WO2013131642A1 - Abwärmenutzungsvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2013131642A1
WO2013131642A1 PCT/EP2013/000652 EP2013000652W WO2013131642A1 WO 2013131642 A1 WO2013131642 A1 WO 2013131642A1 EP 2013000652 W EP2013000652 W EP 2013000652W WO 2013131642 A1 WO2013131642 A1 WO 2013131642A1
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waste heat
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motor vehicle
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Volodymyr FRANK
Manuel Jung
Christoph JUNKER
Eugen Krebs
Alexander Kropp
Thomas Streule
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a waste heat utilization device for a motor vehicle with an internal combustion engine.
  • the invention further relates to a motor vehicle with such a waste heat utilization device and an operating method for a motor vehicle with such a waste heat utilization device.
  • a conventional waste heat utilization device which preferably operates according to the Rankine cycle process or the Clausius-Rankine cycle process, usually comprises a waste heat utilization cycle in which a working fluid is circulated.
  • Waste heat recovery circuit are in the flow direction of the working fluid behind each other a conveyor for driving the working fluid, an evaporator for
  • Working means and arranged a condenser for condensing the working fluid.
  • DE 24 00 760 describes a motor vehicle which can be driven alternatively or simultaneously by an internal combustion engine and an electric motor.
  • US 4,405,029 discloses a hybrid vehicle including an internal combustion engine and an electric motor.
  • the electric motor can by means of a
  • Waste heat utilization device operated.
  • the electric motor can be used both for driving a transmission and for charging a battery.
  • the electrical energy stored in the battery can be used to drive the electric motor.
  • EP 1 249 585 A1 discloses a heat exchanger of a multi-cylinder internal combustion engine.
  • the heat exchanger may be formed as a waste heat utilization device which is mounted in a motor vehicle.
  • Waste heat recovery device in turn, includes an evaporator that generates steam at an elevated temperature and pressure, using waste heat, such as an exhaust from an internal combustion engine, as the heat source.
  • EP 1 326 017 A1 describes a Rankine cycle system for utilizing waste heat of an exhaust gas of a hybrid vehicle.
  • the system includes a
  • Internal combustion engine as a drive source for the motor vehicle and an electric generator motor.
  • An output torque of the system is supplied to a transmission and used to provide additional drive power to a powertrain of the engine
  • thermal energy of the exhaust gas is utilized by the system, and during deceleration of the motor vehicle, the kinetic energy of the motor vehicle is converted to provide regenerative electrical power to the electric generator motor, thus reducing fuel consumption in the internal combustion engine can.
  • the waste heat utilization device comprises a
  • Waste heat recovery circuit in which a working fluid circulates.
  • the waste heat utilization device comprises a conveying device arranged in the waste heat recovery circuit for driving the working fluid and a waste heat recovery circuit downstream of the waste heat recovery circuit
  • the waste heat utilization device comprises an expansion machine arranged downstream of the evaporator in the waste heat recovery circuit for releasing the Working fluid and a downstream of the expansion machine in the waste heat recovery circuit arranged capacitor for condensing the working fluid.
  • Power take-off shaft of the internal combustion engine drive-connected.
  • an output drive power of the internal combustion engine of the motor vehicle can be supported.
  • an electric generator which is directly or indirectly drive-connected to the power take-off shaft, in addition to the aforementioned energy recycling in a direct way, the generation of electrical energy is also possible.
  • the electric energy thus generated can be used in particular for driving an electric motor, by means of which in turn a main output shaft of the internal combustion engine can be driven supportive.
  • a suitable energy storage such as a rechargeable battery is cached. By means of the cached in such a battery electrical energy can then be driven on a main output shaft of the internal combustion engine driven electric motor, or, if the electric generator is designed as a so-called.
  • Generator motor the electric generator for operation as
  • Electric motor can be driven by means of stored in the energy storage electrical energy to also support the drive power of the internal combustion engine via the PTO shaft.
  • designed waste heat recovery device can be the
  • the expansion machine may comprise a rotor and a turbine wheel rotatably connected to the rotor and driven by the released energy when releasing the working fluid, wherein the power take-off shaft of the
  • Expansion engine is arranged directly on the output shaft of the internal combustion engine, so that the power take-off shaft at the same time as the rotor
  • the electric generator may be arranged on the power take-off shaft. Then, the expansion machine and the electric generator are both placed on the power take-off shaft of the internal combustion engine, whereby the space required for the waste heat utilization device according to the invention can be further reduced.
