der Temperatur des Kühlmittels bedingen. Insbesondere ist zwischen dem Kühlmittelwärmeübertrager und dem Kondensatorwärmeübertrager nicht der Verbrennungsmotor integriert, weil der Verbrennungsmotor das Kühlmittel stark erwärmt.An immediate arrangement of the Kondensatorwärmeübertragers in the flow direction of the coolant after the coolant heat exchanger means preferably that no components are present in the coolant lines between the coolant heat exchanger and the condenser heat exchanger, which change, for. B. more than 0.5 ° C, 1 ° C, 2 ° C, 3 ° C, 5 ° C or 10 ° C, in particular an increase, condition to a greater extent the temperature of the coolant. In particular, the internal combustion engine is not integrated between the coolant heat exchanger and the condenser heat exchanger because the internal combustion engine greatly heats the coolant.
Insbesondere ist der Kondensatorwärmeübertrager in den Kühlmittelkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlmittels, insbesondere unmittelbar, vor dem Verbrennungsmotor integriert.In particular, the condenser heat exchanger is integrated in the coolant circuit in the flow direction of the coolant, in particular directly before the internal combustion engine.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Kühlmittelkreislauf eine Bypass-Kühlmittelleitung auf zur Umleitung des Kühlmittels um den Kühlmittelwärmeübertrager und/oder der Kühlmittelkreislauf weist nur einen Kühlmittelwärmeübertrager auf.In another embodiment, the coolant circuit has a bypass coolant line for diverting the coolant around the coolant heat exchanger and / or the coolant circuit has only one coolant heat exchanger.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist mittels eines in den Kühlmittelkreislauf integrierten Steuerorganes, insbesondere eines 3/2-Wegeventils, die durch den Kühlmittelwärmeübertrager und die Bypass-Kühlmittelleitung leitbare Menge an Kühlmittel steuerbar und/oder regelbar.In a supplementary embodiment, the amount of coolant which can be conducted through the coolant heat exchanger and the bypass coolant line can be controlled and / or regulated by means of a control element integrated in the coolant circuit, in particular a 3/2-way valve.
Vorzugsweise ist mittels eines Temperatursensors und einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung das Steuerorgan betätigbar und vorzugsweise ist das Steuerorgan in den Kühlmittelkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlmittels zwischen dem Kondensator und dem Verbrennungsmotor integriert. Der Temperatursensor ist vorzugsweise in der Kühlmittelleitung von dem Steuerorgan zu dem Verbrennungsmotor angeordnet und erfasst somit die Temperatur des Kühlmittels, welche in dem Verbrennungsmotor eingeleitet wird. Die Bypass-Kühlmittelleitung entnimmt der Kühlmittelleitung von dem Verbrennungsmotor zu dem Kühlmittelkühler Kühlmittel und leitet dieses anschließend wieder der Kühlmittelleitung von dem Steuerorgan zu dem Verbrennungsmotor zu. Damit kann von dem Steuerorgan gesteuert und/oder geregelt werden, welche Menge an Kühlmittel nach dem Austritt aus dem Verbrennungsmotor in den Kühlmittelkühler und damit auch in den Kondensatorwärmeübertrager einströmt und diejenige Menge an Kühlmittel, welche durch die Bypass-Kühlmittelleitung strömt, wird nach dem Steuerorgan wieder unmittelbar dem Verbrennungsmotor zugeführt und damit nicht gekühlt. Somit kann die Temperatur des Kühlmittels, welche dem Verbrennungsmotor zugeführt gesteuert und/oder geregelt werden.Preferably, the control element can be actuated by means of a temperature sensor and a control and / or regulating device, and preferably the control element is integrated into the coolant circuit in the flow direction of the coolant between the condenser and the internal combustion engine. The temperature sensor is preferably arranged in the coolant line from the control member to the internal combustion engine and thus detects the temperature of the coolant, which is introduced into the internal combustion engine. The bypass coolant line removes coolant from the engine to the coolant radiator and then directs it back to the coolant line from the control member to the engine. This can be controlled and / or regulated by the control member, which amount of coolant flows after exiting the internal combustion engine in the coolant radiator and thus in the condenser heat exchanger and the amount of coolant flowing through the bypass coolant line, after the control member again fed directly to the engine and thus not cooled. Thus, the temperature of the coolant supplied to the engine can be controlled and / or regulated.
In einer Variante ist in den Kühlmittelkreislauf eine Kühlmittelumwälzpumpe zum Fördern des Kühlmittels integriert.In one variant, a coolant circulation pump for conveying the coolant is integrated in the coolant circuit.
