DE102016100296A1

DE102016100296A1 - Verfahren und System zum Steuern eines thermodynamischen Systems in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016100296A1
Application number: DE102016100296.8A
Authority: DE
Inventors: Steven Zhou
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2016-07-14
Also published as: CN105781786A; US20160201520A1; US9784141B2; CN105781786B

Abstract

Ein Fahrzeug weist ein Fahrzeugsystem mit einem Wärme führenden Fluid auf. Ein Expander, ein Kondensator, eine Pumpe und ein Verdampfer stehen in sequenzieller Strömungsverbindung in einem ein Arbeitsfluid enthaltenden thermodynamischen Kreisprozess. Der Verdampfer ist dazu konfiguriert, Wärme aus dem Wärme führenden Fluid auf das Arbeitsfluid zu übertragen. Mindestens ein Ventil neben der Pumpe wird dahingehend gesteuert, den Fluidstrom durch mindestens eine Kammer dahingehend zu steuern, bei variierender Umgebungstemperatur einen Druck des Fluids an einem Pumpeneinlass bei einem Schwellendruck über einem Sättigungsdampfdruck, der mit einer Temperatur am Kondensatorauslass in Zusammenhang steht, zu halten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf das Steuern eines thermodynamischen Systems, wie z. B. eines Rankine-Kreisprozesses, in einem Fahrzeug zur Rückgewinnung von Abwärmeenergie.
HINTERGRUND
Fahrzeuge, darunter Hybridfahrzeuge, weisen Brennkraftmaschinen auf, die Abgase mit hohen Temperaturen erzeugen. Das Fahrzeug kann des Weiteren verschiedene Systeme mit Abwärme und erforderlicher Kühlung aufweisen, z. B. das Kraftmaschinenkühlmittelsystem mit Kühlmittelfluid. Ein thermodynamischer Kreisprozess, wie z. B. ein Rankine-Kreisprozess, kann zur Abwärmerückgewinnung innerhalb des Fahrzeugs während des Betriebs unter Verwendung eines Wärmetauschers verwendet werden. Der Kreisprozess muss möglicherweise dahingehend gesteuert werden, vorbestimmte Betriebsparameter zu erfüllen, und dies kann sich bei einer Fahrzeuganwendung mit einer variablen Außenumgebung als schwierig erweisen.
KURZE DARSTELLUNG
Bei einer Ausführungsform ist ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugsystem, das ein Abwärme führendes Fluid aufweist, versehen. Ein Expander, ein Kondensator, eine Pumpe und ein Verdampfer sind in sequenzieller Strömungsverbindung in einem thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid enthält, vorgesehen. Der Verdampfer ist dazu konfiguriert, Wärme aus dem Abwärme führenden Fluid auf das Arbeitsfluid zu übertragen. Eine Kammer ist durch ein stromaufwärtiges Ventil mit einem Einlass der Pumpe verbunden und durch ein stromabwärtiges Ventil mit einem Auslass der Pumpe verbunden. Eine Steuerung ist dazu konfiguriert, das stromaufwärtige Ventil und das stromabwärtige Ventil zu steuern, so dass sich ein Druck des Arbeitsfluids am Einlass zur Pumpe bei einem Schwellendruck befindet. Der Schwellendruck ist ein Sättigungsdampfdruck des Arbeitsfluids plus ein Druckoffset. Der Sättigungsdampfdruck ist eine Funktion einer Temperatur des Arbeitsfluids an einem Auslass des Kondensators. Die Temperatur und der Sättigungsdampfdruck variieren mit der Umgebungstemperatur.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Fahrzeug mit einem Fahrzeugsystem, das ein Abwärme führendes Fluid aufweist, versehen. Ein Expander, ein Kondensator, eine Pumpe und ein Verdampfer sind in sequenzieller Strömungsverbindung in einem thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid enthält, vorgesehen. Der Verdampfer ist dazu konfiguriert, Wärme aus dem Abwärme führenden Fluid auf das Arbeitsfluid zu übertragen. Mehrere Kammern sind in paralleler Strömungsverbindung angeordnet und zwischen dem Kondensator und der Pumpe positioniert. Mindestens ein Ventil steht in Strömungsverbindung mit den mehreren Kammern und ist dazu konfiguriert, den Strom des Arbeitsfluids zwischen den mehreren Kammern selektiv zu steuern. Eine Steuerung ist dazu konfiguriert, das mindestens eine Ventil dahingehend zu steuern, ein Volumen des Kreisprozesses zu variieren, so dass sich ein Druck des Arbeitsfluids an einem Einlass zur Pumpe bei einem Schwellendruck befindet. Der Schwellendruck ist ein Sättigungsdampfdruck des Arbeitsfluids plus ein Druckoffset. Der Sättigungsdampfdruck ist eine Funktion einer Temperatur des Arbeitsfluids an einem Auslass des Kondensators. Die Temperatur und der Sättigungsdampfdruck variieren mit der Umgebungstemperatur.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern einer Pumpe, eines Verdampfers, eines Expanders und eines Kondensators in einem Regelkreis in einem Fahrzeug zur Rückgewinnung von Abwärmeenergie unter Verwendung eines Mischphasenarbeitsfluids bereitgestellt. Mindestens ein Ventil neben der Pumpe wird dahingehend gesteuert, bei variierender Umgebungstemperatur einen Druck des Fluids an einem Pumpeneinlass bei einem Schwellendruck über einem Sättigungsdampfdruck, der mit einer Temperatur am Kondensatorauslass in Zusammenhang steht, zu halten.
Verschiedene Beispiele der vorliegenden Offenbarung bieten nicht einschränkende Vorteile. Beispielsweise kann ein thermodynamischer Kreisprozess in einem Fahrzeug dazu verwendet werden, Abwärme und Energie rückzugewinnen und den Fahrzeugwirkungsgrad zu erhöhen. Der thermodynamische Kreisprozess kann ein Rankine-Kreisprozess sein. Das Fahrzeug wird bei variierenden Umgebungsbedingungen betrieben, und diese Umgebungsbedingungen, z. B. Umgebungs- oder Umwelttemperatur, können sich über einen breiten Temperaturbereich hinweg rapide ändern. Die Betriebsbedingungen des thermodynamischen Kreisprozesses müssen möglicherweise bei Änderung der Umgebungsbedingungen zur Aufrechterhaltung eines effizienten Betriebs des Kreisprozesses modifiziert werden. Beispielsweise ist die Temperatur des Arbeitsfluids am Auslass des Kondensators eine Temperatur über der Umgebungstemperatur, und der Druck des Arbeitsfluids am Kondensatorauslass (Pumpeneinlass) liegt bei einem Druckoffset über dem Sättigungsdampfdruck, der mit der Temperatur am Kondensatorauslass im Zusammenhang steht. In einem Beispiel weist der Kreisprozess eine Druckkammer oder einen Druckbehälter auf, die bzw. der parallel zur Pumpe positioniert und mit dem Pumpeneinlass und dem Pumpenauslass durch jeweilige Ventile strömungsverbunden ist. Durch Steuern der Ventile kann der Druck im Kreisprozess erhöht oder verringert werden, um Änderungen bei der Umgebungstemperatur zu berücksichtigen. In einem Beispiel weist der Kreisprozess mehrere zueinander parallel und stromaufwärts der Pumpe positionierte Kammern mit einem oder mehreren Ventilen zum Steuern des Stroms des Arbeitsfluids durch jede der Kammern auf. Durch Steuern der Ventile kann das Volumen erhöht oder verringert werden, um einen verringerten bzw. erhöhten Druck des Kreisprozesses bereitzustellen und Änderungen bei der Umgebungstemperatur zu berücksichtigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine schematische Darstellung von Systemen eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform dar;
2 stellt ein vereinfachtes Druck-Enthalpie-Diagramm für den Rankine-Kreisprozess von 1 dar;
3 stellt ein vereinfachtes Druck-Enthalpie-Diagramm für den Rankine-Kreisprozess von 1 bei verschiedenen Betriebsbedingungen dar;
4 stellt eine schematische Darstellung eines vereinfachten Rankine-Kreisprozesses mit einer Drucksteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dar; und
5 stellt eine schematische Darstellung eines vereinfachten Rankine-Kreisprozesses mit einer Drucksteuerungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart, es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist. Die Beschreibung von Bestandteilen mit chemischen Begriffen bezieht sich auf die Bestandteile zum Zeitpunkt der Zugabe zu einer in der Beschreibung spezifizierten Kombination und schließt nicht notwendigerweise chemische Wechselwirkungen zwischen den Bestandteilen des Gemischs nach der Mischung aus. Ein wie in der vorliegenden Offenbarung beschriebenes Fluid kann sich auf eine Substanz in verschiedenen Zuständen oder Phasen beziehen, darunter Dampfphase, Flüssigphase, Dampf/Flüssig-Mischphase, überhitzte Gase, unterkühlte Flüssigkeiten und dergleichen.
Ein Rankine-Kreisprozess kann dazu verwendet werden, Wärmeenergie in mechanische oder elektrische Leistung umzuwandeln. Es sind Anstrengungen unternommen worden, Wärmeenergie effektiver oder von mehr als einem System, das in einem Fahrzeug Abwärme abgibt, wie z. B. Kraftmaschinenkühlmittel, Kraftmaschinen- oder Getriebeöl, Abgasrückführung(AGR)-Gase, Abgase usw., aufzufangen. Die vorliegende Offenbarung sorgt für einen Rankine-Kreisprozess mit einem Verdampfer, der für Phasentrennung bei Verdampfung des Arbeitsfluids sorgt, wodurch der Wirkungsgrad des Kreisprozesses erhöht wird und eine allgemein gleichmäßige Temperaturverteilung der Flüssig- und der Dampfphase des Arbeitsfluids im Verdampfer aufrechterhalten wird.
