DE112019000288T5 - Arrangement and method for controlling a waste heat recovery system - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Steuerung eines AWR-Systems, das sich in einem Fahrzeug befindet, welches durch einen Verbrennungsmotor (2) angetrieben ist. Das AWR-System (17) umfasst einen Verdampfer (19), in dem ein Arbeitsfluid durch Abgase aus dem Verbrennungsmotor (2) erhitzt und verdampft wird, und einen mechanisch mit einem Antriebsstrang (22) des Fahrzeugs (1) verbundenen Expandierer (20). Das Fahrzeug (1) enthält ein System (4, 28, 32) mit einem zirkulierenden Medium, das während zumindest einiger Betriebsbedingungen des Fahrzeugs (1) aufgeheizt wird. Die Anordnung umfasst eine Steuereinheit (12), die dazu eingerichtet ist festzustellen, wann die Abgase nicht dazu in der Lage sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer (19) zu verdampfen, sowie zu ermitteln, ob das Medium eine höhere Temperatur hat als das Arbeitsfluid, und falls diese zwei Bedingungen zutreffen, das Medium aus dem System zu einem Wärmetauscher (27, 30, 37) zu leiten, in dem das Medium das Arbeitsfluid in dem AWR-System aufheizt, wenn die Abgase nicht dazu fähig sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer (19) zu verdampfen.The present invention relates to an arrangement and a method for controlling an AWR system located in a vehicle which is driven by an internal combustion engine (2). The AWR system (17) comprises an evaporator (19) in which a working fluid is heated and evaporated by exhaust gases from the internal combustion engine (2), and an expander (20) mechanically connected to a drive train (22) of the vehicle (1). . The vehicle (1) contains a system (4, 28, 32) with a circulating medium which is heated up during at least some operating conditions of the vehicle (1). The arrangement comprises a control unit (12) which is set up to determine when the exhaust gases are not able to evaporate the working fluid in the evaporator (19) and to determine whether the medium has a higher temperature than the working fluid , and if these two conditions are met, to route the medium from the system to a heat exchanger (27, 30, 37) in which the medium heats the working fluid in the AWR system when the exhaust gases are unable to carry the working fluid into the evaporator (19) to evaporate.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIKBACKGROUND OF THE INVENTION AND PRIOR ART

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Steuerung eines Abwärmerückgewinnungssystems gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 15.The present invention relates to an arrangement and a method for controlling a waste heat recovery system according to the preamble of claims 1 and 15.

Ein AWR-System (Abwärmerückgewinnungs-System) kann in Fahrzeugen dazu verwendet werden, thermische Abwärme rückzugewinnen und sie in mechanische Energie oder elektrische Energie umzuwandeln. Ein AWR-System enthält eine Pumpe, die ein Arbeitsfluid in einen geschlossenen Kreislauf unter Druck setzt und zirkuliert. Der Kreislauf umfasst einen Verdampfer, in dem das Arbeitsfluid durch eine Wärmequelle wie beispielsweise die Abgase aus einem Verbrennungsmotor erwärmt und verdampft wird. Das unter Druck gesetzte und erwärmte gasförmige Arbeitsfluid wird zu einem Expandierer geleitet, in dem es expandiert. Der Expandierer erzeugt mechanische Energie, die dazu benutzt werden kann, das Fahrzeug oder Vorrichtungen auf dem Fahrzeug zu betreiben. Das den Expandierer verlassende Arbeitsfluid wird zu einem Kondensator geleitet. Das Arbeitsfluid wird in dem Kondensator auf eine Temperatur gekühlt, bei der es kondensiert. Das den Kondensator verlassende, verflüssigte Arbeitsfluid wird zur Pumpe zurückgeführt. Da Abwärmeenergie aus beispielsweise den Abgasen eines Verbrennungsmotors durch das AWR-System zurückgewonnen werden kann, kann der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors verringert werden.An AWR system (waste heat recovery system) can be used in vehicles to recover thermal waste heat and convert it into mechanical energy or electrical energy. An AWR system includes a pump that pressurizes and circulates a working fluid in a closed circuit. The circuit comprises an evaporator in which the working fluid is heated and evaporated by a heat source such as the exhaust gases from an internal combustion engine. The pressurized and heated gaseous working fluid is passed to an expander where it expands. The expander generates mechanical energy that can be used to operate the vehicle or devices on the vehicle. The working fluid leaving the expander is directed to a condenser. The working fluid is cooled in the condenser to a temperature at which it condenses. The liquefied working fluid leaving the condenser is returned to the pump. Since waste heat energy from, for example, the exhaust gases of an internal combustion engine can be recovered by the AWR system, the fuel consumption of the internal combustion engine can be reduced.

Jedoch ist bei bestimmten Betriebsbedingungen eines Fahrzeugs die Temperatur der Abgase aus dem Verbrennungsmotor zu niedrig, um das Arbeitsfluid in dem Verdampfer zu verdampfen. In einem solchen Fall kann das AWR-System in einem Leerlaufmodus arbeiten, in dem die Pumpe das Arbeitsfluid in flüssiger Phase durch das AWR-System zirkuliert, ohne eine Verdampfung in dem Verdampfer und ohne eine Erzeugung mechanischer Energie in dem Expandierer. In dem Leerlaufmodus kann das Arbeitsfluid über eine Umgehungsleitung an dem Expandierer vorbeiströmen. Wenn die Temperatur der Abgase über eine längere Zeitdauer zu niedrig ist, wird das Arbeitsfluid in dem AWR-System auf eine Temperatur heruntergekühlt, die wesentlich niedriger ist als seine normale Betriebstemperatur. Dazu kann es kommen, wenn während einer relativ langen Zeitdauer der Verbrennungsmotor nicht oder sehr gering belastet ist, was beispielsweise der Fall ist, wenn das Fahrzeug einen langen Berg herunterfährt. Nach einer solchen Zeitdauer kann es eine relativ lange Zeit dauern, bis das Arbeitsfluid auf eine Temperatur erwärmt worden ist, bei der es möglich ist, die Erzeugung mechanischer Energie in dem AWR-System zu starten.However, under certain operating conditions of a vehicle, the temperature of the exhaust gases from the internal combustion engine is too low to evaporate the working fluid in the evaporator. In such a case, the AWR system can operate in an idle mode in which the pump circulates the working fluid in liquid phase through the AWR system without evaporation in the evaporator and without generating mechanical energy in the expander. In the idle mode, the working fluid can flow past the expander via a bypass line. If the temperature of the exhaust gases is too low for a prolonged period of time, the working fluid in the AWR system is cooled down to a temperature which is substantially lower than its normal operating temperature. This can happen if the internal combustion engine is not or very little loaded for a relatively long period of time, which is the case, for example, when the vehicle drives down a long hill. After such a period of time, it can take a relatively long time for the working fluid to be heated to a temperature at which it is possible to start generating mechanical energy in the AWR system.

Die US 2009/0211253 offenbart ein organisches Rankine-Prozess System, welches eine mit einem Generator verbundene Turbine zur Erzeugung elektrischer Energie und einen Verdampfer umfasst, in dem ein Arbeitsfluid durch Abgase eines Verbrennungsmotors erhitzt und verdampft wird. Das Arbeitsfluid wird in mehreren Wärmetauschern durch Motoreinlassluft, Kühlmittel, Öl und Abgasrückführung vorgewärmt, bevor es durch die Abgase in dem Verdampfer verdampft wird.The US 2009/0211253 discloses an organic Rankine process system which comprises a turbine connected to a generator for generating electrical energy and an evaporator in which a working fluid is heated and evaporated by exhaust gases from an internal combustion engine. The working fluid is preheated in several heat exchangers by engine intake air, coolant, oil and exhaust gas recirculation before it is evaporated by the exhaust gases in the evaporator.

