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DE102017006171A1 - Arrangement for recovering heat energy in exhaust gases from an internal combustion engine - Google Patents

Arrangement for recovering heat energy in exhaust gases from an internal combustion engine Download PDF

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DE102017006171A1
DE102017006171A1 DE102017006171.8A DE102017006171A DE102017006171A1 DE 102017006171 A1 DE102017006171 A1 DE 102017006171A1 DE 102017006171 A DE102017006171 A DE 102017006171A DE 102017006171 A1 DE102017006171 A1 DE 102017006171A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Rückgewinnung von Wärmeenergie in Abgasen aus einem Verbrennungsmotor (2). Die Anordnung umfasst ein WRG-System, das einen WRG-Kreislauf (18) mit einem umwälzenden Arbeitsmedium, einem ersten Wärmetauscher (20) in der Form eines auf einer Hochdruckseite (18a) des WRG-Kreislaufs (18) angeordneten Verdampfers, in dem das Arbeitsmedium durch Abgase aus dem Verbrennungsmotor (2) erwärmt wird, und einen Expander (22), der mechanische Energie aus dem Arbeitsmedium erzeugt. Das WRG-System umfasst einen zweiten Wärmetauscher (21), der auf der Hochdruckseite (18a) des WRG-Kreislaufs (18) angeordnet ist und mindestens die zweifache Wärmespeicherkapazität wie der erste Wärmetauscher (20) aufweist, und eine Ventilvorrichtung (24–27, 19), die dazu konfiguriert ist, Abgase und Arbeitsmedium derart zu den Wärmetauschern (20, 21) zu leiten, dass das Arbeitsmedium in mindestens einem der Wärmetauscher (20, 21) verdampft und überhitzt wird, bevor es an den Expander (22) geleitet wird.The present invention relates to an arrangement for the recovery of heat energy in exhaust gases from an internal combustion engine (2). The arrangement comprises a heat recovery system comprising a heat recovery circuit (18) with a recirculating working medium, a first heat exchanger (20) in the form of an evaporator arranged on a high pressure side (18a) of the heat recovery circuit (18), in which the Working fluid is heated by exhaust gases from the internal combustion engine (2), and an expander (22), which generates mechanical energy from the working fluid. The heat recovery system comprises a second heat exchanger (21) which is arranged on the high-pressure side (18a) of the heat recovery circuit (18) and has at least twice the heat storage capacity as the first heat exchanger (20), and a valve device (24-27, 19) configured to direct exhaust gases and working fluid to the heat exchangers (20, 21) such that the working fluid in at least one of the heat exchangers (20, 21) is vaporized and overheated before being directed to the expander (22) becomes.

Description

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

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Rückgewinnung von Wärmeenergie in Abgasen aus einem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to an arrangement for the recovery of heat energy in exhaust gases from an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Ein WRG-System (Wärmerückgewinnungssystem) kann für die Rückgewinnung von Abwärmeenergie eingesetzt werden und diese in mechanische Energie oder elektrische Energie umwandeln. Ein WRG-System umfasst eine Pumpe, die ein Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf mit Druck beaufschlagt und umwälzt. Der Kreislauf umfasst einen Verdampfer, in dem das Arbeitsmedium durch eine Wärmequelle, wie beispielsweise Abgase, erwärmt und verdampft wird. Das druckbeaufschlagte und erwärmte gasförmige Arbeitsmedium dehnt sich in einem Expander aus. Der Expander erzeugt mechanische Energie, die dazu verwendet werden kann, den Motor und/oder Vorrichtungen in einem Fahrzeug zu unterstützen. Alternativ ist der Expander mit einem Generator verbunden, der elektrische Energie erzeugt. Der Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors kann mittels eines WRG-Systems reduziert werden. Die Abwärmeenergie kann jedoch in dem Fall, in dem das WRG-System keine teuren Geräte umfasst, die die Wärmeenergie in elektrische Energie umwandelt, im Allgemeinen nur zu dem Zeitpunkt genutzt werden, zu dem sie erzeugt wird. Während bestimmter Betriebsbedingungen befindet sich mehr Wärmeenergie in den Abgasen als durch das WRG-System genutzt werden kann. Während anderer Betriebsbedingungen befindet sich im Wesentlichen keine Wärmeenergie in den Abgasen, die durch das WRG-System genutzt werden kann.A heat recovery system (WRG) can be used to recover waste heat energy and convert it into mechanical or electrical energy. A heat recovery system includes a pump that pressurizes and circulates a working fluid in a closed circuit. The circuit includes an evaporator in which the working fluid is heated and vaporized by a heat source, such as exhaust gases. The pressurized and heated gaseous working fluid expands in an expander. The expander generates mechanical energy that can be used to assist the engine and / or devices in a vehicle. Alternatively, the expander is connected to a generator that generates electrical energy. The fuel consumption of an internal combustion engine can be reduced by means of a heat recovery system. However, in the case where the heat recovery system does not include expensive equipment that converts the heat energy into electrical energy, the waste heat energy can generally only be used at the time it is generated. During certain operating conditions there is more heat energy in the exhaust gases than can be used by the heat recovery system. During other operating conditions, there is essentially no heat energy in the exhaust gases that can be utilized by the heat recovery system.

WO 2014/096892 zeigt eine Motoranordnung, die einen Verbrennungsmotor, ein Wärmerückgewinnungssystem, in dem ein Arbeitsfluid nacheinander durch eine Pumpe gepumpt, in einem Wärmetauscher mit einer durch den Motorbetrieb erzeugten Wärmequelle erwärmt, und in einem Expander ausgedehnt wird. Das Wärmerückgewinnungssystem umfasst ferner eine Wärmespeichervorrichtung, die außerhalb des Wärmetauschers, der Pumpe vorgeschaltet und dem Expander vorgeschaltet, angeordnet ist, wobei die Wärmespeichervorrichtung ein Wärmespeichermaterial umfasst, das durch eine Trennwand in Wärmekontakt mit dem Arbeitsfluid ist und so angeordnet ist, dass es Wärme von der Wärmequelle speichern kann und zuvor gespeicherte Wärme freigeben kann, um das Arbeitsfluid zu erwärmen. WO 2014/096892 FIG. 10 shows an engine assembly that heats an internal combustion engine, a heat recovery system in which a working fluid is sequentially pumped by a pump, in a heat exchanger having a heat source generated by engine operation, and expanded in an expander. The heat recovery system further includes a heat storage device disposed outside the heat exchanger upstream of the pump and upstream of the expander, the heat storage device comprising a heat storage material in thermal contact with the working fluid through a bulkhead and arranged to receive heat from the heat exchanger Store heat source and can release previously stored heat to heat the working fluid.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung bereitzustellen, die im Wesentlichen immer in der Lage ist, Wärmeenergie aus Abgasen als mechanische Energie zurückzugewinnen, wenn ein Energiebedarf vorliegt.It is an object of the present invention to provide an arrangement which is substantially always capable of recovering heat energy from exhaust gases as mechanical energy when there is an energy demand.

Die obengenannte Aufgabe wird durch das Steuersystem gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Die Anordnung umfasst ein WRG-System, das mit einem ersten Wärmetauscher und einem zweiten Wärmetauscher, der eine beträchtlich höhere Wärmespeicherkapazität als der erste Wärmespeicher auf seiner Hochdruckseite aufweist, ausgebildet ist. Bevorzugt weist der zweite Wärmetauscher eine Wärmespeicherkapazität auf, die mindestens die fünffache oder zehnfache Wärmespeicherkapazität des ersten Wärmetauschers ist. Die Menge an Wärmeenergie in den Abgasen bezieht sich auf die Last des Verbrennungsmotors. Vorteilhafterweise ist das WRG-System dazu ausgebildet, die gesamte Wärmeenergie in den Abgasen bei Normallast des Verbrennungsmotors zu nutzen. In diesem Fall leitet die Ventilvorrichtung den gesamten Abgasstrom und das Arbeitsmedium an den ersten Wärmetauscher zur Verdampfung und Überhitzung des Arbeitsmediums bevor es zu dem Expander geleitet wird.The above object is achieved by the control system according to the characterizing part of claim 1. The arrangement comprises a heat recovery system, which is formed with a first heat exchanger and a second heat exchanger, which has a considerably higher heat storage capacity than the first heat storage on its high pressure side. Preferably, the second heat exchanger has a heat storage capacity which is at least five times or ten times the heat storage capacity of the first heat exchanger. The amount of heat energy in the exhaust gases refers to the load of the internal combustion engine. Advantageously, the heat recovery system is designed to use all the heat energy in the exhaust gases at normal load of the engine. In this case, the valve device directs the entire exhaust flow and the working fluid to the first heat exchanger for evaporation and overheating of the working fluid before it is directed to the expander.

