-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Abwärmenutzungsvorrichtung ausgestattete Brennkraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und mit einer derartigen Abwärmenutzungsvorrichtung.
-
Aus der
DE 10 2008 005 036 A1 ist eine Abwärmenutzungsvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Eine derartige Abwärmenutzungsvorrichtung umfasst typischerweise einen Abwärmenutzungskreis, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert, und einen im Abwärmenutzungskreis angeordneten Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums, wobei der Verdampfer hierzu beim Betrieb der Brennkraftmaschine anfallende Abwärme nutzt. Ferner umfasst die Abwärmenutzungsvorrichtung eine im Abwärmenutzungskreis stromab des Verdampfers angeordnete Expansionsmaschine zum Entspannen des Arbeitsmediums auf einen Niederdruck, einen im Abwärmenutzungskreis stromab der Expansionsmaschine angeordneten Kondensator zum Verflüssigen des Arbeitsmediums sowie eine im Abwärmenutzungskreis stromab des Kondensators angeordnete Kompressionsmaschine zum Komprimieren des Arbeitsmediums auf einen Hochdruck. Die Abwärmenutzungsvorrichtung arbeitet folglich nach Art eines Kreisprozesses, nämlich insbesondere nach Art eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses.
-
Bei der bekannten Abwärmenutzungsvorrichtung wird zum Verdampfen des Arbeitsmediums dem Abgas der Brennkraftmaschine Wärme entzogen. Hierzu ist der jeweilige Verdampfer wärmeübertragend mit einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine gekoppelt. Ferner lässt sich der Expansionsmaschine mechanische Arbeit entnehmen, sodass letztlich mit Hilfe der Abwärmenutzungsvorrichtung Abwärme der Brennkraftmaschine in mechanische Arbeit gewandelt werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Abwärmenutzungsvorrichtung der eingangs genannten Art bzw. für eine damit ausgestattete Brennkraftmaschine bzw. für ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Nutzung der im Betrieb der Brennkraftmaschine anfallenden Abwärme auszeichnet.
-
Dieses Problem wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, die beim Verdichten der Frischluft anfallende Wärme für die Verdampfung des Arbeitsmediums zu nutzen. Aufgeladene Brennkraftmaschinen zeichnen sich durch eine besonders hohe Leistungsdichte bei reduziertem Kraftstoffverbrauch und reduzierten Schadstoffemissionen aus. Durch die Aufladung der Frischluft erwärmt sich die dabei entstehende Ladeluft. Um bei gleichbleibendem Druck den Massenstrom zur Brennkraftmaschine zu vergrößern, ist es üblich, die Ladeluft mit Hilfe eines Ladeluftkühlers zu kühlen, bevor sie zur Brennkraftmaschine gelangt. Ein derartiger Ladeluftkühler kann bspw. in einen eigenen Kühlkreis eingebunden sein. Zweckmäßig ist der Ladeluftkühler in einem zum Kühlen der Brennkraftmaschine ohnehin vorhandenen Kühlkreis eingebunden. Die mit Hilfe des Ladeluftkühlers der Ladeluft entzogene Wärme wird bei konventioneller Vorgehensweise über einen entsprechenden Wärmeübertrager der Umgebung zugeführt. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird die bei der Aufladung der Frischluft anfallende Wärme weitgehend zurückgewonnen, sodass sie über die Expansionsmaschine der Abwärmenutzungsvorrichtung in mechanische Arbeit gewandelt werden kann. Insgesamt kann dadurch der energetische Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert werden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsvorrichtung kann die bei der Aufladung der Frischluft anfallende Abwärme dadurch genutzt werden, dass der Verdampfer stromab einer Ladeeinrichtung mit einer Frischluftleitung der Brennkraftmaschine wärmeübertragend gekoppelt ist. Je nach Auslegung des Abwärmenutzungskreises ist es bei der erfindungsgemäßen Bauweise insbesondere möglich, auf einen konventionellen Ladeluftkühler zu verzichten, da mit Hilfe des Verdampfers eine hinreichende Abkühlung der Ladeluft erzielbar ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Brennkraftmaschine einen Kühlkreis zum Kühlen der Brennkraftmaschine aufweisen, wobei dann im Abwärmenutzungskreis stromab der Kompressionsmaschine ein Vorwärmer angeordnet ist, der stromab der Brennkraftmaschine mit dem Kühlkreis wärmeübertragend gekoppelt ist. Durch diesen Vorschlag lässt sich auch die im Betrieb der Brennkraftmaschine auf den Motorblock der Brennkraftmaschine übertragene Wärme nutzen, um das Arbeitsmedium aufzuwärmen und in mechanische Arbeit umzuwandeln. Somit kann auch hier die anfallende Abwärme vorteilhaft genutzt werden, was ebenfalls zur Verbesserung des energetischen Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine beiträgt. Bei entsprechender Auslegung des Abwärmenutzungskreises ist es dabei insbesondere möglich, auf einen konventionellen Kühler im Kühlkreis zu verzichten, mit dem üblicherweise das Kühlmittel mit Hilfe von Umgebungsluft gekühlt wird. Eine Emission der Abwärme des Kühlkreises in die Umgebung kann dadurch reduziert bzw. vermieden werden.
