DE102014110288A1 - System und Verfahren zum Bestimmen des Netto-Ausgabedrehmoments von einem Abwärmerückgewinnungssystem - Google Patents

System und Verfahren zum Bestimmen des Netto-Ausgabedrehmoments von einem Abwärmerückgewinnungssystem Download PDF

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Christophe Tricaud
Timothy C. Ernst
James A. Zigan
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Cummins Inc
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Abstract

Offenbart ist ein Abwärmerückgewinnungssystem mit einem System und einem Verfahren zum Berechnen des Netto-Ausgabe-Drehmoments von dem Abwärmerückgewinnungssystem. Die Berechnung verwendet Eingaben von vorliegenden Druck- und Drehzahlsensoren, um einen virtuellen Pumpen-Drehmoment-Sensor und einen virtuellen Expander-Drehmoment-Sensor zu erzeugen, und verwendet diese Sensoren um eine genaue Netto-Drehmoment-Ausgabe von dem WHR System bereitzustellen.

Description

  • Diese Erfindung wurde gemacht mit Regierungsunterstützung unter dem ”Recovery Act-System Level Demonstration of Highly Efficient and Clean, Diesel Powered Class 8 Trucks (Supertruck)” Programm mit der Vergabenummer DE-EE0003403, vergeben durch das Energieministerium (Departement of Energy DOE). Die Regierung hat bestimmte Rechte hinsichtlich der Erfindung.
  • QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität aus der U. S. Provisional Application No. 61/858,027, eingereicht am 24. Juli 2013, mit dem Titel ”SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING THE NET OUTPUT TORQUE FROM A WASTE HEAT RECOVERY SYSTEM”, wobei diese Anmeldung durch Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung bezieht sich auf ein System und Verfahren zum Bestimmen der Netto-Drehmomentausgabe von einem Abwärmerückgewinnungs-(WHR)-System.
  • HINTERGRUND
  • Die Erhöhung der Effizienz von Verbrennungsmotoren ist entscheidend, um die Erwartungen der Kunden einzuhalten und um eine große Anzahl behördlich vorgeschriebener Bestimmungen einzuhalten. Verbrennungsmotoren erzeugen eine erhebliche Menge an Wärme, welche Wärmetauscher schließlich an die Luft, welche den Verbrennungsmotor umgibt, übertragen. Indem ein Anteil der Abwärme in nutzbare Energie umgewandelt wird, wird die Effizienz eines Motors verbessert.
  • ÜBERBLICK
  • Zahlreiche Ausführungsformen stellen Verfahren und Systeme zum Bestimmen eines Netto-Ausgabe-Drehmoments von einem Abwärmerückgewinnungssystem von einem Verbrennungsmotorsystem bereit.
  • Bestimmte Ausführungsformen stellen ein computergestütztes Verfahren bereit, welches ein Empfangen von einem Hochdruckwert entsprechend eines Fluiddruckes an einer Hochdruckseite von einem Fluidkreislauf von einem Abwärmerückgewinnungssystem von einem Verbrennungsmotor, ein Empfangen von einem Niederdruckwert entsprechend eines Fluiddruckes an einer Niederdruckseite von einem Fluidkreislauf von dem Abwärmerückgewinnungssystem, ein Empfangen von einem Motor-Drehzahlwert umfasst. Das Verfahren umfasst ebenso ein Bestimmen von einem Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment von einer Energieumwandlungsvorrichtung von dem Abwärmerückgewinnungssystem, von einem Pumpen-Ausgabe-Drehmoment von einem Pumpen-Bauteil von dem Abwärmerückgewinnungssystem basierend auf dem Hochdruckwert, dem Niederdruckwert und dem Motor-Drehzahlwert. Das Verfahren umfasst ein Berechnen des Netto-Ausgabe-Drehmoments von dem Abwärmerückgewinnungssystem basierend auf einer Differenz zwischen dem Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment und dem Pumpen-Ausgabe-Drehmoment.
  • In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Bestimmen des Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoments von einer Energieumwandlungsvorrichtung von dem Abwärmerückgewinnungssystem als Reaktion auf eine Zeitableitung des Hochdruckwerts und des Niederdruckwerts. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen des Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoments von einer Energieumwandlungsvorrichtung von dem Abwärmerückgewinnungssystem als Reaktion auf ein statisches Drehmoment von der Energieumwandlungsvorrichtung in einem stationären Zustand gemäß bestimmten Ausführungsformen. Das Verfahren kann ein Bestimmen eines Pumpen-Leistungswerts und eines Pumpen-Drehzahlwerts, und ein Bestimmen des Pumpen-Ausgabe-Drehmoments als Reaktion auf den Pumpen-Leistungswert und den Pumpen-Drehzahlwert umfassen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines Pumpen-Strömungswerts und eines Pumpen-Effizienzwerts, und wobei das Bestimmen des Pumpen-Leistungswerts ferner ein Bestimmen des Pumpen-Leistungswerts als Reaktion auf den Pumpen-Strömungswert und den Pumpen-Effizienzwert umfasst. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Schaltpunktes in einem Getriebe, welches durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird, basierend auf dem Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem gemäß bestimmter Ausführungsformen. Das Verfahren kann das Bestimmen einer Kraftstoffeffizienz von dem Verbrennungsmotor basierend auf dem Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem umfassen.
  • Weitere Ausführungsformen stellen ein Verbrennungsmotorsystem bereit, welches ein Abwärmerückgewinnungssystem umfasst. Das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst einen Verflüssiger, welcher dazu ausgebildet ist, auf ein Arbeitsfluid einzuwirken, eine Zufuhrpumpe, welche mit dem Verflüssiger in Fluidverbindung steht, und welche stromabwärts von dem Verflüssiger angeordnet ist, um somit wenigstens einen Anteil des Arbeitsfluides von dem Verflüssiger aufzunehmen, einen Wärmetauscher, welcher mit der Zufuhrpumpe stromabwärts von dem Verflüssiger in Fluidverbindung steht, um somit den wenigstens einen Anteil von dem Arbeitsfluid von der Pumpe zu empfangen, eine Energieumwandlungsvorrichtung, welche mit dem Wärmetauscher in Fluidverbindung steht, um somit den wenigstens einen Anteil von dem Arbeitsfluid von dem Wärmetauscher zu empfangen, einen Hochdrucksensor, welcher stromaufwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, einen Hochdruckwert von dem Arbeitsfluid stromaufwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung zu bestimmen, und einen Niederdrucksensor, welcher stromabwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, einen Niederdruckwert von dem Arbeitsfluid stromabwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung zu bestimmen. Der Wärmetauscher umfasst einen Abwärme-Fluidkreislauf. Die Energieumwandlungsvorrichtung steht mit dem Verflüssiger in Fluidverbindung. Das Verbrennungsmotorsystem umfasst ebenso einen Verbrennungsmotor, welcher mit dem Abwärme-Fluidkreislauf von dem Wärmetauscher in Fluidverbindung steht, einen Motor-Drehzahlsensor, welcher dazu ausgebildet ist, einen Motor-Drehzahlwert von dem Verbrennungsmotor zu bestimmen, und einen Netto-Drehmoment-Berechner, welcher dazu ausgebildet ist, ein Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem zu bestimmen. Der Netto-Drehmoment-Berechner ist dazu ausgebildet, das Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem basierend auf einer Differenz zwischen einem Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment und einem Pumpen-Ausgabe-Drehmoment zu bestimmen. Das bestimmte Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment und Pumpen-Ausgabe-Drehmoment basieren auf dem Hochdruckwert, dem Niederdruckwert und dem Motor-Drehzahlwert.
  • In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Energieumwandlungsvorrichtung wenigstens eine Turbine, einen Kolben, einen Zahnkranz, eine Schraube und eine Expandereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, sich resultierend aus einem Dampf von dem expandierenden Arbeitsfluid zu bewegen oder zu rotieren. Der Wärmetauscher umfasst einen Abgas-Rückführungskessel stromaufwärts des Verflüssigers, gemäß bestimmter Ausführungsformen. Das Abwärmerückgewinnungssystem kann einen Vorladeluftkühler umfassen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Abwärmerückgewinnungssystem einen Rekuperator, welcher dazu ausgebildet ist, Wärme von einem ersten Anteil des Arbeitsfluids, welcher von der Energieumwandlungsvorrichtung an den Verflüssiger strömt, an einen zweiten Anteil des Arbeitsfluids, welcher von der Zufuhrpumpe an den Wärmetauscher strömt, zu überführen. Der Abwärme-Fluidkreislauf umfasst ein Abgas-Rückführungsfluid von dem Verbrennungsmotor gemäß bestimmter Ausführungsformen. Das Verbrennungsmotorsystem kann einen Unterkühler umfassen, welcher mit dem Verflüssiger gekoppelt ist. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verbrennungsmotorsystem ebenso eine Aufnahmeeinrichtung, welche stromaufwärts des Verflüssigers und stromabwärts der Energieumwandlungsvorrichtung angeordnet ist. Das Verbrennungsmotorsystem umfasst einen Fluidpegel-Sensor, welcher dazu ausgebildet ist, einen Pegelwert des Arbeitsfluides im Abwärmerückgewinnungssystem zu bestimmen, gemäß bestimmten Ausführungsformen.
  • Weitere Ausführungsformen stellen ein Abwärmerückgewinnungssystem-Netto-Ausgabe-Drehmoment-Steuersystem bereit. Das System umfasst ein Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment-Modul, welches dazu ausgebildet ist, ein Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment von einer Energieumwandlungsvorrichtung von einem Abwärmerückgewinnungssystem zu bestimmen. Das Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment wird bestimmt basierend auf einer Bestimmung von einem Hochdruckwert von einer Hochdruckseite von einem Fluidkreislauf von dem Abwärmerückgewinnungssystem, einer Bestimmung von einem Niederdruckwert von einer Niederdruckseite von dem Fluidkreislauf von dem Abwärmerückgewinnungssystem, und einer Bestimmung von einem Motor-Drehzahlwert von einem Verbrennungsmotor, welcher mit dem Abwärmerückgewinnungssystem in Fluidverbindung steht. Das System umfasst ebenso ein Pumpen-Ausgabe-Drehmoment-Modul, welches dazu ausgebildet ist, ein Pumpen-Ausgabe-Drehmoment von einem Pumpenbauteil von dem Abwärmerückgewinnungssystem zu bestimmen. Das Pumpen-Ausgabe-Drehmoment wird basierend auf der Bestimmung von dem Hochdruckwert, dem Niederdruckwert und dem Motor-Drehzahlwert bestimmt. Das System umfasst ebenso ein Netto-Drehmoment-Modul, welches dazu ausgebildet ist, ein Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem zu bestimmen. Das Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem wird basierend auf einer Differenz zwischen dem Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment und dem Pumpen-Ausgabe-Drehmoment bestimmt.
  • In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Abwärmerückgewinnungssystem-Netto-Ausgabe-Drehmoment-Steuersystem ein Getriebe-Schaltmodul, welches dazu ausgebildet ist, einen Schaltpunkt in einem Getriebe, welches durch den Verbrennungsmotor angetrieben ist, basierend auf dem bestimmten Netto-Ausgabe-Drehmoment zu bestimmen. Das Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment-Modul kann ferner dazu ausgebildet sein, ein Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment von der Energieumwandlungsvorrichtung basierend auf einem stationären Drehmoment von der Energieumwandlungsvorrichtung in einem stationären Zustand zu bestimmen. In bestimmten Ausführungsformen ist das Pumpen-Ausgabe-Drehmoment-Modul ferner dazu ausgebildet, einen Pumpen-Strömungswert und einen Pumpen-Effizienzwert zu bestimmen, und den Pumpen-Leistungswert und den Pumpen-Drehzahlwert als Reaktion auf den Pumpen-Strömungswert und den Pumpen-Effizienzwert zu bestimmen.