Bei einer hohen Last des Verbrennungsmotors ist das WRG-System nicht in der Lage, die gesamte Warmenergie in den Abgasen als mechanische Energie zurückzugewinnen. In diesem Fall, und wenn ein Energiebedarf des WRG-Systems besteht, leitet die Ventilvorrichtung Abgase und das Arbeitsmedium derart zu dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher, dass das WRG-System einen Teil der Wärmeenergie in den Abgasen als mechanische Energie entsprechend seiner Kapazität zur gleichen Zeit zurückgewinnt, zu der ein überschüssiger Teil der Wärmeenergie in den Abgasen genutzt wird, um den zweiten Wärmetauscher zu erwärmen. Bei einer niedrigen Last des Verbrennungsmotors kann die Ventilvorrichtung den gesamten Abgasstrom und das Arbeitsmedium zu dem zweiten Wärmetauscher zur Verdampfung und Überhitzung des Arbeitsmediums leiten. Bei einer Last des Verbrennungsmotors, wenn kein Energiebedarf besteht, kann die Ventilvorrichtung den gesamten Abgasstrom an den zweiten Wärmetauscher leiten, um in auf eine höhere Temperatur zu erwärmen.At a high load of the internal combustion engine, the heat recovery system is unable to recover all the heat energy in the exhaust gases as mechanical energy. In this case, and when there is an energy demand of the heat recovery system, the valve device directs exhaust gases and the working fluid to the first heat exchanger and the second heat exchanger such that the heat recovery system allocates a portion of the heat energy in the exhaust gases as mechanical energy according to its capacity recovers the same time that an excess of the heat energy in the exhaust gases is used to heat the second heat exchanger. At a low load of the internal combustion engine, the valve device may direct the entire exhaust stream and the working fluid to the second heat exchanger for evaporation and overheating of the working fluid. At a load of the internal combustion engine when there is no energy demand, the valve device may direct the entire exhaust flow to the second heat exchanger to heat up to a higher temperature.

Folglich macht die oben erwähnte Anordnung möglich, mindestens einen Teil der Wärmenergie in den Abgasen als mechanische Energie zurückzugewinnen, und einen überschüssigen Teil der Wärmeenergie in dem zweiten Wärmetauscher zu speichern. Die in dem zweiten Energiespeicher gespeicherte Energie kann genutzt werden, wenn die Last des Motors zur gleichen Zeit wie ein Energiebedarf niedrig ist. Da die Wärmenergie in einem Wärmetauscher gespeichert wird, ist es einfach, die gespeicherte Wärmenergie zu nutzen. Weiterhin kann das WRG-System aufgrund seiner Fähigkeit, Wärmenergie in dem zweiten Wärmetauscher zu speichern, mit kleineren Abmessungen versehen werden als ein entsprechendes herkömmliches WRG-System.Consequently, the above-mentioned arrangement makes it possible to recover at least a part of the heat energy in the exhaust gases as mechanical energy and to store an excess part of the heat energy in the second heat exchanger. The stored energy in the second energy storage can be used when the load of the engine at the same time as an energy demand is low. Since the heat energy is stored in a heat exchanger, it is easy to use the stored heat energy. Furthermore, due to its ability to store heat energy in the second heat exchanger, the heat recovery system can be made smaller in size than a corresponding conventional heat recovery system.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Wärmetauscher eine größere Masse als der erste Wärmetauscher auf. Die Kapazität eines Materialkörpers, Wärmeenergie zu speichern hängt mit der Masse des Körpers zusammen. Daher ist es zweckmäßig, dass der zweite Wärmetauscher eine beträchtlich größere Masse aufweist als der erste Wärmetauscher. Der zweite Wärmetauscher kann einen durch die Abgase erwärmten Feststoff umfassen. Ein solcher Feststoff kann beispielsweise ein Keramikmaterial sein. Alterativ oder in Kombination umfasst der zweite Wärmetauscher ein Phasenwechselmaterial. Eine große Menge an Wärmeenergie kann während eines Phasenwechselprozesses zwischen den Abgasen und einem solchen Material übertragen werden. Ein zweiter Wärmetauscher, der ein Phasenwechselmaterial umfasst, muss nicht wesentlich schwerer sein als der erste Wärmetauscher. Weiterhin hat ein mit einem Phasenwechselmaterial versehener zweiter Wärmetauscher eine im Wesentlichen konstante Temperatur während des Phasenwechselprozesses des Materials. Das Phasenwechselmaterial kann beispielsweise Zinn oder Zink sein. Gemäß einer weiteren Alternative kann der zweite Wärmetauscher eine Mischung aus zwei Phasenwechselmaterialien sein. In diesem Fall kann der zweite Wärmetauscher als ein Wärmenergiespeicher mit zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus definiert werden.According to one embodiment of the invention, the second heat exchanger has a larger mass than the first heat exchanger. The capacity of a material body to store heat energy is related to the mass of the body. Therefore, it is expedient that the second heat exchanger has a considerably larger mass than the first heat exchanger. The second heat exchanger may comprise a solid heated by the exhaust gases. Such a solid may for example be a ceramic material. Alternatively or in combination, the second heat exchanger comprises a phase change material. A large amount of heat energy may be transferred between the exhaust gases and such a material during a phase change process. A second heat exchanger comprising a phase change material need not be significantly heavier than the first heat exchanger. Furthermore, a second heat exchanger provided with a phase change material has a substantially constant temperature during the phase change process of the material. The phase change material may be, for example, tin or zinc. According to a further alternative, the second heat exchanger may be a mixture of two phase change materials. In this case, the second heat exchanger may be defined as a heat energy storage having two different temperature levels.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher parallel in dem WRG-System angeordnet und die Ventilvorrichtung umfasst ein Ventil, das den Arbeitsmediumstrom zu dem ersten Wärmetauscher oder dem zweiten Wärmetauscher leitet. Das Ventil kann so konfiguriert sein, dass es das Arbeitsmedium bei normaler und hoher Last des Verbrennungsmotors zum ersten Wärmetauscher leitet, wenn ein Energiebedarf des WRG-System vorhanden ist. Das Ventil kann so konfiguriert sein, dass es das Arbeitsmedium bei einer niedrigen Last zu dem zweiten Wärmetauscher leitet, wenn ein Energiebedarf des WRG-Systems vorliegt.According to one embodiment of the invention, the first heat exchanger and the second heat exchanger are arranged in parallel in the heat recovery system and the valve device comprises a valve which directs the working medium flow to the first heat exchanger or the second heat exchanger. The valve may be configured to direct the working fluid to the first heat exchanger at normal and high load of the internal combustion engine when there is an energy demand of the heat recovery system. The valve may be configured to direct the working fluid to the second heat exchanger at a low load when the energy demand of the heat recovery system is present.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher in Reihe in dem WRG-System angeordnet, und die Ventilvorrichtung umfasst ein in einer dem ersten Wärmetauscher nachgeschalteten Position und einer dem zweiten Wärmetauscher vorgeschalteten Position angeordnetes Ventil. In dem Fall, dass der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors angeordnet sind, ist das Ventil dazu konfiguriert, das Arbeitsmedium bei normaler und hoher Last des Verbrennungsmotors aus dem ersten Wärmetauscher am zweiten Wärmetauscher vorbei zu leiten, wenn ein Energiebedarf des WRG-System vorhanden ist. Das Ventil ist dazu konfiguriert, das Arbeitsmedium bei niedriger Last, wenn ein Energiebedarf des WRG-Systems vorliegt, von dem ersten Wärmetauscher zu dem zweiten Wärmetauscher zu leiten.According to one embodiment of the invention, the first heat exchanger and the second heat exchanger are arranged in series in the heat recovery system, and the valve device comprises a valve disposed in a position downstream of the first heat exchanger and a position upstream of the second heat exchanger. In the case where the first heat exchanger and the second heat exchanger are arranged in an exhaust pipe of the internal combustion engine, the valve is configured to bypass the working medium at normal and high load of the internal combustion engine from the first heat exchanger to the second heat exchanger when an energy demand of Heat recovery system is present. The valve is configured to direct the working fluid from the first heat exchanger to the second heat exchanger at low load when energy demand of the heat recovery system is present.

