DE102010047518A1 - Device for energy recovery from exhaust stream of internal combustion engine in vehicle, has working medium that is guided in closed joule-cyclic process in waste heat recovery device - Google Patents

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Abstract

The device (1) has a working medium (AM) that is guided in a closed joule-cyclic process in a waste heat recovery device (3). An electric machine (15) is mechanically coupled with an internal combustion engine (2). The electric machine and the internal combustion engine occur in interaction such that the electric machine acts as a starter or as a generator on the internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for energy recovery from an exhaust gas stream of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Moderne Verbrennungsmotoren weisen Wirkungsgrade im Bereich von 30% bis 40% auf. Daraus resultierend wird ein großer Teil der dem Verbrennungsmotor zugeführten chemischen Energie in Form von Abwärme vorzugsweise über ein Kühlmittel und eine Abgaswärme an eine Fahrzeugumgebung abgegeben.Modern internal combustion engines have efficiencies in the range of 30% to 40%. As a result, a large part of the chemical energy supplied to the internal combustion engine in the form of waste heat is preferably delivered to a vehicle environment via a coolant and an exhaust gas heat.

Bekannte Techniken zur Energierückgewinnung aus dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors sind der Abgasturbolader und die Heizungsanlagen für Kraftfahrzeuge. Beim Abgasturbolader treibt der Abgasstrom eine Turbine an. Die Energie, die die Turbine liefert, nutzt ein Verdichter, um die dem Verbrennungsmotor zugeführte Luft zu verdichten. Die Verdichtung der Luft verbessert eine Zylinderfüllung des Verbrennungsmotors und führt so zu einer Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors.Known techniques for energy recovery from the exhaust stream of an internal combustion engine are the exhaust gas turbocharger and the heating systems for motor vehicles. In the exhaust gas turbocharger, the exhaust gas flow drives a turbine. The energy that the turbine supplies uses a compressor to compress the air supplied to the engine. The compression of the air improves a cylinder filling of the internal combustion engine and thus leads to an increase in performance of the internal combustion engine.

Alternativ ist dem Verbrennungsmotor ein Kreisprozess nachgeschaltet, bei dem der heiße Abgasstrom und zum Teil das Kühlmittel einer Brennkraftmaschine als Wärmequelle zum Betrieb einer zweiten, nachgeschalteten Maschine im Kreisprozess verwendet wird. Bei dem Kreisprozess handelt es sich üblicherweise um einen so genannten Clausius-Rankine-Prozess, bei welchem ein flüssiges Medium Wärme aufnimmt, welches unter Wärmezufuhr überwiegend verdampft wird und anschließend in einer Expansionsmaschine unter Abgabe von mechanischer Energie an eine Abtriebswelle entspannt wird. Als Arbeitsmedium kommen hier organische Arbeitsstoffe, eine Mischung solcher organischer Arbeitsstoffe, Alkoholgemische oder Wasser-Alkoholgemische, Wasser mit bestimmten Additiven in Betracht. Selbstverständlich ist auch ein Joule Prozess, insbesondere eine geschlossener Joule Prozess denkbar, bei welchem ein Gas über einen Verdichter auf ein entsprechend hohes Druckniveau befördert wird und in einem Abgaswärmetauscher, Abgaswärme des Verbrennungsmotors an das im Joule Kreislauf befindliche Arbeitsgas übertragen wird. Dieses verdichtete und erhitzte Arbeitsgas wird dann unter Freisetzung von mechanischer Arbeit in einer Expansionsmaschine entspannt und in einem Kühler rückgekühlt, bevor es wiederum dem Verdichter zugeführt wird.Alternatively, the internal combustion engine is followed by a cycle in which the hot exhaust gas flow and partly the coolant of an internal combustion engine is used as a heat source for operating a second, downstream machine in the cycle. The cyclic process is usually a so-called Clausius-Rankine process, in which a liquid medium absorbs heat, which is predominantly evaporated with the supply of heat and then expanded in an expansion machine with release of mechanical energy to an output shaft. As a working medium come here organic agents, a mixture of such organic agents, alcohol mixtures or water-alcohol mixtures, water with certain additives into consideration. Of course, a Joule process, in particular a closed Joule process is conceivable in which a gas is conveyed via a compressor to a correspondingly high pressure level and is transmitted in an exhaust gas heat exchanger, exhaust heat of the engine to the working gas located in the Joule cycle. This compressed and heated working gas is then expanded to release mechanical work in an expansion machine and recooled in a cooler before being fed back to the compressor.

Des Weiteren sind die aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Abwärmerückgewinnungseinheiten zum Teil in ihrem Aufbau relativ komplex und aufwändig, was zu einem hohen Bauraumbedarf und einer hohen Komplexität verbunden mit hohen Kosten führt.Furthermore, the waste heat recovery units known from the general state of the art are in part relatively complex and expensive in their construction, which leads to a high space requirement and a high complexity associated with high costs.

Eine Elektromaschine in Form einer herkömmlichen Lichtmaschine oder eines Generators ist an jeder herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine vorhanden, um elektrische Energie für eine Regelung oder Steuerung der Verbrennungskraftmaschine und/oder anderer elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeug bereitzustellen.An electric machine in the form of a conventional alternator or generator is present on any conventional internal combustion engine to provide electrical energy for control of the internal combustion engine and / or other electrical consumers in a vehicle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus dem Abgasstrom und zumindest teilweise aus dem Kühlmittel einer Verbrennungskraftmaschine anzugeben, bei welchen die Energierückgewinnung bei möglichst kompaktem Bauraum der Vorrichtung gesteigert ist.The invention has for its object to provide a device for recovering energy from the exhaust stream and at least partially from the coolant of an internal combustion engine, in which the energy recovery is increased as compact as possible space of the device.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the device, the object is achieved by the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei der Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine in einem Fahrzeug ist in einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung ein Arbeitsmedium in einem geschlossenen Joule-Kreisprozess geführt und dem geschlossenen Joule-Kreisprozess ist ein Clausius-Rankine-Kreisprozess nachgeschaltet, wobei eine im Joule-Kreisprozess angeordnete Turbine und eine im Clausius-Rankine-Kreisprozess angeordnete Expansionsmaschine mechanisch mit einer Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine koppelbar sind.In the apparatus for recovering energy from an exhaust gas stream of an internal combustion engine in a vehicle in a waste heat recovery device, a working medium is guided in a closed Joule cycle and the closed Joule cycle is followed by a Rankine cycle, wherein a arranged in the Joule cycle turbine and an expansion machine arranged in the Clausius-Rankine cycle can be mechanically coupled to a flywheel of the internal combustion engine.