1 stellt eine vereinfachte schematische Darstellung verschiedener Systeme innerhalb eines Fahrzeugs 10 gemäß einem Beispiel dar. Fluide in verschiedenen Fahrzeugsystemen können über Wärmeübertragung auf ein Arbeitsfluid innerhalb von Wärmetauschern eines Rankine-Kreisprozesses gekühlt werden, und das Arbeitsfluid wird wiederum in einem Kondensator des Rankine-Kreisprozesses unter Verwendung von Umgebungsluft gekühlt. Der Rankine-Kreisprozess gestattet Energierückgewinnung durch Umwandlung von Abwärme im Fahrzeug in elektrische Leistung oder mechanische Leistung, die ansonsten an die Umgebungsluft abgegeben würde.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Hybridfahrzeug mit mehreren Quellen von den Fahrzeugrädern zur Verfügung stehendem Drehmoment handeln. In anderen Beispielen handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein herkömmliches Fahrzeug mit lediglich einer Kraftmaschine, oder es handelt sich dabei um ein Elektrofahrzeug mit lediglich (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel weist das Fahrzeug eine Brennkraftmaschine (ICE – Internal Combustion Engine) 50 und eine elektrische Maschine 52 auf. Die elektrische Maschine 52 kann ein Motor oder ein Motor-Generator sein. Die Kraftmaschine 50 und die elektrische Maschine 52 sind über ein Getriebe 54 mit einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 verbunden. Das Getriebe 54 kann ein Zahnradgetriebe, ein Planetenradsystem oder ein anderes Getriebe sein. Zwischen der Kraftmaschine 50, der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 können Kupplungen 56 vorgesehen sein. Der Antriebsstrang kann verschiedenartig konfiguriert sein, darunter als ein Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 52 empfängt elektrische Leistung, um den Rädern 55 Drehmoment bereitzustellen, von einer Traktionsbatterie 58. Die elektrische Maschine 52 kann des Weiteren als ein Generator betrieben werden, um elektrische Leistung zum Laden der Batterie 58 bereitzustellen, beispielsweise während eines Bremsbetriebs.
Bei der Kraftmaschine 50 kann es sich um eine Brennkraftmaschine, wie z. B. eine Selbstzündungskraftmaschine oder Fremdzündungskraftmaschine, handeln. Die Kraftmaschine 50 weist ein Auslasssystem 60 auf, durch das Abgase aus Zylindern in der Kraftmaschine 50 in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Das Auslasssystem 60 kann einen Schalldämpfer zum Schallschutz umfassen. Das Abgassystem 60 kann des Weiteren ein Abgassystem umfassen, wie z. B. einen Katalysator, ein Partikelfilter und dergleichen.
Die Kraftmaschine 50 weist des Weiteren ein Kühlmittelsystem 62 auf. Das Kühlmittelsystem enthält ein Kraftmaschinenkühlmittelfluid, das Wasser, Glykol und/oder ein weiteres Fluid umfassen kann, zum Entfernen von Wärme aus der Kraftmaschine 50 während des Betriebs. Die Kraftmaschine 50 kann mit einem inneren oder äußeren Kühlmantel mit Kanälen zum Entfernen von Wärme aus verschiedenen Bereichen der Kraftmaschine 50 unter Verwendung des rezirkulierenden Kraftmaschinenkühlmittelfluids versehen sein. Das Kühlmittelsystem 62 kann eine Pumpe und einen Behälter (nicht gezeigt) umfassen.
Das Fahrzeug weist einen thermodynamischen Kreisprozess 70 auf. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Kreisprozess 70 um einen Rankine-Kreisprozess. In einem anderen Beispiel handelt es sich bei dem Kreisprozess 70 um einen modifizierten Rankine-Kreisprozess oder einen anderen thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid umfasst, das mehr als eine Phase während des Kreisprozessbetriebs durchläuft. Der Rankine-Kreisprozess enthält ein Arbeitsfluid. In einem Beispiel durchläuft das Arbeitsfluid einen Phasenwechsel und ist ein Mischphasenfluid im System. Bei dem Arbeitsfluid kann es sich um R-134a, R-245 oder ein anderes organisches oder anorganisches chemisches Kältemittel basierend auf den gewünschten Betriebsparametern des Kreisprozesses handeln.
Der Kreisprozess 70 weist eine Pumpe 72, einen Verdichter oder eine andere Vorrichtung, die zum Erhöhen des Drucks des Arbeitsfluids konfiguriert ist, auf. Die Pumpe 72 kann eine Zentrifugalpumpe, eine Verdrängungspumpe usw. sein. Das Arbeitsfluid strömt von der Pumpe 72 zu einem oder mehreren Wärmetauschern. Die Wärmetauscher können Vorwärmer, Verdampfer, Überhitzer und dergleichen, die zur Übertragung von Wärme auf das Arbeitsfluid konfiguriert sind, sein.
Das gezeigte Beispiel weist einen ersten Wärmetauscher 74 auf, der als ein Vorwärmer konfiguriert ist. Ein zweiter Wärmetauscher 76 ist vorgesehen und kann als ein Verdampfer konfiguriert sein. In anderen Beispielen können mehr oder weniger Wärmetauscher stromabwärts der Pumpe 72 vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Kreisprozess 70 lediglich mit einem Wärmetauscher 76 ausgestattet sein oder er kann mit drei oder mehr Wärmetauschern zum Erwärmen des Arbeitsfluids ausgestattet sein. Darüber hinaus können die Wärmetauscher stromabwärts der Pumpe 72 auf verschiedene Art und Weise bezüglich einander angeordnet oder positioniert sein, beispielsweise parallel, in Reihe wie gezeigt oder in einer Kombination aus Reihen- und Parallelstrom.
Die Wärmetauscher 74, 76 sind dazu konfiguriert, Wärme von einer außerhalb befindlichen Wärmequelle zum Erwärmen des Arbeitsfluids innerhalb des Kreisprozesses 70 zu übertragen. In dem gezeigten Beispiel ist der Wärmetauscher 74 dazu konfiguriert, Wärme vom Kraftmaschinenkühlmittelfluid im Kühlmittelkreislauf 62 auf das Arbeitsfluid im Kreisprozess 70 übertragen. Die Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels wird somit reduziert, bevor es zur Kraftmaschine 50 zurückkehrt, um Wärme daraus zu entfernen, und der Wärmetauscher 74 wirkt als eine Wärmesenke im Kühlmittelsystem 62. Die Temperatur des Arbeitsfluids des Kreisprozesses 70 wird gleichermaßen innerhalb des Wärmetauschers 74 erhöht.
In anderen Beispielen, die im Folgenden detaillierter erörtert werden, ist der Wärmetauscher 74 dazu konfiguriert, Wärme auf das Arbeitsfluid des Kreisprozesses 70 von einem anderen Fluid in einem Fahrzeugsystem, darunter unter anderem ein Kraftmaschinenschmierfluid, ein Getriebeschmierfluid und ein Batteriekühlfluid, zu übertragen. In einem weiteren Beispiel sind mehrere vorwärmende Wärmetauscher 74 vorgesehen und stehen jeweils mit einem getrennten Fahrzeugsystem in Strömungsverbindung, um Wärme daraus aufzunehmen. Eine Ventileinrichtung oder ein anderer Strömungssteuerungsmechanismus kann vorgesehen sein, um den Strom zu den mehreren Wärmetauschern zu lenken und zu steuern.
In einem weiteren Beispiel ist der Wärmetauscher 74 stromabwärts des Wärmetauschers 76 positioniert, so dass er als ein Überhitzer konfiguriert ist, und überträgt Wärme von einem Fluid aus verschiedenen Fahrzeugsystemen, darunter unter anderem Abgasrückführungs(AGR)-Strom. Der Wärmetauscher 74 stellt eine Wärmesenke für den AGR-Strom bereit und führt somit dem Arbeitsfluid im Kreisprozess 70 Abwärme zu. Die Positionierung des Wärmetauschers 74 bezüglich des Wärmetauschers 76 kann auf einer Durchschnittstemperatur oder zur Verfügung stehender Wärme in den Fluiden der Fahrzeugsysteme basieren.
Ein zweiter Wärmetauscher 76 ist auch im Kreisprozess 70 vorgesehen. Der Wärmetauscher 76 ist in einem Beispiel dazu konfiguriert, Wärme auf das Arbeitsfluid des Kreisprozesses aus Abgasen im Kraftmaschinenauslasssystem 60 zu übertragen. Das Kraftmaschinenauslasssystem 60 kann einen ersten Strömungspfad 78 durch den Wärmetauscher 76 oder damit in Kontakt aufweisen. Das Kraftmaschinenauslasssystem 60 kann des Weiteren einen zweiten Strömungspfad oder Umgehungsströmungspfad 80 zum Umleiten von Abgasstrom um den Wärmetauscher 76 herum aufweisen. Ein Ventil 82 kann zur Steuerung der Menge an Abgas, das durch den Wärmetauscher 76 strömt, vorgesehen sein, wodurch wiederum die Menge an Wärme, die auf das Arbeitsfluid übertragen wird, und die Temperatur und der Zustand des Arbeitsfluids am Ausgang des Wärmetauschers 76 oder stromaufwärts des Expanders 84 gesteuert werden können.