Andererseits ist in einem Fall, in dem der erste Wärmetauscher in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist und der zweite Wärmetauscher außerhalb der Abgasleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist, das Ventil dazu konfiguriert, das Arbeitsmedium bei normaler Last des Verbrennungsmotors aus dem ersten Wärmetauscher vorbei an dem zweiten Wärmetauscher zu leiten, wenn ein Energiebedarf des WRG-Systems vorhanden ist. Das Ventil ist dazu konfiguriert, das Arbeitsmedium bei niedriger Last und bei hoher Last, wenn ein Energiebedarf des WRG-Systems vorliegt, von dem ersten Wärmetauscher zu dem zweiten Wärmetauscher zu leiten. Wenn eine hohe Last am Verbrennungsmotor vorliegt ist, wird das Arbeitsmedium im ersten Wärmetauscher auf eine zu hohe Temperatur überhitzt. In diesem Fall wird die Überhitzung des Arbeitsmediums im zweiten Wärmetauscher entzogen. Wenn eine niedrige Last am Verbrennungsmotor vorliegt, kann das Arbeitsmedium in dem zweiten Wärmetauscher verdampft und überhitzt werden.On the other hand, in a case where the first heat exchanger is disposed in an exhaust pipe of the internal combustion engine and the second heat exchanger is disposed outside the exhaust pipe of the internal combustion engine, the valve is configured to discharge the working medium from the first heat exchanger past the second under normal load of the internal combustion engine To conduct heat exchanger when there is an energy demand of the heat recovery system. The valve is configured to direct the working fluid from the first heat exchanger to the second heat exchanger at low load and at high load when there is an energy demand of the heat recovery system. If there is a high load on the internal combustion engine, the working medium in the first heat exchanger is overheated to too high a temperature. In this case, overheating of the working fluid in the second heat exchanger is withdrawn. When there is a low load on the engine, the working fluid in the second heat exchanger may be vaporized and overheated.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung eine erste Wärmetauscher-Bypassleitung, und die Ventilvorrichtung umfasst mindestens ein Ventil, das den Abgasstrom durch den ersten Wärmetauscher und die erste Wärmetauscher-Bypassleitung steuert. In diesem Fall ist es möglich, einen reduzierten Abgasstrom an dem ersten Wärmetauscher während Betriebsbedingungen bereitzustellen, wenn eine hohe Last an dem Verbrennungsmotor vorliegt, um eine zu hohe Überhitzung des Wärmemediums im ersten Wärmetauscher bereitzustellen. Die Abgase in der Bypassleitung können dazu benutzt werden, den zweiten Wärmetauscher zu erwärmen. Weiterhin ist es möglich, den gesamten Abgasstrom über die erste Wärmetauscher-Bypassleitung zu leiten, wenn keine Wärmeübertragung in dem ersten Wärmetauscher stattfindet, um den Strömungswiderstand für die Abgase in der Abgasleitung zu reduzieren.According to one embodiment of the invention, the arrangement comprises a first heat exchanger bypass line, and the valve device comprises at least one valve which controls the exhaust gas flow through the first heat exchanger and the first heat exchanger bypass line. In this case, it is possible to provide a reduced exhaust gas flow at the first heat exchanger during operating conditions when there is a high load on the internal combustion engine to provide overheating of the heat medium in the first heat exchanger. The exhaust gases in the bypass line can be used to heat the second heat exchanger. Furthermore, it is possible to direct the entire exhaust gas flow over the first heat exchanger bypass line when no heat transfer takes place in the first heat exchanger in order to reduce the flow resistance for the exhaust gases in the exhaust gas line.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung eine zweite Wärmetauscher-Bypassleitung, und die Ventilvorrichtung umfasst mindestens ein Ventil, das den Abgasstrom durch den zweiten Wärmetauscher und die zweite Bypassleitung steuert. Das Ventil ermöglicht, den Abgasstrom zu dem zweiten Wärmetauscher zu leiten, wenn er eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um den zweiten Wärmetauscher zu erwärmen, und zu der zweiten Wärmetauscher-Bypassleitung zu leiten, wenn er eine zu niedrige Temperatur aufweist, um den zweiten Wärmetauscher zu erwärmen.According to one embodiment of the invention, the arrangement comprises a second heat exchanger bypass line, and the valve device comprises at least one valve which controls the exhaust gas flow through the second heat exchanger and the second Bypass line controls. The valve allows the exhaust gas flow to be directed to the second heat exchanger when it is at a sufficiently high temperature to heat the second heat exchanger and to direct it to the second heat exchanger bypass line when it is too low to heat the second heat exchanger to warm up.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst sie eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, die Ventilvorrichtung mittels einer Information von mindestens einem Betriebsparameter zu steuern. Der Betriebsparameter kann mindestens einen der folgenden Parameter der Temperatur der Abgase, der Temperatur des zweiten Wärmetauschers, der Last des Verbrennungsmotors und des Energiebedarfs des WRG-Systems betreffen. Die Temperaturdifferenz zwischen den Abgasen und dem zweiten Wärmetauscher kann dazu verwendet werden zu bestimmen, ob es möglich ist, den zweiten Wärmetauscher mittels der Abgase zu erwärmen. Die Last des Verbrennungsmotors hängt mit dem Abgasstrom und der Temperatur der Abgase zusammen, die die Wärmeenergie in den Abgasen definiert.According to one embodiment of the invention, it comprises a control unit which is configured to control the valve device by means of information of at least one operating parameter. The operating parameter may relate to at least one of the following parameters of the temperature of the exhaust gases, the temperature of the second heat exchanger, the load of the internal combustion engine and the energy requirement of the heat recovery system. The temperature difference between the exhaust gases and the second heat exchanger may be used to determine if it is possible to heat the second heat exchanger by means of the exhaust gases. The load of the internal combustion engine is related to the exhaust gas flow and the temperature of the exhaust gases, which defines the heat energy in the exhaust gases.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

In dem Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung als Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:In the following, preferred embodiments of the invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

1 eine Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, 1 shows an arrangement according to a first embodiment of the invention,

2 eine Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und 2 shows an arrangement according to a second embodiment of the invention, and

3 eine Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. 3 shows an arrangement according to a third embodiment of the invention.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION

1 zeigt ein schematisch offenbartes Fahrzeug 1, das durch einen aufgeladenen Verbrennungsmotor 2 angetrieben wird. Der Verbrennungsmotor 2 kann ein Dieselmotor sein. Das Fahrzeug 1 kann ein Schwerfahrzeug sein. Das Fahrzeug 1 umfasst eine Abgasleitung 3, die Abgase von dem Verbrennungsmotor 2 empfängt. Die Abgasleitung 3 umfasst eine Turbine 4a eines Turbo-Aggregats 4. Die Turbine 4a treibt einen Verdichter 4b des Turboladers 4 an. Der Verdichter 4 verdichtet Luft, die über eine Ladeluftleitung 5 zu dem Verbrennungsmotor 2 geführt wird. Die Ladeluftleitung 5 umfasst einen Ladeluftkühler 6, der an einem Vorderabschnitt des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. 1 shows a schematically disclosed vehicle 1 that by a supercharged internal combustion engine 2 is driven. The internal combustion engine 2 can be a diesel engine. The vehicle 1 can be a heavy vehicle. The vehicle 1 includes an exhaust pipe 3 , the exhaust gases from the internal combustion engine 2 receives. The exhaust pipe 3 includes a turbine 4a a turbo unit 4 , The turbine 4a drives a compressor 4b of the turbocharger 4 at. The compressor 4 compresses air via a charge air duct 5 to the internal combustion engine 2 to be led. The charge air line 5 includes a charge air cooler 6 which is attached to a front section of the vehicle 1 is arranged.

Das Fahrzeug 1 umfasst ein Kühlsystem, das eine Motoreinlassleitung 7 umfasst, die Kühlmittel zum Verbrennungsmotor 2 leitet. Die Motoreinlassleitung 7 ist mit einer Pumpe 8 versehen, die ein Kühlmittel in dem Kühlsystem umwälzt. Das den Verbrennungsmotor 2 verlassende Kühlmittel wird in einer Motorauslassleitung 9 aufgenommen. Ein erstes Ventilelement 10 in Form eines Dreiwegeventils 10 ist an einem Ende der Motorauslassleitung 9 angeordnet. Das Kühlsystem umfasst eine Kühler-Bypassleitung 11 und einen Kühler 12. Das erste Ventilelement 10 ist in der Lage, Kühlmittel von der Motorauslassleitung 9 zu empfangen und einen Teil davon auf die Kühler-Bypassleitung 11 und einen verbleibenden Teil davon auf den Kühler 12 zu verteilen. Das Kühlsystem umfasst ein zweites Ventilelement 14 in der Form eines Dreiwegeventils. Das zweite Ventilelement 14 kann Kühlmittel von der Kühler-Bypassleitung 11 empfangen und es zu der Motoreinlassleitung 7 oder zu einem Verflüssiger-Kreislauf 15 leiten, in dem das Kühlmittel ein Arbeitsmedium in einem Verflüssiger 16 eines WRG-Systems kühlt. Im letzteren Fall wird Kühlmittel von der Kühler-Bypassleitung 11 und mögliches Kühlmittel von dem Kühler 12 gemischt und zu dem Verflüssiger-Kreislauf 15 geleitet. Alternativ empfängt das zweite Ventilelement 14 Kühlmittel von dem Kühler 12 und leitet es zu der Motoreinlassleitung 7. Der Verflüssiger-Kreislauf 15 umfasst eine Verflüssiger-Einlassleitung 15a, die Kühlmittel zu dem Verflüssiger 16 leitet, und eine Verflüssiger-Auslassleitung 15b, die Kühlmittel von dem Verflüssiger 16 zu der Motoreinlassleitung 7 leitet.The vehicle 1 includes a cooling system that includes an engine intake passage 7 includes, the coolant to the internal combustion engine 2 passes. The engine intake line 7 is with a pump 8th provided that circulates a coolant in the cooling system. That the internal combustion engine 2 leaving coolant is in an engine exhaust duct 9 added. A first valve element 10 in the form of a three-way valve 10 is at one end of the engine exhaust duct 9 arranged. The cooling system includes a radiator bypass line 11 and a cooler 12 , The first valve element 10 is capable of removing coolant from the engine exhaust pipe 9 to receive and part of it on the radiator bypass line 11 and a remaining part of it on the radiator 12 to distribute. The cooling system comprises a second valve element 14 in the form of a three-way valve. The second valve element 14 can remove coolant from the radiator bypass line 11 receive and send it to the engine intake line 7 or to a condenser circuit 15 in which the coolant is a working fluid in a condenser 16 a heat recovery system cools. In the latter case, coolant from the radiator bypass line 11 and possible coolant from the radiator 12 mixed and to the condenser circuit 15 directed. Alternatively, the second valve element receives 14 Coolant from the radiator 12 and directs it to the engine intake line 7 , The liquefier cycle 15 includes a condenser inlet line 15a , the coolant to the condenser 16 conducts, and a condenser outlet line 15b , the coolant from the condenser 16 to the engine intake line 7 passes.