-
Wird als Abwärmequelle das Kühlmittel und die Abwärme der Ladeluft verwendet, so hat dies den Vorteil, dass aufgrund des moderaten Temperaturniveaus ein handelsübliches kohlenwasserstoffhaltiges Arbeitsmedium verwendet werden kann, und nicht zwingend auf Wasser (Gefahr des Einfrierens) als Arbeitsmedium zurückgegriffen werden muss. Diese kohlenwasserstoffhaltigen Arbeitsmedien lassen sich aufgrund ihrer chemischen Temperaturstabilität üblicherweise nur für die Abwärmenutzung des Kühlmittels und nicht des Abgases einsetzen. Die Abwärmenutzung der Verdichtungswärme der aufgeladenen Luft zur Versorgung der Brennkraftmaschine bietet hier den Vorteil, dass eben noch die handelsüblichen kohlenwasserstoffhaltigen Arbeitsmedien eingesetzt werden können und aufgrund des erhöhten (aber noch nicht zu hohen) Temperaturniveaus einen wirkungsgradoptimierten Betrieb der Abwärmenutzungsvorrichtung ermöglichen.
-
Besonders zweckmäßig ist es dabei, den Vorwärmer im Abwärmenutzungskreis stromauf des Verdampfers anzuordnen. Diese Bauweise beruht auf der Kenntnis, dass das Temperaturniveau des Kühlmittels stromab der Brennkraftmaschine regelmäßig niedriger ist als das Temperaturniveau der Ladeluft stromab der Ladeeinrichtung. Bei entsprechender Abstimmung des Arbeitsmediums kann dieses über die wärmeübertragende Kopplung mit dem Kühlmittel vorgewärmt, jedoch noch nicht verdampft werden, während es im Verdampfer durch die wärmeübertragende Kopplung mit der Ladeluft verdampft wird. Es ist klar, dass im Verdampfer grundsätzlich auch eine Überhitzung des dampfförmigen Arbeitsmediums realisierbar ist.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Kühlkreis einen Kühler enthalten, der mit einer Umgebungsluftströmung durchströmbar ist und der parallel zum Vorwärmer geschaltet ist. Hierbei kann es sich um einen konventionellen Umgebungsluft-Kühlmittel-Kühler handeln. Bemerkenswert ist, dass der Kühler bei dieser Ausführungsform parallel zum Vorwärmer geschaltet ist. Der Kühlkreis kann ferner eine Ventileinrichtung aufweisen, mit welcher ein im Kühlkreis zirkulierendes Kühlmittel entweder nur durch den Kühler oder nur durch den Vorwärmer oder sowohl durch den Kühler als auch durch den Vorwärmer, insbesondere mit beliebiger Stromaufteilung, geführt werden kann. Durch diese Bauweise ist es möglich, den mit Hilfe des Kühlers und des Vorwärmers realisierbaren Wärmeentzug aus dem Kühlmittel an den aktuellen Kühlbedarf der Brennkraftmaschine anzupassen. Des Weiteren realisiert der Abwärmenutzungskreis bei einer derartigen Ausführungsform eine wärmeübertragende Kopplung zwischen der Ladeluft und dem Kühlmittel. So ist es bei entsprechender Auslegung und entsprechender Betriebsweise des Abwärmenutzungskreises insbesondere möglich, z. B. für einen Kaltstart der Brennkraftmaschine, die beim Aufladen der Frischluft anfallende Wärme der Ladeluft zu entziehen und dem Kühlmittel zuzuführen. Hierdurch kann der Motorblock der Brennkraftmaschine vergleichsweise rasch auf eine gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden. Erst wenn diese Betriebstemperatur vorliegt, arbeitet die Brennkraftmaschine mit optimierten Werten für Wirkungsgrad, Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen. Ist die gewünschte Betriebstemperatur erreicht, kann die Betriebsweise der Abwärmenutzungsvorrichtung dahingehend verändert werden, dass nunmehr die während der Aufladung der Frischluft anfallende Abwärme in mechanische Arbeit gewandelt wird. Eine Wärmeübertragung auf das Kühlmittel ist dann nicht mehr erforderlich und bei diesem Betriebsmodus des Abwärmenutzungskreises auch nicht mehr möglich, da nunmehr das Kühlmittel einen Wärmeüberschuss besitzt.