  • Es sollte anerkannt werden, dass alle Kombinationen der zuvor genannten Konzepte und zusätzliche Konzepte, welche im Folgenden detaillierter beschrieben werden, derart betrachtet werden, dass sie Teil des hier beschriebenen erfindungsgemäßen Gegenstandes sind (vorausgesetzt, dass solche Konzepte nicht gegenseitig inkonsistent sind). Insbesondere werden alle Kombinationen des beanspruchten Gegenstandes, welche am Ende von dieser Offenbarung auftreten, derart betrachtet werden, dass sie Teil des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind, wie hier offenbart.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Der Fachmann wird anerkennen, dass die Zeichnung hauptsächlich darstellhaften Zwecken dient und nicht dazu dient, den Umfang des hier beschriebenen Gegenstandes zu beschränken. Die Figuren sind nicht notwendigerweise skaliert; in einigen Fällen können verschiedene Aspekte des hier offenbarten Gegenstandes in den Figuren übertrieben oder vergrößert gezeigt sein, um ein Verständnis von unterschiedlichen Merkmalen zu erleichtern. In der Zeichnung beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen auf gleiche Merkmale (beispielsweise ähnliche Funktionalität und/oder strukturell ähnliche Elemente).
  • 1 ist eine schematische Ansicht von einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 ist eine Ansicht von bestimmten Modulen von einem Steuersystem von dem Motor von 1.
  • 3 ist eine Ansicht von bestimmten Prozessen, welche in den Modulen von 2 eingeschlossen sind.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein computergestütztes Verfahren zum Bestimmen eines Netto-Ausgabe-Drehmoments von einem Abwärmerückgewinnungssystem von einem Verbrennungsmotorsystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen zeigt.
  • Die Merkmale und Vorteile der hier offenbarten erfindungsgemäßen Konzepte werden anhand der im Folgenden dargelegten detaillierten Beschreibung deutlicher, wenn sie in Verbindung mit der Zeichnung genommen werden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Das Folgende betrifft detaillierte Beschreibungen von verschiedenen Konzepten in Bezug auf erfindungsgemäße Verfahren und Systeme zum Bestimmen von einem Netto-Ausgabe-Drehmoment von einem Abwärmerückgewinnungssystem von einem Verbrennungsmotorsystem, als auch Ausführungsformen hiervon. Es sollte anerkannt werden, dass verschiedene zuvor eingeführte und im Folgenden detaillierter beschriebene Konzepte auf jegliche von zahlreichen Arten implementiert werden können, da die offenbarten Konzepte nicht auf irgendeine bestimmte Art der Implementierung beschränkt sind. Beispiele von spezifischen Implementierungen und Anwendungen sind primär zu darstellhaften Zwecken bereitgestellt.
  • Bezugnehmend nun auf 1 ist ein Abschnitt von einem Verbrennungsmotor gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schematisch gezeigt und im Allgemeinen mit 10 gekennzeichnet. Der Motor 10 umfasst ein System 12 zur Abwärmerückgewinnung (WHR), einen Abschnitt von einem Abgassystem 14 und ein Steuersystem 16. Das WHR System 12 umfasst einen WHR-Kreislauf 18, entlang dessen ein Fluidverwaltungsabschnitt 20, ein Fluidsteuerabschnitt 22, ein Wärmetauscherabschnitt 24 und ein Energieumwandlungsabschnitt 26 positioniert sind. Der Fluidverwaltungsabschnitt 20 stellt eine Einkapselung und eine Kühlung eines Arbeitsfluides von einem WHR System 12 bereit. Der Fluidsteuerabschnitt 22 regelt den Strom des Arbeitsfluides über das WHR System 12 hinweg. Der Wärmetauscherabschnitt 24 stellt bestimmten Systemen des Motors 12 eine Kühlung bereit und dient zur Erwärmung des Arbeitsfluides, um zu ermöglichen, dass das Arbeitsfluid den Energieumwandlungsabschnitt 26 antreibt, wodurch Nutzarbeit oder Energie von der durch den Motor 10 erzeugten Abwärme extrahiert wird.
  • Während des Betriebes des Motors 10 stellt das WHR System 12 ein Netto-Ausgabe-Drehmoment bereit, welches anhand des Ausgabe-Drehmoments des Energieumwandlungsabschnitts 26 und des Drehmoments, welches erforderlich ist, um eine Pumpe des WHR Systems 12 anzutreiben, bestimmt werden kann. Das Netto-Ausgabe-Drehmoment vom WHR System 12 kann für eine Vielzahl an Aufgaben verwendet werden. Beispielsweise kann das Netto-Ausgabe-Drehmoment dazu verwendet werden, um Schaltpunkte in einem Getriebe zu bestimmen, welches durch den Motor 10 angetrieben wird. In einem weiteren Bespiel kann das Netto-Ausgabe-Drehmoment dazu verwendet werden, um die Bestimmung der Kraftstoffeffizienz des Motors 10 zu unterstützen. Die Herausforderung beim Bestimmen des Netto-Ausgabe-Drehmoments des WHR Systems 12 liegt in der Bestimmung des Netto-Ausgabe-Drehmoments unter Verwendung der Eingaben von so vielen vorliegenden Sensoren wie möglich, anstelle der Hinzufügung von Sensoren, bei welcher Kosten und Komplexität des WHR Systems 12 erhöht werden. Die vorliegende Offenbarung stellt ein System und Verfahren zum Bestimmen des Netto-Ausgabe-Drehmoments vom WHR System 12 unter Verwendung von einem Hochdruckwert und einem Niederdruckwert von dem WHR-Kreislauf 18, von einem Motor-Drehzahlwert und einem Energieumwandlungsabschnitt-Drehzahlwert bereit.
  • Der Fluidverwaltungsabschnitt 20 umfasst einen Unterkühler 28, einen Verflüssiger 30, eine Aufnahmeeinrichtung 32 und eine Zufuhrpumpe 54. Die Aufnahmeeinrichtung 32 dient primär als ein Reservoir für das WHR System 12. Der Verflüssiger 30 dient zur Kühlung des Arbeitsfluides, wobei ein gasförmiges Arbeitsfluid in ein flüssiges Arbeitsfluid umgewandelt wird. Der Unterkühler 28 dient zum Kühlen des flüssigen Arbeitsfluides. Der Verflüssiger 30 kann mit dem Unterkühler 28 einstückig sein, kann mittels des WHR-Kreislaufes 18 mit dem Unterkühler 28 verbunden sein oder kann gemeinsam mit dem Unterkühler 28 an einer gemeinsamen Basis 31 eingerichtet sein, welche eine Vielzahl von Fluidstrompfaden (nicht gezeigt) umfassen kann, um zwischen dem Verflüssiger 30 und dem Unterkühler 28 eine Fluidverbindung herzustellen. Die Aufnahmeeinrichtung 32 kann physisch höher angeordnet sein als der Unterkühler 28, und kann über den Fluidsteuerabschnitt 22 mit dem Unterkühler 28 verbunden sein. Die Oberseite der Aufnahmeeinrichtung 32 umfasst eine Entlüftung, welche mittels eines Entlüftungsventils 40 zum Verflüssiger 30 hin geöffnet sein kann. Ein Fluidpegel-Sensor 88 ist an einer Stelle angeordnet, welche geeignet ist, um den Pegel des flüssigen Arbeitsfluides im Unterkühler 28 und Verflüssiger 30 zu bestimmen. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist der Fluidpegel-Sensor 88 an der gemeinsamen Basis 31 positioniert. Die Zufuhrpumpe 54 ist stromabwärts vom Unterkühler 28 und stromaufwärts vom Fluidsteuerabschnitt 22 entlang des WHR-Kreislaufes 18 positioniert. Der Fluidverwaltungsabschnitt 20 kann ebenso einen Filtertrockner 55 umfassen, welcher entlang des WHR-Kreislaufes 18 stromabwärts von der Zufuhrpumpe 54 und stromaufwärts vom Fluidsteuerabschnitt 22 angeordnet ist.
  • Der Fluidsteuerabschnitt 22 umfasst eine Mehrzahl von Ventilen und einen Auswerfer (engl.: ejector) 50, welcher dazu ausgebildet ist, eine erforderliche Strömung durch das WHR System 12 zu regeln. Einige der Ventile empfangen Signale vom Steuersystem 16 und andere sind passive Ventile. Die Ventile umfassen elektrisch angesteuerte Absperrventile 34, 36, 38, elektrisch angesteuerte Proportionalventile 42 und 44, ein elektrisch angesteuertes Entlüftungsventil 40, und passive Rückschlagventile 46 und 48. Der Auswerfer 50 ist ebenso eine passive Vorrichtung und arbeitet in Verbindung mit bestimmten Ventilen, um flüssiges Arbeitsfluid aus der Aufnahmeeinrichtung 32 zu entnehmen. Viele der Ventile und der Auswerfer 50 können innerhalb eines Ventilmoduls 52 enthalten sein. Die Funktion der verschiedenen Ventile und des Auswerfers 50 liegt in der Steuerung der Strömung des Arbeitsfluides im WHR System 12, welches ebenso die Wärme steuert, welche an das und von dem Arbeitsfluid überführt wird, welches durch die WHR Schaltung 18 strömt. Obwohl die elektrisch angesteuerten Ventile 34, 36, 38, 40, 42 und 44 als Absperrventile oder Proportionalventile beschrieben werden können, ist diese Beschreibung im Kontext der beispielhaften Ausführungsform vereinfachend. Die Absperrventile können Proportionalventile sein, und die Proportionalventile können modulierte Ventile sein, welche dazu in der Lage sind, sich schnell zu öffnen und zu schließen, um die Menge des Arbeitsfluides einzustellen, welches durch die Ventile strömt.
  • In der beispielhaften Ausführungsform umfasst der Wärmetauscherabschnitt 24 einen EGR-Kessel 56, einen EGR-Überhitzer 58, einen Vorladeluftkühler (pre-CAC) 60, einen Abgaswärmetauscher 62, ein Abgas-Steuerventil 64 und einen Rekuperator 108. Weitere Ausführungsformen können mehrere Wärmetauscher oder weniger Wärmetauscher als in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben umfassen, und können Wärmetauscher umfassen, welche sich von jenen in der beispielhaften Ausführungsform unterscheiden. Der Rekuperator 108 stellt die Fähigkeit bereit, die Wärme vom Arbeitsfluid, welches vom Energieumwandlungsabschnitt 26 an den Verflüssiger 30 des Fluidverwaltungsabschnitts 20 strömt, an das Arbeitsfluid, welches vom Fluid-Steuerabschnitt 22 an den pre-CAC 60 strömt, zu überführen. Der EGR-Kessel 56 stellt die Fähigkeit bereit, die Temperatur eines EGR-Gases durch Überführen von Wärme an das Arbeitsfluid zu regeln. Es sollte verständlich sein, dass der Wortlaut EGR-Kessel aus Gründen der Vereinfachung verwendet wird. Der EGR-Kessel 56 dient mehr als einer Funktion im Motor 10 und in den Motoren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen, wobei er zum Kühlen von EGR-Gas und zum Überführen von Wärme vom EGR-Gas an das Arbeitsfluid des WHR Systems 12 dient. Der pre-CAC 60 ist angeordnet, um die Überführung von Wärme von der Ladeluft an das Arbeitsfluid zuzulassen. Der Abgaswärmetauscher 62 ermöglicht die gesteuerte Überführung der Wärme vom Motorabgas an das Arbeitsfluid. Die Wärmemenge, welche dem Abgaswärmetauscher 62 verfügbar ist, wird durch das Abgas-Steuerventil 64 bestimmt. Der EGR-Überhitzer 58 stellt dem Arbeitsfluid, welches in einem gasförmigen Zustand ist, wenn es in den EGR-Überhitzer 58 eintritt, eine zusätzliche Wärmeenergie bereit.
