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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Verbrennungskraftmaschinen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik, insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau, hinlänglich bekannt. Eine solche Verbrennungskraftmaschine wird üblicherweise dazu verwendet, einen Kraftwagen, beispielsweise einen Personenkraftwagen, anzutreiben. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Abgastrakt, welcher von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine kommt es in wenigstens einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, dieser zu Verbrennungsvorgängen. Im Rahmen dieser Verbrennungsvorgänge wird ein jeweiliges Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt, woraus Abgas entsteht.
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Zur Realisierung eines besonders effizienten und somit kraftstoffverbrauchsarmen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine ist es allgemein bekannt, die Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem Abgasturbolader auszustatten. Ein solcher Abgasturbolader umfasst eine im Abgastrakt angeordnete Turbine, die von dem Abgas antreibbar ist. Der Abgasturbolader umfasst ferner einen Verdichter, welcher von der Turbine antreibbar ist.
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Mittels des Verdichters wird der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise deren Brennraum zuzuführende Luft verdichtet. Durch das Versorgen der Verbrennungskraftmaschine mit mittels des Verdichters verdichteter Luft kann beispielsweise das Hubvolumen der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden. In der Folge kann die innere Reibung gering gehalten werden, wodurch ein reibungsarmer und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb darstellbar ist. Da die Verbrennungskraftmaschine jedoch mit verdichteter Luft versorgt wird beziehungsweise versorgt werden kann, können trotz des geringen Hubvolumens hohe spezifische Leistungen und Drehmomente der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
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Zur Realisierung hoher Leistungen und Drehmomente ist die Verbrennungskraftmaschine mit einer entsprechenden Luftmenge beziehungsweise Luftmasse zu versorgen. Um die Verbrennungskraftmaschine mit einer solchen, hinreichenden Luftmasse beziehungsweise Luftmenge versorgen zu können, sind entsprechend hohe Drehzahlen des Abgasturboladers erforderlich. Solch hohe Drehzahlen lassen sich beispielsweise bei hohen Abgasmassenströmen realisieren.
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Aufgrund dieses Zusammenhangs kommt es üblicherweise zur Entstehung des sogenannten Turbolochs. Wird die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise bei Teillast betrieben, wobei der Abgastrakt von einem nur geringen Abgasmassenstrom durchströmt wird, und steigt beispielsweise eine von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellende Last, so muss zunächst der Abgasturbolader durch Erhöhung des Abgasmassenstroms beschleunigt werden, so dass die Verbrennungskraftmaschine mit einer hinreichend hohen Menge an verdichteter Luft versorgt werden kann, um schließlich die sprunghaft gestiegene Lastanforderung befriedigen zu können. Dadurch, dass der Abgasturbolader zunächst beschleunigt werden muss, entsteht zwischen dem Zeitpunkt der Lastanforderung und dem Zeitpunkt der tatsächlichen Befriedigung der geforderten Last eine Totzeit, die als Turboloch bezeichnet wird. Dieses Turboloch beeinträchtigt die Fahrbarkeit der Verbrennungskraftmaschine.
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Die
EP 1 249 585 A1 offenbart eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt und mit einer ein Arbeitsmedium und eine Speichereinrichtung umfassenden und nach dem Prinzip eines Rankine Cycle betreibbaren Abwärmenutzungseinrichtung. Mittels der Abwärmenutzungseinrichtung ist im Abgas enthaltene Wärmeenergie in wenigstens eine demgegenüber unterschiedliche Energieform umwandelbar. Ferner ist die Energieform in der Speichereinrichtung zu speichern.
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Schließlich offenbart die
DE 28 26 396 A1 einen Antrieb für Nebenaggregate an Kraftfahrzeugen, wobei ein Dampfmotor diese Nebenaggregate antreibt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die geschilderte Totzeit vermieden oder zumindest besonders gering gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, zu schaffen, bei welcher die eingangs genannte Totzeit vermieden oder besonders gering gehalten werden kann, ist die Abwärmenutzungseinrichtung erfindungsgemäß dazu ausgebildet ist, der Verbrennungskraftmaschine mittels der in der Speichereinrichtung gespeicherten Energieform verdichtete Luft zuzuführen. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abwärmenutztungseinrichtung die in der Speichereinrichtung gespeicherte Energieform bzw. Energie dazu nutzen kann, Luft zu verdichten bzw. verdichtete Luft zu erzeugen und der Verbrennungskraftmaschine diese verdichtete Luft zuzuführen. Mittels der Abwärmenutzungseinrichtung ist es möglich, im Abgas enthaltene Energie in die demgegenüber unterschiedliche Energieform umzuwandeln und die Energieform in der Speichereinrichtung insbesondere dann zu speichern, wenn im Abgas eine besonders hohe Energiemenge vorhanden ist.
