DE102010054734A1

DE102010054734A1 - Waste heat recovery device and operating method

Info

Publication number: DE102010054734A1
Application number: DE201010054734
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Gärtner Jan; Dr.-Ing. Koch Thomas; Frank Obrist; Christian Schmälzle
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Obrist Engineering GmbH
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012079669A3; WO2012079669A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung (6) für eine Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Abwärmenutzungskreis (7), in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert, eine im Abwärmenutzungskreis (7) angeordnete Fördereinrichtung (8) zum Fördern des Arbeitsmediums gegen einen Hochdruck, einen im Abwärmenutzungskreis (7) stromab der Fördereinrichtung (8) angeordneten Verdampfer (9) zum Verdampfen des Arbeitsmediums, eine im Abwärmenutzungskreis (7) stromab des Verdampfers (9) angeordnete Expansionsmaschine (10) zum Expandieren des Arbeitsmediums auf einen Niederdruck und einen im Abwärmenutzungskreis (7) stromab der Expansionsmaschine (10) angeordneten Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmediums,
Eine Verbesserung des Kaltstartverhaltens wird erreicht, wenn eine im Abwärmenutzungskreis (7) stromab des Verdampfers (9) und stromauf des Kondensators (11) angeordnete Einrichtung (10,17) zum Antreiben des Arbeitsmediums vorgesehen und/oder genutzt ist.The present invention relates to a waste heat utilization device (6) for an internal combustion engine (1) of a motor vehicle, comprising a waste heat recovery circuit (7) in which circulates a working fluid, a conveyor (8) arranged in the waste heat recovery circuit (7) for conveying the working fluid against a high pressure, a in the waste heat recovery circuit (7) downstream of the conveyor (8) arranged evaporator (9) for vaporizing the working medium, a waste heat recovery circuit (7) downstream of the evaporator (9) arranged expansion machine (10) for expanding the working fluid to a low pressure and a waste heat recovery circuit (7) condenser arranged downstream of the expansion machine (10) for condensing the working medium,
An improvement of the cold start behavior is achieved when a waste heat recovery circuit (7) downstream of the evaporator (9) and upstream of the condenser (11) arranged means (10,17) is provided for driving the working medium and / or used.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 5. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Abwärmenutzungsvorrichtung.The present invention relates to a waste heat utilization device for an internal combustion engine of a motor vehicle, having the features of the preamble of claim 5. The invention also relates to a method for operating such a waste heat utilization device.

Eine Abwärmenutzungsvorrichtung, die nach dem Rankine-Kreisprozess oder nach dem Rankine-Clausius-Kreisprozess arbeitet, umfasst üblicherweise einen Abwärmenutzungskreis, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert, eine im Abwärmenutzungskreis angeordnete Fördereinrichtung zum Fördern des Arbeitsmediums gegen einen Hochdruck, einen im Abwärmenutzungskreis stromab der Fördereinrichtung angeordneten Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums unter Nutzung von Abwärme der Brennkraftmaschine, eine im Abwärmenutzungskreis stromab des Verdampfers angeordnete Expansionsmaschine zum Expandieren des Arbeitsmediums auf einen Niederdruck sowie einen im Abwärmenutzungskreis stromab der Expansionsmaschine angeordneten Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmediums.A waste heat utilization device which operates according to the Rankine cycle or the Rankine cycle cycle usually comprises a waste heat recovery circuit in which circulates a working fluid, a arranged in the waste heat recovery conveyor for conveying the working fluid against a high pressure, arranged in the waste heat recovery circuit downstream of the conveyor Evaporator for vaporizing the working medium using waste heat of the internal combustion engine, a waste heat recovery circuit downstream of the evaporator expansion machine for expanding the working fluid to a low pressure and arranged in the waste heat recovery circuit downstream of the expansion condenser for condensing the working fluid.

