WO2018153709A1 - Wärmetauschersystem zum übertragen der abgaswärme einer brennkraftmaschine - Google Patents

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heat
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Manfred Weigl
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Continental Automotive Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Heat exchanger system for transmitting the exhaust heat of an internal combustion engine
  • the present invention relates to a heat exchanger system for transferring the heat of an exhaust gas of an internal combustion engine to at least one working medium of the internal combustion engine, and to an internal combustion engine.
  • the exhaust gas of an internal combustion engine is already at high temperature shortly after a cold start of the internal combustion engine and could accordingly be used as a thermal energy source.
  • An exemplary application for the benefit of this exhaust heat shortly after a cold start of the internal combustion engine for example, the heating of working media of the internal combustion engine, such as engine and transmission oils or coolant to bring the working media in a shorter time to their respective operating temperatures.
  • US 8 020 524 B2 and JP 2007/046469 A each exhaust heat recovery devices are known.
  • US 7 832 204 B2 relates to an engine system with a heat pipe.
  • the present invention has for its object to provide a heat exchanger system that is adapted to transfer the heat of the exhaust gas of an internal combustion engine at least partially to a working fluid of an internal combustion engine, in particular shortly after a cold start of the internal combustion engine.
  • the present invention is based essentially on the idea to provide a special heat pipe heat exchanger system having a hermetically sealed volume. With a suitable adjustment of the size of the hermetically sealed volume and the introduction of a predetermined volume of a heat transfer medium in this hermetically sealed volume, a self-controlling heat exchange system to be provided that requires no separate and additional Steue ⁇ approximately components and hence is inexpensive.
  • a heat exchange system for transferring the heat of an exhaust gas of an internal combustion engine to at least one working medium of Internal combustion engine provided.
  • the heat exchanger ⁇ system has an in operative connection with the exhaust gas, and a first heat exchanger with the at least one working medium is operatively connected second heat exchanger communicating with the first heat exchanger in fluid communication.
  • the first heat exchanger defines together with the second heat exchanger a hermetically sealed predetermined heat exchanger volume.
  • the heat exchanger system according to the invention also has a heat transfer medium arranged in the predetermined heat exchanger volume, which is substantially completely in the liquid state at room temperature and normal pressure and has a predetermined heat transfer medium volume at room temperature and normal pressure.
  • the heat transfer medium is adapted to transfer the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine to the working medium of the internal combustion ⁇ engine.
  • the ratio between the predetermined heat transfer medium volume and the predetermined heat exchange volume is adjusted such that the heat transfer medium is located substantially entirely in the gaseous state when the temperature of the heat transfer medium ⁇ below a predetermined threshold ⁇ .
  • the present invention makes use of the fact that the heat conduction property of the heat transfer medium is entirely located in the We ⁇ sentlichen in the gaseous state is negligibly small and subs ⁇ Lich heat transfer almost disappears from the exhaust gas to the working medium.
  • the ratio between the predetermined heat transfer medium volume and the predetermined heat exchanger volume in a predetermined manner considering the steam pressure table of the heat transfer medium, the exhaust gas temperature from which the heat transfer from the exhaust gas to the working medium of the internal combustion engine is to be stopped can be set as desired since substantially full ⁇ constantly evaporated heat transfer medium heat transfer is negligible.
  • the phase transitions from liquid to gaseous and from gaseous to liquid take place efficient heat transfer, since the phase transitions require energies in the form of heat.
  • a connecting line is provided, which is designed to fluidly connect the first heat exchanger with the second heat exchanger.
  • the volume of the connecting line in the predetermined heat exchanger volume is taken into account, so that the ratio according to the invention between the predetermined heat transfer medium volume and the predetermined heat exchanger volume is set as described above.
  • the first heat exchanger and the second heat exchanger are arranged relative to each other such that the heat transfer medium in the gaseous state from the first heat exchanger can flow into the second heat exchanger and that by the action of gravity, the heat transfer medium condensed in the second heat exchanger in the first heat exchanger can flow back.
  • the second heat exchanger is arranged substantially above the first heat exchanger.
  • a gas introduced in the heat exchanger volume preferably inert gas, is provided which has a predetermined gas volume at room temperature and at normal pressure.
  • the introduced gas is configured to change the predetermined exhaust gas temperature threshold in the desired manner.
  • the heat transfer medium ⁇ water and / or ammonia and / or hydrocarbons and / or butane and / or any other suitable heat transfer medium for transferring the heat of the exhaust gas to a working medium of the engine.
  • the heat transfer medium is selected such that, when it is used in the heat exchanger system according to the invention, it has a largely has possible volume in the liquid state, so that the surface of the liquid heat transfer medium is maximized and subs ⁇ Lich the greatest possible heat transfer surface can be provided with the exhaust gas pipe.
  • the working medium of the internal combustion engine is cooling water of the internal combustion engine and / or engine oil of the internal combustion engine and / or transmission oil of the internal combustion engine.
  • the so-called limit temperature below which the heat transfer terminates through the additional filling of the gas, preferably inert gas can be adjusted.
  • the operating temperature can be specified via the filling pressure.
  • this function can only be necessary if downstream of the heat exchanger in the exhaust system, a component with priority of a minimum temperature required.
  • the heat exchange system is arranged in Strö ⁇ flow direction downstream of a catalyst system.
  • the temperature profile of the catalyst system can not be adversely affected by a heat removal.
  • the predetermined threshold value corresponds to a temperature value at which the working medium of the internal combustion engine has reached its operating temperature. This means that in He ⁇ ranges of the predetermined threshold, the heat transfer of the exhaust gas heat is interrupted to the working fluid and consequently takes place from this time no heat transfer from the exhaust gas to the working fluid of the internal combustion engine. This can avoid that the working fluid is heated above its optimum operating temperature. Further, it is preferred that the predetermined threshold be in a range between about 40 ° C and about 20 ° C, preferably between about 50 ° C and about 90 ° C. When the working fluid of the internal combustion engine is a transmission oil, it is most preferred that the predetermined threshold be approximately 60 ° C.
  • an internal combustion engine having a cooling water system for cooling the internal combustion engine, a lubricating oil system for lubricating moving elements of the internal combustion engine, an exhaust pipe for discharging exhaust gas of the internal combustion engine, and a heat exchanger system according to the present invention; To pass the heat of the exhaust gas to the cooling water system and / or the lubricating oil system.
  • a catalyst device which is designed to at least partially post-treat the exhaust gas.
  • the first heat exchanger of the heat exchange system is adapted to the exhaust gas at a position downstream of the Katalysa ⁇ gate device to be operatively connected.