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Ferner ist es mittels der Abwärmenutzungseinrichtung möglich, die in der Speichereinrichtung gespeicherte Energieform bedarfsgerecht aus der Speichereinrichtung abzuführen und zum Antreiben beziehungsweise Beschleunigen der Verbrennungskraftmaschine durch Versorgen der Verbrennungskraftmaschine mit der verdichteten Luft zu verwenden. So ist es beispielsweise möglich, die in der Speichereinrichtung gespeicherte Energieform dann aus der Speichereinrichtung abzuführen und zum Antreiben der Verbrennungskraftmaschine zu verwenden, wenn im Abgas eine nur geringe Energiemenge vorhanden ist.
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Wird die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise bei Teillast betrieben, so dass im Abgas eine nur geringe Energiemenge vorhanden ist, und kommt es zu einer plötzlichen Steigerung der von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellenden Last, so muss nicht etwa gewartet werden, bis das Abgas eine besonders hohe Energiemenge enthält, sondern es kann auf die in der Speichereinrichtung gespeicherte Energieform zurückgegriffen werden, um die Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft zu versorgen und dadurch die plötzlich gestiegene Lastanforderung zu befriedigen.
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Dadurch ist es möglich, den eingangs geschilderten, bei herkömmlichen Abgasturboladern vorliegenden Zusammenhang zwischen der im Abgas enthaltenen Energie und der von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbaren Last aufzulösen, da zumindest nahezu ohne zeitliche Verzögerung bei einer plötzlich steigenden Lastanforderung auf die in der Speichereinrichtung gespeicherte Energie zurückgegriffen werden kann, um die Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft zu versorgen und dadurch die Lastanforderung auch tatsächlich zu befriedigen. Mit anderen Worten kann die plötzlich gestiegene Lastanforderung bereits dann mittels der in der Speichereinrichtung gespeicherten Energieform befriedigt werden, wenn der Abgastrakt noch mit einem nur geringen Abgasmassenstrom durchströmt wird beziehungsweise wenn im Abgas noch eine nur sehr geringe Energiemenge vorhanden ist.
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In der Folge lässt sich die eingangs geschilderte Totzeit zwischen dem Zeitpunkt der gestiegenen Lastanforderung und dem Zeitpunkt der tatsächlichen Befriedigung der Lastanforderung vermeiden oder zumindest besonders gering halten, so dass eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit der Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Rankine Cycle als Organic Rankine Cycle (ORC) ausgebildet ist. Im Falle des ORC ist das Arbeitsmedium als organisches Arbeitsmedium ausgebildet. Hierdurch kann im Abgas enthaltene Energie besonders effektiv und effizient in die demgegenüber unterschiedliche Energieform umgewandelt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung einen Verdichter und eine von dem Arbeitsmedium antreibbare Turbine umfasst, mittels welcher Energie zum Antreiben des Verdichters bereitstellbar ist. Mittels des Verdichters wird die der Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht zuführbare Luft verdichtet.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn mittels des Verdichters Luft zu verdichten ist, welche in der als Druckluftspeicher ausgebildeten Speichereinrichtung zu speichern ist. Kommt es zu einer plötzlichen Steigerung der Lastanforderung, so kann die als Druckluft in dem Druckluftspeicher gespeicherte Luft aus dem Druckluftspeicher abgeführt und zum Antreiben beziehungsweise Beschleunigen der Verbrennungskraftmaschine verwendet werden. Durch die Verwendung von Druckluft kann eine zumindest nahezu verzögerungsfreie Beschleunigung der Verbrennungskraftmaschine und somit des Kraftwagens insgesamt bewirkt werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass der Verdichter mit der Turbine mechanisch gekoppelt ist, so dass die Turbine mechanische Energie bereitstellt, mittels welcher der Verdichter angetrieben wird. Hierzu umfasst die Turbine beispielsweise ein Turbinenrad, wobei der Verdichter ein Verdichterrad umfasst. Das Turbinenrad und das Verdichterrad sind mit einer gemeinsamen Welle drehfest gekoppelt, so dass das Verdichterrad zum Verdichten der Luft vom Turbinenrad antreibbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Abwärmenutzungseinrichtung einen Generator umfasst. Der Generator ist beispielsweise von der Turbine antreibbar. Beispielsweise ist der Generator mit einer Welle gekoppelt, mit welcher das Turbinenrad der Turbine drehfest verbunden ist. Dadurch kann der Generator von der Turbine mechanisch angetrieben werden. Mit anderen Worten stellt die Turbine mechanische Energie bereit, welche mittels des Generators in elektrische Energie umgewandelt wird.
