AT517911B1 - Verfahren und steuerung eines abwärmenutzungssystems für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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AT517911B1 ATA50608/2015A AT506082015A AT517911B1 AT 517911 B1 AT517911 B1 AT 517911B1 AT 506082015 A AT506082015 A AT 506082015A AT 517911 B1 AT517911 B1 AT 517911B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Abwärmenutzungssystems (20) für eine Brennkraftmaschine (10) eines Fahrzeuges, wobei das Abwärmenutzungssystem (20) zumindest einen Expander (22), zumindest einen Verdampfer (21) und zumindest eine Pumpe (24) für ein Betriebsmittel aufweist, und wobei zumindest der Verdampfer (21) im Bereich des Abgassystems (11) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist. Der in mehreren Betriebsmodi betreibbare Expander (22) wird in zumindest einem Betriebsmodus mit einer Nebenantriebswelle (19) der Brennkraftmaschine (10) antriebsverbunden. Auf Grund zumindest einer Eingangsgröße wird durch die Steuerungseinrichtung (30) jeweils ein Betriebsmodus des Abwärmenutzungssystems (20) ausgewählt und das Abwärmenutzungssystem (20) in diesem Betriebsmodus betrieben, wobei ein erster Betriebsmodus (1) einer Warmlaufphase des Expanders (22), und ein zweiter Betriebsmodus (2) einer Normalbetriebsphase des Expanders (22) zugeordnet wird. Im ersten Betriebsmodus (1) wird der Umgehungsströmungsweg (25) geöffnet und der Expander (22) mit einer Nebenantriebswelle (19) der Brennkraftmaschine (10) verbunden wird. Im zweiten Betriebsmodus (2) wird der Umgehungsströmungsweg (25) geschlossen und der Expander (22) mit der Brennkraftmaschine (10) verbunden.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Abwärmenutzungssystems für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, wobei das Abwärmenutzungssystem zumindest einen Drehmoment an die Brennkraftmaschine übertragbaren und über einen Umgehungsströmungsweg umgehbaren Expander, zumindest einen Verdampfer und zumindest eine Pumpe für ein Betriebsmittel, insbesondere Ethanol, aufweist, und wobei zumindest der Verdampfer im Bereich des Abgassystems der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei der in mehreren Betriebsmodi betreibbare Expander in zumindest einem Betriebsmodus mit einer Nebenantriebswelle der Brennkraftmaschine antriebsverbunden wird, und auf Grund zumindest einer Eingangsgrößen jeweils ein Betriebsmodus von zumindest zwei Betriebsmodi des Abwärmenutzungssystems durch eine die Steuerungseinrichtung ausgewählt wird und das Abwärmenutzungssystem, vorzugsweise durch Ansteuerung zumindest eines in einem Umgehungsströmungsweg des Expanders angeordneten Umgehungsventils des Expanders, in diesem Betriebsmodus betrieben wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Programmlogik zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Weiters betrifft die Erfindung ein Abwärmenutzungssystem für ein durch eine Brennkraftmaschine über einen Antriebsstrang angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Abwärmenutzungssystems, wobei das Abwärmenutzungssystem zumindest einen Drehmoment an die Brennkraftmaschine übertragbaren und über einen Umgehungsströmungsweg umgehbaren Expander, zumindest einen Verdampfer und zumindest eine Pumpe für ein Betriebsmittel, insbesondere Ethanol, aufweist, und wobei zumindest der Verdampfer im Bereich des Abgassystems der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
[0003] Es ist bekannt, Abwärme von Brennkraftmaschinen zu nutzen. Solche als WHR (Waste Heat Recovery)-Systeme bekannten Einrichtungen wandeln die Abwärme des Abgases der Brennkraftmaschine in beispielsweise mechanische oder elektrische Energie um. Derartige WHR-Systeme sind beispielsweise aus den Veröffentlichungen US 8 635 871 A1, US 2011/0209473 A1 oder US 2013/0186087 A1 bekannt.