  • the Brennkraft- machine is a particle filter, such as a diesel particulate filter ⁇ , provided which is adapted to at least partially capture particles in the exhaust gas.
  • the heat ⁇ capacity of the particulate filter delays the increase in temperature at the heat exchanger.
  • the first heat exchanger of the heat exchanger system may be designed to be in operative connection with the exhaust gas at a position upstream of the particulate filter.
  • the heat of the exhaust gas for heating lubricating oil and / or cooling water may be available at an earlier time, since the heat capacity of the particulate filter can not delay the temperature increase at the heat exchanger.
  • Fig. 1 is a schematic view of an internal combustion engine together
  • Fig. 2 is a sectional view through an inventive heat exchanger ⁇ system.
  • an "active compound" between two components describes that these two components are in mutual thermodynamic exchange,
  • an “active compound” describes a thermodynamic relationship between these two components. This means that the heat can be transferred from one of the two components to the other of the two components (and vice versa). In the present example, this means that in particular the exhaust gas gives off its heat to the heat transfer medium and the heat transfer medium in turn transfers the heat obtained from the exhaust gas to the working medium.
  • an internal combustion engine 10 is shown in schematic view, to which an exhaust system 20 is closed ⁇ .
  • an exhaust system 20 is closed ⁇ .
  • a transmission 12 is connected.
  • Exhaust line 20 includes an exhaust conduit 22 that first directs the exhaust gas through a catalytic device 24 and then through a particulate filter 26 before exhaust is released into the environment. Between the catalyst device 24 and the particulate filter 26, there is provided a heat exchange system 30 for transferring the heat of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 22 of the engine 10 to a working medium of the engine 10.
  • the heat exchanger system 30 is configured to transfer the heat of the exhaust gas to the lubricating oil of the transmission 12, in particular in a time period shortly after a cold start of the internal combustion engine 10. At this time, the lubricating oil of the transmission still has not its optimum operating temperature, so the exhaust heat that is over a section ranging from ⁇ level shortly after the cold start of the internal combustion engine can be used to using the erfind ⁇ ungsdorfen heat exchanger system 30 to bring the lubricating oil of the gear quickly to its optimum operating temperature ,
  • the heat exchanger system 30 has a first heat exchanger 32, a second heat exchanger 34 and a connecting line 36, which fluidly connects the first heat exchanger 32 with the second heat exchanger 34. Between the second heat exchanger 34 and the transmission 12 extend lubricating oil lines 14 through which the lubricating oil of the transmission 12 can flow.
  • Lube oil lines 14 are arranged such that the second heat exchanger 34 is in operative connection with the lubricating oil flowing through the lubricating oil lines 14.
  • the lubricating oil is an example of a working medium of the internal combustion engine 10 in the illustrated embodiment.
  • the caused by the heat removal by the heat exchanger system 30 before the particulate filter 26 delay during the Heating phase of the engine 10 is hardly detrimental to the function of the particulate filter 26, as the effectiveness of the Par ⁇ tikelfilters is given even at low temperatures 26 and high temperatures are only required for the regeneration of the particulate filter 26 here, which is not in the warm-up anyway would be available.
  • the available time slots for the particle filter regeneration are therefore limited only negligibly.
  • exhaust treatment functions can be combined.
  • the particle filter 26 is catalytically coated. For the catalytic coating, a rapid increase in temperature has priority. Des ⁇ half of the particulate filter 26 is usually installed close to the engine.
  • the heat exchanger system 30 may be installed only after the components of the exhaust aftertreatment so as not to delay the temperature rise in the components of the exhaust system. Nevertheless, the heat exchanger system 30 is advantageous because it is effective even at relatively low exhaust gas temperatures, since the cooling water and lubricating oils are to be heated anyway only to maximum temperatures of about 100 ° C.
  • Fig. 2 shows a sectional view through the heat exchanger ⁇ system 30 of FIG. 1. From Fig. 2 it can be seen that the first heat exchanger 32 is in operative connection with the air flowing through the exhaust pipe 22 exhaust gas. More specifically, the heat exchanger 32 is arranged substantially around the exhaust pipe 22, wherein between the wall of the exhaust pipe 22 and the wall of the heat exchanger 32, a gap is provided, in which a heat transfer medium 38 is arranged.
  • the second heat exchanger 34 is arranged substantially around the lubricating oil conduits 34 such that the second heat exchanger 34 is in operative connection with the lubricating oil flowing through the lubricating oil conduits 14.
  • the lubricating oil conduits 14 are arranged in the form of a coil. This makes the heat transfer Surface or the condensation surface of the heat transfer ⁇ medium 38 increases the lubricating oil.
  • the connecting line 36 is arranged, which fluidly connects the first heat exchanger 32 with the second heat exchanger 34.
  • the second heat exchanger 34 is disposed substantially above the first heat exchanger 32 such that the heat transfer medium 38 evaporated in the first heat exchanger 32 rises freely from the first heat exchanger 32 into the heat exchanger 34 can.
  • the connection ⁇ line 36 that the condensed at the lubricating oil ducts 14 heat transfer medium 38 under the influence of gravity unhindered to flow back from the second heat exchanger 34 in the first heat exchanger 32 again.
  • the first heat exchanger 32, the second heat exchanger 34 and the connection line 36 together define a closed predetermined heat exchanger volume.
  • Hermetically sealed means that the walls of the heat exchanger volume are fully ⁇ diffusion-tight.
  • the heat exchanger system 30 according to the invention does not have any organic seals or movable feedthroughs, but is preferably made substantially entirely of corrosion-resistant steel exclusively with welded joints. Thus, the hermetic tightness and thus the function of the heat exchanger system 30 can be reliably achieved over the entire vehicle life.
  • the heat transfer medium 38 is arranged or filled.
  • the heat transfer medium is substantially completely in the liquid state at room temperature and normal pressure and has a predetermined heat transfer volume at room temperature and normal pressure.
  • the "room temperature” describes a temperature of about 22 ° C and the "normal pressure” describes a pressure of about 1 bar or about 1013 hPa.
  • the filling of the heat transfer medium 38 takes place preference ⁇ example in that the heat transfer medium is introduced in gaseous (or vapor) state in the heat exchanger volume until a desired internal pressure is reached in the heat exchanger volume. Can thereby be achieved that 38 adjusts a pressure after cooling the heat transfer medium inside the heat exchanger volume which corresponds to the vapor pressure of the heat transfer medium 38 at the respective temperature in Wesent ⁇ union.