Mindestens einer der Wärmetauscher 74, 76 ist dazu konfiguriert, ausreichend Wärme auf das Arbeitsfluid in dem Kreisprozess 70 zu übertragen, um das Arbeitsfluid zu verdampfen, wie im Folgenden weiter erörtert wird. Der Verdampfer nimmt das Arbeitsfluid in einer Flüssigphasen- oder Flüssigdampfmischphasenlösung auf. Die Offenbarung beschreibt allgemein die Verwendung des Wärmetauschers 76 als Verdampfer unter Verwendung des Kraftmaschinenauslasses 60; jedoch können andere Fahrzeugsysteme mit dem als Verdampfer wirkenden Wärmetauscher in dem Kreisprozess 70 verwendet werden.
Der Expander 84 kann eine Turbine, wie z. B. eine Zentrifugalturbine oder eine Axialturbine, oder eine andere ähnliche Vorrichtung sein. Der Expander 84 wird durch das Arbeitsfluid gedreht, um mit Ausdehnung des Arbeitsfluids Arbeitsleistung zu erzeugen. Der Expander 84 kann mit einem Motor/Generator 86, um den Motor/Generator zur Erzeugung von elektrischer Leistung zu drehen, oder mit einem anderen mechanischen Gestänge, um der Antriebswelle und den Rädern 55 zusätzliche Leistung zuzuführen, verbunden sein. Der Expander 84 kann durch eine Welle oder ein anderes mechanisches Gestänge mit dem Generator 86 verbunden sein. Der Generator 86 ist mit der Batterie 58 verbunden, um elektrische Leistung zum Laden der Batterie 58 bereitzustellen. Ein Wechselrichter oder AC-DC-Wandler 88 kann zwischen dem Generator 84 und der Batterie 58 vorgesehen sein.
Das Arbeitsfluid tritt aus dem Expander 84 aus und strömt zu einem Wärmetauscher 90, der auch als ein Kondensator 90 in dem Kreisprozess 70 bezeichnet wird. Der Kondensator 90 kann in einem Frontbereich des Fahrzeugs 10 positioniert sein. Der Kondensator 90 ist dazu konfiguriert, mit einem Umgebungsluftstrom 92 in Kontakt zu sein, so dass Wärme von dem Arbeitsfluid auf den Umgebungsluftstrom übertragen wird, um Wärme aus dem Arbeitsfluid zu entfernen und das Arbeitsfluid zu kühlen und/oder zu kondensieren. Der Kondensator 90 kann einstufig oder mehrstufig sein, und der Strom des Arbeitsfluids kann durch die verschiedenen Stufen wie durch den Kreisprozess 70 erforderlich unter Verwendung von Werten oder anderen Mechanismen steuerbar sein.
In einigen Beispielen umfasst der Kreisprozess 70 einen Fluidakkumulator 94 oder Trockner. Der Akkumulator 94 kann als ein Fluid- oder Flüssigkeitsbehälter für das Arbeitsfluid in dem Kreisprozess 70 bereitgestellt sein. Die Pumpe 72 saugt Fluid aus dem Akkumulator 94, um den Kreisprozess 70 abzuschließen. Wie am besten aus 1 ersichtlich ist, ist der Kreisprozess 70 ein geschlossener Kreisprozess, so dass das Arbeitsfluid nicht mit anderen Fluiden im Fahrzeug oder mit Umgebungsluft gemischt wird.
Der Kreisprozess 70 kann eine Steuerung 96 umfassen, die dazu konfiguriert ist, den Kreisprozess innerhalb vorbestimmter Parameter zu betreiben, wie im Folgenden beschrieben wird. Die Steuerung 96 kann in ein Motorsteuergerät (ECU – Engine Control Unit), ein Getriebesteuergerät (TCU – Transmission Control Unit), eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC – Vehicle System Controller) oder dergleichen integriert sein oder damit in Verbindung stehen und kann des Weiteren mit verschiedenen Fahrzeugsensoren in Verbindung stehen. Das Steuersystem für das Fahrzeug 10 kann eine beliebige Anzahl von Steuerungen umfassen und kann in eine einzige Steuerung integriert sein oder verschiedene Module aufweisen. Einige oder alle der Steuerungen können durch ein CAN (Controller Area Network) oder ein anderes System verbunden sein. Die Steuerung 94 und das Fahrzeugsteuerungssystem können einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit (CPU – Central Processing Unit) umfassen, der oder die mit verschiedenen Arten von rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien in Verbindung steht. Zu rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in zum Beispiel Nurlesespeichern (ROM – Read-Only Memory), Direktzugriffsspeichern (RAM – Random-Access Memory) und Keep-Alive-Speichern (KAM – Keep Alive Memory) gehören. Der KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern von verschiedenen Betriebsvariablen, während die CPU abgeschaltet ist, verwendet werden kann. Die rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl von bekannten Speichervorrichtungen implementiert werden, wie zum Beispiel PROM (programmierbare Nurlesespeicher), EPROM (elektrische PROM), EEPROM (elektrisch löschbare PROM), Flash-Speicher oder irgendwelche anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die von der Steuerung beim Steuern des Fahrzeugs oder des Kreisprozesses 70 verwendet werden.
Das Fahrzeug kann bei einer oder mehreren Ausführungsformen des Weiteren mit einer Klimaanlage 100 ausgestattet sein. Die Klimaanlage 100 kann Teil eines HVAC-Systems (HVAC – Heating, Ventilation and Air Conditioning; Heizung, Lüftung und Klimatisierung) für das Fahrzeug sein. Das HVAC-System führt dem Fahrzeug oder dem Fahrgastraum Luft mit einer gesteuerten Temperatur zur Fahrgastraumklimasteuerung durch die Fahrzeuginsassen zu. Die Klimaanlage 100 weist einen ersten Wärmetauscher 101 oder Kondensator im Kontakt mit der Umgebungsluft 92 auf. Der Kondensator 101 kann im Frontbereich des Fahrzeugs 10 positioniert sein. Der Kondensator 101 ist zur Wärmeübertragung zwischen Umgebungsluft und einem Kältemittel oder anderem Fluid im System 100 konfiguriert.
Die Klimaanlage 100 kann des Weiteren eine Expansionsvorrichtung, ein Expansionsventil oder eine Expansionsdrossel 102 und einen Verdichter oder eine Pumpvorrichtung 104 umfassen. Das System 100 weist einen weiteren Wärmetauscher 106 im Kontakt mit dem Luftstrom 110, der in den Fahrgastraum 108 des Fahrzeugs geleitet werden soll, und dem Kältemittel im System 100 auf. Der Luftstrom 110, der zur Klimatisierung des Fahrgastraums gedacht ist, strömt über das Kältemittel im Wärmetauscher 106 und wird durch dieses gekühlt und strömt dann nach Bedarf der Fahrzeuginsassen zum Fahrgastraum 108.
Der in 2 gezeigte Rankine- oder thermodynamische Kreisprozess 70 wird in 3 in einem Druck-Enthalpie(P-h)-Diagramm für das Arbeitsfluid dargestellt. Im Diagramm ist Druck (P) auf der Y-Achse und Enthalpie (h) auf der X-Achse. Enthalpie kann Einheiten von Energie pro Einheit Masse, z. B. kJ/kg, haben.
Der Kuppelteil 120 stellt eine Trennlinie zwischen den verschiedenen Phasen des Arbeitsfluids bereit. Das Arbeitsfluid ist eine Flüssigkeit oder eine unterkühlte Flüssigkeit im Bereich 122 links vom Kuppelteil 120. Das Arbeitsfluid ist ein Dampf oder überhitzter Dampf im Bereich 126 rechts vom Kuppelteil 120. Das Arbeitsfluid ist eine Mischphase, z. B. ein Gemisch aus flüssiger und Dampfphase, im Bereich 124 unter dem Kuppelteil 120. Entlang der linken Seite des Kuppelteils 120, wo der Bereich 122 und der Bereich 124 aufeinandertreffen, ist das Arbeitsfluid eine gesättigte Flüssigkeit. Entlang der rechten Seite des Kuppelteils 120, wo der Bereich 124 und der Bereich 126 aufeinandertreffen, ist das Arbeitsfluid ein gesättigter Dampf.
Der Rankine-Kreisprozess 70 von 2 ist in dem Diagramm gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Der in Diagrammform dargestellte Kreisprozess 70 ist für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung vereinfacht und jegliche Verluste im Kreisprozess 70 oder Systemen sind nicht dargestellt, obgleich sie bei praktischen Anwendungen vorliegen können. Verluste können Pumpverluste, Rohrverluste, Druck- und Reibverluste, Wärmeverluste durch verschiedene Komponenten und andere Irreversibilitäten umfassen. Der in 3 gezeigte Betrieb des Kreisprozesses 70 ist dahingehend vereinfacht, dass konstanter Druck und adiabatische, reversible und/oder isentrope Verfahrensschritte, wie jeweils angemessen und im Folgenden beschrieben, angenommen werden; jedoch ist für einen Durchschnittsfachmann erkennbar, dass der Kreisprozess 70 bei einer realen Anwendung von diesen Annahmen abweichen kann. Bei der Darstellung im Diagramm wird der Kreisprozess zwischen einem hohen Druck P_H und einem niedrigen Druck P_L betrieben. Im Diagramm sind auch konstante Temperaturlinien, z. B. T_H und T_L, gezeigt.