[0004] Die WO 2006/138 459 A2 offenbart einen organischen Rankine-Zyklus, welcher mechanisch und thermisch an eine Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Dabei ist die Antriebswelle der Brennkraftmaschine an eine Turbine eines Abwärmenutzungssystems gekoppelt, welches Abwärme der Einlassluft, des Kühlmittels, des Öls und des Abgases der Brennkraftmaschine entzieht. Über Bypassventile wird die Motortemperatur gesteuert. Zur Anpassung an unterschiedliche Lastzustände, Druckverhältnisse, Drehzahlen und Temperaturen der Turbine können über einen Steuereinheit verschiedene Systemparameter, insbesondere das Turbinendruckverhältnis, über Bypassventile gesteuert werden. Zwischen der Brennkraftmaschine und der Turbine ist eine Überlaufkupplung vorgesehen, welche ein Drehen der Brennkraftmaschine ohne gleichzeitiges Antreiben der Turbine ermöglicht.
[0005] Aus der WO 2006/138 459 A2 ist es aber nicht bekannt, in einem ersten Betriebsmodus den Umgehungsströmungsweg der Turbine zu öffnen, wobei die Turbine mit einer Nebenantriebswelle der Brennkraftmaschine nicht verbunden ist und in einem zweiten Betriebsmodus den Umgehungsströmungsweg zu schließen, wobei der Expander mit der Brennkraftmaschine verbunden wird. Weiters geht aus dieser Entgegenhaltung nicht hervor, dass der zweite Betriebsmodus gewählt wird, wenn der Druck oder die Temperatur des Betriebsmittels stromabwärts des Expanders einen definierten Wert überschreitet.
[0006] Die US 2009/0071156 A1 zeigt eine Abwärmerückgewinnungseinrichtung, welche einen Rankine-Kreislauf mit einem Verdichter und einem Expander aufweist, wobei der Expander über eine Bypassleitung umgehbar ist. Stromaufwärts der Turbine ist ein Temperatursensor und ein Drucksensor, stromabwärts der Turbine ein Drucksensor angeordnet. In Abhängigkeit der Informationen über den Überhitzungszustand des Mediums des Rankine-Kreislaufes stromaufwärts der Expansionseinrichtung wird die Drehzahl der Expansionseinrichtung geregelt. Eine mechanische Verbindung der Expansionseinrichtung mit der Antriebswelle einer Brennkraftma1 /10
AT 517 911 B1 2018-03-15 österreichisches patentamt schine ist nicht vorgesehen.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des Abwärmenutzungssystems für eine Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
[0008] Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass die Eingangsgröße aus der Gruppe Expanderdrehzahl, Ganginformation, Ausrollinformation, Druck und Temperatur des Betriebsmittels stromaufwärts des Expanders und/oder Druck und Temperatur stromabwärts des Expanders durch die Steuerungseinrichtung ausgewählt wird, wobei ein erster Betriebsmodus einer Warmlaufphase des Expanders, und ein zweiter Betriebsmodus einer Normalbetriebsphase des Expanders zugeordnet wird, wobei im ersten Betriebsmodus der Umgehungsströmungsweg geöffnet und der Expander mit einer Nebenantriebswelle der Brennkraftmaschine nicht verbunden ist, und wobei im zweiten Betriebsmodus der Umgehungsströmungsweg geschlossen wird und der Expander mit der Brennkraftmaschine verbunden wird, wobei der zweite Betriebsmodus gewählt wird, wenn der Druck und/oder die Temperatur des Betriebsmittels stromabwärts des Expanders einen definierten Wert überschreitet. Umgekehrt kann vom zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus gewechselt werden, wenn der Druck und/oder die Temperatur des Betriebsmittels stromabwärts und/oder stromaufwärts des Expanders einen definierten Wert überschreitet.
[0009] Im ersten Betriebsmodus ist das Umgehungsventil geöffnet, die Starteinrichtung deaktiviert. Das Betriebsmittel wird somit am Expander vorbeigeleitet, wodurch der Expander kein Drehmoment erzeugt. Im zweiten Betriebsmodus ist das Umgehungsventil geschlossen, die Starteinrichtung ebenfalls deaktiviert. Bei geschlossenem Umgehungsventil strömt das Betriebsmedium durch den Expander, wodurch dieser Arbeit leistet.
