DE102018001782A1

DE102018001782A1 - Verfahren zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems und Abwärmerückgewinnungssystem

Info

Publication number: DE102018001782A1
Application number: DE102018001782.7A
Authority: DE
Inventors: Erik Höckerdal; Björn Johansson; Svante Johansson; Matthias Ussner
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2018-09-27
Also published as: SE1750338A1; SE541889C2

Abstract

Die Beschreibung betrifft ein Abwärmerückgewinnungssystem (4) für einen Verbrennungsmotor (2) eines Fahrzeuges (1) und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems mit einem reduzierten Risiko einer Beschädigung einer Komponente des Systems. Der Betrieb wird so ausgeführt, dass eine erwartete, kommende transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges (3) des Fahrzeuges berücksichtigt wird. Der Betrieb wird ausgeführt mit einem relativ niedrigen Sicherheitsabstand eines Parameters des Arbeitsmediums des Abwärmerückgewinnungssystems während einer stationären Betriebsbedingung und durch Vergrößerung des Sicherheitsabstandes des Parameters des Arbeitsmediums vor Auftreten einer transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Beschreibung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges. Auch betrifft die Beschreibung ein Abwärmerückgewinnungssystem für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges.
HINTERGRUND
Fahrzeughersteller streben insbesondere heute an, den Wirkungsgrad des Motors und den Verbrauch an Treibstoff zu reduzieren. Dies gilt insbesondere für Hersteller von Schwerfahrzeugen, wie Lastkraftwagen und Busse. Ein Weg zur Verbesserung der Effizienz des Motors und des Treibstoffverbrauchs ist die Abwärmerückgewinnung. In Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird einiges an Energie des Treibstoffes als Wärme über die Auspuffrohre und das Motorkühlungssystem vergeudet. Durch Einsatz eines Abwärmerückgewinnungssystems kann aber die Wärme der Auspuffgase verwendet werden zur Heizung verschiedener Fahrzeugkomponenten oder zur Erzeugung mechanischer Arbeit oder Elektrizität. Eine solche mechanische Arbeit kann beispielsweise übertragen werden zum Antriebsstrang oder zur Motorwelle und kann somit dazu dienen, das Fahrzeug anzutreiben. Ein Abwärmerückgewinnungssystem kann auch Wärme anderer Quellen des Verbrennungsmotors rückgewinnen, wie aus der Abgasrückführung oder aus Kühlungsmitteln.
Ein Abwärmerückgewinnungssystem hat typischerweise einen Kreislauf, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert. Der Kreislauf hat einen Wärmetauscher, eine Expansionseinrichtung, eine Kondensationseinrichtung (nachfolgend: „Kühler“), und einen Förderer für das Arbeitsmedium. Vor Eintritt in den Wärmetauscher ist das Arbeitsmedium in einer flüssigen Phase. Der Wärmetauscher ist eingerichtet zur Verdampfung des Arbeitsmediums, um so einen überhitzten Dampf zu erzeugen. Um dies zu erreichen, überträgt der Wärmetauscher Wärme zwischen einer Wärmequelle, wie den Auspuffgasen aus dem Verbrennungsmotor, und dem Arbeitsmedium. Der überhitzte Dampf, welcher durch den Wärmetauscher erzeugt worden ist, passiert dann die Expansionseinrichtung, wo er expandiert. Mittels der Expansionseinrichtung kann die rückgewonnene Wärme beispielsweise in mechanischer Arbeit oder in Elektrizität gewandelt werden. Beispielsweise kann die Expansionseinrichtung mechanisch verbunden sein mit dem Antriebsstrang unter Einsatz einer Kupplung oder eines Freilaufs. Das Arbeitsmedium wird sodann im Kühler abgekühlt derart, dass das Arbeitsmedium wieder in die flüssige Phase rückgeführt wird. Der Kühler kann typischerweise an ein Kühlungssystem angeschlossen sein, welches wiederum Teil des Motorkühlungssystems oder auch ein getrenntes Kühlungssystem sein kann. Der Förderer, typischerweise eine Pumpe, ist eingerichtet zur Steuerung der Durchflussmenge des Arbeitsmediums in dem Kreislauf, beispielsweise dadurch, dass das Arbeitsmedium unter Druck gesetzt wird. Das Abwärmerückgewinnungssystem ist somit ein Beispiel für einen sogenannten Rankine-Zyklus. Das Abwärmerückgewinnungssystem kann weiterhin ein Reservoir aufweisen zum Abspeichern des Arbeitsmediums und um sicherzustellen, dass eine hinreichende Menge an Arbeitsmedium jederzeit im Kreislauf zur Verfügung steht.
Wichtig ist die Steuerung der Temperatur und des Druckes im Abwärmerückgewinnungssystem so, dass sichergestellt ist, dass der Wärmetauscher das Arbeitsmedium vollständig in Dampf verwandelt. Ist das Arbeitsmedium bei Eintritt in die Expansionseinrichtung nicht trocken, kann dies zu Beschädigungen an der Expansionseinrichtung führen. In der Expansionseinrichtung kann einiges an Flüssigkeit aus dem Arbeitsmedium gebildet werden als Ergebnis der Expansion des Dampfes des Arbeitsmediums, falls das Arbeitsmedium bei Eintritt in die Expansionseinrichtung nicht im Zustand des überhitzten Dampfes ist. Weiterhin bestehen immer bestimmte Schwankungen in den Betriebsbedingungen des Abwärmerückgewinnungssystems und es besteht die Möglichkeit eines Wärmeverlustes zwischen dem Wärmetauscher und der Expansionseinrichtung, was zu berücksichtigen ist. Deshalb werden Abwärmerückgewinnungssysteme im Allgemeinen so betrieben, dass ein Sicherheitsabstand gegeben ist zu einem Schwellenwert, bei dem ein trockener Dampf durch den Wärmetauscher gewonnen wird. Mit anderen Worten: Abwärmerückgewinnungssysteme werden so betrieben, dass ein überhitzter Dampf in dem Wärmetauscher erzeugt ist mit einem gewissen Ausmaß an Überhitzung. Ein zu großer Sicherheitsabstand aber kann das Potenzial zur Treibstoffeinsparung des Abwärmerückgewinnungssystems gefährden und in manchen Fällen auch zu Beschädigungen am Arbeitsmedium führen aufgrund der hohen Temperatur. Eine zu hohe Temperatur des Arbeitsmediums kann weiterhin Risiken beinhalten bezüglich anderer Komponenten des Abwärmerückgewinnungssystems, wie zum Beispiel Dichtungen oder dergleichen. Dies kann im schlimmsten Fall zu einem Leck für das Arbeitsmedium aus dem Abwärmerückgewinnungssystem heraus führen.
Der Betrieb eines Abwärmerückgewinnungssystems kann erfolgen durch Steuerung oder Regelung unterschiedlicher Faktoren, wie der Masseströmungsrate des Arbeitsmediums im Förderer oder durch Kühlung des Arbeitsmediums im Kühler. Bei stationären Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors arbeiten Wärmerückgewinnungssysteme gemäß dem Stand der Technik sehr gut. Allerdings sind Anpassungen des Wärmerückgewinnungssystems in aller Regel relativ langsam und deshalb kann bei einer Veränderung der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors es zu erheblichen Störungen im Wärmerückgewinnungssystem kommen und/oder es können Beschädigungen an Komponenten des Wärmerückgewinnungssystems auftreten.
Beispielsweise sei der Fall betrachtet, bei dem die Expansionseinrichtung eingesetzt wird zur Erzeugung von mechanischer Arbeit, die verwendet wird zum Antrieb des Fahrzeuges. Bei einem Schaltvorgang ändert sich die Motordrehgeschwindigkeit (Drehzahl) sehr schnell und auch die Betriebsbedingungen der angeschlossenen Expansionseinrichtungen ändern sich sehr schnell, wie die Volumenströmung durch die Expansionseinrichtung. Dies kann ein Risiko beinhalten, dass der Dampf nicht hinreichend überhitzt ist bevor er in die Expansionseinrichtung eintritt, was wiederum Risiken beinhaltet bezüglich einer Beschädigung der Expansionseinrichtung. Diese durch transiente (nicht stationäre) Betriebsbedingungen bedingten Probleme werden üblicherweise gelöst durch Umgehung des Expandierers dann, wenn der Druck oder die Temperatur im Abwärmerückgewinnungssystem einen nicht überhitzten Dampf zur Folge haben. Ein Beispiel für eine solche Lösung des Problems ist in SE 533 402 C2 beschrieben. Allerdings hat eine Umgehung der Expansionseinrichtung einen Nachteil dahingehend, dass die durch die Expansionseinrichtung erzeugte mechanische Arbeit sich auch sehr schnell ändert. Ist beispielsweise die Expansionseinrichtung an den Antriebsstrang oder die Welle angeschlossen, so dass von der Expansionseinrichtung erzeugte mechanische Arbeit eingesetzt wird, um das Fahrzeug anzutreiben, kann die schnelle Änderung im Drehmoment durch die Umgehung der Expansionseinrichtung Störungen in der Schaltung verursachen.