In einem Ruhezustand der Abwärmenutzungsvorrichtung befinden sich alle Komponenten der Abwärmenutzungsvorrichtung etwa auf Umgebungstemperatur. Diese liegt üblicherweise deutlich unterhalb einer üblichen Betriebstemperatur, die während eines Warmbetriebs der Brennkraftmaschine üblicherweise erreicht wird und die beispielsweise oberhalb 200°C liegt. Um die Abwärmenutzungsvorrichtung aus dem Ruhezustand heraus in Betrieb nehmen zu können, muss ein Kaltstart durchgeführt werden, um zunächst die relevanten Komponenten der Abwärmenutzungsvorrichtung auf eine für den Betrieb der Abwärmenutzungsvorrichtung geeignete Temperatur zu bringen. Je rascher ein derartiger Kaltstart durchgeführt werden kann, also je kürzer eine derartige Kaltstartphase ist, desto eher kann die Abwärmenutzungsvorrichtung in Betrieb genommen werden und desto mehr Abwärme der Brennkraftmaschine kann energetisch genutzt werden.In a quiescent state of the waste heat utilization device, all components of the waste heat utilization device are at approximately ambient temperature. This is usually well below a normal operating temperature, which is usually achieved during hot operation of the internal combustion engine and which, for example, is above 200 ° C. In order to be able to start up the waste heat utilization device from the idle state, a cold start must be carried out in order first to bring the relevant components of the waste heat utilization device to a temperature suitable for the operation of the waste heat utilization device. The faster such a cold start can be performed, so the shorter such a cold start phase, the sooner the waste heat recovery device can be put into operation and the more waste heat of the internal combustion engine can be used energetically.

Problematisch ist in diesem Zusammenhang, dass der Abwärmenutzungskreis üblicherweise als geschlossener Kreis ausgestaltet ist, also nach außen abgedichtet ist. Da außerdem während des Warmbetriebs das Arbeitsmedium sowohl in einer Flüssigphase als auch in einer Gasphase auftritt, kommt es beim Abkühlen der Abwärmenutzungsvorrichtung zu einem starken Unterdruck, der bspw. bei einem Arbeitsmedium, das aus einem Gemisch von 70% H₂O und 30% Methanol besteht, einen Absolutdruck von etwa 30 Millibar erreichen kann. Bei einem derartig niedrigen Druck im Abwärmenutzungskreis ist das Arbeitsmedium zu einem großen Teil oder vollständig gasförmig, also insbesondere auch in Bereichen, in denen es während des Normalbetriebs flüssig ist. Dieser Zustand bereitet insbesondere der Fördereinrichtung erhöhte Schwierigkeiten, bei der es sich bevorzugt um eine volumetrische Pumpe handelt. Besonders kritisch ist dabei die Entstehung von Kavitation, die zu Beschädigungen der Fördereinrichtung führen kann.The problem in this context is that the waste heat recovery circuit is usually designed as a closed circuit, that is sealed to the outside. In addition, since the working medium occurs during hot operation both in a liquid phase and in a gas phase, it comes on cooling the waste heat recovery device to a strong negative pressure, the example. In a working medium, which consists of a mixture of 70% H ₂ O and 30% methanol exists, can reach an absolute pressure of about 30 millibar. At such a low pressure in the waste heat recovery circuit, the working medium is to a large extent or completely gaseous, ie in particular in areas where it is liquid during normal operation. This condition causes especially the conveyor increased difficulties, which is preferably a volumetric pump. Particularly critical is the formation of cavitation, which can lead to damage to the conveyor.