-
Entsprechend einer anderen Ausführungsform kann der Abwärmenutzungskreis einen Rekuperator aufweisen, der einen im Abwärmenutzungskreis zwischen Expansionsmaschine und Kondensator angeordneten Wärmeabgabeabschnitt und einen damit wärmeübertragend gekoppelten, im Abwärmenutzungskreis zwischen Kompressionsmaschine und Verdampfer angeordneten Wärmeaufnahmeabschnitt aufweist. Ein derartiger Rekuperator ist aus thermodynamischer Sicht besonders wirkungsvoll, da er auf der Seite des gasförmigen Arbeitsmediums eine Vorkühlung realisiert, was die Effizienz des Kondensators verbessert. Andererseits bewirkt der Rekuperator auf der flüssigen Seite des Arbeitsmediums eine Vorwärmung, was die Effizienz des Verdampfers verbessert. Insgesamt lässt sich mit Hilfe eines derartigen Rekuperators der Wirkungsgrad des Abwärmenutzungskreises signifikant steigern. Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass der Wärmeaufnahmeabschnitt stromauf des mit dem Kühlkreis gekoppelten Vorwärmers im Abwärmenutzungskreis angeordnet ist. Diese Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass das Temperaturniveau im Kühlkreis üblicherweise höher ist als im Abwärmenutzungskreis stromab der Kompressionsmaschine.
-
Während es allgemein bekannt ist, die Expansionsmaschine des Abwärmenutzungskreises mit einem Generator antriebsmäßig zu verbinden, um Wärme in elektrische Energie zu wandeln, schlägt die vorliegende Erfindung gemäß einer besonderen Ausführungsform vor, die Expansionsmaschine mit einem Nebenaggregat der Brennkraftmaschine mechanisch antriebsmäßig zu verbinden. Ein derartiges Nebenaggregat kann bspw. eine Pumpe sein, bspw. zum Fördern von Schmieröl oder Kühlmittel. Ebenso kann es sich beim Nebenaggregat um ein Gebläse zum Erzeugen einer Luftströmung handeln. Ferner kann es sich beim Nebenaggregat um einen Kompressor handeln, mit dessen Hilfe Druckluft für eine pneumatische Bremsanlage und/oder für eine pneumatische Fahrzeugfederung erzeugt werden kann. Sofern ein derartiges Nebenaggregat üblicherweise mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben wird, führt die Antriebsverbindung mit der Expansionsmaschine zu einer signifikanten Verbesserung des energetischen Wirkungsgrads, da Wandlungsverluste einerseits von Wärmeenergie in elektrische Energie und andererseits von elektrischer Energie in mechanische Arbeit vermieden werden können, da hier die Wärmeenergie direkt in mechanische Arbeit gewandelt wird. Sofern ein derartiges Aggregat unmittelbar mit der Brennkraftmaschine selbst antriebsverbunden ist, führt der erfindungsgemäße Vorschlag zu einer Entlastung der Brennkraftmaschine, sodass mehr Energie zum Antreiben des Fahrzeugs oder dergleichen zur Verfügung steht. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads.