Demzufolge ist das Fahrzeug mit einem WRG-System (Wärmerückgewinnungssystem) versehen. Das WRG-System umfasst eine Pumpe 17, die ein Arbeitsmedium in einem WRG-Kreislauf 18 mit Druck beaufschlagt und umwälzt. Das Arbeitsmedium kann Ethanol, R245fa oder eine andere Art von Arbeitsmedium sein. Das Arbeitsmedium, das die Pumpe 17 verlässt, tritt in ein Dreiwegeventil 19 ein. Das Dreiwegeventil 19 kann das Arbeitsmedium zu einem ersten Wärmetauscher 20 oder einem zweiten Wärmetauscher 21 leiten. In diesem Fall sind der erste Wärmetauscher 20 und der zweite Wärmetauscher parallel angeordnet. Der erste Wärmetauscher 20 ist dazu konfiguriert, als Verdampfer verwendet zu werden und der zweite Wärmetauscher 21 ist dazu konfiguriert, als ein Wärmespeicher und Verdampfer verwendet zu werden. Der zweite Wärmetauscher 21 weist eine beträchtlich höhere Wärmespeicherkapazität als der erste Wärmetauscher 20 auf. Der zweite Wärmetauscher 21 kann eine beträchtlich höhere Masse als der erste Wärmetauscher 20 aufweisen. Der zweite Wärmetauscher 21 kann einen durch die Abgase erwärmten Feststoff umfassen, beispielsweise ein Keramikmaterial. Alternativ oder in Kombination kann er ein Phasenwechselmaterial umfassen, beispielsweise Zinn, das bei ungefähr 230°C schmilzt, oder Zink, das bei ungefähr 430°C schmilzt. Eine Mischung von zwei Phasenwechselmaterialien kann ferner in dem zweiten Wärmetauscher 21 verwendet werden.As a result, the vehicle is provided with a heat recovery system. The heat recovery system includes a pump 17 , which is a working medium in a heat recovery circuit 18 pressurized and circulated. The working medium may be ethanol, R245fa or another type of working medium. The working fluid, the pump 17 leaves, enters a three-way valve 19 one. The three-way valve 19 can the working fluid to a first heat exchanger 20 or a second heat exchanger 21 conduct. In this case, the first heat exchanger 20 and the second heat exchanger arranged in parallel. The first heat exchanger 20 is configured to be used as an evaporator and the second heat exchanger 21 is configured to be used as a heat storage and evaporator. The second heat exchanger 21 has a considerably higher heat storage capacity than the first heat exchanger 20 on. The second heat exchanger 21 can be a considerably higher mass than the first heat exchanger 20 exhibit. The second heat exchanger 21 may comprise a solid heated by the exhaust gases, for example a ceramic material. Alternatively or in combination, it may comprise a phase change material, such as tin, which melts at about 230 ° C, or zinc, which melts at about 430 ° C. A mixture of two phase change materials may further be included in the second heat exchanger 21 be used.

Das Arbeitsmedium wird in mindestens einem der Wärmetauscher 20, 21 erwärmt, sodass es verdampft und auf eine geeignete Temperatur überhitzt wird. Die die Wärmetauscher 20, 21 verlassenden gasförmigen Arbeitsmedien werden in einer gemeinsamen Leitung des WRG-Kreislaufs 18 empfangen, die das Arbeitsmedium zu einen Expander 22 leitet. Das Arbeitsmedium dehnt sich in dem Expander 22 aus. Der Expander 22 erzeugt eine Rotationsbewegung, die über eine geeignete mechanische Übertragung an eine Welle oder den Antriebsstrang des Fahrzeugs 1 übertragen werden kann. Nachdem das Arbeitsmedium den Expander 22 durchlaufen hat, wird es zu dem Verflüssiger 16 geleitet. Das Arbeitsmedium wird in dem Verflüssiger 16 durch das Kühlmittel in dem Verflüssiger-Kreislauf 15 auf eine Temperatur gekühlt, bei der es kondensiert. Das flüssige Arbeitsmedium wird von dem Verflüssiger 16 zu einem Sammelbehälter 23 geleitet. Arbeitsmedium wird aus dem Sammelbehälter 23 zur Pumpe 17 gesaugt. Der der Pumpe 17 nachgeschaltet angeordnete und dem Expander 22 vorgeschaltete Teil des WRG-Kreislaufs 18 umfasst eine Hochdruckseite 18a des WRG-Kreislauf 18. Der Teil des WRG-Kreislaufs 18, der dem Expander 22 vorgeschaltet angeordnet und der Pumpe 17 nachgeschaltet angeordnet ist, umfasst eine Niederdruckseite 18a des WRG-Kreislaufs 18.The working medium is in at least one of the heat exchangers 20 . 21 heated so that it is evaporated and overheated to a suitable temperature. The the heat exchangers 20 . 21 leaving gaseous working media are in a joint management of the WRG cycle 18 receive the working fluid to an expander 22 passes. The working medium expands in the expander 22 out. The expander 22 generates a rotational movement, via a suitable mechanical transmission to a shaft or the drive train of the vehicle 1 can be transferred. After the working medium the expander 22 it has become the liquefier 16 directed. The working fluid is in the condenser 16 through the coolant in the condenser circuit 15 cooled to a temperature at which it condenses. The liquid working fluid is from the condenser 16 to a collection container 23 directed. Working fluid is removed from the reservoir 23 to the pump 17 sucked. The pump 17 arranged downstream and the expander 22 upstream part of the WRG cycle 18 includes a high pressure side 18a the WRG circuit 18 , The part of the WRG cycle 18 that the expander 22 arranged upstream and the pump 17 arranged downstream, comprises a low pressure side 18a of the WRG cycle 18 ,

Die Abgasleitung 3 umfasst eine erste Wärmetauscher-Bypassleitung 3a und eine zweite Wärmetauscher-Bypassleitung 3b. Die Abgasleitung 3 umfasst ein erstes Ventil 24, das den Abgasstrom durch den ersten Wärmetauscher 20 steuert, ein zweites Ventil 25, das den Abgasstrom durch die erste Wärmetauscher-Bypassleitung 3a steuert, ein drittes Ventil 26, das den Abgasstrom durch den zweiten Wärmetauscher 21 steuert und ein viertes Ventil 27, das den Abgasstrom durch die zweite Wärmetauscher-Bypassleitung 3b steuert. Die Ventile 24–27 sind stufenlos einstellbar. Die Ventile 24–27 können Drosselklappenventile sein. Eine Steuereinheit 28 steuert die Ventile 24–27 und das Dreiwegeventil 19. Ein erster Temperatursensor 29 detektiert die Temperatur der Abgase an einer dem zweiten Wärmetauscher 21 vorgeschalteten Position. Ein zweiter Temperatursensor 30 detektiert die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 21. Die Steuereinheit 28 empfängt ferner eine Information über andere Betriebsparameter, wie die Last 31 des Verbrennungsmotors 2 und den Energiebedarf des WRG-Systems. Die Last 31 des Verbrennungsmotors 2 bezieht sich auf die Menge an Wärmenergie in den Abgasen. In diesem Fall ist das WRG-System so ausgebildet, dass es die Kapazität hat, die gesamte Wärmeenergie in den Abgasen bei einer Normallast des Verbrennungsmotors 2 zurückzugewinnen.The exhaust pipe 3 includes a first heat exchanger bypass line 3a and a second heat exchanger bypass line 3b , The exhaust pipe 3 includes a first valve 24 passing the exhaust gas flow through the first heat exchanger 20 controls, a second valve 25 passing the exhaust gas flow through the first heat exchanger bypass line 3a controls, a third valve 26 that the exhaust gas flow through the second heat exchanger 21 controls and a fourth valve 27 passing the exhaust stream through the second heat exchanger bypass line 3b controls. The valves 24 - 27 are infinitely adjustable. The valves 24 - 27 may be throttle valves. A control unit 28 controls the valves 24 - 27 and the three-way valve 19 , A first temperature sensor 29 detects the temperature of the exhaust gases at a second heat exchanger 21 upstream position. A second temperature sensor 30 detects the temperature of the second heat exchanger 21 , The control unit 28 also receives information about other operating parameters, such as the load 31 of the internal combustion engine 2 and the energy needs of the heat recovery system. Weight 31 of the internal combustion engine 2 refers to the amount of heat energy in the exhaust gases. In this case, the heat recovery system is designed to have the capacity to have all the heat energy in the exhaust gases at a normal load of the internal combustion engine 2 recover.

Wenn eine normale Last am Verbrennungsmotor 2 und ein Energiebedarf des WRG-Systems vorhanden sind, steuert die Steuereinheit 28 die Ventilvorrichtung 19 so, dass sie den gesamten Arbeitsmediumstrom zu dem ersten Wärmetauscher 20 leitet. Weiterhin öffnet die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und schließt das zweite Ventil 25, sodass der gesamte Abgasstrom durch den ersten Wärmetauscher 20 geleitet wird. In diesem Fall wird das Arbeitsmedium durch die Abgase in dem ersten Wärmetauscher 20 so erwärmt, dass es verdampft und auf eine geeignete Temperatur überhitzt wird, bevor es zu dem Expander 22 geleitet wird. Um unnötige Druckabfälle in der Abgasleitung 3 zu vermeiden, schließt die Steuereinheit 28 das dritte Ventil 26 und öffnet das vierte Ventil 27, sodass der Abgasstrom an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbeigeführt wird.If a normal load on the internal combustion engine 2 and an energy demand of the heat recovery system are present controls the control unit 28 the valve device 19 such that it transfers the entire working medium flow to the first heat exchanger 20 passes. Furthermore, the control unit opens 28 the first valve 24 and closes the second valve 25 so that the entire exhaust flow through the first heat exchanger 20 is directed. In this case, the working fluid is due to the exhaust gases in the first heat exchanger 20 heated so that it is vaporized and overheated to a suitable temperature before passing to the expander 22 is directed. To avoid unnecessary pressure drops in the exhaust pipe 3 to avoid closing the control unit 28 the third valve 26 and opens the fourth valve 27 , so that the exhaust gas flow to the second heat exchanger 21 is passed.

