DE102012209813A1

DE102012209813A1 - Drive system for vehicle, is formed for distribution of fluid mass flow in refrigerant circuit downstream to cooling unit in partial mass flow and in another partial mass flow guided in mixing position in line

Info

Publication number: DE102012209813A1
Application number: DE201210209813
Authority: DE
Inventors: Tilmann Abbe Horst; Markus Moser; Carsten Schwarz; Bernhard Zuck; Wolfram Enke; Marco SEIFERT; Juergen Ringler; Christian Schreiber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2013-12-12

Abstract

The drive system is formed for the distribution of fluid mass flow in a refrigerant circuit downstream to a cooling unit (22) in a partial mass flow and in another partial mass flow guided in a mixing position (20) in a line (14). The former partial mass flow is guided in another line (12) to an intake area of a main pump (11). The mixing position is arranged to a downstream of the cooling unit and is provided for cooling the working medium. Another cooling unit (28) is provided in the area of the former line for cooling latter partial mass flow in the flow direction from a heat source (7,30).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug, mit einer mechanische und thermische Energie frei setzenden Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a drive system for a vehicle, having a mechanical and thermal energy-releasing internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Ein Teil der von Verbrennungskraftmaschinen gewandelten Energie wird als Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben und geht somit ungenutzt verloren. Um den Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine zu steigern, ist es daher bekannt geworden, zumindest einen Teil der abgegebenen Wärmeenergie zu nutzen. So ist es beispielsweise bekannt geworden, den Clausius-Rankine-Kreisprozess auszunutzen, um nutzbare Energie aus der Abgasabwärme einer Brennkraftmaschine zu gewinnen. Dazu ist ein Kreisprozess mit einem Arbeitsmedium vorgesehen, welches in einem ersten Schritt mittels der Abgaswärme erwärmt wird, in einem zweiten Schritt Arbeit verrichtet, indem es beispielsweise eine Expansionseinrichtung antreibt, die ihrerseits zum Beispiel einen Generator antreibt, und in einem dritten Schritt wieder mittels eines Kühlmittels abgekühlt wird, bevor es erneut mit Abgas in thermischen Eingriff gebracht wird und denselben Kreislauf abermals durchläuft. Dabei hängt der Wirkungsgrad des Clausius-Rankine-Kreisprozesses im Wesentlichen von der Temperaturspreizung zwischen Verdampfungstemperatur und Kondensationstemperatur des Arbeitsmediums ab. Bei gegebener Verdampfungstemperatur ist daher eine möglichst geringe Kondensationstemperatur anzustreben. Diese kann generell durch die Positionierung des Kondensators beeinfluss werden.Part of the energy converted by internal combustion engines is released as heat energy to the environment and is therefore lost unused. In order to increase the efficiency of an internal combustion engine, it has therefore become known to use at least a portion of the heat energy emitted. Thus, it has become known, for example, to exploit the Clausius-Rankine cyclic process in order to obtain usable energy from the exhaust gas waste heat of an internal combustion engine. For this purpose, a cyclic process is provided with a working medium, which is heated in a first step by the exhaust heat, in a second step performed work by, for example, drives an expansion device, which in turn drives a generator, for example, and in a third step by means of a Coolant is cooled before it is again brought into thermal engagement with exhaust gas and the same cycle passes through again. The efficiency of the Rankine cycle depends essentially on the temperature difference between the evaporation temperature and the condensation temperature of the working fluid. For a given evaporation temperature therefore the lowest possible condensation temperature is desirable. This can generally be influenced by the positioning of the capacitor.

Aus der Druckschrift DE 10 2010 003 906 A1 ist ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor bekannt geworden, welches einen Kühlmittelkreislauf und ein System zur Nutzung von Abwärme des Verbrennungsmotors mittels des Clausius-Rankine-Kreisprozesses aufweist. Das System zur Nutzung von Abwärme weist einen Kreislauf für ein Arbeitsmedium auf, mit einem mit einer Abgasleitung zum Durchfluss von Abgas des Verbrennungsmotors in Verbindung stehenden Verdampfer, mit welchem flüssiges Arbeitsmedium verdampft wird, und einem Kondensator, mit dem gasförmiges Arbeitsmedium infolge von Kühlung mittels des Kühlmittels kondensiert wird. Das Kühlmittel entstammt dabei demselben Kühlmittelkreislauf, der auch zur Kühlung des Motors eingesetzt wird.From the publication DE 10 2010 003 906 A1 For example, a drive system for a vehicle with an internal combustion engine has become known, which has a coolant circuit and a system for utilizing waste heat of the internal combustion engine by means of the Rankine cycle. The system for utilizing waste heat has a circuit for a working medium, with an associated with an exhaust pipe for flow of exhaust gas of the internal combustion engine evaporator, with which liquid working medium is evaporated, and a condenser, with the gaseous working fluid due to cooling by means of Coolant is condensed. The coolant comes from the same coolant circuit, which is also used to cool the engine.

Da sich der zur Kühlung vorgesehene Wärmetauscher im Fahrzeugfrontbereich befindet, während sich das Abgassystem im Unterboden befindet, müssen die Kühlmittelleitungen entsprechend lang ausgebildet werden, weil sie den Fahrzeugfrontbereich mit dem Abgassystem im Fahrzeugboden fluidisch verbinden müssen. Daher benötigen sie entsprechend viel Bauraum und sind zudem auch schwer. Das zusätzliche Gewicht der langen Kühlmittelleitungen am Fahrzeug führt wiederum zu einem höheren Kraftstoffverbrauch, was der Effizienzsteigerung der Brennkraftmaschine entgegensteht. Bei dem bekannten Antriebssystem strömt das Kühlmittel zuerst durch den Motor und dann durch den Kondensator des Abwärmenutzungssystems. Da außerdem das gesamte Kühlmittel sowohl durch die Motorkühlung als auch durch den Kondensator strömt, müssen die Kühlmittelleitungen einen ausreichend großen Querschnitt aufweisen, damit die für die Motorkühlung maximal benötigte Durchflussmenge durchgesetzt werden kann. Der Kühlmittelkreislauf wird dabei von einer Pumpe angetrieben, die in Abhängigkeit der vom Motor benötigen Kühlleistung gesteuert wird. Somit hängt auch die den Kondensator durchsetzende Kühlmittelmenge vom Kühlungsbedarf am Motor ab. Somit kann beispielsweise in Betriebsphasen, in welchen der Motor wenig Kühlmittel benötigt, nicht das gesamte Potential des Abwärmenutzungssystems ausgeschöpft werden.Since the intended for cooling heat exchanger is located in the vehicle front area, while the exhaust system is located in the subsoil, the coolant lines must be made correspondingly long, because they need to fluidly connect the front of the vehicle with the exhaust system in the vehicle floor. Therefore, they require a corresponding amount of space and are also heavy. The additional weight of the long coolant lines on the vehicle in turn leads to a higher fuel consumption, which precludes the increase in efficiency of the internal combustion engine. In the known drive system, the coolant first flows through the engine and then through the condenser of the waste heat recovery system. In addition, since all of the coolant flows through both the engine cooling and the condenser, the coolant lines must have a sufficiently large cross-section so that the maximum flow rate required for engine cooling can be achieved. The coolant circuit is driven by a pump, which is controlled in dependence on the cooling power required by the engine. Thus, the amount of coolant passing through the condenser also depends on the cooling demand on the engine. Thus, for example, in operating phases in which the engine requires little coolant, not the entire potential of the waste heat utilization system can be exploited.

Aus der Druckschrift DE 10 2009 028 467 A1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Nutzung von Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine bekannt geworden, welche einen Kühlmittelkreislauf und einen Fluidkreislauf für ein Arbeitsmedium aufweist. Das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf wird von einer Pumpe angetrieben und durchfließt zunächst einen Kondensator, in welchem eine thermische Wechselwirkung zwischen dem Kühlmittel und dem Arbeitsmedium stattfindet. Das Arbeitsmedium durchläuft dabei wiederum einen Kreisprozess, bestehend aus Verdampfen mittels Erhitzung, Verrichten von Arbeit mittels einer Turbine, und anschließendem Kondensieren mittels Abkühlen in dem Kondensator. Der Kühlmittelkreislauf verzweigt sich in einem stromabwärts vom Kondensator liegenden Bereich in eine zu der Brennkraftmaschine führende Leitung und in eine Bypassleitung, die sich mit der anderen Leitung, in einem stromabwärts von der Brennkraftmaschine liegenden Bereich wiedervereinigt. Die die Bypassleitung durchströmende Kühlmittelmenge ist dabei mittels eines Ventils steuerbar.From the publication DE 10 2009 028 467 A1 An apparatus for utilizing waste heat of an internal combustion engine has also become known, which has a coolant circuit and a fluid circuit for a working medium. The coolant in the coolant circuit is driven by a pump and first flows through a condenser, in which a thermal interaction between the coolant and the working medium takes place. The working medium in turn passes through a cycle, consisting of evaporation by means of heating, performing work by means of a turbine, and then condensing by means of cooling in the condenser. The refrigerant circuit branches in a region downstream of the condenser into a line leading to the internal combustion engine and into a bypass line, which reunites with the other line in a region downstream of the internal combustion engine. The amount of coolant flowing through the bypass line can be controlled by means of a valve.