Der Kreisprozess 70 beginnt bei Punkt 130, wo das Arbeitsfluid in die Pumpe 72 eintritt. Bei 130 ist das Arbeitsfluid eine Flüssigkeit und kann bei P_L auf eine Temperatur von 2–3 °C oder mehr unter der Sättigungstemperatur unterkühlt werden. Das Arbeitsfluid tritt bei Punkt 132 mit einem höheren Druck P_H und in einer Flüssigphase aus der Pumpe 72 aus. In der Darstellung des gezeigten Beispiels ist der Pumpprozess von 130–132 isentrop oder adiabatisch und reversibel.
Das Arbeitsfluid tritt bei 132 in einen oder mehrere Wärmetauscher, beispielsweise Wärmetauscher 74, 76, ein. Das Arbeitsfluid wird in den Wärmetauschern 74, 76 unter Verwendung von Abwärme von einem Fluid in einem Fahrzeugsystem erwärmt. In dem gezeigten Beispiel wird das Arbeitsfluid unter Verwendung von Kraftmaschinenkühlmittel und Abgas erwärmt. Das Arbeitsfluid tritt bei Punkt 134 aus den Wärmetauschern aus. Der Wärmprozess von 132 bis 134 wird als ein Prozess bei konstantem Druck dargestellt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, tritt der Prozess von 132 bis 134 bei P_H auf, und die Temperatur erhöht sich bei 134 auf T_H. Das Arbeitsfluid beginnt bei 132 in einer Flüssigphase und tritt aus den Wärmetauschern 74, 76 bei 134 in einer überhitzten Dampfphase aus. In dem gezeigten Beispiel tritt das Arbeitsfluid als ein Flüssig-Dampf-Mischphasenfluid in den Wärmetauscher 76 ein und verlässt den Wärmetauscher 76 in der Dampfphase.
Das Arbeitsfluid tritt bei Punkt 134 in einen Expander 84, wie z. B. eine Turbine, als ein überhitzter Dampf ein. Bei seiner Ausdehnung zur Erzeugung von Arbeitsleistung treibt das Arbeitsfluid den Expander an oder dreht diesen. Das Arbeitsfluid tritt bei Punkt 136 aus dem Expander 84 mit einem Druck P_L aus. Das Arbeitsfluid kann wie gezeigt bei 136 ein überhitzter Dampf sein. In anderen Beispielen kann das Arbeitsfluid nach dem Austreten aus dem Expander 84 ein gesättigter Dampf sein oder kann eine Mischphase und im Bereich 124 sein. In einem weiteren Beispiel befindet sich das Arbeitsfluid wenige Grad Celsius von der Sättigungsdampflinie auf der rechten Seite des Kuppelteils 120. In dem gezeigten Beispiel wird der Ausdehnungsprozess von 134 bis 136 als isentrop oder adiabatisch und reversibel dargestellt. Der Expander 84 bewirkt mit Ausdehnung des Arbeitsfluids einen Druckabfall und einen entsprechenden Temperaturabfall über die Vorrichtung hinweg.
Bei 136 tritt das Arbeitsfluid in einen oder mehrere Wärmetauscher, beispielsweise den Wärmetauscher 90, ein. Das Arbeitsfluid wird innerhalb des Wärmetauschers 90 unter Verwendung von Umgebungsluft, die durch den Frontbereich des Fahrzeugs aufgenommen wird, gekühlt. Das Arbeitsfluid tritt bei Punkt 130 aus dem Wärmetauscher aus und strömt dann zur Pumpe 72. Im Kreisprozess 70 kann auch ein Akkumulator enthalten sein. Der Wärmprozess von 136 bis 130 wird als ein Prozess mit konstantem Druck dargestellt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, tritt der Prozess von 136 bis 130 bei P_L auf. Die Temperatur des Arbeitsfluids kann innerhalb des Wärmetauschers 90 fallen. Das Arbeitsfluid beginnt bei 136 als ein überhitzter Dampf oder eine Dampf-Flüssig-Mischphase und verlässt den Wärmetauscher 90 bei 130 als eine Flüssigkeit.
In einem Beispiel ist der Kreisprozess 70 dazu konfiguriert, mit einem Druckverhältnis von P_H zu P_L von ungefähr 3 betrieben zu werden oder in einem weiteren Beispiel mit einem Druckverhältnis von ungefähr 2, 7. In anderen Beispielen kann das Druckverhältnis höher oder niedriger sein. Der Kreisprozess 70 kann dahingehend angepasst werden, in verschiedenen Außenumgebungen betrieben zu werden, wie dies durch das Fahrzeug und seine Umwelt erforderlich ist. In einem Beispiel ist der Kreisprozess 70 dazu konfiguriert, über eine Reihe von möglichen Umgebungstemperaturen hinweg betrieben zu werden. Die Umgebungstemperatur kann eine Grenze für das Ausmaß an Kühlung, das für das Arbeitsfluid in dem Wärmetauscher 90 zur Verfügung steht, bereitstellen. In einem Beispiel kann der Kreisprozess 70 zwischen einer Umgebungs- oder Umwelttemperatur von –25 °C und 40 °C betrieben werden. In anderen Beispielen kann der Kreisprozess 70 bei höheren und/oder niedrigeren Umgebungstemperaturen betrieben werden.
Die durch den Kreisprozess 70 bereitgestellte Leistung kann eine Funktion des Massendurchsatzes des Abwärme führenden Fluids, der Temperatur des Abwärme führenden Fluids, der Temperatur des Arbeitsfluids bei Punkt 134 und des Massendurchsatzes der Umgebungsluft sein. Beispielsweise ist die durch den Kreisprozess 70 bereitgestellte Leistung, wenn Abgas die einzige Abwärmequelle bereitstellt, eine Funktion des Massendurchsatzes von Abgas durch den Wärmetauscher 76, der Temperatur des Abgases, das in den Wärmetauscher 76 eintritt, der Temperatur des Arbeitsfluids bei Punkt 134 und des Massendurchsatzes der Umgebungsluft. Bei Systemen mit mehr als einer Abwärmequelle werden bei der durch den Kreisprozess 70 bereitgestellten Leistung auch die Massendurchsätze und Temperaturen jeder Quelle einbezogen. In einem Beispiel lag die aus dem Kreisprozess 70 erhaltene Leistung im Bereich von 0,5–1,5 kW, und in einem weiteren Beispiel betrug sie 1 kW für einen Kreisprozess mit Abgastemperaturen im Bereich von 500–800 °C und einem Massendurchsatz des Abgases im Bereich von 50–125 kg/h.
Der Wirkungsgrad des Kreisprozesses 70 bezüglich des Fahrzeugs kann basierend auf der durch den Generator 86 erzeugten elektrischen Leistung und einer von den Abwärmequellen, z. B. Kraftmaschinenabgas, Kraftmaschinenkühlmittel usw., zur Verfügung stehenden Wärmeübertragungsrate bestimmt werden. Die Rate an zur Verfügung stehender Wärme ist eine Funktion des Massendurchsatzes des Abwärme führenden Fluids durch den zugehörigen Kreisprozesswärmetauscher und der Temperaturdifferenz des Abwärme führenden Fluids über die Wärmetauscher hinweg. In einem Beispiel lag ein Messwert des Wirkungsgrads des Kreisprozesses durchschnittlich über 5 % bei alleiniger Verwendung von Abgaswärme, und in einem weiteren Beispiel lag ein Messwert des Wirkungsgrads des Kreisprozesses durchschnittlich über 8 % für einen Kreisprozess, bei dem lediglich Abgasabwärme verwendet wurde.
Das Aufrechterhalten des Zustands oder der Phase des Arbeitsfluids bei speziellen Betriebspunkten innerhalb des Kreisprozesses kann für den Systembetrieb und das Aufrechterhalten des Systemwirkungsgrads entscheidend sein. Beispielsweise müssen möglicherweise einer oder beide der Wärmetauscher 74, 76 zur Verwendung mit einer Flüssigphase, einem Mischphasenfluid und einem Dampfphasenfluid konstruiert werden. Das Arbeitsfluid muss möglicherweise bei Punkt 130 im Kreisprozess in einer Flüssigphase sein, um eine Luftsperre innerhalb der Pumpe 72 zu verhindern. Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, das Arbeitsfluid zwischen den Punkten 134 und 136 basierend auf der Konstruktion des Expanders 84 als einen Dampf zu halten, da eine Mischphase den Wirkungsgrad des Systems reduzieren kann oder für eine Abnutzung der Vorrichtung 84 sorgen kann. Basierend auf der Temperatur der Umgebungsluft und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die den Umgebungsluftdurchsatz steuert, können auch das Ausmaß und/oder die Rate an Kühlung, das bzw. die dem Arbeitsfluid innerhalb des Wärmetauschers 90 zur Verfügung steht, begrenzt sein. Des Weiteren können die Menge und/oder Rate an Wärme, die zur Erwärmung des Arbeitsfluids zur Verfügung steht, beim Starten des Fahrzeugs, wenn das Kraftmaschinenabgas und/oder Kraftmaschinenkühlmittel noch nicht ihre Betriebstemperaturen erreicht haben, begrenzt sein.