[0010] Besonders ist es, wenn ein dritter Betriebsmodus zumindest einer Gangwechselphase zugeordnet ist. Während eines Gangwechsels wird das Abwärmenutzungssystems in Abhängigkeit der Schaltrichtung in diesem dritten Betriebsmodus betrieben. Die Stellung des Umgehungsventils hängt vom Schaltvorgang, insbesondere von der Richtung des Schaltvorgangs ab.
[0011] Während zumindest eines Runterschaltvorganges bleibt der Umgehungsströmungsweg des Expanders geschlossen und die Nebenantriebswelle durch den Expander angetrieben. Während zumindest eines Hochschaltvorganges wird der Umgehungsströmungsweg des Expanders geöffnet und/oder der Expander von der Nebenantriebswelle getrennt. Die Ganginformation, insbesondere ob ein Runter- oder ein Hochschaltvorgang vorliegt, wird von einem Gangsensor des Getriebes an die die Steuerungseinrichtung geliefert.
[0012] Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Abwärmenutzungssystem in einem vierten Betriebsmodus während zumindest eines Segelbetriebs des Fahrzeugs, während zumindest eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine und/oder während zumindest eines Motorbremsbetriebs der Brennkraftmaschine betrieben wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn im vierten Betriebsmodus der Expander nicht von der Nebenantriebswelle getrennt wird. Vorzugsweise wird der Expander von der Nebenantriebswelle erst dann getrennt, wenn das Drehmoment des Expanders einen definierten Wert unterschreitet.
[0013] Als Segelbetrieb wird ein drehmomentfreier Betrieb des Fahrzeuges verstanden, bei welchem die Schaltkupplung zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe geöffnet wird, um den Widerstand im Antriebsstrang zu verringern.
[0014] Ob ein Segelbetrieb des Fahrzeuges vorliegt oder nicht, wird der Steuerungseinheit vom Getriebe bzw. der Schaltkupplung mittels Ausrollinformationen mitgeteilt.
[0015] Über die Fliehraftkupplung (Überholkupplung) wird der Expander von der Nebenantriebswelle getrennt, wenn die Drehzahl der Nebenantriebswelle höher als die Drehzahl des Expanders wird. Damit ist ein Starten des Expanders durch die Brennkraftmaschine aber nicht möglich.
[0016] Daher ist insbesondere in Ausführungen, bei denen der Expander über eine Fliehkraftkupplung mit der Nebenantriebswelle verbindbar ist, ein fünfter Betriebsmodus für den Start des
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Expanders vorgesehen. Für den Start des Expanders wird das Abwärmenutzungssystem im fünften Betriebsmodus betrieben, welcher vorsieht, dass der Expander durch Aktivieren einer mit dem Expander verbundenen Starteinrichtung gestartet wird.
[0017] Im ersten Betriebsmodus und/oder bei inaktivem Wärmenutzungssystem wird der Expander - bei geöffnetem Umgehungsventil - über den Umgehungsströmungsweg umgangen und/oder (durch die schaltbare Kupplung oder die Fliehkraftkupplung) von der Nebenantriebswelle getrennt.
[0018] Um eine Beschädigung des Abwärmenutzungssystems sicher zu vermeiden, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass der Umgehungsströmungsweg des Expanders geschlossen wird, wenn sich das Betriebsmittel des Abwärmenutzungssystems in einem überhitzten Zustand befindet. Im Falle einer schaltbaren Kupplung zwischen Nebenantriebswelle und Expander kann zusätzlich vorgesehen sein, dass der Expander mit der Nebenantriebswelle antriebsverbunden wird, wenn das Betriebsmittel des Abwärmenutzungssystems stromabwärts des Expanders sich in einem überhitzten Zustand befindet und/oder wenn die Expanderdrehzahl einen definierten Wert überschreitet und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen definierten Wert überschreitet.