  • Der Energieumwandlungsabschnitt 26 umfasst eine Energieumwandlungsvorrichtung 66 und kann eine Zusatzeinheit 68 umfassen. Der Energieumwandlungsabschnitt 26 ist dazu in der Lage, eine zusätzliche Arbeit zu erzeugen oder Energie an eine weitere Vorrichtung oder ein System zu überführen. Beispielsweise kann der Energieumwandlungsabschnitt 26 eine Turbine, ein Kolben, ein Zahnkranz, eine Schraube oder ein anderer Typ einer Expandereinrichtung sein, welche sich resultierend aus expandierendem Arbeitsfluiddampf bewegt, sich beispielsweise umdreht, um zusätzliche Arbeit bereitzustellen. Die zusätzliche Arbeit kann dem Motor-Antriebsstrang zugeführt werden, um die Motorleistung zu ergänzen, und zwar entweder mechanisch oder elektrisch (beispielsweise durch Umdrehen eines Generators), oder sie kann dazu verwendet werden, um einen Generator anzutreiben und elektrische Vorrichtungen, parasitär, oder eine Speicherbatterie (nicht gezeigt) mit Energie zu versorgen. Alternativ kann der Energieumwandlungsabschnitt 26 dazu verwendet werden, um Energie von einem System an ein weiteres System zu überführen (beispielsweise zur Überführung von Wärmeenergie vom WHR System 12 an ein Fluid für ein Heizsystem). Die Zusatzeinheit 68 kann ein Teil von einem Generator sein. Wenn die Zusatzeinheit 68 ein Generator ist, kann sie einen Motorgenerator speisen, welcher ein Teil von einem Hybrid-Antriebssystem sein kann.
  • Das Steuersystem 16 kann ein Steuermodul 70 und eine Verkabelung 72 umfassen. Viele Aspekte der Offenbarung sind hinsichtlich von Wirkungsabläufen beschrieben, welche durch Elemente eines Computersystems oder einer weiteren Hardware durchzuführen sind, welches bzw. welche dazu in der Lage ist, programmierte Anweisungen auszuführen, beispielsweise ein Universal-Computer, ein Spezial-Computer, eine Workstation oder eine weitere programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung. Es wird anerkannt werden, dass bei jeder der Ausführungsformen die verschiedenen Wirkungen durch spezielle Schaltungen (beispielsweise diskrete Logikgatter, welche verbunden sind, um eine spezielle Funktion durchzuführen), durch Programmanweisungen (Software), wie beispielsweise Logik-Blöcke, Programmmodule, usw., welche durch einen oder mehrere Prozessoren (beispielsweise ein oder mehrere Mikroprozessoren, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und/oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder durch eine Kombination von beiden ausgeführt werden können. Beispielsweise können Ausführungsformen in Hardware, Software, Firmware, Middleware, Microcode oder einer jeglichen Kombination hiervon implementiert werden. Die Anweisungen können ein Programmcode oder Code-Segmente sein, welche notwendige Aufgaben durchführen, und können in einem nicht-flüchtigen, maschinenlesbaren Medium gespeichert sein, wie beispielsweise einem Speichermedium oder einem weiteren Speicher bzw. weiteren Speicher. Ein Code-Segment kann einen Ablauf, eine Funktion, ein Subprogramm, ein Programm, eine Routine, eine Subroutine, ein Modul, ein Softwarepaket, eine Klasse oder eine jegliche Kombination von Anweisungen, Datenstrukturen oder Programm-Angaben darstellen. Ein Code-Segment kann mit einem weiteren Code-Segment oder einer Hardwareschaltung gekoppelt werden, indem Information, Daten, Argumente, Parameter oder Speicherinhalte weitergeleitet und/oder empfangen werden.
  • Das nicht-flüchtige, maschinenlesbare Medium kann zusätzlich derart angenommen werden, dass es innerhalb einer jeglichen materiellen Form eines computerlesbaren Trägers ausgeführt ist, wie beispielsweise ein Festkörperspeicher, eine Magnet-Disk und eine optische Disk, umfassend einen geeigneten Satz von Computeranweisungen, wie beispielsweise Programmmodule und Daten-Strukturen, welche einen Prozessor veranlassen, die hier beschriebenen Techniken durchzuführen. Ein computerlesbares Medium kann folgendes umfassen: eine elektrische Verbindung, welche einen oder mehrere Leiter hat, einen Magnet-Disk-Speicher, Magnet-Kassetten, ein Magnet-Band oder weitere Magnet-Speichervorrichtungen, eine tragbare Computer-Diskette, einen Arbeitsspeicher (RAM), einen Festspeicher (ROM), einen löschbaren, programmierbaren Festspeicher (beispielsweise EPROM, EEPROM oder Flash-Memory) oder ein jegliches weiteres materielles Medium, welches dazu in der Lage ist, Informationen zu speichern.
  • Es sollte erwähnt werden, dass das System der vorliegenden Offenbarung hier derart dargestellt und beschrieben ist, dass es verschiedene Module und Einheiten umfasst, welche bestimmte Funktionen erfüllen. Es sollte verständlich sein, dass diese Module und Einheiten zum Zwecke der Klarstellung basierend auf ihrer Funktion lediglich schematisch dargestellt sind und nicht notwendigerweise eine spezifische Hardware oder Software darstellen. In dieser Hinsicht können diese Module, Einheiten und weitere Komponenten eine Hardware und/oder Software sein, implementiert um im Wesentlichen ihre hier erläuterten bestimmten Funktionen zu erfüllen. Die verschiedenen Funktionen der unterschiedlichen Bauteile können auf jegliche Art und Weise als Hardware und/oder Softwaremodule kombiniert oder getrennt sein, und können getrennt oder in Kombination nützlich sein. Eingabe/Ausgabe- oder I/O-Vorrichtungen oder Benutzerschnittstellen, welche Tastaturen, Anzeigevorrichtungen, Zeigevorrichtungen und dergleichen umfassen, jedoch nicht hierauf beschränkt sind, können entweder direkt oder über zwischengefügte I/O-Steuerungen mit dem System gekoppelt sein. Somit können die verschiedenen Aspekte der Offenbarung in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt sein, wobei bei allen dieser Formen angenommen wird, dass sie innerhalb des Umfangs der Offenbarung sind.
  • Das Steuersystem 16 umfasst ebenso einen ersten Niederdrucksensor 74, welcher dazu verwendet werden kann, um beim Bestimmen zu unterstützen, ob eine Unterkühlung des Arbeitsfluides im Unterkühler 28 adäquat ist, und einen zweiten Hochdrucksensor 76, welcher dazu verwendet wird, um einen hochseitigen Druck entlang des WHR-Kreislaufes 18 stromabwärts von der Zufuhrpume 54 und stromaufwärts vom pre-CAC 60 zu messen. Der zweite Drucksensor 76 ist an der in 1 gezeigten Stelle positioniert, da die Temperatur von dem Arbeitsfluid an dieser Stelle wesentlich niedriger ist als an weiteren Stellen stromabwärts der verschiedenen Wärmetauscher, welche entlang des WHR-Kreislaufes 18 positioniert sind, wobei jedoch der Druck zwischen dem Hochdrucksensor 76 und der Energieumwandlungsvorrichtung 66 ausreichend ähnlich ist, so dass der Druck als gleich angenommen werden kann. Die Anordnung des zweiten Drucksensors 76 an einem kühleren Ort ist dabei geeigneter hinsichtlich der Verkapselung und der Lebensdauer des zweiten Drucksensors 76. Das Steuersystem 16 kann ebenso einen Fluidpegel-Sensor 88 umfassen, welcher angeordnet ist, um den Pegel des flüssigen Arbeitsfluides im Unterkühler 28 und Verflüssiger 30 zu messen. Das Steuersystem 16 kann Signale vom Fluidpegel-Sensor 88 dazu verwenden, um zu bestimmen, ob ein zusätzliches flüssiges Arbeitsfluid von der Aufnahmeeinrichtung 32 an den Unterkühler 28 und Verflüssiger 30 hinzugefügt werden sollte.
  • Das Steuersystem 16 kann ebenso eine Mehrzahl von Temperatursensoren umfassen, wie beispielsweise Temperatursensoren 78, 80, 82, 84 und 86. Die Signale vom ersten Temperatursensor 78 können in Verbindung mit Signalen vom ersten Drucksensor 74 dazu verwendet werden, um bei der Bestimmung zu unterstützen, ob die Unterkühlung des Arbeitsfluides adäquat ist. Der zweite Temperatursensor 80 legt Signale an das Steuersystem 16 an, welches die Wärmemenge anzeigt, welche durch den pre-CAC 60, den Abgaswärmetauscher 62, den EGR-Kessel 56 und den Rekuperator 108 an das Arbeitsfluid überführt wurde. Die Signale vom dritten Temperatursensor 82, in Verbindung mit Signalen vom zweiten Drucksensor 76, werden dazu verwendet, um die Wärmemenge abzuschätzen, welche vom EGR-Überhitzer 58 an das Arbeitsfluid überführt wurde, welches eine Abschätzung der Überhitzung des Arbeitsfluides am Eingang der Energieumwandlungsvorrichtung 66 ist.
  • Das Steuersystem 16 kann Signale verwenden, welche einen Hinweis geben über die Temperatur von dem Arbeitsfluid von dem zweiten Temperatursensor 80 und dritten Temperatursensor 82, um die Wärme zu erhöhen oder zu verringern, welche an das Arbeitsfluid überführt wird. Der vierte Temperatursensor 84 stellt dem Steuersystem 16 Signale bereit, welche einen Hinweis über die Temperatur des EGR-Gases geben, welches aus dem EGR-Kessel 56 austritt. Das Steuersystem 16 kann die Signale vom vierten Temperatursensor 84 dazu verwenden, um die Wärmeüberführung an das Arbeitsfluid zu erhöhen oder zu verringern, um die Kühlung des EGR-Gases zu variieren. Die Signale vom fünften Temperatursensor 86 an das Steuersystem 16 geben die Temperatur des Abgases an, welches in Richtung zum Abgaswärmetauscher 62 strömt. Das Steuersystem 16 kann die Temperatursignale vom fünften Temperatursensor 86 in Verbindung mit Informationen vom zweiten Temperatursensor 80 und dritten Temperatursensor 82 dazu verwenden, um die Abgasmenge zu bestimmen, deren Strömung durch den Abgaswärmetauscher 62 benötigt wird, um das Arbeitsfluid zu erwärmen.
  • Das Steuersystem 16 umfasst ebenso einen Drehzahl- oder RPM-Sensor 110, welcher angeordnet ist, um die Drehzahl des Motors 10 zu messen und ein Signal als Reaktion auf die Drehzahl des Motors 10 an das Steuermodul 70 zu übertragen. Der Drehzahlsensor 110 ist in Verbindung mit der Zufuhrpumpe 54 gezeigt, da die Zufuhrpumpe 54 durch den Motor 10 angetrieben wird, und somit ist die Drehzahl der Zufuhrpumpe 54 proportional zur Drehzahl des Motors 10, und kann gleich der Drehzahl des Motors 10 sein.
  • Das Steuermodul 70 kann eine elektronische Steuereinheit oder ein elektronisches Steuermodul (ECM) sein, welche bzw. welches die Leistung des WHR Systems 12 überwacht, oder kann weitere Zustände des Motors 10 oder eines zugeordneten Fahrzeugs, in welchem das WHR System 12 angeordnet sein kann, überwachen. Das Steuermodul 70 kann ein einzelner Prozessor, ein verteilter Prozessor, ein elektronisches Äquivalent zu einem Prozessor oder eine jegliche Kombination der zuvor genannten Elemente sein, als auch eine Software, ein elektronischer Speicher, eine stationäre Datenbanktabelle und dergleichen. Das Steuermodul 70 kann eine digitale oder analoge Schaltung umfassen. Das Steuermodul 70 kann mittels einer Verdrahtung 72 mit bestimmten Komponenten des Motors 10 verbunden sein, obwohl eine solche Verbindung durch ein anderes Element hergestellt sein kann, einschließlich eines Drahtlos-Systems. Beispielsweise kann das Steuermodul 70 mit dem Absperrventil 34, Absperrventil 36, Absperrventil 38, Entlüftungsventil 40, Proportionalventil 42, Proportionalventil 44 und Abgas-Steuerventil 64 verbunden sein und hieran Steuersignale anlegen.