Auch aus der Druckschrift WO 2011/149409 A1 ist ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine mittels des Clausius-Rankine-Kreisprozesses bekannt geworden, welches ebenfalls einen Kühlmittelkreislauf und einen Fluidkreislauf für ein Arbeitsmedium aufweist. Das Arbeitsmedium durchläuft dabei wiederum einen Kreislauf, bestehend aus Verdampfen, Verrichten von Arbeit, und Kondensieren infolge von Abkühlen in einem Kondensator, in welchem eine thermische Wechselwirkung zwischen dem Arbeitsmedium und dem Kühlmittel stattfindet. Die Arbeit wird vom Arbeitsmedium mittels einer Turbine verrichtet. Dabei sind im Kreislauf des Arbeitsmediums eine Bypassleitung zur Überbrückung der Turbine und ein Ventil vorgesehen, mit welcher das Verhältnis zwischen einem die Turbine und einem die Bypassleitung durchströmendem Teilmassenstrom regelbar ist. Der Kühlmittelkreislauf wird wiederum von einer Pumpe angetrieben und verzweigt sich stromabwärts von der Pumpe in eine erste Leitung, die zu der Brennkraftmaschine führt, und eine zum Kondensator führende zweite Leitung. Während die Kühlung des Motors in einem Bereich der ersten Leitung stattfindet, wird die Kühlung von Arbeitsmittel in einem Bereich der zweiten Leitung – dem Kondensator – vorgenommen. Somit muss nicht sämtliches Kühlmittel, welches den Kondensator durchfließen soll, auch die Kühlleitung für die Brennkraftmaschine durchsetzen können, und umgekehrt. Die Kühlleitungen dieses Antriebssystems können damit mit etwas kleinerem Durchmesser ausgelegt werden. Trotzdem wird das Potential dieses Abwärmenutzungssystems nicht optimal ausgeschöpft, weil die den Kondensator durchsetzende Kühlmittelmenge von der Aktivität der in Abhängigkeit von der vom Motor benötigten Kühlleistung betriebenen Hauptpumpe abhängig ist.Also from the publication WO 2011/149409 A1 For example, a drive system for a vehicle having an internal combustion engine has become known by means of the Rankine cycle, which likewise has a coolant circuit and a fluid circuit for a working medium. The working medium in turn passes through a cycle consisting of evaporation, carrying out work, and condensing as a result of cooling in a condenser, in which a thermal interaction between the working medium and the coolant takes place. The work is performed by the working medium by means of a turbine. In this case, in the circuit of the working medium, a bypass line for bridging the turbine and a valve is provided, with which the ratio between a turbine and a bypass line through which flows through the partial mass flow. The coolant circuit is in turn driven by a pump and branches downstream of the pump into a first conduit leading to the internal combustion engine and a second conduit leading to the condenser. While the cooling of the engine takes place in a region of the first conduit, the cooling of working fluid in a region of the second conduit - the condenser - is made. Thus, not all the coolant which is to flow through the condenser must be able to enforce the cooling line for the internal combustion engine, and vice versa. The cooling pipes of this drive system can thus be designed with a smaller diameter. Nevertheless, the potential of this waste heat utilization system is not optimally utilized, because the amount of coolant passing through the condenser depends on the activity of the main pump operated in dependence on the cooling power required by the engine.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Antriebssystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit einem auf Basis des Clausius-Rankine-Kreisprozesses arbeitenden Abwärmenutzungssystem, welches bei unterschiedlichen Motorkühlleistungen eine höhere Effizienz aufweist als die bekannten, auf Basis des Clausius-Rankine-Kreisprozesses arbeitenden Abwärmenutzungssysteme, und welches einen Kühlmittelkreislauf aufweist, der ein geringes Gewicht aufweist und wenig Bauraum benötigt.Proceeding from this, the present invention, the object of the invention to provide a drive system for an internal combustion engine, using a working on the basis of the Rankine cycle cycle waste heat recovery system, which has a higher efficiency than the known, based on the Rankine Clausius at different engine cooling performance Working cycle waste heat recovery systems, and which has a coolant circuit, which has a low weight and space requirements.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.To solve this problem, the invention has the features specified in claim 1. Advantageous embodiments thereof are described in the further claims.

Die Erfindung sieht ein Antriebssystem für ein Fahrzeug vor, mit einer mechanische und thermische Energie frei setzenden Brennkraftmaschine, einer Vorrichtung zur Wandlung wenigstens eines Teils der thermischen Energie in elektrische Energie durch Übertragung thermischer Energie auf ein zur Beaufschlagung einer Expansionseinrichtung vorgesehenes Arbeitsmedium und mit einer Hauptpumpe zur Kühlmittelförderung in einem Kühlmittelkreislauf, der stromabwärts von der Hauptpumpe zur Kühlung der Brennkraftmaschine mittels einer durch Umgebungsluft kühlbaren ersten Kühleinrichtung ausgebildet ist. Das Antriebssystem ist nach der Erfindung zur Aufteilung des Fluidmassenstroms im Kühlmittelkreislauf stromabwärts von der Kühleinrichtung in einen zu einem Ansaugbereich der Hauptpumpe in einer ersten Leitung geführten ersten Teilmassenstrom und in einen zur Kühlung des Arbeitsmediums vorgesehenen und zu einer stromabwärts der Kühleinrichtung angeordneten Mischstelle, in einer zweiten Leitung geführten zweiten Teilmassenstrom ausgebildet, wobei im Bereich der zweiten Leitung eine zweite Kühleinrichtung zur Kühlung des zweiten Teilmassenstroms in Strömungsrichtung vor einer im Bereich der zweiten Leitung vorgesehenen Wärmequelle vorgesehen ist.The invention provides a drive system for a vehicle, with a mechanical and thermal energy releasing internal combustion engine, a device for converting at least a portion of the thermal energy into electrical energy by transferring thermal energy to a provided for acting on an expander working fluid and a main pump for Coolant delivery in a coolant circuit, which is formed downstream of the main pump for cooling the internal combustion engine by means of a first cooling device can be cooled by ambient air. The drive system is according to the invention for dividing the fluid mass flow in the coolant circuit downstream of the cooling device into a first partial mass flow guided to a suction region of the main pump in a first line and into a mixing point provided for cooling the working medium and to a downstream of the cooling device, in a second Formed guided second partial mass flow, wherein in the region of the second line, a second cooling means for cooling the second partial mass flow in the flow direction in front of a provided in the region of the second line heat source is provided.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem wird die Brennkraftmaschine stets von dem gesamten, von der Hauptpumpe geförderten Kühlmittelmassenstrom durchflossen. Dabei erfährt das Kühlmittel über die Brennkraftmaschine eine Temperaturerhöhung durch den Eintrag von Wärme aus der Brennkraftmaschine.In the drive system according to the invention, the internal combustion engine is always traversed by the entire, funded by the main pump coolant mass flow. In this case, the coolant experiences an increase in temperature via the internal combustion engine by the input of heat from the internal combustion engine.

