DE102015007858A1 - Waste heat recovery device and vehicle - Google Patents
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- F02G5/04—Profiting from waste heat of exhaust gases in combination with other waste heat from combustion engines
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung (1) für ein Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Abwärmenutzungsvorrichtung (1) einen Ejektorkreislauf (3) zur Kühlung einer der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Ladeluft umfasst. Erfindungsgemäß umfasst die Abwärmenutzungsvorrichtung (1) einen Rankine-Kreislauf (4) nach Art eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses, wobei ein Abgasstrang (5) und/oder ein Abgasrückführungsstrang der Verbrennungskraftmaschine zwei parallele Teilstränge (5.1, 5.2) aufweist und wobei ein Rankine-Verdampfer (6) des Rankine-Kreislaufs (4) mit einem der Teilstränge (5.1) thermisch gekoppelt ist und ein Ejektor-Verdampfer (7) des Ejektorkreislaufs (3) mit dem anderen Teilstrang (5.2) thermisch gekoppelt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Abwärmenutzungsvorrichtung (1).The invention relates to a waste heat utilization device (1) for a vehicle with an internal combustion engine, wherein the waste heat utilization device (1) comprises an ejector circuit (3) for cooling charge air supplied to the internal combustion engine. According to the invention, the waste heat utilization device (1) comprises a Rankine cycle (4) in the manner of a Rankine cycle, wherein an exhaust line (5) and / or an exhaust gas recirculation train of the internal combustion engine has two parallel sub-strands (5.1, 5.2) and wherein a Rankine Evaporator (6) of the Rankine cycle (4) with one of the sub-strands (5.1) is thermally coupled and an ejector-evaporator (7) of the ejector (3) with the other sub-strand (5.2) is thermally coupled. Furthermore, the invention relates to a vehicle with such a waste heat utilization device (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit einer Abwärmenutzungsvorrichtung.The invention relates to a waste heat utilization device according to the features of the preamble of claim 1 and a vehicle with a waste heat utilization device.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Abwärmenutzungsvorrichtung und ein Fahrzeug mit einer solchen Abwärmenutzungsvorrichtung anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved waste heat recovery device and a vehicle with such a waste heat recovery device.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Abwärmenutzungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 5.The object is achieved by a waste heat recovery device with the features of claim 1 and a vehicle having the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Eine Abwärmenutzungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Ejektorkreislauf zur Kühlung einer der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Ladeluft. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Rankine-Kreislauf nach Art eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses, wobei ein Abgasstrang und/oder ein Abgasrückführungsstrang der Verbrennungskraftmaschine zwei parallele Teilstränge aufweist und wobei ein Rankine-Verdampfer des Rankine-Kreislaufs mit einem der Teilstränge thermisch gekoppelt ist und ein Ejektor-Verdampfer des Ejektorkreislaufs mit dem anderen Teilstrang thermisch gekoppelt ist.A waste heat utilization device for a vehicle having an internal combustion engine comprises an ejector circuit for cooling a charge air supplied to the internal combustion engine. According to the invention, the device comprises a Rankine cycle in the manner of a Clausius-Rankine cycle, wherein an exhaust line and / or an exhaust gas recirculation train of the internal combustion engine has two parallel sub-strands and wherein a Rankine evaporator of the Rankine cycle is thermally coupled to one of the sub-strands and a Ejector evaporator of the ejector cycle is thermally coupled to the other sub-strand.
Durch die Erfindung wird eine vorteilhafte Kombination zweier Technologien zur Rekuperation von Energie aus Abgaswärme der Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs ermöglicht. Eine Vorrichtung zur Nutzung der Abgasenthalpie mittels Wandlung in eine andere Energieform durch einen Rankine-Kreislauf nach Art eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses ist durch die begrenzte Kapazität der Wärmesenke in ihrem Betriebsbereich, insbesondere bei Teillast der Verbrennungskraftmaschine, beschränkt. Bei Dampfkraftprozessen ist dies teilweise auch auf die thermische Stabilität des Arbeitsmediums zurückzuführen.The invention enables an advantageous combination of two technologies for recuperation of energy from exhaust heat of the internal combustion engine of the vehicle. A device for using the exhaust gas enthalpy by conversion into another form of energy through a Rankine cycle in the manner of a Rankine cycle is limited by the limited capacity of the heat sink in its operating range, in particular at partial load of the internal combustion engine. In steam power processes, this is partly due to the thermal stability of the working medium.
