DE102016218462A1 - Arrangement with a system for carrying out a thermodynamic cycle and an internal combustion engine, and method for operating such an arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1), mit einem System (3) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses an einem Arbeitsmedium, und mit einer Brennkraftmaschine (5), wobei die Brennkraftmaschine (5) mit dem System (3) thermisch wirkverbunden ist, sodass Abwärme der Brennkraftmaschine (5) in dem System (3) für den thermodynamischen Kreisprozess nutzbar ist, und wobei das System (3) mit der Brennkraftmaschine (5) mechanisch derart wirkverbunden ist, dass mechanische Arbeit durch das System (3) an der Brennkraftmaschine (5) verrichtet werden kann. Die Anordnung (1) ist durch eine Druckmedienquelle (19) gekennzeichnet, die mit einer Expansionseinrichtung (13) des Systems (3) in einem ersten Betriebszustand strömungstechnisch derart verbindbar ist, dass die Expansionseinrichtung (13) aus der Druckmedienquelle (19) mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, sodass die Expansionseinrichtung (13) in dem ersten Betriebszustand durch das Druckmedium angetrieben wird. The invention relates to an arrangement (1) with a system (3) for carrying out a thermodynamic cycle on a working medium, and with an internal combustion engine (5), wherein the internal combustion engine (5) is thermally operatively connected to the system (3), so that waste heat the internal combustion engine (5) in the system (3) for the thermodynamic cycle is usable, and wherein the system (3) with the internal combustion engine (5) is mechanically operatively connected such that mechanical work by the system (3) on the internal combustion engine (5 ) can be performed. The arrangement (1) is characterized by a pressure medium source (19) which can be fluidically connected to an expansion device (13) of the system (3) in a first operating state such that the expansion device (13) from the pressure medium source (19) is connected to a pressure medium can be acted upon, so that the expansion device (13) is driven in the first operating state by the pressure medium.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses an einem Arbeitsmedium und einer Brennkraftmaschine, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anordnung. The invention relates to an arrangement with a system for carrying out a thermodynamic cycle on a working medium and an internal combustion engine, and a method for operating such an arrangement.
Anordnungen der hier angesprochenen Art weisen ein System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses an einem Arbeitsmedium sowie eine Brennkraftmaschine auf, wobei die Brennkraftmaschine mit dem System thermisch wirkverbunden ist, sodass Abwärme der Brennkraftmaschine in dem System für den thermodynamischen Kreisprozess nutzbar ist. Ein solches System weist insbesondere einen Arbeitsmedienkreislauf auf, der seinerseits – in Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums gesehen in dieser Reihenfolge – eine Arbeitsmedium-Fördereinrichtung, insbesondere eine Speisepumpe, einen Verdampfer, eine Expansionseinrichtung und einen Kondensator aufweist. Durch die Arbeitsmedien-Fördereinrichtung wird vorzugsweise flüssiges Arbeitsmedium zu dem Verdampfer gefördert, in welchem das Arbeitsmedium Wärme aufnimmt und verdampft wird. Es ist möglich, dass das Arbeitsmedium in dem Verdampfer oder stromabwärts des Verdampfers überhitzt wird. Das zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig dampfförmige Arbeitsmedium gelangt von dem Verdampfer zu der Expansionseinrichtung, in welcher es entspannt wird, wobei es mechanische Arbeit an der Expansionseinrichtung verrichtet. Dabei wandelt die Expansionseinrichtung insbesondere thermische Energie, Druckenergie und/oder Strömungsenergie des Arbeitsmediums in mechanische Energie, insbesondere Rotationsenergie einer Abtriebswelle, um. Das in der Expansionseinrichtung entspannte Arbeitsmedium gelangt von dieser zu dem Kondensator, wo es gekühlt und bevorzugt verflüssigt wird, wobei es anschließend wieder zu der Arbeitsmedien-Fördereinrichtung zurückströmt, sodass der Arbeitsmedienkreislauf geschlossen ist. Arrangements of the type discussed here have a system for carrying out a thermodynamic cycle on a working medium and an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine is thermally operatively connected to the system, so that waste heat of the internal combustion engine in the system for the thermodynamic cycle is available. Such a system has, in particular, a working medium circuit which, in turn, has a working medium delivery device, in particular a feed pump, an evaporator, an expansion device and a condenser, viewed in the direction of flow of a working medium. By the working medium conveyor liquid working medium is preferably conveyed to the evaporator, in which the working medium absorbs heat and is evaporated. It is possible that the working fluid in the evaporator or downstream of the evaporator is overheated. The at least partially, preferably completely vaporous working medium passes from the evaporator to the expansion device, in which it is relaxed, doing mechanical work on the expansion device. In this case, the expansion device in particular converts thermal energy, pressure energy and / or flow energy of the working medium into mechanical energy, in particular rotational energy of an output shaft. The working medium expanded in the expansion device passes from this to the condenser, where it is cooled and preferably liquefied, after which it flows back again to the working medium conveyor, so that the working medium circuit is closed.