Ein zur Kühlung des Arbeitsmediums aus dem System zur Nutzung der Abwärme der Brennkraftmaschine vorgesehener zweiter Teilmassenstrom tritt in die zweite Leitung ein, nachdem das Kühlmittel die Kühleinrichtung durchströmt hat und demgemäß auf ein niedriges Temperaturniveau gebracht worden ist. Das zur Kühlung des Arbeitsmediums vorgesehene Kühlmittel tritt also immer zuerst durch die Kühleinrichtung hindurch und wird durch diese gekühlt, bevor es in die zweite Leitung eintritt, in der es Wärme aus dem Arbeitsmedium aufnehmen kann, um diese Wärme über die Kühleinrichtung an die Umgebung abzugeben und/oder an die Brennkraftmaschine. Der zweite Teilmassenstrom tritt nach dem Durchströmen eines im Bereich der zweiten Leitung angeordneten Kondensators, in dem das Kühlmittel Wärme vom Arbeitsmedium aufnimmt, wieder in den Kühlmittelmassenstrom ein und vermischt sich dort mit dem Kühlmittelmassenstrom, der aus der Brennkraftmaschine ausgetreten ist.A second partial mass flow provided for cooling the working medium from the system for utilizing the waste heat of the internal combustion engine enters the second line after the coolant has flowed through the cooling device and has accordingly been brought to a low temperature level. The provided for cooling the working fluid coolant thus always passes first through the cooling device and is cooled by this, before it enters the second line in which it can absorb heat from the working fluid to deliver this heat through the cooling device to the environment and / or to the internal combustion engine. After flowing through a capacitor arranged in the region of the second line, in which the coolant absorbs heat from the working medium, the second partial mass flow again enters the coolant mass flow and mixes there with the coolant mass flow which has leaked out of the internal combustion engine.

Der Wirkungsgrad bei der Aufnahme von Wärme aus dem Arbeitsmedium hängt zu einem sehr großen Teil von der Temperaturdifferenz ab, die zwischen dem Kühlmittel vor der Wärmeübertragung vom Arbeitsmedium auf das Kühlmittel und dem Arbeitsmedium vorherrscht. Durch das Vorsehen einer zweiten Kühleinrichtung zur Kühlung des zweiten Teilmassenstroms in Strömungsrichtung des zweiten Teilmassenstroms vor der im Bereich der zweiten Leitung vorgesehenen Wärmequelle, bei der es sich beispielsweise um eine Kondensationseinrichtung handeln kann, in der das Arbeitsmedium gekühlt wird, kann die Temperatur des Kühlmittels im Vergleich zur Austrittstemperatur aus der ersten Kühleinrichtung nochmals abgesenkt werden, und auf diese Weise eine Wirkungsgradsteigerung erzielt werden.The efficiency of the absorption of heat from the working fluid depends to a very large extent on the temperature difference that prevails between the coolant before the heat transfer from the working fluid to the coolant and the working fluid. By providing a second cooling device for cooling the second partial mass flow in the flow direction of the second partial mass flow in front of the heat source provided in the region of the second line, which may be, for example, a condensation device in which the working fluid is cooled, the temperature of the coolant in Compared to the outlet temperature of the first cooling device can be lowered again, and in this way an increase in efficiency can be achieved.

Da das Kühlmittel, bevor es in die vorstehend erwähnte Kondensationseinrichtung eintritt, unterkühlt wird, kann der zur Kondensation erforderliche zweite Teilmassenstrom verglichen mit einem ohne Unterkühlung arbeitenden zweiten Teilmassenstrom verringert werden und somit der Leitungsquerschnitt der zweiten Leitung verringert werden, was insgesamt zur Einsparung von Bauraum für die zweite Leitung und deren Eigengewicht beiträgt.Since the coolant is subcooled before entering the above-mentioned condenser, the second sub-mass flow required for condensation can be reduced compared to a second sub-mass flow operating without subcooling and thus the line cross-section of the second conduit can be reduced overall contributes to the saving of space for the second line and its own weight.

Das Arbeitsmedium besitzt einen eigenen, vom Kühlmittelkreislauf getrennten Kreislauf und durchläuft während eines Durchgangs seines Kreislaufs unterschiedliche Temperaturen. An zwei Stellen findet eine gezielte thermische Wechselwirkung zwischen dem Arbeitsmedium und einem äußeren Medium statt. Zum einen wird thermische Energie, die von der Brennkraftmaschine abgegeben wurde, auf das Arbeitsmedium übertragen. Das erwärmte Arbeitsmedium beaufschlägt dann die Expansionseinrichtung und verrichtet damit mechanische Arbeit. Hierzu ist beispielsweise ein infolge der Gasbeaufschlagung verschiebbarer Kolben vorgesehen. Die auf die Expansionseinrichtung übertragene kinetische Energie wird anschließend in elektrische Energie umgewandelt, die gespeichert werden kann und für eine spätere Anwendung nutzbar ist. Zum andern wird, nachdem das Arbeitsmedium Arbeit verrichtet hat, thermische Energie vom Arbeitsmedium an das Kühlmittel abgegeben, und zwar im Bereich der zweiten Leitung des Kühlmittelkreislaufs. Anschließend kann das abgekühlte Arbeitsmedium seinen Kreislauf erneut durchlaufen und zunächst wieder von der Brennkraftmaschine abgegebene thermische Energie aufnehmen. Das Zusammenwirken des Kühlmittelkreislaufs und des Kreislauf des Arbeitsmediums erlauben somit eine Energiegewinnung nach dem Clausius-Rankine-Prozess.The working medium has its own separate circuit from the coolant circuit and passes through different temperatures during a passage of its cycle. In two places there is a targeted thermal interaction between the working medium and an external medium. On the one hand, thermal energy emitted by the internal combustion engine is transferred to the working medium. The heated working medium then acts on the expansion device and thus performs mechanical work. For this purpose, for example, a displaceable as a result of the gas piston is provided. The kinetic energy transferred to the expansion device is then converted into electrical energy, which can be stored and used for later application. On the other hand, after the working medium has performed work, thermal energy is released from the working medium to the coolant, in the region of the second line of the coolant circuit. Subsequently, the cooled working fluid can cycle through its circuit again and first record thermal energy emitted by the internal combustion engine again. The interaction of the coolant circuit and the circulation of the working medium thus allow energy generation according to the Rankine process.

Zum Fördern des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf ist zumindest eine Hauptpumpe vorgesehen. Diese saugt Kühlmittel an und pumpt dieses zunächst in einen ersten Bereich des Kühlmittelkreislaufs zur Kühlung der Brennkraftmaschine. Der Kühlmittelmassenstrom – der in der ersten Leitung strömende erste Teilmassenstrom –, der zur Kühlung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wird anschließend an der Mischstelle mit dem zweiten Teilmassenstrom zusammengeführt, der dem Bereich der zweiten Leitung des Kühlmittelkreislaufs, der zur Kühlung des Arbeitsmediums vorgesehen ist, entstammt.For conveying the coolant in the coolant circuit, at least one main pump is provided. This sucks in coolant and initially pumps it into a first region of the coolant circuit for cooling the internal combustion engine. The coolant mass flow - the first partial mass flow flowing in the first line - which is provided for cooling the internal combustion engine, is subsequently combined at the mixing point with the second partial mass flow, which originates from the region of the second line of the coolant circuit which is provided for cooling the working medium ,

Stromabwärts von der Kühleinrichtung verzweigt sich der Kühlmittelkreislauf in die erste Leitung, die zum Ansaugbereich der Hauptpumpe führt, und in die zweite Leitung, die zum zweiten Bereich, der zur Kühlung des Arbeitsmediums vorgesehen ist, führt. Der erste Bereich des Kühlmittelkreislaufs, der zur Kühlung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und der zweite Bereich, der zur Kühlung des Arbeitsmediums vorgesehen ist, werden dabei von dem Kühlmittel nicht seriell, das heißt also der Reihe nach, durchlaufen, da der erste und der zweite Bereich in unterschiedlichen Leitungen des Kühlmittelkreislaufs liegen, sondern ein erster Teilmassenstrom des Kühlmittels fließt durch die erste Leitung und ein zweiter Teilmassenstrom durch die zweite Leitung. Daher muss nicht das gesamte Kühlmittel, welches den ersten Bereich zur Kühlung des Motors durchströmt, auch den zweiten Bereich, welcher zur Kühlung des Arbeitsmediums vorgesehen ist, durchströmen. Auch deshalb kann die Kühlmittelleitung in dem zweiten Bereich so ausgelegt werden, dass ihr Durchmesser nicht den maximal notwendigen Kühlmitteldurchsatz zur Kühlung der Brennkraftmaschine erlauben muss. Die Kühlmittelleitungen können daher auch mit kleinem Durchmesser und entsprechend leicht ausgelegt werden, und sie beanspruchen wenig Bauraum. Zudem erlaubt das Kühlsystem größere Freiheiten hinsichtlich des geometrischen Aufbaus.Downstream of the cooling device, the coolant circuit branches off into the first line, which leads to the intake region of the main pump, and into the second line, which leads to the second region, which is provided for cooling the working medium. The first region of the coolant circuit, which is provided for cooling the internal combustion engine, and the second region, which is provided for cooling the working medium, are not run serially by the coolant, that is, in sequence, since the first and the second Range lie in different lines of the coolant circuit, but a first partial mass flow of the coolant flows through the first line and a second partial mass flow through the second line. Therefore, not all of the coolant which flows through the first region for cooling the engine must also flow through the second region, which is provided for cooling the working medium. For this reason too, the coolant line in the second region can be designed such that its diameter does not have to allow the maximum necessary coolant throughput for cooling the internal combustion engine. The coolant lines can therefore be designed with a small diameter and accordingly easy, and they take up little space. In addition, the cooling system allows greater freedom in terms of geometric design.

