EP2260185A2 - Method for obtaining energy from an exhaust flow and motor vehicle - Google Patents

Method for obtaining energy from an exhaust flow and motor vehicle

Info

Publication number
EP2260185A2
EP2260185A2 EP09718002A EP09718002A EP2260185A2 EP 2260185 A2 EP2260185 A2 EP 2260185A2 EP 09718002 A EP09718002 A EP 09718002A EP 09718002 A EP09718002 A EP 09718002A EP 2260185 A2 EP2260185 A2 EP 2260185A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
pump
working fluid
evaporator
mass flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09718002A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jan GÄRTNER
Thomas Koch
Josef Martin Mercz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2260185A2 publication Critical patent/EP2260185A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K15/00—Adaptations of plants for special use
    • F01K15/02—Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/101—Regulating means specially adapted therefor

Abstract

The invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine (10), wherein the exhaust flow coming therefrom is used as heat source for a Clausius-Rankine cycle process. The capacity of a pump (14) pumping to the Clausius-Rankine cycle is variable and is adjusted through the action of a controller (24), depending on the exhaust mass flow and possibly also the exhaust temperature. The invention permits the application of a unique Clausius-Rankine cycle in a motor vehicle.

Description

Verfahren zum Gewinnen von Energie aus einem Abgasstrom sowie Kraftfahrzeug Method for obtaining energy from an exhaust gas stream and motor vehicle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von Energie aus einem Abgasstrom aus einem Verbrennungsmotor sowie ein Kraftfahrzeug, bei dem ein solcher Abgasstrom bekanntlich zur Verfügung steht und das Verfahren daher eingesetzt werden kann.The invention relates to a method for obtaining energy from an exhaust gas flow from an internal combustion engine and to a motor vehicle, in which such an exhaust gas flow is known to be available and the method can therefore be used.
Das aus einem Verbrennungsmotor stammende Abgas hat eine recht hohe Temperatur, und es erscheint wünschenswert, könnte man die in dem Abgas enthaltene Wärmeenergie nutzen. Sinnvoll erscheint, vermittels der Wärmeenergie in dem Abgas elektrische Energie zu gewinnen. Es bietet sich hierbei an, auf aus dem Bereich von Kraftwerken bekannte Techniken zurückzugreifen. Dort wird ein so genannter Clausius- Rankine-Kreisprozess eingesetzt: Ein Arbeitsfluid, üblicherweise Wasser, wird abwechselnd bei hohem Druck verdampft und bei niedrigem Druck kondensiert. Der hohe Druck wird in einer Expansionsmaschine, insbesondere einer Turbine, unter Abgabe von Arbeit abgebaut, so dass elektrische Energie gewonnen wird. Nach dem Kondensieren in einem Kondensator wird das nunmehr flüssige Arbeitsfluid vermittels einer Pumpe dem Verdampfer zugeführt. Im Verdampfer empfängt das Arbeitsfluid Wärme von einem anderen Fluid über die so genannte indirekte Wärmeübertragung, bei der das andere Fluid von dem Arbeitsfluid über eine Trennwand getrennt ist. Vorliegend ist denkbar, dass besagtes anderes Fluid genau der Abgasstrom aus dem Verbrennungsmotor sein könnte. Bisher ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Realisierung dadurch, dass der Abgasmassenstrom variabel ist und insbesondere von der aktuellen Leistung des Verbrennungsmotors abhängt. Es ist daher nicht sinnvoll, das Arbeitsfluid in dem Clausius-Rankine-Kreislauf gleichmäßig zu bewegen. Es wurde bereits an einer Regelung der Bewegung des Arbeitsfluids gedacht, die in Abhängigkeit von an dem Arbeitsfluid gewonnenen Messwerten erfolgen sollte, z. B. in Abhängigkeit von Temperatur, Massenstrom oder Druck des Arbeitsmediums. Aufgrund der Trägheit einer solchen Regelung, die durch das Verhältnis von Anlageinnenvolumen zu Massenstrom bedingt ist, hat sich eine stabile Regelung der genannten Art jedoch als nicht machbar erwiesen.The exhaust gas from an internal combustion engine has a fairly high temperature, and it would seem desirable to use the heat energy contained in the exhaust gas. It makes sense to gain electrical energy by means of the heat energy in the exhaust gas. It makes sense here to resort to known from the field of power plants techniques. There, a so-called Clausius-Rankine cycle is used: A working fluid, usually water, is vaporized alternately at high pressure and condensed at low pressure. The high pressure is reduced in an expansion machine, in particular a turbine, with release of labor, so that electrical energy is recovered. After condensing in a condenser, the now-liquid working fluid is fed to the evaporator by means of a pump. In the evaporator, the working fluid receives heat from another fluid via the so-called indirect heat transfer, in which the other fluid is separated from the working fluid via a dividing wall. In the present case, it is conceivable that said other fluid could be exactly the exhaust gas flow from the internal combustion engine. So far, however, difficulties in the realization result from the fact that the exhaust gas mass flow is variable and in particular depends on the current performance of the internal combustion engine. It therefore does not make sense to move the working fluid evenly in the Rankine cycle. It has already been thought of a regulation of the movement of the working fluid, which should take place as a function of measured values obtained on the working fluid, z. B. as a function of temperature, mass flow or pressure of the working medium. Due to the inertia of such a scheme, by the ratio of system internal volume to mass flow conditional, however, stable regulation of that kind has proved to be impracticable.
In der EP 1 333 157 A1 ist tatsächlich beschrieben, dass der Abgasstrom aus einem Verbrennungsmotor als Energiequelle für einen Clausius-Rankine-Kreisprozess verwendet wird. Hierbei sind zwei Kreislaufsysteme vorgesehen, bei denen sich die Arbeitsfluide durch ihren Siedepunkt voneinander unterscheiden. In zumindest einem der Kreisläufe ist die Pumpleistung variabel einstellbar. Es wird in der EP 1 333 157 A1 angegeben, dass so die Effizienz der Rückgewinnung von Wärmeenergie aus dem Abgasstrom maximal eingestellt werden können.It is actually described in EP 1 333 157 A1 that the exhaust gas flow from an internal combustion engine is used as the energy source for a Rankine cycle. Here, two circulation systems are provided, in which the working fluids differ from one another by their boiling point. In at least one of the circuits, the pump power is variably adjustable. It is stated in EP 1 333 157 A1 that the efficiency of the recovery of heat energy from the exhaust gas flow can be set to the maximum.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Gewinnen von Energie aus einem Abgasstrom aus einem Verbrennungsmotor bereitzustellen, das praktisch umsetzbar, aber gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht ist.Object of the present invention to provide a method for recovering energy from an exhaust gas stream from an internal combustion engine, which is practicable, but simplified over the prior art.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Zur Lösung der Aufgabe gehört auch das Bereitstellen eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 6.The object is achieved by a method having the features according to claim 1. To solve the problem also includes the provision of a motor vehicle with the features according to claim 6.
Erfindungsgemäß wird zum Gewinnen von Energie aus einem Abgasstrom tatsächlich von einem Clausius-Rankine-Kreisprozess Gebrauch gemacht, wobei dem Arbeitsfluid in einem Verdampfer Wärmeenergie von dem Abgasstrom zugeführt wird. Nunmehr wird die Transportleistung der Pumpe in Abhängigkeit von zumindest einer die im Verdampfer pro Zeit durch jeweils den aktuellen Abgasstrom übertragbare Wärmeenergie bestimmenden Größe gesteuert, also dadurch zeitveränderlich eingestellt.According to the invention, use is made of a Clausius-Rankine cycle process for obtaining energy from an exhaust gas flow, heat energy being supplied to the working fluid in an evaporator from the exhaust gas flow. Now, the transport performance of the pump is controlled as a function of at least one in the evaporator per time by each of the current exhaust gas flow transferable heat-determining size, thus adjusted by time variable.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass von einer Regelung aufgrund kreislaufinterner Größen abgesehen werden kann, wenn die Menge des zu dem Verdampfer transportierten flüssigen Arbeitsfluids an den aktuellen Abgasstrom angepasst wird. Stellt der Abgasstrom mehr Wärmeenergie zur Verfügung, kann die Transportleistung der Pumpe höher sein, und stellt der Abgasstrom weniger Wärmeenergie zur Verfügung, kann die Transportleistung der Pumpe niedriger sein. Die bereitgestellte Wärmeenergie ist direkt proportional zum Abgasmassenstrom, so dass die Transportleistung der Pumpe bevorzugt in Abhängigkeit von zumindest diesem eingestellt wird. Insbesondere kann eine Kennlinie für eine die Transportleistung der Pumpe bestimmende Stellgröße in Abhängigkeit vom Abgasmassenstrom bei der Einstellung der Transportleistung der Pumpe verwendet werden. Besonders bevorzugt wird zusätzlich auch die Abgastemperatur berücksichtigt. In diesem Falle wird bevorzugt ein Kennfeld verwendet, das eine Stellgröße, welche die Transportleistung der Pumpe bestimmt, in Abhängigkeit von Abgasmassenstrom und Abgastemperatur wiedergibt.The invention is based on the recognition that it is possible to dispense with a regulation on the basis of in-circuit variables if the quantity of liquid working fluid transported to the evaporator is adapted to the current exhaust gas flow. If the exhaust gas flow provides more heat energy, the pumping capacity of the pump may be higher, and if the exhaust gas flow provides less heat energy, the pumping capacity of the pump may be lower. The heat energy provided is directly proportional to the exhaust gas mass flow, so that the transport capacity of the pump is preferably set as a function of at least this. In particular, a characteristic curve for a control variable determining the transport capacity of the pump can be used as a function of the exhaust gas mass flow when setting the transport capacity of the pump. Particularly preferred is additionally also taken into account the exhaust gas temperature. In this case, a map is preferably used, which reproduces a manipulated variable which determines the transport capacity of the pump, depending on exhaust gas mass flow and exhaust gas temperature.
Es kann vorgesehen sein, den Abgasmassenstrom einfach zu messen und das Messsignal einer Steuereinheit, welcher die Pumpe ansteuert, zuzuführen. Der Abgasmassenstrom muss aber nicht aktuelle Messgröße sein. So wird der Abgasmassenstrom durch den Betrieb des Verbrennungsmotors definiert festgelegt. Es können daher auch eine oder mehrere den Betrieb des Verbrennungsmotors bestimmende Größen ermittelt werden, und zu dem Verbrennungsmotor kann ein Kennfeld bereitgestellt sein (bei Verwendung nur einer Größe eine Kennlinie), das die Abhängigkeit des Abgasmassenstromes von dieser Größe wiedergibt. Daher kann aufgrund eines Kennfeldes von der bzw. den ermittelten Größe(n) auf den Abgasmassenstrom geschlossen werden und in Abhängigkeit von diesem so abgeschätzten Abgasmassenstrom die Transportleistung der Pumpe festgelegt werden.It can be provided to simply measure the exhaust gas mass flow and to supply the measuring signal to a control unit which activates the pump. The exhaust gas mass flow does not have to be the actual measured variable. Thus, the exhaust gas mass flow is defined defined by the operation of the internal combustion engine. One or more variables determining the operation of the internal combustion engine can therefore also be determined, and a characteristic map can be provided for the internal combustion engine (a characteristic curve when only one variable is used), which reproduces the dependence of the exhaust gas mass flow on this variable. Therefore, based on a map of the or the determined size (s) can be closed to the exhaust gas mass flow and depending on this so estimated exhaust gas mass flow, the transport capacity of the pump can be set.
Die Transportleistung der Pumpe wird üblicherweise über eine Drehzahl der Pumpe direkt bestimmt.The transport capacity of the pump is usually determined directly via a speed of the pump.
Die Erfindung stellt erstmals ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor bereit, bei der ein einziger Clausius-Rankine-Kreislauf verwendet ist. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Pumpentransportleistung einstellbar ist, und zwar erfolgt erfindungsgemäß die Einstellung der Pumpentransportleistung eben durch Steuersignale von einer Steuereinrichtung, und diese Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, die Transportleistung der Pumpe eben in Abhängigkeit von zumindest einer die im Verdampfer pro Zeit durch den jeweils aktuellen Abgasstrom übertragbare Wärmeenergie bestimmenden Größe zu steuern.The invention provides for the first time a motor vehicle with an internal combustion engine, in which a single Rankine cycle is used. This is made possible by the fact that the pump transport power is adjustable, namely according to the invention the adjustment of the pump transport performance just by control signals from a control device, and this control device is designed to transport the pump just as a function of at least one in the evaporator per time by the each current exhaust flow to control transferable heat energy determining size.
Bevorzugt wird eben auch hier der Abgasmassenstrom, gegebenenfalls zusätzlich auch die Temperatur, als Eingangsgröße für die Steuerung verwendet.In this case too, the exhaust gas mass flow, if appropriate also the temperature, is preferably used as the input variable for the control.
Wenn auf den Abgasmassenstrom aufgrund eines Kennfeldes zurückgeschlossen wird, muss die Steuereinrichtung Signale erhalten, welche die den Betrieb des Verbrennungsmotors bestimmenden Größen angeben. Der Betrieb des Verbrennungsmotors wird zum einen durch die in ihn eingespritzte Menge an Kraftstoff und zum anderen durch die zugeführte Luft bestimmt. Beide Größen wiederum sind von der Einstellung eines Gaspedals abhängig. So ist bevorzugt die Steuerung mit einer Quelle für ein die Stellung eines Gaspedals angebendes Signal gekoppelt. Diese Quelle kann bei einem elektronisch wirkenden Gaspedal ein Sensor sein, der die Stellung des Gaspedals direkt ermittelt, wobei die Signale von dem Sensor dann auch einer Steuereinrichtung zugeführt werden, welche den Verbrennungsmotor ansteuert (bzw. die Kraftstoff- und Luftzufuhr zu diesem). Bei einem mechanischen System kann hingegen aufgrund von Gasströmen auf die Stellung des Gaspedals zurückgeschlossen werden, so dass die oben genannte Quelle für die Signale eine Messeinrichtung für den Gasstrom umfassen kann.If the exhaust gas mass flow is deduced based on a characteristic map, the control device must receive signals which indicate the variables determining the operation of the internal combustion engine. The operation of the internal combustion engine is determined on the one hand by the amount of fuel injected into it and on the other hand by the supplied air. Both variables in turn depend on the setting of an accelerator pedal. Thus, the control is preferred with a Source coupled to a signal indicating the position of an accelerator pedal. This source may be in a electronically acting accelerator pedal, a sensor which detects the position of the accelerator pedal directly, wherein the signals from the sensor are then fed to a control device which controls the internal combustion engine (or the fuel and air supply to this). In a mechanical system, however, can be deduced due to gas flows to the position of the accelerator pedal, so that the above-mentioned source of the signals may include a measuring device for the gas flow.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur eine Schemadarstellung der in einem Kraftfahrzeug erfindungsgemäßer Art zum Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Bauteile ist.Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, in which the single figure is a schematic representation of the components used in a motor vehicle according to the invention for implementing a method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor 10, in dem Kraftstoff verbrannt wird, wobei Abgas entsteht, das über eine Abgasleitung 12 abgeführt wird. Das Abgas in der Abgasleitung 12 wird nun als Energiequelle für einen Clausius- Rankine-Kreislauf verwendet. In einem solchen Kreislauf wird ein Arbeitsfluid, vorliegend bevorzugt Wasser, in einem geschlossenen System geführt. Das Wasser wird im flüssigen Zustand von einer Pumpe 14 zu einem Verdampfer 16 gepumpt. Im Verdampfer 16 findet eine Übertragung von Wärmeenergie von dem Abgas auf das Wasser statt, so dass dieses verdampft und auf einen hohen Druck gebracht wird. Der Wasserdampf wird einer Turbine 18 zugeführt, die mit einem Generator 20 gekoppelt ist. Der Wasserdampf entspannt sich beim Durchlaufen der Turbine 18, und die hierbei geleistete Arbeit wird durch den Generator 20 in elektrische Energie umgewandelt. Nach dem Durchlaufen der Turbine 18 wird der Wasserdampf in einem Kondensator 22 zu Wasser kondensiert, wobei auch hier eine Wärmeübertragung zu einem geeigneten Kühlmittel erfolgt. Dieses kann wie auch das Arbeitsfluid Wasser sein, das aber von dem Arbeitsfluid durch eine Trennwand in dem Kondensator 22 getrennt ist. Dieses Wasser kann über den Kühler des Kraftfahrzeugs geführt werden. Das Arbeitsfluid-Wasser wird aus dem Kondensator 22 dann wieder der Pumpe 14 zugeführt.The motor vehicle according to the invention comprises an internal combustion engine 10, in which fuel is burned, whereby exhaust gas is produced, which is discharged via an exhaust gas line 12. The exhaust gas in the exhaust pipe 12 is now used as an energy source for a Clausius-Rankine cycle. In such a circuit, a working fluid, in this case preferably water, is conducted in a closed system. The water is pumped in the liquid state from a pump 14 to an evaporator 16. In the evaporator 16, a transfer of heat energy from the exhaust gas to the water takes place, so that it is evaporated and brought to a high pressure. The steam is fed to a turbine 18, which is coupled to a generator 20. The water vapor relaxes when passing through the turbine 18, and the work done here is converted by the generator 20 into electrical energy. After passing through the turbine 18, the water vapor is condensed to water in a condenser 22, with a heat transfer to a suitable coolant also taking place here. This may be as well as the working fluid water, but which is separated from the working fluid by a partition wall in the condenser 22. This water can be passed through the radiator of the motor vehicle. The working fluid water is then returned to the pump 14 from the condenser 22.
Nun ist bei gegebenem Abgasmassenstrom und gegebener Abgastemperatur ein maximaler Massenstrom des Arbeitsfluids ermittelbar, der unter diesen Bedingungen in dem Verdampfer 16 verdampft werden kann. Es ist daher nicht sinnvoll, die Pumpe 14 mit konstanter Drehzahl laufen zu lassen, denn dann würde in dem einen Falle (bei geringem Abgasmassenstrom bzw. nicht zu hoher Abgastemperatur) ein Teil des von der Pumpe 14 zum Verdampfer 16 zugeführten flüssigen Arbeitsfluids gar nicht verdampft werden, und im anderen Falle (bei hohem Abgasmassenstrom und relativ hoher Abgastemperatur) nicht die maximal mögliche Energie entnommen werden. Daher ist vorgesehen, dass die Drehzahl der Pumpe 14 variabel einstellbar ist, und zwar wird sie über eine Steuereinrichtung 24 gesteuert. Die Steuereinrichtung 24 soll dafür sorgen, dass möglichst viel Wärmeenergie von dem Abgasstrom auf das Arbeitsfluid übertragen wird. Dies geschieht vorliegend in Abhängigkeit von den Größen Abgasmassenstrom und Abgastemperatur. Die Steuereinrichtung 24 kann hierbei insbesondere ein Kennfeld verwenden, das die Drehzahl der Pumpe als Funktion von Abgasmassenstrom und Abgastemperatur beschreibt. Da die Steuerung in Abhängigkeit von den Größen Abgasmassenstrom und Abgastemperatur erfolgt, muss die Steuereinrichtung 24 entsprechende Informationssignale zugeführt erhalten. Es kann eine geeignete Messeinrichtung 26 in bzw. an der Abgasleitung 12 vorgesehen sein, die den Abgasmassenstrom misst und auch die Abgastemperatur. Es kann auch ein Sensor 28 die Stellung eines Gaspedals 30 des Kraftfahrzeugs erfassen, über das die Menge an Kraftstoff, der über eine Einspritzleitung 32 dem Verbrennungsmotor 10 zugeführt wird, und die Menge an Luft, die über eine Leitung 34 dem Verbrennungsmotor 10 zugeführt wird, bestimmt wird. Die Stellung des Gaspedals 30 bestimmt daher den Betrieb des Verbrennungsmotors 10, und der Abgasmassenstrom ist direkt von der Stellung des Gaspedals 30 abhängig, teilweise auch die Abgastemperatur. Die Steuereinrichtung kann aufgrund der Signale von dem Sensor 28 ermitteln, wie groß der Abgasmassenstrom bzw. die Abgastemperatur ist, und zwar sind hierzu in der Steuereinrichtung 24 geeignete Kennlinien bzw. Kennfelder abgelegt, die eine Beziehung der Stellung des Gaspedals 30 zum Abgasmassenstrom wiedergeben. Eine praktikable Lösung ist es, wenn aufgrund der Stellung des Gaspedals 30 auf den Abgasmassenstrom zurückgeschlossen wird, und wenn die Temperatur des Abgasstroms durch den Sensor 26 ermittelt wird.Now, with a given exhaust gas mass flow and given exhaust gas temperature, a maximum mass flow of the working fluid can be determined, which can be vaporized under these conditions in the evaporator 16. It is therefore not useful to run the pump 14 at a constant speed, because then would in one case (with low exhaust gas mass flow or not too high exhaust gas temperature), a part of the pump 14 to the evaporator 16 supplied liquid working fluid can not be evaporated, and in the other case (at high exhaust gas mass flow and relatively high exhaust gas temperature) not the maximum possible energy can be removed. Therefore, it is provided that the rotational speed of the pump 14 is variably adjustable, namely, it is controlled by a control device 24. The control device 24 is to ensure that as much heat energy is transferred from the exhaust gas stream to the working fluid. In the present case, this is done as a function of the variables exhaust gas mass flow and exhaust gas temperature. In this case, the control device 24 can in particular use a characteristic map which describes the rotational speed of the pump as a function of exhaust gas mass flow and exhaust gas temperature. Since the control takes place as a function of the variables exhaust gas mass flow and exhaust gas temperature, the control device 24 must receive corresponding information signals. A suitable measuring device 26 may be provided in or on the exhaust gas line 12, which measures the exhaust gas mass flow and also the exhaust gas temperature. A sensor 28 may also detect the position of an accelerator pedal 30 of the motor vehicle, via which the amount of fuel which is supplied via an injection line 32 to the internal combustion engine 10, and the amount of air which is supplied via a line 34 to the internal combustion engine 10, is determined. The position of the accelerator pedal 30 therefore determines the operation of the internal combustion engine 10, and the exhaust gas mass flow is directly dependent on the position of the accelerator pedal 30, in part, the exhaust gas temperature. Based on the signals from the sensor 28, the control device can determine how large the exhaust gas mass flow or the exhaust gas temperature is, namely for this purpose in the control device 24 appropriate characteristics or maps stored that reflect a relationship of the position of the accelerator pedal 30 to the exhaust gas mass flow. A practicable solution is when it is deduced due to the position of the accelerator pedal 30 on the exhaust gas mass flow, and when the temperature of the exhaust gas flow is determined by the sensor 26.
Das erfindungsgemäße System bewirkt, dass der Clausius-Rankine-Kreislauf sehr stabil läuft, insbesondere auch bei transienten Vorgängen. Das System ist auch einfach in ein bestehendes Regellösungssystem integrierbar, z. B. kann die Steuereinrichtung 24 mit dem Motorsteuergerät 10 identisch sein. The system according to the invention causes the Rankine cycle to run very stably, especially during transient processes. The system can also be easily integrated into an existing rule solution system, eg. For example, the controller 24 may be identical to the engine controller 10.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Gewinnen von Energie aus einem Abgasstrom aus einem Verbrennungsmotor (10), wobei der Abgasstrom einem Verdampfer (16) zugeführt wird, in dem aufgrund indirekter Wärmeübertragung von dem Abgasstrom ein Arbeitsfluid vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand verbracht wird, wobei das gasförmige Arbeitsfluid einer Expansionsmaschine (18) zugeführt wird, an der die Energie gewonnen wird, und wobei ferner das gasförmige Arbeitsfluid einem Kondensator (22) zugeführt wird, in dem es vom gasförmigen Zustand wieder in den flüssigen Zustand verbracht wird, und wobei ferner das flüssige Arbeitsfluid vermittels einer Pumpe (14) wieder dem Verdampfer (16) zugeführt wird, wobei die Transportleistung der Pumpe in Abhängigkeit von zumindest einer die im Verdampfer (16) pro Zeit durch den aktuellen Abgasstrom übertragbare Wärmeenergie bestimmenden Größe gesteuert wird.A method of recovering energy from an exhaust stream from an internal combustion engine (10), wherein the exhaust stream is supplied to an evaporator (16) where a working fluid is transferred from the liquid state to the gaseous state due to indirect heat transfer from the exhaust stream, wherein the gaseous working fluid is supplied to an expansion machine (18) at which the energy is recovered, and further wherein the gaseous working fluid is supplied to a condenser (22) in which it is returned from the gaseous state to the liquid state, and further wherein the liquid Working fluid by means of a pump (14) is again supplied to the evaporator (16), wherein the transport capacity of the pump is controlled in dependence on at least one in the evaporator (16) per time transmittable by the current exhaust gas heat energy determining size.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Transportleistung der Pumpe in Abhängigkeit von zumindest dem Abgasmassenstrom eingestellt wird.2. The method of claim 1, wherein the transport capacity of the pump is set in dependence on at least the exhaust gas mass flow.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Abgasmassenstrom gemessen wird.3. The method of claim 2, wherein the exhaust gas mass flow is measured.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine oder mehrere dem Betrieb des Verbrennungsmotors bestimmende Größe(n) ermittelt wird/werden und aufgrund einer Kennlinie oder eines Kennfeldes auf den Abgasmassenstrom geschlossen wird. 4. The method of claim 2, wherein one or more the operation of the internal combustion engine determining variable (s) is / is determined and closed on the basis of a characteristic curve or a map on the exhaust gas mass flow.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Transportleistung der Pumpe in Abhängigkeit von zumindest der Temperatur des Abgases im Abgasstrom eingestellt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the transport capacity of the pump is set in dependence on at least the temperature of the exhaust gas in the exhaust stream.
6. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (10), aus dem ein Abgasstrom abgeführt wird, und mit einem Clausius-Rankine-Kreislauf, in dem ein Arbeitsfluid in einem geschlossenen System von einer Pumpe (14) zu einem Verdampfer (16) geführt wird, in welchem der Abgasstrom dem Arbeitsfluid Wärmeenergie zuführt, von dem Verdampfer (16) zu einer Expansionsmaschine (18) geführt wird, an der elektrische Energie gewonnen wird, von der Expansionsmaschine (18) einem Kondensator (22) und von dem Kondensator (22) wieder der Pumpe (14) zugeführt wird, wobei die Pumpentransportleistung einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Pumpentransportleistung durch Steuersignale von einer6. Motor vehicle with an internal combustion engine (10), from which an exhaust gas stream is discharged, and with a Rankine cycle in which a working fluid in a closed system by a pump (14) to an evaporator (16) is guided in to which the exhaust gas stream supplies heat energy to the working fluid, from which the evaporator (16) is led to an expansion machine (18) at which electrical energy is recovered, from the expander (18) to a condenser (22) and from the condenser (22) again Pump (14) is supplied, wherein the pump transport power is adjustable, characterized in that the adjustment of the pump transport power by control signals from a
Steuereinrichtung (24) erfolgt, die dazu ausgelegt ist, die Transportleistung derControl means (24) adapted to the transport performance of
Pumpe in Abhängigkeit von zumindest einer die im Verdampfer (16) pro Zeit durch den aktuellen Abgasstrom übertragbare Wärmeenergie bestimmenden Größe zu steuern.Controlling the pump in dependence on at least one of the determining in the evaporator (16) per time by the current exhaust gas heat energy transferable size.
7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, bei dem die Steuereinrichtung mit einer Quelle (28) für die Stellung eines Gaspedals (30) angebende Signale gekoppelt ist. 7. Motor vehicle according to claim 6, wherein the control device is coupled to a source (28) for the position of an accelerator pedal (30) indicating signals.
EP09718002A 2008-03-06 2009-02-24 Method for obtaining energy from an exhaust flow and motor vehicle Withdrawn EP2260185A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008012907A DE102008012907A1 (en) 2008-03-06 2008-03-06 Method for obtaining energy from an exhaust gas stream and motor vehicle
PCT/EP2009/001287 WO2009109311A2 (en) 2008-03-06 2009-02-24 Method for obtaining energy from an exhaust flow and motor vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2260185A2 true EP2260185A2 (en) 2010-12-15

Family

ID=40936279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09718002A Withdrawn EP2260185A2 (en) 2008-03-06 2009-02-24 Method for obtaining energy from an exhaust flow and motor vehicle

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8572964B2 (en)
EP (1) EP2260185A2 (en)
JP (1) JP2011519398A (en)
DE (1) DE102008012907A1 (en)
WO (1) WO2009109311A2 (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007062580A1 (en) * 2007-12-22 2009-06-25 Daimler Ag Method for recovering a heat loss of an internal combustion engine
DE102008053066A1 (en) * 2008-10-24 2010-04-29 Behr Gmbh & Co. Kg Heat recovery system for motor vehicle, has Rankine-circuit provided with working medium, which is cooled to condensation temperature by condenser, where condensation temperature is not smaller than preset degree Celsius
DE102009020615A1 (en) * 2009-05-09 2010-11-11 Daimler Ag Exhaust gas heat recovery in motor vehicles
FR2956153B1 (en) * 2010-02-11 2015-07-17 Inst Francais Du Petrole DEVICE FOR MONITORING A LOW FREEZING WORK FLUID CIRCULATING IN A CLOSED CIRCUIT OPERATING ACCORDING TO A RANKINE CYCLE AND METHOD USING SUCH A DEVICE
DE102010025185A1 (en) 2010-06-26 2011-12-29 Daimler Ag Waste heat utilization device for use in piston engine of motor vehicle, has preheater arranged between compression machine and evaporator for preheating operating medium and removing heat from cooling circuit that cools engine
DE102010042412A1 (en) * 2010-10-13 2012-04-19 Robert Bosch Gmbh steam turbine
CN102061970A (en) * 2010-11-29 2011-05-18 北京丰凯换热器有限责任公司 Method for generating power by utilizing tail gas of vehicle
DE102011076405A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Robert Bosch Gmbh Method for using the waste heat of an internal combustion engine
DE102011115399A1 (en) 2011-10-06 2013-04-11 Daimler Ag Motor vehicle has heat exchanger that is connected with cooling circuit in the transmission region to transfer heat to cooling circuit
KR101399558B1 (en) * 2012-11-16 2014-05-27 삼성중공업 주식회사 Mass flow of exhaust gas measuring device and method thereof
US20170175672A1 (en) * 2014-03-04 2017-06-22 Wave Solar Llc Liquid piston engine
DE102015008998A1 (en) 2015-07-10 2017-01-12 qpunkt Deutschland GmbH Method for using the exhaust heat of an internal combustion engine in a motor vehicle in non-constant operating conditions
DE102016005717A1 (en) 2015-12-24 2017-01-26 Daimler Ag Device and method for using waste heat of an internal combustion engine in a motor vehicle
US11156152B2 (en) 2018-02-27 2021-10-26 Borgwarner Inc. Waste heat recovery system with nozzle block including geometrically different nozzles and turbine expander for the same
DE102019217031A1 (en) 2019-11-05 2021-05-06 Mahle International Gmbh Method for using waste heat from a heat engine

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH310325A (en) 1952-11-28 1955-10-15 Saurer Ag Adolph Engine brake on 4-stroke internal combustion engines.
DE3428626A1 (en) 1984-08-03 1986-02-13 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Four-stroke internal combustion engine
DE3839450A1 (en) 1988-11-23 1990-05-31 Daimler Benz Ag ENGINE BRAKE WITH A THROTTLE VALVE IN THE CYLINDER HEAD OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE
DE4007287A1 (en) 1990-03-08 1991-09-12 Man Nutzfahrzeuge Ag ENGINE BRAKE FOR AIR COMPRESSING ENGINE
DE19505725C2 (en) 1995-02-20 2000-04-27 Daimler Chrysler Ag Engine brake
DE19634108C1 (en) 1996-08-23 1997-08-21 Daimler Benz Ag Internal combustion engine with at least one throttle valve per cylinder
IT1291490B1 (en) 1997-02-04 1999-01-11 C R F Societa Consotile Per Az DIESEL CYCLE MULTI-CYLINDER ENGINE WITH VARIABLE ACTING VALVES
JP2002115505A (en) 2000-10-11 2002-04-19 Honda Motor Co Ltd Rankine cycle device of internal combustion engine
EP1431523A4 (en) * 2001-09-28 2005-03-16 Honda Motor Co Ltd Temperature control device of evaporator
JP3901608B2 (en) * 2002-07-24 2007-04-04 本田技研工業株式会社 Rankine cycle equipment
JP4119281B2 (en) 2003-02-28 2008-07-16 本田技研工業株式会社 Engine exhaust gas recirculation system
US7954465B2 (en) 2004-08-17 2011-06-07 Jacobs Vehicle Systems, Inc. Combined exhaust restriction and variable valve actuation
FR2884555A1 (en) * 2005-04-13 2006-10-20 Peugeot Citroen Automobiles Sa Vehicle IC engine energy recuperator has nitrogen oxide trap in exhaust line and Rankine cycle system with loop containing compressor and evaporator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2009109311A3 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008012907A1 (en) 2009-09-10
JP2011519398A (en) 2011-07-07
US8572964B2 (en) 2013-11-05
WO2009109311A2 (en) 2009-09-11
US20110056203A1 (en) 2011-03-10
WO2009109311A3 (en) 2011-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2260185A2 (en) Method for obtaining energy from an exhaust flow and motor vehicle
DE102011122099B4 (en) Rankine cycle system and method
DE102011005722B3 (en) Method for operating a steam cycle process
WO2014102027A2 (en) System for recuperating energy from a waste heat flow of an internal combustion engine
WO2011137980A2 (en) Control of a thermal cyclic process
EP2229524A2 (en) Method for recovering heat dissipated by an internal combustion engine
WO2014117914A1 (en) Method for operating a waste heat utilisation device
DE102015007104A1 (en) Waste heat utilization device and method for its operation
EP2732140B1 (en) Method for controlling a heat recovery device in an internal combustion engine
WO2012159829A1 (en) Method and thermodynamic working circuit for utilizing the waste heat of an internal combustion engine
WO2016087096A1 (en) Method for operating an arrangement for using waste heat
DE102014206012A1 (en) A method of controlling a vapor content of a working fluid heated in an evaporator of a system for conducting a thermodynamic cycle, a system control device, a thermodynamic cycle system, and an internal combustion engine and system arrangement
EP3118424B1 (en) Control of orc processes by injection of un-vaporized fluids
EP2886811B1 (en) Method for condenser control in a thermal cycle arrangement and thermal cycle arrangement
WO2015149916A1 (en) Method for operating a system for a thermodynamic cycle, control device for a system for a thermodynamic cycle, a system, and an arrangement made from an internal combustion engine and a system
DE102008034977A1 (en) Steam cycle process device and method for controlling the same
DE102010063701B4 (en) Method and device for using waste heat of a heat engine
DE102011084352B4 (en) Method and control unit for operating a line circuit for using waste heat from an internal combustion engine
WO2017021033A1 (en) Waste-heat utilisation assembly of an internal combustion engine, and a method for operating said waste-heat utilisation assembly
DE102015208557B3 (en) Method for determining a lubricant content in a working fluid circuit of a system for carrying out a thermodynamic cycle, system for carrying out a thermodynamic cycle, and arrangement with an internal combustion engine and such a system
WO2012084242A1 (en) Live steam determination of an expansion engine
EP1764486A1 (en) Method for determining the actual peak load of a power plant and device for regulating
DE102017200353A1 (en) Method for calculating a distribution of liquids in an exhaust system of an internal combustion engine
EP2937630A1 (en) Method for operating a system for a thermodynamic cycle process with a multiple evaporator, control device for a system, system for a thermodynamic cycle process with a multiple evaporator, and assembly of a combustion engine and a system
DE102016007186A1 (en) Apparatus and method for operating a waste heat recovery system

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20100907

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: MERCZ, JOSEF, MARTIN

Inventor name: KOCH, THOMAS

Inventor name: GAERTNER, JAN

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
R17D Deferred search report published (corrected)

Effective date: 20110519

17Q First examination report despatched

Effective date: 20141127

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20150521