  • Das bislang beschriebene System ist ein Rankine-Zyklus-Abwärmerückgewinnungssystem oder ein organischer Rankine-Zyklus, wenn das Arbeitsfluid ein organisches, hochmolekulares Massenfluid ist, mit einem Flüssigkeit-Dampf-Phasen-Übergang, welcher niedriger ist als der Wasser-Dampf-Phasen-Übergang. Beispiele von Rankine-Zyklus-Arbeitsfluiden, organisch und anorganisch, umfassen Genetron® R-245fa von Honeywell, Therminol®, Dowterm JTM von Dow Chemical Co., Fluorinol® von American Nickeloid, Toluen, Dodekan, Isododekan, Methyl-Undekan, Neopentan, Neopentan, Oktan, Wasser/Methanol-Mischungen oder Dampf.
  • Die Position der zuvor genannten Elemente ist derart angeordnet, um die Vorteile der vorliegenden Offenbarung zu erlangen. Der Verflüssiger 30 ist entlang des WHR-Kreislaufes 18 stromaufwärts vom Unterkühler 28 und stromabwärts vom Energieumwandlungsabschnitt 26 angeordnet. Wie zuvor erwähnt, kann der Verflüssiger 30 an einer Basisplatte oder an einer allgemeinen Basis 31 positioniert oder angeordnet sein, an welcher ebenso der Unterkühler 28 angebracht sein kann. Die Zufuhrpumpe 54 ist entlang des WHR-Kreislaufes 18 stromabwärts vom Unterkühler 28 und stromaufwärts vom Ventilmodul 52 angeordnet. Der erste Drucksensor 74 und der erste Temperatursensor 78 sind entlang des WHR-Kreislaufes 18 zwischen dem Unterkühler 28 und der Zufuhrpumpe 54 angeordnet. Der Filtertrockner 56 kann entlang des WHR-Kreislaufes 18 stromabwärts von der Zufuhrpumpe 54 und stromaufwärts vom Ventilmodul 52 vom Fluidsteuerabschnitt 22 positioniert sein.
  • Der Fluidsteuerabschnitt 22 kann eine Mehrzahl von parallelen Strömungspfadabschnitten umfassen, welche entlang des WHR-Kreislaufes 18 ausgebildet sind, welche die Zufuhrpumpe 54 mit verschiedenen Elementen des WHR Systems 12 verbinden. Ein erster Strömungspfadabschnitt 90 verbindet die Stromabwärtsseite der Zufuhrpumpe 54 mit dem Unterkühler 28 und dem Verflüssiger 30. Das Absperrventil 34 ist entlang des ersten Strömungspfadabschnitts 90 stromabwärts von der Zufuhrpumpe 54 angeordnet. Der Auswerfer 50 ist stromabwärts vom Absperrventil 34 angeordnet.
  • Ein zweiter Strömungspfadabschnitt 92, welcher parallel zum ersten Strömungspfadabschnitt 90 verläuft, verbindet die Zufuhrpumpe 54 mit der Aufnahmeeinrichtung 32. Das Proportionalventil 42 ist entlang des zweiten Strömungspfadabschnitts 92 stromabwärts von der Zufuhrpumpe 54 angeordnet. Das Absperrventil 36 ist entlang des zweiten Strömungspfadabschnitts 92 zwischen dem Proportionalventil 42 und der Aufnahmeeinrichtung 32 angeordnet. Der zweite Strömungspfadabschnitt 92 ist entlang eines ersten Verbindungsabschnitts 98 und eines zweiten Verbindungsabschnitt 100 mit dem ersten Strömungspfadabschnitt 90 verbunden. Das passive Rückschlagventil 48 ist entlang des ersten Verbindungsabschnittes 98 angeordnet, welcher mit dem zweiten Strömungspfadabschnitt 92 an einer Stelle zwischen dem Proportionalventil 42 und dem Absperrventil 36 verbunden ist, und welcher mit dem ersten Strömungspfadabschnitt 90 an einer Stelle zwischen dem Absperrventil 34 und dem Auswerfer 50 verbunden ist. Das Absperrventil 38 ist entlang des zweiten Verbindungsabschnittes 100 angeordnet, welcher mit dem zweiten Strömungspfadabschnitt 92 an einer Stelle zwischen dem Absperrventil 36 und der Aufnahmeeinrichtung 32 verbunden ist, und welcher mit dem Auswerfer 50 verbunden ist, welcher entlang des ersten Strömungspfadabschnitts 90 angeordnet ist. Obwohl das Entlüftungsventil 40 kein Teil des zweiten Strömungspfadabschnittes 92 ist, ist es entlang des WHR-Kreislaufes 18 zwischen der Aufnahmeeinrichtung 32 und dem Verflüssiger 30 angeordnet. Der Zweck des Entlüftungsventils 40 besteht darin, es zu ermöglichen, dass Dampf in die Aufnahmeeinrichtung 32 herein und aus dieser heraus überführt wird, wenn das flüssige Arbeitsfluid entlang des zweiten Strömungspfadabschnitts 92 aus der Aufnahmeeinrichtung 32 heraus als auch herein überführt wird.
  • Ein dritter Strömungspfadabschnitt 94, welcher parallel zum ersten Strömungspfadabschnitt 90 und zum zweiten Strömungspfadabschnitt 92 verläuft, verbindet die Zufuhrpumpe 54 mit dem EGR-Kessel 56. Das passive Rückschlagventil 46 ist entlang des dritten Strömungspfadabschnitts 94 zwischen der Zufuhrpumpe 54 und dem EGR-Kessel 56 angeordnet. Der EGR-Kessel 56 ist mit dem pre-CAC 60 verbunden. Der zweite Drucksensor 76 ist entlang des dritten Strömungspfadabschnitts 94 zwischen dem passiven Rückschlagventil 46 und dem EGR-Kessel 56 angeordnet.
  • Ein vierter Strömungspfadabschnitt 96, welcher parallel zum ersten Strömungspfad 90, zweiten Strömungspfadabschnitt 92 und dritten Strömungspfadabschnitt 94 verläuft, verbindet die Zufuhrpumpe 54 mit dem Rekuperator 108 und dann mit dem pre-CAC 60, somit konvergierend mit einer jeglichen Strömung des Arbeitsfluides vom dritten Strömungspfadabschnitt 94. Das Proportionalventil 44 ist entlang des vierten Strömungspfadabschnitts 96 stromabwärts von der Zufuhrpumpe 54 und stromaufwärts vom Rekuperator 108 angeordnet.
  • Der EGR-Überhitzer 58 ist entlang des WHR-Kreislaufes 18 stromabwärts vom pre-CAC 60 und stromaufwärts vom Verflüssiger 30 angeordnet. Der Abgaswärmetauscher 62 ist entlang des WHR-Kreislaufes 18 zwischen dem pre-CAC 60 und dem EGR-Überhitzer 58 angeordnet. Der zweite Temperatursensor 80 ist entlang des WHR-Kreislaufes 18 zwischen dem Abgaswärmetauscher 62 und dem EGR-Überhitzer 58 angeordnet. Die Energieumwandlungsvorrichtung 66 ist entlang des WHR-Kreislaufes 18 stromabwärts vom EGR-Überhitzer 58 und stromaufwärts vom Verflüssiger 30 angeordnet. Der dritte Temperatursensor 82 ist entlang des WHR-Kreislaufes 18 zwischen dem EGR-Überhitzer 58 und der Energieumwandlungsvorrichtung 66 angeordnet.
  • Der Abgaswärmetauscher 62 ist mit einem stromaufwärts angeordneten Nachbehandlungssystem 102 verbunden, und das Abgas-Steuerventil 64 ist zwischen dem Nachbehandlungssystem 102 und dem Abgaswärmetauscher 62 angeordnet. Sowohl das Abgas-Steuerventil 64 als auch der Abgaswärmetauscher 62 sind an ihren stromabwärts angeordneten Seiten mit einer Atmosphären-Entlüftung 104 verbunden, welche ein Auspuffendrohr, Auspuffrohr, Auspuffstutzen oder dergleichen sein kann. Der fünfte Temperatursensor 86 ist entlang des Abgassystems 14, stromaufwärts vom Abgas-Steuerventil 64, angeordnet.
  • Der EGR-Überhitzer 58 und der EGR-Kessel 56 sind mit einem Abschnitt von einem EGR-Kreislauf 106 verbunden. Das EGR-Gas strömt in den EGR-Überhitzer 58 und dann stromabwärts vom EGR-Überhitzer 58 in den EGR-Kessel 56. Vom EGR-Kessel 56 strömt das EGR-Gas stromabwärts entlang der einem EGR-Kreislauf 106. Der EGR-Überhitzer 58 und der EGR-Kessel 56 dienen als Wärmetauscher für den EGR-Kreislauf 106, wodurch das EGR-Gas, welches durch den EGR-Überhitzer 58 und den EGR-Kessel 56 strömt, gekühlt wird. Der EGR-Überhitzer 58 und der EGR-Kessel 56 dienen ebenso als Wärmetauscher für den WHR-Kreislauf 18, wodurch die Temperatur des Arbeitsfluides, welches durch den EGR-Kessel 56 und durch den EGR-Überhitzer 58 strömt, erhöht wird. Der vierte Temperatursensor 84 ist entlang des EGR-Kreislaufes 106 stromabwärts vom EGR-Kessel 56 angeordnet.
  • Das WHR System 12 arbeitet wie folgt. Der Unterkühler 28 speichert flüssiges Arbeitsfluid. Ein Riemen (nicht gezeigt) des Motors 10, eine Kurbelwelle (nicht gezeigt), ein Getriebe mit einer Kupplung (nicht gezeigt) oder ein Elektromotor (nicht gezeigt) treibt die Zufuhrpumpe 54 an. Die Zufuhrpumpe 54 zieht oder entnimmt flüssiges Arbeitsfluid aus dem Unterkühler 28. Die Zufuhrpumpe 54 zwängt dann das flüssige Arbeitsfluid stromabwärts zum Ventilmodul 52. Im Ventilmodul 52 kann die Strömung des flüssigen Arbeitsfluides an einen von vier parallelen Strömungspfadabschnitten gerichtet werden, wobei es durch das Steuersystem 16 mittels der Ventile im Ventilmodul 52 gerichtet wird. Der erste Strömungspfadabschnitt 90 verbindet die Zufuhrpumpe 54 mit dem Unterkühler 28. Der zweite Strömungspfadabschnitt 92 verbindet die Zufuhrpumpe 54 mit der Aufnahmeeinrichtung 32. Der dritte Strömungspfadabschnitt 94 verbindet die Zufuhrpumpe 54 mit dem EGR-Kessel 56. Der vierte Strömungspfadabschnitt 96 verbindet die Zufuhrpumpe 54 mit dem Rekuperator 108.
  • Das flüssige Arbeitsfluid strömt entlang des ersten Strömungspfadabschnitts 90 bei ungefähr 17,5 Gallonen pro Minute (gpm) bei ungefähr 15 Pfund pro Quadratzoll Differentialbezug (psid), wenn das Steuersystem 16 einen Befehl an das Absperrventil 34 zum Öffnen überträgt. Das flüssige Arbeitsfluid strömt durch den Auswerfer 50 und dann stromabwärts an den Verflüssiger 30. Das Absperrventil 34 ist normalerweise im Verlaufe des Betriebes von dem Motor 10 geschlossen. Das Absperrventil 34 kann jedoch durch das Steuersystem 16 während des Starts und eines hohen Leerlaufzustandes des Motors 10 geöffnet werden, um die Strömung durch den EGR-Kessel 56, den Rekuperator 108 und den pre-CAC 60 zu begrenzen, falls derart gewünscht ist.