Erfindungsgemäß ist zumindest eine Elektromaschine mit der Verbrennungskraftmaschine mechanisch koppelbar, wobei Elektromaschine und Verbrennungskraftmaschine derart in Wechselwirkung treten, dass die Elektromaschine als Starter oder als Generator auf die Verbrennungskraftmaschine einwirkt.According to the invention, at least one electric machine can be mechanically coupled to the internal combustion engine, the electric machine and the internal combustion engine interacting in such a way that the electric machine acts as a starter or as a generator on the internal combustion engine.

Somit ist die Elektromaschine derart in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung und die Verbrennungskraftmaschine integriert, dass ein hoher Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung bei gleichzeitig minimiertem Baurraum, Gewicht und Kosten ermöglicht ist.Thus, the electric machine is integrated into the waste heat recovery device and the internal combustion engine such that a high overall efficiency of the device is possible while minimizing the space, weight and cost.

Besonders vorteilhafterweise sind herkömmliche Vorrichtungen und Funktionalitäten, wie beispielweise ein Starter, eine Lichtmaschine und eine Bordstromversorgung, in der Elektromaschine zusammengefasst. Daraus resultierend sind diese Vorrichtungen und Funktionalitäten als Elektromaschine in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung und die Verbrennungskraftmaschine integrierbar, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung verbessert ist.Particularly advantageously, conventional devices and functionalities, such as, for example, a starter, an alternator and an on-board power supply, are combined in the electric machine. As a result, these devices and functionalities as an electric machine are in the waste heat recovery device and the internal combustion engine can be integrated, whereby the overall efficiency of the device is improved.

Die Energierückgewinnung aus dem Abgasstrom von Verbrennungskraftmaschinen ist verbessert, indem abgasseitig der Verbrennungskraftmaschine eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung geschaltet ist. Insbesondere weist der den Abgaswärmetauscher der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung verlassende Abgasstrom eine solche thermische Energie auf, welche vorteilhafterweise den Betrieb der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung ermöglicht. Eine auf diese Weise ausgeführte Energierückgewinnung weist gegenüber herkömmlichen Verbrennungsmotoren einen höheren Wirkungsgrad auf. Zudem werden Treibstoffeinsparungen erzielt und die Kosten sind aufgrund der kompakten Bauweise deutlich reduziert.The energy recovery from the exhaust gas flow of internal combustion engines is improved by the exhaust side of the internal combustion engine, a waste heat recovery device is switched. In particular, the exhaust gas flow leaving the exhaust gas heat exchanger of the exhaust heat recovery device has such thermal energy, which advantageously enables the operation of the waste heat recovery device. An energy recovery carried out in this way has a higher efficiency compared to conventional internal combustion engines. In addition, fuel savings are achieved and the costs are significantly reduced due to the compact design.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch eine Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Elektromaschine im Kraftfluss zwischen Expansionsmaschine und Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, 1 1 schematically shows an embodiment of an apparatus for recovering energy from an exhaust gas stream of an internal combustion engine, wherein the electric machine is arranged in the force flow between the expansion engine and the flywheel of the internal combustion engine,

2 schematisch eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Elektromaschine im Kraftfluss zwischen Turbine und Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, 2 2 schematically shows an alternative embodiment of a device for recovering energy from an exhaust gas stream of an internal combustion engine, wherein the electric machine is arranged in the force flow between turbine and flywheel of the internal combustion engine,

3 schematisch eine weitere alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Elektromaschine direkt mit der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, 3 1 schematically shows a further alternative embodiment of a device for energy recovery from an exhaust gas stream of an internal combustion engine, wherein the electric machine is coupled directly to the flywheel of the internal combustion engine,

4 schematisch eine weitere alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, die Teil einer seriellen Hybridantriebsvorrichtung ist, wobei eine erste Elektromaschine direkt mit der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist und eine zweite Elektromaschine im Kraftfluss zwischen Expansionsmaschine und Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, 4 1 schematically shows a further alternative embodiment of a device for energy recovery from an exhaust gas stream of an internal combustion engine, which is part of a serial hybrid drive device, wherein a first electric machine is coupled directly to the flywheel of the internal combustion engine and a second electric machine is arranged in the force flow between expansion engine and flywheel of the internal combustion engine,

5 schematisch eine weitere alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Elektromaschine direkt mit der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, 5 1 schematically shows a further alternative embodiment of a device for energy recovery from an exhaust gas stream of an internal combustion engine, wherein the electric machine is coupled directly to the flywheel of the internal combustion engine,

6 schematisch eine weitere alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, die Teil einer seriellen Hybridantriebsvorrichtung ist, wobei eine erste Elektromaschine direkt mit einer Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist und eine zweite Elektromaschine im Kraftfluss zwischen Expansionsmaschine und Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und 6 schematically another alternative embodiment of an apparatus for energy recovery from an exhaust stream of an internal combustion engine, which is part of a serial hybrid drive device, wherein a first electric machine is coupled directly to a drive shaft of the internal combustion engine and a second electric machine is arranged in the power flow between the expansion engine and flywheel of the internal combustion engine and

7 schematisch eine weitere alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Elektromaschine direkt mit der Schwungscheibe der Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist. 7 schematically another alternative embodiment of a device for energy recovery from an exhaust stream of an internal combustion engine, wherein the electric machine is directly coupled to the flywheel of the drive shaft of the internal combustion engine.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Energierückgewinnung aus dem Abgasstrom AG einer Verbrennungskraftmaschine 2. Bei der Verbrennungskraftmaschine 2 kann es sich um einen herkömmlichen Diesel- oder Ottomotor oder eine andere Verbrennungsmaschine, z. B. eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder Nutzfahrzeugs, handeln. 1 zeigt einen 4-Zylinder-Verbrennungsmotor. 1 shows a device 1 for energy recovery from the exhaust gas flow AG of an internal combustion engine 2 , In the internal combustion engine 2 it may be a conventional diesel or gasoline engine or another combustion engine, for. B. a vehicle, in particular a motor vehicle or commercial vehicle act. 1 shows a 4-cylinder internal combustion engine.

Abgasseitig von der Verbrennungskraftmaschine 2 ist eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 nachgeschaltet. Die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 ist vorzugsweise als ein geschlossener Joule-Kreisprozess JK ausgebildet.Exhaust side of the internal combustion engine 2 is a waste heat recovery device 3 downstream. The waste heat recovery device 3 is preferably formed as a closed Joule cycle JK.