  • the remaining "free" volume of the heat exchanger volume is preferably evacuated.
  • the heat exchanger system 30 can be filled with an additional substance, which remains gaseous throughout the ambient temperature range. This can be air or, to exclude any chemical reaction of the two substances, it can be an inert gas.
  • the partial pressures of the two substances add up. This means that the liquid provides in its interior a pressure higher than the partial pressure of its own and, therefore, does not boil, even if the partial pressure of steam is lower in temperature rose ⁇ turan the liquid than the corresponding equilibrium partial pressure. The equilibrium partial pressure is thus achieved only slowly by diffusion and evaporation from the liquid surface. Only when the vapor pressure of the liquid would exceed the internal pressure of the heat exchange system 30 with further Tem ⁇ pera rose, it begins to boil, which then leads to an efficient heat transport.
  • the heat transfer medium volume and the heat exchanger volume are in a predetermined relationship to one another such that the heat transfer medium is substantially completely in the gaseous state when the temperature of the exhaust gas exceeds a predetermined threshold.
  • the wall of the exhaust gas line 22 also heats up.
  • the heat transfer medium 38 begins to boil at an early stage, since the equilibrium vapor pressure within the heat exchanger volume rises during heating and thus exceeds the instantaneous pressure.
  • the thus evaporated heat transfer medium 38 rises due to the pressure increase through the connecting line 36 upwards into the second heat exchanger 34 and comes into contact with the still cool lubricating oil lines 14 and can condense there.
  • the vapor pressure remains low, creating a continuous flow of steam.
  • the vaporous heat transfer medium at least partially releases its energy to the lubricating oil lines 14 and thus to the lubricating oil and reverts to the liquid state.
  • the condensed heat transfer medium 38 then flows under the influence of gravity back through the connecting line 36 back into the first heat exchanger 32, where it can be evaporated again.
  • exhaust gas energy is continuously transmitted to the lubricating oil, whereby after a cold start of the internal combustion engine 10, the lubricating oil can be brought to operating temperature faster.
  • the heat transfer medium 38 Upon reaching a predetermined exhaust gas temperature, the heat transfer medium 38 is substantially completely in the gaseous state and a heat transfer via the gas ⁇ shaped state in stock heat transfer medium almost no longer takes place. There is only a heat transfer through the walls of the first heat exchanger 32, the connecting ⁇ line 36 and the second heat exchanger 34 instead, but which is negligible.
  • a self-regulating heat exchanger system 30 may be provided. It can also be ensured that the heat transfer of the exhaust heat to the lubricating oil is substantially interrupted when the temperature of the exhaust gas exceeds a predetermined threshold.
  • the heat exchanger volume may be about 2 liters. In this example, you only need a volume of about 2.3 ml of water. This means that the heat exchanger volume is about 880 times larger than the heat transfer medium volume.
  • the predetermined exhaust gas temperature may be, for example, about 120 ° C, at which an internal pressure in the heat exchanger volume of about 2 bar sets.
  • heat exchanger system 30 is also integrated in a silencer, which would reduce space and effort for assembly in the exhaust system.
  • Another advantage of the heat exchanger system 30 according to the invention is that the first heat exchanger 32 has little or no influence on the exhaust backpressure, as occurs in known systems with switchable bypass for the control of the heat exchanger system.
  • the working fluid eg, the lubricating oil of the transmission 12
  • the working fluid eg, the lubricating oil of the transmission 12
  • overheating protection of the working medium of the internal combustion engine 10 can be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschersystem (30) zum Übertragen der Wärme eines Abgases einer Brennkraftmaschine (10) an zumindest ein Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine (10). Das Wärmetauschersystem (30) weist einen mit dem Abas in Wirkverbindung stehenden ersten Wärmetauscher (32) und einen mit dem zumindest einen Arbeitsmedium in Wirkverbindung stehenden zweiten Wärmetauscher (34) auf, der mit dem ersten Wärmetauscher (32) in Fluidverbindung steht. Der erste Wärmetauscher (32) und der zweite Wärmetauscher (34) definieren ein hermetisch abgeschlossenes vorbestimmtes Wärmetauschervolumen. Das Wärmetauschersystem (30) umfasst ferner ein im vorbestimmten Wärmetauschervolumen angeordnetes Wärmeübertragungsmedium (38), das sich bei Raumtemperatur und Normaldruck im Wesentlichen vollständig im flüssigen Zustand befindet und bei Raumtemperatur und Normaldruck ein vorbestimmtes Wärmeübertragungsmediumvolumen aufweist. Das Verhältnis zwischen dem vorbestimmten Wärmeübertragungsmediumvolumen und dem vorbestimmten Wärmetauschervolumen ist derart eingestellt ist, dass sich das Wärmeübertragungsmedium (38) im Wesentlichen vollständig im gasförmigen Zustand befindet, wenn die Temperatur des Abgases einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

Description

Beschreibung
Wärmetauschersystem zum Übertragen der Abgaswärme einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmetauschersystem zum Übertragen der Wärme eines Abgases einer Brennkraftmaschine an zumindest ein Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine, sowie eine Brennkraftmaschine .
Das Abgas einer Brennkraftmaschine ist bereits kurz nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine auf hoher Temperatur und könnte entsprechend als thermische Energiequelle genutzt werden. Ein beispielhafter Anwendungsfall zum Nutzen dieser Abgaswärme kurz nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ist beispielsweise das Erwärmen von Arbeitsmedien der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Motor- und Getriebeöle oder Kühlflüssigkeit, um die Arbeitsmedien in kürzerer Zeit auf ihre jeweiligen Betriebstemperaturen zu bringen.
Aufgrund des großen Temperaturbereichs des Abgases besteht ein Problem von derartigen Abgaswärmetauschern darin, dass der Wärmetauscher bei niedrigen Abgastemperaturen die überschüssige thermische Energie an die Arbeitsmedien bereitstellen soll, jedoch bei Erreichen von hohen Abgastemperaturen der Wärmetransport des heißen Abgases zu den Arbeitsmedien der Brennkraftmaschine unterbrochen werden sollte. Folglich muss ein derartiger Wärmetauscher dazu ausgebildet sein, bei Maximaltemperaturen im Abgasstrang keinen Wärmeübertrag aus dem Abgas an die Arbeitsmedien der Brennkraftmaschine umzusetzen.
