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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Abwärmenutzanordnung, die wahlweise mit einem Antriebsstrang und/oder Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs koppelbar ist.
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Wird durch Abwärme einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ein Arbeitsfluid erwärmt und in einer Arbeitsmaschine entspannt, so kann die Abwärme durch die mechanisch mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs gekoppelte Arbeitsmaschine in Antriebsleistung umgesetzt werden – dies kann insbesondere in einem stationären Betriebszustand des Kraftfahrzeugs günstig sein. Auf der anderen Seite kann die mechanisch mit einem Generator des Kraftfahrzeugs gekoppelte Arbeitsmaschine elektrische Leistung erzeugen, die variabler eingesetzt, insbesondere zwischengespeichert werden kann – dies kann entsprechend insbesondere in instationären Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs günstig sein.
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Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto- oder Dieselmotor, sowie einen Antriebsstrang zum mechanischen, insbesondere wahlweisen, Koppeln der Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Antriebsräder des Kraftfahrzeugs auf. Ein Antriebsstrang kann insbesondere eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, eine Automatik- oder Schaltkupplung und/oder ein Getriebe aufweisen.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Kraftfahrzeug eine Abwärmenutzanordnung mit einem Zufuhr-Wärmetauscher auf, der zum Erwärmen eines Arbeitsmediums der Abwärmenutzanordnung mit der Brennkraftmaschine thermisch, insbesondere ständig oder wahlweise, gekoppelt ist. Insbesondere kann der Zufuhr-Wärmetauscher mit einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine thermisch gekoppelt bzw. dazu ausgebildet sein, Wärme mit die Abgasleitung durchströmendem Abgas aus der Brennkraftmaschine auszutauschen. In einer Ausführung kann der Zufuhr-Wärmetauscher zum teilweisen oder vollständigen Verdampfen des Arbeitsfluiddrucks ausgebildet sein. Hierzu kann das Arbeitsfluid ein Arbeitsfluid mit einem Siede- bzw. Taupunkt sein, welches bei Erwärmen durch die Abgasleitung durchströmendem Abgas aus der Brennkraftmaschine teilweise oder vollständig verdampft.
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Stromabwärts nach dem Zufuhr-Wärmetauscher weist die Abwärmenutzanordnung eine Arbeitsmaschine auf, die, insbesondere ständig oder wahlweise, durch das erwärmte Fluid angetrieben wird bzw. antreibbar ist. Die Arbeitsmaschine kann insbesondere eine Turbine und/oder einen Schraubenexpander und/oder eine Kolbenmaschine aufweisen, insbesondere sein, die bzw. der zum Entspannen des Arbeitsmediums ausgebildet ist. Insbesondere, wenn der Zufuhr-Wärmetauscher zum Verdampfen des Arbeitsfluiddrucks ausgebildet ist, kann die Turbine eine Dampfturbine sein.
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In einer Ausführung weist die Abwärmenutzanordnung einen Abfuhr-Wärmetauscher zum Abkühlen des Arbeitsfluids auf, der stromabwärts nach der Arbeitsmaschine angeordnet ist. Der Abfuhr-Wärmetauscher kann insbesondere mit einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs und/oder einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine thermisch gekoppelt und/oder dazu ausgebildet sein, Wärme mit der Kraftfahrzeugumgebung auszutauschen. In einer Ausführung kann der Abfuhr-Wärmetauscher zum teilweisen oder vollständigen Kondensieren des Arbeitsfluiddrucks ausgebildet sein. Hierzu kann das Arbeitsfluid ein Arbeitsmedium mit einem Siede- bzw. Taupunkt sein, welches bei Abkühlen durch den Abfuhr-Wärmetauscher teilweise oder vollständig kondensiert.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Abwärmenutzanordnung eine Kraftmaschine zum, insbesondere ständigen oder wahlweisen, Fördern des Arbeitsfluids aufweisen, welche stromaufwärts vor dem Zufuhr-Wärmetauscher angeordnet ist. Die Kraftmaschine kann insbesondere eine Pumpe zum Erhöhen eines Arbeitsfluiddrucks aufweisen, insbesondere sein. Die Pumpe kann in einer Ausführung eine Speisepumpe sein, sie kann mit der Brennkraftmaschine mechanisch gekoppelt sein und/oder einen Elektroantrieb aufweisen, der durch einen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt wird bzw. versorgbar ist.
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In einer Ausführung kann die Abwärmenutzanordnung zum Durchführen eines Rankine-Kreisprozesses, insbesondere eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses, insbesondere eines organischen Clausius-Rankine-Kreisprozesses („Organic Rankine Cycle” ORC) ausgebildet sein bzw. einen solchen Kreisprozess ausführen, insbesondere wahlweise.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Kraftfahrzeug eine Kupplungsanordnung zum wahlweisen Koppeln der Arbeitsmaschine mit dem Antriebsstrang auf. In einer Ausführung ist die Kupplungsanordnung dazu ausgebildet, wahlweise die Arbeitsmaschine mit dem Antriebsstrang mechanisch zu koppeln oder von diesem zu entkoppeln. Entsprechend wird in einem Verfahren nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Arbeitsmaschine, insbesondere durch ein Schaltmittel eines Steuermittels, welches mit der Kupplungsanordnung signalverbunden und zum wahlweisen Koppeln der Arbeitsmaschine mit dem Antriebsstrang auf Basis eines Betriebszustandes des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, die Arbeitsmaschine mit dem Antriebsstrang wahlweise mechanisch gekoppelt oder von diesem entkoppelt.
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Durch die wahlweise mechanische Kopplung bzw. Entkopplung von Arbeitsmaschine und Antriebsstrang kann die Arbeitsmaschine der Abwärmenutzanordnung in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mechanisch, vorteilhafterweise mit einem hohem Wirkungsgrad, die Antriebsleitung auf den Antriebsstrang aufprägen und so die von der Brennkraftmaschine aufzubringende Antriebsleitung reduzieren und/oder die zur Verfügung stehende Gesamtantriebsleitung erhöhen. Auf diese Weise kann in einer Ausführung der Kraftstoffverbrauch gesenkt und/oder die Fahrleistung erhöht werden.
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Eine mechanische Kopplung kann insbesondere in stationären Betriebszuständen günstig sein. Entsprechend wird in einer Weiterbildung die Arbeitsmaschine, insbesondere durch das Steuer- bzw. Schaltmittel, in einem stationären Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, mit dem Antriebsstrang gekoppelt und in einem instationären Betriebszustand von dem Antriebsstrang enkoppelt. Unter einem stationären Betriebszustand wird insbesondere ein Betriebszustand verstanden, in dem die Brennkraftmaschine eine, wenigstens im Wesentlichen, konstante Drehzahl aufweist und/oder ein, wenigstens im Wesentlichen, konstantes Drehmoment abgibt, unter einem instationären Betriebszustand entsprechend insbesondere ein Betriebszustand, in dem die Brennkraftmaschine eine, insbesondere um wenigstens 5%, variierende Drehzahl aufweist und/oder ein, insbesondere um wenigstens 10%, variierendes Drehmoment abgibt. Hierdurch kann in einer Ausführung der Kraftstoffverbrauch gesenkt und/oder die Fahrleistung erhöht werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann in einer Weiterbildung die Arbeitsmaschine, insbesondere durch das Steuer- bzw. Schaltmittel, in einem Beschleunigungszustand des Kraftfahrzeugs, mit dem Antriebsstrang gekoppelt und in einem Verzögerungszustand von dem Antriebsstrang enkoppelt werden. Unter einem Beschleunigungszustand wird insbesondere ein Betriebszustand verstanden, in dem eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erhöht wird, unter einem Verzögerungszustand entsprechend insbesondere ein Betriebszustand, in dem eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs reduziert wird. Auch hierdurch kann in einer Ausführung der Kraftstoffverbrauch gesenkt und/oder die Fahrleistung erhöht werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann in einer Weiterbildung die Arbeitsmaschine, insbesondere durch das Steuer- bzw. Schaltmittel, in einem Aufwärmzustand des Kraftfahrzeugs, mit dem Antriebsstrang gekoppelt und in einem erwärmten Betriebszustand von dem Antriebsstrang entkoppelt werden. Unter einem Aufwärmzustand wird insbesondere ein Betriebszustand verstanden, in dem die Temperatur der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs auf Betriebstemperatur erhöht wird, unter einem erwärmten Betriebszustand entsprechend insbesondere ein Betriebszustand, in dem die Brennkraftmaschine Betriebstemperatur aufweist. Auch hierdurch kann in einer Ausführung der Kraftstoffverbrauch gesenkt und/oder die Fahrleistung erhöht werden: insbesondere kann es günstig sein, während eines Aufwärmens die Kraftmaschine der Abwärmenutzanordnung stillzusetzen und diese hierzu von dem Antriebsstrang zu entkoppeln.
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Die Arbeitsmaschine kann in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ständig mit einem Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs gekoppelt sein, insbesondere einem Generator, der in einer Weiterbildung zum Aufladen eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs und/oder zur Versorgung eines oder mehrerer elektrischer Verbraucher, insbesondere Elektroantriebe, elektrische Heizeinrichtungen oder dergleichen, ausgebildet ist bzw. diese auflädt bzw. versorgt. Ist die Arbeitsmaschine (auch) mit dem Antriebsstrang mechanisch gekoppelt, erfolgt in einer Ausführung eine Leistungsverzweigung, bei Entkopplung von dem Antriebsstrang betreibt die Arbeitsmaschine in einer Ausführung ausschließlich das Nebenaggregat. Auf diese Weise kann, insbesondere in instationären Betriebszuständen, einem Verzögerungs- und/oder einem Aufwärmzustand, Abwärme aus der Brennkraftmaschine durch die Abwärmenutzanordnung ausschließlich auf das Nebenaggregat, insbesondere einem Generator, umgesetzt werden. Dies kann energetisch günstiger sein, insbesondere einen besseren Wirkungsgrad aufweisen als eine mechanische Umsetzung auf den Antriebsstrang.
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Gleichermaßen kann die Arbeitsmaschine in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung auch wahlweise mit dem Nebenaggregat mechanisch gekoppelt werden, insbesondere in instationären Betriebszuständen, in einem Verzögerungs- und/oder einem Aufwärmzustand mit dem Nebenaggregat gekoppelt und in einem stationären und/oder einem Beschleunigungszustand entkoppelt, um die Abwärme aus der Brennkraftmaschine durch die Abwärmenutzanordnung ausschließlich auf den Antriebsstrang umzusetzen. Eine wahlweise mechanische Kopplung der Arbeitsmaschine mit dem Nebenaggregat kann zusätzlich oder alternativ zu einer wahlweisen mechanischen Kopplung der Arbeitsmaschine mit dem Antriebsstrang vorgesehen sein. Eine ständige mechanische Kopplung des Nebenaggregats oder des Antriebsstrangs mit der Arbeitsmaschine kann in einer Ausführung leichter, zuverlässiger und/oder billiger sein. Eine wahlweise mechanische Kopplung sowohl des Nebenaggregats als auch des Antriebsstrangs mit der Arbeitsmaschine kann die Variabilität erhöhen und so in einer Ausführung den Kraftstoffverbrauch noch weiter senken und/oder die Fahrleistung noch weiter erhöhen.
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In einer Ausführung weist die Kupplungsanordnung ein Zugmittel, eine damit wirkverbundene Antriebsstrangscheibe zum mechanischen Einkoppeln des Antriebsstranges, eine mit dem Zugmittel wirkverbundene Nebenaggregatscheibe zum mechanischen Einkoppeln des Nebenaggregats sowie eine mit dem Zugmittel wirkverbundene Arbeitsmaschinenscheibe zum mechanischen Einkoppeln der Arbeitsmaschine auf. Durch ein Zugmittel können in einer Ausführung vorteilhaft Schwingungen und/oder Toleranzen kompensiert werden.
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Das Zugmittel kann einen Rippenriemen mit einer oder mehreren, insbesondere keilförmigen, Längsrippen aufweisen, insbesondere ein Keilriemen oder sogenannter Poly-V-Belt sein, der mit der Antriebsstrangscheibe, Nebenaggregatscheibe und Arbeitsmaschinenscheibe reibschlüssig wirkverbunden ist. Gleichermaßen kann das Zugmittel einen Rippenriemen mit mehreren, insbesondere keilförmigen, Querrippen aufweisen, insbesondere sein, der mit der Antriebsstrangscheibe, Nebenaggregatscheibe und Arbeitsmaschinenscheibe formschlüssig wirkverbunden ist. Das Zugmittel kann gleichermaßen eine Kette, ein Schubgliederband oder dergleichen aufweisen, insbesondere sein. Durch diese mechanischen Zugmittel kann in einer Ausführung ein hoher, mechanischer Wirkungsgrad erreicht werden.
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Zur wahlweisen Kopplung der Arbeitsmaschine mit dem Antriebsstrang weist die Kupplungsanordnung in einer Ausführung eine, insbesondere elektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch, schaltbare Kupplung zum wahlweisen Koppeln der Antriebsstrangscheibe mit dem Antriebsstrang auf, die in einer Weiterbildung von dem Schaltmittel des Steuermittels kommandiert bzw. aktuiert wird. Die Kupplung kann insbesondere wahlweise den Antriebsstrang und die Antriebsstrangscheibe trennen oder mechanisch, insbesondere reib- und/oder formschlüssig, koppeln.
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Zusätzlich oder alternativ kann zur wahlweisen Kopplung der Arbeitsmaschine mit dem Nebenaggregat die Kupplungsanordnung in einer Ausführung eine, insbesondere elektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch, schaltbare Kupplung zum wahlweisen Koppeln der Nebenaggregatscheibe mit dem Nebenaggregat aufweisen, die in einer Weiterbildung von dem Schaltmittel des Steuermittels kommandiert bzw. aktuiert wird. Die Kupplung kann insbesondere wahlweise eine Antriebswelle des Nebenaggregats und die Nebenaggregatscheibe trennen oder mechanisch, insbesondere reib- und/oder formschlüssig, koppeln.
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Zusätzlich oder alternativ kann zur wahlweisen Kopplung der Arbeitsmaschine mit dem Antriebsstrang und/oder dem Nebenaggregat die Kupplungsanordnung in einer Ausführung eine, insbesondere elektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch, schaltbare Kupplung zum wahlweisen Koppeln der Arbeitsmaschinenscheibe mit der Arbeitsmaschine aufweisen, die in einer Weiterbildung von dem Schaltmittel des Steuermittels kommandiert bzw. aktuiert wird. Die Kupplung kann insbesondere wahlweise eine Abtriebswelle der Arbeitsmaschine und die Arbeitsmaschinenscheibe trennen oder mechanisch, insbesondere reib- und/oder formschlüssig, koppeln.
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Auf diese Weise kann die Antriebsstrang-, Nebenaggregats- bzw. Arbeitsmaschinenscheibe mit dem Zugmittel vorteilhaft wirkverbunden bleiben. Unter einem mechanischen Koppeln wird insbesondere eine mechanische, insbesondere reib- und/oder formschlüssige, Verbindung verstanden, die zur Übertragung von Drehmomenten in einer oder beiden Drehrichtungen ausgebildet ist. In einer Weiterbildung kann die Arbeitsmaschinenscheibe über einen Freilauf mit der Arbeitsmaschine mechanisch gekoppelt sein, so dass eine höhere Drehzahl des Antriebsstrangs in einer Ausführung auch bei mechanisch gekoppelter Arbeitsmaschine nicht oder nur eingeschränkt auf diese rückwirkt. Auf diese Weise kann in einer Ausführung die Abwärmenutzanordnung bzw. deren betrieb optimiert werden.
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Die Kupplungsanordnung kann in einer Ausführung insbesondere zum wahlweisen mechanischen Koppeln der Arbeitsmaschine mit einer Kurbelwelle des Antriebsstrang ausgebildet sein, in einer Weiterbildung durch das Zugmittel und die schaltbare Kupplung zwischen einer mit dem Zugmittel wirkverbundenen Antriebsstrangscheibe und der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, die somit zugleich Teil der Brennkraftmaschine und des Antriebsstrangs bzw. das Bindeglied zwischen diesen beiden ist.
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Ein Steuer- bzw. Schaltmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Kupplungsanordnung steuern kann. In einer Ausführung ist das Steuermittel auch dazu ausgebildet, die Brennkraftmaschine und/oder die Abwärmenutzanordnung, insbesondere deren Arbeitsfluidstrom, zu steuern, insbesondere zu regeln. Entsprechend kann das Steuer- bzw. Schaltmittel in einer Ausführung eine Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs aufweisen, insbesondere sein.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 einen Teil eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
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2 ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Betreiben des Kraftfahrzeugs der 1.
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1 zeigt einen Teil eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer Brennkraftmaschine 20, die in 1 durch eine Kurbelwelle 21, zwei diese drehende Kolben 22, die in Zylindern 23 arbeiten, eine Luft-Kraftstoff-Zuleitung 24 (dabei können Luft und Kraftstoff auch separat in den Brennraum eingebracht werden) sowie eine Abgasleitung 25 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 21 stellt gleichzeitig einen Teil eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs zum Koppeln der Brennkraftmaschine 20 mit zwei Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs in an sich bekannter Weise dar (nicht dargestellt).
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Das Kraftfahrzeug weist weiter ein Nebenaggregat in Form eines Generators 1 auf, der dazu ausgebildet ist, einen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine Fahrzeugbatterie, aufzuladen, und/oder elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs zu versorgen (nicht dargestellt).
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Das Kraftfahrzeug weist weiter eine Abwärmenutzanordnung 10 zum Durchführen eines Rankine-Kreisprozesses auf. Die Abwärmenutzanordnung 10 weist einen Zufuhr-Wärmetauscher 11 auf, der mit der Abgasleitung 25 der Brennkraftmaschine 20 thermisch gekoppelt ist und Wärme von die Abgasleitung 25 durchströmendem Abgas aus den Zylindern 23 auf ein Arbeitsfluid überträgt, welches dadurch erwärmt wird und verdampft. Die Wärmezufuhr kann dabei über ein Klappen- oder/und Ventilsystem schaltbar gestaltet sein.
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Durch diesen Dampf bzw. das erwärmte Arbeitsfluid wird eine Arbeitsmaschine in Form einer Expansionsmaschine 12 angetrieben, in der der Dampf entspannt. Stromabwärts nach der Expansionsmaschine 12 ist ein Abfuhr-Wärmetauscher 13 zum Abkühlen des Dampfes angeordnet, in dem das Arbeitsfluid kondensiert. Stromabwärts nach dem Abfuhr-Wärmetauscher 13 und stromaufwärts vor dem Zufuhr-Wärmetauscher 11 ist eine Kraftmaschine in Form einer Pumpe 14 zum Fördern des Arbeitsfluids in einer in 1 durch Pfeile angedeutete Strömungsrichtung angeordnet, die den Arbeitsfluiddruck erhöht.
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Das Kraftfahrzeug weist weiter eine Kupplungsanordnung zum wahlweisen Koppeln der Expansionsmaschine 12 mit der Kurbelwelle 21 auf. Zusätzlich oder alternativ kann die Kupplungsanordnung zum wahlweisen Koppeln der Expansionsmaschine 12 mit dem Generator 1 ausgebildet sein. Diese verschiedenen Ausführungen sind zur kompakteren Darstellung gemeinsam in 1 dargestellt.
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Die Kupplungsanordnung weist ein Zugmittel in Form eines Poly-V-belts 2 auf, mit dem eine Arbeitsmaschinenscheibe 41, eine Antriebsstrangscheibe 42 sowie eine Nebenaggregatscheibe 43 reibschlüssig wirkverbunden sind.
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In einer Ausführung weist die Kupplungsanordnung eine schaltbare Kupplung 31 zum wahlweisen Koppeln der Antriebsstrangscheibe 42 mit der Kurbelwelle 21 auf.
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Zusätzlich kann die Kupplungsanordnung eine schaltbare Kupplung 33 zum wahlweisen Koppeln der Nebenaggregatscheibe 43 mit dem Generator 1 aufweisen. Gleichermaßen kann in einer nicht dargestellten Abwandlung der Generator 1 auch ständig bzw. kupplungsfrei mit der Nebenaggregatscheibe 43 gekoppelt sein, die zur kompakteren Darstellung gemeinsam in 1 dargestellte Kupplung 33 ist in dieser Abwandlung hinwegzudenken.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Kupplungsanordnung eine schaltbare Kupplung 31 zum wahlweisen Koppeln der Arbeitsmaschinenscheibe 41 mit der Turbine 12 aufweisen. Gleichermaßen kann in einer nicht dargestellten Abwandlung die Turbine 12 auch ständig bzw. kupplungsfrei mit der Arbeitsmaschinenscheibe 41 gekoppelt sein, die zur kompakteren Darstellung gemeinsam in 1 dargestellte Kupplung 31 ist in dieser Abwandlung hinwegzudenken. Zwischen der Expansionsmaschine 12 und der Arbeitsmaschinenscheibe 41 ist ein Freilauf (nicht dargestellt) angeordnet, der sperrt bzw. die Turbine 12 ständig bzw. kupplungsfrei mit der Arbeitsmaschinenscheibe 41 koppelt, falls eine Abtriebsdrehzahl der Expansionsmaschine 12 unter Berücksichtigung der Übersetzung zwischen Arbeitsmaschinen- und Antriebsstrangscheibe 41; 42 größer ist als eine Drehzahl der Kurbelwelle 21, und im anderen Fall öffnet bzw. Expansionsmaschine 12 und Arbeitsmaschinenscheibe 41 trennt. Auch dies wird als kupplungsfreie bzw. ständige Kopplung von Turbine 12 und Arbeitsmaschinenscheibe 41 bezeichnet.
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In einer weiteren nicht dargestellten Abwandlung kann die Kurbelwelle 21 auch ständig bzw. kupplungsfrei mit der Antriebsstrangscheibe 42 gekoppelt sein, die zur kompakteren Darstellung gemeinsam in 1 dargestellte Kupplung 32 ist in dieser Abwandlung hinwegzudenken. In diesem Fall ist vorzugsweise die in 1 dargestellte Kupplung 31 und/oder 33 vorgesehen.
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Durch die schaltbare(n) Kupplung(en) 31, 32 und/oder 33 kann die Expansionsmaschine 12 wahlweise mit der Kurbelwelle 21 und/oder dem Generator 1 mechanisch gekoppelt bzw. hiervon entkoppelt werden.
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Hierzu weist das Kraftfahrzeug weiter ein Steuermittel in Form einer Motorsteuerung 3 mit einem Schaltmittel in Form eines entsprechend ausgebildeten Teiles bzw. Programms der Motorsteuerung 3 auf. Die Motorsteuerung 3 ist mit elektromagnetischen, -motorischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktuatoren der Kupplung(en) 31, 32 und/oder 33, die in 1 durch ausgefüllte Rechtecke angedeutet sind, signalverbunden, wie in 1 durch strichpunktierte Pfeile angedeutet.
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Die Motorsteuerung 3 bzw. ihr Schaltmittel sind zum Durchführen eines Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Betreiben des Kraftfahrzeugs der 1 ausgebildet, welches nachfolgend mit Bezug auf 2 näher erläutert wird.
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In einem Schritt S10 wird ein Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ermittelt, insbesondere, ob das Kraftfahrzeug bzw. seine Brennkraftmaschine 20 sich in einem stationären oder einem Beschleunigungszustand befindet oder nicht, d. h. in einem instationären, Verzögerungs- oder Aufwärmzustand.
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Wird in Schritt S10 ermittelt, dass das Kraftfahrzeug bzw. seine Brennkraftmaschine 20 sich in einem stationären oder einem Beschleunigungszustand befindet (S10: „Y”), fährt das Verfahren bzw. die Motorsteuerung 3 mit einem Schritt S20 fort, in dem die Turbine 12 mit der Kurbelwelle 21 mechanisch gekoppelt wird.
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Hierzu wird in einer Ausführung, in der nur die Kupplung 32 vorgesehen ist, diese Kupplung 32 in Schritt S20 geschlossen. In einer Abwandlung, in der zusätzlich oder alternativ die Kupplung 31 vorgesehen ist, wird diese Kupplung 31 in Schritt S20 geschlossen. In einer Abwandlung, in der zusätzlich oder alternativ die Kupplung 33 vorgesehen ist, kann diese Kupplung 33 in einer Ausführung in Schritt S20 geöffnet werden, um eine Leistungsverzweigung zu dem Generator 1 zu unterbinden. In einer alternativen Ausführung kann diese Kupplung 33 in Schritt S20 geschlossen werden, um eine Abgabeleistung der Turbine 12 auf Kurbelwelle 21 und Generator 1 zu verzweigen.
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Wird in Schritt S10 ermittelt, dass das Kraftfahrzeug bzw. seine Brennkraftmaschine 20 sich in einem instationären, Verzögerungs- oder Aufwärmzustand befindet (S10: „N”), fährt das Verfahren bzw. die Motorsteuerung 3 mit einem Schritt S30 fort, in dem die Turbine 12 von der Kurbelwelle 21 entkoppelt wird.
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Hierzu wird in einer Ausführung, in der nur die Kupplung 32 vorgesehen ist, diese Kupplung 32 in Schritt S30 geöffnet. In einer Abwandlung, in der zusätzlich oder alternativ die Kupplung 31 vorgesehen ist, wird diese Kupplung 31 in Schritt S30 geöffnet. In einer Abwandlung, in der zusätzlich oder alternativ die Kupplung 33 vorgesehen ist, kann diese Kupplung 33 in einer Ausführung in Schritt S30 geöffnet werden, um auch den Generator 1 von der Turbine 12 zu entkoppeln. In einer alternativen Ausführung kann diese Kupplung 33 in Schritt S30 geschlossen werden, um eine Abgabeleistung der Turbine 12 dem Generator 1 zuzuleiten.
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Nach Schritt S20 oder S30 kehrt das Verfahren bzw. die Motorsteuerung 3 zu Schritt S10 zurück.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Insbesondere sind, wie vorstehend ausgeführt, verschiedene Ausführungen zur kompakteren Darstellung gemeinsam in
1 dargestellt, wobei in einer Ausführung die Kupplungen
31,
33 entfallen können bzw. hinwegzudenken sind, in einer anderen Ausführung die Kupplung
31 oder
33 entfallen kann bzw. hinwegzudenken ist, um die Expansionsmaschine
12 wahlweise mit der Kurbelwelle
21 zu koppeln oder von dieser zu entkoppeln. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste
| 1 | Generator |
| 2 | Poly-V-Belt |
| 3 | Motorsteuerung |
| 10 | Abwärmenutzanordnung |
| 11 | Zufuhr-Wärmetauscher |
| 12 | Expansionsmaschine |
| 13 | Abfuhr-Wärmetauscher |
| 14 | Speisepumpe |
| 20 | Brennkraftmaschine |
| 21 | Kurbelwelle |
| 22 | Kolben |
| 23 | Zylinder |
| 24 | Luft-Kraftstoff-Zuleitung |
| 25 | Abgasleitung |
| 31, 32, 33 | Kupplung |
| 41 | Arbeitsmaschinenscheibe |
| 42 | Antriebsstrangscheibe |
| 43 | Nebenaggregatscheibe |