Der Joule-Kreisprozess JK ist ein thermodynamischer Kreisprozess nach dem Physiker James Prescott Joule. Der geschlossene Joule-Kreisprozess JK umfasst einen Abgaswärmetauscher 4, der primärseitig vom Abgasstrom AG durchströmt wird und sekundärseitig von einem Arbeitsmedium AM des Joule-Kreisprozesses JK durchströmt wird.The Joule cycle JK is a thermodynamic cycle, according to physicist James Prescott Joule. The closed Joule cycle JK includes an exhaust gas heat exchanger 4 , The primary side is flowed through by the exhaust stream AG and the secondary side is flowed through by a working medium AM of the Joule cycle JK.

Primärseitig mündet eine Abgasleitung 5 in den Abgaswärmetauscher 4 und geht von diesem wieder ab.On the primary side, an exhaust pipe opens 5 in the exhaust gas heat exchanger 4 and starts from this again.

Sekundärseitig ist dem Abgaswärmetauscher 4 im Joule-Kreisprozess JK eingangsseitig ein Verdichter 6 vorgeschaltet. Ausgangsseitig ist dem Abgaswärmetauscher 4 im Joule-Kreisprozess JK eine Turbine 7 nachgeschaltet. Zwischen der Turbine 7 und dem Verdichter 6 ist im geschlossenen Joule-Kreisprozess JK ein Kühler 8, insbesondere ein Rückkühler oder Gaskühler angeordnet. Der Verdichter 6 und die Turbine 7 sind auf einer gemeinsamen Welle 9 angeordnet.Secondary side is the exhaust gas heat exchanger 4 in the Joule cycle JK on the input side a compressor 6 upstream. On the output side is the exhaust gas heat exchanger 4 in Joule cycle JK a turbine 7 downstream. Between the turbine 7 and the compressor 6 is closed Joule cycle JK a cooler 8th , in particular a recooler or gas cooler arranged. The compressor 6 and the turbine 7 are on a common wave 9 arranged.

Anstelle der Turbine 7 kann auch eine andere Expansionsmaschine, z. B. eine Kolbenexpansionsmaschine eingesetzt werden.Instead of the turbine 7 can also another expansion machine, z. B. a piston expansion machine can be used.

Der heiße Abgasstrom AG der Verbrennungskraftmaschine 2 wird verwendet, um den nachgeschalteten Joule-Kreisprozess JK (speziell den geschlossenen Gasturbinenprozess) zu beheizen. Dies ist besonders vorteilhaft, da speziell die heißen Abgase aus energetischer und thermodynamischer Sicht über ein Temperaturniveau verfügen, das arbeitsfähig ist und damit zu einem relativ hohen Gesamtwirkungsgrad führen kann. Dies ist auch aus Sicht des Bauaufwandes mit geringerem Bauraumbedarf, geringeren Kosten, geringerem Gewicht vorteilhaft, da der Aufwand für den nachgeschalteten Joule-Kreisprozess JK zwar vorhanden ist, jedoch durch die Nutzung des hohen und damit thermodynamisch arbeitsfähigen Temperaturniveaus zu einem relativ hohen Wirkungsgradgewinn im Vergleich zur Nichtnutzung des Temperaturniveaus des Abgasstroms AG führt.The hot exhaust gas flow AG of the internal combustion engine 2 is used to heat the Joule cycle JK downstream (especially the closed gas turbine process). This is particularly advantageous because especially the hot exhaust gases from an energetic and thermodynamic point of view have a temperature level that is capable of working and thus can lead to a relatively high overall efficiency. This is also advantageous from the point of view of construction costs with less space requirement, lower costs, lower weight, since the expense for the downstream Joule cycle JK is indeed present, but by using the high and thus thermodynamically working temperature levels to a relatively high efficiency gain in comparison for non-use of the temperature level of the exhaust stream AG leads.

An der Welle 9 ist eine Kupplung 10 angeordnet, mittels derer die Welle 9 und daraus resultierend die Turbine 7 mit einem Zahnrad 11 mechanisch trennbar gekoppelt werden können. Das Zahnrad 11 steht mit einer Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 in Eingriff.At the wave 9 is a clutch 10 arranged, by means of which the shaft 9 and as a result the turbine 7 with a gear 11 can be coupled mechanically separable. The gear 11 stands with a flywheel 12 the internal combustion engine 2 engaged.

Die Rückkühlung des Arbeitsmediums AM des Joule-Kreisprozesses JK erfolgt im Kühler 8 mittels des dem Joule-Kreisprozess JK nachgeschalteten Clausius-Rankine-Kreisprozesses CK. Der Clausius-Rankine-Kreisprozess CK und der Joule-Kreisprozesses JK sind mittels des Kühlers 8 thermisch gekoppelt. Durch den Wärmeübergang vom Joule-Kreisprozess JK (Rückkühlung) zum Clausius-Rankine-Kreisprozess CK (Verdampfung) wird ein im Clausius-Rankine-Kreisprozess CK geführtes Arbeitsmittel AT im Kühler 8 verdampft und überhitzt oder zumindest verdampft. Der Kühler 8 ist hierzu als ein Rückkühler/Verdampfer ausgeführt, der primärseitig im Joule-Kreisprozess JK und sekundärseitig im Clausius-Rankine-Kreisprozess CK angeordnet ist. Das überhitzte oder verdampfte Arbeitsmittel AT wird dann im Clausius-Rankine-Kreisprozess CK einer Expansionsmaschine 13 zugeführt, in welcher das Arbeitsmittel AT expandiert und dabei abgekühlt wird.The recooling of the working medium AM of the Joule cycle JK takes place in the cooler 8th by means of the Joule cycle JK downstream Clausius-Rankine cycle CK. The Clausius-Rankine cycle CK and the Joule cycle JK are by means of the cooler 8th thermally coupled. Due to the heat transfer from the Joule cycle JK (recooling) to the Clausius-Rankine cycle CK (evaporation), a working medium AT in the cooler, which is guided in the Clausius-Rankine cycle CK 8th evaporates and overheats or at least evaporates. The cooler 8th For this purpose, it is designed as a recooler / evaporator, which is arranged on the primary side in the Joule cycle JK and on the secondary side in the Clausius-Rankine cycle CK. The overheated or vaporized working fluid AT then becomes the Clausius-Rankine cycle CK of an expansion machine 13 fed, in which the working fluid AT is expanded and thereby cooled.