  • Das flüssige Arbeitsfluid kann entlang des zweiten Strömungspfadabschnitts 92 aus mehreren Gründen strömen. Während des normalen Betriebes des Motors 10 ist das Proportionalventil 42 wenigstens teilweise geöffnet, um zu ermöglichen, dass das flüssige Arbeitsfluid entlang des ersten Verbindungsabschnitts 98 durch das Rückschlagventil 48 strömt, welches einen Spalt- oder Öffnungsdruck von 5 psid haben kann, so dass das flüssige Arbeitsfluid an den Unterkühler 28 strömt, wodurch somit ein durchgängiger Kreislauf eines strömenden flüssigen Arbeitsfluides erzeugt wird, wenn sich das Rückschlagventil 48 öffnet. Die Menge des flüssigen Arbeitsfluides, welches durch das Proportionalventil 42 strömt, wird durch die Menge des flüssigen Arbeitsfluides bestimmt, welches erforderlich ist, über den dritten Strömungspfadabschnitt 94 und vierten Strömungspfadabschnitt 96. Wenn das Absperrventil 34 und das Proportionalventil 42 gleichzeitig geöffnet werden, strömt das flüssige Arbeitsfluid durch den ersten Strömungspfadabschnitt 90 und teilweise entlang des zweiten Strömungspfadabschnitts 92, welcher dazu verwendet werden kann, um zu verhindern, dass eine Zwei-Phasen-Arbeitsfluidströmung, das heißt Flüssigkeit und Gas, den Energieumwandlungsabschnitt 26 erreicht. Wenn das Absperrventil 36 geöffnet ist, während das Proportionalventil 42 geöffnet ist, wird das Absperrventil 34 geschlossen, wird das Absperrventil 38 geschlossen, und wird das Entlüftungsventil 40 geöffnet, wobei der Spaltdruck des Rückschlagventils 48 bewirkt, dass das flüssige Arbeitsfluid stromaufwärts entlang des zweiten Strömungspfadabschnitts 92 an die Aufnahmeeinrichtung 32 strömt. Die Strömung des Fluides in die Aufnahmeeinrichtung 32 bewirkt, dass der Pegel des flüssigen Arbeitsfluides in der Aufnahmeeinrichtung 32 ansteigt. Somit kann bei diesem Ventilaufbau die Zufuhrpumpe 54 gleichzeitig mit dem Unterkühler 28 und der Aufnahmeeinrichtung 32 verbunden werden.
  • Wenn das Absperrventil 38 geöffnet ist, das Absperrventil 36 geschlossen ist, und das Entlüftungsventil 40 geöffnet ist, während das flüssige Arbeitsfluid von der Zufuhrpumpe 54 entlang des ersten Strömungspfadabschnitts 90 strömt, wird dann die Aufnahmeeinrichtung 32 entlang eines parallelen Abschnitts von dem WHR-Kreislauf 18 mit der Zufuhrpumpe 54 verbunden. Bei diesem Ventilaufbau wird das flüssige Arbeitsfluid aus der Aufnahmeeinrichtung 32 entnommen. Das flüssige Arbeitsfluid strömt durch einen Abschnitt des zweiten Strömungspfadabschnitts 92 und durch das Absperrventil 38, welches entlang des zweiten Verbindungsabschnitts 100 angeordnet ist, in den Auswerfer 50. Das flüssige Arbeitsfluid strömt dann stromabwärts vom Auswerfer 50 an den Unterkühler 28 und den Verflüssiger 30, wodurch der Pegel des flüssigen Arbeitsfluides im Unterkühler 28 oder im Verflüssiger 30 erhöht wird, welcher etwas flüssiges Arbeitsfluid enthalten kann. Die Zunahme des Pegels des flüssigen Arbeitsfluides im Unterkühler 28 erhöht die Unterkühlung, wodurch die Sättigungstemperatur des flüssigen Arbeitsfluides eingestellt wird. Das Entlüftungsventil 40 ist normalerweise während des Betriebes des Motors 10 geöffnet, wodurch ermöglicht wird, dass Dampf an den oberen Abschnitt der Aufnahmeeinrichtung 32 strömt und von dort her strömt, und an einen oberen Abschnitt des Verflüssigers 30 strömt und von dort her strömt, wodurch ermöglicht wird, dass der Pegel des flüssigen Arbeitsfluides in der Aufnahmeeinrichtung 32 ansteigt oder abfällt. Sobald der Pegel des flüssigen Arbeitsfluides im Unterkühler 28 und/oder Verflüssiger 30 auf eine gewünschte Größe angestiegen ist, werden das Absperrventil 34 und das Absperrventil 38 geschlossen, wodurch die Strömung von der Aufnahmeeinrichtung 32 durch den zweiten Verbindungsabschnitt 100 beendet wird.
  • Das flüssige Arbeitsfluid strömt entlang des dritten Strömungspfadabschnitts 94 basierend auf der Öffnung des Proportionalventils 44, welches entlang des vierten Strömungspfadabschnitts 96 angeordnet ist. Das passive Rückschlagventil 46 erzeugt einen Gegendruck entlang des stromaufwärts liegenden Abschnitts des dritten Strömungspfadabschnitts 94, welcher die Strömung des flüssigen Arbeitsfluides entlang des vierten Stromungspfadabschnitts 96 beeinflusst. Indem das Proportionalventil 44 teilweise geschlossen wird, nimmt der Gegendruck entlang des stromaufwärts liegenden Abschnitts des vierten Strömungspfadabschnitts 96 zu, bis sich das passive Rückschlagventil 46 unter dem erhöhten Gegendruck vom Proportionalventil 44 spaltet oder öffnet. Normalerweise strömen relativ geringe Mengen vom flüssigen Arbeitsfluid durch den ersten Strömungspfadabschnitt 90 und zweiten Strömungspfadabschnitt 92, so dass der meiste Anteil des flüssigen Arbeitsfluides, welches der WHR Schaltung 18 durch die Zufuhrpumpe 54 bereitgestellt wird, durch den dritten Strömungspfadabschnitt 94 und vierten Strömungspfadabschnitt 96 strömt.
  • Das Steuersystem 16 empfängt Signale vom zweiten Temperatursensor 80, welche einen Hinweis geben über die Temperatur des Arbeitsfluides vor dem Eintritt in den EGR-Überhitzer 58. Wenn die Temperatur des Arbeitsfluides für einen gewünschten Pegel einer Überhitzung durch den EGR-Überhitzer 58 unzureichend ist, kann das Steuersystem 16 ein Steuersignal an das Proportionalventil 44 übertragen, um die Strömung durch den vierten Strömungspfadabschnitt 96 zu erhöhen oder zu verringern, wodurch die Strömung durch den Rekuperator 108 erhöht oder verringert wird, und die Strömung durch den dritten Strömungspfadabschnitt 94 an den EGR-Kessel 56 verringert oder erhöht wird. Die Auswahl der Strömungspfade durch den Rekuperator 108 oder durch den EGR-Kessel 56 kann durch das Steuersystem 16 basierend auf der Wärme, welche im EGR-Kessel 56, Rekuperator 108 verfügbar ist, und/oder der Notwendigkeit zur Kühlung von EGR-Gasen, welche durch den EGR-Kessel 56 strömen, ausgewählt werden, da eine Zunahme der Strömung des Arbeitsfluides durch den EGR-Kessel 56 eine Zunahme in der Wärmeüberführung vom EGR-System 106 an das Arbeitsfluid hervorruft. Das Steuersystem 16 kann ebenso Temperatursignale vom dritten Temperatursensor 82 empfangen, welche einen Hinweis geben über die Größe der Überhitzung des Arbeitsfluides, wobei das Steuersystem 16 die Strömung des flüssigen Arbeitsfluides durch den dritten Strömungspfadabschnitt 94 und vierten Strömungspfadabschnitt 96 einstellen kann. Das Steuersystem 16 kann ebenso Temperatursignale vom vierten Temperatursensor 84 empfangen, welche einen Hinweis geben über die Temperatur des EGR-Gases. Da sich die Kühlung des EGR-Gases in der EGR-Schaltung 106 auf Emissionen des Motors 10 bezieht, kann das Steuersystem 16 die Strömung des Arbeitsfluides durch den dritten Strömungspfadabschnitt 94 erhöhen oder verringern, um die Kühlung des EGR-Gases zu erhöhen oder zu verringern, um Motoremissionen zu optimieren.
  • Die Strömung des Arbeitsfluides durch den dritten Strömungspfadabschnitt 94 und vierten Strömungspfadabschnitt 96 läuft stromaufwärts vom pre-CAC 60 zusammen. Am pre-CAC 60 wird Wärme aus der Ladeluft an das Arbeitsfluid überführt. Das Arbeitsfluid strömt vom pre-CAC 60 an den Abgaswärmetauscher 62. Das Steuersystem 16 ist dazu in der Lage, selektiv Wärme an den Abgaswärmetauscher 62 zu richten, indem Steuersignale an das Abgas-Steuerventil 64 übertragen werden, und zwar in Abhängigkeit von den Temperatursignalen, welche das Steuersystem 16 vom zweiten Temperatursensor 80 und dritten Temperatursensor 82 empfängt, und von der Temperatur von Abgasen, welche durch Signale vom fünften Temperatursensor 86 angezeigt wird. Ein jegliches Abgas, welches nicht in den Abgaswärmetauscher 62 strömt, strömt um den Abgaswärmetauscher 62 herum direkt an die Atmosphären-Entlüftung 104. Somit empfängt der Abgaswärmetauscher 62 selektiv Abgas, welches durch das Abgassystem 14 an die Atmosphären-Entlüftung 104 strömt.
  • Das Arbeitsfluid, welches aufgrund der Wärmeüberführung von den zuvor beschrieben Wärmetauschern in einem gasförmigen Zustand ist, strömt in den EGR-Überhitzer 58, in welchem dem gasförmigen Arbeitsfluid eine zusätzliche Wärmeenergie hinzugefügt wird. Das überhitzte gasförmige Arbeitsfluid strömt in die Energieumwandlungsvorrichtung 66.
  • Die Anordnung des pre-CAC 60 ist im Hinblick auf einen thermodynamischen Kreislauf vorteilhaft. Die Wärme vom pre-CAC 60 hat eine ausreichende Qualität oder Temperatur, um das flüssige Arbeitsfluid in Dampf umzuformen, was einem Phasen-Übergang des Arbeitsfluides entspricht, während eine notwendige Motorfunktion, die Kühlung des Motorkörpers und/oder des Zylinderkopfes durchgeführt werden. Die Kühlung von Abgas im Abgaswärmetauscher 62 ist eine optionale Funktion, welche zugunsten der Kühlung des EGR-Gases im EGR-Kessel 56 und der Kühlung des Motors 10 im pre-CAC 60 reduziert werden kann. Somit ist der Aufbau dieser Bauteile vorteilhaft im Hinblick auf die Bereitstellung einer priorisierten Kühlung des EGR-Gases anstelle der Ladeluft im pre-CAC 60. Dann kann notwendigerweise zusätzliche Wärme im Abgaswärmetauscher 62 und EGR-Überhitzer 58 durch das WHR System 12 hinzugefügt werden, um eine optimale Überhitzung des Arbeitsfluides zu erlangen.
  • Die Hochdruck-Energieumwandlungsvorrichtung 66 kann eine Zusatzeinheit 68 antreiben. Die Zusatzeinheit 68 kann mechanische Energie in den Antriebsstrang (nicht gezeigt) des Motors 10 einleiten oder kann elektrische Energie zur Speisung von elektrischen Vorrichtungen oder zum Speichern in einer oder in mehreren Batterien erzeugen. Wenn die Zusatzeinheit 68 ein elektrischer Generator ist, kann die Leistung einen Antriebsstrang-Motorgenerator (nicht gezeigt) mittels einer Leistungselektronik (nicht gezeigt) speisen, um beim Antrieb eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) zu unterstützen, in welchem der Motor 10 montiert ist. Wenn das überhitzte gasförmige Arbeitsfluid durch die Energieumwandlungsvorrichtung 66 strömt, nehmen der Druck und die Temperatur des gasförmigen Arbeitsfluides vor dem Einströmen in den Verflüssiger 30 signifikant ab. Die Abnahmen in der Temperatur und im Druck leiten den Verflüssigungsablauf ein, welcher sich im Verflüssiger 30 fortsetzt. Das Arbeitsfluid, welches nun in einem flüssigen Zustand ist, strömt an den Unterkühler 28, und der Ablauf beginnt dann abermals.