Dadurch, dass sich der Kühlmittelkreislauf stromabwärts von der Kühleinrichtung verzweigt, weist das in die zweite Leitung eintretende und somit das dem zweiten Bereich zur Kühlung des Arbeitsmediums zuströmende Kühlmittel eine niedrige Temperatur auf, da es unmittelbar vor dem Eintritt in die zweite Leitung durch Umgebungsluft abgekühlt worden ist. Damit ist das Temperaturgefälle zwischen dem Arbeitsmedium und dem Kühlmittel im zweiten Bereich unabhängig davon, wieviel Kühlleistung die Brennkraftmaschine benötigt, groß. Auf diese Weise lässt sich ein sehr hoher Wirkungsgrad der Energierückgewinnung erzielen. Mit der vorstehend erwähnten zweiten Kühleinrichtung im Bereich der zweiten Leitung lässt sich aufgrund der damit erreichbaren Unterkühlung des zweiten Teilmassenstroms eine nochmalige Wirkungsgradsteigerung erzielen.Characterized in that the coolant circuit branches off downstream of the cooling device, which enters the second conduit and thus the second area for cooling the working medium inflowing coolant to a low temperature, since it has been cooled immediately before entering the second conduit by ambient air is. Thus, the temperature gradient between the working medium and the coolant in the second region, regardless of how much cooling power the engine requires, large. In this way, a very high efficiency of energy recovery can be achieved. With the above-mentioned second cooling device in the region of the second line, a further increase in efficiency can be achieved on account of the subcooling of the second partial mass flow achievable thereby.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebssystems weist die zweite Leitung des Kühlmittelkreislaufs eine Zusatzpumpe und/oder eine Ventileinrichtung auf, mit der der Eintritt von Kühlmittel in die zweite Leitung steuerbar oder regelbar ist. Mittels der Zusatzpumpe und/oder der Ventileinrichtung kann unabhängig davon, wie stark die Hauptpumpe arbeitet oder ob diese überhaupt aktiviert ist, Kühlmittel durch die zweite Leitung und insbesondere durch den zweiten Bereich, der zur Kühlung des Arbeitsmediums vorgesehen ist, gepumpt werden. Es lässt sich also beispielsweise auch dann, wenn nur sehr wenig Kühlmittel zur Kühlung des Motors benötigt wird, also beispielsweise während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, und die Hauptpumpe kaum oder gar nicht aktiviert ist, mittels der Zusatzpumpe Kühlmittel durch die zweite Leitung pumpen, so dass eine möglichst effiziente Energierückgewinnung mittels des Clausius-Rankine-Kreisprozesses stattfinden kann. Stromabwärts vom zweiten Bereich der zweiten Leitung strömt das Kühlmittel über die Mischstelle wieder dem Kühlmittel zu, das mittels der Hauptpumpe der Brennkraftmaschine zu deren Kühlung zugefördert wird.According to a development of the drive system according to the invention, the second line of the coolant circuit has an additional pump and / or a valve device with which the entry of coolant into the second line can be controlled or regulated. By means of the auxiliary pump and / or the valve device, regardless of how much the main pump is working or whether it is activated at all, coolant is pumped through the second line and in particular through the second area, which is provided for cooling the working medium. Thus, for example, even if only very little coolant is needed to cool the engine, for example during a warm-up phase of the engine, and the main pump is hardly or not at all activated, pumping coolant through the second line by means of the auxiliary pump, so that As efficient as possible energy recovery can take place by means of the Clausius-Rankine cycle. Downstream of the second region of the second line, the coolant flows via the mixing point back to the coolant, which is supplied by the main pump of the internal combustion engine to the cooling thereof.

Die Zusatzpumpe kann dabei auf einen kleineren Massendurchsatz als die Hauptpumpe ausgelegt werden. Die Zusatzpumpe kann kleiner als die Hauptpumpe ausgelegt werden, da sie lediglich den Druckunterschied eines Teils des Kühlmittelstroms über die zweite Kühleinrichtung und der Wärmequelle überwinden muss, während die Hauptpumpe zusätzlich den Strömungswiderstand, der im Bereich zur Kühlung des Verbrennungsmotors und der ersten Kühleinrichtung, auch bei sehr hohen Kühlmittelmassenströmen, vorliegt, bewältigen muss. Zudem liegt am Verzweigungspunkt ein im Vergleich zur Mischstelle durch die Hauptpumpe bereits aufgebauter höherer Druck vor.The auxiliary pump can be designed for a smaller mass flow rate than the main pump. The auxiliary pump can be smaller than the Main pump are designed because it only has to overcome the pressure difference of a portion of the coolant flow through the second cooling device and the heat source, while the main pump in addition the flow resistance, which is in the range for cooling the internal combustion engine and the first cooling device, even at very high coolant mass flows, must cope. In addition, at the branching point, there is a higher pressure already built up compared to the mixing point by the main pump.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Leitung ein Rückschlagventil auf, mit dem der Rückfluss von Kühlmittel von der Mischstelle in die zweite Leitung sperrbar ist. Somit kann kein Kühlmittel von der Mischstelle her in die zweite Leitung und über diese in den Bereich des Kondensators gelangen und auf diese Weise die Kühlung in der Kühleinrichtung unterlaufen. Ein solcher unerwünschter Rückfluss würde auch eine Verringerung des ersten Teilmassenstroms und damit eine Verringerung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kühlmittels nach sich ziehen.According to a preferred embodiment, the second line has a check valve with which the return flow of coolant from the mixing point into the second line can be blocked. Thus, no coolant can get from the mixing point forth in the second line and via this in the region of the capacitor and thus undermine the cooling in the cooling device. Such an undesirable reflux would also entail a reduction in the first partial mass flow and thus a reduction in the coolant supplied to the internal combustion engine.

Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass im Bereich der zweiten Leitung eine Ventileinrichtung zur steuerbaren oder regelbaren Aufteilung des zweiten Teilmassenstroms in einen zur Kühlung des Arbeitsmediums vorgesehenen dritten Teilmassenstrom und einen vierten Teilmassenstrom angeordnet ist. Durch die Ventileinrichtung kann also bestimmt werden, welche Kühlmittelmasse als dritter Teilmassenstrom der Kondensationseinrichtung zur Kühlung des Arbeitsmediums zugeführt wird und welcher Kühlmittelmassestrom als vierter Teilmassenstrom beispielsweise einer anderen Wärmequelle zu deren Kühlung zugeführt werden kann. Bei der anderen Wärmequelle kann es sich beispielsweise um einen Getriebeölkühler eines Automatikgetriebes handeln, so dass die Temperatur des Getriebeöls mittels des vierten Teilmassenstroms an Kühlmittel verringert werden kann. Der dritte und vierte Teilmassenstrom vermischen sich dann, bevor der so wieder vereinigte zweite Teilmassenstrom über die Mischstelle in den Ansaugbereich der Hauptpumpe gelangt.It is provided according to a development of the invention that in the region of the second line, a valve device for controllable or controllable division of the second partial mass flow is arranged in a provided for cooling the working medium third partial mass flow and a fourth partial mass flow. The valve device can thus be used to determine which coolant mass is supplied as a third partial mass flow to the condensation device for cooling the working medium and which coolant mass flow can be supplied as a fourth partial mass flow, for example to another heat source for cooling thereof. The other heat source can be, for example, a transmission oil cooler of an automatic transmission, so that the temperature of the transmission oil can be reduced by means of the fourth partial mass flow of coolant. The third and fourth partial mass flow then mix, before the thus reunited second partial mass flow passes through the mixing point in the intake of the main pump.