Die Expansionsmaschine 13 ist insbesondere als eine Dampfturbine oder eine andere Dampfexpansionsmaschine ausgeführt und mittels einer weiteren Kupplung 14 trennbar mit einer Elektromaschine 15 gekoppelt. Die Elektromaschine 15 ist mittels einer weiteren Kupplung 16 mit einem Zahnrad 17 gekoppelt, welches mit der Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 in Eingriff steht. Somit ist die mittels der Expansionsmaschine 13 erzeugte mechanische Energie zum Fahrzeugantrieb und zur Erzeugung elektrischer Energie mittels der Elektromaschine 15 nutzbar.The expansion machine 13 is in particular designed as a steam turbine or another steam expansion machine and by means of a further coupling 14 separable with an electric machine 15 coupled. The electric machine 15 is by means of another coupling 16 with a gear 17 coupled with the flywheel 12 the internal combustion engine 2 engaged. Thus, the means of the expansion machine 13 generated mechanical energy for vehicle drive and for generating electrical energy by means of the electric machine 15 available.

Die Elektromaschine 15 ist elektrisch mit einem herkömmlichen elektrischen Energiespeicher 18, beispielweise einem Akkumulator, einer Fahrzeugbatterie, einer Lithium-Ionen-Batterie oder einem Supercap (Doppelschichtkondensator) verbunden.The electric machine 15 is electric with a conventional electric energy storage 18 , For example, a battery, a vehicle battery, a lithium-ion battery or a supercap (double-layer capacitor) connected.

Das aus der Expansionsmaschine 13 austretende Arbeitsmittel AT wird in einem Kondensator 19 kondensiert und dann wieder in flüssiger Form mittels einer Speisepumpe 20 dem Kühler 8 zugeführt.That from the expansion machine 13 escaping agent AT is in a condenser 19 condensed and then again in liquid form by means of a feed pump 20 the radiator 8th fed.

Das aus dem Kondensator 19 austretende, flüssige Arbeitsmittel AT wird vor dem Eintritt in den Kühler 8 mittels der Speisepumpe 20 auf ein entsprechendes Druckniveau erhöht. Das verwendete Arbeitsmittel AT des Clausius-Rankine-Kreisprozesses CK ist ein flüssiges, insbesondere organisches und/oder anorganisches, insbesondere kohlenwasserstoffhaltiges Arbeitsmittel, wie z. B. Methanol, Ethanol, Ammoniak, Ether, weitere Flüssigkeiten und/oder Lösungen dieser. Das heißt, es muss nicht zwingend Wasser verwendet werden, sondern beispielsweise ein einfriertaugliches kohlenwasserstoffhaltiges Arbeitsfluid, welches typischerweise bis ca. 400°C beständig ist.That from the condenser 19 escaping, liquid working fluid AT is before entering the cooler 8th by means of the feed pump 20 increased to a corresponding pressure level. The working medium AT of the Rankine cycle CK is a liquid, in particular organic and / or inorganic, in particular hydrocarbon-containing working medium, such as. As methanol, ethanol, ammonia, ethers, other liquids and / or solutions of these. That is, it does not necessarily water to be used, but for example, a freezer-compatible hydrocarbon-containing working fluid, which is typically up to about 400 ° C resistant.

Die in der Expansionsmaschine 13 erzeugte mechanische Energie wird mittels der Elektromaschine 15 in elektrische Energie umgewandelt und/oder der Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 zugeführt.The in the expansion machine 13 generated mechanical energy is by means of the electric machine 15 converted into electrical energy and / or the flywheel 12 the internal combustion engine 2 fed.

Die Speisepumpe 20 kann, wie dargestellt, motorbetrieben ausgeführt sein. Hierzu ist beispielsweise ein elektrischer Motor 21 vorgesehen, der die Speisepumpe 20 antreibt.The feed pump 20 can, as shown, be engine operated. For this purpose, for example, an electric motor 21 provided that the feed pump 20 driving.

Der geschlossene Joule-Kreisprozess JK und der diesem nachgeschaltete Clausius-Rankine-Kreisprozess CK sind so miteinander verschaltet, dass dies möglichst einfach und kompakt erfolgt und eine Nutzung der thermischen Energie des Abgasstroms AG auf einem sehr breiten Spektrum des vorhandenen Temperaturniveaus ermöglicht, was zu einem hohen Gesamtwirkungsgrad des gesamten Antriebsstrangs oder des Gesamtaggregates führt.The closed Joule cycle JK and this downstream Clausius-Rankine cycle CK are interconnected so that this is as simple and compact and allows use of the thermal energy of the exhaust stream AG on a very wide range of existing temperature levels, resulting in a high overall efficiency of the entire drivetrain or the overall aggregate leads.

Alle Kupplungen 10, 14 und 16 sind als herkömmliche, schaltbare Kupplungen ausgebildet.All couplings 10 . 14 and 16 are designed as conventional, switchable couplings.

Im Betrieb der Vorrichtung 1 wird mittels der Turbine 7 im geschlossenen Joule-Kreisprozess JK der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 aus zumindest einer Teilmenge der thermischen Energie des Abgasstroms AG der Verbrennungskraftmaschine 2 mechanische Energie erzeugt. Die erzeugte mechanische Energie wird mittels der Kupplung 10 und des Zahnrads 11 auf die Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 übertragen und steht dort für den Fahrzeugantrieb zur Verfügung. Mittels der Expansionsmaschine 13 im Clausius-Rankine-Kreisprozess CK erzeugte mechanische Energie wird mittels der Elektromaschine 15 in elektrische Energie umgewandelt. Überschüssige, von der Expansionsmaschine 13 erzeugte mechanische Energie, welche nicht mittels der Elektromaschine 15 in elektrische Energie umgewandelt wird, wird mittels der Kupplung 16 und des Zahnrads 17 auf die Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 übertragen und steht dort für den Fahrzeugantrieb zur Verfügung. In operation of the device 1 is by means of the turbine 7 in the closed Joule cycle JK of the waste heat recovery device 3 from at least a subset of the thermal energy of the exhaust stream AG of the internal combustion engine 2 generates mechanical energy. The generated mechanical energy is generated by means of the coupling 10 and the gear 11 on the flywheel 12 the internal combustion engine 2 transferred and is available there for the vehicle drive. By means of the expansion machine 13 mechanical energy generated in the Rankine cycle cycle CK is generated by means of the electric machine 15 converted into electrical energy. Excess, from the expansion machine 13 generated mechanical energy, which is not by means of the electric machine 15 is converted into electrical energy, by means of the coupling 16 and the gear 17 on the flywheel 12 the internal combustion engine 2 transferred and is available there for the vehicle drive.