Wenn eine hohe Last an dem Verbrennungsmotor 2 anliegt, hat das WRG-System keine Kapazität, um die gesamte Energie in den Abgasen zu nutzen. In diesem Fall steuert die Steuereinheit 28 die Ventilvorrichtung 19 so, dass sie den Arbeitsmediumstrom zum ersten Wärmetauscher 20 leitet. Die Steuereinheit 28 schätzt den Teil des Abgases, der an den ersten Wärmetauscher 20 ohne übermäßige Überhitzung des Arbeitsmediums in dem ersten Wärmetauscher 20 geleitet werden soll. Die Steuereinheit 28 regelt das erste Ventil 24 und das zweite Ventil 25 derart, dass der geschätzte Abgasstrom durch den ersten Wärmetauscher 21 geleitet wird und der verbleibende Teil des Abgasstroms durch die erste Ventil-Bypassleitung 3a geleitet wird. Die Steuereinheit 28 empfängt eine Information über die Temperatur der Abgase an einer dem zweiten Wärmetauscher 20 vorgeschalteten Position von dem ersten Temperatursensor 29 und über die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 21 von dem zweiten Temperatursensor 30. Hinsichtlich dieser Information schätzt die Steuereinheit 28, ob es möglich ist, den zweiten Wärmetauscher 21 zu erwärmen, und ob dies zu einem Vorteil führt, der größer als der Nachteil ist, der durch den in der Abgasleitung 3 zugefügten Gegendruck verursacht wird. Wenn dies der Fall ist, öffnet die Steuereinheit 28 das dritte Ventil 25 und schließt das vierte Ventil 27, sodass die Abgase durch den zweiten Wärmetauscher 21 strömen und ihn auf eine höhere Temperatur erwärmen. Wenn dies nicht der Fall ist, schließt die Steuereinheit 28 das dritte Ventil 25 und öffnet das vierte Ventil 27, sodass der Abgasstrom an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbeigeleitet wird. In diesem Fall gewinnt das WRG-System einen Teil der Wärmeenergie in den Abgasen zurück und wandelt sie in mechanische Energie um. Ein überschüssiger Teil der Wärmeenergie in den Abgasen wird in dem zweiten Wärmetauscher 21 gespeichert.When a high load on the internal combustion engine 2 the heat recovery system has no capacity to use all the energy in the exhaust gases. In this case, the control unit controls 28 the valve device 19 such that it transfers the working medium flow to the first heat exchanger 20 passes. The control unit 28 estimates the part of the exhaust gas that is attached to the first heat exchanger 20 without excessive overheating of the working fluid in the first heat exchanger 20 should be directed. The control unit 28 regulates the first valve 24 and the second valve 25 such that the estimated exhaust flow through the first heat exchanger 21 is passed and the remaining part of the exhaust gas flow through the first valve bypass line 3a is directed. The control unit 28 receives information about the temperature of the exhaust gases at a second heat exchanger 20 upstream position of the first temperature sensor 29 and about the temperature of the second heat exchanger 21 from the second temperature sensor 30 , Regarding this information, the control unit estimates 28 whether it is possible the second heat exchanger 21 to heat, and whether this leads to an advantage that is greater than the disadvantage of that in the exhaust pipe 3 caused back pressure is caused. If this is the case, the control unit opens 28 the third valve 25 and closes the fourth valve 27 , so that the exhaust gases through the second heat exchanger 21 pour and heat it to a higher temperature. If this is not the case, the control unit closes 28 the third valve 25 and opens the fourth valve 27 , so that the exhaust gas flow to the second heat exchanger 21 is bypassed. In this case, the heat recovery system recovers part of the heat energy in the exhaust gases and converts them into mechanical energy. An excess part of the heat energy in the exhaust gases is in the second heat exchanger 21 saved.

Wenn keine oder eine niedrige Last an dem Verbrennungsmotor 2 und ein Energiebedarf des WRG-Systems vorliegen, bestimmt die Steuereinheit 28, ob die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 21 ausreichend hoch ist, um eine effiziente Verdampfung und Überhitzung des Arbeitsmediums in dem zweiten Wärmetauscher 21 bereitzustellen. Wenn dies der Fall ist, steuert die Steuereinheit 28 die Ventilvorrichtung 19 derart, dass sie den Arbeitsmediumstrom zu dem zweiten Wärmetauscher 21 leitet. Um unnötige Druckabfälle in der Abgasleitung 3 zu vermeiden, schließt die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und öffnet das zweite Ventil 25, sodass der gesamte Abgasstrom an dem ersten Wärmetauscher 20 vorbeigeleitet wird. Die Steuereinheit 28 öffnet das dritte Ventil 26 und schließt das vierte Ventil 27, sodass der gesamte Abgasstrom durch den zweiten Wärmetauscher 21 geleitet wird. Wenn es nicht möglich oder nicht zweckmäßig ist, den zweiten Wärmetauscher 21 zu erwärmen, schaltet die Steuereinheit 28 das WRG-System ab. If no or a low load on the internal combustion engine 2 and an energy demand of the heat recovery system, determines the control unit 28 whether the temperature of the second heat exchanger 21 is sufficiently high to efficient evaporation and overheating of the working medium in the second heat exchanger 21 provide. If this is the case, the control unit controls 28 the valve device 19 such that it transfers the working medium flow to the second heat exchanger 21 passes. To avoid unnecessary pressure drops in the exhaust pipe 3 to avoid closing the control unit 28 the first valve 24 and opens the second valve 25 so that the entire exhaust flow to the first heat exchanger 20 is bypassed. The control unit 28 opens the third valve 26 and closes the fourth valve 27 , so that the entire exhaust gas flow through the second heat exchanger 21 is directed. If not possible or inappropriate, use the second heat exchanger 21 to warm up, the control unit turns off 28 the heat recovery system.

Wenn eine Last am Verbrennungsmotor 2 und kein Energiebedarf des WRG-Systems vorliegt, schaltet die Steuereinheit 28 die Pumpe 17 ab, sodass die Umwälzung des Arbeitsmediums in dem WRG-Kreislauf 18 beendet wird. Hinsichtlich der Information über die Last an dem Verbrennungsmotor 2, die Temperatur der Abgase und die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 21 schätzt die Steuereinheit 28, ob es möglich ist, den zweiten Wärmetauscher durch die Abgase zu erwärmen, und ob dies zu einem Vorteil führt, der größer als der Nachteil ist, der durch den in der Abgasleitung 3 zugefügten Gegendruck verursacht wird. Wenn dies der Fall ist, schließt die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und öffnet das zweite Ventil 25, sodass der gesamte Abgasstrom an dem ersten Wärmetauscher 20 vorbeigeführt wird. Weiterhin öffnet die Steuereinheit 28 das dritte Ventil 25 und schließt das vierte Ventil 27, sodass der gesamte Abgasstrom durch den zweiten Wärmetauscher 21 geleitet wird. Wenn es nicht möglich oder nicht zweckmäßig ist, Wärmeenergie in dem zweiten Wärmetauscher 21 zu speichern, schließt die Steuereinheit 28 das dritte Ventil 26 und öffnet das vierte Ventil 27, sodass der gesamte Abgasstrom auch an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbeigeleitet wird.When a load on the internal combustion engine 2 and there is no energy requirement of the heat recovery system, the control unit switches 28 the pump 17 so that the circulation of the working medium in the WRG cycle 18 is ended. With regard to the information about the load on the internal combustion engine 2 , the temperature of the exhaust gases and the temperature of the second heat exchanger 21 appreciates the control unit 28 whether it is possible to heat the second heat exchanger by the exhaust gases, and whether this leads to an advantage that is greater than the disadvantage of that in the exhaust pipe 3 caused back pressure is caused. If this is the case, the control unit closes 28 the first valve 24 and opens the second valve 25 so that the entire exhaust flow to the first heat exchanger 20 is passed. Furthermore, the control unit opens 28 the third valve 25 and closes the fourth valve 27 , so that the entire exhaust gas flow through the second heat exchanger 21 is directed. If it is not possible or appropriate, heat energy in the second heat exchanger 21 to save, closes the control unit 28 the third valve 26 and opens the fourth valve 27 so that the entire exhaust gas flow also at the second heat exchanger 21 is bypassed.