Aus der DE 10 2004 029 505 A1 ist eine Fluidmaschine bekannt, die eine Expansionsmaschine, einen Generator und eine Fördereinrichtung kombiniert. Während des Warmbetriebs treibt die Expansionsmaschine sowohl den Generator als auch die Fördereinrichtung an. Bei einem Kaltstart wird der Generator als Elektromotor betrieben, um so die Fördereinrichtung antreiben zu können. Während dieses Kaltstarts ist jedoch die Expansionsmaschine mit Hilfe eines entsprechenden Koppelmechanismus vom Generator bzw. Elektromotor entkoppelt, derart, dass die Expansionsmaschine während des Kaltstarts keine Fluidarbeit ausführen kann.From the DE 10 2004 029 505 A1 For example, a fluid machine is known which combines an expansion machine, a generator and a conveyor. During hot operation, the expander drives both the generator and the conveyor. During a cold start, the generator is operated as an electric motor so as to be able to drive the conveyor. During this cold start, however, the expansion machine is decoupled by means of a corresponding coupling mechanism from the generator or electric motor, such that the expansion machine can perform no fluid work during the cold start.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Abwärmenutzungsvorrichtung der eingangs genannten Art bzw. für ein zugehöriges Betriebsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen verbesserten Wirkungsgrad der mit der Abwärmenutzungsvorrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine bzw. durch eine verkürzte Kaltstartphase auszeichnet.The present invention is concerned with the problem of providing for a waste heat recovery device of the type mentioned or for an associated operating method, an improved embodiment, which is characterized in particular by an improved efficiency of equipped with the waste heat recovery device internal combustion engine or by a shortened cold start phase.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, schon während des Kaltstarts der Abwärmenutzungsvorrichtung das Arbeitsmedium auch zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator in Richtung Kondensator anzutreiben. Mit anderen Worten, während des Kaltstarts soll das Arbeitsmedium auch in dem Bereich des Abwärmenutzungskreises in der üblichen Zirkulationsrichtung gefördert werden, indem sich während des Normalbetriebs der Abwärmenutzungsvorrichtung die Gasphase des Arbeitsmediums befindet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass Arbeitsmedium vom Verdampfer abgeführt und dem Kondensator und somit letztlich der Fördereinrichtung zugeführt wird, die es dann ihrerseits wieder in Richtung Verdampfer antreibt. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass bei einem Kaltstart über den Verdampfer ein vergleichsweise hoher Wärmeeintrag in das Arbeitsmedium erfolgt. Durch Abtransportieren des Arbeitsmediums vom Verdampfer kann rascher kälteres Arbeitsmedium nachfolgen. Außerdem kann auf diese Weise vorgewärmtes Arbeitsmedium der Saugseite der Fördereinrichtung zugeführt werden, so dass sich das Temperaturniveau des dem Verdampfer zugeführten Arbeitsmediums erhöht. Auf diese Weise kann insgesamt rascher das Temperaturniveau für die Inbetriebnahme der Abwärmenutzungsvorrichtung erreicht werden, was die Zeitdauer der Kaltstartphase reduziert. Außerdem kann durch diese Maßnahme die Entstehung von Kavitation an der Fördereinrichtung reduziert werden, so dass die Gefahr einer Beschädigung der Fördereinrichtung reduziert und die Leistungsfähigkeit bzw. die Förderleistung der Fördereinrichtung während des Kaltstarts erhöht ist.The invention is based on the general idea, even during the cold start of the waste heat recovery device to drive the working medium between the evaporator and the condenser in the direction of the condenser. In other words, during the cold start, the working medium should also be conveyed in the region of the waste heat recovery circuit in the usual circulation direction by the gas phase of the working medium is during normal operation of the waste heat recovery device. By this measure it is achieved that working fluid is removed from the evaporator and the condenser and thus ultimately the conveyor