[0019] Wenn sich das Betriebsmittel des Abwärmenutzungssystems stromaufwärts des Expanders in einem nicht überhitzten Zustand befindet oder wenn die Brennkraftmaschine abgestellt wird, kann der Expander von der Nebenantriebswelle getrennt werden, ohne dass Gefahr besteht, dass eine kritische Drehzahl überschritten wird.
[0020] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nicht einschränkenden Figuren näher beschrieben.
[0021] Es zeigen schematisch [0022] Fig. 1 [0023] Fig. 2 [0024] Fig. 3 [0025] Fig. 4 ein Abwärmenutzungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung in einer ersten Ausführungsvariante, die Betriebsmodi dieser Steuerungseinrichtung, ein Abwärmenutzungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung in einer zweiten Ausführungsvariante und die Betriebsmodi dieser Steuerungseinrichtung.
[0026] In den dargestellten Ausführungsvarianten sind funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
[0027] Fig. 1 und 3 zeigen jeweils eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Abgassystem 11, in welchem eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 - beispielsweise ein Diesel-Oxidationskatalysator 12, ein Dieselpartikelfilter 12b und ein SCR-Katalysator 12c (SCR - selective catalytic reduction) - angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 10 weist ein Antriebsstrang 13 mit einer Kurbelwelle 14, einer Schaltkupplung 15 und einen (Schalt-)Getriebe 16 auf, welches auf die Antriebswelle 17 der Antriebsräder 18 einwirkt.
[0028] Weiters weist die Brennkraftmaschine 10 ein Abwärmenutzungssystem 20 zur Nutzung der Abgaswerte des Abgassystems 11 der Brennmaschine 10 auf. Das Abwärmenutzungssystem 20 weist einen Verdampfer 21 auf, welcher stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 im Bereich des Abgassystems 11 angeordnet ist. Das beispielsweise nach dem organischen Rankine Kreislauf (ORC) funktionierende Abwärmenutzungssystem 20 weist stromabwärts des Verdampfers 21 im Betriebsmittelkreislauf einen Expander 22 und einen Kondensator 23, sowie eine Pumpe 24 für das Betriebsmittel auf. Als Betriebsmittel kann beispielsweise Ethanol verwendet werden. Zur Umgehung des Expanders 22 ist eine Umgebungsleitung 25 mit einem Umgehungsventil 26 vorgesehen. Der Verdampfer 21 kann abgasseitig über eine Bypassleitung 36 und ein Bypassventil 37 umgangen werden, wenn die Abgaswärme für den Verdampfer 21 zu hoch wird, oder der Systemdruck einen definierten Wert überschrei3/10
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Patentamt tet, oder das Kühlsystem übermäßig belastet wird, oder das Abwärmenutzungssystem 20 in einem Fehlermodus ist, oder bei reinem Motorbetrieb, ohne Motorbremse. Die Ansteuerung des
Bypassventils 37 erfolgt in Abhängigkeit zumindest eines der Betriebsparameter aus der Gruppe Lüfterleistung, Systemdruck, Systemtemperatur und Massenstrom des Betriebsmittels.
[0029] Zur Steuerung des Abwärmenutzungssystems 20 ist eine Steuerungseinrichtung 30 vorgesehen, welche eine Programmlogik 31 aufweist, die ausgebildet ist, um für den Betrieb des Abwärmenutzungssystems 20 den geeignetsten Betriebsmodus aus mehreren Betriebsmodi 1 bis 4 bzw. 1 bis 5 auszuwählen. Die Auswahl des geeignetsten Betriebsmodus erfolgt dabei auf der Basis zumindest einer der Eingangsgrößen der Steuerungseinrichtung 30, nämlich: Expanderdrehzahl n, Ganginformation Gl, Ausrollinformation CI, Druck p1; Temperatur Tj des Betriebsmittels stromaufwärts des Expanders 22, sowie des Druckes p2, und der Temperatur T2 des Betriebsmittels stromabwärts des Expanders 22. Für die Erfassung der Parameter Drücke p1; p2 und Temperaturen T1; T2 sind Drucksensoren 32, 33 und Temperatursensoren 34, 35 stromaufwärts und stromabwärts des Expanders 22 im Betriebsmittelkreislauf des Abwärmenutzung Systems 20 vorgesehen. Die Drucksensoren 32, 33 und Temperatursensoren 34, 35 stehen mit der Steuerungseinrichtung 30 in Verbindung. Die Ganginformation Gl und Ausrollinforation CI werden beispielsweise von geeigneten Gebern im Getriebe 16 der Steuerungseinrichtung 30 zur Verfügung gestellt.