Ein anderer Weg zur Lösung des Problems liegt in der Anhebung des Pegels der Überhitzung des durch den Wärmetauscher erzeugten Dampfes. Dies hat aber unter anderem den Nachteil der Reduzierung der energetischen Wirksamkeit des Abwärmerückgewinnungssystems.
Die US 2015/0361832 A1 beschreibt ein Beispiel für ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges. Ein Arbeitsmedium zirkuliert in einem Abwärmenutzungskreis mit einem Förderer, einem Verdampfer, einer Expansionmaschine und einem Kühler (Kondensierer). Eine Basiseinstellung wird für den Abwärmenutzungskreis vorgegeben, welche als Funktion der in das Arbeitsmedium eingegebenen Wärme die Masseströmungsrate des Förderers und/oder das Verhältnis zwischen Hochdruck und Niederdruck in der Expansionsmaschine einstellt. Eine Pilotsteuerung wird vorgegeben, welche eine Änderung im Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors berücksichtigt und dann, wenn der Arbeitspunkt geändert wird, erfolgt eine Steuerung des Kondensatausgangs des Kühlers derart, dass eine Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreis sich ändert und an den neuen Arbeitspunkt angepasst ist.
Die DE 10 2015 007 104 A1 beschreibt ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zum Betreiben einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung für ein Fahrzeug. Ein Arbeitsmedium zirkuliert in einem Rankine-Kreis mit einem Förderer für das Arbeitsmedium, einem Verdampfer, einem Expandierer und einem Kühler (Kondensierer). Die Einrichtung zum Fördern des Mediums wird in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter eines Antriebsstranges, einer Bremseinrichtung und/oder eines Navigationssystems des Fahrzeuges gesteuert. Der Parameter wird verwendet zur Vorhersage einer kommenden Massenströmung des Auspuffgases, einer kommenden Abwärmeleistung und/oder einer kommenden Abgastemperatur und es wird dazu beschrieben, dass die Fördereinrichtung damit im Hinblick auf eine zeitliche Vorausschau gesteuert wird. Allerdings sagt die DE 10 2015 007 104 A1 nichts darüber, wie die Fördereinrichtung entsprechend dem Parameter gesteuert wird.
KURZBESCHREIBUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Steuerung für ein Abwärmerückgewinnungssystem für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges, welche einen transienten (instationären) Betriebszustand des Antriebsstranges des Fahrzeuges berücksichtigt und welche sowohl eine effiziente Wärmerückgewinnung als auch eine Minimierung der Gefahr von Beschädigungen an Komponenten des Abwärmerückgewinnungssystems ermöglicht.
Gemäß der Erfindung erfolgt der Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems so, dass ein erwarteter kommender Wechsel in den Betriebsbedingungen des Antriebsstranges des Fahrzeuges berücksichtigt wird. Damit können die Betriebsbedingungen des Abwärmerückgewinnungssystems angepasst werden an erwartete kommende Änderungen der Betriebsbedingungen des Antriebsstranges, bevor eine Änderung tatsächlich auftritt. Dies minimiert das Risiko einer Beschädigung einer Komponente des Abwärmerückgewinnungssystems aufgrund einer plötzlichen Änderung der Betriebsbedingungen des Abwärmerückgewinnungssystems und es minimiert weiterhin das Risiko einer Störung des Betriebs des Abwärmerückgewinnungssystems bezüglich der mechanischen oder elektrischen Energie, die von der Expansionseinrichtung des Abwärmerückgewinnungssystems geliefert wird.
Weiterhin basiert die vorliegende Erfindung auf einem Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems, welcher unter „normalen“ Betriebsbedingungen, d.h. stationären Betriebsbedingungen, des Antriebsstranges des Fahrzeuges optimale Einstellungen ausnutzen kann, derart, dass der Wärmetauscher einen überhitzten Dampf erzeugt mit einem relativ geringen Sicherheitsabstand bezüglich des Ausmaßes der Überhitzung des Dampfes. Ein Beispiel für einen solchen stationären Betrieb des Antriebsstranges liegt dann vor, wenn auf einer ebenen Straße mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit gefahren wird. Bei transienten (instationären) Betriebsbedingungen des Antriebsstranges hingegen wird das Abwärmerückgewinnungssystem mit einem größeren Sicherheitsabstand betrieben derart, dass der Wärmetauscher Dampf mit einem relativ hohen Grad an Überhitzung erzeugt. Der Umstand, dass der Sicherheitsabstand vor dem tatsächlichen Auftreten der transienten Betriebsbedingungen am Antriebsstrang erhöht wird, stellt sicher, dass das Risiko einer schnellen Änderung von beispielsweise einer transienten Last an dem Verbrennungsmotor nicht den Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems stört und dies minimiert insbesondere die Gefahr einer Beschädigung an der Expansionseinrichtung des Systems.
Alternativ oder zusätzlich basiert die vorliegende Erfindung auf einem Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems, welcher unter „normalen“ Betriebsbedingungen des Antriebsstranges des Fahrzeuges, wenn erwünscht, eine relativ hohe Maximaltemperatur des Arbeitsmediums im Kreislauf ausnutzen kann, d.h. mit einem relativ geringen Sicherheitsabstand zu der Temperatur, bei welcher Beschädigungen im Arbeitsmedium auftreten können oder wo die Temperatur des Arbeitsmediums Beschädigungen an Komponenten des Wärmerückgewinnungssystems verursachen kann. Bei transienten Betriebsbedingungen des Antriebsstranges hingegen kann das Abwärmerückgewinnungssystem betrieben werden unter Einsatz eines größeren Sicherheitsabstandes zur Temperatur, bei welcher das Arbeitsmedium beeinträchtigt werden könnte oder bei welcher beispielsweise thermische Störungen an Komponenten des Abwärmerückgewinnungssystems auftreten könnten.
Mit der Erfindung können somit die Nachteile des Standes der Technik, bei dem während transienter Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors, welcher eine Komponente des Antriebsstranges darstellt, umgangen werden (“Bypass), um die Gefahr einer Beschädigung an der Expansionseinrichtung zu vermeiden. Damit kann die Expansionseinrichtung auch zur Erzeugung von mechanischer Arbeit und/oder Elektrizität eingesetzt werden während einer transienten Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors und/oder des Antriebsstranges und dies wiederum optimiert die Effizienz der Abwärmerückgewinnung des Systems. Dies führt auch zu einer minimalen Unterbrechung der Wärmerückgewinnung und zu einem effizienten Treibstoffverbrauch bei beispielsweise einem Fahrzeug mit einem solchen Abwärmerückgewinnungssystem.
Im Unterschied zum Stand der Technik erfolgt bei der vorliegenden Erfindung der Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems nicht so, dass das System an die Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors während einer transienten Betriebsbedingung desselben optimal angepasst wird. Stattdessen erfolgt mit der vorliegenden Erfindung der Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems ganz einfach durch Erhöhung des Sicherheitsabstandes bezüglich eines Parameters des Arbeitsmediums unmittelbar vor und/oder während der transienten Betriebsbedingung des Abwärmerückgewinnungssystems, wobei diese transiente Betriebsbedingung des Abwärmerückgewinnungssystems prognostiziert wird auf Basis einer transienten Betriebsbedingung im Antriebsstrang. Dies hat auch den Vorteil einer einfachen und wirksamen Steuerung des Abwärmerückgewinnungssystems.
Die Erfindung stellt somit ein Verfahren bereit zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem aufweist:

einen Kreislauf, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert;
wobei der Kreislauf einen Wärmetauscher aufweist, eingerichtet zum Verdampfen des Arbeitsmediums zur Erzeugung eines Dampfes daraus, eine Expansionseinrichtung, eingerichtet zum Erzeugen mechanischer oder elektrischer Energie durch Expansion des im Wärmetauscher erzeugten Dampfes, einen Kühler (Kondensierer), angeordnet stromab der Expansionseinrichtung und eingerichtet zum Kondensieren des Dampfes in einen flüssigen Zustand des Arbeitsmediums, und einen Förderer für das Arbeitsmedium, eingerichtet zum Zirkulieren des Arbeitsmediums in dem Kreislauf;
wobei das Abwärmerückgewinnungssystem weiterhin eine Steuereinheit aufweist, die eingerichtet ist zum Empfangen von Informationen bezüglich eines Betriebszustandes des Antriebsstranges des Fahrzeuges und zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf entsprechend den genannten Informationen bezüglich einer Betriebsbedingung des Antriebsstranges.

Das Verfahren zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges enthält die folgenden Schritte:

a) Vorgeben eines Schwellenwertes eines Parameters des Arbeitsmediums,
b) dann, wenn die Steuereinheit Informationen erhält bezüglich einer ersten stationären Betriebsbedingung des Antriebsstranges, die Steuereinheit einen ersten vorgegebenen Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums auswählt und die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf steuert, um den ersten Zielwert zu erreichen, wobei der erste Zielwert verschieden ist vom Schwellenwert des Parameters entsprechend einem ersten Sicherheitsabstand Δ₁; und
c) dann, wenn die Steuereinheit Informationen empfängt bezüglich einer erwarteten kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges, die Steuereinheit einen zweiten Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums auswählt, wobei der zweite Zielwert vom Schwellenwert um einen zweiten Sicherheitsabstand Δ₂ verschieden ist, ,welcher größer ist als der erste Sicherheitsabstand Δ₁, und wobei die Steuereinheit die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf steuert, um den zweiten Zielwert zu erreichen.

Das Verfahren kann weiterhin folgenden Schritt aufweisen:

d) wenn die Steuereinheit Informationen empfängt, dass die transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges beendet ist und dass die erste oder die zweite stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges erreicht ist, wählt die Steuereinheit einen dritten Zielwert des Parameters entsprechend einem Sicherheitsabstand, der kleiner ist als der zweite Sicherheitsabstand Δ₂ und steuert die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf, um den dritten Zielwert zu erreichen.

Damit kann dann, wenn die transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges beendet ist, ein geringerer Sicherheitsabstand bezüglich des Parameters des Arbeitsmediums eingesetzt werden, um die Abwärmerückgewinnung zu optimieren.
Die Steuereinheit kann die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in geeigneter Weise steuern durch Einstellung des Massenströmungsrate des Förderers für das Arbeitsmedium. Dies ist im Allgemeinen der schnellste Weg zum Einstellen der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf und dies bietet deshalb die beste Möglichkeit, damit das Abwärmerückgewinnungssystem in der Lage ist, sich schnell an erwartete Änderungen der Betriebsbedingungen des Antriebsstranges des Fahrzeuges anzupassen. Die erwarteten Änderungen der Betriebsbedingungen des Antriebsstranges können beispielsweise den Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems beeinflussen durch eine Änderung der Wärmezufuhr in den Wärmetauscher oder durch eine Änderung der Volumenströmung durch die Expansionseinrichtung.
Der Parameter bezüglich des Arbeitsmediums kann das Ausmaß der Überhitzung des Dampfes des Arbeitsmediums sein, welcher den Wärmetauscher verlässt. In diesem Fall entspricht der Schwellenwert des Parameters dem Verdampfungspunkt des Arbeitsmediums.
Andererseits kann der Parameter des Arbeitsmediums auch die Maximaltemperatur des Arbeitsmediums in dem Kreislauf sein. In diesem Fall entspricht der Schwellenwert einer Temperatur, bei welcher das Arbeitsmedium Gefahr läuft, aufgrund der Temperatur beschädigt zu werden, oder eine akzeptable Maximaltemperatur des Arbeitsmediums, bei welcher noch eine Gefährdung hinsichtlich einer Beschädigung irgendeiner Komponente des Abwärmerückgewinnungssystems vermieden ist. Ein Beispiel für eine Temperatur, bei welcher das Arbeitsmedium Gefahr läuft, beschädigt zu werden, kann eine Temperatur sein, bei welcher das Arbeitsmedium zerfällt oder sich in verschiedene Arbeitsmedium-Komponenten auftrennt.
Das Abwärmerückgewinnungssystem kann so betrieben werden, dass sowohl das Ausmaß der Überhitzung als auch die Maximaltemperatur des Arbeitsmediums berücksichtigt werden, falls dies angestrebt ist.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, Informationen zu empfangen bezüglich einer kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges auf Basis von Informationen von zumindest einer der folgenden Einrichtungen: das Motor-Managementsystem für den Verbrennungsmotor des Fahrzeuges, das Getriebe-Managementsystem des Fahrzeuges, ein Navigationssystem des Fahrzeuges, eine Geschwindigkeitsregelanlage des Fahrzeuges und/oder ein Radarsystem des Fahrzeuges zur Bestimmung von Verkehrsverhältnissen.
Der zweite Sicherheitsabstand Δ₂ kann geeigneter Weise zumindest 25% größer sein als der erste Sicherheitsabstand Δ₁. Vorzugsweise ist der zweite Sicherheitsabstand Δ₂ zumindest 50% größer als der erste Sicherheitsabstand Δ₁.
Die Erfindung betrifft auch ein Abwärmerückgewinnungssystem für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges. Das Abwärmerückgewinnungssystem hat einen Kreislauf, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert. Der Kreislauf hat einen Wärmetauscher zum Verdampfen des Arbeitsmediums zur Erzeugung eines Dampfes desselben, eine Expansionseinrichtung, die eingerichtet ist zum Erzeugen mechanischer oder elektrischer Energie durch Expansion des durch den Wärmetauscher erzeugten Dampfes. Der Kreislauf hat weiterhin einen Kühler (Kondensierer), der stromab der Expansionseinrichtung angeordnet ist und eingerichtet ist zum Kondensieren des Dampfes in eine flüssige Phase des Arbeitsmediums, und einen Förderer, der eingerichtet ist zum Zirkulieren des Arbeitsmediums in dem Kreislauf. Das Abwärmerückgewinnungssystem hat weiterhin eine Steuereinheit, die eingerichtet ist zum Empfangen von Informationen bezüglich einer Betriebsbedingung des Antriebsstranges des Fahrzeuges und um entsprechend den Informationen bezüglich der Betriebsbedingung des Antriebsstranges die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf zu steuern. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet zum Empfangen von Informationen bezüglich einer ersten stationären Betriebsbedingung des Antriebsstranges und für eine dementsprechende Auswahl eines ersten vorgegebenen Zielwertes eines Parameters des Arbeitsmediums, wobei sich der erste vorgegebene Zielwert des Parameters unterscheidet von einem vorgegebenen Schwellenwert des Parameters gemäß einem ersten Sicherheitsabstand Δ₁, und zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf zum Erreichen des genannten Zielwertes. Die Steuereinrichtung ist weiterhin eingerichtet zum Empfangen von Informationen bezüglich einer erwarteten, kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges und um dementsprechend einen zweiten Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums auszuwählen und die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf zum Erreichen des zweiten Zielwertes zu steuern, wobei der zweite Zielwert sich vom vorgegebenen Schwellenwert um einen zweiten Sicherheitsabstand Δ₂ unterscheidet, der größer ist als der erste Sicherheitsabstand Δ₁.
Die Steuereinheit kann weiterhin eingerichtet sein, Informationen zu empfangen, dass die transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges beendet ist und dass der erste stationäre Zustand oder ein zweiter stationärer Zustand der Betriebsbedingung des Antriebsstranges erreicht ist und um einen dritten Zielwert des Parameters auszuwählen, welcher einem Sicherheitsabstand entspricht, der kleiner ist als der zweite Sicherheitsabstand Δ₂, und um die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf zum Erreichen des dritten Zielwertes zu steuern.
Empfängt die Steuereinheit Informationen, dass die erste stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges wieder erreicht ist, kann der dritte Zielwert des Parameters geeigneter Weise der gleiche sein wie der erste Zielwert des Parameters. Mit anderen Worten: jeder stationäre Betriebszustand des Antriebsstranges kann verknüpft sein einem spezifischen vorgegebenen Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums.
Die Steuereinheit kann geeigneter Weise mit dem Förderer verbunden sein und eingerichtet sein zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf durch Einstellen der Massenströmungsrate des Förderers.
Die Steuereinheit kann weiterhin eingerichtet sein, Informationen zu empfangen bezüglich einer kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges auf Basis von Informationen bezüglich zumindest einer der folgenden Einrichtungen: ein Motor-Managementsystem des Verbrennungsmotors des Fahrzeuges, ein Getriebe-Managementsystem des Fahrzeuges, ein Navigationssystem des Fahrzeuges, ein Geschwindigkeitsregelsystem des Fahrzeuges und/oder ein Radarsystem des Fahrzeuges, wobei das Radarsystem eingerichtet ist zum Bestimmen von Verkehrsverhältnissen.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang einschließlich eines Verbrennungsmotors und mit einem Abwärmerückgewinnungssystem gemäß obiger Beschreibung. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Schwerlastfahrzeug, wie ein Bus oder ein Lkw sein. Auch kann das Fahrzeug ein Pkw oder ein Marinefahrzeug sein.
Auch betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm einen Programmcode aufweist zur Veranlassung einer Steuereinheit oder eines mit einer Steuereinheit verbundenen Computers, ein Verfahren zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems gemäß obiger Beschreibung zu steuern.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein computerlesbares Medium mit Instruktionen, die bei Ausführung durch eine Steuereinheit oder durch einen mit einer Steuereinheit verbundenen Computer die Steuereinheit oder den Computer veranlassen, das oben beschriebene Verfahren zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems auszuführen.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 zeigt schematisch ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf des Ergebnisses des Verfahrens zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei ein Parameter der Sättigungsgrad des den Wärmetauscher verlassenden Dampfes des Arbeitsmediums ist;
6 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf des Ergebnisses des Verfahrens zum Betreiben Abwärmerückgewinnungssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei der Parameter die Maximaltemperatur des Arbeitsmediums im Kreislauf an einem jeden Punkt desselben ist;
7 zeigt schematisch eine Steuereinheit oder einen Computer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