is supplied, which in turn drives it in turn towards the evaporator. The invention uses the knowledge that a cold start via the evaporator, a comparatively high heat input into the working medium. By removing the working medium from the evaporator can follow colder working medium quickly. In addition, in this way preheated working fluid of the suction side of the Be supplied to the conveyor, so that the temperature level of the working medium supplied to the evaporator increases. In this way, the overall temperature level for the commissioning of the waste heat utilization device can be achieved faster, which reduces the duration of the cold start phase. In addition, the formation of cavitation on the conveyor can be reduced by this measure, so that the risk of damage to the conveyor is reduced and the performance or the capacity of the conveyor is increased during the cold start.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Arbeitsmedium während des Kaltstarts mittels einer zusätzlich zur Fördereinrichtung vorgesehenen Zusatzfördereinrichtung angetrieben werden, die zwischen Verdampfer und Kondensator im Abwärmenutzungskreis angeordnet ist. Besonders zweckmäßig kann diese Zusatzfördereinrichtung dabei zwischen Expansionsmaschine und Kondensator im Abwärmenutzungskreis angeordnet sein. Durch die Verwendung einer derartigen Zusatzfördereinrichtung lässt sich die gewünschte Förderung des Arbeitsmediums vom Verdampfer in Richtung Kondensator besonders einfach realisieren.According to an advantageous embodiment, the working medium can be driven during the cold start by means of an additional conveyor provided in addition to the conveyor, which is arranged between evaporator and condenser in the waste heat recovery circuit. Particularly useful this additional conveyor can be arranged between expansion machine and condenser in the waste heat recovery circuit. By using such an additional conveying device, the desired delivery of the working medium from the evaporator in the direction of the condenser can be realized particularly easily.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Expansionsmaschine während des Kaltstarts zum Antreiben des Arbeitsmediums betrieben werden. Bei dieser Ausführungsform ist keine zusätzliche Komponente erforderlich, da die ohnehin vorhandene Expansionsmaschine zum Antreiben des Arbeitsmediums während des Kaltstarts verwendet wird. Hierzu ist jedoch eine entsprechend ausgestaltete Expansionsmaschine erforderlich, die sich als Pumpe betreiben lässt. Eine derartige Ausführungsform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie keinen zusätzlichen Bauraum zur Unterbringung einer Zusatzfördereinrichtung benötigt.According to another embodiment, the expansion engine may be operated during the cold start for driving the working medium. In this embodiment, no additional component is required because the already existing expansion machine is used to drive the working fluid during the cold start. For this purpose, however, a suitably designed expansion machine is required, which can be operated as a pump. Such an embodiment is characterized in particular by the fact that it requires no additional space for accommodating an additional conveyor.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Expansionsmaschine während des Kaltstarts mittels eines Antriebsmotors angetrieben werden. Besonders zweckmäßig kann dabei vorgesehen sein, dass ein mit der Expansionsmaschine antriebsverbundener elektrischer Generator während des Kaltstarts als elektrischer Antriebsmotor verwendet wird. Hierdurch lässt sich das Antreiben des Arbeitsmediums vom Verdampfer zum Kondensator besonders einfach und ohne zusätzlichen Bauraumbedarf realisieren.According to an advantageous embodiment, the expansion machine can be driven during the cold start by means of a drive motor. Particularly expedient may be provided that a drive connected to the expansion machine electric generator is used during the cold start as an electric drive motor. As a result, the driving of the working medium from the evaporator to the condenser can be realized particularly simply and without additional space requirement.