Die Brennkraftmaschine ist insbesondere mit dem Verdampfer des Arbeitsmedienkreislaufs thermisch wirkverbunden, sodass die Abwärme der Brennkraftmaschine in dem Verdampfer genutzt werden kann, um das Arbeitsmedium zu erhitzen, insbesondere zu verdampfen. Es ist beispielsweise möglich, dass Abwärme aus Abgas der Brennkraftmaschine genutzt wird, wobei insbesondere der Verdampfer mit Abgas der Brennkraftmaschine beaufschlagt werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass Abwärme aus einem Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine in dem System genutzt wird, wobei insbesondere der Kühlmittelkreislauf strömungstechnisch mit dem Verdampfer verbunden sein kann. The internal combustion engine is in particular thermally connected to the evaporator of the working fluid circuit, so that the waste heat of the internal combustion engine can be used in the evaporator to heat the working fluid, in particular to evaporate. It is possible, for example, that waste heat from exhaust gas of the internal combustion engine is used, wherein in particular the evaporator can be acted upon with exhaust gas of the internal combustion engine. Alternatively or additionally, it is possible that waste heat from a coolant circuit of the internal combustion engine is used in the system, wherein in particular the coolant circuit may be fluidly connected to the evaporator.
Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, dass das System mit der Brennkraftmaschine mechanisch derart wirkverbunden ist, dass mechanische Arbeit durch das System an der Brennkraftmaschine verrichtet werden kann. Die Abwärme der Brennkraftmaschine wird also durch das System insbesondere wieder in mechanische Leistung umgewandelt, die dann zu der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird und diese im Betrieb unterstützen kann. With such an arrangement, it is possible for the system to be mechanically operatively connected to the internal combustion engine such that mechanical work can be performed by the system on the internal combustion engine. The waste heat of the internal combustion engine is thus converted by the system in particular again into mechanical power, which is then returned to the internal combustion engine and can support this in operation.