2 zeigt eine alternative Ausführungsform des WRG-Systems. In diesem Fall sind der erste Wärmetauscher 20 und der zweite Wärmetauscher 21 in Reihe in dem WRG-Kreislauf angeordnet. Der erste Wärmetauscher 20 ist an einer dem zweiten Wärmetauscher 21 vorgeschalteten Position angeordnet. Ein Dreiwegeventil 19 ist an einer Position angeordnet, die dem ersten Wärmetauscher 20 nachgeschaltet und dem zweiten Wärmetauscher 21 vorgeschaltet ist. Infolgedessen wird das Arbeitsmedium immer durch den ersten Wärmetauscher 20 geleitet. Durch die Ventilvorrichtung 19 ist es möglich, das den ersten Wärmetauscher 20 verlassende Arbeitsmedium zu dem zweiten Wärmetauscher 21 oder an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbei zu leiten, bevor es in den Expander 22 eintritt. 2 shows an alternative embodiment of the heat recovery system. In this case, the first heat exchanger 20 and the second heat exchanger 21 arranged in series in the WRG cycle. The first heat exchanger 20 is at a second heat exchanger 21 arranged upstream position. A three-way valve 19 is disposed at a position corresponding to the first heat exchanger 20 downstream and the second heat exchanger 21 upstream. As a result, the working fluid is always through the first heat exchanger 20 directed. Through the valve device 19 is it possible that the first heat exchanger 20 leaving working medium to the second heat exchanger 21 or at the second heat exchanger 21 to pass by before it enters the expander 22 entry.

Wenn eine normale Last an dem Verbrennungsmotor 2 und ein Energiebedarf des WRG-Systems vorliegen, steuert die Steuereinheit 28 die Ventilvorrichtung 19 derart, dass der Arbeitsmediumstrom aus dem ersten Wärmetauscher 20 an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbei und zu dem Expander 22 geleitet wird. Weiterhin öffnet die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und schließt das zweite Ventil 25, sodass der gesamte Abgasstrom durch den ersten Wärmetauscher 20 geleitet wird. Das Arbeitsmedium wird durch die Abgase in dem ersten Wärmetauscher 20 derart erwärmt, dass es verdampft und auf eine geeignete Temperatur überhitzt wird. Um Druckabfälle in der Abgasleitung 3 zu vermeiden, schließt die Steuereinheit 28 das dritte Ventil 26 und öffnet das vierte Ventil 27, sodass der gesamte Abgasstrom an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbeigeleitet wird.If a normal load on the internal combustion engine 2 and an energy demand of the heat recovery system are present controls the control unit 28 the valve device 19 such that the working medium flow from the first heat exchanger 20 at the second heat exchanger 21 over and to the expander 22 is directed. Furthermore, the control unit opens 28 the first valve 24 and closes the second valve 25 so that the entire exhaust flow through the first heat exchanger 20 is directed. The working medium is due to the exhaust gases in the first heat exchanger 20 heated so that it is vaporized and overheated to a suitable temperature. To pressure drops in the exhaust pipe 3 to avoid closing the control unit 28 the third valve 26 and opens the fourth valve 27 , so that the entire exhaust gas flow to the second heat exchanger 21 is bypassed.

Wenn eine sehr hohe Last an dem Verbrennungsmotor vorliegt, hat das WRG-System keine Kapazität, um die gesamte Wärmeenergie in den Abgasen zu nutzen. In diesem Fall steuert die Steuereinheit 28 das Dreiwegeventil 19 derart, dass der Arbeitsmediumstrom aus dem ersten Wärmetauscher 20 an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbei und zu dem Expander 22 geleitet wird. Die Steuereinheit 28 schätzt den Teil des Abgasstroms, der zum ersten Wärmetauscher 20 ohne übermäßige Überhitzung des Arbeitsmediums geleitet werden soll. Die Steuereinheit 28 regelt das erste Ventil 24 und das zweite Ventil 25 derart, dass der geschätzte Abgasstrom zu dem ersten Wärmetauscher 21 geleitet wird und ein verbleibender Teil des Abgasstroms zur ersten Bypassleitung 3a geleitet wird. Infolgedessen wird das Arbeitsmedium verdampft und auf eine geeignete Temperatur in dem ersten Wärmetauscher 20 überhitzt, bevor er zu dem Expander 22 geleitet wird. Die Steuereinheit 28 empfängt eine Information über die Temperatur des Abgases an einer dem zweiten Wärmetauscher 20 vorgeschalteten Position von dem ersten Temperatursensor 29 und über die Temperatur des zweiten Wärmetauscher 21 von dem zweiten Temperatursensor 30. Hinsichtlich dieser Information schätzt die Steuereinheit, ob es möglich ist, den zweiten Wärmetauscher 21 durch die Abgase zu erwärmen und ob dies zu einem Vorteil führt, der größer als der Nachteil ist, der durch den in der Abgasleitung 3 zugefügten Gegendruck verursacht wird. Wenn dies der Fall ist, öffnet die Steuereinheit 28 das dritte Ventil 25 und schließt das vierte Ventil 27, sodass der Abgasstrom durch den zweiten Wärmetauscher 21 geleitet wird. Wenn es nicht möglich ist, den zweiten Wärmetauscher zu erwärmen, schließt die Steuereinheit 28 das dritte Ventil 25 und öffnet das vierte Ventil 27, sodass der Abgasstrom an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbeigeleitet wird. In diesem Fall gewinnt das WRG-System eine maximale Menge an Wärmeenergie in den Abgasen als mechanische Energie zurück. Ein überschüssiger Teil der Warmenergie in den Abgasen wird in dem zweiten Wärmetauscher 21 gespeichert.When there is a very high load on the internal combustion engine, the heat recovery system has no capacity to use all the heat energy in the exhaust gases. In this case, the control unit controls 28 the three-way valve 19 such that the working medium flow from the first heat exchanger 20 at the second heat exchanger 21 over and to the expander 22 is directed. The control unit 28 estimates the part of the exhaust flow leading to the first heat exchanger 20 without excessive overheating of the working fluid should be directed. The control unit 28 regulates the first valve 24 and the second valve 25 such that the estimated exhaust flow to the first heat exchanger 21 is passed and a remaining part of the exhaust gas flow to the first bypass line 3a is directed. As a result, the working fluid is vaporized and at a suitable temperature in the first heat exchanger 20 overheated before going to the expander 22 is directed. The control unit 28 receives information about the temperature of the exhaust gas at a second heat exchanger 20 upstream position of the first temperature sensor 29 and about the temperature of the second heat exchanger 21 from the second temperature sensor 30 , With regard to this information, the control unit estimates whether it is possible the second heat exchanger 21 to heat by the exhaust gases and whether this leads to an advantage that is greater than the disadvantage of that in the exhaust pipe 3 caused back pressure is caused. If this is the case, the opens control unit 28 the third valve 25 and closes the fourth valve 27 so that the exhaust gas flow through the second heat exchanger 21 is directed. If it is not possible to heat the second heat exchanger, the control unit will close 28 the third valve 25 and opens the fourth valve 27 , so that the exhaust gas flow to the second heat exchanger 21 is bypassed. In this case, the heat recovery system recovers a maximum amount of heat energy in the exhaust gases as mechanical energy. An excess part of the heat energy in the exhaust gases is in the second heat exchanger 21 saved.

Wenn keine oder eine niedrige Last an dem Verbrennungsmotor und ein Energiebedarf des WRG-Systems vorliegt, bestimmt die Steuereinheit 28, ob die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 21 hoch genug ist, um eine effiziente Verdampfung und Überhitzung des Arbeitsmediums in dem zweiten Wärmetauscher 21 bereitzustellen. Wenn dies der Fall ist, steuert die Steuereinheit 28 die Ventilvorrichtung 19 derart, dass sie den Arbeitsmediumstrom aus dem ersten Wärmetauscher 20 zu dem zweiten Wärmetauscher 21 leitet. Um Druckabfälle in der Abgasleitung 3 zu vermeiden, schließt die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und öffnet das zweite Ventil 25, sodass der gesamte Abgasstrom an dem ersten Wärmetauscher 20 vorbeigeleitet wird. Die Steuereinheit 28 öffnet das dritte Ventil 26 und schließt das vierte Ventil 27, sodass der gesamte Abgasstrom durch den zweiten Wärmetauscher 21 geleitet wird. Wenn es nicht möglich oder nicht zweckmäßig ist, den zweiten Wärmetauscher 21 zu erwärmen, wird das WRG-System abgeschaltet.If there is no or a low load on the engine and an energy requirement of the heat recovery system, the control unit determines 28 whether the temperature of the second heat exchanger 21 high enough to allow efficient evaporation and overheating of the working fluid in the second heat exchanger 21 provide. If this is the case, the control unit controls 28 the valve device 19 such that it is the working medium flow from the first heat exchanger 20 to the second heat exchanger 21 passes. To pressure drops in the exhaust pipe 3 to avoid closing the control unit 28 the first valve 24 and opens the second valve 25 so that the entire exhaust flow to the first heat exchanger 20 is bypassed. The control unit 28 opens the third valve 26 and closes the fourth valve 27 , so that the entire exhaust gas flow through the second heat exchanger 21 is directed. If not possible or inappropriate, use the second heat exchanger 21 to heat up, the heat recovery system is shut down.