Die JP 2010 077901 offenbart eine Wärmerückgewinnungseinrichtung für ein Fahrzeug, das mit einem Retarder ausgestattet ist. Die Einrichtung umfasst einen ersten Kühlwasserheizer, in dem Kühlwasser eines Kühlwasserkreises von dem Retarder erwärmt wird, und einen zweiten Kühlwasserheizer, in dem das Kühlwasser des Kühlwasserkreises durch Abgase aus einem Motor erhitzt wird. Das Kühlwasser wird in dem ersten Kühlwasserheizer erwärmt, wenn der Retarder in Betrieb ist, und in dem zweiten Kühlwasserheizer, wenn der Retarder nicht in Betrieb ist. Das erhitzte Kühlwasser wird dazu verwendet, ein Arbeitsfluid in einem Verdampfer zu erhitzen und zu verdampfen, bevor das Arbeitsfluid sich in einem mit einem Generator verbundenen Verdampfer zur Erzeugung elektrischer Energie ausdehnt.The JP 2010 077901 discloses a heat recovery device for a vehicle equipped with a retarder. The device comprises a first cooling water heater in which the cooling water of a cooling water circuit is heated by the retarder, and a second cooling water heater in which the cooling water of the cooling water circuit is heated by exhaust gases from an engine. The cooling water is heated in the first cooling water heater when the retarder is in operation, and in the second cooling water heater when the retarder is not in operation. The heated cooling water is used to heat and evaporate a working fluid in an evaporator before the working fluid expands in an evaporator connected to a generator to generate electrical energy.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zur Steuerung eines AWR-Systems anzugeben, durch die bzw. das es möglich ist, die Betriebszeit eines AWR-Systems zu verlängern.The aim of the present invention is to provide an arrangement and a method for controlling an AWR system by means of which it is possible to extend the operating time of an AWR system.