-
Zweckmäßig kann die Expansionsmaschine bei einer anderen Ausführungsform mit der Brennkraftmaschine mechanisch antriebsverbunden sein. Durch diese Bauweise unterstützt die mit Hilfe der Expansionsmaschine aus der Abwärme der Brennkraftmaschine gewonnene mechanische Arbeit die Antriebsleistung der Brennkraftmaschine. Somit ergibt sich auch hier eine Wirkungsgradverbesserung.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann nun vorgesehen sein, dass die Expansionsmaschine mit einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine direkt oder indirekt mechanisch antriebsverbunden ist. Die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine ist üblicherweise die sog. „Kurbelwelle”. Die Antriebsverbindung der Expansionsmaschine mit der Abtriebswelle bzw. mit der Kurbelwelle erhöht somit die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Expansionsmaschine mit einem Massenschwungrad der Brennkraftmaschine mechanisch antriebsverbunden sein, wobei ein derartiges Massenschwungrad üblicherweise mit der Abtriebswelle, also insbesondere mit der Kurbelwelle, der Brennkraftmaschine mechanisch antriebsverbunden ist. Die Antriebskopplung mit dem Massenschwungrad ist besonders zweckmäßig, da die Expansionsmaschine, bspw. eine Turbine, deutlich höhere Drehzahlen besitzt als die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, sodass die Kopplung mit dem Massenschwungrad per se eine Drehzahlübersetzung ermöglicht.
-
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Expansionsmaschine über ein Getriebe mit der Abtriebswelle bzw. mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mechanisch antriebsverbunden ist. Mit Hilfe eines derartigen Getriebes lassen sich die Drehzahlen der Expansionsmaschine einerseits und der Brennkraftmaschine andererseits einfach angleichen.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen der Expansionsmaschine und der Abtriebswelle bzw. Kurbelwelle, insbesondere zwischen der Expansionsmaschine und dem vorgenannten Getriebe, eine Überholkupplung angeordnet sein, die eine Antriebskraftübertragung nur von der Expansionsmaschine zur Abtriebswelle erlaubt und in der Gegenrichtung einen Freilauf aufweist. Somit kann die Expansionsmaschine bei entsprechender Drehzahl die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine immer antreiben, während zu keinem Zeitpunkt die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine die Expansionsmaschine antreibt, falls dort die Drehzahl nicht ausreichen sollte.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann in der Frischluftleitung stromab des Verdampfers ein Ladeluftkühler angeordnet sein, der mit dem Kühlkreis wärmeübertragend gekoppelt ist. Hierdurch ist es zum einen möglich, der Ladeluft weitere Wärme zu entziehen, um die Kühlung der Ladeluft zu verbessern. Zum anderen ist es hierdurch ebenso möglich, während des Kaltstarts der Brennkraftmaschine über den Ladeluftkühler direkt Wärme von der komprimierten Frischluft in das Kühlmittel zu übertragen.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann nun der Ladeluftkühler im Kühlkreis parallel zum Vorwärmer geschaltet sein. Hierdurch ist es insbesondere möglich, den Wärmeübergang im Ladeluftkühler einerseits und im Vorwärmer andererseits mittels einer entsprechenden Ventileinrichtung zu steuern. Des Weiteren wird für beide Wärmeübertrager ein gleiches Temperaturniveau im Kühlmittel gewährleistet.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann in der Frischluftleitung stromab des Verdampfers ein Ladeluftkühler angeordnet sein, der mit einer Umgebungsluftströmung durchströmbar ist. Auch diese Maßnahme führt zu einer verbesserten Kühlung der Ladeluft.
-
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine bzw. das Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsvorrichtung ausgestattet ist.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
-
Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1–6 jeweils eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit Abwärmenutzungsvorrichtung, bei verschiedenen Ausführungsformen.
-
Entsprechend den 1 bis 6 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 eine Frischluftanlage 2 zum Versorgen der Brennkraftmaschine 1 mit Frischluft, eine Abgasanlage 3 zum Abführen von Abgas von der Brennkraftmaschine 1, eine Ladeeinrichtung 4 zum Aufladen der Frischluft sowie eine Abwärmenutzungsvorrichtung 5. Die Brennkraftmaschine 1 enthält in einem Motorblock 6 zumindest einen Brennraum 7. Die Frischluftanlage 2 besitzt eine Frischluftleitung 8, welche die Frischluft, insbesondere die aufgeladene Frischluft oder Ladeluft den Brennräumen 7 zuführt. Die Abgasanlage 3 besitzt eine Abgasleitung 9, die das Abgas von den Brennräumen 7 abführt. Die Ladeeinrichtung 4 ist im gezeigten Beispiel als Abgasturbolader ausgestaltet und umfasst dementsprechend einen Verdichter 10, der in der Frischluftleitung 8 angeordnet ist, und eine über eine gemeinsame Antriebswelle 11 damit antriebsverbundene Turbine 12, die in der Abgasleitung 9 angeordnet ist.