Wird der erlaubte Betriebsbereich verlassen, so wird bei der erfindungsgemäßen Lösung der Abgasmassenstrom über eine Bypassleitung, d. h. über den anderen Teilstrang des Abgasstrangs, am Rankine-Verdampfer des Rankine-Kreislaufs vorbeigeleitet. Damit die Abgasenthalpie dann nicht ungenutzt bleibt, ist in diesem anderen Teilstrang ein Ejektor-Verdampfer zur Erzeugung von Dampf zum Betrieb des Ejektorkreislaufs, auch als Dampfstrahlejektor bezeichnet, eingebracht. Zweckmäßigerweise weist der Ejektorkreislauf ein thermisch robustes Arbeitsmedium auf, so dass auch in hochlastigen Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine eine Nutzung der Abwärme des Abgases der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann, da sich die Wärmeaufnahme aus dem Abgasmassenstrom über einen minimalen Arbeitsmediummassenstrom durch eine beispielsweise als Pumpe ausgebildete Ejektor-Fördereinrichtung einstellen lässt und damit die Wärmesenke geschont wird. Dabei besteht, wenn die Verweildauer im heißen Ejektor-Verdampfer durch die geringen Strömungsgeschwindigkeiten gering ist, nicht die Gefahr einer thermischen Zersetzung des Arbeitsmediums. Dieser Dampfstrahlejektor, d. h. der Ejektorkreislauf, dient der Ladeluftkühlung, so dass diese Ladeluftkühlung gerade in den Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine günstig beeinflusst wird, in denen die Verbrennungskraftmaschine niedrige Ladelufttemperaturen benötigt.If the permitted operating range is left, then, in the solution according to the invention, the exhaust gas mass flow is conducted via a bypass line, i. H. over the other branch of the exhaust line, led past the Rankine evaporator of the Rankine cycle. So that the exhaust gas enthalpy then does not remain unused, an ejector-evaporator for generating steam for the operation of the ejector cycle, also referred to as Dampfstrahlejektor, introduced in this other sub-strand. Conveniently, the Ejektorkreislauf on a thermally robust working fluid, so that even in high-load operating points of the internal combustion engine can use the waste heat of the exhaust gas of the internal combustion engine, since the heat absorption from the exhaust gas mass flow over a minimum working medium mass flow set by an example designed as a pump ejector conveyor leaves and thus the heat sink is protected. There is, if the residence time in the hot ejector evaporator is low due to the low flow rates, not the risk of thermal decomposition of the working medium. This steam jet ejector, d. H. the Ejektorkreislauf, serves the charge air cooling, so that this intercooler is favorably influenced, especially in the operating points of the internal combustion engine, in which the internal combustion engine requires low charge air temperatures.
Somit wird durch die erfindungsgemäße Lösung die Abwärme des Abgases über einen breiteren Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine hinweg genutzt, wobei durch die erfindungsgemäße Lösung geringere Ladelufttemperaturen insbesondere bei hohen Lasten der Verbrennungskraftmaschine erzielt werden.Thus, the waste heat of the exhaust gas over a wider operating range of the internal combustion engine away is used by the inventive solution, which are achieved by the inventive solution lower charge air temperatures, especially at high loads of the internal combustion engine.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
In hochlastigen Fahrzuständen kann es im Fahrzeug zu einem erhöhten Bedarf an Kühlleistung zur Kühlung der Ladeluft kommen. Diese kann über die Umgebungsluft bis maximal auf Umgebungstemperatur und über das Kühlwasser eines Ladeluftkühlkreislaufs auf die entsprechende Kühlwassertemperatur abgekühlt werden.In high-load driving conditions, there may be an increased need for cooling power in the vehicle for cooling the charge air. This can be cooled by the ambient air to a maximum of ambient temperature and the cooling water of a charge air cooling circuit to the corresponding cooling water temperature.