Der Kreisprozess 70 kann bei verschiedenen Betriebsbedingungen betrieben werden, wie in 3 gezeigt ist. 3 stellt zwei Betriebsbedingungen für den Kreisprozess 70 dar. In der Darstellung wird der Kreisprozess 150 bei oder in der Nähe einer Mindestumgebungsluftbetriebstemperatur T_L,min betrieben. In der Darstellung wird der Kreisprozess 152 bei oder in der Nähe einer Maximalumgebungsluftbetriebstemperatur TH_,max betrieben. Das Arbeitsfluid wird basierend auf den Kreisprozess in und den Betriebszuständen der verschiedenen Punkte im Kreisprozess und der durch diese Betriebszustände auferlegten Beschränkungen gewählt.
Darüber hinaus kann der Kreisprozess 70 dahingehend gesteuert werden, innerhalb eines gewünschten Temperatur- und Druckbereichs betrieben zu werden, indem der Durchsatz des Abgases oder einer anderen Abwärmequelle durch die Wärmetauscher 74, 76 modifiziert wird, wodurch die Menge an Wärme, die auf das Arbeitsfluid übertragen wird und dessen Temperatur bei Punkt 134 gesteuert werden. Der Wärmetauscher 90 kann auch durch Bereitstellen zusätzlicher Stufen oder Begrenzen der Stufen, die das Arbeitsfluid durchströmt, basierend auf der Umgebungslufttemperatur, dem Umgebungsluftdurchsatz und der Umgebungsluftfeuchtigkeit gesteuert werden, wodurch das Ausmaß an Kühlung und die Temperatur des Arbeitsfluids bei Punkt 130 gesteuert wird. Darüber hinaus kann der Durchsatz des Arbeitsfluids durch die Pumpe 72 gesteuert werden, so dass das Arbeitsfluid eine längere oder kürzere Verweilzeit in jedem Wärmetauscher 90, 74, 76 aufweist, wodurch die Menge an zu oder von dem Arbeitsfluid übertragener Wärme gesteuert wird.
4 stellt ein Beispiel eines Kreisprozesses für ein Fahrzeug dar, der zur Verwendung bei variierenden Umgebungstemperaturen konfiguriert ist. Der Kreisprozess 200 ist als ein vereinfachter Kreisprozess gezeigt und kann in einem Beispiel ein Kreisprozess 70, der oben beschrieben und in Fahrzeug 10 verwendet wird, sein. Ähnlichen oder gleichen Komponenten wie in Kreisprozess 70 werden der Einfachheit halber die gleichen Bezugszahlen gegeben.
Im Kreisprozess 200 kann das Arbeitsfluid bei Punkt 130 dahingehend gesteuert werden, bei einem Druckoffset über dem Sättigungsdruck des Arbeitsfluids gehalten zu werden, und in einem Beispiel wird es bei 3-6 psi über dem Sättigungsdruck gehalten. Wenn das Druckoffset zu hoch ist, kann der Kreisprozess 200 zu kalt sein und mehr Wärme zum Verdampfen des Arbeitsfluids einsetzen, wodurch der Gesamtwirkungsgrad reduziert wird. Wenn das Druckoffset zu niedrig ist, stellt der Kreisprozess bei Punkt 130 möglicherweise nicht das gesamte Arbeitsfluid als eine Flüssigkeit bereit, wodurch eine Dampfsperre im Kreisprozess 200 verursacht werden kann.
Die Temperatur des Arbeitsfluids bei Punkt 130 kann ein Temperaturoffset über der Umgebungstemperatur oder Umwelttemperatur sein, und in einem Beispiel ist die Temperatur des Arbeitsfluids bei Punkt 130 mindestens 10 °C höher als die Umgebungstemperatur, so dass eine ausreichende Temperaturdifferenz für den Kondensator 90 zur effektiven Wärmeabgabe vorliegt. Da die Umgebungs- oder Umwelttemperatur ständig variiert, ist es nicht möglich, die Kondensatorauslasstemperatur auf einen festgelegten Temperatureinstellwert zu steuern. Beispielsweise kann für eine Umgebungstemperatur von 20 °C ein mit R-134a gefülltes System einen gewünschten Betriebspunkt 130 von 115 psi und 30 °C aufweisen. Bei einer Änderung der Umgebungstemperatur auf 35 °C kann der gewünschte Betriebspunkt bei 130 mindestens 175 psi und 45 °C zur Umwandlung des Arbeitsfluids in eine Flüssigkeit betragen. Bei einer Umgebungstemperatur von 0 °C kann der gewünschte Betriebspunkt bei 130 etwa 64 psi und 10 °C zur Aufrechterhaltung des Wirkungsgrads des Systems betragen. Eine Linie 154 in 3 stellt eine Linie für den gewünschten Betriebspunkt 130 über einen Umgebungstemperaturbereich hinweg dar.
Mit dem Kreisprozess 200 in 4 können die Betriebsbedingungen bei Punkt 130 und für den Kreisprozess gesteuert werden, indem der Druck des Arbeitsfluids im Kreisprozess 200 gesteuert werden kann. Allgemein ist eine Arbeitsfluidkammer 202 mit einem ersten Steuerventil 204, das mit dem Einlass 206 der Pumpe 72 verbunden ist, und einem zweiten Steuerventil 208, das mit dem Auslass 210 der Pumpe 72 verbunden ist, versehen. Die Kammer 202 ist in einer Parallelstromkonfiguration mit der Pumpe 72 vorgesehen. Das erste Ventil 204 kann ein stromaufwärtiges Ventil sein, und das zweite Ventil 208 kann ein stromabwärtiges Ventil sein.
Die Kammer 202 kann ein Behälter mit einem festgelegten Volumen und festgelegten Außenwänden, z. B. ein Tank, sein. Die Ventile 204, 208 können zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position gesteuert werden. In weiteren Beispielen können die Ventile 204, 208 in einer Zwischenposition gesteuert werden, um den Strom zu regulieren oder modulieren. Die Ventile 204, 208 können mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch gesteuert werden. In einem Beispiel sind die Ventile Zweiwegeventile und werden durch einen Solenoid elektromechanisch betätigt.
In einem Beispiel kann der Druck (P2) am Pumpenauslass 210 das 2-4-Fache des Drucks (P1) am Pumpeneinlass 206 betragen, oder die Pumpe 72 weist ein Betriebsdruckverhältnis (P2/P1) über sie hinweg von 2-4 auf. Die Kammer 202 kann mit einem Arbeitsfluid auf einen Kammerdruck (P_C) zwischen P1 und P2 vorgefüllt oder gefüllt sein.
Die Ventile 204, 208 werden unter Verwendung einer Steuerung 212 gesteuert. Die Steuerung 212 kann von einer anderen Steuerung, z. B. Steuerung 96, getrennt oder in diese integriert sein. Die Steuerung 212 kann auch mit einem oder mehreren Sensoren 214 in Verbindung stehen, die zur Messung der Temperatur und/oder des Drucks des Arbeitsfluids am Pumpeneinlass 206 und/oder der Umwelttemperatur positioniert sind. Die Steuerung 213 kann des Weiteren Eingänge von anderen Sensoren des Systems 200 oder Fahrzeugs 10 empfangen.
In einem ersten Beispiel muss sich der Druck des Systems 200 bei Erhöhung der Umwelttemperatur auch erhöhen. Die Steuerung 212 empfängt ein Signal von dem Sensor 214, das den Druck am Pumpeneinlass 206 angibt, und empfängt des Weiteren ein Signal vom Sensor 214, das die Umgebungstemperatur angibt. Wenn die Steuerung 212 bestimmt, dass der Druck P1 unter einem Schwellendruck liegt, beispielsweise einem Druckoffset über dem Sättigungsdampfdruck für die zugehörige Temperatur bei 130, steuert die Steuerung 212 das erste Ventil 204 in eine geöffnete Position an und steuert das zweite Ventil 208 in eine geschlossene Position an. Das stromaufwärtige oder erste Ventil 204 wird geöffnet, um dem System 200 Arbeitsfluid von der Kammer 202 zuzuführen. Das Ventil 208 bleibt geschlossen. Das Arbeitsfluid in der Kammer weist einen höheren Druck auf als das Fluid am Pumpeneinlass 206, somit führt das Öffnen des Ventils 204 zur Erhöhung des Drucks am Pumpeneinlass und zu einem entsprechenden höheren Druck am Pumpenauslass.
In einem zweiten Beispiel muss sich der Druck des Systems 200 bei Verringerung der Umwelttemperatur auch verringern. Die Steuerung 212 empfängt ein Signal von dem Sensor 214, das den Druck am Pumpeneinlass 206 angibt, und empfängt des Weiteren ein Signal vom Sensor 214, das die Umgebungstemperatur angibt. Wenn die Steuerung 212 bestimmt, dass der Druck P1 über einem Schwellendruck liegt, beispielsweise einem Druckoffset über dem Sättigungsdampfdruck für die zugehörige Temperatur bei 130, steuert die Steuerung 212 das erste Ventil 204 in eine geschlossene Position an und steuert das zweite Ventil 208 in eine geöffnete Position an. Das stromabwärtige oder zweite Ventil 204 wird geöffnet, um der Kammer 202 Arbeitsfluid vom System 200 zuzuführen. Das Ventil 208 bleibt geschlossen. Das Arbeitsfluid in der Kammer weist einen geringeren Druck auf als das Fluid am Pumpenauslass 210, somit bewirkt das Öffnen des Ventils 208, dass Fluid in die Kammer 202 strömt und den Druck innerhalb der Kammer erhöht, während P2 am Pumpenauslass 210 verringert wird und der Druck des Systems 200 verringert wird.