Bei bekannten Anordnungen ist der Brennkraftmaschine typischerweise ein separater Anlasser zugeordnet, insbesondere in Form einer elektrischen Maschine, welche die Brennkraftmaschine zum Anlassen antreibt. Ein solcher Anlasser verursacht zusätzliche Kosten, benötigt zusätzlichen Bauraum und trägt zusätzlich zum Gewicht der Anordnung bei. Dies ist nicht nur, aber insbesondere auch bei mobilen Anwendungen solcher Anordnungen nachteilig. Obwohl die Expansionseinrichtung mit der Brennkraftmaschine mechanisch wirkverbunden ist, kann sie nicht zum Anlassen der Brennkraftmaschine verwendet werden, da sie erst dann mechanische Arbeit verrichten kann, wenn der Arbeitsmedienkreislauf durch Abwärme der Brennkraftmaschine aufgeheizt ist. Dies ist typischerweise beim Anlassen der Brennkraftmaschine noch nicht der Fall. In known arrangements of the internal combustion engine is typically associated with a separate starter, in particular in the form of an electric machine which drives the internal combustion engine for starting. Such a starter causes additional costs, requires additional space and contributes in addition to the weight of the arrangement. This is not only disadvantageous, but especially in mobile applications of such arrangements. Although the expansion device is mechanically operatively connected to the internal combustion engine, it can not be used for starting the internal combustion engine, since it can only perform mechanical work when the working fluid circuit is heated by waste heat of the internal combustion engine. This is typically not the case when starting the internal combustion engine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einem System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses an einem Arbeitsmedium der hier angesprochenen Art sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. The invention has for its object to provide an arrangement with a system for performing a thermodynamic cycle on a working medium of the type discussed here and a method for operating such an arrangement, wherein said disadvantages do not occur.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Anordnung der zuvor beschriebenen Art dadurch weitergebildet wird, dass sie eine Druckmedienquelle aufweist, die mit der Expansionseinrichtung des Systems in einem ersten Betriebszustand strömungstechnisch derart verbindbar ist, dass die Expansionseinrichtung aus der Druckmedienquelle mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, sodass die Expansionseinrichtung in dem ersten Betriebszustand durch das Druckmedium – und insbesondere nicht durch das Arbeitsmedium – angetrieben wird. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Expansionseinrichtung unabhängig von einem Zustand des Arbeitsmedienkreislaufs anzutreiben, indem diese aus der Druckmedienquelle gespeist wird. Dies wiederum ermöglicht es, die Expansionseinrichtung zum Starten der Brennkraftmaschine zu verwenden, indem sie mit dem Druckmedium beaufschlagt und damit angetrieben wird, wobei sie ihrerseits die Brennkraftmaschine antreibt. Auf diese Weise ist es möglich, den Anlasser durch die Expansionseinrichtung zu ersetzen, sodass der Anlasser komplett entfallen kann. Dadurch können Kosten, Bauraum und Gewicht eingespart werden. Insbesondere wird eine Synergie bezüglich der Verwendung der Expansionseinrichtung geschaffen, weil diese nicht nur im Betrieb der Brennkraftmaschine zur Abwärmenutzung eingesetzt, sondern zusätzlich auch zum Anlassen der Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Die Expansionseinrichtung wird so einer Doppelnutzung zugeführt. The object is achieved in particular by further developing an arrangement of the type described above in that it has a pressure medium source which can be fluidically connected to the expansion device of the system in a first operating state such that the expansion device from the pressure medium source can be acted upon by a pressure medium, so that the expansion device in the first operating state by the pressure medium - and in particular not by the working medium - is driven. This makes it possible, in particular, to drive the expansion device independently of a state of the working medium cycle by feeding it from the print medium source. This, in turn, makes it possible to use the expansion device for starting the internal combustion engine by being acted upon and driven by the pressure medium, in turn, the Internal combustion engine drives. In this way, it is possible to replace the starter by the expansion device, so that the starter can be completely eliminated. As a result, costs, space and weight can be saved. In particular, a synergy with respect to the use of the expansion device is created, because this not only used in the operation of the internal combustion engine for waste heat recovery, but can also be used to start the internal combustion engine. The expansion device is thus fed to a double use.
Entsprechend wird unter dem ersten Betriebszustand insbesondere ein Starten oder Anlassen der Brennkraftmaschine verstanden. Insbesondere ist der Arbeitsmedienkreislauf in dem ersten Betriebszustand kalt, was bedeutet, dass das Arbeitsmedium stromabwärts des Verdampfers nicht dampfförmig vorliegt und insoweit nicht verwendet werden kann, um die Expansionseinrichtung anzutreiben. Accordingly, the first operating state is understood in particular as starting or starting the internal combustion engine. In particular, the working medium circuit is cold in the first operating state, which means that the working medium downstream of the evaporator is not in the form of a vapor and, thus, can not be used to drive the expansion device.