Eine weitere Absenkung der Ladelufttemperatur unter Umgebungstemperatur wird bei der dargestellten Lösung über den Einsatz des Ejektorkreislaufs
Durch die in
Um dies zu vermeiden, umfasst die Abwärmenutzungsvorrichtung
Mittels der auf diese Weise ausgebildeten Abwärmenutzungsvorrichtung
Der Rankine-Kreislauf
Der Rankine-Verdampfer
Der Ejektorkreislauf
Der erste Ejektorteilkreislauf
Der zweite Ejektorteilkreislauf
Als Arbeitsmedium kann im Rankine-Kreislauf
Durch diese Ausbildung der Abwärmenutzungsvorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- AbwärmenutzungsvorrichtungWaste heat recovery device
- 22
- Abgasturboladerturbocharger
- 33
- Ejektorkreislaufejector
- 3.1, 3.23.1, 3.2
- EjektorteilkreislaufEjektorteilkreislauf
- 44
- Rankine-KreislaufRankine cycle
- 55
- Abgasstrangexhaust gas line
- 5.1, 5.25.1, 5.2
- Teilstrangpartial strand
- 66
- Rankine-VerdampferRankine evaporator
- 77
- Ejektor-VerdampferEjector evaporator
- 88th
- VentilValve
- 99
- Katalysatorcatalyst
- 1010
- Elektromotorelectric motor
- 1111
- Rankine-FördereinrichtungRankine conveyor
- 1212
- Expanderexpander
- 1313
- Rankine-KondensatorRankine condenser
- 1414
- Generatorgenerator
- 1515
- Ejektorejector
- 15.115.1
- TreibmediumeingangPropellant input
- 15.215.2
- Ausgangoutput
- 15.315.3
- SaugmediumeingangSaugmediumeingang
- 1616
- Ejektor-KondensatorEjector-condenser
- 1717
- Ejektor-FördereinrichtungEjector conveyor
- 1818
- Expansionsventilexpansion valve
- 1919
- NiedertemperaturverdampferLow temperature evaporator
- AEAE
- Abwärmenutzung mittels des EjektorkreislaufsWaste heat recovery by means of the ejector cycle
- ARAR
- Abwärmenutzung mittels des Rankine-KreislaufsWaste heat utilization by means of the Rankine cycle
- B1 bis 66B1 to 66
- BereichArea
- MM
- Drehmomenttorque
- nn
- Drehzahlrotation speed
- PP
- Strömungspfeilflow arrow
- pp
- Druckprint
- hH
- Enthalpieenthalpy
- RR
- AbgasströmungsrichtungExhaust gas flow direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Samir Kadunic, Florian Scherer, Roland Baar, Tobias Zegenhagen: „Ladeluftkühlung mittels Abgasenergienutzung zur Wirkungsgradsteigerung von Ottomotoren”; MTZ 01/2014, 75 [0002] Samir Kadunic, Florian Scherer, Roland Baar and Tobias Zegenhagen: "Intercooling using exhaust gas energy to increase the efficiency of gasoline engines"; MTZ 01/2014, 75 [0002]
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015007858.5A DE102015007858A1 (en) | 2015-06-18 | 2015-06-18 | Waste heat recovery device and vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102015007858.5A DE102015007858A1 (en) | 2015-06-18 | 2015-06-18 | Waste heat recovery device and vehicle |
Publications (1)
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DE102015007858A1 true DE102015007858A1 (en) | 2016-01-21 |
Family
ID=55021839
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DE102015007858.5A Withdrawn DE102015007858A1 (en) | 2015-06-18 | 2015-06-18 | Waste heat recovery device and vehicle |
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Country | Link |
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DE (1) | DE102015007858A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT522176B1 (en) * | 2019-07-23 | 2020-09-15 | Avl List Gmbh | METHOD OF OPERATING A COMBUSTION ENGINE |
-
2015
- 2015-06-18 DE DE102015007858.5A patent/DE102015007858A1/en not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Samir Kadunic, Florian Scherer, Roland Baar, Tobias Zegenhagen: "Ladeluftkühlung mittels Abgasenergienutzung zur Wirkungsgradsteigerung von Ottomotoren"; MTZ 01/2014, 75 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT522176B1 (en) * | 2019-07-23 | 2020-09-15 | Avl List Gmbh | METHOD OF OPERATING A COMBUSTION ENGINE |
AT522176A4 (en) * | 2019-07-23 | 2020-09-15 | Avl List Gmbh | METHOD OF OPERATING A COMBUSTION ENGINE |
CN114207258A (en) * | 2019-07-23 | 2022-03-18 | Avl李斯特有限公司 | Method for operating an internal combustion engine |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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