[0030] Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsvariante ist der Expander 22 mit der Nebenantriebswelle 19 der Brennkraftmaschine 10 über eine schaltbare Kupplung 28 verbunden. Die schaltbare Kupplung 28 wird über die Steuerungseinrichtung 30 gesteuert. Sie ermöglicht es, den Expander 22 über die Brennkraftmaschine 10 zu starten, indem die Schaltkupplung 28 geschlossen wird.
[0031] In Fig. 2 sind die Betriebsmodi dieser ersten Ausführungsvariante dargestellt. Es können mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante folgende Betriebsmodi durchgeführt werden:
[0032] Erster Betriebsmodus 1 wird während der Aufwärmphase des Expanders 22 durchgeführt; im Betriebsmodus 1 ist das Umgehungsventil 26 geöffnet, sodass das Betriebsmittel am Expander 22 vorbeigeführt wird.
[0033] Zweiter Betriebsmodus 2: Dieser Betriebsmodus 2 ist dem Normalbetrieb des Expanders 22 zugeordnet. Sobald der Druck p2 und/oder die Temperatur T2 des Betriebsmittels stromabwärts des Expanders 22 einen definierten Wert bzw. definierte Werte überschreiten, wird der Betriebsmodus 2 aktiviert.
[0034] Dritter Betriebsmodus 3: dieser Betriebsmodus 3 dient für Gangwechselvorgänge des Getriebes 16.
[0035] Während des Runterschaltvorganges wird das Umgehungsventil 26 geschlossen.
[0036] Die Nebenantriebswelle 19 wird durch den Expander 22 angetrieben und das Drehmoment des Expanders 22 genutzt, während die Drehzahl der Kurbelwelle 14 der Brennkraftmaschine 10 und die Drehzahl des Getriebes 16 synchronisiert werden. Die Schaltkupplung 15 ist dabei geöffnet. Dadurch kann die Kraftstoffmenge zur Beschleunigung der Brennkraftmaschine 10 reduziert werden. Weiters kann während des Schaltvorganges eine gewisse Motordrehzahl gehalten werden. Somit kann die Abgaswärme stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 zur Überbrückung von Drehmomenteinbrüchen bei Schaltpausen verwendet werden.
[0037] Während des Hochschaltvorganges wird das Umgehungsventil 26 des Expanders 22 geöffnet und - bei schaltbarer Kupplung 28 - der Expander 22 durch Öffnen der schaltbaren Kupplung 28 von der Nebenantriebswelle 19 getrennt. Dadurch wird vermieden, dass Drehmoment vom Expander 22 auf die Brennkraftmaschine 10 übertragen wird.
[0038] Vierter Betriebsmodus 4: dieser Betriebsmodus 4 wird während des Segelbetriebs, des Warmlaufbetriebs und/oder des Motorbremsbetriebs der Brennkraftmaschine 10 verwendet. Im Segelbetrieb rollt das Fahrzeug ohne Drehmomentübertragung zwischen Brennkraftmaschine
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AT 517 911 B1 2018-03-15 österreichisches patentamt und Antriebsräder 18, im Allgemeinen bei geöffneter Schaltkupplung 15. Das Umgehungsventil 26 ist im Betriebsmodus 4 geschlossen, um vom Expander 22 Drehmoment an die Brennkraftmaschine 10 zu übertragen. Dadurch wird - insbesondere bei geöffneter Schaltkupplung 15 - der Kraftstoffverbrauch im Leerlauf vermindert. Wenn ein hohes Drehmoment vom Expander 22 zur Verfügung steht, kann die Schaltkupplung 15 geschlossen werden, bis das Drehmoment des Expanders 22 einen definierten Wert unterschreitet.