Das vorgenannte Ziel wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Anordnung erreicht. Bei Betriebsbedingungen, in denen die Abgase es nicht schaffen, das Arbeitsfluid in einem Verdampfer eines AWR-Systems zu verdampfen, kann das Arbeitsfluid auf eine Temperatur heruntergekühlt werden, die niedriger ist als seine normale Betriebstemperatur. Wenn beispielsweise das Fahrzeug einen langen Berg herunterfährt, kann das Arbeitsfluid auf eine deutlich niedrigere Temperatur als seine normale Betriebstemperatur heruntergekühlt werden. Die Anordnung umfasst eine Steuereinheit, die feststellt, wann die Abgase nicht dazu in der Lage sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer zu verdampfen. Die Steuereinheit stellt auch fest, ob ein Medium in einem anderen System des Fahrzeugs eine höhere Temperatur hat als das Arbeitsfluid. Ein durch einen Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug enthält normalerweise eine Reihe von Systemen, in denen ein zirkulierendes Medium während eines Betriebs des Fahrzeugs erhitzt wird. Wenn dieses Medium eine höhere Temperatur hat als das Arbeitsfluid, initiiert die Steuereinheit einen Strom des Mediums zu einem Wärmetauscher, in dem das Medium das Arbeitsfluid erwärmt. Ein solches zusätzliches Erwärmen des Arbeitsmediums führt dazu, dass das Arbeitsmedium seine Betriebstemperatur selbst während Betriebszuständen aufrechterhalten kann, in denen die Erwärmung durch die Abgase für eine Verdampfung des Arbeitsmediums zu schwach ist. Das zusätzliche Beheizen des Arbeitsfluids führt dazu, dass das Arbeitsfluid schon eine normale Betriebstemperatur haben kann, wenn die Abgase wieder die Fähigkeit haben, das Arbeitsfluid zu verdampfen. Folglich muss keine Zeit zum Erwärmen des Arbeitsfluids auf eine Temperatur verwendet werden, bei der es möglich ist, die Erzeugung mechanischer Energie zu starten. Somit ist es möglich, die Betriebszeit des AWR-Systems zu steigern und ein größeres Maß an thermischer Abwärme in mechanische Energie umzuwandeln.The aforementioned aim is achieved by the arrangement specified in claim 1. In operating conditions in which the exhaust gases fail to evaporate the working fluid in an evaporator of an AWR system, the working fluid can be cooled down to a temperature which is lower than its normal operating temperature. For example, when the vehicle is driving down a long hill, the working fluid can be cooled down to a significantly lower temperature than its normal operating temperature. The arrangement comprises a control unit which determines when the exhaust gases are unable to evaporate the working fluid in the evaporator. The control unit also determines whether a medium is in another system in the vehicle has a higher temperature than the working fluid. A vehicle powered by an internal combustion engine typically includes a number of systems in which a circulating medium is heated during operation of the vehicle. When this medium has a higher temperature than the working fluid, the control unit initiates a flow of the medium to a heat exchanger, in which the medium heats the working fluid. Such additional heating of the working medium means that the working medium can maintain its operating temperature even during operating states in which the heating by the exhaust gases is too weak for the working medium to evaporate. The additional heating of the working fluid means that the working fluid can already have a normal operating temperature when the exhaust gases have the ability to evaporate the working fluid again. Consequently, there is no need to spend time heating the working fluid to a temperature at which it is possible to start generating mechanical energy. This makes it possible to increase the operating time of the AWR system and to convert a greater amount of thermal waste heat into mechanical energy.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, Information über wenigstens einen Parameter zu empfangen, welcher angibt, wann die Abgase nicht dazu fähig sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer zu verdampfen. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, Information von einem Sensor zu erhalten, der die Abgastemperatur erfasst. Die Temperatur des Abgases kann dazu verwendet werden festzustellen, wann die Abgase nicht dazu in der Lage sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer zu verdampfen. Der Abgasvolumenstrom kann ein in Kombination mit der Abgastemperatur verwendeter Parameter sein, um festzustellen, ob die Abgase dazu in der Lage sind, das Arbeitsmedium zu verdampfen. Alternative Parameter können die aktuelle Last des Verbrennungsmotors oder Information aus einer GPS-Einheit über die Topographie der vorausbefindlichen Straße sein.According to one embodiment of the invention, the control unit is set up to receive information about at least one parameter which indicates when the exhaust gases are not able to evaporate the working fluid in the evaporator. The control unit can be configured to receive information from a sensor that detects the exhaust gas temperature. The temperature of the exhaust gas can be used to determine when the exhaust gases are unable to vaporize the working fluid in the evaporator. The exhaust gas volume flow can be a parameter used in combination with the exhaust gas temperature to determine whether the exhaust gases are able to vaporize the working medium. Alternative parameters can be the current load of the internal combustion engine or information from a GPS unit about the topography of the road ahead.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, Information von einem die Arbeitsfluidtemperatur erfassenden Sensor und einem die Mediumtemperatur erfassenden Sensor zu erhalten. Angesichts dieser Information ist es für die Steuereinheit leicht festzustellen, wann das Medium eine höhere Temperatur als das Arbeitsfluid in dem AWR-System hat.According to one embodiment of the invention, the control unit is set up to receive information from a sensor which detects the working fluid temperature and a sensor which detects the medium temperature. In view of this information, it is easy for the control unit to determine when the medium has a higher temperature than the working fluid in the AWR system.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher in einem Teil des AWR-Systems angeordnet, der sich an einer Stelle stromabwärts einer Pumpe und stromaufwärts des Expandierers befindet. Eine solche Positionierung des Wärmetauschers ermöglicht es, das Arbeitsfluid in dem Wärmetauscher mittels des Mediums zu verdampfen und das gasförmige Arbeitsfluid in dem Expandierer zu expandieren, trotz des Umstands, dass die Abgase nicht dazu fähig sind, das Arbeitsmedium in dem Verdampfer zu verdampfen. Falls das Medium eine sehr hohe Temperatur hat, ist es nicht ausgeschlossen, dass es möglich ist, das Arbeitsfluid in dem Wärmetauscher mittels des Mediums zu verdampfen. Falls der Wärmetauscher an einer Stelle unmittelbar stromaufwärts des Verdampfers angeordnet ist, ist es ferner möglich, den Wärmetauscher zu verwenden und das Arbeitsfluid vorzuheizen, wenn die Abgase nicht dazu fähig sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer zu verdampfen. Wenn das Medium nur zum Erwärmen des Arbeitsfluids benutzt wird, wenn dieses in dem AWR-System ohne Verdampfung zirkuliert, ist es möglich, den Wärmetauscher in einem im Wesentlichen beliebigen Teil des AWR-Systems anzuordnen.According to one embodiment of the invention, the heat exchanger is arranged in a part of the AWR system which is located at a location downstream of a pump and upstream of the expander. Such positioning of the heat exchanger makes it possible to vaporize the working fluid in the heat exchanger by means of the medium and to expand the gaseous working fluid in the expander, despite the fact that the exhaust gases are not able to vaporize the working medium in the evaporator. If the medium has a very high temperature, it cannot be ruled out that it is possible to evaporate the working fluid in the heat exchanger by means of the medium. If the heat exchanger is arranged at a position immediately upstream of the evaporator, it is also possible to use the heat exchanger and preheat the working fluid when the exhaust gases are unable to evaporate the working fluid in the evaporator. If the medium is only used to heat the working fluid when it circulates in the AWR system without evaporation, it is possible to arrange the heat exchanger in essentially any part of the AWR system.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung eine mit dem System verbundene Wärmeübertragungsschleife sowie Strömungshilfsmittel, mit denen es möglich ist, zeitweise ein Medium aus dem System über die Wärmeübertragungsschleife zu dem Wärmetauscher zu leiten. Eine solche Ausführung der Anordnung macht es leicht, Medium zeitweise aus einem normalen Teil des Systems zum Wärmetauscher zum Beheizen des Arbeitsfluids in dem AWR-System zu leiten.According to one embodiment of the invention, the arrangement comprises a heat transfer loop connected to the system as well as flow aids with which it is possible to temporarily conduct a medium from the system via the heat transfer loop to the heat exchanger. Such a design of the arrangement makes it easy to temporarily lead medium from a normal part of the system to the heat exchanger for heating the working fluid in the AWR system.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Wärmeübertragungsschleife einen Einlass, der mit einem Teil des Systems verbunden ist, in dem das Medium seine höchste Temperatur hat. In diesem Fall erhöht sich die Möglichkeit eines Beibehaltens einer normalen Betriebstemperatur des Arbeitsfluids mittels des Mediums während einer relativ langen Zeitdauer, wenn die Abgase nicht dazu fähig sind, das Arbeitsfluid zu verdampfen. Die Strömungshilfsmittel können eine Ventileinrichtung umfassen, die in einer ersten Position den Mediumstrom in dem System zu der Wärmeübertragungsschleife leitet und in einer zweiten Position den Mediumstrom in dem System an der Wärmeübertragungsschleife vorbeileitet. Eine solche Ventileinrichtung kann ein Dreiwegeventil sein. Alternativ ist es auch möglich, eine Ventileinrichtung mit zwei Zweiwegeventilen zu verwenden. Alternativ oder in Kombination können die Strömungshilfsmittel eine Pumpe umfassen, die dazu eingerichtet ist, das Medium in der Wärmeübertragungsschleife zu zirkulieren. Falls das Medium nicht fortwährend in dem System zirkuliert wird, kann es erforderlich sein, eine separate Pumpe zum Zirkulieren des Mediums zum Wärmetauscher einzusetzen.According to one embodiment of the invention, the heat transfer loop comprises an inlet which is connected to a part of the system in which the medium has its highest temperature. In this case, the possibility of maintaining a normal operating temperature of the working fluid by means of the medium for a relatively long period of time increases when the exhaust gases are unable to evaporate the working fluid. The flow aids can comprise a valve device which, in a first position, guides the medium flow in the system to the heat transfer loop and, in a second position, guides the medium flow in the system past the heat transfer loop. Such a valve device can be a three-way valve. Alternatively, it is also possible to use a valve device with two two-way valves. Alternatively or in combination, the flow aids can comprise a pump which is set up to circulate the medium in the heat transfer loop. If the medium is not continuously circulated in the system, it may be necessary to use a separate pump to circulate the medium to the heat exchanger.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das System ein hydraulisches Retardersystem und das Medium ist Retarderöl. Das Retarderöl kann eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 120 bis 170°C haben. Während eines Retarderbremsvorgangs besteht keine Notwendigkeit, mechanische Energie zum Vortrieb des Fahrzeugs zuzuführen. Während des Retarderbremsvorgangs ist die Retarderöltemperatur normalerweise deutlich höher als die Temperatur des Arbeitsfluids in dem AWR-System. Folglich ist es normalerweise kein Problem, eine normale Betriebstemperatur des Arbeitsfluids mittels des Retarderöls während eines Retarderbremsvorgangs aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus kann es möglich sein, das Arbeitsfluid in dem Wärmetauscher mittels des Retarderöls zu verdampfen, wenn es eine sehr hohe Temperatur hat. Das den Retarder verlassende Retarderöl kann in einem Retarderkühler durch ein Kühlmittel gekühlt werden, welches in einem den Verbrennungsmotor kühlenden Kühlsystem zirkuliert. Das Kühlen des Retarderöls in dem Wärmetauscher reduziert die Last des normalen Retarderkühlers und ermöglicht es, ein Überhitzen des Kühlmittels während eines starken Retarderbremsvorgangs zu vermeiden.According to one embodiment of the invention, the system is a hydraulic retarder system and the medium is retarder oil. The retarder oil can have a temperature within the range of 120 to 170 ° C. During a retarder braking process, there is no need to supply mechanical energy to propel the vehicle. During the retarder braking process, the retarder oil temperature is normally significantly higher than the temperature of the working fluid in the AWR system. Consequently, it is normally not a problem to maintain a normal operating temperature of the working fluid by means of the retarder oil during a retarder braking operation. In addition, it may be possible to evaporate the working fluid in the heat exchanger by means of the retarder oil when it has a very high temperature. The retarder oil leaving the retarder can be cooled in a retarder cooler by a coolant which circulates in a cooling system that cools the internal combustion engine. The cooling of the retarder oil in the heat exchanger reduces the load on the normal retarder cooler and makes it possible to avoid overheating of the coolant during a strong retarder braking process.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das System ein Motorölsystem und das Medium ist ein Motoröl. Das Motoröl kann während eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 90 bis 130°C haben. Somit ist es normalerweise möglich, eine normale Betriebstemperatur des Arbeitsfluids mittels des Motoröls in Zeiträumen aufrechtzuerhalten, in denen die Abgase nicht dazu in der Lage sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer zu verdampfen.According to one embodiment of the invention, the system is an engine oil system and the medium is an engine oil. The engine oil can have a temperature within the range of 90 to 130 ° C. during operation of an internal combustion engine. Thus, it is normally possible to maintain a normal operating temperature of the working fluid by means of the engine oil during periods in which the exhaust gases are not able to evaporate the working fluid in the evaporator.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das System ein Kühlsystem und das Medium ist ein Kühlmittel. Das Kühlmittel kann eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 90 bis 115°C haben. Insbesondere wenn das Kühlmittel dazu verwendet wird, das Retarderöl in einem Retarderkühler zu kühlen, kann das Kühlmittel während eines Retarderbremsvorgangs eine sehr hohe Temperatur haben. Somit ist es normalerweise möglich, eine reguläre Betriebstemperatur des Arbeitsfluids mittels des Kühlmittels in Zeiträumen aufrechtzuerhalten, in denen die Abgase nicht dazu fähig sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer zu verdampfen.According to one embodiment of the invention, the system is a cooling system and the medium is a coolant. The coolant can have a temperature within the range of 90 to 115 ° C. In particular, when the coolant is used to cool the retarder oil in a retarder cooler, the coolant can have a very high temperature during a retarder braking process. Thus it is normally possible to maintain a regular operating temperature of the working fluid by means of the coolant during periods in which the exhaust gases are not able to evaporate the working fluid in the evaporator.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung wenigstens zwei Systeme, die jedes mit einem Zirkulationsmedium versehen sind, das während zumindest einiger Betriebsbedingungen des Fahrzeugs erhitzt wird, und die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, das Medium zum Erhitzen des Arbeitsfluids in dem AWR-System zu verwenden, das die höchste Temperatur hat. Es ist natürlich möglich, mehrere Medien mit einer höheren Temperatur als das Arbeitsfluid zum gleichzeitigen Erhitzen des Arbeitsfluids in dem AWR-System zu verwenden. In diesem Fall kann das Arbeitsfluid durch die verschiedenen Medien in unterschiedlichen Schritten in unterschiedlichen Wärmetauschern erhitzt werden.According to one embodiment of the invention, the arrangement comprises at least two systems, each provided with a circulation medium that is heated during at least some operating conditions of the vehicle, and the control unit is adapted to use the medium for heating the working fluid in the AWR system that has the highest temperature. It is of course possible to use multiple media with a higher temperature than the working fluid to simultaneously heat the working fluid in the AWR system. In this case, the working fluid can be heated by the different media in different steps in different heat exchangers.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung eine Bypassleitung und ein Bypassventil, mittels derer es möglich ist, das Arbeitsfluid an dem Kondensator und/oder einem Ausgleichstank des AWR-Systems während Betriebsbedingungen vorbeizuleiten, in denen das Medium das Arbeitsfluid in dem Wärmetauscher aufheizt. In diesem Fall ist es möglich, ein unerwünschtes Abkühlen des Arbeitsfluids in dem Kondensator und in dem Ausgleichstank bei Betriebsbedingungen zu vermeiden, während derer das Medium zum Aufrechterhalten der Temperatur des Arbeitsfluids verwendet wird.According to one embodiment of the invention, the arrangement comprises a bypass line and a bypass valve, by means of which it is possible to guide the working fluid past the condenser and / or an equalizing tank of the AWR system during operating conditions in which the medium heats the working fluid in the heat exchanger. In this case it is possible to avoid undesirable cooling of the working fluid in the condenser and in the surge tank under operating conditions during which the medium is used to maintain the temperature of the working fluid.