  • the electric generator may also be thought to arrange the electric generator on a standing with the power take-off shaft in operative connection separate generator shaft. In this way, the electric generator allows you to be spaced apart from the expansion machine, if this should be necessary for technical reasons, for example.
  • the power take-off shaft is then drive-connected to the generator shaft by means of a wheel drive, in particular a belt drive or chain drive or gear drive.
  • a wheel drive in particular a belt drive or chain drive or gear drive.
  • the wheel drive can also comprise a gear unit, by means of which a specific gear ratio between a generator shaft of the electric generator and the output shaft can be realized. This embodiment also allows an equally flexible and compact design of the waste heat recovery device.
  • the power take-off shaft can be passed coaxially through the expansion machine, such that the electric generator or the wheel drive is arranged on a side facing away from the engine of the expansion machine.
  • the electric generator or the wheel drive is arranged on a side facing away from the engine of the expansion machine.
  • Power take-off shaft is arranged.
  • the waste heat utilization device can furthermore comprise an electric motor which can be driven by the electric generator.
  • the electric motor may be drive-connected to a main output shaft of the internal combustion engine.
  • the electric generator itself may be designed as a so-called generator motor, so that it can be integrated into a single generator
  • Shear operating state of the motor vehicle act as an electrical generator for generating electrical energy and can act in a drive operating state of the motor vehicle as an electric motor for driving the power take-off shaft of the motor vehicle. In the drive operating state can thus in the manner of a so-called.
  • Booster the drive operating state can thus in the manner of a so-called.
  • Main output shaft (by means of a separate electric motor) or over the
  • Power take-off shaft are provided (by means of the electric generator designed as a generator motor).
  • the energy required to operate the electric motor or generator motor can be taken from a suitable electrical energy store, for example a rechargeable battery.
  • the charging of this electrical energy storage can then be done by means of the electric generator, for example, when the motor vehicle in a
  • Coasting state is located.
  • the motor vehicle In such an operating state, the motor vehicle is not accelerated or even braked, so that the electrical energy generated by the electric generator of the drive train of the motor vehicle is not needed and can be cached instead in the electrical energy storage for later use.
  • the electric generator can be designed such that it can be switched over to selectively charge the electrical energy store, in particular the battery, or to drive the main output shaft. In this way, the electrical energy generated by the electric generator can be reused energetically efficient.
  • the invention further relates to a motor vehicle with an internal combustion engine having a main output shaft and a secondary drive shaft, and with a
  • a waste heat recovery device having one or more of the above features.
  • the invention also relates to a method for operating a motor vehicle designed in this way.
  • FIG. 2 in a rough schematic representation of a first variant
  • FIG. 3 in a rough schematic representation of a second variant of
  • FIG. 4 in a rough schematic representation of a third variant of
  • a waste heat recovery device is denoted by 1.
  • the waste heat utilization device 1 may be part of a motor vehicle, which is globally designated 25 in FIG. 1 and also includes an internal combustion engine 2 with a secondary output shaft 4.
  • the waste heat utilization device 1 can be arranged together with the internal combustion engine 2 in the motor vehicle (not shown in FIG. 1).
  • the waste heat utilization device 1 comprises a
  • Waste heat recovery circuit 3 in which circulates a working fluid or a working fluid.
  • the waste heat recovery circuit 3 may be designed in particular as a Rankine cycle process or as a Clausius-Rankine cycle.
  • the waste heat utilization device 1 further comprises a conveyor 5, an evaporator 6, an expansion machine 7 and a condenser 8, which are arranged downstream of the conveying direction 5 of the working medium or working fluid in the waste heat recovery circuit 3.
  • the conveyor 5 serves to convey the
  • the conveyor 5 configured as a volumetric pump and this with a
  • the evaporator 6 is disposed in the waste heat recovery circuit 3 downstream of the conveyor 5 and serves to evaporate the
  • the evaporator 6 is heat-transfer coupled to an exhaust system 10 of the internal combustion engine 2, wherein a corresponding heat flow through an arrow with the reference numeral 11th
  • the internal combustion engine 2 may also include a fresh air system 12.
  • the expansion machine 7 is disposed in the waste heat recovery circuit 3 downstream of the evaporator 6 and serves to expand the working medium or working fluid to a low pressure point.
  • the expansion machine 7 may be formed, for example, as a turbine with a rotor and a turbine wheel rotatably connected to the rotor.
  • a turbine wheel By way of example, one could also cite a piston expander.
  • the turbine wheel in this case corresponds to the crankshaft of the piston expander.