Zweckmäßig kann die Abwärmenutzungsvorrichtung mit einer Steuereinrichtung ausgestattet sein, die für den Kaltstart die zuvor genannte Zusatzfördereinrichtung oder die Expansionsmaschine zum Antreiben des Arbeitsmediums ansteuert. Insbesondere kann über diese Steuereinrichtung auch die Fördereinrichtung betätigt werden.Suitably, the waste heat utilization device may be equipped with a control device which activates the aforementioned additional conveyor or the expansion machine for driving the working medium for the cold start. In particular, the conveying device can also be actuated via this control device.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.

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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description.

Die einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Abwärmenutzungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine.The only 1 shows a highly simplified, schematics-like schematic representation of a waste heat recovery device of an internal combustion engine.

Entsprechend 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 einen Motorblock 2 mit mehreren Zylindern 3, eine Frischluftanlage 4 zum Zuführen von Frischluft zu den Zylindern 3 sowie eine Abgasanlage 5 zum Abführen von Abgas von den Zylindern 3.Corresponding 1 includes an internal combustion engine 1 an engine block 2 with several cylinders 3 , a fresh air system 4 for supplying fresh air to the cylinders 3 as well as an exhaust system 5 for discharging exhaust gas from the cylinders 3 ,

Die Brennkraftmaschine 1 ist hier mit einer Abwärmenutzungsvorrichtung 6 ausgestattet, die als Rankine-Kreisprozess bzw. als Rankine-Clausius-Kreisprozess und bevorzugt als geschlossener Kreisprozess ausgestaltet ist. Die Abwärmenutzungsvorrichtung 6 umfasst einen, insbesondere geschlossenen, Abwärmenutzungskreis 7, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert und in dem in der Strömungsrichtung des Arbeitsmediums hintereinander eine Fördereinrichtung 8, ein Verdampfer 9, eine Expansionsmaschine 10 und ein Kondensator 11 angeordnet sind. Die Fördereinrichtung 8 dient zum Fördern des Arbeitsmediums gegen einen Hochdruck. Sie kann beispielsweise als volumetrische Pumpe ausgestaltet sein. Im Beispiel ist ein Antriebsmotor 12 zum Antreiben der Fördereinrichtung 8 vorgesehen. Der Verdampfer 9 dient zum Verdampfen des Arbeitsmediums. Der Verdampfer 9 ist hierzu wärmeübertragend mit der Brennkraftmaschine 1 gekoppelt. Im Beispiel ist der Verdampfer 9 wärmeübertragend mit der Abgasanlage 5 gekoppelt. Auf diese Weise kann die im Abgas mitgeführte Wärme zum Betreiben der Abwärmenutzungsvorrichtung 6 verwendet werden. Ein entsprechender Wärmestrom ist in 1 durch einen Pfeil 13 angedeutet. Die Expansionsmaschine 10 dient zum Expandieren des Arbeitsmediums auf einen Niederdruck. Hierzu kann die Expansionsmaschine 10 beispielsweise als Turbine ausgestaltet sein. Die Expansionsmaschine 10 entzieht dem Arbeitsmedium Energie, und zwar zweckmäßig in Form mechanischer Arbeit. Beispielsweise treibt die Expansionsmaschine 10 eine Welle 14 an. Mit dieser Welle 14 kann die Expansionsmaschine 10 die Brennkraftmaschine 1 bzw. eine Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 1 unterstützen. Im gezeigten Beispiel kann die Expansionsmaschine 10 über die Welle 14 einen Generator 15 antreiben. Mit Hilfe des Generators 15 kann die mechanische Arbeit in elektrische Energie gewandelt werden.The internal combustion engine 1 is here with a waste heat recovery device 6 equipped, which is configured as a Rankine cycle process or as a Rankine-Clausius cycle and preferably as a closed cycle. The waste heat utilization device 6 includes a, in particular closed, waste heat recovery circuit 7 , in which a working medium circulates and in the one behind the other in the flow direction of the working medium a conveyor 8th , an evaporator 9 , an expansion machine 10 and a capacitor 11 are arranged. The conveyor 8th serves to convey the working fluid against a high pressure. It can be configured for example as a volumetric pump. In the example is a drive motor 12 for driving the conveyor 8th intended. The evaporator 9 serves to evaporate the working medium. The evaporator 9 is this heat transfer with the internal combustion engine 1 coupled. In the example is the evaporator 9 heat transferring with the exhaust system 5 coupled. In this way, the entrained in the exhaust heat to operate the waste heat recovery device 6 be used. A corresponding heat flow is in 1 through an arrow 13 indicated. The expansion machine 10 serves to expand the working fluid to a low pressure. For this purpose, the expansion machine 10 be configured for example as a turbine. The expansion machine 10 withdraws energy from the working medium, expediently in the form of mechanical work. For example, the expansion machine drives 10 a wave 14 at. With this wave 14 can the expansion machine 10 the internal combustion engine 1 or an output shaft the internal combustion engine 1 support. In the example shown, the expansion machine 10 over the wave 14 a generator 15 drive. With the help of the generator 15 The mechanical work can be converted into electrical energy.