Das vorgenannte Ziel wird auch durch das im Patentanspruch 15 angegebene Verfahren erreicht.The aforementioned aim is also achieved by the method specified in claim 15.

FigurenlisteFigure list

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als ein Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

  • 1 eine Anordnung zur Steuerung eines erfindungsgemäßen AWR-Systems zeigt, und
  • 2 ein Fließbild zeigt, das ein Verfahren zur Steuerung des AWR-Systems angibt.
In the following a preferred embodiment of the invention is described as an example with reference to the accompanying figures, in which:
  • 1 shows an arrangement for controlling an AWR system according to the invention, and
  • 2 shows a flow diagram indicating a method for controlling the AWR system.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION

1 zeigt ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 1, das von einem Verbrennungsmotor 2 angetrieben ist. Das Fahrzeug 1 kann ein Schwerlastfahrzeug sein und der Verbrennungsmotor 2 kann ein Dieselmotor sein. Der Verbrennungsmotor 2 umfasst eine Abgasleitung 3. Die Abgasleitung 3 kann nicht dargestellte Bauteile wie beispielsweise einen Turboverdichter und Bauteile zur Nachbehandlung der Abgase aufweisen. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Kühlsystem 4 mit einer Motoreinlassleitung 5, die mit einer Pumpe 6 versehen ist, welche ein Kühlmittel in dem Kühlsystem zirkuliert. Wenn das Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor 2 zirkuliert ist, gelangt es in eine Motorauslassleitung 7. Die Motorauslassleitung 7 umfasst einen Retarderkühler 8. Ein erstes Dreiwegeventil 9 ist an einem Ende der Motorauslassleitung 7 angeordnet. Das erste Dreiwegeventil 9 leitet Kühlmittel zu einem Kühler 10 oder einer Kühlerbypassleitung 11. Das erste Dreiwegeventil 9 wird durch eine Steuereinheit 12 gesteuert. Das erste Dreiwegeventil 9 ist stufenlos einstellbar. Somit ist es für das erste Dreiwegeventil 9 möglich, einen Teil eines Kühlmittelstroms zu dem Kühler 10 und einen verbleibenden Teil des Kühlmittelstroms zu der Kühlerbypassleitung 11 zu verteilen. 1 shows a schematically illustrated vehicle 1 by an internal combustion engine 2 is driven. The vehicle 1 can be a heavy duty vehicle and the internal combustion engine 2 can be a diesel engine. The internal combustion engine 2 includes an exhaust pipe 3 . The exhaust pipe 3 may have components not shown, such as a turbo compressor and components for aftertreatment of the exhaust gases. The vehicle 1 includes a cooling system 4th with an engine inlet pipe 5 that with a pump 6th is provided, which circulates a coolant in the cooling system. When the coolant through the internal combustion engine 2 is circulated, it enters an engine exhaust line 7th . The engine exhaust pipe 7th includes a retarder cooler 8th . A first three-way valve 9 is at one end of the engine exhaust pipe 7th arranged. The first three-way valve 9 directs coolant to a radiator 10 or a cooler bypass line 11 . The first three-way valve 9 is controlled by a control unit 12 controlled. The first three-way valve 9 is continuously adjustable. So it is for the first three-way valve 9 possible, part of a coolant flow to the radiator 10 and a remaining portion of the coolant flow to the cooler bypass line 11 to distribute.

Das Kühlsystem weist ein zweites Dreiwegeventil 13 auf, das durch die Steuereinheit 12 gesteuert wird. Das zweite Dreiwegeventil 13 ist ebenfalls stufenlos einstellbar. Das zweite Dreiwegeventil 13 kann Kühlmittel aus der Kühlerbypassleitung 11 erhalten und einen Teil davon in eine Kondensatoreinlassleitung 14a und einen verbleibenden Teil davon in eine zweite Bypassleitung 15 leiten. Alternativ empfängt das zweite Dreiwegeventil 13 einen Teil des Kühlmittelstroms aus dem Kühler 10 und leitet ihn in die Kondensatorbypassleitung 15. Ein verbleibender Teil des Kühlmittelstroms aus dem Kühler 10 wird über die Kondensatoreinlassleitung 14a zu einem Kondensator 16 eines AWR-Systems 17 geleitet. Eine Kondensatorauslassleitung 14b leitet Kühlmittel aus dem Kondensator 16 in die Motoreinlassleitung 5. Die Motoreinlassleitung 5 leitet eine Mischung von Kühlmittel aus der Kondensatorbypassleitung 15 und der Kondensatorauslassleitung 14b zum Verbrennungsmotor 2.The cooling system has a second three-way valve 13 on that through the control unit 12 is controlled. The second three-way valve 13 is also continuously adjustable. The second three-way valve 13 can coolant from the cooler bypass line 11 received and part of it in a Condenser inlet line 14a and a remaining part thereof into a second bypass line 15th conduct. Alternatively, the second three-way valve receives 13 part of the coolant flow from the radiator 10 and routes it into the condenser bypass line 15th . A remaining portion of the coolant flow from the radiator 10 is via the condenser inlet line 14a to a capacitor 16 an AWR system 17th directed. A condenser outlet line 14b directs coolant out of the condenser 16 into the engine inlet pipe 5 . The engine inlet pipe 5 directs a mixture of refrigerant from the condenser bypass line 15th and the condenser outlet line 14b to the combustion engine 2 .

Das AWR-System 17 umfasst eine Pumpe 18, die ein Arbeitsfluid unter Druck setzt und durch das AWR-System 17 zirkuliert. In diesem Fall ist das Arbeitsfluid Ethanol. Jedoch ist es möglich, andere Arten von Arbeitsfluiden zu verwenden, beispielsweise R145fa. Die Pumpe 18 setzt das Arbeitsfluid unter Druck und zirkuliert es in dem AWR-System 17. In einem ersten Teil 17a des AWR-Systems, der sich zwischen der Pumpe 18 und einem Verdampfer 19 befindet, ist das Arbeitsfluid in einem flüssigen Zustand und es hat einen hohen Druck, wenn sich das AWR-System in einem aktiven Modus befindet. Das Arbeitsfluid wird in dem Verdampfer 19 auf eine Temperatur erhitzt, bei der es verdampft. In einem zweiten Teil 17b des AWR-Systems, der sich zwischen dem Verdampfer 19 und einem Expandierer 20 befindet, ist das verdampfte Arbeitsfluid in gasförmiger Phase und es hat einen hohen Druck, wenn das AWR-System sich in einem aktiven Modus befindet. Der Expandierer 20 kann eine Turbine oder ein Kolben sein. Das unter Druck gesetzte und erhitzte Arbeitsfluid dehnt sich in dem Expandierer 20 aus. Der Expandierer 20 erzeugt eine Drehbewegung, die über ein geeignetes mechanisches Getriebe 22 auf eine Welle 23 eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs 1 übertragen werden kann. Somit wandelt der Expandierer 20 thermische Energie in mechanische Energie für einen Vortrieb des Fahrzeugs 1. Das AWR-System 17 weist eine erste Bypassleitung 20a auf, die mit einem ersten Bypassventil 20b versehen ist. Das erste Bypassventil 20b wird von der Steuereinheit 12 gesteuert. Das Vorhandensein der ersten Bypassleitung 20a und des ersten Bypassventils 20b ermöglichen es dem Arbeitsfluid, in einem Leerlaufmodus des AWR-Systems an dem Expandierer 20 vorbeizuströmen.The AWR system 17th includes a pump 18th that pressurizes a working fluid and through the AWR system 17th circulates. In this case the working fluid is ethanol. However, it is possible to use other types of working fluids, for example R145fa. The pump 18th pressurizes the working fluid and circulates it in the AWR system 17th . In a first part 17a the AWR system, which is located between the pump 18th and an evaporator 19th the working fluid is in a liquid state and is at high pressure when the AWR system is in an active mode. The working fluid is in the evaporator 19th heated to a temperature at which it evaporates. In a second part 17b the AWR system that is located between the evaporator 19th and an expander 20th the vaporized working fluid is in the gaseous phase and has a high pressure when the AWR system is in an active mode. The expander 20th can be a turbine or a piston. The pressurized and heated working fluid expands in the expander 20th out. The expander 20th generates a rotary movement via a suitable mechanical gear 22nd on a wave 23 of a drive train of the vehicle 1 can be transferred. Thus the expander converts 20th thermal energy into mechanical energy for propulsion of the vehicle 1 . The AWR system 17th has a first bypass line 20a on that with a first bypass valve 20b is provided. The first bypass valve 20b is from the control unit 12 controlled. The presence of the first bypass line 20a and the first bypass valve 20b allow the working fluid to be in an idle mode of the AWR system on the expander 20th to flow past.