  • the condenser 8 is disposed in the waste heat recovery circuit 3 downstream of the expansion machine 7 and serves to condense the working medium or working fluid. For this purpose, the working medium or the working fluid heat is removed, which is indicated by an arrow with the reference numeral 15.
  • the expansion machine 7 is drive-connected directly to the power take-off shaft 4 of the internal combustion engine for the purpose of energy recovery. This means in particular that the power take-off shaft 4 simultaneously acts as a rotor of the expansion machine 7.
  • Expansion machine 7 is this the working medium or working energy withdrawn, in the form of mechanical work, by means of which the power take-off shaft 4 of the internal combustion engine 2 is driven.
  • the waste heat utilization device 1 also has an electric generator 3, which is also drive-connected to the power take-off shaft 4, in a direct or indirect manner.
  • an indirect drive connection is shown, which may be realized for example in the form of a wheel drive 14, by means of which the power take-off shaft 4 of the internal combustion engine 1 with a generator shaft 16 of the electric generator 13 may be operatively connected to the power transmission.
  • the wheel drive 14 can be designed as a belt drive, chain drive and / or gear drive. Basically, however, in the sense of an indirect drive transmission, each component may be meant, which is suitable for the transmission of a
  • the electric generator 13 is arranged directly on the power take-off shaft 4 of the internal combustion engine 2, i. the PTO shaft 4 simultaneously acts as the rotor of the
  • Power take-off shaft 4 thereby carried out coaxially by the electric generator 13, so that the electric generator 13 is disposed on one of the internal combustion engine 2 facing side of the expansion machine 7 on the power take-off shaft 4.
  • the waste heat recovery device 1 may now further comprise an electric motor 18 which is in drive connection with a main output shaft 17 of the internal combustion engine 2.
  • an electric motor 18 which is in drive connection with a main output shaft 17 of the internal combustion engine 2.
  • a rotatable relative to a stator of the electric motor 18 rotor of the electric motor 18 rotatably with a stator of the electric motor 18 rotor of the electric motor 18 rotatably with a
  • the electric motor 18 can be driven by electrical energy generated by the electric generator 13 and thus provide an additional drive power for the main output shaft 17 of the internal combustion engine 2.
  • the transmission of the electrical energy from the electric generator 13 to the electric motor 18 can take place by means of suitable electrical transmission means 19, for example in the form of conventional electrical lines.
  • Drive power can be introduced via the main output shaft 17 directly into a drive train 20 of the motor vehicle (see Fig. 2).
  • the electric generator 13 can be used for charging an electrical energy store 21, in particular a rechargeable battery.
  • Such charging of the electrical energy store 21 preferably takes place by means of electrical energy generated by the electric generator 13 precisely when no motor vehicle is driven by the motor vehicle 2 driven by the internal combustion engine 2
  • Torque is requested, for example, if the motor vehicle should not be accelerated or even slowed down.
  • Such an operating condition of the motor vehicle is usually also referred to as overrun operating state.
  • the stored in the electrical energy storage 21 electrical energy can be reused in case of need in a variety of ways, for example, to various vehicle components, especially various electrical consumers to supply the motor vehicle with electrical energy, but also to drive the electric motor 18, if the main output shaft 17, an additional torque to be supplied.
  • various vehicle components especially various electrical consumers to supply the motor vehicle with electrical energy, but also to drive the electric motor 18, if the main output shaft 17, an additional torque to be supplied.
  • Energy storage 21 stored electrical energy by suitable electrical
  • Transmission means 22 for example by conventional electrical
  • Transmission lines are transmitted from the electric energy storage 21 to the electric motor 18.
  • the electric generator 13 may be designed as a so-called generator motor and thus itself operated as an electric motor, so that a drive power of the electric generator 13 operated as an electric motor via the power take-off shaft 4 into the drive train 20 of the motor vehicle is initiated.
  • the generator motor can be driven by stored in the electrical energy storage 21 electrical energy.
  • Such a power-increasing use of the generator motor is also referred to as the "booster" operating state of the internal combustion engine 2.
  • the electric generator 13 may also be designed such that it can be switched over for optional charging of the electrical
  • the electric generator 13 For controlling the electric generator 13 (including a switching of the operating states) and / or the electric motor 18 may be in the waste heat recovery Device 1, a suitable control device (not shown in the figures) to be provided.
  • Expansion machine 7 be carried out so that the electric generator 13 (Fig. 3) and the wheel drive 14 ( Figure 4) on a side facing away from the internal combustion engine 2 of the expansion machine 7 is arranged.