  • Bezugnehmend nun auf 2, sind ein Abschnitt des Motors 10 und Module, welche im Steuermodul 70 angeordnet oder positioniert sind, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Steuermodul 70 umfasst ein Energieumwandlungssystem-Ausgabe-Drehmoment-Modul 200, ein Pumpen-Drehmoment-Modul 202, ein WHR Drehmoment-Modul 204, ein Steuersystem-Modul 206 und eine Netto-Drehmoment-Ausgabe 208. Das Energieumwandlungs-Ausgabe-Drehmoment-Modul 200 empfängt Signale vom Niederdrucksensor 74, Hochdrucksensor 76 und Motor-Drehzahlsensor 110. Das Energieumwandlungs-Ausgabe-Drehmoment-Modul 200 verwendet die Eingaben vom Sensor 74, Sensor 76 und Sensor 110, um das Drehmoment zu berechnen, welches durch die Energieumwandlungsvorrichtung 66 erzeugt wird, welches dann an das WHR Drehmoment-Modul 204 übertragen wird. Das Pumpen-Drehmoment-Modul 202 empfängt Signale vom Niederdrucksensor 74, Hochdrucksensor 76 und Motor-Drehzahlsensor 110. Das Pumpen-Drehmoment-Modul 202 verwendet die Eingaben vom Sensor 74, Sensor 76 und Sensor 110, um das Drehmoment zu berechnen, welches zum Antrieb der Zufuhrpumpe 54 erforderlich ist, welches dann an das WHR Drehmoment-Modul 204 übertragen wird. Das WHR Drehmoment-Modul 204 verwendet die Informationen, welche durch das Energieumwandlung-Ausgabe-Drehmoment-Modul 200 und das Pumpen-Drehmoment-Modul 202 übertragen werden, um die Netto-Drehmoment-Ausgabe vom WHR System 12 zu berechnen. Die Netto-Drehmoment-Ausgabe vom WHR Drehmoment-Modul 204 kann einem weiteren Steuersystem-Modul 206 bereitgestellt werden, an welchem die Netto-Drehmoment-Ausgabe dazu verwendet werden kann, um die Kraftstoffeffizienz zu berechnen oder für weitere Zwecke, oder die Netto-Drehmoment-Ausgabe kann durch das Steuermodul 70 als Netto-Drehmoment-Ausgabe 208 an ein weiteres System in einem Fahrzeug, in welchem der Motor 10 angeordnet ist, wie beispielsweise ein Getriebe oder eine weitere Vorrichtung, übertragen werden.
  • Bezugnehmend nun auf 3, ist eine beispielhafte Ausführungsform von der vorliegenden Offenbarung der Module von 2 gezeigt. Das Energieumwandlung-Ausgabe-Drehmoment-Modul 200 umfasst ein Stationärzustand-Modell-Modul 220, ein Differenzial-Modul 222, ein Dynamikkompensation-Modell-Modul 224 und ein Addiermodul 226. Das Stationärzustand-Modell-Modul 220 umfasst ein empirisch erlangtes Modell, welches die Leistung des WHR Systems 12 unter variierenden Druck- und Drehzahlzuständen beschreibt. Das empirisch erlangte Stationärzustand-Modell ist in der Form von Gleichung (1). Z1 = f(Phoch, Pniedrig, Motordrehzahl) Gleichung (1)
  • In Gleichung (1) ist Phoch das Signal vom Hochdrucksensor 76, ist Pniedrig das Signal vom Niederdrucksignal 74, und ist Motordrehzahl das Signal vom Motor-Drehzahlsensor 110. Das Modell für die Energieumwandlungsvorrichtung 66 wird über einen Testzyklus akkumuliert, welcher typische Betriebszustände für den Motor 10 darstellt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Modell für die Energieumwandlungsvorrichtung ein bundesstaatlicher Testablauf (FTP), und die Anzahl von Datenpunkten für das Stationärzustand-Modell beträgt ungefähr 3000. Diese Datenpunkte können eine Vielzahl von Betriebszuständen darstellen, beispielsweise acht Betriebszustände, welche verschiedene Druckwerte des WHR Systems 12 in Verbindung mit variierenden Drehzahlen der Energieumwandlungsvorrichtung 66 umfassen. Das Stationärzustand-Modell ist dazu in der Lage, die Motordrehzahl anstelle einer Drehzahl der Energieumwandlungsvorrichtung 66 zu verwenden, da ein Verhältnis zwischen der Motordrehzahl und der Drehzahl der Energieumwandlungsvorrichtung 66 als Teil des empirischen Modells erlangt ist, und somit kann die Motordrehzahl dazu verwendet werden, um mit einer Drehzahl der Energieumwandlungsvorrichtung 66 korreliert zu werden. Das Stationärzustand-Modell-Modul 220 umfasst ein Modell, welches ebenso als ”statisches” Modell in Hinblick darauf, dass das WHR System 12 unter einem relativ festgelegten Zustand anstelle einer zeitlichen Veränderung arbeitet, beschrieben werden kann.
  • Obwohl der Anmelder anerkennt, dass das Stationärzustand-Modell-Modul 220 eine Approximation der Drehmoment-Ausgabe von der Energieumwandlungsvorrichtung 66 bereitstellt, haben aktuelle Drehmoment-Messungen der Energieumwandlungsvorrichtung 66 angezeigt, dass die aktuelle Drehmoment-Ausgabe von der Energieumwandlungsvorrichtung 66 wesentlich vom Stationärzustand- oder Stationär-Modell von dem Stationärzustand-Modell-Modul 220 schwanken kann. Solche Schwankungen können weitere Systeme wesentlich beeinflussen, welche eine Netto-Drehmoment-Ausgabe verwenden, welche unter Verwendung eines solchen Drehmoments berechnet ist, wie beispielsweise Schaltpunkte in einem Getriebe, Kraftstoffeffizienz-Berechnungen und weitere Funktionen. Obwohl der Anmelder anerkennt, dass ein Drehmoment-Sensor der Energieumwandlungsvorrichtung 66 hinzugefügt werden kann, würde die Hinzufügung eines Drehmoment-Sensors die Kosten und Komplexität erhöhen, wobei beides hiervon unerwünscht ist. Anstelle der Hinzufügung eines zusätzlichen Sensors hat der Anmelder anhand umfangreicher Experimente und Modellierung bestimmt, dass die Eingaben vom Niederdrucksensor 74, Hochdrucksensor 76 und Motor-Drehzahlsensor 110 verwendet werden können, um eine dynamische Analyse von der Drehmoment-Ausgabe von der Energieumwandlungsvorrichtung 66 bereitzustellen, welche, sobald mit dem Stationärzustand-Drehmoment kombiniert, eine verbesserte Drehmoment-Berechnung erzielt, welche sehr gut mit der Ausgabe von einem Drehmoment-Sensor übereinstimmt, wodurch somit ein virtueller Drehmoment-Sensor für die Energieumwandlungsvorrichtung 66 bereitgestellt wird.
  • Um eine verbesserte Drehmoment-Ausgabe der Energieumwandlungsvorrichtung 66 bereitzustellen, empfängt das Energieumwandlungssystem-Ausgabe-Drehmoment-Modul 200 Eingaben vom Niederdrucksensor 74, Hochdrucksensor 76 und Motor-Drehzahlsensor 110, und leitet diese Eingaben an das Differenzial-Modul 222 weiter. Im Differenzial-Modul 222 wird jede Eingabe zeitlich differenziert, und das resultierende zeitvariierende Differenzial wird an das dynamische Kompensations-Modell-Modul 224 übertragen. Das dynamische Kompensations-Modell-Modul 224 umfasst ein Modell, welches aus empirischen Daten erzeugt ist, welche im Verlaufe eines Motor-Qualifikationstests, wie beispielsweise ein FTP Zyklustest, erlangt sind, welcher ein topographisches Modell basierend auf begrenzten Datenpunkten bereitstellt, welche dazu verwendet werden können, um Datenpunkte wie benötigt im Verlaufe eines Betriebes des WHR Systems 12 zu extrapolieren oder zu interpolieren, wodurch der Ausgabe-Drehmoment-Berechnung des WHR Systems 12 eine dynamische Komponente bereitgestellt wird. Obwohl das Modell in der Form von Gleichung (2) ist, ist das Modell ein vierdimensionales Modell, bei welchem die Gleichung eine Funktion der Zeitableitungen von den Eingaben vom Hochdrucksensor 76, Niederdrucksignal 74 und Motor-Drehzahlsensor 110 ist.
  • Figure DE102014110288A1_0002
  • Sobald das Modell im Modul 224 eingerichtet ist, und zwar unter Verwendung der Differenzialeingaben vom Differenzial-Modul 222, der dynamischen Komponente des Drehmoments von der Energieumwandlungsvorrichtung 66, wird dieser Drehmomentwert an das Addiermodul 226 übertragen.
  • Im Addiermodul 226 werden die statische Drehmoment-Komponente vom Stationärzustand-Modell-Modul 220 und die dynamische Drehmoment-Komponente vom dynamischen Kompensations-Modell-Modul 224 addiert, wodurch die Netto-Drehmoment-Ausgabe von der Energieumwandlungsvorrichtung 66, Turbinen-Drehmoment (Nm), bereitgestellt wird. Wie zuvor erwähnt, da diese Drehmoment-Berechnung basierend auf dem Druck in dem WHR-Kreislauf 18 und der Motordrehzahl 10 erzeugt ist, bildet das Energieumwandlungssystem-Ausgabe-Drehmoment-Modul 200 somit einen virtuellen Drehmoment-Sensor für die Energieumwandlungsvorrichtung 66. Die Netto-Drehmoment-Ausgabe von der Energieumwandlungsvorrichtung 66 wird an das WHR Drehmoment-Modell 204 übertragen, um eine Netto-Drehmoment-Ausgabe vom WHR System 12 zu bestimmen.
  • Das Pumpen-Drehmoment-Modul 202 umfasst ein Druck-Addiermodul 250, ein Pumpenströmungs-Modul 252, ein Pumpeneffizienz-Modul 254, ein Pumpenleistungs-Modul 256 und ein Pumpen-Drehmoment-Modul 258. Das Druck-Addiermodul 250 subtrahiert die Eingabe des Niederdrucksensors 74 von der Eingabe des Hochdrucksensors 76, um einen Druckabfall oder Differenzdruck über den Expander 66 zu erlangen. Der Druckabfall über den Expander 66 wird an das Pumpenströmungs-Modul 252 und an das Pumpenleistungs-Modul 256 übertragen. Das Pumpenströmungs-Modul 252 verwendet den Druckabfall über den Expander 66 und das Motor-Drehzahlsignal vom Motor-Drehzahlsensor 110, um eine Strömung des Arbeitsfluides durch die Zufuhrpumpe 54 zu berechnen, welche dann an das Pumpenleistungs-Modul 256 übertragen wird. Das Pumpeneffizienz-Modul 254 empfängt ebenso das Motor-Drehzahlsignal vom Motor-Drehzahlsensor 110, und verwendet das Motor-Drehzahlsignal um eine Effizienz der Zufuhrpumpe 54 zu berechnen, welche an das Pumpenleistungs-Modul 256 übertragen wird. Das Pumpenleistungs-Modul 256 verwendet den Druckabfall über den Expander 66, die berechnete Pumpenströmung vom Pumpenströmungs-Modul 252 und die Pumpeneffizienz vom Pumpeneffizienz-Modul 254, um eine Pumpenleistung zu berechnen, welche dann an das Pumpen-Drehmoment-Modul 258 übertragen wird. Das Pumpen-Drehmoment-Modul 258 verwendet die vom Pumpenleistungs-Modul 256 berechnete Pumpenleistung und das Motor-Drehzahlsignal vom Motor-Drehzahlsensor 110, um ein Pumpen-Drehmoment zu berechnen, welches erforderlich ist, um die Zufuhrpumpe 54 zu betreiben, wodurch ein virtueller Drehmoment-Sensor für die Zufuhrpumpe 54 ausgebildet wird.