Die zweite Leitung besitzt einen in der Kondensationseinrichtung angeordneten Abschnitt, der zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und dem Arbeitsmedium vorgesehen ist. In der Kondensationseinrichtung findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium und dem Kühlmittel statt. Dabei wird Wärme vom Arbeitsmedium auf das Kühlmittel übertragen, so dass das Arbeitsmedium an thermischer Energie verliert. In den Bereich der Kondensationseinrichtung zuströmendes, gasförmiges Arbeitsmedium kondensiert infolge der Wärmeabgabe an das Kühlmittel und fließt in der Kondensationsleitung als flüssiges Arbeitsmedium weiter. Das Arbeitsmedium ist dann wiederum thermisch aufnahmefähig für die von der Brennkraftmaschine abgegebene Wärmeenergie und kann einen neuen Arbeitskreislauf beginnen.The second conduit has a section arranged in the condensation device, which is provided for heat transfer between the coolant and the working medium. In the condensation device, a heat exchange between the working fluid and the coolant takes place. In this case, heat is transferred from the working fluid to the coolant, so that the working fluid loses thermal energy. In the region of the condensation device inflowing gaseous working fluid condenses due to the heat transfer to the coolant and flows in the condensation line as a liquid working fluid on. The working medium is then in turn thermally absorbable for the heat energy emitted by the internal combustion engine and can start a new working cycle.

Die Kondensationseinrichtung ist vorzugsweise bezüglich der Strömungsrichtung des Arbeitsmediums stromabwärts von der Expansionseinrichtung angeordnet, so dass das Arbeitsmedium die Kondensationseinrichtung durchläuft, nachdem es Arbeit an der Expansionseinrichtung verrichtet hat.The condensation device is preferably arranged downstream of the expansion device with respect to the flow direction of the working medium, so that the working medium passes through the condensation device after it has performed work on the expansion device.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Antriebssystem außerdem einen vom Arbeitsmedium durchströmbaren und mit einer Abgasleitung zum Durchfluss von Abgas der Brennkraftmaschine thermisch gekoppelten Verdampfer auf. Dieser ist insbesondere zur Verdampfung von flüssigem Arbeitsmedium durch Wärmeeintrag aus dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgebildet.Preferably, the drive system according to the invention also has a vaporizable from the working medium and with an exhaust pipe to the flow of exhaust gas of the internal combustion engine thermally coupled evaporator. This is formed in particular for the evaporation of liquid working medium by heat input from the exhaust gas of the internal combustion engine.

Der Verdampfer ist im Kreislauf des Arbeitsmediums bezüglich der Strömungsrichtung des Arbeitsmediums stromaufwärts von der Expansionseinrichtung angeordnet. Das verdampfte Arbeitsmedium strömt somit vom Verdampfer zu der Expansionseinrichtung, verrichtet an dieser mechanische Arbeit, die dazu genutzt wird, um elektrische Energie zu erzeugen, und strömt anschließend zum Beispiel zum Kondensator, wo es abgekühlt wird und folglich kondensiert. Anschließend wird es wiederum dem Verdampfer zugeführt. Hierzu ist in dem Kreislauf des Arbeitsmediums vorzugsweise eine dem Verdampfer vorgeschaltete Speisepumpe vorgesehen. Das Durchströmen des Kreislaufs durch das Arbeitsmedium folgt somit einem Kreisprozess, bei dem das Arbeitsmedium erwärmt und verdampft wird, worauf es Arbeit an der Expansionseinrichtung verrichtet, und bei dem anschließend wiederum gekühlt wird und dadurch kondensiert.The evaporator is arranged in the circuit of the working medium with respect to the flow direction of the working medium upstream of the expansion device. The vaporized working fluid thus flows from the evaporator to the expander, performs this mechanical work that is used to generate electrical energy, and then flows to the condenser, for example, where it is cooled and condense. Then it is again fed to the evaporator. For this purpose, a feed pump upstream of the evaporator is preferably provided in the circuit of the working medium. The flow through the circuit through the working medium thus follows a cyclic process in which the working medium is heated and evaporated, whereupon it performs work on the expansion device, and is subsequently cooled again and thereby condensed.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist die Expansionseinrichtung mit einem Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie gekoppelt. Das Arbeitsmedium wird infolge der Beaufschlagung der Expansionseinrichtung entspannt und strömt daraufhin, noch immer gasförmig, teilweise verflüssigt oder vollständig verflüssigt weiter, beispielsweise zu einem Kondensator.According to a preferred embodiment of the drive system according to the invention, the expansion device is coupled to a generator for generating electrical energy. The working medium is expanded as a result of the loading of the expansion device and then flows on, still gaseous, partially liquefied or completely liquefied, for example to a condenser.

Der Kühlmittelkreislauf weist zudem bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Bypassleitung auf, die einen in Strömungsrichtung vor der ersten Kühleinrichtung liegenden Abschnitt und einen in Strömungsrichtung nach der ersten Kühleinrichtung liegenden Abschnitt miteinander fluidisch verbindet. Vorzugsweise gelangt Kühlmittel durch die Bypassleitung dabei in einen Bereich des Kühlmittelkreislaufs, in welchem Kühlmittel durch die Hauptpumpe wieder gefördert wird. Damit ist es beispielsweise während einer Warmlaufphase möglich, den Kühlmittelkreis so zu steuern, dass die Kühleinrichtung größtenteils umgangen wird, während Wärme aus dem Motor und dem Abgas in das Kühlmittel eingetragen wird und somit der Warmlaufvorgang der Brennkraftmaschine abgekürzt wird. Es kommt damit zu weniger für die Warmlaufphase typischem Verschleiß in der Brennkraftmaschine infolge von Reibung und der Kraftstoffverbrauch während der Warmlaufphase wird verringert.In a preferred embodiment, the coolant circuit also has a bypass line, which fluidly connects a section lying in the flow direction upstream of the first cooling device and a section lying downstream of the first cooling device. Preferably, coolant passes through the bypass line thereby into a region of the Coolant circuit, in which coolant is conveyed through the main pump again. Thus, it is possible, for example, during a warm-up phase, to control the coolant circuit so that the cooling device is largely bypassed while heat from the engine and the exhaust gas is introduced into the coolant and thus the warm-up process of the internal combustion engine is abbreviated. It thus comes to less for the warm-up phase typical wear in the internal combustion engine due to friction and the fuel consumption during the warm-up phase is reduced.

Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, dass im Kühlmittelkreislauf auch ein Temperaturregler angeordnet ist, mit dem ein durch die Kühleinrichtung strömender Kühlmittelmassenstrom regelbar ist. Auf diese Weise kann die Temperatur des Kühlmittels gezielt beeinflusst werden. So kann beispielsweise in einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine dafür gesorgt werden, dass nur wenig oder gar kein Kühlmittelmassenstrom durch die erste Kühleinrchtung strömt und folglich viel Kühlmittel durch die Bypassleitung fließt. In einer späteren Betriebsphase, wenn die Brennkraftmaschine hingegen beispielsweise viel Kühlleistung benötigt, kann dafür gesorgt werden, dass ein größerer Massenstrom an Kühlmittel durch die Kühleinrichtung fließt. Als Temperaturregler lässt sich beispielsweise ein Thermostat einsetzen.For this purpose it is provided that in the coolant circuit, a temperature controller is arranged with which a flowing through the cooling means coolant flow is adjustable. In this way, the temperature of the coolant can be influenced in a targeted manner. For example, in a warm-up phase of the internal combustion engine, it can be ensured that only little or no coolant mass flow flows through the first cooling device, and consequently that a large amount of coolant flows through the bypass line. In a later operating phase, when the internal combustion engine, however, for example, requires a lot of cooling power, it can be ensured that a larger mass flow of coolant flows through the cooling device. As a temperature controller, for example, a thermostat can be used.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in:

1 eine schematische Darstellung eines zu einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems zugehörigen Fluidkreislaufs für ein Arbeitsmedium; und 1 a schematic representation of an associated with an embodiment of a drive system according to the invention fluid circuit for a working medium; and

2 eine schematische Darstellung eines zu einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems zugehörigen Kühlmittelkreislaufs. 2 a schematic representation of an associated with an embodiment of a drive system according to the invention coolant circuit.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines zu einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems zugehörigen Fluidkreislaufs 1 für ein Arbeitsmedium. Das Antriebssystem ist zum Antrieb eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs mit einem in 2 ersichtlichen Verbrennungsmotor 13 vorgesehen, der mechanische und thermische Energie frei setzt. 1 shows a schematic representation of an associated with an embodiment of a drive system according to the invention fluid circuit 1 for a working medium. The drive system is for driving a vehicle not shown in detail with a 2 apparent internal combustion engine 13 provided, which releases mechanical and thermal energy.