-
Die Abwärmenutzungsvorrichtung 5 besitzt einen Abwärmenutzungskreis 13, einen Verdampfer 14, eine Expansionsmaschine 15, einen Kondensator 16 sowie eine Kompressionsmaschine 17.
-
Im Abwärmenutzungskreis 13 zirkuliert ein Arbeitsmedium. Der Verdampfer 14 ist im Abwärmenutzungskreis 13 angeordnet und dient zum Verdampfen des Arbeitsmediums. Hierzu nutzt der Verdampfer 14 Abwärme der Brennkraftmaschine 1, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 anfällt. Die Expansionsmaschine 15 ist im Abwärmenutzungskreis 13 stromab des Verdampfers 14 angeordnet und dient zum Entspannen des Arbeitsmediums auf einen Niederdruck. Dabei kann die Expansionsmaschine 15 über eine Abtriebswelle 18 mechanische Arbeit abgeben. Bspw. handelt es sich bei der Expansionsmaschine 15 um eine Turbine. Der Kondensator 16 ist im Abwärmenutzungskreis 13 stromab der Expansionsmaschine 15 angeordnet und dient zum Verflüssigen des Arbeitsmediums. Hierzu kann der Kondensator 16 bspw. mit einer Umgebungsluftströmung beaufschlagt sein. Die Kompressionsmaschine 17 ist im Abwärmenutzungskreis 13 stromab des Kondensators 16 angeordnet und dient zum Komprimieren des Arbeitsmediums auf einen Hochdruck.
-
Allen Ausführungsformen der 1 bis 6 ist gemeinsam, dass der Verdampfer 14 mit der Frischluftleitung 8 wärmeübertragend gekoppelt ist, und zwar stromab der Ladeeinrichtung 4, also stromab des Verdichters 10. Hierdurch übernimmt der Verdampfer 14 zumindest teilweise die Funktion eines Ladeluftkühlers.
-
Die Brennkraftmaschine 1 besitzt außerdem einen Kühlkreis 19, in dem ein Kühlmittel zirkuliert und der zum Kühlen der Brennkraftmaschine 1 dient. Hierzu ist der Kühlkreis 19 durch den Motorblock 6 hindurchgeführt. Ferner enthält der Kühlkreis 19 eine Kühlmittelpumpe 20. Darüber hinaus enthält der Kühlkreis 19 üblicherweise einen Kühler 21, der mit einer Umgebungsluftströmung 36 durchströmbar ist.
-
Des Weiteren besitzt die Abwärmenutzungsvorrichtung 5 zumindest bei den Ausführungsformen der 1 bis 5 einen Rekuperator 22, der einen Wärmeabgabeabschnitt 23 und einen damit wärmeübertragend gekoppelten Wärmeaufnahmeabschnitt 24 aufweist. Der Wärmeabgabeabschnitt 23 ist dabei im Abwärmenutzungskreis 13 zwischen der Expansionsmaschine 15 und dem Kondensator 16 angeordnet und entzieht dem Arbeitsmedium Wärme. Der Wärmeaufnahmeabschnitt 24 ist dagegen im Abwärmenutzungskreis 13 zwischen der Kompressionsmaschine 17 und dem Verdampfer 14 angeordnet und gibt Wärme an das Arbeitsmedium ab.
-
Bei den Ausführungsformen der 1 bis 6 ist zum Antreiben der Kompressionsmaschine 17 bspw. ein Elektromotor 25 vorgesehen.
-
Bei den Ausführungsformen der 1 und 2 treibt die Expansionsmaschine 15 über ihre Abtriebswelle 18 in üblicher Weise einen Generator 26 an, um elektrische Energie zu erzeugen.
-
Die in 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass der Kühlkreis 19 und der Abwärmenutzungskreis 13 wärmeübertragend miteinander gekoppelt sind, und zwar über einen Vorwärmer 27. Dieser ist einerseits in den Abwärmenutzungskreis 13 eingebunden, und zwar zwischen der Kompressionsmaschine 17 und dem Verdampfer 14. Im Beispiel ist der Vorwärmer 27 im Abwärmenutzungskreis 13 zwischen dem Rekuperator 22 und dem Verdampfer 14 angeordnet. Andererseits ist der Vorwärmer 27 auch im Kühlkreis 19 angeordnet und zwar zweckmäßig stromab des Motorblocks 6 und insbesondere stromauf der Kühlmittelpumpe 20.