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Diese elektrische Energie kann beispielsweise in einer als Batterie ausgebildeten Speichereinrichtung der Abwärmenutzungseinrichtung gespeichert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die elektrische Energie einem Elektromotor zuzuführen. Dies bedeutet, dass der Elektromotor mittels der elektrischen Energie angetrieben wird. Hierbei ist es vorgesehen, dass der Verdichter zum Verdichten der Luft von dem Elektromotor antreibbar ist. Dies bedeutet, dass der Verdichter von dem Elektromotor bedarfsgerecht angetrieben werden und dadurch Luft verdichten kann. Diese verdichtete Luft kann dann in dem Druckluftspeicher gespeichert werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die in dem Druckluftspeicher gespeicherte Luft wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuführbar. Mit anderen Worten ist es möglich, den wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft zu versorgen, so dass zumindest nahezu verzögerungsfrei nach einem plötzlichen Anstieg der Lastanforderung besonders hohe Drehmomente beziehungsweise Leistungen von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden können.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die in dem Druckluftspeicher gespeicherte, verdichtete Luft einer Turbine eines Turboladers der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen, wodurch die Turbine angetrieben wird. Die Turbine kann mit einem Verdichter zum Verdichten von Luft gekoppelt sein. Durch das Versorgen dieser Turbine mit der verdichteten Luft werden die Turbine und somit der Verdichter angetrieben, wobei die mittels des Verdichters verdichtete Luft dem wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.
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Bei dem Turbolader kann es sich um einen Abgasturbolader handeln, dessen Turbine im Abgastrakt angeordnet und von dem Abgas antreibbar ist. Dadurch, dass die gespeicherte Druckluft der Turbine zuführbar ist, kann die Turbine bedarfsgerecht beschleunigt werden, so dass der Verdichter zumindest nahezu verzögerungsfrei nach dem Anstieg der Lastanforderung den wenigstens einen Brennraum mit verdichteter Luft versorgen kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie einem Elektromotor zugeführt wird, mittels welchem eine Abtriebswelle, insbesondere eine Kurbelwelle, der beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Hierdurch kann die gespeicherte elektrische Energie genutzt werden, um die Abtriebswelle direkt und nicht etwa über die Versorgung des wenigstens einen Brennraums mit verdichteter Luft angetrieben beziehungsweise beschleunigt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Ansicht einer Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben eines Kraftwagens, mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt und mit einer ein Arbeitsmedium und eine Speichereinrichtung umfassenden und gemäß dem Prinzip eines thermodynamischen Kreisprozesses betreibbaren Abwärmenutzungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine im Abgas enthaltene Wärmeenergie in wenigstens eine demgegenüber unterschiedliche Energieform umzuwandeln, die Energieform in der Speichereinrichtung zu speichern, die in der Speichereinrichtung gespeicherte Energie aus der Speichereinrichtung abzuführen und mittels der aus der Speichereinrichtung abgeführten Energieform die Verbrennungskraftmaschine anzutreiben.