Zweckmäßig ist der wenigstens eine Verdampfer als ein von Abgas des Verbrennungsmotors und Arbeitsmedium des Systems durchströmter Verdampferabgaswärmeübertrager und/oder Verdampferabgasrückführwärmeübertrager ausgebildet zur Wärmeleitung von Wärme von dem Abgas zu dem Arbeitsmedium. Von dem Verdampfer wird somit Wärme vom Abgas auf das Arbeitsmedium übertragen, so dass das Arbeitsmedium verdampft.The at least one evaporator is expediently designed as an evaporator exhaust gas heat exchanger through which exhaust gas from the internal combustion engine and working medium of the system flows, and / or evaporator exhaust gas recirculation heat exchanger for the heat conduction of heat from the exhaust gas to the working medium. Heat from the exhaust gas is thus transferred from the exhaust gas to the working medium, so that the working medium evaporates.
Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem System zur Nutzung von Abwärme eines Verbrennungsmotors mittels des Clausius-Rankine-Kreisprozesses, insbesondere eines in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verbrennungsmotors, mit den Schritten: Leiten von Kühlmittel durch einen Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors, Erwärmen des Kühlmittels in einem Verbrennungsmotors, Kühlen des Kühlmittels in einem Kühlmittelwärmeübertrager, Leiten von Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes und eines Arbeitsmediums des Systems durch einen Kondensatorwärmeübertrager als Kondensator, so dass Wärme von dem Arbeitsmedium zu dem Kühlmittel übertragen wird und das Arbeitsmedium in dem Kondensator kondensiert, wobei das Kühlmittel nach dem Durchleiten durch den Kühlmittelwärmeübertrager, insbesondere ausschließlich, in den Kondensatorwärmeübertrager geleitet wird und dabei vorzugsweise keine oder nur einer geringe Temperaturänderung des Kühlmittels auftritt. Eine geringe Temperaturänderung des Kühlmittels bedeutet, dass die Temperatur sich nur weniger als 10°C, 7°C, 5°C, 3°C, 2°C oder 1°C ändert.Method according to the invention for operating an internal combustion engine with a system for utilizing waste heat of an internal combustion engine by means of the Rankine cycle, in particular an internal combustion engine described in this patent application, comprising the steps of: passing coolant through a coolant circuit of the internal combustion engine, heating the coolant in an internal combustion engine Cooling the coolant in a coolant heat exchanger, directing coolant of the coolant circuit and a working medium of the system through a condenser heat exchanger as a condenser, so that heat is transferred from the working fluid to the coolant and condenses the working fluid in the condenser, wherein the coolant after passing through the coolant heat exchanger, in particular exclusively, is passed into the condenser heat exchanger and preferably no or only a slight change in temperature of the Küh occurs. A small one Temperature change of the coolant means that the temperature changes only less than 10 ° C, 7 ° C, 5 ° C, 3 ° C, 2 ° C or 1 ° C.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Kühlmittel, insbesondere ausschließlich, nach dem Durchleiten durch den Kondensatorwärmeübertrager in den Verbrennungsmotor und/oder in den Kühlmittelwärmeübertrager geleitet und dabei vorzugsweise keine oder nur einer geringe Temperaturänderung des Kühlmittels auftritt. Eine geringe Temperaturänderung des Kühlmittels bedeutet, dass die Temperatur sich nur weniger als 10°C, 7°C, 5°C, 3°C, 2°C oder 1°C ändert.In a further embodiment, the coolant, in particular exclusively, is passed after passing through the condenser heat exchanger into the internal combustion engine and / or into the coolant heat exchanger, and preferably no or only a slight temperature change of the coolant occurs. A small temperature change of the coolant means that the temperature changes only less than 10 ° C, 7 ° C, 5 ° C, 3 ° C, 2 ° C or 1 ° C.
Insbesondere wird von einem Steuerorgan in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels gesteuert und/oder geregelt, welche Menge des Kühlmittels des durch den Kondensatorwärmeübertrager geleiteten Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor und/oder den Kühlmittelwärmeübertrager geleitet wird.In particular, it is controlled and / or regulated by a control member as a function of the temperature of the coolant, which amount of the coolant of the coolant passed through the condenser heat exchanger is passed through the internal combustion engine and / or the coolant heat exchanger.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Expansionsmaschine eine Turbine oder eine Hubkolbenmaschine.In a further embodiment, the expansion machine is a turbine or a reciprocating piston engine.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das System neben einem Verdampfer auch einen Überhitzer und der Überhitzer ist in einer Strömungsrichtung des Arbeitsmediums nach dem Verdampfer angeordnet. Vorzugsweise sind der Verdampfer und der Überhitzer ein Bauteil.In a further embodiment, the system comprises not only an evaporator but also a superheater and the superheater is arranged in a flow direction of the working medium downstream of the evaporator. Preferably, the evaporator and the superheater are a component.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das System einen Rekuperator, mittels dem Wärme aus dem Arbeitsmedium nach dem Durchströmen der Expansionsmaschine an das Arbeitsmedium vor dem Verdampfer übertragbar ist.In a further embodiment, the system comprises a recuperator, by means of which heat can be transferred from the working medium after flowing through the expansion machine to the working medium in front of the evaporator.