Der Kondensator 11 dient zum Kondensieren des Arbeitsmediums. Hierzu wird dem Arbeitsmedium Wärme entzogen, was durch einen Pfeil 16 angedeutet ist.The capacitor 11 serves to condense the working medium. For this purpose, the working medium heat is removed, which is indicated by an arrow 16 is indicated.

Die hier vorgestellte Abwärmenutzungsvorrichtung 6 kann optional mit einer Zusatzfördereinrichtung 17 ausgestattet sein, die im Abwärmenutzungskreis 7 zwischen dem Verdampfer 9 und dem Kondensator 11 angeordnet ist. Im Beispiel ist die Zusatzfördereinrichtung 17 zwischen Expansionsmaschine 10 und Kondensator 11 angeordnet. Zum Antreiben der Zusatzfördereinrichtung 17 kann ein entsprechender Antriebsmotor 18 vorgesehen sein.The presented here waste heat recovery device 6 can optionally with an additional conveyor 17 be equipped in the waste heat recovery circuit 7 between the evaporator 9 and the capacitor 11 is arranged. In the example, the additional conveyor 17 between expansion machine 10 and capacitor 11 arranged. For driving the additional conveyor 17 can a corresponding drive motor 18 be provided.

Ferner umfasst die Abwärmenutzungsvorrichtung 6 eine Steuereinrichtung 19 zum Betätigen der Fördereinrichtung 8 bzw. des zugehörigen Antriebsmotors 12. Eine entsprechende Betätigungsleitung oder Steuerleitung ist dabei mit 20 bezeichnet. Je nach Ausführungsform des Abwärmenutzungskreises 6 kann die Steuereinrichtung 19 bei vorhandener Zusatzfördereinrichtung 17 auch zur Betätigung der Zusatzfördereinrichtung 17 bzw. des zugehörigen Antriebsmotors 18 dienen. Eine entsprechende Betätigungsleitung bzw. Steuerleitung ist wieder mit 20 bezeichnet. Bei fehlender Zusatzfördereinrichtung 17 kann vorgesehen sein, den Generator 15 so auszugestalten, dass er auch als Elektromotor betrieben werden kann. In diesem Fall kann dann die Steuerung 19 über eine entsprechende Steuerleitung 20 den als Elektromotor dienenden Generator 15 zum Antreiben der Expansionsmaschine 10 ansteuern. In diesem Fall ist die Expansionsmaschine 10 außerdem so ausgestaltet, dass sie im angetriebenen Zustand zum Fördern des Arbeitsmediums in Richtung zum Kondensator 11 verwendet werden kann.Furthermore, the waste heat utilization device comprises 6 a control device 19 for actuating the conveyor 8th or the associated drive motor 12 , A corresponding actuating line or control line is included 20 designated. Depending on the embodiment of the waste heat recovery circuit 6 can the controller 19 with existing additional conveyor 17 also for actuating the additional conveyor 17 or the associated drive motor 18 serve. A corresponding control line or control line is again with 20 designated. In the absence of additional conveyor 17 can be provided, the generator 15 so that it can also be operated as an electric motor. In this case, then the controller 19 via a corresponding control line 20 the serving as an electric motor generator 15 for driving the expansion machine 10 drive. In this case, the expansion machine 10 also designed so that they are in the driven state for conveying the working medium in the direction of the condenser 11 can be used.