Das Druckmedium ist bevorzugt von dem Arbeitsmedium verschieden. Insbesondere ist es möglich, dass als Druckmedium ein unter Normalbedingungen, das heißt insbesondere bei 25° C und 1013 mbar, gasförmiger Stoff oder ein gasförmiges Stoffgemisch verwendet wird. Dieses kann in der Druckmedienquelle unter Druck gespannt und/oder unter Druck gehalten werden, sodass es Arbeit an der Expansionseinrichtung verrichten kann. The pressure medium is preferably different from the working medium. In particular, it is possible for a gaseous substance or a gaseous substance mixture to be used as the pressure medium under normal conditions, that is to say in particular at 25 ° C. and 1013 mbar. This can be pressurized and / or pressurized in the print media source so that it can perform work on the expander.
Das System ist bevorzugt eingerichtet zur Durchführung eines organischen Rankine-Kreisprozess (Organic Rankine Cycle – ORC). Ein solcher Kreisprozess ist in besonderer Weise geeignet zur Abwärmenutzung von Brennkraftmaschinen. Weiter ist das System bevorzugt eingerichtet zur Nutzung von einem organischen Stoff oder Stoffgemisch als Arbeitsmedium, insbesondere von Ethanol, einem Ethanol-Wasser-Gemisch, oder einem anderen organischen Arbeitsmedium, beispielsweise einem Fluorkohlenwasserstoff oder einem Fluorchlorkohlenwasserstoff. The system is preferably set up to carry out an Organic Rankine cycle (ORC). Such a cycle is particularly suitable for waste heat utilization of internal combustion engines. Furthermore, the system is preferably set up for use of an organic substance or substance mixture as a working medium, in particular of ethanol, an ethanol-water mixture, or another organic working medium, for example a fluorohydrocarbon or a chlorofluorohydrocarbon.
Die Expansionseinrichtung ist vorzugsweise als Strömungsmaschine, insbesondere als Turbine ausgebildet. Alternativ ist die Expansionseinrichtung bevorzugt als Verdrängermaschine oder als volumetrisch arbeitende Expansionseinrichtung, insbesondere als Hubkolbenmaschine, als Scroll-Expander, als Flügelzellenmaschine, oder als Roots-Expander ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Expansionseinrichtung als Schraubenexpander ausgebildet, insbesondere als unsynchronisierter Schraubenexpander. Alternativ ist es auch möglich, dass die Expansionseinrichtung als synchronisierter oder fliegend gelagerter Schraubenexpander ausgebildet ist. The expansion device is preferably designed as a turbomachine, in particular as a turbine. Alternatively, the expansion device is preferably designed as a displacement machine or as a volumetric expansion device, in particular as a reciprocating piston engine, as a scroll expander, as a vane machine, or as a Roots expander. Particularly preferably, the expansion device is designed as a screw expander, in particular as an unsynchronized screw expander. Alternatively, it is also possible that the expansion device is designed as a synchronized or overhung screw expander.