In einem dritten Teil 17c des AWR-Systems, der sich zwischen dem Expandierer 20 und dem Kondensator 16 befindet, ist das Arbeitsfluid in gasförmiger Phase und es hat in dem aktiven Modus des AWR-Systems einen niedrigen Druck. Das Arbeitsfluid wird in dem Kondensator 16 durch Kühlmittel aus dem Kühlsystem auf eine Temperatur gekühlt, bei der es kondensiert. Die Temperatur und der Volumenstrom von Abgasen und somit die Heizwirkung auf das Arbeitsfluid in dem Verdampfer 19 ändert sich bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Um in dem AWR-System 17 eine im Wesentlichen ständige hohe thermische Effizienz aufrechtzuerhalten, ist es vorteilhaft, einen so niedrig wie möglichen Kondensationsdruck zu haben. Es ist jedoch angemessen, aus praktischen Gründen einen Unterdruck in dem AWR-System zu vermeiden. Angesichts dieser Tatsachen ist es adäquat, ein Kühlen des Arbeitsfluids in dem Kondensator 16 auf einen Kondensationsdruck knapp oberhalb von 1 bar stattfinden zu lassen. Das AWR-System 17 weist eine zweite Bypassleitung 16a auf, die mit einem zweiten Bypassventil 16b versehen ist. Das zweite Bypassventil 16b wird durch die Steuereinheit 12 gesteuert. Das Vorhandensein der zweiten Bypassleitung 16a und des zweiten Bypassventils 16b ermöglichen es dem Arbeitsfluid, an dem Kondensator 16 vorbeizuströmen.In a third part 17c of the AWR system, which is located between the expander 20th and the capacitor 16 the working fluid is in the gaseous phase and has a low pressure in the active mode of the AWR system. The working fluid is in the condenser 16 cooled by coolant from the cooling system to a temperature at which it condenses. The temperature and the volume flow of exhaust gases and thus the heating effect on the working fluid in the evaporator 19th changes with different operating conditions. To be in the AWR system 17th To maintain a substantially constant high thermal efficiency, it is advantageous to have as low a condensation pressure as possible. However, it is appropriate to avoid negative pressure in the AWR system for practical reasons. In view of these facts, it is adequate to cool the working fluid in the condenser 16 to take place at a condensation pressure just above 1 bar. The AWR system 17th has a second bypass line 16a on that with a second bypass valve 16b is provided. The second bypass valve 16b is controlled by the control unit 12 controlled. The presence of the second bypass line 16a and the second bypass valve 16b allow the working fluid to pass through the condenser 16 to flow past.

Um einen hohen thermischen Wirkungsgrad aufrechtzuerhalten steuert die Steuereinheit 12 die Dreiwegeventile 9, 13 solchermaßen, dass Kühlmittel mit einer unterschiedlichen Temperatur und Durchflussmenge das Arbeitsfluid in dem Kondensator 16 derart kühlt, dass der Kondensationsdruck knapp oberhalb von 1 bar sein wird. Das Arbeitsfluid Ethanol hat bei 1 bar eine Kondensationstemperatur von 78°C. In diesem Fall ist es angemessen, eine Kondensationstemperatur von knapp oberhalb 78°C in dem Kondensator 16 zu erreichen. In einem vierten Teil 17d des AWR-Systems, der sich zwischen dem Kondensator 16 und der Pumpe 18 befindet, ist das Arbeitsfluid in flüssiger Phase und es hat in dem aktiven Modus des AWR-Systems einen niedrigen Druck. Ein Ausgleichstank 24 zum Volumenausgleich und zur Drucksteuerung des Arbeitsfluids ist in dem vierten Teil 17d des AWR-Systems angeordnet. Das AWR-System 17 weist eine dritte Bypassleitung 24a auf, die mit einem dritten Bypassventil 24b versehen ist. Das dritte Bypassventil 24b wird von der Steuereinheit 12 gesteuert. Das Vorhandensein der dritten Bypassleitung 24a und des dritten Bypassventils 24b ermöglichen es dem Arbeitsfluid, an dem Kondensator 16 sowie dem Ausgleichstank 24 vorbeizuströmen.The control unit controls to maintain a high thermal efficiency 12 the three-way valves 9 , 13 such that coolant with a different temperature and flow rate the working fluid in the condenser 16 cools in such a way that the condensation pressure will be just above 1 bar. The working fluid ethanol has a condensation temperature of 78 ° C at 1 bar. In this case it is appropriate to have a condensation temperature of just above 78 ° C in the condenser 16 to reach. In a fourth part 17d the AWR system, which is located between the capacitor 16 and the pump 18th the working fluid is in the liquid phase and is at low pressure in the active mode of the AWR system. A compensation tank 24 for volume compensation and pressure control of the working fluid is in the fourth part 17d of the AWR system. The AWR system 17th has a third bypass line 24a on that with a third bypass valve 24b is provided. The third bypass valve 24b is from the control unit 12 controlled. The presence of the third bypass line 24a and the third bypass valve 24b allow the working fluid to pass through the condenser 16 as well as the equalizing tank 24 to flow past.

Das Fahrzeug umfasst eine erste Wärmeübertragungsschleife 25. Die erste Wärmeübertragungsschleife 25 weist eine erste Ventileinrichtung 26 und einen ersten Wärmetauscher 27 auf. Die erste Ventileinrichtung 26 wird durch die Steuereinheit 12 gesteuert. Die erste Ventileinrichtung 26 ist in einer nicht heizenden Stellung positionierbar, in der sie das Kühlmittel über die erste Wärmeübertragungsschleife 25 zu dem ersten Wärmetauscher 27 leitet. Der erste Wärmetauscher 27 ist an einer Stelle stromabwärts der Pumpe 18 und stromaufwärts des Verdampfers 19 mit dem AWR-System 17 verbunden. Das Fahrzeug umfasst ein Motorölsystem 28. Eine nicht gezeigte Ölpumpe zirkuliert das Motoröl in dem Motorölsystem 28. Das Motorölsystem 28 umfasst eine zweite Wärmeübertragungsschleife 29 mit einer Ventileinrichtung 31 und einem zweiten Wärmetauscher 30. Die zweite Ventileinrichtung 31 ist in einer nicht heizenden Stellung positionierbar, in der sie das Motoröl an der zweiten Wärmeübertragungsschleife 29 vorbeileitet, und in einer heizenden Stellung, in der sie das Kühlmittel über die zweite Wärmeübertragungsschleife 29 zu dem zweiten Wärmetauscher 30 leitet. Der zweite Wärmetauscher 30 ist an einer Stelle stromabwärts der Pumpe 18 und stromaufwärts des Verdampfers 19 mit dem AWR-System 17 verbunden.The vehicle includes a first heat transfer loop 25th . The first heat transfer loop 25th has a first valve device 26th and a first heat exchanger 27 on. The first valve device 26th is controlled by the control unit 12 controlled. The first valve device 26th can be positioned in a non-heating position in which it transfers the coolant through the first heat transfer loop 25th to the first heat exchanger 27 directs. The first heat exchanger 27 is at a point downstream of the pump 18th and upstream of the evaporator 19th with the AWR system 17th connected. The vehicle includes an engine oil system 28 . One not The oil pump shown circulates the engine oil in the engine oil system 28 . The engine oil system 28 includes a second heat transfer loop 29 with a valve device 31 and a second heat exchanger 30th . The second valve device 31 can be positioned in a non-heating position, in which it transfers the engine oil to the second heat transfer loop 29 bypassed, and in a heating position in which it passes the coolant through the second heat transfer loop 29 to the second heat exchanger 30th directs. The second heat exchanger 30th is at a point downstream of the pump 18th and upstream of the evaporator 19th with the AWR system 17th connected.