Ist kein ausreichend heißer Abgasstrom AG vorhanden, beispielsweise direkt nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine 2, um den geschlossenen Joule-Kreisprozess JK zu betreiben, wird die Kupplung 10 beim Start der Verbrennungskraftmaschine 2 solange geöffnet, bis das Arbeitsmedium AM im geschlossenen Joule-Kreisprozess JK durch den Abgasstrom AG der Verbrennungskraftmaschine 2 ausreichend erwärmt ist. Da der Joule-Kreisprozess JK nicht selbststartfähig ist, wird die Kupplung 10 bei hinreichend erwärmtem Arbeitsmedium AM geschlossen, so dass die Verbrennungskraftmaschine 2 oder die Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 die Welle 9 der Turbine 7 und den ebenfalls auf der Welle 9 angeordneten Verdichter 6 kurz antreibt, so dass der Joule-Kreisprozess JK startet und arbeitsfähig ist. Im weiteren Verlauf wird die an der Turbine 7 abgegebene mechanische Energie unterstützend der Verbrennungskraftmaschine 2 zugeleitet. Ein sonst üblicher Starter oder eine Startereinheit zum Starten des geschlossenen Joule-Kreisprozesses JK entfällt vorteilhafterweise, woraus verringerte Kosten, Gewicht und Bauraum resultieren.If no sufficiently hot exhaust gas flow AG is present, for example, directly after the start of the internal combustion engine 2 To operate the closed Joule cycle JK, the clutch becomes 10 at the start of the internal combustion engine 2 open until the working medium AM in the closed Joule cycle JK through the exhaust stream AG of the internal combustion engine 2 is sufficiently heated. Since the Joule cycle JK is not self-starting, the clutch becomes 10 closed at sufficiently heated working medium AM, so that the internal combustion engine 2 or the flywheel 12 the internal combustion engine 2 the wave 9 the turbine 7 and also on the wave 9 arranged compressor 6 drives briefly, so that the Joule cycle JK starts and is able to work. In the further course, the at the turbine 7 delivered mechanical energy supporting the internal combustion engine 2 fed. An otherwise conventional starter or a starter unit for starting the closed Joule cycle JK deleted advantageously, resulting in reduced costs, weight and space.

Die mittels der Expansionsmaschine 13 im Clausius-Rankine-Kreisprozesses CK erzeugte mechanische Energie kann über die schaltbare Kupplung 14 der Elektromaschine 15 zugeführt werden. Die Elektromaschine 15 ist beispielsweise als Motor-Generator-Einheit ausgebildet, welche mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Diese Motor-Generator-Einheit kann dazu dienen, die Bordstromversorgung des Fahrzeugs in den Betriebszuständen zu übernehmen, wenn das Arbeitsmittel AT des Clausius-Rankine-Kreisprozesses CK, unmittelbar nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine 2, noch nicht ausreichend erwärmt ist, um die Expansionsmaschine 13 anzutreiben. In diesem Betriebszustand ist dann die Kupplung 14 geöffnet und es besteht keine mechanische Verbindung zwischen der Expansionsmaschine 13 und der Elektromaschine 15. Gleichzeitig ist die Kupplung 16 geschlossen. Somit übernimmt die Verbrennungskraftmaschine 2, welche über Schwungscheibe 12, Zahnrad 17 und der geschlossenen Kupplung 16 in mechanischer Verbindung mit der Elektromaschine 15 steht und auf diese einwirkt, den Antrieb der Elektromaschine 15. Somit ist die Bordstromversorgung bzw. die Bereitstellung von elektrischer Energie auch dann ermöglicht, wenn Joule-Kreisprozess JK und Clausius-Rankine-Kreisprozesses CK noch nicht arbeitsfähig sind.The means of the expansion machine 13 mechanical energy generated in the Rankine cycle cycle CK can be generated via the switchable clutch 14 the electric machine 15 be supplied. The electric machine 15 is for example designed as a motor-generator unit which converts mechanical energy into electrical energy. This engine-generator unit can serve to take over the on-board power supply of the vehicle in the operating states when the working means AT of the Rankine cycle CK, immediately after the start of the internal combustion engine 2 , not yet sufficiently heated to the expansion machine 13 drive. In this operating state is then the clutch 14 opened and there is no mechanical connection between the expansion machine 13 and the electric machine 15 , At the same time is the clutch 16 closed. Thus, the internal combustion engine takes over 2 which about flywheel 12 , Gear 17 and the closed clutch 16 in mechanical connection with the electric machine 15 stands and acts on these, the drive of the electric machine 15 , Thus, the on-board power supply or the provision of electrical energy is also possible if Joule cycle JK and Clausius-Rankine cycle CK are not yet able to work.

Die als Motor-Generator-Einheit ausgebildete Elektromaschine 15 ist so ausgeformt, dass sie nicht nur als Generator betrieben werden kann, sondern auch als Elektromotor. Dies bedeutet, dass die Motor-Generator-Einheit nicht nur die Erzeugung elektrischer Energie ermöglicht, sondern auch den Start der Verbrennungskraftmaschine 2. Die Motor-Generator-Einheit übernimmt somit mehrere Funktionen und kann sowohl von der Verbrennungskraftmaschine 2 als auch von der nachgeschalteten Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 genutzt werden. Diese Integration mehrerer Funktionen in die Elektromaschine 15 ermöglicht ein geringeres Gesamtgewicht, verringerten Bauraum und verringerte Kosten für die gesamte Vorrichtung 1, wobei die volle Funktionalität und eine maximale Flexibilität der Betriebsweise der Verbrennungskraftmaschine 2 und der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 ermöglicht sind.The trained as a motor-generator unit electric machine 15 is designed so that it can not only be operated as a generator, but also as an electric motor. This means that the motor-generator unit not only allows the generation of electrical energy, but also the start of the internal combustion engine 2 , The motor-generator unit thus assumes several functions and can both by the internal combustion engine 2 as well as from the downstream waste heat recovery device 3 be used. This integration of several functions in the electric machine 15 allows a lower total weight, reduced installation space and reduced costs for the entire device 1 , where the full functionality and maximum flexibility of the operation of the internal combustion engine 2 and the waste heat recovery device 3 are possible.