Um den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 13 zu steigern, wird ein Teil der freigesetzten thermischen Energie zurückgewonnen, indem der Clausius-Rankine-Kreisprozess zunutze gemacht wird. Das Antriebssystem weist hierzu insbesondere eine Vorrichtung 25 zur Wandlung eines Teils der thermischen Energie in elektrische Energie durch Übertragung thermischer Energie auf ein zur Beaufschlagung einer Expansionseinrichtung 4 vorgesehenes Arbeitsmedium auf.To the efficiency of the internal combustion engine 13 In order to increase, part of the released thermal energy is recovered by taking advantage of the Rankine cycle. The drive system has for this purpose in particular a device 25 for converting a portion of the thermal energy into electrical energy by transferring thermal energy to an expander 4 provided working medium.

Zum Antreiben des in 1 dargestellten und zur Durchströmung von Arbeitsmedium vorgesehenen Fluidkreislaufs 1 ist eine Pumpe 2 vorgesehen. Das Arbeitsmedium durchläuft den Fluidkreislauf 1 dabei teilweise in flüssigem und teilweise in gasförmigem Aggregatszustand. Im Bereich der Pumpe 2 weist das Arbeitsmedium den flüssigen Aggregatszustand auf.To drive the in 1 shown and provided for the flow of working fluid fluid circuit 1 is a pump 2 intended. The working medium passes through the fluid circuit 1 partly in liquid and partly in gaseous state. In the area of the pump 2 the working medium has the liquid state of aggregation.

Das von der Pumpe 1 geförderte Arbeitsmedium wird zunächst einem Verdampfer 3 zugeführt, in welchem es mit von dem Verbrennungsmotor 13 abgegebenem Abgas in thermischen Kontakt gebracht wird. Um den thermischen Kontakt zwischen dem Arbeitsmedium und dem Abgas herzustellen, wird der Verdampfer 3 von einer Abgasleitung 5 durchsetzt, welche zumindest teilweise direkt benachbart zu einer den Verdampfer 3 ebenfalls durchsetzenden Fluidleitung für das Arbeitsmedium verläuft. Infolge der Wärmeübertragung vom Abgas auf das Arbeitsmedium im Verdampfer 3 verdampft das Arbeitsmedium und strömt in gasförmigen Aggregatszustand weiter.That of the pump 1 funded working fluid is first an evaporator 3 supplied with it by the internal combustion engine 13 emitted exhaust gas is brought into thermal contact. In order to establish the thermal contact between the working medium and the exhaust gas, the evaporator 3 from an exhaust pipe 5 interspersed, which at least partially directly adjacent to the evaporator 3 also passing through fluid line for the working medium. Due to the heat transfer from the exhaust gas to the working fluid in the evaporator 3 the working fluid evaporates and continues to flow in gaseous state.

Das Arbeitsmedium wird daraufhin der Vorrichtung 25 zur Wandlung von thermischer in elektrischer Energie zugeführt. Diese weist bei der dargestellten Ausführungsform eine Expansionseinrichtung 4 und einen elektrischen Generator 6 auf. Das gasförmige Arbeitsmedium trifft zunächst auf die Expansionseinrichtung 4. Diese wird von dem Arbeitsmedium beaufschlagt, wobei dessen thermische Energie in mechanische Energie gewandelt und anschließend auf den elektrischen Generator 6 übertragen wird. Im elektrischen Generator 6 wird elektrische Energie erzeugt, welche sich in einer nicht näher dargestellten Fahrzeugbatterie in später nutzbarer Form speichern lässt. Diese kann anschließend beispielsweise einem Bordnetz des Fahrzeugs zugeführt werden. Ein Teil der von dem Verbrennungsmotor 13 abgegebenen thermischen Energie wird auf diese Weise zurückgewonnen.The working medium then becomes the device 25 supplied for the conversion of thermal energy into electrical energy. This has an expansion device in the illustrated embodiment 4 and an electric generator 6 on. The gaseous working medium initially strikes the expansion device 4 , This is acted upon by the working medium, wherein its thermal energy converted into mechanical energy and then to the electric generator 6 is transmitted. In the electric generator 6 Electrical energy is generated, which can be stored in a vehicle battery not shown in later usable form. This can then be supplied, for example, a vehicle electrical system of the vehicle. Part of the engine 13 discharged thermal energy is recovered in this way.

Das Arbeitsmedium verlässt die Expansionseinrichtung 4, nachdem es infolge der verrichteten Arbeit einen Teil seiner Wärmeenergie verloren hat, in der Regel teilweise immer noch in gasförmigen, teilweise bereits wieder in flüssigem Aggregatszustand und wird zu einem Kondensator 7 weitergeleitet. Im Kondensator 7 wird das Arbeitsmedium mit einem Kühlmittel in thermischen Kontakt gebracht. Der Kondensator 7 weist hierzu einen Abschnitt einer zu dem in 2 näher dargestellten Kühlmittelkreislauf zugehörigen Kühlmittelleitung 8 auf, die benachbart zu einem Abschnitt der Fluidleitung für das Arbeitsmedium verläuft. Um eine effektive thermische Wechselwirkung zwischen Arbeitsmedium und Kühlmittel zu gewährleisten wird das Kühlmittel zudem in einem dem Kondensator 7 vorgeschalten Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs von einer Zusatzpumpe 9 gefördert. Im Kondensator 7 kommt es dann zu einer thermischen Wärmeübertragung vom Arbeitsmedium auf das Kühlmittel, so dass das Arbeitsmedium infolge der Kühlung vollständig kondensiert. Anschließend wird das flüssige Arbeitsmedium, stromabwärts vom Kondensator 7 erneut von der Pumpe 2 angesaugt und durchläuft den vorstehend beschriebenen Arbeitskreislauf von Neuem.The working fluid leaves the expansion device 4 After it has lost part of its heat energy as a result of the work done, usually still partially in gaseous, partly already in liquid state and becomes a condenser 7 forwarded. In the condenser 7 the working fluid is brought into thermal contact with a coolant. The capacitor 7 has a section to the in 2 shown coolant circuit associated coolant line 8th which extends adjacent to a portion of the fluid line for the working medium. To ensure an effective thermal interaction between working fluid and To ensure coolant, the coolant is also in a condenser 7 upstream section of the coolant circuit of an additional pump 9 promoted. In the condenser 7 Then it comes to a thermal heat transfer from the working fluid to the coolant, so that the working fluid completely condenses due to the cooling. Subsequently, the liquid working medium, downstream of the condenser 7 again from the pump 2 aspirated and goes through the cycle described above again.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines in einem Bereich mit dem Fluidkreislauf für das Arbeitsmedium 1 in thermischer Wechselwirkung stehenden Kühlmittelkreislaufs 10, der den Abschnitt der Kühlmittelleitung 8 im Kondensator 7 aufweist. Der Kühlmittelkreislauf wird von einer Hauptpumpe 11 angetrieben und erfüllt sowohl die Funktion der Kühlung des Verbrennungsmotors 13 als auch die Funktion der Kühlung des Arbeitsmediums. Stromabwärts von der Hauptpumpe 11 strömt das Kühlmittel in einer ersten Leitung 12, die zu dem Verbrennungsmotor 13 führt, und in eine zweite Leitung 14, die unter anderem zu dem Kondensator 7 führt. Die erste Leitung 12 weist einen Bereich 15 auf, der zur Kühlung des Verbrennungsmotors 13 vorgesehen ist. Die zweite Leitung 14 weist einen Bereich 16, nämlich den Abschnitt der Kühlmittelleitung 8 auf, der zur Kühlung von Arbeitsmedium vorgesehen ist. 2 shows a schematic representation of one in an area with the fluid circuit for the working medium 1 thermally interacting coolant circuit 10 that the section of the coolant line 8th in the condenser 7 having. The coolant circuit is provided by a main pump 11 driven and fulfills both the function of cooling the internal combustion engine 13 as well as the function of cooling the working medium. Downstream of the main pump 11 the coolant flows in a first line 12 leading to the internal combustion engine 13 leads, and in a second line 14 Among other things, the capacitor 7 leads. The first line 12 has an area 15 on, for cooling the internal combustion engine 13 is provided. The second line 14 has an area 16 namely the section of the coolant line 8th on, which is provided for cooling of working medium.