BECHREIBUNG IM EINZELNEN
Die Erfindung wird nunmehr mit weiteren Einzelheiten in Bezug auf Ausführungsbeispiele und die begleitenden Figuren näher erläutert. Die Erfindung ist allerdings nicht auf die erläuterten und gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Rahmens der Ansprüche abgewandelt werden. Auch sollten die Figuren nicht so verstanden werden, als gäben sie Skalierungen, da einige Merkmale hervorgehoben dargestellt sind, um die Erfindung bzw. bestimmte Merkmale deutlicher zu machen.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff „stationärer Zustand“ oder dergleichen verwendet. Ein „stationärer Zustand“ kann als ein Zustand definiert werden, bei dem die Variablen, welche das Verhalten eines Systems oder eines Prozesses bestimmen, sich in der Zeit nicht ändern. Es sei allerdings angemerkt, dass eine Betriebsbedingung eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges nicht in einem „stationären Zustand“ ist im Sinne eines streng wörtlichen Verständnisses des Begriffs wegen der normalerweise auftretenden Schwankungen der Betriebsbedingungen. Normalerweise auftretende Schwankungen können auf Faktoren beruhen, die nicht beeinflussbar sind oder die auch nicht vollständig zu überwachen sind. Wenn somit der Begriff „stationäre Betriebsbedingung“ hier verwendet wird, dann ist dies in dem Sinne zu verstehen, dass es sich um eine im Wesentlichen stationäre Betriebsbedingung handelt einschließlich geringer unbeabsichtigter und normaler Schwankungen der Betriebsbedingungen. Mit anderen Worten: „stationäre Betriebsbedingung“ eines Antriebsstranges ist so zu verstehen, wie es eine Fachperson versteht.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung ist der Begriff „Antriebsstrang“ zu verstehen unter Einschluss des Verbrennungsmotors und des Getriebes sowie weiterer Komponenten, die in die Kraftübertragung integriert sind. Dies bedeutet, dass Differenziale (Ausgleichsgetriebe) und der finale Antrieb nicht im Begriff „Antriebsstrang“ im vorliegenden Sinn eingeschlossen sind.
Eine „Betriebsbedingung“ eines Antriebsstranges ist im Rahmen der vorliegenden Beschreibung, unabhängig davon, ob es um eine stationäre oder eine transiente Betriebsbedingung geht, zu verstehen als das Drehmoment und die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle des Getriebes.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden Ausdrücke wie „um den Zielwert zu erreichen“ oder ähnliche Ausdrücke verwendet im Zusammenhang mit der Steuereinheit, welche die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf steuert. Dies ist allerdings nicht so zu verstehen, dass der genannte Zielwert tatsächlich notwendig erreicht wird, vielmehr erfolgt die Steuerung der Massenströmung des Arbeitsmediums so, dass es in Richtung auf den Zielwert geht. Deshalb wird hier der Begriff „Erreichen“ in diesem Sinne verwendet.
Im Nachfolgenden werden Abwärmerückgewinnungssysteme näher beschrieben, bei denen Auspuffgase des Verbrennungsmotors als Wärmequelle im Wärmetauscher verwendet werden, jedoch ist die Erfindung nicht auf den Einsatz von Auspuffgasen als Wärmequelle beschränkt. Beispielsweise können als Wärmequelle auch sogenannte EGR-Gase (rezirkulierte Auspuff-Gase) oder ein Kühlungsfluid verwendet werden.
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeuges 1 mit einem Verbrennungsmotor 2. Das Fahrzeug hat einen Antriebsstrang 3 mit dem Verbrennungsmotor 2 und einem Getriebegehäuse 8. Das Getriebegehäuse 8 ist über eine Ausgangswelle 9 des Getriebegehäuses mit den Antriebsrädern 5 des Fahrzeuges 1 verbunden. Das Fahrzeug hat weiterhin ein Abwärmerückgewinnungssystem 4 in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor 2. Das Fahrzeug kann weiterhin ein Kühlungssystem 6 in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor 2 aufweisen. Das Kühlungssystem 6 kann mit dem Abwärmerückgewinnungssystem 4 verbunden sein. Das Fahrzeug 1 kann ein Schwerlastfahrzeug, wie beispielsweise ein Lkw oder ein Bus sein. Das Fahrzeug kann andererseits aber auch ein Pkw sein. Auch kann das Fahrzeug ein HybridFahrzeug sein mit einem Elektromotor (nicht dargestellt) zusätzlich zum Verbrennungsmotor 2. Das Fahrzeug kann andererseits auch ein Marinefahrzeug, wie ein Schiff, sein, wobei das Fahrzeug dann keinerlei Antriebsräder hat.
Abwärmerückgewinnung kann durchgeführt werden durch Einsatz von Wärme aus beispielsweise den Auspuffgasen zum Heizen eines Arbeitsmediums, um einen Dampf zu erzeugen, d.h. ein verdampftes Arbeitsmedium aufgrund der Erhitzung des Mediums. Dieser Dampf kann sodann expandiert werden und die so erzeugte mechanische Arbeit kann eingesetzt werden beispielsweise zum Vortrieb des Fahrzeuges, zum Erzeugen von Elektrizität oder zum Antrieb von Hilfseinrichtungen des Fahrzeuges.
Während Abwärmerückgewinnungssysteme gemäß dem Stand der Technik sehr gut bei stationären Bedingungen arbeiten, sind sie allerdings bei transienten Bedingungen noch zu verbessern. Beispielsweise wird der Verbrennungsmotor, welcher häufig als Wärmequelle zum Betreiben des Abwärmerückgewinnungssystems eingesetzt wird, insbesondere zur Zufuhr von Wärme zum Wärmetauscher, häufig transient betrieben oder der Motor hat verschiedene stationäre Betriebsbedingungen. In ähnlicher Weise kann der Ausgang des Antriebsstranges verschiedene stationäre Zustände oder transiente Zustände annehmen. Zwar kennt der Stand der Technik Steuerungen für das Abwärmerückgewinnungssystem entsprechend solchen Bedingungen des Verbrennungsmotors, jedoch sind bekannte Steuerungen häufig langsam und ermöglichen keine optimale Abwärmerückgewinnung. Auch erfolgt die Einstellung des Abwärmerückgewinnungssystems häufig erst nach einer transienten Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors bzw. deren Detektion und insofern besteht die Gefahr einer Beeinträchtigung von Komponenten des Abwärmerückgewinnungssystems (insbesondere bei der Expansionseinrichtung), bevor der Betrieb des Systems an die neue Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors angepasst ist.
2 zeigt schematisch ein Abwärmerückgewinnungssystem 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Abwärmerückgewinnungssystem 4 hat einen Kreislauf 10, in welchem ein Arbeitsmedium WM zirkuliert. In dem Kreislauf sind ein Wärmetauscher 11, eine Expansionseinrichtung 12, ein Kühler (Kondensierer) 13 und ein Förderer 14 für das Arbeitsmedium angeordnet.
Vor Eintritt in den Wärmetauscher 11 ist das Arbeitsmedium WM im flüssigen Zustand. Der Wärmetauscher 11 ist eingerichtet zum Verdampfen des Arbeitsmediums, um so einen überhitzten Dampf zu erzeugen. Um dies zu erreichen, überträgt der Wärmetauscher 11 Wärme von einer Wärmequelle, wie den Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors, an das Arbeitsmedium. Das Auspuffgas der Verbrennungsmaschine wird über eine erste Auspuffgasleitung 18 zum Wärmetauscher geführt und verlässt den Wärmetauscher über eine zweite Auspuffgasleitung 19. Gegebenenfalls können Auspuffgase aus der Verbrennungsmaschine auch vollständig oder teilweise über eine dritte Auspuffgasleitung 20 am Wärmetauscher 11 vorbeigeführt werden. Auspuffgase in der dritten Auspuffgasleitung 20 werden somit nicht als Wärmequelle im Wärmetauscher 11 eingesetzt. Zum Steuern der Menge an Auspuffgasen, welche durch die erste Auspuffgasleitung 18 bzw. die dritte Auspuffgasleitung 20 geführt werden, weisen die verschiedenen Auspuffgasleitungen in geeigneter Weise Ventile 21, 22 auf, wie auch im Stand der Technik. In 2 ist das in der zweiten Auspuffgasleitung angeordnete Ventil 21 im offenen Zustand gezeigt, während das Ventil 22 in der dritten Auspuffgasleitung 21 in der geschlossenen Position ist. Somit würden die Auspuffgase nur durch den Wärmetauscher 11 strömen. Angemerkt sei, dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf das Vorhandensein von Ventilen in den Auspuffgasleitungen oder, wenn sie vorhanden sind, sind ihre Positionen nicht auf die gezeigten beschränkt.
Der im Wärmetauscher 11 erzeugte überhitzte Dampf strömt in die Expansionseinrichtung 12, wo er expandiert wird. Mittels der Expansionseinrichtung 12 kann die rückgewonnene Wärme in mechanische Arbeit oder Elektrizität verwandelt werden. Beispielsweise kann die Expansionseinrichtung 12 mechanisch verbunden sein mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeuges und insbesondere der Welle des Verbrennungsmotors unter Verwendung einer Kupplung oder eines Freilaufs (nicht dargestellt). Die Expansionseinrichtung kann andererseits auch mechanisch verbunden sein mit dem Antriebsstrang des Fahrzeuges. Auch kann die Expansionseinrichtung mit einem Generator verbunden sein zum Erzeugen von Elektrizität.
Der Kreislauf kann weiterhin eine Nebenleitung 16 aufweisen, die als solche im Stand der Technik ebenfalls bekannt ist, um bei Bedarf eine Umleitung in Bezug auf die Expansionseinrichtung 12 bereitzustellen. Die Nebenleitung 16 kann ein geeignetes Nebenleitungsventil 17 aufweisen. Bei Normalbetrieb ist das Nebenleitungsventil 17 in der Schließstellung und das Arbeitsmedium passiert die Expansionseinrichtung 12. Das Nebenleitungsventil kann durch dieselbe Steuereinheit 24 gesteuert werden, d.h. die Steuereinheit ist eingerichtet zum Empfang von Daten bezüglich des Betriebszustandes des Antriebsstranges, wie weiter unten näher erläutert wird. Andererseits kann das Nebenleitungsventil auch durch eine andere Steuereinheit, falls erwünscht, gesteuert werden.