Wenn eine Last am Verbrennungsmotor und kein Energiebedarf des WRG-Systems vorliegt, schaltet die Steuereinheit 28 die Pumpe 17 ab, sodass die Umwälzung des Arbeitsmediums in dem WRG-Kreislauf 18 beendet wird. Hinsichtlich der Information über die Last an dem Verbrennungsmotor 2, die Temperatur der Abgase und die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 21 schätzt die Steuereinheit 28, ob es möglich ist, den zweiten Wärmetauscher 21 durch die Abgase zu erwärmen, und ob dies zu einem Vorteil führt, der größer als der Nachteil ist, der durch den in der Abgasleitung 3 zugefügten Gegendruck verursacht wird. Wenn dies der Fall ist, schließt die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und öffnet das zweite Ventil 25, sodass der gesamte Abgasstrom an dem ersten Wärmetauscher 20 vorbeigeführt wird. Weiterhin öffnet die Steuereinheit 28 das dritte Ventil 25 und schließt das vierte Ventil 27, sodass der gesamte Abgasstrom durch den zweiten Wärmetauscher geleitet wird. Wenn es nicht möglich oder nicht zweckmäßig ist, Wärmeenergie in dem zweiten Wärmetauscher 21 zu speichern, schließt die Steuereinheit 28 das dritte Ventil 26 und öffnet das vierte Ventil 27, sodass der gesamte Abgasstrom auch an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbeigeleitet wird.If there is a load on the internal combustion engine and there is no energy requirement of the heat recovery system, the control unit switches 28 the pump 17 so that the circulation of the working medium in the WRG cycle 18 is ended. With regard to the information about the load on the internal combustion engine 2 , the temperature of the exhaust gases and the temperature of the second heat exchanger 21 appreciates the control unit 28 whether it is possible the second heat exchanger 21 to heat by the exhaust gases, and whether this leads to an advantage that is greater than the disadvantage of that in the exhaust pipe 3 caused back pressure is caused. If this is the case, the control unit closes 28 the first valve 24 and opens the second valve 25 so that the entire exhaust flow to the first heat exchanger 20 is passed. Furthermore, the control unit opens 28 the third valve 25 and closes the fourth valve 27 , so that the entire exhaust gas flow is passed through the second heat exchanger. If it is not possible or appropriate, heat energy in the second heat exchanger 21 to save, closes the control unit 28 the third valve 26 and opens the fourth valve 27 so that the entire exhaust gas flow also at the second heat exchanger 21 is bypassed.

3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des WRG-Systems. In diesem Fall sind der erste Wärmetauscher 20 und der zweite Wärmetauscher 21 in dem WRG-Kreislauf 18 in Reihe angeordnet; der zweite Wärmetauscher 21 ist jedoch nicht in der Abgasleitung 3 angeordnet. Ein Dreiwegeventil 19 ist in einer Position angeordnet, die dem ersten Wärmetauscher 20 nachgeschaltet und dem zweiten Wärmetauscher 21 vorgeschaltet ist. Auch in diesem Fall wird das Arbeitsmedium immer durch den ersten Wärmetauscher 20 geleitet. Mittels der Ventilvorrichtung 19 ist es möglich, das den ersten Wärmetauscher 20 verlassende Arbeitsmedium zu dem zweiten Wärmetauscher 21 oder an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbei zu leiten, bevor es zu dem Expander 22 geleitet wird. 3 shows a further alternative embodiment of the heat recovery system. In this case, the first heat exchanger 20 and the second heat exchanger 21 in the WRG cycle 18 arranged in series; the second heat exchanger 21 but not in the exhaust pipe 3 arranged. A three-way valve 19 is arranged in a position corresponding to the first heat exchanger 20 downstream and the second heat exchanger 21 upstream. Also in this case, the working fluid is always through the first heat exchanger 20 directed. By means of the valve device 19 is it possible that the first heat exchanger 20 leaving working medium to the second heat exchanger 21 or at the second heat exchanger 21 to pass over before going to the expander 22 is directed.

Wenn eine normale Last an dem Verbrennungsmotor 2 und ein Energiebedarf des WRG-Systems vorliegt, liegt die Überhitzung des Arbeitsmediums in dem ersten Wärmetauscher 20 normalerweise innerhalb eines geeigneten Temperaturbereichs. Die Steuereinheit 28 steuert das Dreiwegeventil 19 derart, dass der Arbeitsmediumstrom aus dem ersten Wärmetauscher 20 an dem zweiten Wärmetauscher 21 vorbei und zu dem Expander 22 geleitet wird. Des Weiteren öffnet die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und schließt das zweite Ventil 25, sodass der gesamte Abgasstrom durch den ersten Wärmetauscher 20 geleitet wird.If a normal load on the internal combustion engine 2 and there is an energy requirement of the heat recovery system, is the overheating of the working medium in the first heat exchanger 20 usually within a suitable temperature range. The control unit 28 controls the three-way valve 19 such that the working medium flow from the first heat exchanger 20 at the second heat exchanger 21 over and to the expander 22 is directed. Furthermore, the control unit opens 28 the first valve 24 and closes the second valve 25 so that the entire exhaust flow through the first heat exchanger 20 is directed.

Wenn eine sehr hohe Last an dem Verbrennungsmotor 2 vorliegt, ist die Menge an Wärmeenergie in den Abgasen hoch. Infolgedessen erhält das Arbeitsmedium eine zu hohe Überhitzung in dem ersten Wärmetauscher 20. Die Steuereinheit 28 empfängt eine Information über die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 21 und bestimmt, ob es möglich ist, dem Arbeitsmedium in dem zweiten Wärmetauscher 21 die Überhitzung zu entziehen. Wenn dies der Fall ist, steuert die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und das zweite Ventil 25 derart, dass der gesamte Abgasstrom durch den ersten Wärmetauscher 20 geleitet wird. Des Weiteren steuert die Steuereinheit 28 das Dreiwegeventil 19 derart, dass sie den den ersten Wärmetauscher 20 verlassenden Arbeitsmediumstrom zu dem zweiten Wärmetauscher 21 leitet. Das Arbeitsmedium wird in dem zweiten Wärmetauscher 21 derart gekühlt, dass es eine geeignete Überhitzung aufweist, wenn es den zweiten Wärmetauscher 21 verlässt und in den Expander 22 eintritt. Gleichzeitig wird der zweite Wärmetauscher 21 durch das überhitzte Arbeitsmedium erwärmt. Wenn es nicht möglich ist, dem Arbeitsmedium in dem zweiten Wärmetauscher 21 die Überhitzung zu entziehen, steuert die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und das zweite Ventil 25 derart, dass ein Teil des Abgasstroms derart durch den ersten Wärmetauscher 20 geleitet wird, dass das Arbeitsmedium eine geeignete Überhitzung in dem ersten Wärmetauscher 20 erhält.If a very high load on the internal combustion engine 2 is present, the amount of heat energy in the exhaust gases is high. As a result, the working fluid receives too high overheating in the first heat exchanger 20 , The control unit 28 receives information about the temperature of the second heat exchanger 21 and determines, if it is possible, the working medium in the second heat exchanger 21 to remove the overheating. If this is the case, the control unit controls 28 the first valve 24 and the second valve 25 such that the entire exhaust gas flow through the first heat exchanger 20 is directed. Furthermore, the control unit controls 28 the three-way valve 19 such that they are the first heat exchanger 20 leaving working medium flow to the second heat exchanger 21 passes. The working medium is in the second heat exchanger 21 cooled so that it has a suitable overheating, if it is the second heat exchanger 21 leaves and in the expander 22 entry. At the same time, the second heat exchanger 21 heated by the superheated working medium. If it is not possible, the working fluid in the second heat exchanger 21 To remove the overheating controls the control unit 28 the first valve 24 and the second valve 25 such that a portion of the exhaust gas flow through the first heat exchanger 20 is passed, that the working fluid is a suitable overheating in the first heat exchanger 20 receives.

Wenn keine oder eine niedrige Last an dem Verbrennungsmotor und ein Energiebedarf des WRG-Systems vorliegen, bestimmt die Steuereinheit 28, ob die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 21 hoch genug ist, um eine effiziente Verdampfung und Überhitzung des Arbeitsmediums bereitzustellen. Wenn dies der Fall ist, steuert die Steuereinheit 28 die Ventilvorrichtung 19 derart, dass sie den Arbeitsmediumstrom aus dem ersten Wärmetauscher 20 zu dem zweiten Wärmetauscher 21 leitet. Um Druckabfälle in der Abgasleitung 3 zu vermeiden, schließt die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und öffnet das zweite Ventil 25, sodass der gesamte Abgasstrom an dem ersten Wärmetauscher 20 vorbeigeleitet wird. Wenn es nicht möglich oder nicht zweckmäßig ist, den zweiten Wärmetauscher 21 zu erwärmen, wird das WRG-System abgeschaltet. If there is no load or a low load on the internal combustion engine and an energy requirement of the heat recovery system, the control unit determines 28 whether the temperature of the second heat exchanger 21 high enough to provide efficient evaporation and overheating of the working fluid. If this is the case, the control unit controls 28 the valve device 19 such that it is the working medium flow from the first heat exchanger 20 to the second heat exchanger 21 passes. To pressure drops in the exhaust pipe 3 to avoid closing the control unit 28 the first valve 24 and opens the second valve 25 so that the entire exhaust flow to the first heat exchanger 20 is bypassed. If not possible or inappropriate, use the second heat exchanger 21 to heat up, the heat recovery system is shut down.