Die Brennkraftmaschine ist besonders bevorzugt als Hubkolbenmotor ausgebildet. Insbesondere ist es möglich, dass sie als Zweitakt- oder als Viertaktmotor ausgebildet ist. The internal combustion engine is particularly preferably designed as a reciprocating engine. In particular, it is possible that it is designed as a two-stroke or four-stroke engine.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckmedienquelle in einem zweiten Betriebszustand strömungstechnisch von der Expansionseinrichtung trennbar ist. Der zweite Betriebszustand entspricht bevorzugt einem Normalbetrieb des Arbeitsmedienkreislaufs, in welchem insbesondere der Arbeitsmedienkreislauf strömungstechnisch mit der Expansionseinrichtung verbunden ist, mithin insbesondere einem Betriebszustand, in welchem der Arbeitsmedienkreislauf heiß ist, was insbesondere bedeutet, dass das Arbeitsmedium zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig dampfförmig stromabwärts des Verdampfers, insbesondere an einem Verdampferauslass, und stromaufwärts der Expansionseinrichtung vorliegt. Weiterhin entspricht der zweite Betriebszustand bevorzugt einem Betriebszustand, in welchem die Brennkraftmaschine läuft. In diesem Betriebszustand ist die Druckmedienquelle vorzugsweise von der Expansionseinrichtung getrennt, damit diese in definierter Weise mit dem Arbeitsmedium beaufschlagt werden kann, wobei die Druckmedienquelle und insbesondere das Druckmedium nicht etwa den normalen Betrieb des Arbeitsmedienkreislaufs und damit des Systems stört/stören. According to one embodiment of the invention, it is provided that the pressure medium source in a second operating state is fluidically separable from the expansion device. The second operating state preferably corresponds to a normal operation of the working fluid circuit, in which in particular the working fluid circuit is fluidically connected to the expansion device, thus in particular an operating state in which the working fluid circuit is hot, which means in particular that the working fluid at least partially, preferably completely vapor-shaped downstream of the evaporator , in particular at an evaporator outlet, and upstream of the expansion device. Furthermore, the second operating state preferably corresponds to an operating state in which the internal combustion engine is running. In this operating state, the pressure medium source is preferably separated from the expansion device, so that it can be acted upon in a defined manner with the working medium, wherein the pressure medium source and in particular the pressure medium does not disturb the normal operation of the working medium circuit and thus the system / disturb.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anordnung eine Ventileinrichtung aufweist, durch welche in dem ersten Betriebszustand ein Arbeitsmedienpfad zu der Expansionseinrichtung sperrbar und ein Druckmedienpfad von der Druckmedienquelle zu der Expansionseinrichtung freigebbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, der Expansionseinrichtung in dem ersten Betriebszustand definiert nur Druckmedium und kein Arbeitsmedium zuzuführen. Insbesondere kann so auch ein Verlust von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmedienkreislauf vermieden werden. Der Arbeitsmedienpfad ist insbesondere ein letztes Teilstück einer zu dem Arbeitsmedienkreislauf gehörenden Fluidleitung, welche zu der Expansionseinrichtung führt. Bevorzugt weist der Arbeitsmedienkreislauf einen Umgehungspfad um die Expansionseinrichtung auf, wobei das Arbeitsmedium in dem ersten Betriebszustand um die Expansionseinrichtung herum – also unter Umgehung der Expansionseinrichtung – entlang des Arbeitsmedienkreislaufs geleitet werden kann, wenn die Arbeitsmedien-Fördereinrichtung aktiviert ist. According to a development of the invention, it is provided that the arrangement has a valve device, by means of which in the first operating state a working medium path to the expansion device can be blocked and a pressure medium path can be released from the pressure medium source to the expansion device. In this way, it is possible to supply the expansion device in the first operating state defined only pressure medium and no working medium. In particular, as well as a loss of working fluid can be avoided from the working media cycle. The working media path is, in particular, a last section of a fluid line belonging to the working fluid circuit which leads to the expansion device. Preferably, the working medium circuit has a bypass path around the expansion device, wherein the working medium in the first operating state around the expansion device around - so bypassing the expansion device - can be passed along the working medium circuit when the working media conveyor is activated.