Nachdem das Arbeitsmedium in der Expansionseinrichtung 12 expandiert ist (oder um die Expansionseinrichtung 12 umgeleitet wurde), wird das Arbeitsmedium im Kühler 13 abgekühlt, so dass das Arbeitsmedium wieder in den flüssigen Zustand kommt. Der Kühler 13 kann typischerweise an ein Kühlsystem 6' angeschlossen sein, welches wiederum Teil eines Motorkühlungssystems 6 (siehe 1) sein kann oder welches ein getrenntes Kühlsystem sein kann.
Der Förderer 14 für das Arbeitsmedium, typischerweise eine Pumpe, ist eingerichtet zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf, beispielsweise indem das Arbeitsmedium unter Druck gesetzt wird. Gemäß der Erfindung hat das Abwärmerückgewinnungssystem eine Steuereinheit 24, die eingerichtet ist zum Empfang von Daten bezüglich des Betriebszustandes des Antriebsstranges des Fahrzeuges und zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf entsprechend den genannten Daten bezüglich der Betriebsbedingungen des Antriebsstranges. Die Steuereinheit 24 kann eingerichtet sein, die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf zu steuern durch Steuerung der Massenströmungsrate des Förderers 14 für das Arbeitsmedium gemäß 2 und somit ist die Steuereinheit 24 mit dem Förderer für das Arbeitsmedium verbunden. Andererseits kann die Steuereinheit aber auch, gegebenenfalls zusätzlich zur Verbindung mit dem Förderer für das Arbeitsmedium, eingerichtet sein, die Massenströmung des Arbeitsmediums dadurch zu steuern, dass die Massenströmungsrate durch beispielsweise den Kühler gesteuert wird. Somit kann die Steuereinheit auch, falls erwünscht, mit dem Kühler verbunden sein.
Bei einem Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der vorliegenden Beschreibung ist die Steuereinheit eingerichtet zum Empfang von Informationen bezüglich einer stationären Betriebsbedingung des Antriebsstrangs und zur dementsprechenden Auswahl eines ersten vorgegebenen Zielwertes eines Parameters des Arbeitsmediums, welcher verschieden ist von einem vorgegebenen Schwellenwert des Parameters entsprechend einem ersten Sicherheitsabstand Δ₁. Nach Auswahl des ersten vorgegebenen Zielwertes des Parameters steuert die Steuereinheit die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf zum Erreichen (mit dem Ziel) des ersten Zielwertes. Die Steuereinheit ist weiterhin eingerichtet zum Empfang von Informationen bezüglich einer erwarteten, kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges und zur dementsprechenden Auswahl eines zweiten Zielwertes des Parameters des Arbeitsmediums. Nach Auswahl des zweiten vorgegebenen Zielwertes des Parameters steuert die Steuereinheit die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf zum Erreichen (mit dem Ziel) des zweiten Zielwertes. Der zweite Zielwert unterscheidet sich vom vorgegebenen Schwellenwert um einen zweiten Sicherheitsabstand Δ₂, welcher größer ist als der erste Sicherheitsabstand Δ₁.
Die Steuereinheit kann weiterhin eingerichtet sein zum Empfang von Informationen bezüglich einer kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges auf Basis von Informationen, die von zumindest einer der folgenden Einrichtungen kommen: einem Motor-Managementsystem des Verbrennungsmotors des Fahrzeuges, einem Getriebe-Managementsystem des Fahrzeuges, einem Navigationssystem des Fahrzeuges, einem Geschwindigkeitsregelsystem des Fahrzeuges und/oder einem Radarsystem des Fahrzeuges, welches eingerichtet ist zum Bestimmen von Verkehrsverhältnissen. Alle vorstehend genannten Systeme liefern gegebenenfalls Informationen zur Steuereinheit bezüglich einer kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges und sind als solche bekannt und werden deshalb in dieser Beschreibung nicht weiter mit Einzelheiten näher diskutiert. Es versteht sich jedoch, dass jedes dieser Systeme zu vervollständigen ist mit einer Einrichtung zum Übertragen von Informationen an die Steuereinheit des vorliegenden Abwärmerückgewinnungssystems, falls solche Einrichtungen nicht vorab gegeben sind.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein zum Empfang von Betriebsbedingungen des Antriebsstranges, entweder kontinuierlich oder auf Anfrage, oder entsprechend vorgegebenen Zeitintervallen und/oder bei Gelegenheit von jeglichem System, mit dem die Steuereinheit kommuniziert, um Informationen zu empfangen bezüglich einer erwarteten, kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges. Die Steuereinheit ist aber vorzugsweise eingerichtet, um zumindest kontinuierlich Informationen zu empfangen bezüglich der Betriebsbedingung des Antriebsstranges, und zwar vom Getriebe-Managementsystem des Fahrzeuges, weil das Getriebe-Managementsystem Informationen bezüglich der laufenden Betriebsbedingungen des Antriebsstranges liefern kann, unabhängig davon, ob es sich um eine stationäre Betriebsbedingung oder eine transiente Betriebsbedingung handelt. Andererseits kann die Steuereinheit beispielsweise auch eingerichtet sein, nur von einem Radarsystem Informationen zu empfangen, welches eingerichtet ist zum Bestimmen von Verkehrsverhältnissen, wenn letzteres System ermittelt, dass die Verkehrsverhältnisse so sind, dass eine transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges zu erwarten ist.
Das Abwärmerückgewinnungssystem 4 kann weiterhin ein Reservoir 15 aufweisen zum Speichern von Arbeitsmedium WM, um sicherzustellen, dass im Kreislauf 10 jederzeit eine hinreichende Menge an Arbeitsmedium zur Verfügung steht.
Das Arbeitsmedium des Abwärmerückgewinnungssystems kann von bekannter Art sein. Beispiele von Arbeitsmedien gemäß dem Stand der Technik sind Wasser, Ethanol und auf Ethanol basierende Mischungen.
Eine transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges kann beispielsweise zu einer unterschiedlichen Massenströmungsrate des Auspuffgases und/oder der Temperatur des Auspuffgases führen, welches als Wärmequelle im Wärmetauscher des Abwärmerückgewinnungssystems eingesetzt wird, um das Arbeitsmedium zu verdampfen. Auch kann eine transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges zu einer unterschiedlichen Volumenströmung durch die Expansionseinrichtung des Abwärmerückgewinnungssystems führen. Weiterhin kann eine transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges zu größeren Schwankungen im Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems führen, beispielsweise bezüglich des Ausmaßes der Überhitzung des Arbeitsmediums oder in der Temperatur des Arbeitsmediums an verschiedenen Stellen im Kreislauf.
3 erläutert schematisch ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zunächst wird für die Steuereinheit ein Schwellenwert bezüglich eines Parameters des Arbeitsmediums vorgegeben (a), Schritt S1. Dieser Schwellenwert kann Ergebnis theoretischer Berechnungen sein, auf Experimenten basieren oder auf Erfahrung beruhen, je nach Verwirklichung der vorliegenden Erfindung.
Die Steuereinheit des Abwärmerückgewinnungssystems ist eingerichtet, Informationen zu empfangen bezüglich der Betriebsbedingung des Antriebsstranges. Die Steuereinrichtung kann weiterhin eingerichtet sein, zu ermitteln, ob die genannte Betriebsbedingung eine stationäre Betriebsbedingung ist, wobei die Bestimmung auf Basis der empfangenen Informationen erfolgt, oder die Steuereinrichtung kann andererseits eingerichtet sein, direkt Informationen zu erhalten, ob die Betriebsbedingung eine stationäre Betriebsbedingung ist, wobei beide Optionen in 3 in Schritt S2 dargestellt sind. Liegt eine stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges vor, wählt die Steuereinheit einen vorgegebenen ersten Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums aus und steuert die Massenströmung des Arbeitsmediums im Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des genannten ersten Zielwertes, b. Dies ist in S3 in 3 dargestellt. Der erste Zielwert unterscheidet sich vom Schwellenwert des Parameters um einen ersten Sicherheitsabstand Δ₁.
Liegt kein stationärer Betriebszustand des Antriebsstranges vor oder empfängt die Steuereinheit Information, dass eine kommende transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges zu erwarten ist, wählt die Steuereinheit einen zweiten Zielwert für den Parameter des Arbeitsmediums aus. Der zweite Zielwert unterscheidet sich vom Schwellenwert um einen zweiten Sicherheitsabstand Δ₂, welcher größer ist als der erste Sicherheitsabstand Δ₁. Die Steuereinheit steuert dann die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des zweiten Zielwertes. Dies bildet den Schritt c im Verfahren und ist in 3 durch S4 dargestellt.
Danach ist die Steuereinheit eingerichtet, wiederholt zu prüfen, ob eine stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges vorliegt, was durch die Pfeile 31 bzw. 32 dargestellt ist.
Somit enthält das Verfahren zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Beschreibung folgende Schritte:

a) Vorgeben eines vorab bestimmten Schwellenwertes eines Parameters des Arbeitsmediums,
b) dann, wenn die Steuereinheit Informationen erhält bezüglich einer ersten stationären Betriebsbedingung des Antriebsstranges, wählt die Steuereinheit einen vorgegebenen ersten Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums und steuert die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des ersten Zielwertes, wobei der erste Zielwert vom Schwellenwert des Parameters um einen ersten Sicherheitsabstand Δ₁ verschieden ist, und
c) dann, wenn die Steuereinheit Informationen empfängt bezüglich einer erwarteten, kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges, wählt die Steuereinheit einen zweiten Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums aus, wobei der zweite Zielwert sich vom Schwellenwert um einen zweiten Sicherheitsabstand Δ₂ unterscheidet, welcher größer ist als der erste Sicherheitsabstand Δ₁, und die Steuereinheit steuert die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des zweiten Zielwertes.

Gemäß diesem Verfahren erfolgt der Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems derart, dass ein Sicherheitsabstand eines Parameters des Arbeitsmediums angehoben wird, bevor die transiente Betriebsbedingung im Antriebsstrang tatsächlich auftritt. Die Steuereinheit kann auch eingerichtet sein, zu ermitteln, dass die transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges tatsächlich auftritt und/oder anhält.
4 erläutert schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das in 4 dargestellte Verfahren unterscheidet sich vom Verfahren gemäß 3 darin, dass die Steuereinheit weiterhin Informationen empfangen kann, insbesondere empfängt bezüglich zweier verschiedener stationärer Betriebsbedingungen oder verschiedene stationäre Betriebsbedingungen des Antriebsstranges feststellen kann.
Das Verfahren gemäß 4 eröffnet somit die Möglichkeit für die Steuereinheit, Informationen bezüglich der Betriebsbedingung des Antriebsstranges zu empfangen.
Insbesondere wird eine Feststellung ermöglicht auf Basis der empfangenen Informationen, ob eine zweite stationäre Betriebsbedingung erreicht ist, oder es besteht die Möglichkeit, direkt Informationen zu empfangen, ob eine zweite stationäre Betriebsbedingung erreicht ist oder nicht. Dies ist in 4 mit S5 dargestellt. Ist eine zweite stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges erreicht, wobei die zweite stationäre Betriebsbedingung verschieden ist von der ersten stationären Betriebsbedingung des Antriebsstranges, wählt die Steuereinheit einen dritten Zielwert des Parameters aus gemäß einem Sicherheitsabstand, welcher kleiner ist als der zweite Sicherheitsabstand Δ₂. Die Steuereinheit steuert dann die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des dritten Zielwertes, d. Dies ist in 4 mit S6 dargestellt.
Das Verfahren kann also weiterhin folgenden Schritt aufweisen:

d) empfängt die Steuereinheit Informationen, dass die transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges beendet ist und die erste stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges oder eine zweite stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges erreicht ist, wählt die Steuereinheit einen dritten Zielwert des Parameters aus entsprechend einem Sicherheitsabstand, der kleiner ist als der zweite Sicherheitsabstand Δ₂ und steuert die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des dritten Zielwertes.