Im Stand der Technik gibt es bereits Ansätze, die Wärmeleitung in Wärmetauschersystemen bei hohen Abgastemperaturen zu unterbrechen. Derartige schaltbare Wärmeübertrager zeigen eine veränderte Wärmeleitung von porösen Substanzen abhängig von einem definierten Gasgehalt. Weitere Möglichkeiten zur Vermeidung von Übertemperaturen im Wärmetauschersystem ist ein schaltbarer Abgasbypass. Außerdem ist es bekannt, den Seebeck-Effekt zum direkten Bereitstellen von elektrischer Energie aus der Differenz der Temperatur von Abgas und Arbeitsmedium zu nutzen.
Jedoch erfordern solche bereits im Stand der Technik bekannte Lösungen zumeist einen erheblichen Mehraufwand bezüglich Einbauraum und Kosten.
Aus den US 2013/0037235 AI, US 8 020 524 B2 und JP 2007/046469 A sind jeweils Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen bekannt. Die US 7 832 204 B2 betrifft ein Motorsystem mit einer Heatpipe.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmetauschersystem vorzusehen, dass dazu ausgebildet ist, die Wärme des Abgases einer Brennkraftmaschine zumindest teilweise an ein Arbeitsmedium einer Brennkraftmaschine zu übertragen, insbesondere kurz nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
Diese Aufgabe wird mit einem Wärmetauschersystem gemäß unab¬ hängigem Anspruch 1 und einer Brennkraftmaschine gemäß nebengeordnetem Anspruch 8 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, ein spezielles Heatpipe-Wärmetauschersystem vorzusehen, das ein hermetisch abgeschlossenes Volumen aufweist. Bei geeignetem Einstellen der Größe des hermetisch abgeschlossenen Volumens und dem Einbringen eines vorbestimmten Volumens eines Wärmeübertragungsmedium in dieses hermetisch abgeschlossene Volumen kann ein sich selbst steuerndes Wärmetauschersystem vorgesehen werden, das keinerlei separate und weitere Steue¬ rungskomponenten benötigt und folglich kostengünstig ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist folglich ein Wärmetauschersystem zum Übertragen der Wärme eines Abgases einer Brennkraftmaschine an zumindest ein Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine vorgesehen. Das erfindungsgemäße Wärme¬ tauschersystem weist einen mit dem Abgas in Wirkverbindung stehenden ersten Wärmetauscher und einen mit dem zumindest einen Arbeitsmedium in Wirkverbindung stehenden zweiten Wärmetauscher auf, der mit dem ersten Wärmetauscher in Fluidverbindung steht. Der erste Wärmetauscher definiert zusammen mit dem zweiten Wärmetauscher ein hermetisch abgeschlossenes vorbestimmtes Wärmetauschervolumen. Das erfindungsgemäße Wärmetauschersystem weist ferner ein im vorbestimmten Wärmetauschervolumen angeordnetes Wärmeübertragungsmedium auf, das sich bei Raumtemperatur und Normaldruck im Wesentlichen vollständig im flüssigen Zustand befindet und bei Raumtemperatur und Normaldruck ein vorbestimmtes Wärmeübertragungsmediumvolumen aufweist. Das Wärmeübertragungsmedium ist dazu ausgebildet, die Wärme des Abgases der Brennkraftmaschine an das Arbeitsmedium der Brenn¬ kraftmaschine zu übertragen. Dabei ist das Verhältnis zwischen dem vorbestimmten Wärmeübertragungsmediumvolumen und dem vorbestimmten Wärmetauschervolumen derart eingestellt, dass sich das Wärmeübertragungsmedium im Wesentlichen vollständig im gasförmigen Zustand befindet, wenn die Temperatur des Wärme¬ übertragungsmediums einen vorbestimmten Schwellenwert über¬ schreitet .
Insbesondere macht sich die vorliegende Erfindung die Tatsache zu Nutze, dass die Wärmeleitungseigenschaft des sich im We¬ sentlichen vollständig im gasförmigen Zustand befindlichen Wärmeübertragungsmediums vernachlässigbar klein ist und folg¬ lich die Wärmeübertragung vom Abgas zum Arbeitsmedium nahezu verschwindet. Durch vorbestimmtes Einstellen des Verhältnisses zwischen dem vorbestimmten Wärmeübertragungsmediumvolumen und dem vorbestimmten Wärmetauschervolumen kann unter Berücksichtigung der Dampfdrucktabelle des Wärmeübertragungsmediums die- j enige Abgastemperatur, ab der die Wärmeübertragung vom Abgas zum Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine unterbrochen werden soll, wie gewünscht eingestellt werden, da bei im Wesentlichen voll¬ ständig verdampftem Wärmeübertragungsmedium die Wärmeübertragung vernachlässigbar ist. Durch die Phasenübergänge von flüssig zu gasförmig und von gasförmig zu flüssig erfolgt ein effizienter Wärmetransport, da die Phasenübergänge Energien in Form von Wärme erfordern.
Vorzugsweise ist eine Verbindungsleitung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, den ersten Wärmetauscher mit dem zweiten Wärmetauscher fluidmäßig zu verbinden. Dabei ist das Volumen der Verbindungsleitung im vorbestimmten Wärmetauschervolumen berücksichtigt, so dass das erfindungsgemäße Verhältnis zwischen dem vorbestimmten Wärmeübertragungsmediumvolumen und dem vorbestimmten Wärmetauschervolumen wie oben beschrieben eingestellt ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmetauschersystems sind der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher relativ zueinander derart angeordnet, dass das Wärmeübertragungsmedium im gasförmigen Zustand aus dem ersten Wärmetauscher in den zweiten Wärmetauscher strömen kann und dass durch Einwirken der Schwerkraft das im zweiten Wärmetauscher kondensierte Wärmeübertragungsmedium in den ersten Wärmetauscher zurück strömen kann. Vorzugsweise ist der zweite Wärmetauscher im Wesentlichen oberhalb des ersten Wärmetauschers angeordnet .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmetauschersystems ist ein im Wärmetauschervolumen eingebrachtes Gas, vorzugsweise Inertgas, vorgesehen, das bei Raumtemperatur und bei Normaldruck ein vorbestimmtes Gasvolumen aufweist. Das eingebrachte Gas ist dazu ausgebildet, den vorbestimmten Abgastemperaturschwellenwert in gewünschter Weise zu ändern.