Für den Normalbetrieb oder Warmbetrieb der Abwärmenutzungsvorrichtung 6 fördert ausschließlich die Fördereinrichtung 8 das Arbeitsmedium im Abwärmenutzungskreis 7. Während dieses Normalbetriebs treibt die Expansionsmaschine 10 den Generator 15 an. Sofern die Zusatzfördereinrichtung 17 vorhanden ist, ist diese beim Normalbetrieb der Abwärmenutzungsvorrichtung 6 deaktiviert. Die Zusatzfördereinrichtung 17 kann so ausgestaltet sein, dass sie einen möglichst geringen Durchströmungswiderstand besitzt. Alternativ ist es außerdem möglich, zur Umgehung der Zusatzfördereinrichtung 17 einen Bypass 21 vorzusehen, der mittels einer entsprechenden Ventileinrichtung 22, die mit Hilfe der Steuereinrichtung 19 über eine entsprechende Steuerleitung 20 betätigbar ist, aktiviert und deaktiviert werden kann.For normal operation or warm operation of the waste heat utilization device 6 promotes only the conveyor 8th the working fluid in the waste heat recovery circuit 7 , During this normal operation, the expander drives 10 the generator 15 at. If the additional conveyor 17 is present, this is the normal operation of the waste heat recovery device 6 disabled. The additional conveyor 17 can be designed so that it has the lowest possible flow resistance. Alternatively, it is also possible to bypass the additional conveyor 17 a bypass 21 to provide, by means of a corresponding valve device 22 using the control device 19 via a corresponding control line 20 is operable, can be activated and deactivated.

Für den Kaltstart der Abwärmenutzungsvorrichtung 6 kann bei fehlender Zusatzfördereinrichtung 17 die Steuereinrichtung 19 einerseits die Fördereinrichtung 8 zum Antreiben des Arbeitsmediums vom Kondensator 11 in Richtung zum Verdampfer 9 ansteuern. Andererseits kann die Steuereinrichtung 19 hierzu zusätzlich den Generator 15 so ansteuern, dass er als Elektromotor dient und die Expansionsmaschine 10 derart antreibt, dass diese das Arbeitsmedium vom Verdampfer 9 in Richtung Kondensator 11 antreibt. Hierdurch kann die im Abgas relativ rasch nach dem Einschalten der Brennkraftmaschine 1 enthaltene Abwärme vom Arbeitsmedium aufgenommen werden, was den Aufheizprozess, also die Kaltstartphase verkürzt.For the cold start of the waste heat recovery device 6 can if there is no additional conveyor 17 the controller 19 on the one hand, the conveyor 8th for driving the working medium from the condenser 11 towards the evaporator 9 drive. On the other hand, the control device 19 additionally the generator 15 so that it serves as an electric motor and the expansion machine 10 such that this drives the working fluid from the evaporator 9 towards the condenser 11 drives. This allows the relatively quickly in the exhaust after switching on the internal combustion engine 1 included waste heat are absorbed by the working fluid, which shortens the heating process, so the cold start phase.

Für den Fall, dass die Zusatzfördereinrichtung 17 vorhanden ist, steuert die Steuereinrichtung 19 zusätzlich zur Fördereinrichtung 8 außerdem die Zusatzfördereinrichtung 17 an, um mit Hilfe der Zusatzfördereinrichtung 17 das Arbeitsmedium vom Verdampfer 9 in Richtung Kondensator 11 anzutreiben. Ein Betreiben der Expansionsmaschine 10 als Fördereinrichtung ist dann nicht erforderlich, kann aber als Option zusätzlich durchgeführt werden.In the event that the additional conveyor 17 is present controls the controller 19 in addition to the conveyor 8th also the additional conveyor 17 to, with the help of the additional conveyor 17 the working medium from the evaporator 9 towards the condenser 11 drive. Operating the expansion machine 10 as a conveyor is not required, but can be carried out as an option in addition.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004029505 A1 [0005]