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Die Fig. zeigt in einer schematischen Ansicht eine Verbrennungskraftmaschine 10 zum Antreiben eines Kraftwagens. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und umfasst zwei Brennräume in Form von Zylindern 12. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle 14, die an einem Kurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. In den Zylindern 12 ist jeweils ein Kolben angeordnet, wobei die Kolben relativ zu den Zylindern 12 translatorisch bewegbar sind. Die Kolben sind über ein jeweiliges Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle 14 gekoppelt, so dass die translatorischen Bewegungen der Kolben in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 14 umwandelbar sind. Während ihres Betriebs saugt die Verbrennungskraftmaschine 10 Luft aus der Umgebung an, wobei diese Luft einen Ansaugtrakt 16 durchströmt. Die Luft wird mittels des Ansaugtrakts 16 in die Zylinder 12 geführt. Ferner wird in die Zylinder 12 ein Kraftstoff eingebracht. Dieser Kraftstoff wird beispielsweise direkt in die Zylinder 12 eingespritzt. Dadurch entsteht ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylindern, welches beispielsweise durch Fremdzündung oder durch Selbstzündung gezündet wird und verbrennt. Daraus resultiert ein Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst auch einen Abgastrakt 18, welcher von dem Abgas durchströmbar ist.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst darüber hinaus eine im Ganzen mit 20 bezeichnete Abwärmenutzungseinrichtung. Die Abwärmenutzungseinrichtung 20 umfasst ein Arbeitsmedium in Form eines organischen Arbeitsmediums und wenigstens eine Speichereinrichtung in Form eines Drucklufttanks 22 zum Speichern von Druckluft. Mit anderen Worten ist die Speichereinrichtung als Druckluftspeicher ausgebildet. Die Abwärmenutzungseinrichtung 20 ist gemäß dem Prinzip eines thermodynamischen Kreisprozesses in Form des Organic Rankine Cycle (ORC) betreibbar. Die Abwärmenutzungseinrichtung 20 ist dabei dazu ausgebildet, unter Phasenumwandlungen des Arbeitsmediums im Abgas enthaltene Wärmeenergie in wenigstens eine demgegenüber unterschiedliche und in komprimierter Luft enthaltene Energieform umzuwandeln, die Energieform im Drucklufttank 22 zu speichern, die im Drucklufttank 22 gespeicherte Energieform durch Abführen der Druckluft aus dem Drucklufttank 22 aus dem Drucklufttank 22 abzuführen und mittels der aus dem Drucklufttank 22 abgeführten und in der komprimierten Luft enthaltenen Energieform die Verbrennungskraftmaschine 10 anzutreiben.
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Hierzu umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung 20 einen Kreislauf 24, welcher von dem Arbeitsmedium durchströmbar ist. Im Kreislauf 24 ist ein Verdampfer 26 angeordnet.
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Mittels des Verdampfers 26 wird das stromauf des Verdampfers 26 flüssige Arbeitsmedium verdampft, so dass das Arbeitsmedium stromab des Verdampfers 26 gasförmig ist. Dies bedeutet, dass mittels des Verdampfers 26 ein erster Phasenübergang des Arbeitsmediums bewirkt wird.
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Wie aus der Fig. erkennbar ist, ist der Verdampfer 26 im Abgastrakt 18 angeordnet. Der Verdampfer 26 nutzt nämlich im Abgas enthaltene Energie zum Verdampfen des Arbeitsmediums. Mit anderen Worten wird dem Verdampfer 26 im Abgas enthaltene Wärmeenergie (thermische Energie) zugeführt, wobei die thermische Energie dem Arbeitsmedium zugeführt wird, um das Arbeitsmedium zu verdampfen.
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Stromab des Verdampfers 26 ist im Kreislauf 24 eine Turbine 28 der Abwärmenutzungseinrichtung 20 angeordnet. Die Turbine 28 wird von dem verdampften Arbeitsmedium angetrieben, wodurch das verdampfte Arbeitsmedium entspannt wird.
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Stromab der Turbine 28 ist im Kreislauf 24 ein Kondensator 30 der Abwärmenutzungseinrichtung 20 angeordnet. Mittels des Kondensators 30 wird im Arbeitsmedium enthaltene Wärmeenergie vom Arbeitsmedium abgeführt, so dass das Arbeitsmedium mittels des Kondensators 30 kondensiert wird. Mittels des Kondensators 30 wird somit ein zweiter Phasenübergang des Arbeitsmediums bewirkt, wobei das Arbeitsmedium vom gasförmigen Zustand in den flüssigen Zustand überführt wird.