Bevorzugter Weise handelt es sich bei dem Wärmeübertragungs¬ medium um Wasser und/oder Ammoniak und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder Butan und/oder jedes weitere geeignete Wärmeübertragungsmedium zum Übertragen der Wärme des Abgases an ein Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine. Vorzugsweise ist das Wärmeübertragungsmedium derart ausgewählt, dass es bei seinem Einsatz im erfindungsgemäßen Wärmetauschersystem ein größt- mögliches Volumen im flüssigen Zustand hat, damit die Oberfläche des flüssigen Wärmeübertragungsmediums maximiert ist und folg¬ lich eine größtmögliche Wärmeübertragungsfläche mit dem Ab- gasrohr vorgesehen werden kann. Beispielsweise handelt es sich bei dem Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine um Kühlwasser der Brennkraftmaschine und/oder Motoröl der Brennkraftmaschine und/oder Getriebeöl der Brennkraftmaschine.
Aufgrund der Tatsache, dass das bei einem Kaltstart der Brenn¬ kraftmaschine in flüssigen Zustand vorliegende Wärmeübertra¬ gungsmedium erst dann siedet, wenn der Druck im flüssigen Wärmeübertragungsmedium kleiner als der entsprechende Dampfdruck ist, kann die sogenannte Grenztemperatur, unterhalb der die Wärmeübertragung abbricht, durch die zusätzliche Befüllung des Gases, vorzugsweise Inertgases, eingestellt werden. Aus dem bekannten Verlauf der Siedetemperatur über Druck kann die Einsatztemperatur über den Fülldruck vorgegeben werden. Diese Funktion kann aber nur dann nötig sein, wenn stromabwärts des Wärmetauschers im Abgasstrang eine Komponente mit Priorität einer Mindesttemperatur benötigt. Da aber eine möglichst hohe Einsatztemperatur der Abgasnachbehandlung oberste Priorität hat, ist es bevorzugt, dass das Wärmetauschersystem in Strö¬ mungsrichtung stromabwärts eines Katalysatorsystems angeordnet ist. Somit kann durch eine Wärmeentnahme der Temperaturverlauf des Katalysatorsystems nicht ungünstig beeinflusst werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmetauschersystems entspricht der vorbestimmte Schwellenwert einem Temperaturwert, bei dem das Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine seine Betriebstemperatur erreicht hat. Das heißt, dass bei Er¬ reichen des vorbestimmten Schwellenwerts die Wärmeübertragung der Abgaswärme an das Arbeitsmedium unterbrochen wird und folglich ab diesem Zeitpunkt keine Wärmeübertragung vom Abgas zum Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine stattfindet. Dadurch kann vermieden werden, dass das Arbeitsmedium über seine optimale Betriebstemperatur erwärmt wird. Ferner ist es bevorzugt, dass der vorbestimmte Schwellenwert in einem Bereich zwischen ungefähr 40°C und ungefähr 20°C, vorzugsweise zwischen ungefähr 50°C und ungefähr 90°C, liegt. Wenn es sich bei dem Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine um ein Getriebeöl handelt, ist es am bevorzugten, wenn der vorbestimmte Schwellenwert ungefähr 60 °C beträgt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die ein Kühlwassersystem zum Kühlen der Brennkraftmaschine, ein Schmierölsystem zum Schmieren von sich bewegenden Elementen der Brennkraftmaschine, eine Abgasleitung zum Ableiten von Abgas der Brennkraftmaschine und ein erfindungsgemäßes Wärmetauschersystem aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Wärme des Abgases an das Kühlwassersystem und/oder das Schmierölsystem zu leiten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Brennkraftmaschine ist eine Katalysatorvorrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln . Dabei ist der erste Wärmetauscher des Wärmetauschersystems dazu ausgebildet, mit dem Abgas in einer Position stromabwärts der Katalysa¬ torvorrichtung in Wirkverbindung zu stehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Brennkraft- maschine ist ein Partikelfilter, beispielsweise ein Diesel¬ partikelfilter, vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, im Abgas befindliche Partikel zumindest teilweise einzufangen. Die Wärme¬ kapazität des Partikelfilters verzögert den Temperaturanstieg am Wärmetauscher. Um diese Verzögerung zu vermeiden, kann der erste Wärmetauscher des Wärmetauschersystems dabei dazu ausgebildet sein, mit dem Abgas an einer Position stromaufwärts des Partikelfilters in Wirkverbindung zu stehen.
In einer solchen vorteilhaften Ausgestaltung kann zu einem früheren Zeitpunkt die Wärme des Abgases zum Heizen von Schmieröl und/oder Kühlwasser zur Verfügung stehen, da die Wärmekapazität des Partikelfilters den Temperaturanstieg am Wärmetauscher nicht verzögern kann. Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine samt
Abgasstrang zeigt, und
Fig. 2 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Wär¬ metauschersystem darstellt.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt eine „Wirkverbindung" zwischen zwei Komponenten, dass diese beiden Komponenten in wechselseitigem thermodynamischem Austausch stehen. Insbesondere beschreibt eine „Wirkverbindung" eine thermody- namische Beziehung zwischen diesen beiden Komponenten. Das heißt, dass die Wärme von einer der beiden Komponenten auf die andere der beiden Komponenten (und umgekehrt) übertragen werden kann. Im vorliegenden Beispiel bedeutet das, dass insbesondere das Abgas seine Wärme an das Wärmeübertragungsmedium abgibt und das Wärmeübertragungsmedium wiederum die vom Abgas erhaltene Wärme an das Arbeitsmedium überträgt.
Im Folgenden wird anhand eines spezifischen Beispiels die vor¬ liegende Erfindung in Bezug auf die Fig. 1 und 2 näher be¬ schrieben. In dem gezeigten Beispiel handelt es sich um die Wärmeübertragung der Abgaswärme an das Schmieröl eines Getriebes der Brennkraftmaschine. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass das erfindungsgemäße Prinzip des offenbarten Wärmetauschersystems auch dazu genutzt werden kann, die Abgaswärme an andere Arbeitsmedien, beispielsweise an die Kühlflüssigkeit der Brenn¬ kraftmaschine oder das Schmieröl der Brennkraftmaschine, zu übertragen .
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 ist in schematischer Ansicht eine Brennkraftmaschine 10 gezeigt, an die ein Abgasstrang 20 an¬ geschlossen ist. An der Brennkraftmaschine 10, die im gezeigten Beispiel ein Verbrennungsmotor mit interner Verbrennung ist, ist ein Getriebe 12 angeschlossen.
Der Abgasstrang 20 umfasst eine Abgasleitung 22, die das Abgas zunächst durch eine Katalysatorvorrichtung 24 und danach durch einen Partikelfilter 26 leitet, bevor das Abgas in die Umgebung abgegeben wird. Zwischen der Katalysatorvorrichtung 24 und dem Partikelfilter 26 ist ein Wärmetauschersystem 30 zum Übertragen der Wärme des durch die Abgasleitung 22 der Brennkraftmaschine 10 strömenden Abgases an ein Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen.
In dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel ist das Wärmetauschersystem 30 dazu ausgebildet, die Wärme des Abgases an das Schmieröl des Getriebes 12 zu übertragen, insbesondere in einer Zeitperiode kurz nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 10. Zu diesem Zeitpunkt weist das Schmieröl des Getriebes noch nicht seine optimale Betriebstemperatur auf, weshalb mit Hilfe des erfind¬ ungsgemäßen Wärmetauschersystems 30 die Abgaswärme, die bereits kurz nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine auf einem aus¬ reichenden Niveau ist, dazu genutzt werden kann, das Schmieröl des Getriebes frühzeitig auf seine optimale Betriebstemperatur zu bringen. Das Wärmetauschersystem 30 weist einen ersten Wärmetauscher 32, einen zweiten Wärmetauscher 34 und eine Verbindungsleitung 36 auf, die den ersten Wärmetauscher 32 mit dem zweiten Wärmetauscher 34 fluidverbindet . Zwischen dem zweiten Wärmetauscher 34 und dem Getriebe 12 erstrecken sich Schmierölleitungen 14, durch die das Schmieröl des Getriebes 12 strömen kann. Die
Schmierölleitungen 14 sind derart angeordnet, dass der zweite Wärmetauscher 34 mit dem durch die Schmierölleitungen 14 strömenden Schmieröl in Wirkverbindung steht. Das Schmieröl ist in der gezeigten Ausführungsform ein Beispiel für ein Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine 10.
Die durch die Wärmeentnahme mittels des Wärmetauschersystems 30 vor dem Partikelfilter 26 hervorgerufene Verzögerung während der Aufheizphase der Brennkraftmaschine 10 ist für die Funktion des Partikelfilters 26 kaum nachteilig, da die Wirksamkeit des Par¬ tikelfilters 26 auch bei niedrigen Temperaturen gegeben ist und hier hohe Temperaturen lediglich für die Regenerierung des Par- tikelfilters 26 benötigt werden, welche in der Warmlaufphase ohnehin nicht verfügbar wären. Die verfügbaren Zeitfenster für die Partikelfilter-Regenerierung werden also nur vernachlässigbar eingeschränkt. In aktuellen und zukünftigen Motorsystemen können Abgasbehandlungsfunktionen aber kombiniert werden. Dazu ist der Partikelfilter 26 katalytisch beschichtet. Für die katalytische Beschichtung hat ein schneller Temperaturanstieg Priorität. Des¬ halb ist der Partikelfilter 26 meist auch nahe am Motor verbaut. In diesen Motorsystemen kann das Wärmetauschersystem 30 nur nach den Komponenten der Abgasnachbehandlung verbaut werden, um den Temperaturanstieg in den Komponenten des Abgassystems nicht zu verzögern. Dennoch ist das Wärmetauschersystem 30 vorteilhaft, da es schon bei relativ niedrigen Abgastemperaturen wirksam ist, da das Kühlwasser und die Schmieröle ohnehin nur auf maximale Temperaturen von ungefähr 100° C geheizt werden sollen.
Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht durch das Wärmetauscher¬ system 30 der Fig. 1. Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass der erste Wärmetauscher 32 mit dem durch die Abgasleitung 22 strömenden Abgases in Wirkverbindung steht. Genauer gesagt ist der Wärmetauscher 32 im Wesentlichen um die Abgasleitung 22 herum angeordnet, wobei zwischen der Wandung der Abgasleitung 22 und der Wandung des Wärmetauschers 32 ein Spalt vorhanden ist, in dem ein Wärmeübertragungsmedium 38 angeordnet ist.
Der zweite Wärmetauscher 34 ist im Wesentlichen um die Schmierölleitungen 34 derart angeordnet, dass der zweite Wärmetauscher 34 mit dem durch die Schmierölleitungen 14 strömenden Schmieröl in Wirkverbindung steht. Um einen hohen Wärmeübergang von dem Wärmeübertragungsmedium 38 an das Schmieröl zu erreichen, ist es bevorzugt, dass die Schmierölleitungen 14 in Form einer Rohrschlange angeordnet sind. Dadurch ist die Wärmeübertragungs- Oberfläche bzw. die Kondensationsfläche vom Wärmeübertragungs¬ medium 38 an das Schmieröl vergrößert.
Zwischen dem ersten Wärmetauscher 32 und dem zweiten Wärmetauscher 34 ist die Verbindungsleitung 36 angeordnet, die den ersten Wärmetauscher 32 mit dem zweiten Wärmetauscher 34 fluid- verbindet. Wie in der Fig. 1 und 2 gezeigt, ist es bevorzugt, dass der zweite Wärmetauscher 34 im Wesentlichen oberhalb des ersten Wärmetauschers 32 derart angeordnet ist, dass das im ersten Wärmetauscher 32 verdampfte Wärmeübertragungsmedium 38 ungehindert aus dem ersten Wärmetauscher 32 in den Wärmetauscher 34 steigen kann. Auf der anderen Seite ermöglicht die Verbindungs¬ leitung 36, dass das an den Schmierölleitungen 14 kondensierte Wärmeübertragungsmedium 38 unter Einfluss der Schwerkraft ungehindert wieder aus dem zweiten Wärmetauscher 34 in den ersten Wärmetauscher 32 zurückströmen kann.
Der erste Wärmetauscher 32, der zweite Wärmetauscher 34 und die Verbindungsleitung 36 definieren gemeinsam ein abgeschlossenes vorbestimmtes Wärmetauschervolumen. Hermetisch abgeschlossen bedeutet, dass die Wandungen des Wärmetauschervolumens voll¬ ständig diffusionsdicht sind. Vorzugsweise weist das erfindungs¬ gemäße Wärmetauschersystem 30 keinerlei organische Dichtungen oder bewegliche Durchführungen auf, sondern ist bevorzugt im Wesentlichen vollständig aus korrosionsbeständigem Stahl ausschließlich mit Schweißverbindungen hergestellt. Somit lässt sich die hermetische Dichtigkeit und damit die Funktion des Wärmetauschersystems 30 über die gesamte Fahrzeuglebensdauer zuverlässig erreichen.