-
Zweckmäßig ist dabei der Vorwärmer 27 im Kühlkreis 19 parallel zum Kühler 21 geschaltet. Ferner ist bei dieser Ausführungsform eine Ventileinrichtung 28 vorgesehen, die so ausgestaltet ist, dass damit das im Kühlkreis 19 zirkulierende Kühlmittel entweder ausschließlich durch den Kühler 21 oder ausschließlich durch den Vorwärmer 27 oder sowohl durch den Kühler 21 als auch durch den Vorwärmer 27 geführt werden kann.
-
Insbesondere kann die Ventileinrichtung 28 auch so ausgestaltet sein, dass damit eine quasi beliebige Stromaufteilung auf Kühler 21 und Vorwärmer 27 realisierbar ist.
-
Die in 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Expansionsmaschine 15 über ihre Abtriebswelle 18 hier mit einem Nebenaggregat 29 der Brennkraftmaschine 1 mechanisch antriebsverbunden ist. Beim Nebenaggregat 29 kann es sich bspw. um eine Pumpe, ein Gebläse oder einen Kompressor oder dergleichen handeln.
-
Die Ausführungsformen der 4 bis 6 unterscheiden sich von der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen dadurch, dass die Expansionsmaschine 15 hier mit der Brennkraftmaschine 1 mechanisch antriebsverbunden ist. Zu diesem Zweck ist die Expansionsmaschine 15 über ihre Abtriebswelle 18 mit einer Abtriebswelle 30 der Brennkraftmaschine 1, die im Folgenden auch als Kurbelwelle 30 bezeichnet wird, direkt oder indirekt mechanisch antriebsverbunden. Zweckmäßig kann die Kurbelwelle 30 mit einem Massenschwungrad 31 antriebsverbunden sein. Die Expansionsmaschine 15 kann nun mit diesem Massenschwungrad 31 direkt oder indirekt antriebsverbunden sein. Im Beispiel ist zwischen der Expansionsmaschine 15 und der Kurbelwelle 30 bzw. dem Schwungrad 31 ein Getriebe 32 angeordnet, um die in der Regel vergleichsweise hohe Drehzahl der Abtriebswelle 18 der Expansionsmaschine 15 auf die deutlich geringere Drehzahl der Kurbelwelle 30 zu reduzieren.
-
Optional kann die Antriebskopplung zwischen Expansionsmaschine 15 und Kurbelwelle 30 außerdem eine nur in 4 dargestellte Überholkupplung 33 aufweisen. Eine derartige Überholkupplung 33 erlaubt eine Antriebskraftübertragung ausschließlich von der Expansionsmaschine 15 zur Kurbelwelle 30. Somit wird ein Schleppen der Expansionsmaschine 15 durch die Kurbelwelle 30 vermieden.
-
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist außerdem exemplarisch angedeutet, dass der Verdampfer 14 nach dem Gegenstromprinzip durchströmt sein kann, während bei den anderen Ausführungsformen das Gleichstromprinzip angedeutet ist.
-
Die in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen unterscheiden sich von den Ausführungsformen der 1 bis 4 dadurch, dass hier auf einen Rekuperator 22 verzichtet worden ist. Dies kann bspw. aus Bauraumgründen erforderlich sein.
-
Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform ist außerdem in der Frischluftleitung 8 stromab des Verdampfers 14 ein Ladeluftkühler 34 angeordnet, der mit dem Kühlkreis 19 wärmeübertragend gekoppelt ist. Dabei ist in diesem Beispiel vorgesehen, dass der Ladeluftkühler 34 im Kühlkreis 19 parallel zum Vorwärmer 27 und somit auch insbesondere parallel zum Kühler 21 geschaltet ist.
-
Auch bei der in 6 gezeigten Ausführungsform ist ein Ladeluftkühler 35 vorgesehen, der wieder stromab des Verdampfers 14 in der Frischluftleitung 8 angeordnet ist, der jedoch abweichend von der in 5 gezeigten Ausführungsform so ausgestaltet und angeordnet ist, dass er mit einer Umgebungsluftströmung 36 durchströmbar ist.
-
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
-
- DE 102008005036 A1 [0002]