Wird im Clausius-Rankine-Kreisprozesses CK mehr mechanische Energie erzeugt, als in oder an der Elektromaschine 15 verbraucht oder umgewandelt wird, können die beiden Kupplungen 14 und 16 gleichzeitig geschlossen werden, so dass zusätzlich zur Erzeugung elektrischer Energie eine Antriebsunterstützung der Verbrennungskraftmaschine 2 ermöglicht ist.If more mechanical energy is generated in the Clausius-Rankine cycle CK than in or on the electric machine 15 consumed or converted, the two clutches can 14 and 16 be closed at the same time, so that in addition to the generation of electrical energy propulsion support of the internal combustion engine 2 is possible.

2 zeigt einen zur 1 sehr ähnlichen Aufbau der Vorrichtung 1, jedoch mit dem Unterschied, dass die Elektromaschine 15 und die zugeordnete Kupplung 16 im Kraftfluss zwischen Turbine 7 und Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet sind. Dadurch wirken in diesem Ausführungsbeispiel die Verbrennungskraftmaschine 2 und/oder die Turbine 7 des Joule-Kreisprozesses JK auf die Elektromaschine 15 ein. 2 shows one to 1 very similar construction of the device 1 but with the difference that the electric machine 15 and the associated clutch 16 in the power flow between turbine 7 and flywheel 12 the internal combustion engine 2 are arranged. As a result, act in this embodiment, the internal combustion engine 2 and / or the turbine 7 of the Joule cycle JK on the electric machine 15 one.

Somit ist die Elektromaschine 15 nicht im Kraftfluss zwischen Expansionsmaschine 13 und Schwungscheibe 12 angeordnet. Zwischen Expansionsmaschine 13 und Zahnrad 17 ist die Kupplung 14 angeordnet.Thus, the electric machine 15 not in the power flow between expansion machine 13 and flywheel 12 arranged. Between expansion machine 13 and gear 17 is the clutch 14 arranged.

Im Betrieb dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung wird die Verbrennungskraftmaschine 2 mittels der Elektromaschine 15 gestartet. Hierzu sind die Kupplungen 10 und 14 geöffnet, d. h. weder der Clausius-Rankine-Kreisprozesses CK noch der geschlossene Joule-Kreisprozesses JK der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 können zu diesem Zeitpunkt mechanische Energie abgeben, da die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3, insbesondere die Arbeitsmittel AT und die Arbeitsmedien AM der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3, noch nicht ausreichend Wärmeenergie aus dem Abgasstrom AG der Verbrennungskraftmaschine 2 aufgenommen haben. Die Kupplung 16 ist dabei geschlossen, d. h. es besteht eine mechanische Verbindung zwischen der Elektromaschine 15 und der Verbrennungskraftmaschine 2. Die elektrische Energie zum Betrieb der der Elektromaschine 15 als Anlasser wird hierbei aus dem elektrischen Energiespeicher 18 zur Verfügung gestellt. Haben sich die einzelnen Komponenten und die Arbeitsmittel AT und die Arbeitsmedien AM der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 ausreichend erwärmt, wird die Kupplung 10 geschlossen, so dass eine mechanische Verbindung zwischen der Welle 9, auf welcher die Turbine 7 und der Verdichter 6 angeordnet sind, und der Elektromaschine 15 besteht. Wird die Kupplung 10 geschlossen, wird der eigentliche geschlossene Joule-Kreisprozess JK gestartet, der dann selbst betriebsfähig ist. Für den Zeitraum, in welchem der Joule-Kreisprozesses JK noch keine mechanische Energie abgeben kann, und somit die Elektromaschine 15 im Generatorbetrieb nicht antreiben kann, bleibt die Kupplung 16 geschlossen, so dass der Antrieb der Elektromaschine 15 durch die Verbrennungskraftmaschine 2 erfolgt. Somit ist die Bordstromversorgung zu praktisch jedem Zeitpunkt gesichert. Ist der geschlossene Joule-Kreisprozesses JK in der Lage, ausreichend mechanische Energie zum Antrieb der Elektromaschine 15 abzugeben, kann der Joule-Kreisprozesses JK den alleinigen Antrieb der Elektromaschine 15 übernehmen. D. h., die Kupplung 16 wird geöffnet, während die Kupplung 10 geschlossen bleibt. Somit wird die Verbrennungskraftmaschine 2 entlastet, was zu einer Kraftstoffeinsparung und damit zu einer Steigerung des Gesamtwirkungsgrades der kompletten Vorrichtung 1 führt. Die Kupplung 14 bleibt solange geöffnet, bis der Joule-Kreisprozesses JK im Kühler 8 ausreichend Wärme an das Arbeitsmittel AT des Clausius-Rankine-Kreisprozesses CK abgegeben hat, damit dieses in ausreichender Menge verdampft und die Expansionsmaschine 13 mechanische Energie abgeben kann. Wenn die Expansionsmaschine 13 mechanische Energie abgibt, wird die Kupplung 14 geschlossen und es entsteht eine mechanische Verbindung zwischen der Expansionsmaschine 13 und der Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2, woraus eine weitere Entlastung der Verbrennungskraftmaschine 2 und eine Kraftstoffeinsparung resultieren.In operation of this embodiment of the invention, the internal combustion engine 2 by means of the electric machine 15 started. These are the clutches 10 and 14 open, ie neither the Clausius-Rankine cycle CK nor the closed Joule cycle JK of the waste heat recovery device 3 can deliver mechanical energy at this time because the waste heat recovery device 3 , in particular the working means AT and the working media AM of the waste heat recovery device 3 , not enough heat energy from the exhaust stream AG of the internal combustion engine 2 have recorded. The coupling 16 is closed, ie there is a mechanical connection between the electric machine 15 and the internal combustion engine 2 , The electrical energy for the operation of the electric machine 15 as a starter is in this case from the electrical energy storage 18 made available. Have the individual components and the working fluid AT and the working media AM of the waste heat recovery device 3 heated enough, the clutch will 10 closed, leaving a mechanical connection between the shaft 9 on which the turbine 7 and the compressor 6 are arranged, and the electric machine 15 consists. Will the clutch 10 closed, the actual closed Joule cycle JK is started, which is then itself operable. For the period in which the Joule cycle JK can not deliver any mechanical energy, and thus the electric machine 15 can not drive in generator mode, the clutch remains 16 closed, allowing the drive of the electric machine 15 through the internal combustion engine 2 he follows. Thus, the on-board power supply is secured at virtually any time. Is the closed Joule cycle JK capable of sufficient mechanical energy to drive the electric machine 15 The Joule cycle JK can be the sole drive of the electric machine 15 take. That is, the clutch 16 is opened while the clutch 10 remains closed. Thus, the internal combustion engine 2 relieved, resulting in fuel savings and thus to increase the overall efficiency of the entire device 1 leads. The coupling 14 remains open until the Joule cycle JK in the cooler 8th has given sufficient heat to the working fluid AT the Clausius-Rankine cycle CK, so that it evaporates in sufficient quantity and the expansion machine 13 can give off mechanical energy. If the expansion machine 13 releases mechanical energy, the clutch becomes 14 closed and there is a mechanical connection between the expansion machine 13 and the flywheel 12 the internal combustion engine 2 , resulting in a further relief of the internal combustion engine 2 and a fuel saving result.