  • Internal combustion engine 2 can now be used according to the invention in the context of an operating method for the motor vehicle 25, which in addition to the waste heat recovery device 1 according to the invention as shown in Figure 1 further comprises an internal combustion engine 2 with a PTO shaft 4. According to the operating method according to the invention, the motor vehicle 25 can be operated in different operating states.
  • Power take-off shaft 4 introduced into the drive train 20 of the motor vehicle 2.

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Description

Abwärmenutzungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Abwärmenutzungsvorrichtung sowie ein Betriebsverfahren für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Abwärmenutzungsvorrichtung.
Eine herkömmliche Abwärmenutzungseinrichtung, die vorzugsweise nach dem Rankine- Kreisprozess bzw. nach dem Clausius-Rankine-Kreisprozess arbeitet, umfasst üblicherweise einen Abwärmenutzungskreis, in dem ein Arbeitsmittel zirkuliert. Im
Abwärmenutzungskreis sind in der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels hintereinander eine Fördereinrichtung zum Antreiben des Arbeitsmittels, ein Verdampfer zum
Verdampfen des Arbeitsmittels, eine Expansionsmaschine zum Entspannen des
Arbeitsmittels, und ein Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmittels angeordnet.
Die DE 24 00 760 beschreibt ein Kraftfahrzeug, welches alternativ oder simultan von einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor angetrieben werden kann.
Die US 4,405,029 offenbart ein Hybridfahrzeug, welches eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor umfasst. Der Elektromotor kann mittels einer
Abwärmenutzungseinrichtung betrieben werden. Der Elektromotor kann dabei sowohl zum Antreiben eines Getriebes als auch zum Aufladen einer Batterie eingesetzt werden. Die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie wiederum kann bei Bedarf zum Antreiben des Elektromotors verwendet werden.
Die EP 1 249 585 A1 offenbart einen Wärmetauscher einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine. Der Wärmetauscher kann als Abwärmenutzungsvorrichtung ausgebildet sein, die in einem Kraftfahrzeug angebracht ist. Die
Abwärmenutzungsvorrichtung wiederum umfasst einen Verdampfer, der Dampf mit einer erhöhten Temperatur und einem erhöhten Druck erzeugt, wobei als Wärmequelle Abwärme, beispielsweise ein Abgas einer Brennkraftmaschine, verwendet wird. Mittels
BESTÄTIGUNGSKOPIE einer Expansionsmaschine wird durch Expansion des Hochdruck-Dampfes eine
Drehwelle angetrieben, und mittels eines Kondensators wird der Dampf wieder kondensiert. Mittels der Expansionsvorrichtung kann über eine mechanische Kopplung sowohl eine Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine als auch ein elektrischer Generator angetrieben werden, der beispielsweise einen elektrischen Energiespeicher,
insbesondere eine wiederaufladbare Batterie, elektrisch aufladen kann.
Die EP 1 326 017 A1 beschreibt ein Rankine-Kreislauf-System zum Nutzen einer Abwärme eines Abgases eines Hybridfahrzeugs. Das System umfasst eine
Brennkraftmaschine als Antriebsquelle für das Kraftfahrzeug und einen Elektro- Generator-Motor. Ein Ausgabe-Drehmoment des Systems wird einem Getriebe zugeführt und dafür verwendet, eine zusätzliche Antriebskraft für einen Antriebsstrang des
Kraftfahrzeugs bereitzustellen oder eine aufladbare Batterie elektrisch aufzuladen.
Während einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs wird Wärmeenergie des Abgases durch das Systems verwertet und während eines Abbremsens des Kraftfahrzeugs wird die kinetische Energie des Kraftfahrzeugs umgewandelt, um eine regenerative elektrische Leistung für den Elektro-Generator-Motor bereitzustellen, so dass der Kraftstoffverbrauch in der Brennkraftmaschine reduziert werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine Abwärmenutzungsvorrichtung und für ein eine solche Abwärmenutzungsvorrichtung verwendendes Kraftfahrzeug bereitzustellen. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Betriebsverfahren für ein solches Kraftfahrzeug
bereitzustellen.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Abwärmenutzungsvorrichtung umfasst einen
Abwärmenutzungskreis, in dem ein Arbeitsmittel zirkuliert. Die Abwärmenutzungsvorrichtung umfasst eine im Abwärmenutzungskreis angeordnete Fördereinrichtung zum Antreiben des Arbeitsmittels und einen im Abwärmenutzungskreis stromab der
Fördereinrichtung angeordneten Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmittels. Des Weiteren umfasst die Abwärmenutzungsvorrichtung eine im Abwärmenutzungskreis stromab des Verdampfers angeordnete Expansionsmaschine zum Entspannen des Arbeitsmittels und einen stromab der Expansionsmaschine im Abwärmenutzungskreis angeordneten Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmittels.