Das Fahrzeug weist ein hydraulisches Retarderystem 32 auf. Das hydraulische Retardersystem 32 umfasst einen hydraulischen Retarder 33, der mit einem Stator und einem Rotor versehen ist. Wenn die Steuereinheit 12 einen Bremsvorgang des hydraulischen Retarders 34 einleitet, wird Retarderöl in dem hydraulischen Retardersystem 32 zwischen dem hydraulischen Retarder 33 und dem Retarderkühler 8 zirkuliert. Das hydraulische Retardersystem 32 umfasst eine dritte Wärmeübertragungsschleife 34. Die dritte Wärmeübertragungsschleife 34 enthält eine Pumpe 35, eine Ventileinrichtung 36 und einen dritten Wärmetauscher 37. Die dritte Ventileinrichtung 36 ist in einer nicht heizenden Stellung positionierbar, in der sie das Kühlmittel an der dritten Wärmeübertragungsschleife 29 vorbeileitet, und in einer heizenden Stellung, in der sie das Kühlmittel über die dritte Wärmeübertragungsschleife 36 zu dem dritten Wärmetauscher 37 leitet.The vehicle has a hydraulic retarder system 32 on. The hydraulic retarder system 32 includes a hydraulic retarder 33 , which is provided with a stator and a rotor. When the control unit 12 a braking process of the hydraulic retarder 34 initiates, retarder oil in the hydraulic retarder system 32 between the hydraulic retarder 33 and the retarder cooler 8th circulates. The hydraulic retarder system 32 includes a third heat transfer loop 34 . The third heat transfer loop 34 contains a pump 35 , a valve device 36 and a third heat exchanger 37 . The third valve device 36 is positionable in a non-heating position, in which it brings the coolant to the third heat transfer loop 29 bypassed, and in a heating position in which it passes the coolant through the third heat transfer loop 36 to the third heat exchanger 37 directs.

Die Pumpe 35 wird bei Betriebsbedingungen verwendet, in denen der hydraulische Retarder 33 nicht aktiviert ist und die dritte Ventileinrichtung in der heizenden Stellung positioniert ist. Der dritte Wärmetauscher 37 ist an einer Stelle stromabwärts der Pumpe 18 und stromaufwärts des Verdampfers 19 mit dem AWR-System 17 verbunden. Die Steuereinheit 12 steuert die Ventileinrichtungen 26, 31, 36 im Lichte von Informationen von einem ersten Temperatursensor s1 , der die Abgastemperatur T1 in der Abgasleitung 3 erfasst, einem zweiten Temperatursensor s2 , der die Kühlmitteltemperatur T2 in der Motorauslassleitung 7 an einer Stelle stromabwärts des Retarderkühlers 8 erfasst, einem dritten Temperatursensor s3 , der die Motoröltemperatur T3 in dem Motorölsystem 28 erfasst, einem vierten Temperatursensor s4 , der die Retarderöltemperatur T4 in dem hydraulischen Retardersystem 32 erfasst, und einem fünften Temperatursensor s5 , der die Arbeitsfluidtemperatur T5 in dem AWR-System 17 erfasst.The pump 35 is used in operating conditions in which the hydraulic retarder 33 is not activated and the third valve device is positioned in the heating position. The third heat exchanger 37 is at a point downstream of the pump 18th and upstream of the evaporator 19th with the AWR system 17th connected. The control unit 12 controls the valve devices 26th , 31 , 36 in light of information from a first temperature sensor s 1 showing the exhaust temperature T 1 in the exhaust pipe 3 detected, a second temperature sensor s 2 showing the coolant temperature T 2 in the engine exhaust line 7th at a point downstream of the retarder cooler 8th detected, a third temperature sensor s 3 , which is the engine oil temperature T 3 in the engine oil system 28 detected, a fourth temperature sensor s 4 , which is the retarder oil temperature T 4 in the hydraulic retarder system 32 detected, and a fifth temperature sensor s 5 , which is the working fluid temperature T 5 in the AWR system 17th detected.

2 zeigt ein Fließbild, das ein Verfahren zur Steuerung des AWR-Systems 17 angibt. Das Verfahren beginnt beim Schritt 41. Im Betrieb des Fahrzeugs erhält die Steuereinheit 12 Information von dem ersten Temperatursensor s1 über die Abgastemperatur T1 in der Abgasleitung 3. Im Lichte dieser Information ermittelt die Steuereinheit 12 im Schritt 42, ob die Abgase dazu in der Lage sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer zu verdampfen. Wenn dies der Fall ist, schaltet die Steuereinheit 12 im Schritt 42 das AWR-System in einen aktiven Modus. In dem aktiven Modus positioniert die Steuereinheit 12 die Bypassventileinrichtung 20b in eine Schließstellung, so dass das verdampfte Arbeitsfluid aus dem Verdampfer 19 zu dem Expandierer 7 geleitet wird. Die Steuereinheit 12 positioniert die Bypassventileinrichtung 16b in eine Schließstellung, so dass das Arbeitsfluid zu dem Kondensator 16 geleitet wird, und die Bypassventileinrichtung 24b in eine Schließstellung, so dass das Arbeitsfluid in Kontakt mit dem Ausgleichstank 24 strömt. Ferner steuert die Steuereinheit 12 die Dreiwegeventile 9, 13 solchermaßen, dass das Kühlmittel das Arbeitsfluid auf eine gewünschte Kondensationstemperatur in dem Kondensator 16 abkühlt. Danach beginnt das Verfahren im Schritt 41 von neuem. 2 Figure 12 shows a flow diagram illustrating a method of controlling the AWR system 17th indicates. The process starts at step 41 . When the vehicle is in operation, the control unit receives 12 Information from the first temperature sensor s 1 about the exhaust gas temperature T 1 in the exhaust pipe 3 . The control unit determines in the light of this information 12 in step 42 whether the exhaust gases are able to evaporate the working fluid in the evaporator. If this is the case, the control unit switches 12 in step 42 the AWR system into an active mode. In the active mode, the control unit positions 12 the bypass valve device 20b into a closed position, so that the evaporated working fluid from the evaporator 19th to the expander 7th is directed. The control unit 12 positions the bypass valve device 16b in a closed position so that the working fluid to the condenser 16 is conducted, and the bypass valve device 24b into a closed position so that the working fluid is in contact with the surge tank 24 flows. The control unit also controls 12 the three-way valves 9 , 13 such that the coolant brings the working fluid to a desired condensation temperature in the condenser 16 cools down. The procedure then begins in step 41 all over again.