[0039] Die in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsvariante unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, dass anstelle der schaltbaren Kupplung 28 eine Freilaufkupplung 29a und eine Fliehkraftbremseinrichtung 29b zur Verbindung des Expanders 22 mit der Nebenantriebswelle 19 der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen sind.
[0040] Zum Starten des Expanders 22 kann die Steuerungseinrichtung 30 zusätzlich zu den oben genannten Betriebsmodi 1 bis 4 einen fünften Betriebsmodus 5 ausführen, um den Expander 22 mit einer internen oder externen Starteinrichtung 27 zu starten (siehe Fig. 3, 4).
[0041] Um zu vermeiden, dass der Expander 22 mit Überdrehzahl betrieben und dadurch geschädigt werden kann, sieht die Steuerungseinrichtung 30 spezielle Sicherheitsmaßnahmen vor. So wird das Umgehungsventil 26 nur dann geschlossen, wenn sich das Betriebsmittel in einem überhitzten Zustand befindet, also beispielsweise wenn das Betriebsmittel Ethanol sich in der Gasphase befindet. Eine weitere Sicherheitsmaßnahme ist, dass das Umgehungsventil 26 geöffnet wird, wenn ein Gangwechsel in einen höheren Gang durchgeführt wird. Insbesondere bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante mit Freilaufkupplung 29a und Fliehkraftbremseinrichtung 29b sind keine weiteren Schritte erforderlich.
[0042] Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante mit einer schaltbaren Kupplung 28 werden das Umgehungsventil 26 und die schaltbare Kupplung 28 nur dann geschlossen, wenn sich das Betriebsmittel in einem überhitzten Zustand befindet, also beispielsweise, wenn das Betriebsmittel Ethanol sich in Gasphase befindet. Bei einem Gangwechsel in einen höheren Gang werden sowohl das Umgehungsventil 26, als auch die schaltbare Kupplung 28 geöffnet.
[0043] Die schaltbare Kupplung 28 wird somit geschlossen, wenn sich das Betriebsmittel in einem überhitzten Zustand befindet, oder wenn die Drehzahl n des Expanders 22 und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 über einem definierten Wert liegt. Die schaltbare Kupplung 28 wird also geöffnet, wenn sich der Expander 22 in einem nicht überhitzten Zustand befindet. Die Schaltkupplung 28 wird auch dann geöffnet, und sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 von einem aktivierten in einen deaktivierten Zustand in, wenn also die Brennkraftmaschine 10 abgestellt wird.
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Claims (20)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Steuerung eines Abwärmenutzungssystems (20) für eine Brennkraftmaschine (10) eines Fahrzeuges, wobei das Abwärmenutzungssystem (20) zumindest einen Drehmoment an die Brennkraftmaschine (10) übertragbaren und über einen Umgehungsströmungsweg (25) umgehbaren Expander (22), zumindest einen Verdampfer (21) und zumindest eine Pumpe (24) für ein Betriebsmittel, insbesondere Ethanol, aufweist, und wobei zumindest der Verdampfer (21) im Bereich des Abgassystems (11) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist, wobei der in mehreren Betriebsmodi betreibbare Expander (22) in zumindest einem Betriebsmodus mit einer Nebenantriebswelle (19) der Brennkraftmaschine antriebsverbunden wird, und auf Grund zumindest einer Eingangsgrößen jeweils ein Betriebsmodus von zumindest zwei Betriebsmodi (1, 2, 3, 4, 5) des Abwärmenutzungssystems (20) durch eine die Steuerungseinrichtung (30) ausgewählt wird und das Abwärmenutzungssystem (20), vorzugsweise durch Ansteuerung zumindest eines in einem Umgehungsströmungsweg (25) des Expanders (22) angeordneten Umgehungsventils (26) des Expanders (22), in diesem Betriebsmodus betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgröße aus der Gruppe Expanderdrehzahl (n), Ganginformation (Gl), Ausrollinformation (CI), Druck (p-ι) und Temperatur (T) des Betriebsmittels stromaufwärts des Expanders (22) und/oder Druck (p2) und Temperatur (T2) stromabwärts des Expanders (22) durch die Steuerungseinrichtung (30) ausgewählt wird, wobei ein erster Betriebsmodus (1) einer Warmlaufphase des Expanders (22), und ein zweiter Betriebsmodus (2) einer Normalbetriebsphase des Expanders (22) zugeordnet wird, wobei im ersten Betriebsmodus (1) der Umgehungsströmungsweg (26) geöffnet und der Expander (22) mit einer Nebenantriebswelle (19) der Brennkraftmaschine (10) nicht verbunden ist, und wobei im zweiten Betriebsmodus der Umgehungsströmungsweg (25) geschlossen wird und der Expander (22) mit der Brennkraftmaschine (10) verbunden wird, wobei der zweite Betriebsmodus (2) gewählt wird, wenn der Druck (p2) und/oder die Temperatur (T2) des Betriebsmittels stromabwärts des Expanders (22) einen definierten Wert überschreitet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus gewechselt wird, wenn der Druck (p^ und/oder die Temperatur (T-ι) des Betriebsmittels stromaufwärts des Expanders (22) einen definierten Wert überschreitet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwärmenutzungssystem (20) in einem dritten Betriebsmodus (3) während zumindest einem Gangwechsel betrieben wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während zumindest eines Runterschaltvorganges ein Umgehungsströmungsweg (25) des Expanders (22) geschlossen wird und die Nebenantriebswelle (19) durch den Expander (22) angetrieben wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass während zumindest eines Hochschaltvorganges ein Umgehungsströmungsweg (25) des Expanders (22) geöffnet wird und/oder der Expander (22) von der Nebenantriebswelle (19) getrennt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwärmenutzungssystem (20) in einem vierten Betriebsmodus (4) während zumindest eines Segelbetriebs des Fahrzeugs, während zumindest eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine (10) und/oder zumindest eines Motorbremsbetriebs der Brennkraftmaschine (10) betrieben wird, wobei vorzugsweise im vierten Betriebsmodus (4) der Umgehungsströmungsweg (25) geschlossen wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im vierten Betriebsmodus der Expander (22) von der Nebenantriebswelle (19) getrennt wird, wobei vorzugsweise der Expander (22) von der Nebenantriebswelle (19) erst getrennt wird, wenn das Drehmoment des Expanders (22) einen definierten Wert unterschreitet.
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  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwärmenutzungssystem (20) in einem fünften Betriebsmodus (5) während zumindest einer Startphase des Expanders (22) betrieben wird, wobei der Expander (22) durch Aktivieren einer mit dem Expander (22) verbundenen Starteinrichtung (27) gestartet wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (22) im ersten Betriebsmodus (1) und/oder bei inaktivem Abwärmenutzungssystem (20) von der Nebenantriebswelle (19) getrennt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgehungsströmungsweg (25) des Expanders (22) geschlossen wird, wenn sich das Betriebsmittel des Abwärmenutzungssystems (20) in einem überhitzten Zustand befindet.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (22) mit der Nebenantriebswelle (19) antriebsverbunden wird, wenn sich das Betriebsmittel des Abwärmenutzungssystems (20) stromabwärts des Expanders (22) in einem Überhitzten Zustand befindet und/oder wenn die Expanderdrehzahl (n) einen definierten Wert überschreitet und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine (10) einen definierten Wert überschreitet.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (22) von der Nebenantriebswelle (19) getrennt wird, wenn sich das Betriebsmittel des Abwärmenutzungssystems (20) stromaufwärts des Expanders (22) in einem nicht überhitzten Zustand befindet oder wenn die Brennkraftmaschine (10) abgestellt wird.