In dem vorbestimmten Wärmetauschervolumen ist das Wärmeübertragungsmedium 38 angeordnet bzw. eingefüllt. Das Wärmeübertragungsmedium ist bei Raumtemperatur und Normaldruck im Wesentlichen vollständig im flüssigen Zustand vorhanden und weist bei Raumtemperatur und Normaldruck ein vorbestimmtes Wärmeübertragungsvolumen auf. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt die „Raumtemperatur" eine Temperatur von ungefähr 22 °C und der „Normaldruck" beschreibt einen Druck von ungefähr 1 bar bzw. ungefähr 1013 hPa.
Das Einfüllen des Wärmeübertragungsmediums 38 erfolgt vorzugs¬ weise dadurch, dass das Wärmeübertragungsmedium in gasförmigen (bzw. dampfförmigen) Zustand in das Wärmetauschervolumen solange eingebracht wird, bis ein gewünschter Innendruck im Wärmetauschervolumen erreicht ist. Dadurch kann erreicht werden, dass sich nach dem Abkühlen des Wärmeübertragungsmediums 38 im Inneren des Wärmetauschervolumens ein Druck einstellt, der im Wesent¬ lichen dem Dampfdruck des Wärmeübertragungsmediums 38 bei der jeweiligen Temperatur entspricht. Das restliche „freie" Volumen des Wärmetauschervolumens ist vorzugsweise evakuiert.
Befindet sich in einem abgeschlossenem Behälter Flüssigkeit, welche nur einen Teil dieses Behältervolumens einnimmt und keine weitere Substanz eingefüllt wird, stellt sich im restlichen Volumenanteil ein Druck ein, welcher dem Gasdruck der Flüssigkeit bei der vorhandenen Temperatur entspricht.
Wird dieses Gleichgewicht durch Temperaturerhöhung gestört, beginnt die Flüssigkeit zu sieden, bis sich der Druck soweit erhöht hat, dass er dem Gleichgewichtsdampfdruck bei der aktuellen Temperatur entspricht. Das bedeutet auch, dass das Wärmetauschersystem 30 immer aktiv wird, sobald ein Temperaturanstieg am ersten Wärmetauscher 32 erfolgt, da die Flüssigkeit am ersten Wärmetauscher 32 zu sieden beginnt und am zweiten Wärmetauscher 34 wieder kondensiert.
Wird eine definierte Mindesttemperatur für den Beginn des Wärmetransportes benötigt, kann das Wärmetauschersystem 30 mit einer zusätzlichen Substanz befüllt werden, welche im gesamten Umgebungstemperaturbereich gasförmig bleibt. Das kann Luft sein, oder, um jede chemische Reaktion der beiden Substanzen auszuschließen, ein inertes Gas sein. In einem solchen Wärmetauschersystem 30 addieren sich die Partialdrücke der beiden Substanzen. Das bedeutet, dass die Flüssigkeit in ihrem Inneren einen höheren Druck als den eigenen Partialdruck sieht, und deshalb nicht siedet, auch wenn der Partialdruck des Dampfes bei Tempera¬ turanstieg der Flüssigkeit niedriger ist als der entsprechende Gleichgewichtspartialdruck . Der Gleichgewichtspartialdruck wird also nur langsam durch Diffusion und Abdampfen von der Flüssigkeitsoberfläche erreicht. Erst wenn bei weiterem Tem¬ peranstieg der Dampfdruck der Flüssigkeit den Innendruck des Wärmetauschersystems 30 übersteigen würde, beginnt diese zu sieden, was dann zu einem effizienten Wärmetransport führt.
Erfindungsgemäß stehen das Wärmeübertragungsmediumvolumen und das Wärmetauschervolumen in einem vorbestimmten Verhältnis derart zueinander, dass sich das Wärmeübertragungsmedium im Wesentlichen vollständig im gasförmigen Zustand befindet, wenn die Temperatur des Abgases einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet .
Mit zunehmender Abgastemperatur erwärmt sich auch Wandung der Abgasleitung 22. Dadurch erwärmt sich ferner das Wärmeübertragungsmedium 38. In Systemen ohne zusätzlicher Gasbefüllung beginnt das Wärmeübertragungsmedium 38 bereits früh zu sieden, da bei Erwärmung der Gleichgewichtsdampfdruck innerhalb des Wärmetauschervolumens steigt und damit den momentanen Druck übersteigt. Das dadurch verdampfte Wärmeübertragungsmedium 38 steigt aufgrund der Druckerhöhung durch die Verbindungsleitung 36 nach oben in den zweiten Wärmetauscher 34 und gelangt mit den noch kühlen Schmierölleitungen 14 in Kontakt und kann dort kondensieren. Da also im zweiten Wärmetauscher 34, aufgrund der niedrigeren Temperatur, der Dampfdruck niedrig bleibt, entsteht eine kontinuierliche DampfStrömung . Während der Kondensation gibt das dampfförmige Wärmeübertragungsmedium seine Energie zumindest teilweise an die Schmierölleitungen 14 und somit an das Schmieröl ab und tritt wieder in den flüssigen Zustand über. Das kondensierte Wärmeübertragungsmedium 38 fließt dann unter Einfluss der Schwerkraft wieder durch die Verbindungsleitung 36 zurück in den ersten Wärmetauscher 32, wo es wieder verdampft werden kann. Während dieses Prozesses wird kontinuierlich Abgasenergie an das Schmieröl übertragen, wodurch nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 das Schmieröl schneller auf Betriebstemperatur gebracht werden kann.
Da aber das Schmieröl im Hinblick auf Korrosion und Alterung nicht übermäßig erwärmt werden soll, ist es erforderlich, dass die Wärmeübertragung des Abgases an das Getriebeöl ab einer vorbestimmten Abgastemperatur unterbrochen wird. Dies geschieht mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauschersystem 30 automatisch dadurch, dass sich mit zunehmender Temperatur des Wärmetauschersystems 30 der Innendruck steigt und somit der Anteil des flüs¬ sigen Wärmeübertragungsmediums 38 sinkt. Gleichzeitig erhöht sich der Anteil des gasförmigen Wärmeübertragungsmediums 38.
Bei Erreichen einer vorbestimmten Abgastemperatur befindet sich das Wärmeübertragungsmedium 38 im Wesentlichen vollständig im gasförmigen Zustand und ein Wärmetransport über das im gas¬ förmigen Zustand vorrätige Wärmeübertragungsmedium findet nahezu nicht mehr statt. Es findet lediglich ein Wärmeübertrag über die Wandungen des ersten Wärmetauschers 32, der Verbindungs¬ leitung 36 und des zweiten Wärmetauschers 34 statt, der jedoch vernachlässigbar klein ist.