Bei Betriebsbedingungen, in denen die Abgastemperatur T1 nicht hoch genug ist, um das Arbeitsfluid in dem Verdampfer 19 zu verdampfen, fährt das Verfahren mit Schritt 44 fort. Im Schritt 44 schaltet die Steuereinheit 12 das AWR-System in einen Leerlaufmodus. In dem Leerlaufmodus öffnet die Steuereinheit 12 das erste Bypassventil 20b, so dass es möglich ist, das Arbeitsfluid durch die erste Bypassleitung 20a an dem Expandierer 20 vorbei zu zirkulieren. Die Steuereinheit 12 öffnet das zweite Bypassventil 16b, so dass das Arbeitsfluid durch die zweite Bypassleitung 16a an dem Kondensator 16 vorbeiströmt. Diese Maßnahme verhindert ein Abkühlen des Arbeitsfluids in dem Kondensator 16. Alternativ öffnet die Steuereinheit 12 das dritte Bypassventil 24b, so dass das Arbeitsfluid durch die dritte Bypassleitung 24a an dem Kondensator 16 und dem Ausgleichstank 24 vorbeiströmt. Diese Maßnahme verhindert ein Abkühlen des Arbeitsfluids in dem Kondensator 16 und in dem Ausgleichstank 24. In dem Leerlaufmodus befindet sich das Arbeitsfluid ständig in flüssiger Phase, da das Arbeitsfluid nicht in dem Verdampfer 19 verdampft wird.For operating conditions in which the exhaust gas temperature T 1 is not high enough to keep the working fluid in the evaporator 19th to evaporate, the procedure continues with step 44 away. In step 44 switches the control unit 12 the AWR system into an idle mode. In the idle mode, the control unit opens 12 the first bypass valve 20b so that it is possible to get the working fluid through the first bypass line 20a on the expander 20th to circulate past. The control unit 12 opens the second bypass valve 16b so that the working fluid through the second bypass line 16a on the capacitor 16 flows past. This measure prevents the working fluid in the condenser from cooling down 16 . Alternatively, the control unit opens 12 the third bypass valve 24b so that the working fluid through the third bypass line 24a on the capacitor 16 and the equalizing tank 24 flows past. This measure prevents the working fluid in the condenser from cooling down 16 and in the equalizing tank 24 . In the idle mode, the working fluid is always in the liquid phase because the working fluid is not in the evaporator 19th is evaporated.

Im Schritt 45 erhält die Steuereinheit 12 Information von dem zweiten Sensor s2 über die Kühlmitteltemperatur T2 in dem Kühlsystem 5, von dem dritten Sensor s3 über die Motoröltemperatur T5 in dem Motorölsystem 28, von dem vierten Sensor s4 über die Retarderöltemperatur T4 in dem hydraulischen Retardersystem 32, und von dem fünften Sensor s5 über die Arbeitsfluidtemperatur T5 in dem AWR-System 17. Die Steuereinheit 12 ermittelt, ob irgendeines aus dem Kühlmittel, dem Motoröl oder dem Retarderöl eine höhere Temperatur hat als die Temperatur des Arbeitsfluids in dem AWR-System. Wenn keines dieser Medien eine höhere Temperatur als das Arbeitsfluid hat, ist es nicht möglich, das Arbeitsfluid in dem AWR-System mittels irgendeines dieser Medien aufzuheizen. In diesem Fall startet das Verfahren bei Schritt 41 von neuem. Jedoch ist es sehr selten, dass es nicht möglich ist, das Arbeitsfluid mittels eines dieser Medien zu erwärmen. Normalerweise hat zumindest eines dieser Medien eine höhere Temperatur als das Arbeitsfluid in dem AWR-System. In diesem Fall fährt das Verfahren bei Schritt 46 fort. Im Schritt 46 wird dieses Medium dazu verwendet, das Arbeitsfluid in dem AWR-System 17 aufzuheizen. Wenn mehrere Medien eine höhere Temperatur als das Arbeitsfluid haben, kann das Medium mit der höchsten Temperatur dazu verwendet werden, das Arbeitsfluid aufzuheizen. Danach startet das Verfahren bei Schritt 41 von neuem.In step 45 receives the control unit 12 Information from the second sensor s 2 about the coolant temperature T 2 in the cooling system 5 , from the third sensor s 3 about the engine oil temperature T 5 in the engine oil system 28 , from the fourth sensor s 4 via the retarder oil temperature T 4 in the hydraulic retarder system 32 , and from the fifth sensor s 5 about the working fluid temperature T 5 in the AWR system 17th . The control unit 12 determines whether any of the coolant, engine oil, or retarder oil is at a higher temperature than the temperature of the working fluid in the AWR system. If none of these media has a higher temperature than the working fluid, it is not possible to put the working fluid in heat the AWR system using any of these media. In this case the procedure starts at step 41 all over again. However, it is very rare that it is not possible to heat the working fluid using one of these media. Usually at least one of these media has a higher temperature than the working fluid in the AWR system. In this case the procedure continues with step 46 away. In step 46 this medium is used for the working fluid in the AWR system 17th to heat up. If several media have a higher temperature than the working fluid, the medium with the highest temperature can be used to heat the working fluid. The procedure then starts at step 41 all over again.

Das Aufheizen des Arbeitsfluids ermöglicht es, eine normale Betriebstemperatur des Arbeitsfluids aufrechtzuerhalten, wenn sich das AWR-System in dem Leerlaufmodus befindet. Diese Maßnahme ermöglicht es, das AWR-System nahezu unmittelbar aus dem Leerlaufmodus in den aktiven Modus zu schalten, wenn die Abgase wieder dazu in der Lage sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer 19 zu verdampfen. Somit besteht keine Notwendigkeit zum Aufheizen des Arbeitsfluids bis auf eine normale Betriebstemperatur, bevor es möglich ist, das AWR-System in den aktiven Modus zu schalten. Da eine solche Aufheizperiode wegfällt, ist es möglich, die Betriebszeit des AWR-Systems zu erhöhen und ein größeres Maß an Abwärmeenergie in mechanische Energie umzuwandeln.The heating of the working fluid enables a normal operating temperature of the working fluid to be maintained when the AWR system is in the idle mode. This measure makes it possible to switch the AWR system almost immediately from the idle mode to the active mode when the exhaust gases are again capable of the working fluid in the evaporator 19th to evaporate. Thus there is no need to heat the working fluid up to normal operating temperature before it is possible to switch the AWR system to the active mode. Since there is no such heating period, it is possible to increase the operating time of the AWR system and to convert a greater amount of waste heat energy into mechanical energy.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform eingeschränkt, sondern kann frei innerhalb des Schutzbereichs der Patentansprüche variiert werden. Die das Arbeitsfluid in dem Verdampfer aufheizenden Abgase können Abgase sein, die aus einem Verbrennungsmotor durch eine Abgasleitung in eine Umgebung geleitet werden, sie können jedoch auch rezirkulierende Abgase sein, die zum Verbrennungsmotor rückgeführt werden. Es ist nicht ausgeschlossen, das Arbeitsfluid in einem Wärmetauscher durch beispielsweise das Retarderöl auf eine Temperatur aufzuheizen, bei der es verdampft. In einem solchen Fall ist es möglich, das AWR-System trotz der Tatsache, dass die Abgase nicht dazu in der Lage sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer zu verdampfen, in einen aktiven Modus zu schalten.The invention is not restricted to the embodiment described, but can be varied freely within the scope of the patent claims. The exhaust gases which heat up the working fluid in the evaporator can be exhaust gases which are passed from an internal combustion engine through an exhaust pipe into an environment, but they can also be recirculating exhaust gases which are returned to the internal combustion engine. It is not ruled out that the working fluid in a heat exchanger may be heated by the retarder oil, for example, to a temperature at which it evaporates. In such a case, it is possible to switch the AWR system to an active mode despite the fact that the exhaust gases are unable to evaporate the working fluid in the evaporator.