Bevorzugt ist in dem zweiten Betriebszustand durch die Ventileinrichtung der Arbeitsmedienpfad freigebbar und der Druckmedienpfad sperrbar. Auf diese Weise kann die Expansionseinrichtung in dem zweiten Betriebszustand mit dem Arbeitsmedium beaufschlagt werden, wobei zugleich eine Beaufschlagung mit Druckmedium vermieden wird. In the second operating state, the working medium path can preferably be opened by the valve device and the pressure medium path can be blocked. In this way, the expansion device in the second operating state with the working medium be acted upon, while avoiding exposure to pressure medium.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anordnung einen Abströmpfad aufweist, durch welchen Druckmedium von der Expansionseinrichtung ableitbar ist. Das Druckmedium kann so in definierter Weise nach dem Durchströmen der Expansionseinrichtung von dieser weggeführt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Abströmpfad von dem Arbeitsmedienkreislauf strömungstechnisch getrennt ist. Dies wiederum gewährleistet in vorteilhafter Weise, dass das Druckmedium nicht in den Arbeitsmedienkreislauf gelangen kann, wo es dessen Funktionsweise beeinträchtigen könnte, insbesondere wenn Gasblasen in den Arbeitsmedienkreislauf eingetragen würden. According to one embodiment of the invention it is provided that the arrangement has a discharge path, through which pressure medium from the expansion device can be derived. The pressure medium can thus be led away in a defined manner after flowing through the expansion device of this. It is preferably provided that the outflow path is fluidically separated from the working fluid circuit. This in turn ensures advantageously that the pressure medium can not get into the working fluid circuit, where it could affect its functioning, especially if gas bubbles would be entered into the working media circuit.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Druckmedium durch den Abströmpfad von der Expansionseinrichtung in eine Umgebung der Anordnung ableitbar ist. Das insbesondere gasförmige Druckmedium kann also in sehr einfacher Weise in die Umgebung entlassen werden. It is preferably provided that the pressure medium can be diverted through the outflow path from the expansion device into an environment of the arrangement. The particular gaseous pressure medium can therefore be released in a very simple manner in the environment.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckmedienquelle als Druckgasquelle, insbesondere als Druckluftquelle ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Druckmedienquelle als Druckgasspeicher, insbesondere als Druckluftspeicher ausgebildet. Beispielsweise kann die Druckmedienquelle als Gasflasche oder als anders gearteter Druckspeicher für ein gasförmiges Medium ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Druckmedienquelle als Kompressor oder als Druckleitung ausgebildet ist, insbesondere bei stationären Anwendungen der Anordnung, oder bei mobilen Anwendungen, bei denen ohnehin eine Druckmedienversorgung vorhanden ist, sodass der Expansionseinrichtung über die Druckleitung oder den Kompressor Druckmedium zuführbar ist. Die hier genannten Ausgestaltungen der Druckmedienquelle sind ebenso einfach wie kostengünstig ausgestaltet und damit insbesondere einfach zu implementieren. In vielen Fällen ist in der Betriebsumgebung einer solchen Anordnung ohnehin eine entsprechende Druckmedienquelle vorhanden, die zum Betrieb der Anordnung verwendet werden kann. According to one embodiment of the invention, it is provided that the pressure medium source is designed as a compressed gas source, in particular as a compressed air source. Particularly preferably, the pressure medium source is designed as a compressed gas storage, in particular as a compressed air storage. For example, the pressure medium source can be designed as a gas cylinder or as a different type of pressure accumulator for a gaseous medium. But it is also possible that the pressure medium source is designed as a compressor or as a pressure line, in particular in stationary applications of the arrangement, or in mobile applications in which a print media supply is already present, so that the expansion device via the pressure line or the compressor pressure medium can be fed. The embodiments of the print media source mentioned here are just as simple as they are cost-effective and thus particularly easy to implement. In many cases, an appropriate print media source is already present in the operating environment of such an arrangement anyway, which can be used to operate the device.