Empfängt die Steuereinheit Informationen, dass die transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges beendet ist und die erste stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges wieder erreicht ist, ist der dritte Zielwert der gleiche wie der erste Zielwert.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann an jede Anzahl von stationären Betriebsbedingungen des Antriebsstranges und/oder an mehr als eine Art von transienten Betriebsbedingungen des Antriebsstranges angepasst werden.
Auf diese Weise erfolgt der Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems so, dass es mit einem optimalen Sicherheitsabstand für jede stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges betrieben wird.
Die Steuereinheit kann in geeigneter Weise angepasst sein zur Steuerung der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf durch Einstellung der Massenströmungsrate des Förderers. Wird der Förderer eingesetzt für die Einstellung der Massenströmungsrate in dem Kreislauf, so ist dies in aller Regel die schnellste Möglichkeit der Anpassung des Betriebs des Abwärmerückgewinnungssystems und dies stellt deshalb die beste Möglichkeit dar für den Fall einer transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges. Es ist jedoch auch sinnvoll, die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in anderer Weise einzustellen, wie beispielsweise über den Kondensatausgang am Kühler.
Der genannte Parameter des Arbeitsmediums kann gemäß einem Ausführungsbeispiel des beschriebenen Verfahrens das Ausmaß der Überhitzung des Dampfes des Arbeitsmediums sein, welcher den Wärmetauscher verlässt. Dann entspricht der Schwellenwert des Parameters dem Verdampfungspunkt des Arbeitsmediums. Mit anderen Worten: Es ist Schwellenwert, bei dem der Dampf ein Trockendampf ist, jedoch ohne Überhitzung.
5 zeigt schematisch ein Ergebnis des Verfahrens gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von der Zeit t für den Fall, dass der Parameter das Ausmaß δ_WM der Überhitzung des Dampfes ist. Der Schwellenwert des Parameters, d.h. der Verdampfungspunkt, ist in der Figur mit δ_WM ^threshold bezeichnet und das momentane Ausmaß der Überhitzung des Arbeitsmediums, welches über die Zeit den Wärmetauscher verlässt, ist durch die gestrichelte Linie δ_WM ^Act bezeichnet. Das Zeitintervall t₀ bis t₁ entspricht der Zeit, in welcher die Steuereinheit Informationen bezüglich der stationären Betriebsbedingung des Antriebsstranges erhält. Während dieser Zeitspanne wählt die Steuereinheit den ersten Zielwert δ₁, der einen Sicherheitsabstand Δ₁ in Bezug auf den Schwellenwert bietet. Der erste Zielwert wird so ausgewählt, dass normale Schwankungen beim stationären Betrieb berücksichtigt sind, wie durch die gestrichelte Linie δ_WM ^Act dargestellt ist.
Zum Zeitpunkt t₁ empfängt die Steuereinheit Informationen bezüglich einer erwarteten, kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges des Fahrzeuges, welche das Ausmaß der Überhitzung oder, wie in der Figur dargestellt, die Schwankungen vergrößern kann. Die Steuereinheit wählt dann einen zweiten Zielwert δ₂ für das Ausmaß der Überhitzung aus und steuert die Massenströmung in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des genannten zweiten Zielwertes. Der zweite Zielwert δ₂ gibt einen zweiten Sicherheitsabstand Δ₂, welcher größer ist als der erste Sicherheitsabstand Δ₁.
Zur Zeit t₂ kann die Steuereinrichtung Informationen empfangen, dass die transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges beendet ist und die erste stationäre Betriebsbedingung erreicht ist. Die Steuereinheit kann dann erneut den ersten Zielwert auswählen und die Massenströmung in dem Kreislauf entsprechend steuern.
Andererseits kann der Parameter des Arbeitsmediums gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des oben beschriebenen Verfahrens die Maximaltemperatur des Arbeitsmediums in dem Kreislauf sein, d.h. die höchste zulässige Temperatur des Arbeitsmediums zu jedem Zeitpunkt und jedem Ort im Kreislauf. In -diesem Fall entspricht der Schwellenwert einer Temperatur, bei welcher das Arbeitsmedium Gefahr läuft, beschädigt zu werden, beispielsweise durch Zersetzung. Andererseits kann der Schwellenwert auch die Maximaltemperatur des Arbeitsmediums sein, bei welcher noch keine Gefahr besteht, dass eine thermische Schädigung an einer Komponente des Abwärmerückgewinnungssystems auftritt.
6 zeigt schematisch das Ergebnis des Verfahrens gemäß der Erfindung über der Zeit t für den Fall, dass der Parameter die Maximaltemperatur T_WM des Arbeitsmediums in dem Kreislauf ist. Der Schwellenwert des Parameters ist mit W_WM ^threshold dargestellt und die aktuelle Maximaltemperatur des Arbeitsmediums an irgendeiner Stelle des Abwärmerückgewinnungssystems über der Zeit ist mit der gestrichelten Linie T_WM ^Act dargestellt. Die Zeitspanne t₀ bis t₃ entspricht der Zeit, in welcher die Steuereinheit Informationen bezüglich einer stationären Betriebsbedingung des Antriebsstranges empfängt. In dieser Zeitspanne wählt die Steuereinheit den ersten Zielwert T₁ mit einem Sicherheitsabstand Δ₁ zum Schwellenwert.
Zur Zeit t₃ erhält die Steuereinheit Informationen bezüglich einer erwarteten, kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges, welche die Maximaltemperatur des Arbeitsmediums in dem Kreislauf ändert oder, wie in der Figur dargestellt, die Schwankungen vergrößern kann. Die Steuereinheit wählt dann einen zweiten Zielwert T₂ für die Maximaltemperatur des Arbeitsmediums und steuert die Massenströmung in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des genannten zweiten Zielwertes. Der zweite Zielwert T₂ bietet einen zweiten Sicherheitsabstand Δ₂, welcher größer ist als der erste Sicherheitsabstand Δ₁.
Zur Zeit t₄ kann die Steuereinheit Informationen empfangen, dass die transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges beendet ist und die erste stationäre Betriebsbedingung erreicht ist. Die Steuereinheit kann dann erneut den ersten Zielwert T₁ auswählen und die Massenströmung in dem Kreislauf entsprechend steuern.
Das Abwärmerückgewinnungssystem ist eingerichtet, auch so betrieben zu werden, dass sowohl der Parameter des Ausmaßes der Überhitzung des Dampfes des Arbeitsmediums als auch der Parameter der Maximaltemperatur des Arbeitsmediums berücksichtigt sind.
7 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100. Die Steuereinheit 24 gemäß 2 kann in einer Ausgestaltung die Vorrichtung 100 bilden oder enthalten. Der Begriff „Verbindung“ betrifft hier eine Kommunikationsverbindung, welche eine körperliche Verbindung sein kann, wie eine optoelektronische Kommunikationssleitung, oder eine nicht-körperliche Verbindung, wie eine drahtlose Verbindung, z.B. eine Radioverbindung oder eine Mikrowellenverbindung. Die Vorrichtung 100 hat einen nicht-flüchtigen Speicher 120, eine Datenverarbeitungseinheit 110 und einen Lese-/Schreibspeicher 150. Der nicht-flüchtige Speicher 120 hat einen ersten Speicherbereich 130, in welchem ein Computerprogramm, z.B. ein Betriebssystem, abgespeichert ist zum Steuern der Funktionen der Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 hat weiterhin eine Bussteuerung, einen seriellen Kommunikationsanschluss, Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen (I/O-Einrichtungen), einen Analog-/Digitalwandler (A/D-Wandler), eine Zeit- und Dateneingabe und -übertragungseinheit, einen Ereigniszähler und einen Unterbrechungssteuerer (nicht dargestellt). Der nicht-flüchtige Speicher 120 hat weiterhin einen zweiten Speicherbereich 140.
Bereitgestellt ist ein Computerprogramm P mit Routinen zum Steuern des Betriebs eines Abwärmerückgewinnungssystems eines Verbrennungsmotors. Das Computerprogramm P hat Routinen zum Empfangen von Informationen bezüglich einer Betriebsbedingung (Betriebszustand) des Antriebsstranges und Routinen zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf des Abwärmerückgewinnungssystems entsprechend den genannten Informationen bezüglich der Betriebsbedingungen des Antriebsstranges. Das Computerprogramm hat Routinen zum Empfangen von Informationen bezüglich eines vorgegebenen Schwellenwertes eines Parameters des Arbeitsmediums des Abwärmerückgewinnungssystems. Der Computer hat weiterhin Routinen zum Empfangen von Informationen bezüglich einer ersten stationären Betriebsbedingung des Antriebsstranges und Routinen zum Auswählen eines vorgegebenen ersten Zielwertes des Parameters des Arbeitsmediums, wobei der erste Zielwert sich von dem Schwellenwert des Parameters um einen ersten Sicherheitsabstand unterscheidet. Das Computerprogramm hat weiterhin Routinen zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des ersten Zielwertes. Weiterhin hat das Computerprogramm P Routinen zum Empfangen von Informationen bezüglich einer erwarteten, kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges und Routinen zum Auswählen eines vorgegebenen zweiten Zielwertes des Parameters des Arbeitsmediums, wobei der zweite Zielwert sich vom Schwellenwert des Parameters um einen zweiten Sicherheitsabstand unterscheidet, welcher größer ist als der erste Sicherheitsabstand. Das Computerprogramm hat weiterhin Routinen zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des genannten zweiten Zielwertes. Vorzugsweise hat das Computerprogramm auch Routinen zum Empfangen von Informationen, dass eine transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges beendet ist und um einen neuen Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums dementsprechend auszuwählen, wobei der neue Zielwert einen geringeren Sicherheitsabstand bietet als der zweite Sicherheitsabstand.
Das Programm P kann in ausführbarer Form oder in komprimierter Form in einem Speicher 160 abgelegt sein und/oder in einem Lese-/Schreibspeicher 150.
Wenn hier die Datenverarbeitungseinheit 110 beschrieben ist zur Ausführung bestimmter Funktionen, bedeutet dies, dass die Datenverarbeitungseinheit 110 einen bestimmten Teil des im Speicher 160 oder einen bestimmten Teil des im Lese-/Schreibspeicher 150 abgelegten Programmes wirksam werden lässt.
Die Datenverarbeitungseinheit 110 kann mit einem Dateneingang 199 über einen Datenbus 115 kommunizieren. Der nicht-flüchtige Speicher 120 ist vorgesehen für eine Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 110 über einen Datenbus 112. Der getrennte Speicher 160 ist vorgesehen für eine Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 110 über einen Datenbus 111. Der Lese-/Schreibspeicher 150 ist eingerichtet für eine Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 110 über einen Datenbus 114.
Werden am Dateneingang 199 Daten empfangen, werden sie zeitweise in dem zweiten Speicherbereich 140 gespeichert. Wenn eingegebene Daten zeitweise abgespeichert sind, ist die Datenverarbeitungseinheit 110 eingerichtet, die Code-Ausführung, wie oben beschrieben, durchzuführen.
Teile der hier beschriebenen Verfahren können durch die Vorrichtung 100 mittels der Datenverarbeitungseinheit 110 ausgeführt werden, welche das in dem Speicher 160 oder in dem Lese-/Schreibspeicher 150 abgelegte Programm ablaufen lässt. Arbeitet die Vorrichtung 100 das Programm ab, werden die hier beschriebenen Verfahren ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere geeignet zum Einsatz in einem Fahrzeug, in dem die Expansionseinrichtung des Abwärmerückgewinnungssystems mechanisch mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist. In einem solchen Fahrzeug können die Motordrehgeschwindigkeit und der gekoppelte Expandierer ihre Betriebszustände schnell ändern, beispielsweise bei einem Schaltvorgang. Diese schnelle Änderung kann zu einer Änderung der Volumenströmung durch die Expansionseinrichtung führen, was wiederum zu der Gefahr führen kann, dass der Dampf des Arbeitsmediums bei Erreichen der Expansionseinrichtung nicht überhitzt ist. In einem solchen Fahrzeug wird die Expansionseinrichtung umgangen (wie bei Systemen gemäß dem Stand der Technik), um das Risiko einer Beschädigung der Expansionseinrichtung zu vermeiden und das durch die Expansionseinrichtung erzeugte Drehmoment wird sich ebenfalls schnell ändern. Dies kann wiederum den Schaltvorgang beeinträchtigen. Die vorliegende Erfindung überwindet solche Probleme, da die Expansionseinrichtung erfindungsgemäß nicht im erfindungsgemäßen Abwärmerückgewinnungssystem umgangen werden muss und das Verfahren zum Betreiben des Betriebs des Abwärmerückgewinnungssystems gemäß der Erfindung vermeidet derartige Probleme. Damit wird auch ein glatterer Schaltvorgang erreicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