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  • JP 2010077901 [0005]JP 2010077901 [0005]

Claims (15)

Anordnung zur Steuerung eines AWR-Systems für ein von einem Verbrennungsmotor (2) angetriebenes Fahrzeug (1), wobei das AWR-System (17) einen Verdampfer (19), in dem ein Arbeitsfluid durch Abgase aus dem Verbrennungsmotor (2) erhitzt und verdampft zu werden vermag, und einen mechanisch mit einem Antriebsstrang (22) des Fahrzeugs (1) verbundenen Expandierer (20) umfasst, und wobei das Fahrzeug (1) ein System (4, 28, 32) mit einem zirkulierenden Medium aufweist, das während zumindest mancher Betriebsbedingungen des Fahrzeugs (1) erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Wärmetauscher (27, 30, 37) und eine Steuereinheit (12) aufweist, die dazu eingerichtet ist festzustellen, ob die Abgase nicht dazu in der Lage sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer (19) zu verdampfen, ferner festzustellen, ob das Medium eine höhere Temperatur hat als das Arbeitsfluid, und falls diese zwei Bedingungen erfüllt sind, einen Mediumstrom aus dem System zu dem Wärmetauscher (27, 30, 37) zu initiieren, in dem das Medium das Arbeitsfluid aufheizt.Arrangement for controlling an AWR system for a vehicle (1) driven by an internal combustion engine (2), the AWR system (17) having an evaporator (19) in which a working fluid is heated and evaporated by exhaust gases from the internal combustion engine (2) and an expander (20) mechanically connected to a drive train (22) of the vehicle (1), and wherein the vehicle (1) has a system (4, 28, 32) with a circulating medium which during at least some operating conditions of the vehicle (1) is heated, characterized in that the arrangement has a heat exchanger (27, 30, 37) and a control unit (12) which is set up to determine whether the exhaust gases are not able to To evaporate the working fluid in the evaporator (19), furthermore to determine whether the medium has a higher temperature than the working fluid, and if these two conditions are met, a medium flow from the system to the heat exchanger (27, 30, 37) to initiate, in which the medium heats the working fluid. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu eingerichtet ist, Information über wenigstens einen Parameter zu erhalten, der angibt, wann die Abgase nicht dazu in der Lage sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer zu verdampfen.Arrangement according to Claim 1 , characterized in that the control unit (12) is set up to receive information about at least one parameter which indicates when the exhaust gases are not able to evaporate the working fluid in the evaporator. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu eingerichtet ist, Information von einem die Abgastemperatur (T1) erfassenden ersten Sensor (s1) zu erhalten.Arrangement according to Claim 2 , characterized in that the control unit (12) is set up to receive information from a first sensor (s 1 ) which detects the exhaust gas temperature (T 1 ). Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu eingerichtet ist, Information von einem die Arbeitsfluidtemperatur (T5) erfassenden Sensor (s5) und einem die Mediumtemperatur (T2, T3, T4) erfassenden Sensor (s2 - s4) zu erhalten.Arrangement according to one of the preceding Claims 1 to 3 Characterized in that the control unit (12) is adapted to information from a working fluid temperature (T 5) detecting sensor (s 5) and a medium temperature (T 2, T 3, T 4) detecting sensor (s 2 - s 4 ) to obtain. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (27, 30, 37) sich in einem Teil des AWR-Systems befindet, der an einer Stelle stromabwärts einer Pumpe (18) und stromaufwärts des Verdampfers (19) angeordnet ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (27, 30, 37) is located in a part of the AWR system which is arranged at a point downstream of a pump (18) and upstream of the evaporator (19). Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine mit dem System (4, 28, 32) verbundene Wärmeübertragungsschleife (25, 29, 34) sowie Strömungshilfsmittel (26, 31, 35, 36) umfasst, mittels derer es möglich ist, ein Medium aus dem System (4, 28, 32) über die Wärmeübertragungsschleife (25, 29, 34) zeitweilig zu dem Wärmetauscher (27, 30, 37) zu leiten.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement comprises a heat transfer loop (25, 29, 34) connected to the system (4, 28, 32) and flow aids (26, 31, 35, 36) by means of which it is possible is to temporarily conduct a medium from the system (4, 28, 32) via the heat transfer loop (25, 29, 34) to the heat exchanger (27, 30, 37). Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsschleife (25, 29, 34) einen Einlass aufweist, der mit einem Teil des Systems (4, 28, 32) verbunden ist, in dem das Medium seine höchste Temperatur hat.Arrangement according to Claim 6 , characterized in that the heat transfer loop (25, 29, 34) has an inlet which is connected to a part of the system (4, 28, 32) in which the medium has its highest temperature. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungshilfsmittel eine Ventileinrichtung (26, 31, 36) umfassen, die in einer ersten Stellung den Mediumstrom in dem System zu der Wärmeübertragungsschleife (25, 29, 34) leitet und in einer zweiten Stellung den Mediumstrom in dem System an der Wärmeübertragungsschleife (25, 29, 34) vorbeileitet.Arrangement according to Claim 6 or 7th , characterized in that the flow auxiliary means comprise a valve device (26, 31, 36) which, in a first position, guides the medium flow in the system to the heat transfer loop (25, 29, 34) and in a second position guides the medium flow in the system the heat transfer loop (25, 29, 34) bypasses. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungshilfsmittel eine Pumpe (36) umfassen, die dazu eingerichtet ist, das Medium in der Wärmeübertragungsschleife (34) zu zirkulieren.Arrangement according to Claim 6 or 7th , characterized in that the flow auxiliary means comprise a pump (36) which is set up to circulate the medium in the heat transfer loop (34). Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das System (4, 28, 32) ein hydraulisches Retardersystem und das Medium ein Retarderöl ist.Arrangement according to one of the preceding Claims 1 to 10 , characterized in that the system (4, 28, 32) is a hydraulic retarder system and the medium is a retarder oil. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das System (4, 28, 32) ein Kühlsystem und das Medium ein Kühlmittel ist.Arrangement according to one of the preceding Claims 1 to 10 , characterized in that the system (4, 28, 32) is a cooling system and the medium is a coolant. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das System (4, 28, 32) ein Motorölsystem und das Medium ein Motoröl ist.Arrangement according to one of the preceding Claims 1 to 10 , characterized in that the system (4, 28, 32) is an engine oil system and the medium is an engine oil. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung wenigstens zwei Systeme (4, 28, 32) umfasst, die jeweils mit einem Zirkulationsmedium ausgestattet sind, das während zumindest mancher Betriebsbedingungen des Fahrzeugs (1) erhitzt wird, und dass die Steuereinheit (12) dazu eingerichtet ist, zum Aufheizen des Arbeitsfluids in dem AWR-System das Medium zu verwenden, welches die höchste Temperatur hat.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement comprises at least two systems (4, 28, 32), each equipped with a circulation medium that is heated during at least some operating conditions of the vehicle (1), and that the control unit (12) is set up to use the medium which has the highest temperature for heating the working fluid in the AWR system. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Bypassleitung (16a, 24a) und ein Bypassventil (16b, 24b) umfasst, mittels derer es möglich ist, das Arbeitsfluid an einem Kondensator und/oder einem Ausgleichstank (24) des AWR-Systems bei Betriebsbedingungen vorbeizuleiten, in denen das Medium das Arbeitsfluid in dem Wärmetauscher (24, 30, 37) aufheizt.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement comprises a bypass line (16a, 24a) and a bypass valve (16b, 24b), by means of which it is possible to supply the working fluid to a condenser and / or a compensation tank (24) of the To bypass AWR system in operating conditions in which the medium heats the working fluid in the heat exchanger (24, 30, 37). Verfahren zur Steuerung eines AWR-Systems, das in einem von einem Verbrennungsmotor (2) angetriebenen Fahrzeug (1) angeordnet ist, wobei das AWR-System (17) einen Verdampfer (19), in dem ein Arbeitsfluid durch Abgase aus dem Verbrennungsmotor (2) erhitzt und verdampft zu werden vermag, und einen mechanisch mit einem Antriebsstrang (22) des Fahrzeugs (1) verbundenen Expandierer (20) umfasst, und wobei das Fahrzeug (1) ein System (4, 28, 32) mit einem Zirkulationsmedium aufweist, das während zumindest mancher Betriebsbedingungen des Fahrzeugs (1) erhitzt wird, gekennzeichnet durch die Schritte des Feststellens, ob die Abgase nicht dazu in der Lage sind, das Arbeitsfluid in dem Verdampfer (19) zu verdampfen, des Ermittelns, ob das Medium eine höhere Temperatur hat als das Arbeitsfluid, und, falls diese zwei Bedingungen erfüllt sind, des Erhitzens des Arbeitsfluids in dem AWR-System mittels des Mediums.Method for controlling an AWR system which is arranged in a vehicle (1) driven by an internal combustion engine (2), wherein the AWR system (17) an evaporator (19) in which a working fluid can be heated and evaporated by exhaust gases from the internal combustion engine (2), and an expander (20) mechanically connected to a drive train (22) of the vehicle (1) and wherein the vehicle (1) has a system (4, 28, 32) with a circulation medium that is heated during at least some operating conditions of the vehicle (1), characterized by the steps of determining whether the exhaust gases are not in the Are capable of evaporating the working fluid in the evaporator (19), determining whether the medium has a higher temperature than the working fluid, and, if these two conditions are met, heating the working fluid in the AWR system by means of the medium.
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