Die zweite Leitung 14 weist zudem ein Rückschlagventil 17 auf, mit dem der unerwünschte Eintritt von Kühlmittel von der Mischstelle 20 aus in die zweite Leitung 14 zurück verhindert werden kann. Auf diese Weise kann also der Fall verhindert werden, dass aus der Brennkraftmaschine stammendes erwärmtes Kühlmittel über die Mischstelle 20 in falscher Richtung in die zweite Leitung 14 eintritt. Das Rückschlagventil 17 kann entfallen, so dass nur mehr eine Mischstelle 17 vorliegt, wenn aufgrund der sich im Betrieb einstellenden Druckverhältnisse keine Rückströmung von der Mischstelle 20 statt findet.The second line 14 also has a check valve 17 on, with which the unwanted ingress of coolant from the mixing point 20 out into the second line 14 back can be prevented. In this way, therefore, the case can be prevented that originated from the internal combustion engine heated coolant via the mixing point 20 in the wrong direction in the second line 14 entry. The check valve 17 can be omitted, leaving only a mixing point 17 is present if, due to the pressure conditions that arise during operation, there is no return flow from the mixing point 20 takes place.

An der Mischstelle 20 kann sich der aus der zweiten Leitung 14 stammende zweite Teilmassenstrom mit dem aus der ersten Kühleinrichtung 22 stammenden Teilmassenstrom vermischen.At the mixing point 20 may be from the second line 14 originating second partial mass flow with that from the first cooling device 22 mix the resulting partial mass flow.

Das über die Kühlmittelleitung 21 der ersten Kühleinrichtung 22, die durch Umgebungsluft gekühlt wird, zugeführte Kühlmittel gelangt nach dem Durchtritt der Kühleinrichtung 22 an einen Verzweigungspunkt 26, an dem ein erster Teilmassenstrom wieder in Richtung zu der Hauptpumpe 11 gefördert wird und ein zweiter Teilmassenstrom in die zweite Leitung 14 eintritt. Das Verhältnis des ersten Teilmassenstroms zum zweiten Teilmassenstrom kann mittels der Zusatzpumpe 9 und/oder einer Ventileinrichtung 27 beeinflusst werden. So ist es beispielsweise möglich, den durch die Zusatzpumpe 9 geförderten zweiten Teilmassenstrom auf weitgehend Null einzustellen, was dann sinnvoll ist, wenn die Brennkraftmaschine 13 unter Volllast betrieben wird und einen maximal möglichen Kühlmittelstrom zur effizienten Kühlung benötigt. Mittels der Ventileinrichtung 27 kann ebenfalls gesteuert werden, wie viel Kühlmittel in die zweite Leitung 14 einströmt. Selbstverständlich kann auch nur die Ventileinrichtung 27 oder nur die Zusatzpumpe 9 vorgesehen sein.The about the coolant line 21 the first cooling device 22 , which is cooled by ambient air supplied coolant passes after the passage of the cooling device 22 to a branch point 26 in which a first partial mass flow is again in the direction of the main pump 11 is promoted and a second partial mass flow in the second line 14 entry. The ratio of the first partial mass flow to the second partial mass flow can by means of the auxiliary pump 9 and / or a valve device 27 to be influenced. So it is possible, for example, by the additional pump 9 subsidized second partial mass flow to set to substantially zero, which makes sense when the internal combustion engine 13 operated under full load and requires a maximum possible coolant flow for efficient cooling. By means of the valve device 27 can also be controlled, how much coolant in the second line 14 flows. Of course, only the valve device 27 or only the auxiliary pump 9 be provided.

Wenn über die Zusatzpumpe 9 oder die Ventileinrichtung 27 Kühlmittel in die zweite Leitung 14 befördert wird, erreicht das Kühlmittel zunächst eine zweite Kühleinrichtung 28, mittels der das im zweiten Teilmassenstrom strömende Kühlmittel verglichen mit der Austrittstemperatur aus der ersten Kühleinrichtung 22 weiter abgekühlt werden kann. Das Kühlmittel gelangt nach dem Austritt aus der zweiten Kühleinrichtung 28 zu einer Ventileinrichtung 29, mittels der eine Aufteilung des zweiten Teilmassenstroms in einen dritten Teilmassenstrom sowie einen vierten Teilmassenstrom möglich ist.If over the auxiliary pump 9 or the valve device 27 Coolant in the second line 14 is conveyed, the coolant first reaches a second cooling device 28 , by means of which the coolant flowing in the second partial mass flow compared to the outlet temperature from the first cooling device 22 can be cooled further. The coolant arrives after exiting the second cooling device 28 to a valve device 29 , By means of a division of the second partial mass flow in a third partial mass flow and a fourth partial mass flow is possible.

Der dritte Teilmassenstrom strömt in Richtung zum Kondensator 7, um dort das Arbeitsmedium zu kühlen, während der vierte Teilmassenstrom in Richtung zu einer weiteren Wärmequelle in der Form eines Getriebeölkühlers 30 strömt, um dort Wärme aus dem Getriebeöl aufzunehmen.The third partial mass flow flows in the direction of the condenser 7 to cool the working medium there, while the fourth partial mass flow towards a further heat source in the form of a transmission oil cooler 30 flows to absorb heat from the transmission oil there.

Bevor das Kühlmittel in den Kondensator 7 eintritt, wird es zur Kühlung eines elektrischen Generators 18 verwendet, der mit der in 1 gezeigten Expansionseinrichtung 4 gekoppelt ist und aus der von der Expansionseinrichtung 4 übertragenen kinetischen Energie elektrische Energie erzeugt, welche anschließend einer nicht näher dargestellten Fahrzeugbatterie zugeführt wird. Somit wird mit dem Kühlmittel zunächst der elektrische Generator 18 und/oder eine nicht näher dargestellte zugeordnete Leistungselektronik gekühlt.Before the coolant enters the condenser 7 occurs, it is used to cool an electric generator 18 used with the in 1 shown expansion device 4 is coupled and out of the expansion device 4 transmitted kinetic energy generates electrical energy, which is then fed to a vehicle battery, not shown. Thus, with the coolant first, the electric generator 18 and / or an associated power electronics not shown in detail cooled.

Das Kühlmittel wird als nächstes dem Kondensator 7 zugeführt, in welchem es dem erwärmten Arbeitsmedium Wärmeenergie entzieht und es auf diese Weise ebenfalls kühlt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist zudem ein zweiter Installationsort 19 eines elektrischen Generators vorgesehen, dem optional das aus dem Kondensator 7 austretende Kühlmittel als nächstes zugeführt wird.The coolant is next to the condenser 7 fed, in which it extracts heat energy from the heated working medium and it also cools in this way. In the illustrated embodiment is also a second installation site 19 an electrical generator provided, which optionally from the capacitor 7 escaping refrigerant is supplied next.

Das Kühlmittel, welches die erste Leitung 12 durchfließt, und dasjenige, welches die zweite Leitung 14 durchfließt, werden anschließend an einer Mischstelle 20 wieder zusammengeführt und gemeinsam in Richtung zum Ansaugbereich der Hauptpumpe 11 weitergeleitet. Nach dem Durchtritt durch die Brennkraftmaschine 13 gelangt das Kühlmittel zu einem Verzweigungspunkt 31, von dem aus ein Teilstrom über eine Leitung 21 zu der ersten Kühleinrichtung 22 transportiert wird, an der das Kühlmittel in thermischen Kontakt mit der Außenluft gebracht und durch diese abgekühlt wird. Der erste Kühler 22 ist bei dem nicht näher dargestellten Fahrzeug im Frontbereich, beim Kühlergrill angeordnet.The coolant, which is the first line 12 flows through, and the one which the second line 14 flows through, then at a mixing point 20 merged again and together towards the intake of the main pump 11 forwarded. After passing through the internal combustion engine 13 the coolant reaches a branching point 31 from which one Partial flow via a line 21 to the first cooling device 22 is transported, where the coolant is brought into thermal contact with the outside air and cooled by this. The first cooler 22 is in the vehicle, not shown in the front area, the radiator grille arranged.

Zum andern führt eine Bypassleitung 23 von dem Verzweigungspunkt 31 zu einem Bereich, der dem ersten Kühler 22 nachgeschaltet ist. Durch die Bypassleitung 23 kann somit, wenn kein oder wenig Bedarf zur Kühlung des Kühlmittels selbst besteht, Kühlmittel wieder direkt in den Ansaugbereich der Pumpe 11 geführt werden.On the other hand leads a bypass line 23 from the branch point 31 to an area of the first radiator 22 is downstream. Through the bypass line 23 Thus, if there is little or no need to cool the coolant itself, coolant can again flow directly into the intake region of the pump 11 be guided.