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Expansionseinrichtung mechanisch mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wirkverbunden ist. Eine solche Wirkverbindung kann insbesondere über ein Getriebe, über einen Rädertrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere auf der Kraftgegenseite, und/oder in anderer geeigneter Weise hergestellt sein, was zum Beispiel durch Zahnräder, Riemen oder Ketten realisiert werden kann. Ist die Expansionseinrichtung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in mechanischer Wirkverbindung, kann sie in besonders einfacher und effektiver Weise den Betrieb der Brennkraftmaschine unterstützen, insbesondere durch Aufbringen eines zusätzlichen Drehmoments, wobei sie auch ohne weiteres zum Anlassen der Brennkraftmaschine verwendet werden. According to one embodiment of the invention it is provided that the expansion device is mechanically operatively connected to a crankshaft of the internal combustion engine. Such an operative connection can be made, in particular, via a gear mechanism, via a gear train of the internal combustion engine, in particular on the counterforce side, and / or in another suitable manner, which can be realized for example by gears, belts or chains. If the expansion device with the crankshaft of the internal combustion engine in mechanical operative connection, it can support the operation of the internal combustion engine in a particularly simple and effective manner, in particular by applying an additional torque, and they are also readily used for starting the internal combustion engine.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Expansionseinrichtung direkt an der Brennkraftmaschine montiert ist. Dies ist bauraumsparend und schafft zugleich eine räumliche Nähe zwischen der Brennkraftmaschine und der Expansionseinrichtung, die zu einer besonders effizienten Nutzung der mechanischen Leistung der Expansionseinrichtung in der Brennkraftmaschine beitragen kann. According to a particularly preferred embodiment, it is provided that the expansion device is mounted directly on the internal combustion engine. This is space-saving and at the same time creates a spatial proximity between the internal combustion engine and the expansion device, which can contribute to a particularly efficient use of the mechanical power of the expansion device in the internal combustion engine.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anordnung eine Steuereinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um die Druckmedienquelle zum Anlassen der Brennkraftmaschine strömungstechnisch mit der Expansionseinrichtung zu verbinden. Mittels der Steuereinrichtung ist es demnach möglich, die Brennkraftmaschine zu starten, indem die Expansionseinrichtung über die Druckmedienquelle angetrieben wird. According to one embodiment of the invention, it is provided that the arrangement has a control device which is set up to fluidly connect the pressure medium source for starting the internal combustion engine with the expansion device. By means of the control device, it is therefore possible to start the internal combustion engine by the expansion device is driven by the pressure medium source.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anordnung, insbesondere einer Anordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, geschaffen wird. Dabei ist im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass die Expansionseinrichtung des Systems zum Anlassen der Brennkraftmaschine strömungstechnisch mit der Druckmedienquelle verbunden wird. Die Expansionseinrichtung wird dann mit dem Druckmedium beaufschlagt und von dem Druckmedium angetrieben, wobei die Brennkraftmaschine von der Expansionseinrichtung angetrieben und dabei angelassen wird. In Zusammenhang mit dem Verfahren verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Anordnung erläutert wurden. The object is also achieved by providing a method for operating such an arrangement, in particular an arrangement according to one of the embodiments described above. It is provided in the context of the method that the expansion device of the system for starting the internal combustion engine is fluidly connected to the pressure medium source. The expansion device is then acted upon by the pressure medium and driven by the pressure medium, wherein the internal combustion engine is driven by the expansion device and thereby annealed. In particular, the advantages that have already been explained in connection with the arrangement are realized in connection with the method.