  13. 13. Abwärmenutzungssystem (20) für ein durch eine Brennkraftmaschine (10) über einen Antriebsstrang (13) angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einer Steuerungseinrichtung (30) zur Steuerung des Abwärmenutzungssystems (20), wobei das Abwärmenutzungssystem (20) zumindest einen Drehmoment an die Brennkraftmaschine (10) übertragbaren und über einen Umgehungsströmungsweg (25) umgehbaren Expander (22), zumindest einen Verdampfer (21) und zumindest eine Pumpe (24) für ein Betriebsmittel, insbesondere Ethanol, aufweist, und wobei zumindest der Verdampfer (21) im Bereich des Abgassystems (11) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist, wobei der in mehreren Betriebsmodi betreibbare Expander (22) in zumindest einem Betriebsmodus mit einer Nebenantriebswelle (19) der Brennkraftmaschine (10) antriebsverbindbar ist und auf Grund zumindest einer Eingangsgröße durch die Steuerungseinrichtung (30) jeweils ein Betriebsmodus von zumindest zwei Betriebsmodi (1, 2, 3, 4, 5) des Expanders (22) auswählbar ist, und der Expander (22) vorzugsweise durch Ansteuerung zumindest eines in einem Umgehungsströmungsweg (25) des Expanders (22) angeordneten Umgehungsventils (26) - in diesem Betriebsmodus betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgröße aus der Gruppe Expanderdrehzahl (n), Ganginformation (Gl), Ausrollinformation (CI), Druck (p^ und Temperatur (T-ι) des Betriebsmittels stromaufwärts des Expanders (22) und/oder Druck (p2) und Temperatur (T2) stromabwärts des Expanders (22) auswählbar ist, wobei ein erster Betriebsmodus (1) einer Warmlaufphase des Abwärmenutzungssystems (20), und ein zweiter Betriebsmodus (2) einer Normalbetriebsphase des Expanders (22) zugeordnet ist, und in zumindest einem Betriebsmodus der Expander (22) von der Nebenantriebswelle (19) trennbar ist, wobei im ersten Betriebsmodus (1) der Umgehungsströmungsweg (25) geöffnet und der Expander (22) von der Nebenantriebswelle (19) trennbar ist und im zweiten Betriebsmodus (2) der Umgehungsströmungsweg (25) schließbar und der Expander (22) mit der Brennkraftmaschine (10) verbindbar ist, und wobei in zumindest einem Betriebsmodus der Expander (22) von der Nebenantriebswelle (19) trennbar ist, und wobei der zweite Betriebsmodus (2) wählbar ist, wenn der Druck (p2) und/oder die Temperatur (T2) des Betriebsmittels stromabwärts des Expanders (22) einen definierten Wert überschreitet.
  14. 14. Abwärmenutzungssystem (20) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Betriebsmodus (3) zumindest einer Gangwechselphase zugeordnet ist.
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  15. 15. Abwärmenutzungssystem (20) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Betriebsmodus (4) zumindest einem Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs, zumindest einem Warmlaufbetrieb der Brennkraftmaschine (10) und/oder zumindest einem Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine (10) zugeordnet ist, wobei vorzugsweise im vierten Betriebsmodus (4) der Umgehungsströmungsweg (25) schließbar ist.
  16. 16. Abwärmenutzungssystem (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im vierten Betriebsmodus (4) der Expander (22) von der Nebenantriebswelle (19) trennbar ist.
  17. 17. Abwärmenutzungssystem (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (22) im ersten Betriebsmodus und/oder bei inaktivem Abwärmenutzungssystem (20) von der Nebenantriebswelle (19) trennbar ist.
  18. 18. Abwärmenutzungssystem (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (22) zumindest mit einer Starteinrichtung (27) verbunden ist, wobei in einem zumindest einer Startphase des Expanders (22) zugeordneten fünften Betriebsmodus der Expander (22) durch Aktivieren der externen Starteinrichtung (27) startbar ist. (Fig. 3, 4)
  19. 19. Abwärmenutzungssystem (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (22) über zumindest eine schaltbare Kupplung (28) mit der Nebenantriebswelle (19) verbindbar oder von dieser trennbar ist.
  20. 20. Abwärmenutzungssystem (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (22) über zumindest eine Freilaufkupplung (29a) mit der Nebenantriebswelle (19) verbindbar ist, wobei vorzugsweise zwischen der Freilaufkupplung (29a) und dem Expander (22) zumindest eine Fliehkraftbremseinrichtung (29b) angeordnet ist.
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