Die Steuerung 212 betätigt die Ventile 204, 208 dahingehend, einen Druck des Fluids am Pumpeneinlass bei einem Schwellendruck oder Offsetdruck über einem Sättigungsdampfdruck, der mit einer Temperatur am Kondensatorauslass in Zusammenhang steht, aufrechtzuerhalten, wenn die Umgebungstemperatur variiert. In einem Beispiel beträgt der Schwellendruck 3-6 psi, und der Sättigungsdampfdruck ist ein Druck im Bereich 124, der mit einer Temperatur in Zusammenhang steht. Man beachte, dass mit Anstieg der Temperatur auch der Sättigungsdampfdruck ansteigt. Wie aus 2 ersichtlich ist, bleibt der Sättigungsdruck für eine gegebene Temperatur über den Kuppelteil 120 hinweg ein konstanter Wert. Die Steuerung 212 betreibt das System 200 derart, dass die Temperatur des Auslasses des Kondensators 90 bei Punkt 130 bei einem Offset über der Umgebungstemperatur liegt. Der Schwellendruck ist ein Sättigungsdampfdruck des Arbeitsfluids plus ein Druckoffset. Der Sättigungsdampfdruck ist eine Funktion einer Temperatur des Arbeitsfluids an einem Auslass des Kondensators oder bei Betriebspunkt 130. Die Temperatur und der Sättigungsdampfdruck variieren mit den Änderungen der Umgebungstemperatur.
5 stellt ein Beispiel eines Kreisprozesses für ein Fahrzeug, der zur Verwendung bei variierenden Umgebungstemperaturen konfiguriert ist, dar. Der Kreisprozess 250 ist als ein vereinfachter Kreisprozess gezeigt und kann in einem Beispiel ein Kreisprozess 70, der oben beschrieben und in Fahrzeug 10 verwendet wird, sein. Ähnlichen oder gleichen Komponenten wie in Kreisprozess 70 werden der Einfachheit halber die gleichen Bezugszahlen gegeben.
Im Kreisprozess 250 kann das Arbeitsfluid bei Punkt 130 dahingehend gesteuert werden, bei einem Druckoffset über dem Sättigungsdruck des Arbeitsfluids gehalten zu werden, und in einem Beispiel wird es bei 3-6 psi über dem Sättigungsdruck gehalten. Wenn das Druckoffset zu hoch ist, kann der Kreisprozess 250 zu kalt sein und mehr Wärme zum Verdampfen des Arbeitsfluids einsetzen, wodurch der Gesamtwirkungsgrad reduziert wird. Wenn das Druckoffset zu niedrig ist, stellt der Kreisprozess bei Punkt 130 möglicherweise nicht das gesamte Arbeitsfluid als eine Flüssigkeit bereit, wodurch eine Dampfsperre im Kreisprozess 250 verursacht werden kann.
Die Temperatur des Arbeitsfluids bei Punkt 130 kann ein Temperaturoffset über der Umgebungstemperatur oder Umwelttemperatur sein, und in einem Beispiel ist die Temperatur des Arbeitsfluids bei Punkt 130 mindestens 10 °C höher als die Umgebungstemperatur, so dass eine ausreichende Temperaturdifferenz für den Kondensator 90 zur effektiven Wärmeabgabe vorliegt. Da die Umgebungs- oder Umwelttemperatur ständig variiert, ist es nicht möglich, die Kondensatorauslasstemperatur auf einen festgelegten Temperatureinstellwert zu steuern. Beispielsweise kann für eine Umgebungstemperatur von 20 °C ein mit R-134a gefülltes System einen gewünschten Betriebspunkt 130 von 115 psi und 30 °C aufweisen. Bei einer Änderung der Umgebungstemperatur auf 35 °C kann der gewünschte Betriebspunkt bei 130 mindestens 175 psi und 45 °C zur Umwandlung des Arbeitsfluids in eine Flüssigkeit betragen. Bei einer Umgebungstemperatur von 0 °C kann der gewünschte Betriebspunkt bei 130 etwa 64 psi und 10 °C zur Aufrechterhaltung des Wirkungsgrads des Systems betragen. Eine Linie 154 in 3 stellt eine Linie für den gewünschten Betriebspunkt 130 über einen Umgebungstemperaturbereich hinweg dar.
Mit dem Kreisprozess 250 in 5 können die Betriebsbedingungen bei Punkt 130 und für den Kreisprozess gesteuert werden, indem das Volumen des Kreisprozesses 250 gesteuert werden kann. Durch die Steuerung des Volumens des Kreisprozesses 250 wird auch der Druck gesteuert, da ein geringeres Volumen mit einem höheren Druck in Zusammenhang steht. Allgemein sind mehrere Kammern mit zugehörigen Steuerventilen in einer Parallelstromkonfiguration angeordnet, um verschiedene Pfade durch das System 250 mit verschiedenen Volumina bereitzustellen. Die Steuerventile werden zur Steuerung des Strömungspfads des Arbeitsfluids durch eine oder mehrere der Kammern verwendet. Mit Anstieg der Umgebungs- oder Umwelttemperatur werden die Ventile dahingehend gesteuert, Arbeitsfluid durch eine Kammer mit geringerem Volumen zu leiten, um einen Kreisprozess 250 mit geringerem Volumen bereitzustellen und den Druck zu erhöhen. Mit Verringerung der Umgebungs- oder Umwelttemperatur werden die Ventile dahingehend gesteuert, das Arbeitsfluid durch eine Kammer mit höherem Volumen zu leiten, um einen Kreisprozess 250 mit höherem Volumen bereitzustellen und den Druck zu verringern.
In einem Beispiel weist das System 250 drei Kammern 252, 254 und 256, die in einer Parallelstromkonfiguration angeordnet sind, auf. Die erste Kammer 252 weist ein zugehöriges Stromsteuerventil 258 auf, das in der Darstellung stromaufwärts der Kammer 252 positioniert ist. Die Kammer 252 kann auch ein zweites Ventil 260 aufweisen, bei dem es sich um ein Stromsteuerventil oder ein Rückschlagventil handeln kann. Die zweite Kammer 254 weist ein zugehöriges Stromsteuerventil 262 auf, das in der Darstellung stromaufwärts der Kammer 254 positioniert ist. Die Kammer 254 kann auch ein zweites Ventil 264 aufweisen, bei dem es sich um ein Stromsteuerventil oder ein Rückschlagventil handeln kann. Die dritte Kammer 256 weist ein zugehöriges Stromsteuerventil 266 auf, das in der Darstellung stromaufwärts der Kammer 254 positioniert ist. Die Kammer 256 kann auch ein zweites Ventil 268 aufweisen, bei dem es sich um ein Stromsteuerventil oder ein Rückschlagventil handeln kann.
Die Volumina der Kammern 252, 254, 256 können voneinander verschieden sein, wobei die Kammer 252 das kleinste Volumen aufweist, die Kammer 256 das größte Volumen aufweist und die Kammer 254 ein mittleres Volumen zwischen dem der ersten und dem der dritten Kammer 252, 256 aufweist. In einem anderen Beispiel können die Kammern 252, 254, 256 das gleiche oder ähnliche Volumina aufweisen, wobei die Ventileinrichtung dahingehend gesteuert wird, gleichzeitig einen Strom von Arbeitsfluid durch eine Kammer oder mehrere Kammern bereitzustellen. In einem weiteren Beispiel können einige der Kammern ähnliche Volumina aufweisen, während eine weitere Kammer ein größeres oder kleineres Volumen aufweist, um verschiedene Kombinationen von Systemvolumina bereitzustellen.
Die Ventile 258, 262, 266 können als einzelne Ventile vorgesehen sein oder können in einer Ventilanordnung mit einem Einlasskanal und mehreren Auslasskanälen enthalten sein. Gleichermaßen können die Ventile 260, 264, 268 als einzelne Ventile vorgesehen sein oder können in einer Ventilanordnung mit einem Einlasskanal und mehreren Auslasskanälen enthalten sein. Ein Einlasskrümmer kann stromaufwärts der Kammern 252, 254, 256 vorgesehen sein und ein Auslasskrümmer kann stromabwärts der Kammern 252, 254, 256 vorgesehen sein.
In anderen Beispielen weist das System 250 mehr oder weniger als drei Kammern auf. Die Kammern können verschiedenartig positioniert sein, beispielsweise als separate und eigenständige Kammern, die sich entlang drei separater Achsen erstrecken, oder als konzentrische oder verschachtelte Kammern, die sich entlang einer gemeinsamen Achse erstrecken, usw. Die Ventile zu den Kammern können verschiedenartig gesteuert werden, beispielsweise für einen Strom des Arbeitsfluids durch lediglich eine Kammer zu einem Zeitpunkt oder für einen Strom des Arbeitsfluids durch zwei oder mehr Kammern zur gleichen Zeit, um das Volumen weiter zu erhöhen oder eine Steuerung des Volumens im System 250 bereitzustellen. Jede Kammer kann ein festgelegtes Volumen aufweisen, wodurch die Anzahl an beweglichen Komponenten reduziert wird, das Gewicht reduziert wird und die Komplexität im System 250 reduziert wird.
Die Ventile 258, 262, 266 können jeweils zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position gesteuert werden. In weiteren Beispielen können die Ventile 258, 262, 266 in einer Zwischenposition gesteuert werden, um den Strom zu regulieren oder modulieren. Die Ventile 258, 262, 266 können mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch gesteuert werden. In einem Beispiel sind die Ventile 258, 262, 266 Zweiwegeventile und werden durch einen Solenoid elektromechanisch betätigt. In einem weiteren Beispiel sind die Ventile 258, 262, 266 in einem Vierwegeventil mit einem Einlasskanal und drei Auslasskanälen kombiniert.
Die Ventile 258, 262, 266 werden unter Verwendung einer Steuerung 270 gesteuert. Die Steuerung 270 kann von einer anderen Steuerung, z. B. Steuerung 96, getrennt oder in diese integriert sein. Die Steuerung 270 kann auch mit einem oder mehreren Sensoren 272 in Verbindung stehen, die zur Messung der Temperatur und/oder des Drucks des Arbeitsfluids am Pumpeneinlass 206 und/oder der Umwelttemperatur positioniert sind. Die Steuerung 270 kann des Weiteren Eingänge von anderen Sensoren des Systems 250 oder Fahrzeugs 10 empfangen.
In einem ersten Beispiel wird das System 250 so betrieben, dass Arbeitsfluid lediglich durch die zweite Kammer 254 strömt, so dass das Ventil 262 geöffnet ist und die Ventile 258, 266 geschlossen sind. Bei Anstieg der Umwelttemperatur muss sich auch der Druck des Systems 250 erhöhen. Die Steuerung 270 empfängt ein Signal von dem Sensor 272, das den Druck am Pumpeneinlass (P1) oder Kondensatorauslass bei Punkt 130 angibt, und empfängt des Weiteren ein Signal vom Sensor 272, das die Umgebungstemperatur angibt. Wenn die Steuerung 270 bestimmt, dass der Druck P1 unter einem Schwellendruck liegt, beispielsweise einem Druckoffset über dem Sättigungsdampfdruck für die zugehörige Temperatur bei 130, steuert die Steuerung 270 das Ventil 258 in eine geöffnete Position an und steuert die Ventile 262, 266 in eine geschlossene Position an, so dass das Arbeitsfluid nun lediglich durch die erste Kammer 252 strömt und das Volumen des Systems 250 verringert ist. Das kleinere Volumen der Kammer 252 und des Systems 250 bewirkt einen Anstieg des Drucks am Pumpeneinlass und führt zu einem entsprechenden höheren Druck am Pumpenauslass und für das System 250.
In einem zweiten Beispiel wird das System 250 so betrieben, dass Arbeitsfluid lediglich durch die zweite Kammer 254 strömt, so dass das Ventil 262 geöffnet ist und die Ventile 258, 266 geschlossen sind. Bei Verringerung der Umwelttemperatur muss sich auch der Druck des Systems 250 verringern. Die Steuerung 270 empfängt ein Signal von dem Sensor 272, das den Druck am Pumpeneinlass (P1) oder Kondensatorauslass bei Punkt 130 angibt, und empfängt des Weiteren ein Signal vom Sensor 272, das die Umgebungstemperatur angibt. Wenn die Steuerung 270 bestimmt, dass der Druck P1 über einem Schwellendruck liegt, beispielsweise einem Druckoffset über dem Sättigungsdampfdruck für die zugehörige Temperatur bei 130, steuert die Steuerung 270 das Ventil 266 in eine geöffnete Position an und steuert die Ventile 258, 262 in eine geschlossene Position an, so dass das Arbeitsfluid nun lediglich durch die dritte Kammer 256 strömt und das Volumen des Systems 250 erhöht ist. Das größere Volumen der Kammer 256 und des Systems 250 bewirkt eine Verringerung des Drucks am Pumpeneinlass und führt zu einem entsprechenden geringeren Druck am Pumpenauslass und für das System 250.
In einem dritten Beispiel wird das System 250 so betrieben, dass Arbeitsfluid lediglich durch die zweite Kammer 254 strömt, so dass das Ventil 262 geöffnet ist und die Ventile 258, 266 geschlossen sind. Bei Verringerung der Umwelttemperatur muss sich auch der Druck des Systems 250 verringern. Die Steuerung 270 empfängt ein Signal von dem Sensor 272, das den Druck am Pumpeneinlass (P1) oder Kondensatorauslass bei Punkt 130 angibt, und empfängt des Weiteren ein Signal vom Sensor 272, das die Umgebungstemperatur angibt. Wenn die Steuerung 270 bestimmt, dass der Druck P1 über einem Schwellendruck liegt, beispielsweise einem Druckoffset über dem Sättigungsdampfdruck für die zugehörige Temperatur bei 130, steuert die Steuerung 270 die Ventile 258, 262 in eine geöffnete Position an und steuert das Ventil 266 in eine geschlossene Position an, so dass das Arbeitsfluid nun durch sowohl die erste als auch die zweite Kammer 252, 254 strömt und das Volumen des Systems 250 erhöht ist. Die größeren kombinierten Volumina der Kammern 252, 254 und des Systems 250 bewirken eine Verringerung des Drucks am Pumpeneinlass und führen zu einem entsprechenden geringeren Druck am Pumpenauslass und für das System 250.
Die Steuerung 270 betätigt die Ventile 258, 262, 266 dahingehend, das Volumen des Systems 250 zu variieren und einen Druck des Fluids am Pumpeneinlass bei einem Schwellendruck oder Offsetdruck über einem Sättigungsdampfdruck, der mit einer Temperatur am Kondensatorauslass in Zusammenhang steht, aufrechtzuerhalten, wenn die Umgebungstemperatur variiert. In einem Beispiel beträgt der Schwellendruck 3-6 psi, und der Sättigungsdampfdruck ist ein Druck im Bereich 124, der mit einer Temperatur in Zusammenhang steht. Man beachte, dass mit Anstieg der Temperatur auch der Sättigungsdampfdruck ansteigt. Wie aus 2 ersichtlich ist, bleibt der Sättigungsdruck für eine gegebene Temperatur über den Kuppelteil 120 hinweg ein konstanter Wert. Die Steuerung 270 betreibt das System 250 derart, dass die Temperatur des Auslasses des Kondensators 90 bei Punkt 130 bei einem Offset über der Umgebungstemperatur liegt. Der Schwellendruck ist ein Sättigungsdampfdruck des Arbeitsfluids plus ein Druckoffset. Der Sättigungsdampfdruck ist eine Funktion einer Temperatur des Arbeitsfluids an einem Auslass des Kondensators oder bei Betriebspunkt 130. Die Temperatur und der Sättigungsdampfdruck variieren mit den Änderungen der Umgebungstemperatur.
Verschiedene Beispiele der vorliegenden Offenbarung bieten nicht einschränkende Vorteile. Beispielsweise kann ein thermodynamischer Kreisprozess in einem Fahrzeug dazu verwendet werden, Abwärme und Energie rückzugewinnen und den Fahrzeugwirkungsgrad zu erhöhen. Der thermodynamische Kreisprozess kann ein Rankine-Kreisprozess sein. Das Fahrzeug wird bei variierenden Umgebungsbedingungen betrieben, und diese Umgebungsbedingungen, z. B. Umgebungs- oder Umwelttemperatur, können sich über einen breiten Temperaturbereich hinweg rapide ändern. Die Betriebsbedingungen des thermodynamischen Kreisprozesses müssen möglicherweise bei Änderung der Umgebungsbedingungen zur Aufrechterhaltung eines effizienten Betriebs des Kreisprozesses modifiziert werden. Beispielsweise ist die Temperatur des Arbeitsfluids am Auslass des Kondensators eine Temperatur über der Umgebungstemperatur, und der Druck des Arbeitsfluids am Kondensatorauslass (Pumpeneinlass) liegt bei einem Druckoffset über dem Sättigungsdampfdruck, der mit der Temperatur am Kondensatorauslass im Zusammenhang steht. In einem Beispiel weist der Kreisprozess eine Druckkammer oder einen Druckbehälter auf, die bzw. der parallel zur Pumpe positioniert und mit dem Pumpeneinlass und dem Pumpenauslass durch jeweilige Ventile strömungsverbunden ist. Durch Steuern der Ventile kann der Druck im Kreisprozess erhöht oder verringert werden, um Änderungen bei der Umgebungstemperatur zu berücksichtigen. In einem Beispiel weist der Kreisprozess mehrere zueinander parallel und stromaufwärts der Pumpe positionierte Kammern mit einem oder mehreren Ventilen zum Steuern des Stroms des Arbeitsfluids durch jede der Kammern auf. Durch Steuern der Ventile kann das Volumen erhöht oder verringert werden, um einen verringerten bzw. erhöhten Druck des Kreisprozesses bereitzustellen und Änderungen bei der Umgebungstemperatur zu berücksichtigen.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Fahrzeugsystem, das ein Abwärme führendes Fluid aufweist; einen Expander, einen Kondensator, eine Pumpe und einen Verdampfer in sequenzieller Strömungsverbindung in einem thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid enthält, wobei der Verdampfer dazu konfiguriert ist, Wärme aus dem Abwärme führenden Fluid auf das Arbeitsfluid zu übertragen; eine Kammer, die durch ein stromaufwärtiges Ventil mit einem Einlass der Pumpe verbunden ist und durch ein stromabwärtiges Ventil mit einem Auslass der Pumpe verbunden ist; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, das stromaufwärtige Ventil und das stromabwärtige Ventil zu steuern, so dass sich ein Druck des Arbeitsfluids am Einlass zur Pumpe bei einem Schwellendruck befindet, wobei der Schwellendruck ein Sättigungsdampfdruck des Arbeitsfluids plus ein Druckoffset ist, wobei der Sättigungsdampfdruck eine Funktion einer Temperatur des Arbeitsfluids an einem Auslass des Kondensators ist, wobei die Temperatur und der Sättigungsdampfdruck mit der Umgebungstemperatur variieren.