SE 533402 C2 [0006]
US 2015/0361832 A1 [0008]
DE 102015007104 A1 [0009]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems (4) für einen Verbrennungsmotor (2) eines Fahrzeuges, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (4) aufweist: einen Kreislauf (10), in dem ein Arbeitsmedium (WM) zirkuliert; wobei der Kreislauf (10) aufweist: einen Wärmetauscher (11), eingerichtet zum Verdampfen des Arbeitsmediums zur Erzeugung eines Dampfes desselben, eine Expansionseinrichtung (12), eingerichtet zum Erzeugen mechanischer oder elektrischer Energie durch Expansion des durch den Wärmetauscher erzeugten Dampfes, einen Kühler (13) stromab der Expansionseinrichtung und eingerichtet zum Kondensieren des Dampfes in einen flüssigen Zustand des Arbeitsmediums, und einen Förderer (14) für das Arbeitsmedium, eingerichtet zum Zirkulieren des Arbeitsmediums in dem Kreislauf; wobei das Abwärmerückgewinnungssystem weiterhin eine Steuereinheit (24) aufweist, eingerichtet zum Empfangen von Informationen bezüglich einer Betriebsbedingung eines Antriebsstranges (3) des Fahrzeuges und zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf entsprechend den genannten Informationen bezüglich einer Betriebsbedingung des Antriebsstranges; wobei das Verfahren weiterhin folgende Schritte aufweist: a) Vorgeben eines vorabbestimmten Schwellenwertes eines Parameters des Arbeitsmediums (S1); b) dann, wenn die Steuereinheit (24) Informationen bezüglich einer ersten stationären Betriebsbedingung des Antriebsstranges (3) erhält, wählt die Steuereinheit einen vorgegebenen ersten Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums aus und steuert die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des ersten Zielwertes (S3), wobei der erste Zielwert sich vom Schwellenwert des Parameters um einen ersten Sicherheitsabstand Δ₁ unterscheidet; und c) dann, wenn die Steuereinheit (24) Informationen bezüglich einer erwarteten, kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges (3) erhält, wählt die Steuereinheit einen zweiten Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums aus, wobei der zweite Zielwert sich vom Schwellenwert um einen zweiten Sicherheitsabstand Δ₂ unterscheidet, welcher größer ist als der erste Sicherheitsabstand Δ₁ und wobei die Steuereinheit die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des zweiten Zielwertes steuert (S4).
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin folgenden Schritt aufweisend: d) dann, wenn die Steuereinheit (24) Informationen empfängt, dass die transiente Betriebsbedingung des Antriebsstranges (2) beendet ist und die erste stationäre oder eine zweite stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges erreicht ist, wählt die Steuereinheit einen dritten Zielwert des Parameters entsprechend einem Sicherheitsabstand aus, welcher kleiner ist als der zweite Sicherheitsabstand Δ₂ und sie steuert die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des genannten dritten Zielwertes (S6).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (24) die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf durch Einstellung der Massenströmungsrate des Förderers (14) steuert.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Parameter des Arbeitsmediums das Ausmaß der Überhitzung des Dampfes des den Wärmetauscher verlassenden Arbeitsmediums ist, und wobei der Schwellenwert des Parameters dem Verdampfungspunkt des Arbeitsmediums entspricht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Parameter des Arbeitsmediums die Maximaltemperatur des Arbeitsmediums in dem Kreislauf ist, und wobei der Schwellenwert der Temperatur entspricht, bei welcher das Arbeitsmedium noch nicht Gefahr läuft, beschädigt zu werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Parameter des Arbeitsmediums die Maximaltemperatur des Arbeitsmediums in dem Kreislauf ist, und der Schwellenwert der Maximaltemperatur des Arbeitsmediums entspricht, bei welcher das Arbeitsmedium nicht Gefahr läuft, eine Komponente des Abwärmerückgewinnungssystems zu beschädigen.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (24) eingerichtet ist, Informationen bezüglich einer kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges zu empfangen, basierend auf Informationen von zumindest einer der folgenden Einrichtungen: einem Motor-Managementsystem des Verbrennungsmotors, einem Schaltungs-Managementsystem, einem Navigationssystem, einem Geschwindigkeitsregelsystem und/oder einem zur Bestimmung von Verkehrsverhältnissen eingerichteten Radarsystem.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Sicherheitsabstand Δ₂ zumindest 25% größer, vorzugsweise zumindest 50% größer ist als der erste Sicherheitsabstand Δ₁.
Abwärmerückgewinnungssystem (4) für einen Verbrennungsmotor (2) eines Fahrzeuges, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem aufweist: einen Kreislauf (10), in dem ein Arbeitsmedium (WM) zirkuliert; wobei der Kreislauf (10) aufweist: einen Wärmetauscher (11), eingerichtet zum Verdampfen des Arbeitsmediums zur Erzeugung eines Dampfes desselben, eine Expansionseinrichtung (12), eingerichtet zum Erzeugen mechanischer oder elektrischer Energie durch Expansion des durch den Wärmetauscher erzeugten Dampfes, einen Kühler (13), der stromab der Expansionseinrichtung angeordnet und eingerichtet ist zum Kondensieren des Dampfes in einen flüssigen Zustand des Arbeitsmediums, und einen Förderer (14), eingerichtet zum Zirkulieren des Arbeitsmediums in dem Kreislauf; wobei das Abwärmerückgewinnungssystem weiterhin eine Steuereinheit (24) aufweist, eingerichtet zum Empfangen von Informationen bezüglich einer Betriebsbedingung eines Antriebsstranges (3) des Fahrzeuges und zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf entsprechend den genannten Informationen bezüglich einer Betriebsbedingung des Antriebsstranges; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eingerichtet ist zum Empfangen von Informationen bezüglich einer ersten stationären Betriebsbedingung des Antriebsstranges (3) und um dementsprechend einen ersten vorgegebenen Zielwert eines Parameters des Arbeitsmediums auszuwählen, welcher sich von einem vorgegebenen Schwellenwert des Parameters um einen ersten Sicherheitsabstand Δ₁ unterscheidet, und zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des genannten ersten Zielwertes; und wobei die Steuereinheit weiterhin eingerichtet ist zum Empfangen von Informationen bezüglich einer erwarteten, kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges (3) und um dementsprechend einen zweiten Zielwert des Parameters des Arbeitsmediums auszuwählen und die Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des genannten zweiten Zielwertes zu steuern, wobei der zweite Zielwert sich von dem vorgegebenen Schwellenwert um einen zweiten Sicherheitsabstand Δ₂ unterscheidet, welcher größer ist als der erste Sicherheitsabstand Δ₁.
Abwärmerückgewinnungssystem gemäß Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (24) weiterhin eingerichtet ist zum Empfangen von Informationen darüber, dass die transiente Betriebsbedingung beendet und dass die erste stationäre oder eine zweite stationäre Betriebsbedingung des Antriebsstranges erreicht ist und um daraufhin einen dritten Zielwert des Parameters auszuwählen gemäß einem Sicherheitsabstand, der kleiner ist als der zweite Sicherheitsabstand Δ₂ und zum Steuern der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf in Richtung auf ein Erreichen des genannten dritten Zielwertes.
Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einem der Ansprüche 9 und 10, wobei die Steuereinheit (24) mit dem Förderer (14) verbunden und eingerichtet ist zur Steuerung der Massenströmung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf durch Einstellung der Massenströmungsrate des Förderers.
Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Steuereinheit (24) eingerichtet ist zum Empfang von Informationen bezüglich einer kommenden transienten Betriebsbedingung des Antriebsstranges auf Basis von Informationen, die von zumindest einer der nachfolgenden Einrichtungen stammen: einem Motor-Managementsystem des Verbrennungsmotors, einem Getriebe-Managementsystem, einem Navigationssystem, einem Geschwindigkeitsregelungssystem und/oder einem Radarsystem des Fahrzeuges, eingerichtet zur Bestimmung von Verkehrsverhältnissen.
Fahrzeug (1) mit einem Antriebsstrang einschließlich einem Verbrennungsmotor (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Abwärmerückgewinnungssystem (4) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 aufweist.
Computerprogramm (P), wobei das Computerprogramm einen Programmcode aufweist zur Veranlassung einer Steuereinheit oder eines mit einer Steuereinheit verbundenen Computers zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Computerlesbares Medium mit Instruktionen, die bei Ausführung durch eine Steuereinheit oder einen mit einer Steuereinheit verbundenen Computer bewirken, dass die Steuereinheit oder der Computer ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführen.