WO2009109311A2 - Verfahren zum gewinnen von energie aus einem abgasstrom sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum gewinnen von energie aus einem abgasstrom sowie kraftfahrzeug Download PDF

Info

Publication number
WO2009109311A2
WO2009109311A2 PCT/EP2009/001287 EP2009001287W WO2009109311A2 WO 2009109311 A2 WO2009109311 A2 WO 2009109311A2 EP 2009001287 W EP2009001287 W EP 2009001287W WO 2009109311 A2 WO2009109311 A2 WO 2009109311A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust gas
pump
working fluid
evaporator
mass flow
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/001287
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2009109311A3 (de
Inventor
Jan GÄRTNER
Thomas Koch
Josef Martin Mercz
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
Priority to EP09718002A priority Critical patent/EP2260185A2/de
Priority to JP2010549036A priority patent/JP2011519398A/ja
Publication of WO2009109311A2 publication Critical patent/WO2009109311A2/de
Priority to US12/807,454 priority patent/US8572964B2/en
Publication of WO2009109311A3 publication Critical patent/WO2009109311A3/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants 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
    • F01K23/06Plants 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
    • F01K23/065Plants 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K15/00Adaptations of plants for special use
    • F01K15/02Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants 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
    • F01K23/06Plants 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
    • F01K23/10Plants 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
    • F01K23/101Regulating means specially adapted therefor

Definitions

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • EP 1 333 157 A1 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.
  • two circulation systems are provided, in which the working fluids differ from one another by their boiling point.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the exhaust gas mass flow does not have to be the actual measured variable.
  • 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.
  • the transport capacity of the pump is usually determined directly via a speed of the pump.
  • the invention provides for the first time a motor vehicle with an internal combustion engine, in which a single Rankine cycle is used.
  • 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.
  • the exhaust gas mass flow if appropriate also the temperature, is preferably used as the input variable for the control.
  • 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.
  • 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).
  • the above-mentioned source of the signals may include a measuring device for the gas flow.
  • the motor vehicle 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.
  • a working fluid in this case preferably water
  • the water is pumped in the liquid state from a pump 14 to an 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.
  • the water vapor 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the controller 24 may be identical to the engine controller 10.

Abstract

In einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor (10) wird der aus diesem austretende Abgasstrom als Wärmequelle für einen Clausius-Rankine-Kreisprozess genutzt. Die Transportleistung einer Pumpe (14) in dem Clausius-Rankine-Kreislauf ist variabel, und zwar wird sie durch Ansteuerung von einer Steuereinrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom und möglicherweise auch der Abgastemperatur eingestellt. Die Erfindung ermöglicht erstmals das Einsetzen eines einzigen Clausius-Rankine-Kreislaufs in einem Kraftfahrzeug.

Description

Verfahren zum Gewinnen von Energie aus einem Abgasstrom sowie Kraftfahrzeug
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Transportleistung der Pumpe wird üblicherweise über eine Drehzahl der Pumpe direkt bestimmt.
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.
Bevorzugt wird eben auch hier der Abgasmassenstrom, gegebenenfalls zusätzlich auch die Temperatur, als Eingangsgröße für die Steuerung verwendet.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Patentansprüche
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.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Transportleistung der Pumpe in Abhängigkeit von zumindest dem Abgasmassenstrom eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Abgasmassenstrom gemessen wird.
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.
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.
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 einer
Steuereinrichtung (24) erfolgt, die dazu ausgelegt ist, die Transportleistung der
Pumpe in Abhängigkeit von zumindest einer die im Verdampfer (16) pro Zeit durch den aktuellen Abgasstrom übertragbare Wärmeenergie bestimmenden Größe zu steuern.
7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, bei dem die Steuereinrichtung mit einer Quelle (28) für die Stellung eines Gaspedals (30) angebende Signale gekoppelt ist.
PCT/EP2009/001287 2008-03-06 2009-02-24 Verfahren zum gewinnen von energie aus einem abgasstrom sowie kraftfahrzeug WO2009109311A2 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09718002A EP2260185A2 (de) 2008-03-06 2009-02-24 Verfahren zum gewinnen von energie aus einem abgasstrom sowie kraftfahrzeug
JP2010549036A JP2011519398A (ja) 2008-03-06 2009-02-24 排ガス流からエネルギーを獲得する方法及び自動車
US12/807,454 US8572964B2 (en) 2008-03-06 2010-09-03 Method for recuperating energy from an exhaust gas flow and motor vehicle

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008012907.0 2008-03-06
DE102008012907A DE102008012907A1 (de) 2008-03-06 2008-03-06 Verfahren zum Gewinnen von Energie aus einem Abgasstrom sowie Kraftfahrzeug

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US12/807,454 Continuation-In-Part US8572964B2 (en) 2008-03-06 2010-09-03 Method for recuperating energy from an exhaust gas flow and motor vehicle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2009109311A2 true WO2009109311A2 (de) 2009-09-11
WO2009109311A3 WO2009109311A3 (de) 2011-05-19

Family

ID=40936279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/001287 WO2009109311A2 (de) 2008-03-06 2009-02-24 Verfahren zum gewinnen von energie aus einem abgasstrom sowie kraftfahrzeug

Country Status (5)

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

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007062580A1 (de) * 2007-12-22 2009-06-25 Daimler Ag Verfahren zur Rückgewinnung einer Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine
DE102008053066A1 (de) * 2008-10-24 2010-04-29 Behr Gmbh & Co. Kg System mit einem Rankine-Kreislauf
DE102009020615A1 (de) * 2009-05-09 2010-11-11 Daimler Ag Abgaswärmenutzung in Kraftfahrzeugen
FR2956153B1 (fr) * 2010-02-11 2015-07-17 Inst Francais Du Petrole Dispositif de controle d'un fluide de travail a bas point de congelation circulant dans un circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine et procede utilisant un tel dispositif
DE102010025185A1 (de) 2010-06-26 2011-12-29 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung
DE102010042412A1 (de) * 2010-10-13 2012-04-19 Robert Bosch Gmbh Dampfturbine
CN102061970A (zh) * 2010-11-29 2011-05-18 北京丰凯换热器有限责任公司 一种利用车辆尾气发电的方法
DE102011076405A1 (de) * 2011-05-24 2012-11-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine
DE102011115399A1 (de) 2011-10-06 2013-04-11 Daimler Ag Kraftfahrzeug
KR101399558B1 (ko) * 2012-11-16 2014-05-27 삼성중공업 주식회사 배기가스 질량유량 측정 장치 및 그 방법
WO2015134672A1 (en) * 2014-03-04 2015-09-11 Wave Solar, Llc Liquid piston engine
DE102015008998A1 (de) 2015-07-10 2017-01-12 qpunkt Deutschland GmbH Verfahren zur Nutzung der Abgaswärme eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug in nicht konstanten Betriebszuständen
DE102016005717A1 (de) 2015-12-24 2017-01-26 Daimler Ag Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung von Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug
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 (de) * 2019-11-05 2021-05-06 Mahle International Gmbh Verfahren zur Nutzung von Abwärme einer Wärmekraftmaschine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1333157A1 (de) * 2000-10-11 2003-08-06 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Rankine-prozess-vorrichtung für einen verbrennungsmotor
EP1431523A1 (de) * 2001-09-28 2004-06-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Temperaturregelvorrichtung für verdampfer
EP1536104A1 (de) * 2002-07-24 2005-06-01 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Clausius-rankine-prozessvorrichtung
FR2884555A1 (fr) * 2005-04-13 2006-10-20 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de recuperation d'energie d'un moteur a combustion interne

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH310325A (de) 1952-11-28 1955-10-15 Saurer Ag Adolph Motorbremse an 4-Takt-Brennkraftmaschinen.
DE3428626A1 (de) 1984-08-03 1986-02-13 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Viertakt-brennkraftmaschine
DE3839450A1 (de) 1988-11-23 1990-05-31 Daimler Benz Ag Motorbremse mit einem im zylinderkopf der brennkraftmaschine angeordneten drosselventil
DE4007287A1 (de) 1990-03-08 1991-09-12 Man Nutzfahrzeuge Ag Motorbremse fuer luftverdichtende brennkraftmaschine
DE19505725C2 (de) 1995-02-20 2000-04-27 Daimler Chrysler Ag Motorbremse
DE19634108C1 (de) 1996-08-23 1997-08-21 Daimler Benz Ag Brennkraftmaschine mit mindestens einem je Zylinder angeordneten Drosselventil
IT1291490B1 (it) 1997-02-04 1999-01-11 C R F Societa Consotile Per Az Motore pluricilindrico a ciclo diesel con valvole ad azionamento variabile
JP4119281B2 (ja) 2003-02-28 2008-07-16 本田技研工業株式会社 エンジンの排気還流装置
WO2006023375A2 (en) 2004-08-17 2006-03-02 Jacobs Vehicle Systems, Inc. Combined exhaust restriction and variable valve actuation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1333157A1 (de) * 2000-10-11 2003-08-06 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Rankine-prozess-vorrichtung für einen verbrennungsmotor
EP1431523A1 (de) * 2001-09-28 2004-06-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Temperaturregelvorrichtung für verdampfer
EP1536104A1 (de) * 2002-07-24 2005-06-01 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Clausius-rankine-prozessvorrichtung
FR2884555A1 (fr) * 2005-04-13 2006-10-20 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de recuperation d'energie d'un moteur a combustion interne

Also Published As

Publication number Publication date
EP2260185A2 (de) 2010-12-15
DE102008012907A1 (de) 2009-09-10
WO2009109311A3 (de) 2011-05-19
JP2011519398A (ja) 2011-07-07
US8572964B2 (en) 2013-11-05
US20110056203A1 (en) 2011-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009109311A2 (de) Verfahren zum gewinnen von energie aus einem abgasstrom sowie kraftfahrzeug
DE102011122099B4 (de) Rankine Kreisprozess-System und -Verfahren
DE102011005722B3 (de) Verfahren zum Betreiben eines Dampfkreisprozesses
WO2014102027A2 (de) System zur energierückgewinnung aus einem abwärmestrom einer brennkraftmaschine
EP2567074A2 (de) Regelung eines thermischen kreisprozesses
EP2229524A2 (de) Verfahren zur rückgewinnung einer verlustwärme einer verbrennungskraftmaschine
WO2014117914A1 (de) Verfahren zum betreiben einer abwärmenutzungsvorrichtung
EP2732140B1 (de) Verfahren zur regelung einer wärmenutzungsvorrichtung bei einer brennkraftmaschine
WO2012159829A1 (de) Verfahren und thermodynamischer arbeitskreis zur nutzung der abwärme einer brennkraftmaschine
EP3227534A1 (de) Verfahren zum betrieb einer abwärmenutzungsanordnung
EP2937527A1 (de) ORC-System Nassdampfregelung: Indirekte Regelung des Dampfgehaltes x<1 durch Füllstandsregelung
EP3118424B1 (de) Regelung von orc-prozessen durch einspritzung unverdampften fluids
WO2015149916A1 (de) Verfahren zum betreiben eines systems für einen thermodynamischen kreisprozess, steuereinrichtung für ein system für einen thermodynamischen kreisprozess, system, und anordnung aus einer brennkraftmaschine und einem system
EP2886811B1 (de) Verfahren zur Regelung eines Kondensators in einer thermischen Kreisprozessvorrichtung und thermische Kreisprozessvorrichtung
DE102008034977A1 (de) Dampfkreisprozessvorrichtung und Verfahren zur Steuerung derselben
DE102010063701B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung von Abwärme einer Wärmekraftmaschine
DE102012222082B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine
DE102011084352B4 (de) Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Leitungskreises zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine
WO2017021033A1 (de) Abwärmenutzungsanordnung einer brennkraftmaschine und verfahren zum betrieb der abwärmenutzungsanordnung
DE102015208557B3 (de) Verfahren zur Bestimmung eines Schmierstoffanteils in einem Arbeitsfluid-Kreislauf eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, und Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem solchen System
EP2469047B1 (de) Wärmekraftwerk sowie Verfahren zur Steuerung, Regelung und/oder Überwachung einer Vorrichtung mit einer Expansionsmaschine
EP1764486A1 (de) Verfahren zum Ermitteln der aktuellen Maximalleistung einer Kraftwerksanlage und Regelvorrichtung
DE102017200353A1 (de) Verfahren zur Berechnung einer Verteilung von Flüssigkeiten in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors
EP2937630A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Systems für einen thermodynamischen Kreisprozess mit einem mehrflutigen Verdampfer, Steuereinrichtung für ein System, System für einen thermodynamischen Kreisprozess mit einem mehrflutigen Verdampfer, und Anordnung einer Brenkraftmaschine und eines Systems
DE102016007186A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09718002

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010549036

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009718002

Country of ref document: EP