Zum Einstellen der Verhältnisse des der Leitung 21 und dem ersten Kühler 22 zugeführten Kühlmittel, und dem durch die Bypassleitung 23 geleiteten Kühlmittel ist ein Thermostat 24 vorgesehen, der in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur des Kühlmittels regelt, wie viel Kühlmittel aus der Leitung 21 und der Bypassleitung 23 weitergeleitet wird. Das Kühlmittel wird anschließend wieder von der Hauptpumpe 11 angesaugt und durchläuft den Kühlmittelkreislauf 10 von Neuem.For adjusting the conditions of the line 21 and the first cooler 22 supplied coolant, and that through the bypass line 23 Guided coolant is a thermostat 24 provided, which regulates depending on a measured temperature of the coolant, how much coolant from the line 21 and the bypass line 23 is forwarded. The coolant is then returned from the main pump 11 sucked and passes through the coolant circuit 10 again.

Das Kühlmittel nimmt dabei Wärme im Verbrennungsmotor 13 auf – angedeutet durch den Pfeil P1 –, nimmt Wärme vom elektrischen Generator 18 oder 19 sowie im Kondensator 7 vom Abgas auf – angedeutet durch die Pfeile P2, P3, P4, und gibt im Kühler 22 Wärme an die Umgebungsluft ab – angedeutet durch den Pfeil P5.The coolant absorbs heat in the internal combustion engine 13 on - indicated by the arrow P1 -, takes heat from the electric generator 18 or 19 as well as in the capacitor 7 from the exhaust gas - indicated by the arrows P2, P3, P4, and gives in the cooler 22 Heat to the ambient air - indicated by the arrow P5.

Über den im Bereich der zweiten Leitung 14 angeordneten zweiten Kühler 28 kann – wie dies durch den Pfeil P6 angedeutet ist – das im zweiten Teilmassenstrom strömende Kühlmittel verglichen mit der Austrittstemperatur aus dem ersten Kühler 22 austretende Kühlmittel weiter abgekühlt werden, so dass es in den Getriebeölkühler 30 und/oder den Kondensator 7 mit einer niedrigeren Temperatur eintritt, als dies möglich wäre, wenn die zweite Kühleinrichtung 28 nicht vorgesehen wäre.About in the area of the second line 14 arranged second cooler 28 can - as indicated by the arrow P6 - the coolant flowing in the second partial mass flow compared with the outlet temperature from the first radiator 22 escaping coolant continues to be cooled, leaving it in the transmission oil cooler 30 and / or the capacitor 7 occurs at a lower temperature than would be possible if the second cooling device 28 would not be provided.

Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass sowohl die Kühlung des Verbrennungsmotors 13, als auch die Kühlung des Arbeitsmediums im Kondensator 7 und des elektrischen Generators 18 oder 19 sowie der weiteren Wärmequelle in Form des Getriebeölkühlers 30 mittels eines einzigen Kühlmittelkreislaufs 10 gewährleistet ist. Damit kann Bauraum gespart werden. Zugleich sind der Bereich 15 des Kühlmittelkreislaufs 10 zur Kühlung des Verbrennungsmotors 13 und der Bereich 16 zur Kühlung von Arbeitsmedium im Kondensator 7 in parallel verlaufenden erste und zweite Leitungen 12, 14 vorgesehen, wobei der Anteil an Kühlmittel, der die zweite Leitung 14 durchströmt, mittels der Zusatzpumpe 9 regelbar ist. Somit kann die Wärmerückgewinnung mittels des Kreislaufs 1 des Arbeitsmediums auch bei unterschiedlichem Kühlbedarf des Verbrennungsmotors 13 optimal ausgenutzt werden.In this way it is ensured that both the cooling of the internal combustion engine 13 , as well as the cooling of the working medium in the condenser 7 and the electric generator 18 or 19 and the other heat source in the form of the transmission oil cooler 30 by means of a single coolant circuit 10 is guaranteed. This space can be saved. At the same time are the area 15 of the coolant circuit 10 for cooling the internal combustion engine 13 and the area 16 for cooling working medium in the condenser 7 in parallel first and second lines 12 . 14 provided, wherein the proportion of coolant, the second line 14 flows through, by means of the auxiliary pump 9 is controllable. Thus, the heat recovery by means of the circuit 1 the working medium even with different cooling requirements of the engine 13 be used optimally.

Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.With regard to features of the invention which are not explained in greater detail above, reference is expressly made to the claims and the drawings, moreover.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Fluidkreislauf für ein ArbeitsmediumFluid circuit for a working medium
22: Pumpepump
33: VerdampferEvaporator
44: Expansionseinrichtungexpander
55: Abgasleitungexhaust pipe
66: Generator von EnergieGenerator of energy
77: Kondensatorcapacitor
88th: KühlmittelleitungCoolant line
99: Zusatzpumpeadditional pump
1010: KühlmittelkreislaufCoolant circuit
1111: Hauptpumpemain pump
1212: erste Leitungfirst line
1313: Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1414: zweite Leitungsecond line
1515: Bereich zur Kühlung des VerbrennungsmotorsArea for cooling the internal combustion engine
1616: Bereich zur Kühlung von ArbeitsmediumCooling area of working medium
1717: Rückschlagventil, MischstelleCheck valve, mixing point
1818: elektrischer Generatorelectric generator
1919: zweiter Installationsortsecond installation location
2020: Mischstellemixing point
2121: KühlmittelleitungCoolant line
2222: erster Kühlerfirst cooler
2323: Bypassleitungbypass line
2424: Thermostatthermostat
2525: Vorrichtung zur WandlungDevice for conversion
2626: Verzweigungspunktbranching point
2727: Ventileinrichtungvalve means
2828: zweite Kühleinrichtungsecond cooling device
2929: Ventileinrichtungvalve means
3030: GetriebeölkühlerTransmission oil cooler
3131: Verzweigungspunktbranching point
P1P1: Pfeilarrow
P2P2: Pfeilarrow
P3P3: Pfeilarrow
P4P4: Pfeilarrow
P5P5: Pfeilarrow
P6P6: Pfeilarrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010003906 A1 [0003]
DE 102009028467 A1 [0005]
WO 2011/149409 A1 [0006]

Claims

Drive system for a vehicle, with a mechanical and thermal energy releasing internal combustion engine ( 13 ), a device ( 25 ) for converting at least a portion of the thermal energy into electrical energy by transferring thermal energy to an expander ( 4 ) provided working medium, and with a main pump ( 11 ) for coolant delivery in a coolant circuit ( 10 ) downstream of the main pump ( 11 ) for cooling the internal combustion engine ( 13 ) by means of a coolable by ambient air first cooling device ( 22 ), characterized in that the drive system for dividing the fluid mass flow in the coolant circuit downstream of the first cooling device ( 22 ) in a to a suction of the main pump ( 11 ) in a first line ( 12 ) guided first partial mass flow and in a provided for cooling the working medium and to a downstream of the first cooling device ( 22 ) arranged mixing point ( 20 ), in a second line ( 14 ) guided second partial mass flow is formed and in the region of the second line ( 14 ) a second cooling device ( 28 ) for cooling the second partial mass flow in the flow direction in front of a in the region of the second line ( 14 ) provided heat source ( 7 . 30 ) is provided.

Drive system according to claim 1, characterized by a in the region of the second line ( 14 ) arranged auxiliary pump ( 9 ) and / or valve device with which the entry of coolant into the second line ( 14 ) is controllable or controllable.

Drive system according to claim 1 or 2, characterized in that the second line is a check valve ( 17 ), with which the return flow of coolant from the mixing point ( 20 ) into the second line ( 14 ) is lockable.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized by a in the region of the second line ( 14 ) provided valve device ( 29 ) for the controllable or controllable division of the second partial mass flow into a third partial mass flow provided for cooling the working medium and a fourth partial mass flow.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the second line ( 14 ) in a condensation device ( 7 ) arranged portion ( 16 ), which is provided for heat transfer between the coolant and the working medium.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized by a with an exhaust pipe ( 5 ) to the flow of exhaust gas of the internal combustion engine ( 13 ) thermally coupled evaporator ( 3 ), for the evaporation of liquid working medium by the input of heat from the exhaust gas of the internal combustion engine ( 13 ) is trained.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion device ( 4 ) with a generator ( 6 ) is coupled to provide electrical energy.

Drive system according to claim 7, characterized in that the second line ( 14 ) for cooling the generator ( 6 ) and / or power electronics is formed.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the coolant circuit ( 10 ) a bypass line ( 23 ), which in the flow direction in front of the first cooling device ( 22 ) and downstream in the flow direction after the first cooling device ( 22 ) lying portion of the coolant circuit ( 10 ) fluidly connects to each other.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized by a in the coolant circuit ( 10 ) arranged temperature controller ( 24 ), with which a through the first cooling device ( 22 ) flowing coolant mass flow is adjustable.