Erzeugt die Turbine 7 im Joule-Kreisprozesses JK eine größere Menge an mechanischer Energie, als durch die Elektromaschine 15 verbraucht wird, kann die Kupplung 16 geschlossen werden, so dass Turbine 7 auf die Schwungscheibe 12 und somit unterstützend auf die Verbrennungskraftmaschine 2 einwirkt.Produces the turbine 7 in the Joule cycle JK a greater amount of mechanical energy, as by the electric machine 15 is consumed, the clutch can 16 be closed, so that turbine 7 on the flywheel 12 and thus supportive of the internal combustion engine 2 acts.

Je nach Betriebszustand und/oder Betriebsstrategie der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 und der Verbrennungskraftmaschine 2 können die Kupplungen 10, 14 und 16 so geschaltet werden, dass die Betriebsweise in optimierter Weise an die Anforderung der Verbrennungskraftmaschine 2 und/oder der gesamten Vorrichtung 1 angepasst werden.Depending on the operating state and / or operating strategy of the waste heat recovery device 3 and the internal combustion engine 2 can the couplings 10 . 14 and 16 be switched so that the operation in an optimized manner to the requirement of the internal combustion engine 2 and / or the entire device 1 be adjusted.

3 zeigt schematisch eine weitere alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Energierückgewinnung aus dem Abgasstrom AG der Verbrennungskraftmaschine 2, wobei die Elektromaschine 15 direkt mit der Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 gekoppelt ist. 3 schematically shows a further alternative embodiment of the device 1 for energy recovery from the exhaust stream AG of the internal combustion engine 2 , where the electric machine 15 directly with the flywheel 12 the internal combustion engine 2 is coupled.

In dieser Ausführungsform kann sowohl der Kreislauf des Joule-Kreisprozesses JK als auch der Kreislauf des Clausius-Rankine-Kreisprozesses CK der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 sehr einfach gestaltet werden. Die Kupplungen 10 und 14 werden dazu verwendet, die mechanische Energie von der Turbine 7 des Joule-Kreisprozesses JK und der Expansionsmaschine 13 des Clausius-Rankine-Kreisprozesses CK erst zur Antriebsunterstützung der Verbrennungskraftmaschine 2 hinzuzuschalten, wenn Turbine 7 und/oder Expansionsmaschine 13 mechanische Energie abgeben und nicht unnötigerweise von der Verbrennungskraftmaschine 2 mit angetrieben werden müssen.In this embodiment, both the cycle of the Joule cycle JK and the cycle of the Rankine cycle CK of the waste heat recovery device 3 be very simple. The couplings 10 and 14 are used to generate the mechanical energy from the turbine 7 Joule cycle process JK and expansion machine 13 the Rankine cycle cycle CK only to drive support the internal combustion engine 2 to turn on when turbine 7 and / or expansion machine 13 give off mechanical energy and not unnecessarily from the internal combustion engine 2 must be driven with.

4 zeigt einen zur 1 sehr ähnlichen Aufbau der Vorrichtung 1, jedoch mit dem Unterschied, dass ein zusätzlicher Generator 22 an der Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet ist. 4 shows one to 1 very similar construction of the device 1 but with the difference that an additional generator 22 on the flywheel 12 the internal combustion engine 2 is arranged.

Der Generator 22 wandelt die gesamte mechanische Energie der Verbrennungskraftmaschine 2 in elektrische Energie um, beispielsweise in einem Fahrzeug mit einem seriellen Hybridantrieb. Der Generator 22 liefert hier typischerweise elektrische Energie mit einer Hochspannung für die Traktionsmotoren des Hybridfahrzeugs, während die Elektromaschine 15 als Starter für die Verbrennungskraftmaschine 2 sowie als Lichtmaschine eine Spannung auf dem Niveau herkömmlicher Fahrzeugbordnetze erzeugt.The generator 22 converts the entire mechanical energy of the internal combustion engine 2 into electrical energy, for example in a vehicle with a serial hybrid drive. The generator 22 Here, typically supplies high-voltage electrical energy for the traction motors of the hybrid vehicle, while the electric machine 15 as a starter for the internal combustion engine 2 and as a generator produces a voltage at the level of conventional vehicle electrical systems.

5 zeigt einen zur 3 sehr ähnlichen Aufbau der Vorrichtung 1, jedoch mit dem Unterschied, dass an Stelle der Elektromaschine 15 ein Generator 22 an der Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet ist. 5 shows one to 3 very similar construction of the device 1 , but with the difference that in place of the electric machine 15 a generator 22 on the flywheel 12 the internal combustion engine 2 is arranged.

In dieser Ausführungsvariante wird die Verbrennungskraftmaschine 2 vom Generator 22 gestartet. Für die Bordstromversorgung des Fahrzeugs wird die vom Generator 22 erzeugte Hochspannung mittels eines entsprechenden, nicht dargestellten elektrischen Wandlers auf die Bordnetzspannung des Fahrzeugs transformiert.In this embodiment, the internal combustion engine 2 from the generator 22 started. For the on-board power supply of the vehicle is that of the generator 22 generated high voltage by means of a corresponding, not shown electrical transformer to the vehicle electrical system voltage of the vehicle transformed.

6 zeigt einen zur 4 sehr ähnlichen Aufbau der Vorrichtung 1, jedoch mit dem Unterschied, dass der Generator 22 nicht an der Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet ist. Der Generator 22 ist an der gegenüberliegenden Seite der Verbrennungskraftmaschine 2 an einer Abtriebswelle 23 der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet. 6 shows one to 4 very similar construction of the device 1 but with the difference that the generator 22 not on the flywheel 12 the internal combustion engine 2 is arranged. The generator 22 is on the opposite side of the internal combustion engine 2 on an output shaft 23 the internal combustion engine 2 arranged.