  • Um die Pumpeneffizienz, die Pumpenströmung, die Pumpenleistung und das Pumpen-Drehmoment zu berechnen, werden mehrere Gleichungen verwendet. Die Pumpen-Drehzahl wird vom Motor-Drehzahlsensor 110 hergeleitet, und kann in einer beispielhaften Ausführungsform identisch sein mit der Drehzahl des Motors 10. In einer beispielhaften Ausführungsform kann Gleichung (3) dazu verwendet werden, um die Effizienz PEff der Zufuhrpumpe 54 zu berechnen. Gleichung (4) kann dazu verwendet werden, um die Pumpenströmung in Gallonen pro Minute zu berechnen. Gleichung (5) kann dazu verwendet werden, um die Pumpenleistung zu berechnen. Gleichung (6) kann dazu verwendet werden, um das Pumpen-Drehmoment zu berechnen.
  • Figure DE102014110288A1_0003
  • Figure DE102014110288A1_0004
  • In Gleichung (2) ist Phoch das Signal vom Hochdrucksensor 76, und Pniedrig ist das Signal vom Niederdrucksignal 74, welche dazu verwendet werden, um einen Druckanstieg oder eine Druckdifferenz über den Expander 66 in PSI zu berechnen.
  • Figure DE102014110288A1_0005
  • Das WHR Drehmoment-Modul 204 subtrahiert das Pumpen-Drehmoment von der Netto-Drehmoment-Ausgabe von der Energieumwandlungsvorrichtung 66, um das Netto-Ausgabe-Drehmoment des WHR Systems 12 zu berechnen, wie in Gleichung (7) gezeigt, welches dann entweder an ein weiteres Modul 206 im Steuermodul 70 angelegt wird, oder als eine Netto-Drehmoment-Ausgabe 208 von dem Steuermodul 70 an ein weiteres System in einem Fahrzeug angelegt wird, in welchem der Motor 10 angeordnet ist. NettoDrehmoment (Nm) = UmdrehungDrehmoment (Nm) – PumpenDrehmoment (Nm) Gleichung (7)
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein computerbasiertes Verfahren zum Bestimmen von einem Netto-Ausgabe-Drehmoment von einem Abwärmerückgewinnungssystem von einem Verbrennungsmotorsystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen zeigt. Der Ablauf 400 kann durch eine oder mehrere Motor-Steuerungen des Verbrennungsmotors gesteuert werden oder kann durch eine oder mehrere Motor-Steuerungen verwendet werden, um verschiedene Prozesse zu steuern, wie beispielsweise Schaltvorgänge von einem Getriebe, welches mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, und/oder um eine Information bereitzustellen, wie beispielsweise eine Kraftstoffeffizienz des Motors und Steuerabläufe in Bezug auf die Information oder welche die Information verwenden. Bei 401 wird ein Hochdruckwert eines ersten Druckes entsprechend dem Fluiddruck auf einer Hochdruckseite von einer eines Fluidkreislaufes von einem Abwärmerückgewinnungssystem von einem Verbrennungsmotor empfangen. Der Hochdrucksensor kann stromaufwärts der Energieumwandlungsvorrichtung angeordnet sein, um somit einen Hochdruck des flüssigen Arbeitsfluides stromaufwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung zu messen. Bei 402 wird ein Niederdruckwert von einem zweiten Drucksensor entsprechend einem Fluiddruck an einer Niederdruckseite von eines Fluidkreislaufes des Abwärmerückgewinnungssystems empfangen. Der Niederdrucksensor kann stromabwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung angeordnet sein, um somit einen Niederdruck des flüssigen Arbeitsfluides stromabwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung zu messen.
  • Bei 403 wird ein Motor-Drehzahlwert von einer Motor-Drehzahlanzeige, wie beispielsweise ein Tachometer, empfangen. Der Motor-Drehzahlwert stellt eine Drehzahl des Verbrennungsmotors bereit. Bei 404 wird ein Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment von einem Pumpenbauteil von dem Abwärmerückgewinnungssystem basierend auf dem Hochdruckwert, dem Niederdruckwert und dem Motor-Drehzahlwert gemäß beispielhafter Ausführungsformen bestimmt. Bei 405 wird ein Pumpen-Ausgabe-Drehmoment von einer Energieumwandlungsvorrichtung von dem Abwärmerückgewinnungssystem basierend auf dem Hochdruckwert, dem Niederdruckwert und dem Motor-Drehzahlwert gemäß beispielhafter Ausführungsformen bestimmt. Das Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem wird bei 406 basierend auf einer Differenz zwischen dem Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment und dem Pumpen-Ausgabe-Drehmoment berechnet.
  • Zum Zwecke dieser Offenbarung ist mit dem Wortlaut ”gekoppelt” die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen miteinander gemeint. Eine solche Verbindung kann in der Praxis stationär oder bewegbar sein. Eine solche Verbindung kann durch die zwei Elemente oder durch die zwei Elemente und jegliche zusätzliche zwischengeordnete Elemente erzielt werden, welche als ein einzelner einheitlicher Körper einstückig miteinander ausgebildet sind, oder indem die zwei Elemente oder die zwei Elemente und jegliche zusätzliche zwischengeordnete Elemente aneinander angebracht sind. Eine solche Verbindung kann in der Praxis permanent sein oder kann in der Praxis entfernbar oder lösbar sein.
  • Ein jeglicher hier beschriebener Sensor kann einen virtuellen Sensor umfassen, welcher Werte aus einem Wert eines nicht-flüchtigen Speichers abruft, diesen von einer Datenverbindung, von einer elektronischen Eingabe und/oder von einem Hardware-Sensor, welcher den Wert oder eine dem Wert analoge Entsprechung direkt mißt, empfängt.
  • Es sollte erwähnt werden, dass sich die Ausrichtung von verschiedenen Elementen gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen unterscheiden kann, und dass beabsichtigt ist, dass solche Variationen durch die vorliegende Offenbarung umfasst sind. Es wird anerkannt, dass Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen in weiteren offenbarten Ausführungsformen einbezogen werden können.
  • Es ist wichtig zu erwähnen, dass die Aufbauten und Anordnungen von Einrichtungen oder deren Bauteilen, wie in den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen gezeigt, lediglich darstellhaft sind. Obwohl in dieser Offenbarung lediglich einige Ausführungsformen detailliert beschrieben worden sind, wird der Fachmann beim Studium dieser Offenbarung leicht anerkennen, dass viele Modifikationen möglich sind (beispielsweise Veränderungen in Größen, Ausmaßen, Aufbauten, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Einrichtungsanordnungen, der Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen, usw.), ohne wesentlich von der neuen Lehre und den Vorteilen von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, welche als einstückig ausgebildet gezeigt sind, aus mehreren Teilen oder aus Elementen zusammengebaut sein, kann die Position von Elementen umgekehrt sein oder andersartig verändert sein, und kann die Art oder Anzahl von diskreten Elementen oder Positionen geändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Sequenz von einem jeglichen Ablauf oder von Verfahrensschritten kann gemäß alternativer Ausführungsformen variiert oder einer neuen Reihenfolge unterzogen werden. Weitere Substitutionen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls in dem Entwurf, in Betriebsbedingungen und in der Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Obwohl hier verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben und dargestellt sind, wird der Fachmann leicht eine Vielfalt von weiteren Mechanismen und/oder Strukturen ins Auge fassen, um die Funktion durchzuführen und/oder um die Ergebnisse zu erlangen und/oder um einen oder mehrere der hier beschriebenen Vorteile zu erlangen, und es ist beabsichtigt, dass jede solcher Variationen und/oder Modifikationen innerhalb des Umfangs der erfindungsgemäßen Ausführungsformen, wie hier beschrieben, umfasst ist. Genauer gesagt, wird der Fachmann leicht anerkennen, dass, sofern nicht anders angegeben, jegliche Parameter, Ausmaße, Materialien und Aufbauten, wie hier beschrieben, als beispielhaft gemeint sind, und dass die aktuellen Parameter, Ausmaße, Materialien und/oder Aufbauten von der spezifischen Anwendung oder von Anwendungen, bei welchen die erfindungsgemäße Lehre angewendet wird, abhängen werden. Der Fachmann wird anerkennen oder dazu in der Lage sein, sicherzustellen, unter Gebrauch von einer lediglich routinegemäßer Handlung, zu vielen Äquivalenten der hier beschriebenen spezifischen erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu gelangen. Es ist daher zu verstehen, dass die zuvor genannten Ausführungsformen lediglich mittels Beispiel dargelegt sind, und dass, innerhalb des Umfangs der anliegenden Ansprüche und deren Äquivalente, erfindungsgemäße Ausführungsformen andersartig in die Praxis umgesetzt werden können als spezifisch beschrieben und beansprucht. Erfindungsgemäße Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung sind auf jedes individuelle Merkmal, System, Artikel, Material, Satz und/oder Verfahren, wie hier beschrieben, gerichtet. Zusätzlich ist eine jegliche Kombination von zwei oder mehreren solcher Merkmale, Systeme, Artikel, Materialien, Sätze und/oder Verfahren, vorausgesetzt, dass solche Merkmale, Systeme, Artikel, Materialien, Sätze und/oder Verfahren nicht gegenseitig inkonsistent sind, innerhalb des erfindungsgemäßen Umfangs der vorliegenden Offenbarung umfasst ist.
  • Ebenso kann die hier beschriebene Technologie als ein Verfahren ausgeführt sein, von welchem wenigstens ein Beispiel bereitgestellt wurde. Die als Teil des Verfahrens durchgeführten Schritte können auf jegliche geeignete Weise geordnet werden, sofern nicht andersartig speziell erwähnt. Demgemäß können Ausführungsformen aufgebaut werden, bei welchen Schritte in einer Reihenfolge durchgeführt werden, welche sich von jener wie dargestellt unterscheidet, umfassend das gleichzeitige Durchführen einiger Schritte, obwohl in darstellhaften Ausführungsformen als sequentielle Schritte gezeigt.
  • Die unbestimmten Artikel ”ein” und ”eine”, wie in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, sollten, sofern nicht das Gegenteil klar angezeigt ist, als ”wenigstens ein/eine” verstanden werden.
  • Sowohl in den Ansprüchen als auch in der zuvor aufgeführten Beschreibung sind alle übergangsweisen Wortlaute, wie beispielsweise ”umfassend”, ”enthaltend”, ”habend”, und dergleichen, als erweiterbar zu verstehen, d. h., als umfassend zu verstehen, jedoch nicht als hierauf beschränkt.
  • Die Ansprüche sollten nicht als die zuvor beschriebene Reihenfolge oder die Elemente beschränkend aufgenommen werden, sofern nicht derart dargelegt. Es sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen der Form und im Detail durch den Fachmann vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der anliegenden Ansprüche abzuweichen. Jegliche Ausführungsformen, welche innerhalb des Geistes und des Umfangs der folgenden Ansprüche und der Äquivalente hierzu fallen, sind beansprucht.

Claims (21)

  1. Computergestütztes Verfahren, welches umfasst: Empfangen von einem Hochdruckwert entsprechend einem Fluiddruck an einer Hochdruckseite von einem Fluidkreislauf von einem Abwärmerückgewinnungssystem von einem Verbrennungsmotor; Empfangen von einem Niederdruckwert entsprechend einem Fluiddruck an einer Niederdruckseite von einem Fluidkreislauf von dem Abwärmerückgewinnungssystem; Empfangen von einem Motor-Drehzahlwert; Bestimmen von einem Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment von einer Energieumwandlungsvorrichtung von dem Abwärmerückgewinnungssystem, basierend auf dem Hochdruckwert, dem Niederdruckwert und dem Motor-Drehzahlwert; Bestimmen von einem Pumpen-Ausgabe-Drehmoment von einem Pumpen-Bauteil von dem Abwärmerückgewinnungssystem, basierend auf dem Hochdruckwert, dem Niederdruckwert und dem Motor-Drehzahlwert; und Berechnen des Netto-Ausgabe-Drehmoments von dem Abwärmerückgewinnungssystem basierend auf einer Differenz zwischen dem Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment und dem Pumpen-Ausgabe-Drehmoment.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Bestimmen des Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoments von einer Energieumwandlungsvorrichtung von dem Abwärmerückgewinnungssystem als Reaktion auf eine Zeitableitung des Hochdruckwerts und des Niederdruckwerts.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein Bestimmen des Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoments von einer Energieumwandlungsvorrichtung von dem Abwärmerückgewinnungssystem als Reaktion auf ein statisches Drehmoment von der Energieumwandlungsvorrichtung in einem stationären Zustand.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Bestimmen eines Pumpen-Leistungswerts und eines Pumpen-Drehzahlwerts, und ein Bestimmen des Pumpen-Ausgabe-Drehmoments als Reaktion auf den Pumpen-Leistungswert und den Pumpen-Drehzahlwert.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Bestimmen eines Pumpen-Strömungswerts und eines Pumpen-Effizienzwerts, und wobei das Bestimmen des Pumpen-Leistungswerts ferner ein Bestimmen des Pumpen-Leistungswerts als Reaktion auf den Pumpen-Strömungswert und den Pumpen-Effizienzwert umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Bestimmen eines Schaltpunktes in einem Getriebe, welches durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird, basierend auf dem Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Bestimmen einer Kraftstoffeffizienz von dem Verbrennungsmotor basierend auf dem Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem.
  8. Verbrennungsmotorsystem, umfassend: ein Abwärmerückgewinnungssystem, umfassend: einen Verflüssiger, welcher dazu ausgebildet ist, auf ein Arbeitsfluid einzuwirken, eine Zufuhrpumpe, welche mit dem Verflüssiger in Fluidverbindung steht, und welche stromabwärts von dem Verflüssiger angeordnet ist, um somit wenigstens einen Anteil des Arbeitsfluides von dem Verflüssiger aufzunehmen, einen Wärmetauscher, welcher mit der Zufuhrpumpe stromabwärts von dem Verflüssiger in Fluidverbindung steht, um somit den wenigstens einen Anteil von dem Arbeitsfluid von der Pumpe aufzunehmen, wobei der Wärmetauscher einen Abwärme-Fluidkreislauf umfasst, eine Energieumwandlungsvorrichtung, welche mit dem Wärmetauscher in Fluidverbindung steht, um somit den wenigstens einen Anteil von dem Arbeitsfluid von dem Wärmetauscher aufzunehmen, wobei die Energieumwandlungsvorrichtung mit dem Verflüssiger in Fluidverbindung steht, einen Hochdrucksensor, welcher stromaufwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, einen Hochdruckwert von dem Arbeitsfluid stromaufwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung zu bestimmen, einen Niederdrucksensor, welcher stromabwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, einen Niederdruckwert von dem Arbeitsfluid stromabwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung zu bestimmen; einen Verbrennungsmotor, welcher mit dem Abwärme-Fluidkreislauf von dem Wärmetauscher in Fluidverbindung steht; einen Motor-Drehzahlsensor, welcher dazu ausgebildet ist, einen Motor-Drehzahlwert von dem Verbrennungsmotor zu bestimmen; und einen Netto-Drehmoment-Berechner, welcher dazu ausgebildet ist, ein Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem basierend auf einer Differenz zwischen einem Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment und einem Pumpen-Ausgabe-Drehmoment zu bestimmen, wobei das bestimmte Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment und das Pumpen-Ausgabe-Drehmoment basierend auf dem Hochdruckwert, dem Niederdruckwert und dem Motor-Drehzahlwert bestimmt werden.
  9. Verbrennungsmotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 8, wobei die Energieumwandlungsvorrichtung eine Turbine, einen Kolben, einen Zahnkranz, eine Schraube und/oder eine Expandereinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, sich resultierend aus einem Dampf von dem expandierenden Arbeitsfluid zu bewegen oder zu rotieren.
  10. Verbrennungsmotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Wärmetauscher ferner einen Abgas-Rückführung-Kessel stromaufwärts des Verflüssigers umfasst.
  11. Verbrennungsmotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem ferner einen Vorladeluftkühler umfasst.
  12. Verbrennungsmotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem ferner einen Rekuperator umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, Wärme von einem ersten Anteil des Arbeitsfluides, welcher von der Energieumwandlungsvorrichtung an den Verflüssiger strömt, an einen zweiten Anteil des Arbeitsfluides, welcher von der Zufuhrpumpe an den Wärmetauscher strömt, zu überführen.
  13. Verbrennungsmotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Abwärme-Fluidkreislauf ein Abgas-Rückführungsfluid von dem Verbrennungsmotor umfasst.
  14. Verbrennungsmotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 13, ferner umfassend einen Unterkühler, welcher mit dem Verflüssiger gekoppelt ist.
  15. Verbrennungsmotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 14, ferner umfassend eine Aufnahmeeinrichtung, welche stromaufwärts des Verflüssigers und stromabwärts der Energieumwandlungsvorrichtung angeordnet ist.
  16. Verbrennungsmotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 15, ferner umfassend einen Fluidpegel-Sensor, welcher dazu ausgebildet ist, einen Pegelwert des Arbeitsfluides im Abwärmerückgewinnungssystem zu bestimmen.
  17. Abwärmerückgewinnungssystem-Netto-Ausgabe-Drehmoment-Steuersystem, umfassend: ein Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment-Modul, welches dazu ausgebildet ist, ein Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment von einer Energieumwandlungsvorrichtung von einem Abwärmerückgewinnungssystem zu bestimmen, basierend auf: einer Bestimmung von einem Hochdruckwert von einer Hochdruckseite von einem Fluidkreislauf von dem Abwärmerückgewinnungssystem, einer Bestimmung von einem Niederdruckwert von einer Niederdruckseite von dem Fluidkreislauf von dem Abwärmerückgewinnungssystem, und einer Bestimmung von einem Motor-Drehzahlwert von einem Verbrennungsmotor, welcher mit dem Abwärmerückgewinnungssystem in Fluidverbindung steht; ein Pumpen-Ausgabe-Drehmoment-Modul, welches dazu ausgebildet ist, ein Pumpen-Ausgabe-Drehmoment von einem Pumpenbauteil von dem Abwärmerückgewinnungssystem basierend auf der Bestimmung von dem Hochdruckwert, dem Niederdruckwert und dem Motor-Drehzahlwert zu bestimmen; und ein Netto-Drehmoment-Modul, welches dazu ausgebildet ist, ein Netto-Ausgabe-Drehmoment von dem Abwärmerückgewinnungssystem basierend auf einer Differenz zwischen dem Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment und dem Pumpen-Ausgabe-Drehmoment zu bestimmen.
  18. Abwärmerückgewinnungssystem-Netto-Ausgabe-Drehmoment-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 17, ferner umfassend ein Getriebe-Schaltmodul, welches dazu ausgebildet ist, einen Schaltpunkt in einem Getriebe, welches durch den Verbrennungsmotor angetrieben ist, basierend auf dem bestimmten Netto-Ausgabe-Drehmoment zu bestimmen.
  19. Abwrmerückgewinnungssystem-Netto-Ausgabe-Drehmoment-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment-Modul ferner dazu ausgebildet ist, ein Energieumwandlungsvorrichtung-Ausgabe-Drehmoment von der Energieumwandlungsvorrichtung basierend auf einem stationären Drehmoment von der Energieumwandlungsvorrichtung in einem stationären Zustand zu bestimmen.
  20. Abwärmerückgewinnungssystem-Netto-Ausgabe-Drehmoment-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Pumpen-Ausgabe-Drehmoment-Modul ferner dazu ausgebildet ist, einen Pumpen-Leistungswert und einen Pumpen-Drehzahlwert zu bestimmen, und das Pumpen-Ausgabe-Drehmoment als Reaktion auf den Pumpen-Leistungswert und den Pumpen-Drehzahlwert zu bestimmen.
  21. Abwärmerückgewinnungssystem-Netto-Ausgabe-Drehmoment-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 20, wobei das Pumpen-Ausgabe-Drehmoment-Modul ferner dazu ausgebildet ist, einen Pumpen-Strömungswert und einen Pumpen-Effizienzwert zu bestimmen, und den Pumpen-Leistungswert und den Pumpen-Drehzahlwert als Reaktion auf den Pumpen-Strömungswert und den Pumpen-Effizienzwert zu bestimmen.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9074492B2 (en) * 2012-04-30 2015-07-07 Electro-Motive Diesel, Inc. Energy recovery arrangement having multiple heat sources
JP6217426B2 (ja) * 2014-02-07 2017-10-25 いすゞ自動車株式会社 廃熱回収システム
US9803508B2 (en) 2015-08-24 2017-10-31 Saudi Arabian Oil Company Power generation from waste heat in integrated crude oil diesel hydrotreating and aromatics facilities
US9803511B2 (en) 2015-08-24 2017-10-31 Saudi Arabian Oil Company Power generation using independent dual organic rankine cycles from waste heat systems in diesel hydrotreating-hydrocracking and atmospheric distillation-naphtha hydrotreating-aromatics facilities
US9803506B2 (en) 2015-08-24 2017-10-31 Saudi Arabian Oil Company Power generation from waste heat in integrated crude oil hydrocracking and aromatics facilities
US9803513B2 (en) 2015-08-24 2017-10-31 Saudi Arabian Oil Company Power generation from waste heat in integrated aromatics, crude distillation, and naphtha block facilities
US9803507B2 (en) 2015-08-24 2017-10-31 Saudi Arabian Oil Company Power generation using independent dual organic Rankine cycles from waste heat systems in diesel hydrotreating-hydrocracking and continuous-catalytic-cracking-aromatics facilities
US9803930B2 (en) 2015-08-24 2017-10-31 Saudi Arabian Oil Company Power generation from waste heat in integrated hydrocracking and diesel hydrotreating facilities
US9803505B2 (en) * 2015-08-24 2017-10-31 Saudi Arabian Oil Company Power generation from waste heat in integrated aromatics and naphtha block facilities
DE112015007098T5 (de) * 2015-12-21 2018-08-02 Cummins Inc. Integriertes steuersystem zur motorabwärmerückgewinnung mithilfe eines organic-rankine-cycle
US10041451B2 (en) * 2016-05-23 2018-08-07 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for controlling air flow paths in an engine
US11833902B2 (en) * 2018-03-01 2023-12-05 Cummins Inc. Waste heat recovery hybrid power drive
SE543009C2 (en) 2018-06-20 2020-09-22 Scania Cv Ab An arrangement comprising a WHR system and a method for controlling such an arrangement

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3559724A (en) * 1968-11-21 1971-02-02 American Gas Ass Comfort conditioning system
JPS5823210A (ja) * 1981-08-05 1983-02-10 榛葉　陸夫 内燃機関の熱効率を向上させる方法および内燃機関
US4489563A (en) * 1982-08-06 1984-12-25 Kalina Alexander Ifaevich Generation of energy
US4693087A (en) * 1984-10-25 1987-09-15 Thermal Engine Technology, Inc. Method of generating power from a vapor
US8061139B2 (en) 2002-05-22 2011-11-22 Ormat Technologies, Inc. Integrated engine generator rankine cycle power system
US7313470B2 (en) 2004-08-19 2007-12-25 Ford Global Technologies, Llc Vehicle torque monitoring system
JP4622496B2 (ja) 2004-12-08 2011-02-02 株式会社デンソー 電気系の電源制御装置
EP1902198A2 (de) 2005-06-16 2008-03-26 UTC Power Corporation Mechanisch und thermisch an einen einen gemeinsamen verbraucher antreibenden motor gekoppelter organischer rankine-kreisprozess
JP5001928B2 (ja) 2008-10-20 2012-08-15 サンデン株式会社 内燃機関の廃熱回収システム
JP2010249130A (ja) * 2009-03-27 2010-11-04 Sanden Corp 流体機械
JP5120319B2 (ja) 2009-04-03 2013-01-16 株式会社デンソー エンジンの廃熱制御装置
US8823203B2 (en) 2009-11-12 2014-09-02 Denso Corporation Controller for engine
US9982690B2 (en) * 2012-02-28 2018-05-29 Eaton Intelligent Power Limited Digital hydraulic transformer and method for recovering energy and leveling hydraulic system loads
US9587546B2 (en) * 2013-10-02 2017-03-07 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for hybrid vehicle waste heat recovery
US9169751B2 (en) * 2013-10-02 2015-10-27 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for utilizing waste heat for a hybrid vehicle

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Publication number Publication date
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US9518497B2 (en) 2016-12-13

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