In einer weiteren Ausgestaltung ist von dem System als Bestandteil des Verbrennungsmotors die Abwärme des Abgashauptstromes des Verbrennungsmotors und/oder die Abwärme der Abgasrückführung und/oder die Abwärme der komprimierten Ladeluft und/oder die Wärme eines Kühlmittels des Verbrennungsmotors nutzbar. Von dem System wird somit die Abwärme des Verbrennungsmotors in mechanische Energie umgewandelt und dadurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors in vorteilhafter Weise erhöht. Vorzugsweise umfasst das System mehrere Verdampfer.In a further embodiment of the system as part of the internal combustion engine, the waste heat of the exhaust main flow of the engine and / or the waste heat of the exhaust gas recirculation and / or waste heat of the compressed charge air and / or the heat of a coolant of the engine can be used. The system thus converts the waste heat of the internal combustion engine into mechanical energy, thereby advantageously increasing the efficiency of the internal combustion engine. Preferably, the system comprises a plurality of evaporators.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das System einen Generator. Der Generator ist von der Expansionsmaschine antreibbar, so dass das System damit elektrische Energie oder elektrischen Strom zur Verfügung stellen kann.In a further embodiment, the system comprises a generator. The generator is drivable by the expansion machine, so that the system can thus provide electrical energy or electricity.
In einer weiteren Ausgestaltung wird als Arbeitsmedium des Systems Wasser als Reinstoff, R245fa, Ethanol (Reinstoff oder Gemisch von Ethanol mit Wasser), Methanol (Reinstoff oder Gemisch von Methanol und Wasser) längerkettige Alkohole C5 bis C10, längerkettige Kohlenwasserstoffe C5 (Pentan) bis C8 (Oktan), Pyridin (Reinstoff oder Gemisch von Pyridin mit Wasser), Methylpyridin (Reinstoff oder Gemisch von Methylpyridin mit Wasser), Trifluorethanol (Reinstoff oder Gemisch von Trifluorethanol mit Wasser), Hexafluorbenzol, wenigstens ein Silikonöl, Silikonöle, eine Wasser/Ammoniaklösung und/oder ein Wasser-Ammoniak-Gemisch eingesetzt.In a further embodiment, the working medium of the system is water as pure substance, R245fa, ethanol (pure substance or mixture of ethanol with water), methanol (pure substance or mixture of methanol and water), longer-chain alcohols C5 to C10, longer-chain hydrocarbons C5 (pentane) to C8 (Octane), pyridine (pure or mixture of pyridine with water), methylpyridine (pure or mixture of methylpyridine with water), trifluoroethanol (pure or mixture of trifluoroethanol with water), hexafluorobenzene, at least one silicone oil, silicone oils, a water / ammonia solution and / or a water-ammonia mixture used.
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:In the following, an embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
In
Ein Kühlmittelkreislauf
Das System
Das aus dem Kühlmittelwärmeübertrager
Zur Abkühlung des Arbeitsmediums in dem Kondensatorwärmeübertrager
Wird der Verbrennungsmotor
In einem zweiten, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des Verbrennungsmotors
Ingesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 22
- Hubkolbenverbrennungsmotorreciprocating engine
- 33
- Systemsystem
- 44
- KühlmittelkreislaufCoolant circuit
- 55
- KühlmittelleitungCoolant line
- 66
- Bypass-KühlmittelleitungBypass coolant line
- 77
- KühlmittelwärmeübertragerCoolant heat exchanger
- 88th
- Gebläsefan
- 99
- Kühlluftcooling air
- 1010
- KühlmittelumwälzpumpeCoolant circulation pump
- 1111
- Steuerorgancontrol element
- 1212
- 3/2-Wegenventil in Kühlmittelkreislauf3/2-way valve in coolant circuit
- 1313
- Leitungmanagement
- 1414
- ArbeitsmediumpumpeWorking fluid pump
- 1515
- VerdampferEvaporator
- 1616
- VerdampferabgaswärmeübertragerEvaporator exhaust gas heat exchanger
- 1717
- VerdampferabgasrückführwärmeübertragerEvaporator exhaust gas recirculation heat exchanger
- 1818
- Expansionsmaschineexpander
- 1919
- Kondensatorcapacitor
- 2020
- KondensatorwärmeübertragerCondenser heat exchanger
- 2121
- Auffang- und AusgleichsbehälterCollection and equalization tank
- 2222
- 3/2-Wegeventil in System3/2-way valve in system
- 2323
- FrischluftleitungFresh air line
- 2424
- LadeluftverdichterCharge air compressor
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- Abgasturbineexhaust turbine
- 2626
- Abgasexhaust
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- LadeluftleitungTurbo pipe
- 2828
- LadeluftkühlerIntercooler
- 2929
- AbgasrückführleitungExhaust gas recirculation line
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- Abgasventilexhaust valve
- 3131
- Abgasnachbehandlungseinheitexhaust gas treatment unit
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- Frischluftfresh air
- 3333
- Abgasleitungexhaust pipe
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