7 zeigt einen zur 5 sehr ähnlichen Aufbau der Vorrichtung 1, jedoch mit dem Unterschied, dass der Generator 22 nicht an der Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet ist. Der Generator 22 ist an der der Schwungscheibe 12 gegenüberliegenden Seite der Verbrennungskraftmaschine 2 an der Abtriebswelle 23 der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet. 7 shows one to 5 very similar construction of the device 1 but with the difference that the generator 22 not on the flywheel 12 the internal combustion engine 2 is arranged. The generator 22 is at the flywheel 12 opposite side of the internal combustion engine 2 on the output shaft 23 the internal combustion engine 2 arranged.

In einer vorteilhaften, nicht dargestellten Ausführungsform kann eine regenerative Vorwärmung und/oder eine Zwischenüberhitzung zu einer Wirkungsgradsteigerung im Clausius-Rankine-Kreisprozess CK angeordnet werden.In an advantageous, not shown embodiment, a regenerative preheating and / or a reheat can be arranged to increase the efficiency in Clausius Rankine cycle CK.

In einer weiteren vorteilhaften, nicht dargestellten Ausführungsform kann in den Joule-Kreisprozesses JK ein so genannter Rekuperator integriert werden.In a further advantageous embodiment, not shown, a so-called recuperator can be integrated in the Joule cycle JK.

In einer besonders vorteilhaften, nicht dargestellten Ausführungsform ist eine Verwendung der Abwärme eines Kühlmittels der Verbrennungskraftmaschine 2 in der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 ermöglicht.In a particularly advantageous, not shown embodiment is a use of the waste heat of a coolant of the internal combustion engine 2 in the waste heat recovery device 3 allows.

Alternativ zu den Zahnrädern 11 und 17 sind herkömmliche Getriebe unterschiedlicher Bauarten einsetzbar, beispielsweise Riemengetriebe, Kettengetriebe, Außenzahnrad- oder Innenzahnradgetriebe.Alternative to the gears 11 and 17 Conventional transmissions of different types can be used, for example, belt transmissions, chain transmissions, external gear or internal gear transmissions.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
33
AbwärmerückgewinnungsvorrichtungWaste heat recovery device
44
AbgaswärmetauscherExhaust gas heat exchanger
55
Abgasleitungexhaust pipe
66
Verdichtercompressor
77
Turbineturbine
88th
Kühlercooler
99
Wellewave
1010
Kupplungclutch
1111
Zahnradgear
1212
Schwungscheibeflywheel
1313
Expansionsmaschineexpander
1414
Kupplungclutch
1515
Elektromaschineelectric machine
1616
Kupplungclutch
1717
Zahnradgear
1818
Energiespeicherenergy storage
1919
Kondensatorcapacitor
2020
Speisepumpefeed pump
2121
Motorengine
2222
Generatorgenerator
2323
Abtriebswelleoutput shaft
ATAT
Arbeitsmittelwork equipment
AMAT THE
Arbeitsmediumworking medium
AGAG
Abgasstromexhaust gas flow
CKCK
Clausius-Rankine-KreisprozessRankine Cycle
JKJK
Joule-KreisprozessBrayton cycle

Claims (5)

Vorrichtung (1) zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom (AG) einer Verbrennungskraftmaschine (2) in einem Fahrzeug, wobei in einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) ein Arbeitsmedium (AM) in einem geschlossenen Joule-Kreisprozess (JK) geführt ist und dem geschlossenen Joule-Kreisprozess (JK) ein Clausius-Rankine-Kreisprozess (CK) nachgeschaltet ist, wobei eine im Joule-Kreisprozess (JK) angeordnete Turbine (7) und eine im Clausius-Rankine-Kreisprozess (CK) angeordnete Expansionsmaschine (13) mechanisch mit einer Schwungscheibe (12) der Verbrennungskraftmaschine (2) koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektromaschine (15) mit der Verbrennungskraftmaschine (2) mechanisch koppelbar ist, wobei Elektromaschine (15) und Verbrennungskraftmaschine (2) derart in Wechselwirkung treten, dass die Elektromaschine (15) als Starter oder als Generator auf die Verbrennungskraftmaschine (2) einwirkt.Contraption ( 1 ) for energy recovery from an exhaust gas stream (AG) of an internal combustion engine ( 2 ) in a vehicle, wherein in a waste heat recovery device ( 3 ) a working medium (AM) is guided in a closed Joule cycle (JK) and the closed Joule cycle (JK) is followed by a Clausius-Rankine cycle (CK), whereby a turbine arranged in the Joule cycle (JK) (JK) 7 ) and an expansion machine arranged in the Clausius-Rankine cycle (CK) ( 13 ) mechanically with a flywheel ( 12 ) of the internal combustion engine ( 2 ) can be coupled, characterized in that at least one electric machine ( 15 ) with the internal combustion engine ( 2 ) is mechanically coupled, wherein electric machine ( 15 ) and internal combustion engine ( 2 ) in such a way that the electric machine ( 15 ) as a starter or as a generator on the internal combustion engine ( 2 ) acts. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (15) direkt oder unter Zwischenschaltung einer Kupplung (16) mit der Verbrennungskraftmaschine (2) gekoppelt ist und auf eine Abtriebswelle (23) der Verbrennungskraftmaschine (2) einwirkt.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the electric machine ( 15 ) directly or with the interposition of a coupling ( 16 ) with the internal combustion engine ( 2 ) is coupled to an output shaft ( 23 ) of the internal combustion engine ( 2 ) acts. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (15) direkt oder unter Zwischenschaltung einer Kupplung (16) und eines Zahnrads (11, 17) mit der Schwungscheibe (12) der Verbrennungskraftmaschine (2) gekoppelt ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the electric machine ( 15 ) directly or with the interposition of a coupling ( 16 ) and a gear ( 11 . 17 ) with the Flywheel ( 12 ) of the internal combustion engine ( 2 ) is coupled. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (15) im Kraftfluss zwischen Expansionsmaschine (13) und Schwungscheibe (12) der Verbrennungskraftmaschine (2) angeordnet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 3, characterized in that the electric machine ( 15 ) in the power flow between expansion machine ( 13 ) and flywheel ( 12 ) of the internal combustion engine ( 2 ) is arranged. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (15) im Kraftfluss zwischen Turbine (7) und Schwungscheibe (12) der Verbrennungskraftmaschine (2) angeordnet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 3, characterized in that the electric machine ( 15 ) in the power flow between turbine ( 7 ) and flywheel ( 12 ) of the internal combustion engine ( 2 ) is arranged.
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