Fahrzeug nach Anspruch 1, das ferner einen Drucksensor in Strömungsverbindung mit dem Einlass zur Pumpe umfasst; wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, ein Signal vom Drucksensor, das den Druck des Arbeitsfluids am Einlass zur Pumpe anzeigt, zu empfangen.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, das stromaufwärtige Ventil und das stromabwärtige Ventil durch Ansteuern des stromaufwärtigen Ventils, zu öffnen, und Ansteuern des stromabwärtigen Ventils, zu schließen, als Reaktion darauf, dass der Druck des Arbeitsfluids am Einlass unter dem Schwellendruck liegt, zu steuern, wobei das stromaufwärtige Ventil dazu konfiguriert ist, dem Einlass mit Druck beaufschlagtes Fluid aus der Kammer zuzuführen, um den Druck des Arbeitsfluids zu erhöhen.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, das stromaufwärtige Ventil und das stromabwärtige Ventil durch Ansteuern des stromaufwärtigen Ventils, zu schließen, und Ansteuern des stromabwärtigen Ventils, zu öffnen, als Reaktion darauf, dass der Druck des Arbeitsfluids am Einlass über dem Schwellendruck liegt, zu steuern, wobei das stromabwärtige Ventil dazu konfiguriert ist, der Kammer mit Druck beaufschlagtes Fluid von einem Auslass der Pumpe zuzuführen und den Druck des Arbeitsfluids zu reduzieren.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Fahrzeugsystem, das ein Abwärme führendes Fluid aufweist; einen Expander, einen Kondensator, eine Pumpe und einen Verdampfer in sequenzieller Strömungsverbindung in einem thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid enthält, wobei der Verdampfer dazu konfiguriert ist, Wärme aus dem Abwärme führenden Fluid auf das Arbeitsfluid zu übertragen; mehrere Kammern, die in paralleler Strömungsverbindung angeordnet und zwischen dem Kondensator und der Pumpe positioniert sind; mindestens ein Ventil, das in Strömungsverbindung mit den mehreren Kammern steht und dazu konfiguriert ist, den Strom des Arbeitsfluids zwischen den mehreren Kammern selektiv zu steuern; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, das mindestens eine Ventil dahingehend zu steuern, ein Volumen des Kreisprozesses zu variieren, so dass sich ein Druck des Arbeitsfluids an einem Einlass zur Pumpe bei einem Schwellendruck befindet, wobei der Schwellendruck ein Sättigungsdampfdruck des Arbeitsfluids plus ein Druckoffset ist, wobei der Sättigungsdampfdruck eine Funktion einer Temperatur des Arbeitsfluids an einem Auslass des Kondensators ist, wobei die Temperatur und der Sättigungsdampfdruck mit der Umgebungstemperatur variieren.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei eine erste Kammer der mehreren Kammern ein erstes Volumen aufweist und eine zweite Kammer der mehreren Kammern ein zweites Volumen, das über dem ersten Volumen liegt, aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 6, das ferner einen Drucksensor in Strömungsverbindung mit dem Einlass zur Pumpe umfasst; wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, ein Signal vom Drucksensor, das den Druck des Arbeitsfluids am Einlass zur Pumpe anzeigt, zu empfangen und das mindestens eine Ventil dahingehend zu steuern, Arbeitsfluidstrom durch die erste Kammer bereitzustellen, wenn der Druck unter dem Druckschwellenwert liegt, um das Volumen des Kreisprozesses zu verringern und eine Erhöhung des Drucks am Einlass zur Pumpe bereitzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 6, das ferner einen Drucksensor in Strömungsverbindung mit dem Einlass zur Pumpe umfasst; wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, ein Signal vom Drucksensor, das den Druck des Arbeitsfluids am Einlass zur Pumpe anzeigt, zu empfangen und das mindestens eine Ventil dahingehend zu steuern, Arbeitsfluidstrom durch die zweite Kammer bereitzustellen, wenn der Druck über dem Druckschwellenwert liegt, um das Volumen des Kreisprozesses zu erhöhen und eine Verringerung des Drucks am Einlass zur Pumpe bereitzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei eine dritte Kammer der mehreren Kammern ein drittes Volumen, das über dem zweiten Volumen liegt, aufweist; und wobei das mindestens eine Ventil ein jeder Kammer der mehreren Kammern zugeordnetes Ventil umfasst.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Steuern einer Pumpe, eines Verdampfer, eines Expanders und eines Kondensators in einem Regelkreis in einem Fahrzeug zur Rückgewinnung von Energie unter Verwendung eines Mischphasenarbeitsfluids; und dahingehendes Steuern mindestens eines Ventils zu einer Kammer neben der Pumpe, bei variierender Umgebungstemperatur einen Druck des Fluids an einem Pumpeneinlass bei einem Schwellendruck über einem Sättigungsdampfdruck, der mit einer Temperatur am Kondensatorauslass in Zusammenhang steht, zu halten.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Druckschwellenwert bei einem Druckoffset über dem Sättigungsdampfdruck gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Temperatur des Kondensatorauslasses bei einem Offset über der Umgebungstemperatur liegt; und wobei der Sättigungsdampfdruck mit einem Anstieg der Temperatur des Fluids am Kondensatorauslass ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner Übertragen von Wärme auf das Fluid in dem Verdampfer von einem Abwärme führenden Fluid in dem Fahrzeug, wodurch eine Dampfphase des Fluids bereitgestellt wird; Drehen des Expanders unter Verwendung der Dampfphase des Fluids zur Erzeugung von Leistung; Übertragung von Wärme von dem Fluid in dem Kondensator auf die Umgebungsluft, wodurch eine Flüssigphase des Fluids bereitgestellt wird; und Pumpen der Flüssigphase des Fluids unter Verwendung der Pumpe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das mindestens eine Ventil ein stromaufwärtiges Ventil ist, das mit dem Pumpeneinlass und einer Kammer strömungsverbunden ist, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: dahingehendes Steuern eines stromabwärtigen Ventils, bei variierender Umgebungstemperatur den Druck des Fluids am Pumpeneinlass bei dem Schwellendruck zu halten, wobei sich das stromabwärtige Ventil neben der Pumpe befindet und mit einem Pumpenauslass und der Kammer strömungsverbunden ist, wobei die Kammer mit der Pumpe in Parallelströmungsverbindung steht.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen eines Signals von einem Drucksensor in Strömungsverbindung mit dem Pumpeneinlass, dass der Druck unter dem Druckschwellenwert liegt; und Öffnen des stromaufwärtigen Ventils und Schließen des stromabwärtigen Ventils, um den Druck am Pumpeneinlass zu erhöhen, indem dem Pumpeneinlass mit Druck beaufschlagtes Fluid von der Kammer zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen eines Signals von einem Drucksensor in Strömungsverbindung mit dem Pumpeneinlass, dass der Druck über dem Druckschwellenwert liegt; und Schließen des stromaufwärtigen Ventils und Öffnen des stromabwärtigen Ventils, um den Druck am Pumpeneinlass zu verringern, indem der Kammer mit Druck beaufschlagtes Fluid vom Pumpenauslass zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das mindestens eine Ventil ein erstes Ventil ist, das den Strom durch eine zwischen dem ersten Ventil und dem Pumpeneinlass positionierte erste Kammer steuert, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: dahingehendes Steuern eines zweiten Ventils, bei variierender Umgebungstemperatur den Druck des Fluids am Pumpeneinlass beim Schwellendruck zu halten, wobei sich das zweite Ventil neben der Pumpe befindet und den Strom durch eine zwischen dem zweiten Ventil und dem Pumpeneinlass positionierte zweite Kammer steuert, wobei die zweite Kammer in Parallelströmungsverbindung mit der ersten Kammer steht, wobei die zweite Kammer ein größeres Volumen als die erste Kammer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen eines Signals von einem Drucksensor in Strömungsverbindung mit dem Pumpeneinlass, dass der Druck unter dem Druckschwellenwert liegt; und Öffnen des ersten Ventils und Schließen des zweiten Ventils, um das Volumen des Regelkreises zu verringern, wodurch der Druck am Pumpeneinlass erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen eines Signals von einem Drucksensor in Strömungsverbindung mit dem Pumpeneinlass, dass der Druck über dem Schwellenwert liegt; und Schließen des ersten Ventils und Öffnen des zweiten Ventils, um das Volumen des Regelkreises zu erhöhen, wodurch der Druck am Pumpeneinlass verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen eines Signals von einem Drucksensor in Strömungsverbindung mit dem Pumpeneinlass, dass der Druck über dem Druckschwellenwert liegt; und dahingehendes Steuern des mindestens einen Ventils, den Strom des Fluids zu mindestens einer mehrerer Kammern in Parallelströmungsverbindung selektiv zu steuern, um ein Volumen des Regelkreises zu erhöhen, wodurch ein Druck am Pumpeneinlass verringert wird, wobei jede Kammer Fluid aus dem Kondensatorauslass aufnimmt und dem Pumpeneinlass Fluid zuführt.