Somit kann durch gezieltes Einstellen des Verhältnisses zwischen dem vorbestimmten Wärmeübertragungsmediumvolumen und dem vorbestimmten Wärmetauschervolumen ein sich selbstständig steuerndes Wärmetauschersystem 30 bereitgestellt werden. Dabei kann außerdem sichergestellt werden, dass der Wärmetransport der Abgaswärme an das Schmieröl im Wesentlichen unterbrochen wird, wenn die Temperatur des Abgases einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
In einem Beispiel, in dem Wasser als Wärmeübertragungsmedium verwendet wird, kann das Wärmetauschervolumen ungefähr 2 1 betragen. In diesem Beispiel benötigt man lediglich ein Volumen von ungefähr 2,3 ml Wasser. Das heißt, dass das Wärmetauscher- volumen ca. 880 Mal größer ist als das Wärmeübertragungsme- diumvolumen. Die vorbestimmte Abgastemperatur kann dabei beispielsweise ungefähr 120°C betragen, bei dem sich ein Innendruck im Wärmetauschervolumen von ungefähr 2 bar einstellt.
Es kann ferner bevorzugt sein, dass das Wärmetauschersystem 30 auch in einem Schalldämpfer integriert ist, was Bauraum und Aufwand für die Montage im Abgasstrang verringern würde.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschersystem 30 besteht darin, dass der erste Wärmetauscher 32 kaum oder gar keine Beeinflussung auf den Abgasgegendruck hat, wie es bei bekannten Systemen mit schaltbarem Bypass für die Regelung des Wärmetauschersystems auftritt.
Ferner wird durch das vorsehen von zwei getrennten Wärmetauschern 32, 34 sichergestellt werden, dass das Arbeitsmedium (z. B. das Schmieröl des Getriebes 12) der Brennkraftmaschine 10 nicht in direktem Wärmeaustausch mit dem Abgas steht. Somit kann ein Überhitzungsschutz des Arbeitsmediums der Brennkraftmaschine 10 bereitgestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauschersystem (30) zum Übertragen der Wärme eines Abgases einer Brennkraftmaschine (10) an zumindest ein Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine (10), wobei das Wärmetauschersystem (30) aufweist:
einen mit dem Abas in Wirkverbindung stehenden ersten Wärmetauscher (32),
einen mit dem zumindest einen Arbeitsmedium in Wirkverbindung stehenden zweiten Wärmetauscher (34) , der mit dem ersten Wärmetauscher (32) in Fluidverbindung steht, wobei der erste Wärmetauscher (32) und der zweite Wärmetauscher (34) ein hermetisch abgeschlossenes vorbestimmtes Wärmetauschervolumen definieren, und
ein im vorbestimmten Wärmetauschervolumen angeordnetes Wärmeübertragungsmedium (38), das sich bei Raumtemperatur und Normaldruck im Wesentlichen vollständig im flüssigen Zustand befindet und bei Raumtemperatur und Normaldruck ein vorbestimmtes Wärmeübertragungsmediumvolumen aufweist, wobei das Wärmeübertragungsmedium (38) dazu ausge¬ bildet ist, die Wärme des Abgases der Brennkraftmaschine (10) an das Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine (10) zu übertragen, wobei das Verhältnis zwischen dem vorbestimmten Wärmeübertragungsmediumvolumen und dem vorbestimmten Wärmetauschervolumen derart eingestellt ist, dass sich das Wärme¬ übertragungsmedium (38) im Wesentlichen vollständig im gasförmigen Zustand befindet, wenn die Temperatur des Abgases einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
2. Wärmetauschersystem (30) nach Anspruch 1, ferner mit einer Verbindungsleitung (36) , die dazu ausgebildet ist, den ersten Wärmetauscher (32) mit dem zweiten Wärmetauscher (34) fluidmäßig zu verbinden.
3. Wärmetauschersystem (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Wärmetauscher (32) und der zweite Wärmetauscher (34) derart relativ zueinander angeordnet sind, dass das Wärmeübertragungsmedium (38) im gasförmigen Zustand aus dem ersten Wärmetauscher (32) in den zweiten Wärmetauscher (34) strömen kann und dass durch Einwirken der Schwerkraft das im zweiten Wärmetauscher (34) kondensierte Wärmeübertragungsmedium (38) in den ersten Wärmetauscher (32) strömen kann.
4. Wärmetauschersystem (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem im Wärmetauschervolumen eingebrachten Gas, vorzugsweise Inertgas, das bei Raumtemperatur und Normaldruck ein vorbestimmtes Gasvolumen aufweist, das dazu ausgebildet ist, den vorbestimmte Schwellenwert in gewünschter Weise zu ändern.
5. Wärmetauschersystem (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmeübertragungsmedium Wasser und/oder Ammoniak und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder Butan enthält .
6. Wärmetauschersystem (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Schwellenwert einer Temperatur entspricht, bei der das Arbeitsmedium der Brennkraftmaschine (10) seine Betriebstemperatur erreicht hat.
7. Wärmetauschersystem (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Schwellenwert in einem Bereich zwischen ungefähr 40°C und ungefähr 200°C, vorzugsweise zwischen ungefähr 50°C und ungefähr 90°C, liegt, am bevorzugtesten ungefähr 60°C beträgt.
8. Brennkraftmaschine (10) mit: einer Kühlwassersystem zum Kühlen der Brennkraftmaschine (10),
einem Schmierölsystem zum Schmieren von sich bewegenden Elementen der Brennkraftmaschine (10),
- einer Abgasleitung (22) zum Ableiten von Abgas der Brennkraftmaschine (10), und
einem Wärmetauschersystem (30) der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmetauschersystem (30) dazu ausgebildet ist, die Wärme des Abgases an das Kühlwassersystem und/oder das Schmierölsystem zu leiten.
9. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 8, ferner mit einer Katalysatorvorrichtung (24) , die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, wobei der erste Wärmetauscher (32) des Wärmetauschersystems (30) dazu ausge¬ bildet ist, mit dem durch die Abgasleitung (22) strömenden Abgas an einer Position stromabwärts der Katalysatorvorrichtung (24) in Wirkverbindung zu stehen.
10. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche
8 und 9, ferner mit einem Partikelfilter (26), der dazu ausgebildet ist, im Abgas befindliche Partikel zumindest teilweise einzufangen, wobei der erste Wärmetauscher (32) des Wärmetauschersystems (30) dazu ausgebildet ist, mit dem durch die Abgasleitung (22) strömenden Abgas an einer Position stromaufwärts des Partikelfilters (26) in Wirkverbindung zu stehen.
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