Wenn eine Last an dem Verbrennungsmotor vorliegt und kein Energiebedarf des Arbeitsmediums in dem WRG-Kreislauf 18 vorliegt, muss die Umwälzung des Arbeitsmediums in dem WRG-Kreislauf 18 weiterlaufen. Hinsichtlich der Information über die Last an dem Verbrennungsmotor 2, die Temperatur der Abgase und die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 21 schätzt die Steuereinheit 28, ob es möglich ist, das Arbeitsmedium in dem zweiten Wärmetauscher 21 zu verdampfen und zu überhitzen. Wenn dies der Fall ist, öffnet die Steuereinheit 28 das erste Ventil 24 und schließt das zweite Ventil 25, sodass der gesamte Abgasstrom durch den ersten Wärmetauscher 20 geleitet wird. Des Weiteren steuert die Steuereinheit 28 die Ventilvorrichtung 19 derart, dass sie den Arbeitsmediumstrom aus dem ersten Wärmetauscher 20 zu dem zweiten Wärmetauscher 21 leitet. Wenn es nicht möglich oder zweckmäßig ist, den zweiten Wärmetauscher 21 zu erwärmen, wird das WRG-System abgeschaltet.If there is a load on the internal combustion engine and no energy requirement of the working fluid in the heat recovery circuit 18 the circulation of the working medium in the WRG cycle must be present 18 continue. With regard to the information about the load on the internal combustion engine 2 , the temperature of the exhaust gases and the temperature of the second heat exchanger 21 appreciates the control unit 28 whether it is possible, the working medium in the second heat exchanger 21 to evaporate and overheat. If this is the case, the control unit opens 28 the first valve 24 and closes the second valve 25 so that the entire exhaust flow through the first heat exchanger 20 is directed. Furthermore, the control unit controls 28 the valve device 19 such that it is the working medium flow from the first heat exchanger 20 to the second heat exchanger 21 passes. If not possible or expedient, use the second heat exchanger 21 to heat up, the heat recovery system is shut down.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann frei innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche verändert werden.The invention is not limited to the described embodiment, but can be changed freely within the scope of the claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2014/096892 [0003] WO 2014/096892 [0003]

Claims (13)

Anordnung zur Rückgewinnung von Wärmeenergie in Abgasen aus einem Verbrennungsmotor (2), wobei die Anordnung ein WRG-System umfasst, das einen WRG-Kreislauf (18) mit einem umwälzenden Arbeitsmedium, einem ersten Wärmetauscher (20) in der Form eines auf einer Hochdruckseite (18a) des WRG-Kreislaufs (18) angeordneten Verdampfers, in dem das Arbeitsmedium durch Abgase aus dem Verbrennungsmotor (2) erwärmt wird, und einen Expander (22), der mechanische Energie aus dem Arbeitsmedium erzeugt, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das WRG-System einen zweiten Wärmetauscher (21), der auf der Hochdruckseite (18a) des WRG-Kreislaufs (18) angeordnet ist und mindestens die zweifache Wärmespeicherkapazität wie der erste Wärmetauscher (20) aufweist, und eine Ventilvorrichtung (24–27, 19) umfasst, die dazu konfiguriert ist, Abgase und Arbeitsmedium derart zu den Wärmetauschern (20, 21) zu leiten, dass das Arbeitsmedium in mindestens einem der Wärmetauscher (20, 21) verdampft und überhitzt wird, bevor es zu dem Expander (2) geleitet wird.Arrangement for recovering heat energy in exhaust gases from an internal combustion engine ( 2 ), the arrangement comprising a heat recovery system that 18 ) with a recirculating working medium, a first heat exchanger ( 20 ) in the form of a high-pressure side ( 18a ) of the WRG cycle ( 18 ) arranged evaporator, in which the working medium by exhaust gases from the internal combustion engine ( 2 ), and an expander ( 22 ), which generates mechanical energy from the working medium, characterized, characterized in that the heat recovery system, a second heat exchanger ( 21 ), on the high pressure side ( 18a ) of the WRG cycle ( 18 ) and at least twice the heat storage capacity as the first heat exchanger ( 20 ), and a valve device ( 24 - 27 . 19 ) configured to deliver exhaust gases and working fluid to the heat exchangers ( 20 . 21 ), that the working medium in at least one of the heat exchangers ( 20 . 21 ) is evaporated and overheated before going to the expander ( 2 ). Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (21) eine größere Masse als der erste Wärmetauscher (20) aufweist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the second heat exchanger ( 21 ) a larger mass than the first heat exchanger ( 20 ) having. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (21) einen durch die Abgase zu erwärmenden Feststoff umfasst.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the second heat exchanger ( 21 ) comprises a solid to be heated by the exhaust gases. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (21) ein durch die Abgase zu erwärmendes Phasenwechselmaterial umfasst.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second heat exchanger ( 21 ) comprises a phase change material to be heated by the exhaust gases. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (21) eine Mischung aus zwei durch die Abgase zu erwärmende Phasenwechselmaterialien umfasst.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second heat exchanger ( 21 ) comprises a mixture of two phase change materials to be heated by the exhaust gases. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (20) und der zweite Wärmetauscher (21) in dem WRG-Kreislauf (18) parallel angeordnet sind und dass die Ventilvorrichtung ein Ventil (19) umfasst, das das Arbeitsmedium zu dem ersten Wärmetauscher (29) oder dem zweiten Wärmetauscher (21) leitet.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat exchanger ( 20 ) and the second heat exchanger ( 21 ) in the WRG cycle ( 18 ) are arranged in parallel and that the valve device is a valve ( 19 ) comprising the working medium to the first heat exchanger ( 29 ) or the second heat exchanger ( 21 ). Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (20) und der zweite Wärmetauscher (21) in dem WRG-Kreislauf (18) in Reihe angeordnet sind und dass die Ventilvorrichtung ein Ventil (19) umfasst, das in einer dem ersten Wärmetauscher nachgeschalteten und dem zweiten Wärmetauscher vorgeschalteten Position zwischen den Wärmetauschern (20, 21) angeordnet ist und das den ersten Wärmetauscher (20) verlassende Arbeitsmedium zu dem zweiten Wärmetauscher (21) oder an dem zweiten Wärmetauscher (21) vorbei leitet.Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the first heat exchanger ( 20 ) and the second heat exchanger ( 21 ) in the WRG cycle ( 18 ) are arranged in series and that the valve device is a valve ( 19 ), which in a first heat exchanger downstream and the second heat exchanger upstream position between the heat exchangers ( 20 . 21 ) is arranged and that the first heat exchanger ( 20 ) leaving working medium to the second heat exchanger ( 21 ) or at the second heat exchanger ( 21 ) passes by. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (20) und der zweite Wärmetauscher (21) in einer Abgasleitung (3) des Verbrennungsmotors (2) angeordnet sind.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat exchanger ( 20 ) and the second heat exchanger ( 21 ) in an exhaust pipe ( 3 ) of the internal combustion engine ( 2 ) are arranged. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (20) in einer Abgasleitung (3) des Verbrennungsmotors (2) angeordnet ist und der zweite Wärmetauscher (21) außerhalb der Abgasleitung (3) des Verbrennungsmotors (2) angeordnet ist.Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 5 and claim 7, characterized in that the first heat exchanger ( 20 ) in an exhaust pipe ( 3 ) of the internal combustion engine ( 2 ) is arranged and the second heat exchanger ( 21 ) outside the exhaust pipe ( 3 ) of the internal combustion engine ( 2 ) is arranged. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Wärmetauscher-Bypassleitung (3a) umfasst und dass die Ventilvorrichtung mindestens ein Ventil (24, 25) umfasst, das den Abgasstrom durch den ersten Wärmetauscher (20) und die erste Wärmetauscher-Bypassleitung (3a) steuert.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a first heat exchanger bypass line ( 3a ) and that the valve device comprises at least one valve ( 24 . 25 ) comprising the exhaust gas flow through the first heat exchanger ( 20 ) and the first heat exchanger bypass line ( 3a ) controls. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Wärmetauscher-Bypassleitung (3b) umfasst, und dass die Ventilvorrichtung mindestens ein Ventil (26, 27) umfasst, das den Abgasstrom durch den zweiten Wärmetauscher (21) und die zweite Wärmetauscher-Bypassleitung (3b) steuert.Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 8 and claim 10, characterized in that it comprises a second heat exchanger bypass line ( 3b ), and in that the valve device has at least one valve ( 26 . 27 ) comprising the exhaust gas flow through the second heat exchanger ( 21 ) and the second heat exchanger bypass line ( 3b ) controls. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit (28) umfasst, die dazu konfiguriert ist, die Ventilvorrichtung (19) mittels einer Information von mindestens einem Betriebsparameter zu steuern.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a control unit ( 28 ), which is configured to control the valve device ( 19 ) by means of information of at least one operating parameter. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter mindestens einen der folgenden Parameter der Temperatur der Abgase, der Temperatur des zweiten Wärmetauschers, der Last (31) des Verbrennungsmotors (2) und des Energiebedarfs (32) des WRG-Systems betrifft.Arrangement according to claim 12, characterized in that the operating parameter at least one of the following parameters of the temperature of the exhaust gases, the temperature of the second heat exchanger, the load ( 31 ) of the internal combustion engine ( 2 ) and energy demand ( 32 ) of the WRG system.
DE102017006171.8A 2016-07-07 2017-06-29 Arrangement for the recovery of thermal energy in exhaust gases from an internal combustion engine Active DE102017006171B4 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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IT202200000296A1 (en) * 2022-01-11 2023-07-11 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Heat damper for a waste heat recovery unit and waste heat recovery unit comprising a heat damper

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