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Im Kreislauf 24 ist auch eine mit 32 bezeichnete Speisepumpe der Abwärmenutzungseinrichtung 20 angeordnet. Mittels der Speisepumpe 32 wird das verflüssigte Arbeitsmedium vom Kondensator 30 zurück zum Verdampfer 26 gefördert, wodurch der Kreislauf 24 geschlossen ist. Die Turbine 28 umfasst ein Turbinenrad 34, welches von dem gasförmigen Arbeitsmedium angetrieben wird. Das Turbinenrad 34 ist mit einer Welle 36 drehfest gekoppelt.
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Ferner umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung 20 einen Verdichter 38 mit einem Verdichterrad 40. Auch das Verdichterrad 40 ist drehfest mit der Welle 36 gekoppelt. Dadurch kann das Verdichterrad 40 über die Welle 36 vom Turbinenrad 34 angetrieben werden, wobei das Turbinenrad 34 wiederum vom gasförmigen Arbeitsmedium angetrieben wird. Das Verdichterrad 40 dient zum Verdichten von Luft. Hierzu wird dem Verdichterrad 40 beispielsweise Luft aus der Umgebung zugeführt.
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Aus der Fig. ist ferner zu erkennen, dass der Drucklufttank 22 fluidisch mit dem Verdichter 38 gekoppelt wird. Dabei wird die mittels des Verdichters 38 verdichtete Luft in den Drucklufttank 22 geführt und dort gespeichert.
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Aus der Fig. ist ferner zu erkennen, dass der Drucklufttank 22 fluidisch mit dem Ansaugtrakt 16 verbunden ist. Hierzu ist beispielsweise eine Leitung 42 vorgesehen, welche einerseits mit dem Drucklufttank 22 und andererseits mit dem Ansaugtrakt 16 fluidisch verbunden ist. In der Leitung 42 ist ein Ventil 44 angeordnet. Mittels des Ventils 44 ist die Leitung 42 fluidisch freigebbar und fluidisch versperrbar. Dadurch ist es mittels des Ventils 44 möglich, bedarfsgerecht in dem Drucklufttank 22 gespeicherte Druckluft aus dem Drucklufttank 22 abzuführen und in den Ansaugtrakt 16 einzuleiten. Durch das Einleiten der Druckluft in den Ansaugtrakt 16 kann die Druckluft über den Ansaugtrakt 16 in die Zylinder 12 einströmen, so dass dadurch die Verbrennungskraftmaschine 10 beziehungsweise ihre Zylinder 12 mit verdichteter Luft versorgt werden kann. Dadurch ist eine sogenannte Aufladung der Verbrennungskraftmaschine 10 realisierbar. Somit können besonders hohe Leistungen und Drehmomente realisiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Drucklufttank 22 mit den Zylindern 12 über eine Leitung verbunden ist, welche direkt in die Zylinder 12 mündet. Hierdurch kann die im Drucklufttank 22 gespeicherte Luft direkt in die Zylinder 12 eingeleitet werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Verbrennungskraftmaschine 10 auch einen Abgasturbolader umfasst, welcher eine im Abgastrakt 18 angeordnete und von dem Abgas antreibbare, zweite Turbine und einen im Ansaugtrakt 16 angeordneten, zweiten Verdichter umfasst. Der zweite Verdichter ist von der zweiten Turbine antreibbar und dient zum Verdichten von Luft, die den Zylindern 12 über den Ansaugtrakt 16 zugeführt werden kann. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die in dem Drucklufttank 22 gespeicherte Druckluft der zweiten Turbine zugeführt wird, um dadurch die zweite Turbine und in der Folge den zweiten Verdichter anzutreiben. Hierzu ist beispielsweise eine Leitung einerseits mit dem Drucklufttank 22 und andererseits mit dem Abgastrakt 18 stromauf der Turbine verbunden, so dass die in dem Drucklufttank 22 gespeicherte Druckluft aus dem Drucklufttank 22 abgeführt und stromauf der zweiten Turbine in den Abgastrakt 18 eingeleitet werden kann. Dadurch kann der Abgasturbolader unabhängig von dem den Abgastrakt 18 durchströmenden Abgasmassenstrom beschleunigt werden, so dass die Zylinder 12 mit einer hinreichend großen Menge an verdichteter Luft versorgt werden können.