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckmedienquelle nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine strömungstechnisch von der Expansionseinrichtung getrennt wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Druckmedium oder die Druckmedienquelle den normalen Betrieb der Expansionseinrichtung in dem System stört. Vorzugsweise wird der Arbeitsmedienkreislauf nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine und insbesondere nach dem Trennen der Druckmedienquelle von der Expansionseinrichtung mit der Expansionseinrichtung verbunden. Dabei ist es möglich, dass der Arbeitsmedienkreislauf mit der Expansionseinrichtung erst dann strömungstechnisch verbunden wird, wenn er ausreichend aufgeheizt ist, insbesondere wenn eine vorbestimmte Überhitzung des Arbeitsmediums stromabwärts des Verdampfers, insbesondere an einem Verdampferauslass erreicht ist. Dies bedeutet insbesondere, dass die Expansionseinrichtung erst mit dem Arbeitsmedium beaufschlagt wird, wenn die vorgenannte Bedingung erfüllt ist. According to one embodiment of the invention, it is provided that the pressure medium source after starting the internal combustion engine is fluidly separated from the expansion device. In this way it can be prevented that the printing medium or the print medium source interferes with the normal operation of the expansion device in the system. Preferably, the working fluid circuit is connected after starting the internal combustion engine and in particular after separating the pressure medium source from the expansion device with the expansion device. It is possible that the working fluid circuit with the expansion device is only fluidically connected when it is sufficiently heated, especially if a predetermined overheating of the Working medium downstream of the evaporator, in particular at an evaporator outlet is reached. This means, in particular, that the expansion device is first charged with the working medium when the aforementioned condition is met.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Arbeitsmedienpfad des Arbeitsmedienkreislaufs des Systems strömungstechnisch von der Expansionseinrichtung getrennt ist, wenn die Druckmedienquelle strömungstechnisch mit der Expansionseinrichtung verbunden ist. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Expansionseinrichtung zugleich mit Arbeitsmedium und mit Druckmedium beaufschlagt wird. Weiterhin kann so vermieden werden, dass Druckmedium in den Arbeitsmedienkreislauf gelangt. According to one embodiment of the invention, it is provided that the working media path of the working fluid circuit of the system is fluidically separated from the expansion device when the pressure medium source is fluidically connected to the expansion device. In this way it can be avoided that the expansion device is acted upon at the same time with working medium and with pressure medium. Furthermore, it can be avoided that pressure medium enters the working fluid circuit.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit einem System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses und einer Brennkraftmaschine. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. The single figure shows a schematic representation of an embodiment of an arrangement with a system for carrying out a thermodynamic cycle and an internal combustion engine.
Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung
Im Detail zeigt sich, dass das System
Das verdampfte Arbeitsmedium strömt von dem Verdampfer
Das in der Expansionseinrichtung
Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel der Anordnung
Die Druckmedienquelle
Die Anordnung
Der Arbeitsmedienkreislauf
Weiter weist die Anordnung
Der Abströmpfad
Die Druckmedienquelle
Die Expansionseinrichtung
Vorzugsweise weist die Anordnung
Die Anordnung
Der Arbeitsmedienpfad
Insgesamt zeigt sich, dass mit der hier vorgeschlagenen Anordnung
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0645272A1 (en) | 1993-09-27 | 1995-03-29 | Gianluigi Reis | Recovery system for dissipated energy of an engine motor vehicle during its runnig conditions |
EP1249585A1 (en) | 2000-01-21 | 2002-10-16 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Heat exchangers of multiple cylinder internal combustion engine |
DE102008011407A1 (en) | 2008-02-27 | 2009-09-03 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Drive system of motor vehicle i.e. passenger car, has charging device charged by operation of internal combustion engine, and turbines driven by medium e.g. gas, from medium accumulator that is connected with charging device |
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---|---|---|---|---|
DE102010042401A1 (en) | 2010-10-13 | 2012-04-19 | Robert Bosch Gmbh | Device and method for waste heat utilization of an internal combustion engine |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0645272A1 (en) | 1993-09-27 | 1995-03-29 | Gianluigi Reis | Recovery system for dissipated energy of an engine motor vehicle during its runnig conditions |
EP1249585A1 (en) | 2000-01-21 | 2002-10-16 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Heat exchangers of multiple cylinder internal combustion engine |
DE102008011407A1 (en) | 2008-02-27 | 2009-09-03 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Drive system of motor vehicle i.e. passenger car, has charging device charged by operation of internal combustion engine, and turbines driven by medium e.g. gas, from medium accumulator that is connected with charging device |
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