Claims

Method for operating a waste heat utilization device ( 6 ) for an internal combustion engine ( 1 ) of a motor vehicle, - wherein the waste heat utilization device ( 6 ) comprises: - a waste heat recovery circuit ( 7 ), in which a working medium circulates, - one in the waste heat utilization circle ( 7 ) ( 8th ) for conveying the working medium against a high pressure, - a waste heat recovery circuit ( 7 ) downstream of the conveyor ( 8th ) arranged evaporator ( 9 ) for vaporizing the working medium using waste heat of the internal combustion engine ( 1 ), - one in the waste heat utilization circle ( 7 ) downstream of the evaporator ( 9 ) arranged expansion machine ( 10 ) for expanding the working medium to a low pressure, - a waste heat recovery circuit ( 7 ) downstream of the expansion machine ( 10 ) arranged capacitor ( 11 ) for condensing the working medium, characterized in that during a cold start of the waste heat utilization device ( 6 ) the working medium between evaporator ( 9 ) and capacitor ( 11 ) towards the condenser ( 11 ) is driven.

A method according to claim 1, characterized in that the working medium during the cold start by means of an additional to the conveyor ( 8th ) provided additional conveyor ( 17 ), downstream of the evaporator ( 9 ) and upstream of the capacitor ( 11 ) in the waste heat utilization circle ( 7 ), and / or wherein the waste heat recovery circuit ( 7 ) a bypass ( 21 ) for bypassing the additional conveyor ( 17 ), which is activatable and deactivatable.

Method according to claim 1, characterized in that the expansion machine ( 10 ) is operated during the cold start for driving the working medium.

Method according to claim 3, characterized in that the expansion machine ( 10 ) during the cold start by means of an additional drive motor ( 15 ) or one with the expansion machine ( 10 ) drive-connected electric generator ( 15 ) is driven.

Waste heat recovery device ( 6 ) for an internal combustion engine ( 1 ) of a motor vehicle, - with a waste heat recovery circuit ( 7 ), in which a working medium circulates, - with a waste heat recovery circuit ( 7 ) arranged conveyor ( 8th ) for conveying the working medium against a high pressure, - with a waste heat recovery circuit ( 7 ) downstream of the conveyor ( 8th ) arranged evaporator ( 9 ) for evaporation of the working medium, - with a waste heat recovery circuit ( 7 ) downstream of the evaporator ( 9 ) arranged expansion machine ( 10 ) for expanding the working medium to a low pressure, - with a waste heat recovery circuit ( 7 ) downstream of the expansion machine ( 10 ) arranged capacitor ( 11 ) for condensing the working medium, characterized in that a in waste heat recovery circuit ( 7 ) downstream of the evaporator ( 9 ) and upstream of the capacitor ( 11 ) ( 10 . 17 ) is provided for driving the working medium and / or used.

Waste heat recovery device according to claim 5, characterized in that in addition to the conveyor ( 8th ) an additional conveyor ( 17 ) is provided downstream of the evaporator ( 9 ) and upstream of the capacitor ( 11 ) in the waste heat utilization circle ( 7 ), and / or wherein the waste heat recovery circuit ( 7 ) a bypass ( 21 ) for bypassing the additional conveyor ( 17 ), which by means of a valve device ( 22 ) can be activated and deactivated.

Waste heat recovery device according to claim 5, characterized in that the expansion machine ( 10 ) is configured so that it is operable to drive the working medium.

Waste heat utilization apparatus according to claim 7, characterized in that a drive motor ( 15 ) for driving the expansion machine ( 10 ) is provided, so that the driven expansion machine ( 10 ) the working medium in the direction of the condenser ( 11 ) drives.

Waste heat recovery device according to claim 7 or 8, characterized in that the expansion machine ( 10 ) with an electric generator ( 15 ), which is designed to be used as an electric motor for driving the expansion machine ( 10 ) is operable so that the generator ( 15 ) driven expansion machine ( 10 ) the working medium in the direction of the condenser ( 11 ) drives.

Waste heat utilization device according to one of claims 5 to 9, characterized in that a control device ( 19 ) is provided, which for the cold start the additional conveyor ( 17 ) or the expansion machine ( 10 ) drives to drive the working medium.