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Mittels der Abwärmenutzungseinrichtung 20 ist es möglich, die Turbine 28 und den Verdichter 38 dann anzutreiben und somit die dem Drucklufttank 22 zuzuführende Luft dann zu verdichten, wenn im Abgas eine hinreichend hohe Menge an Wärmeenergie vorhanden ist. Ferner ist es möglich, die Zylinder 12 auch dann mit verdichteter Luft aus dem Drucklufttank 22 versorgen zu können, wenn im den Abgastrakt 18 durchströmenden Abgas eine nur sehr geringe Menge an Wärmeenergie enthalten ist. So ist es beispielsweise möglich, den Drucklufttank 22 zeitlich vor einer Bergauffahrt, wenn die Verbrennungskraftmaschine 10 hohe Drehmomente beziehungsweise Leistungen bereitstellen muss, aufzuladen und die Verbrennungskraftmaschine 10 beziehungsweise deren Zylinder 12 bereits zu Beginn der Bergauffahrt mit verdichteter Luft zu versorgen.
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Die Abwärmenutzungseinrichtung 20 kann beispielsweise wenigstens einen Elektromotor umfassen, mittels welchem der Verdichter 38 antreibbar ist. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den Drucklufttank 22 vor Fahrtbeginn mit verdichteter Luft zu befüllen. Mit anderen Worten ist es möglich, die Verbrennungskraftmaschine 10 mittels der Abwärmenutzungseinrichtung 20 auch dann aufzuladen, wenn das Abgas nur eine geringe Menge an Wärmeenergie enthält.
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Vorzugsweise wird zum Einblasen der verdichteten Luft in den Ansaugtrakt 16 beziehungsweise in die Zylinder 12 wenigstens eine Düse verwendet. Dadurch kühlt sich die eingeblasene Luft durch Entspannen ab, wodurch eine besonders hohe Effizienz der Verbrennungskraftmaschine 10 realisierbar ist.
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Mittels der Abwärmenutzungseinrichtung 20 lässt sich eine besonders gute Fahrbarkeit sowie ein kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 realisieren, da die Versorgung der Zylinder 12 mit verdichteter Luft von der im Abgas enthaltenen Wärmemenge beziehungsweise Energie entkoppelt ist. Da die Verbrennungskraftmaschine 10 mittels der Druckluft beispielsweise beim Anfahren und bei Bergfahrten aufgeladen werden kann, kann das Hubvolumen der Verbrennungskraftmaschine 10 gering gehalten werden. Somit können der Bauraumbedarf und das Gewicht der Verbrennungskraftmaschine 10 in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden. Da sich die aus dem Drucklufttank 22 abgeführte und eingeblasene Luft entspannt, kühlt sie ab, so dass die den Zylindern 12 zuzuführende Ansaugluft besonders geringe Temperaturen aufweist. Dies kommt der Effizienz der Verbrennungskraftmaschine 10 zugute. Darüber hinaus kann eine plötzlich steigende Anforderung an eine durch die Verbrennungskraftmaschine 10 über ihre Kurbelwelle 14 bereitzustellende Last zumindest nahezu ohne Totzeit befriedigt werden, da die Zylinder 12 zumindest nahezu ohne Zeitverzögerung nach dem Anstieg der Lastanforderung mit Druckluft aus dem Drucklufttank 22 versorgt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Zylinder
- 14
- Kurbelwelle
- 16
- Ansaugtrakt
- 18
- Abgastrakt
- 20
- Abwärmenutzungseinrichtung
- 22
- Drucklufttank
- 24
- Kreislauf
- 26
- Verdampfer
- 28
- Turbine
- 30
- Kondensator
- 32
- Speisepumpe
- 34
- Turbinenrad
- 36
- Welle
- 38
- Verdichter
- 40
- Verdichterrad
- 42
- Leitung
- 44
- Ventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1249585 A1 [0007]
- DE 2826396 A1 [0008]