Die Expansionsmaschine ist nun zur Energierückführung direkt mit einer
Nebenabtriebswelle der Brennkraftmaschine antriebsverbunden. Auf diese Weise kann eine Ausgangs-Antriebsleistung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs unterstützt werden. Zudem ist durch die Bereitstellung eines elektrischen Generators, der mit der Nebenabtriebswelle direkt oder indirekt antriebsverbunden ist, neben der bereits genannten Energierückführung auf direktem Wege zusätzlich auch die Erzeugung von elektrischer Energie möglich. Die derart erzeugte elektrische Energie kann insbesondere zum Antreiben eines Elektromotors verwendet werden, mittels welchem wiederum eine Hauptabtriebswelle der Brennkraftmaschine unterstützend angetrieben werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch vorstellbar, dass die erzeugte elektrische Energie in einem geeigneten Energiespeicher, beispielsweise einer aufladbaren Batterie, zwischengespeichert wird. Mittels der in einer solchen Batterie zwischengespeicherten elektrischen Energie kann dann ein auf einer Hauptabtriebswelle der Brennkraftmaschine angeordneter Elektromotor angetrieben werden, oder, wenn der elektrische Generator als sog. Generator-Motor ausgebildet ist, der elektrische Generator zum Betrieb als
Elektromotor mittels der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie angetrieben werden, um ebenfalls über die Nebenabtriebswelle die Antriebsleistung der Brennkraftmaschine zu unterstützen. Mittels einer wie oben beschrieben
erfindungsgemäß ausgebildeten Abwärmenutzungsvorrichtung lässt sich der
Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine signifikant erhöhen.
In einer Ausführungsform kann die Expansionsmaschine einen Rotor und ein drehfest mit dem Rotor verbundenes und durch die beim Entspannen des Arbeitsmittels freiwerdende Energie antreibbares Turbinenrad aufweisen, wobei die Nebenabtriebswelle der
Brennkraftmaschine der Rotor der Expansionsmaschine ist. Unter "direkter
Antriebsverbindung" ist also erfindungsgemäß zu verstehen, dass die
Expansionsmaschine direkt auf der Nebenabtriebswelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist, so dass die Nebenabtriebswelle gleichzeitig als Rotor der
Expansionsmaschine fungiert. Auf diese Weise ist ein gleichermaßen platzsparender wie technisch einfacher und damit kostengünstiger Aufbau der erfindungsgemäßen
Abwärmenutzungsvorrrichtung möglich. In einer weiterbildenden Ausführungsform kann der elektrische Generator auf der Nebenabtriebswelle angeordnet sein. Dann sind Expansionsmaschine und elektrischer Generator beide auf der Nebenabtriebswelle der Brennkraftmaschine platziert, wodurch sich der Platzbedarf für die erfindungsgemäße Abwärmenutzungsvorrichtung weiter reduzieren lässt.
Alternativ kann aber auch daran gedacht sein, den elektrischen Generator auf einer mit der Nebenabtriebswelle in Wirkverbindung stehenden separaten Generatorwelle anzuordnen. Auf diese Weise lässt dich der elektrische Generator räumlich beabstandet von der Expansionsmaschine anordnen, wenn dies beispielsweise aus technischen Gründen erforderlich sein sollte.
Vorzugsweise ist die Nebenabtriebswelle dann mittels eines Radtriebes, insbesondere eines Riementriebes oder Kettentriebes oder Zahnradtriebes, mit der Generatorwelle in antriebsverbunden. Auf diese Weise lässt sich ein Drehmoment der Nebenabtriebswelle auf technisch einfache Weise und zudem platzsparend auf die räumlich beabstandet von der Nebenabtriebswelle angeordnete Generatorwelle des elektrischen Generators übertragen. Der Radtrieb kann auch eine Getriebeeinheit umfassen, mittels derer ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zwischen einer Generatorwelle des elektrischen Generators und der Abtriebswelle realisiert werden kann. Auch diese Ausführungsform ermöglicht eine gleichermaßen flexible wie kompakte Bauweise der Abwärmenutzungsvorrichtung.
In einer besonders kompakten und damit platzsparenden Ausführungsform kann die Nebenabtriebswelle koaxial durch die Expansionsmaschine hindurchgeführt sein, derart, dass der elektrische Generator bzw. der Radtrieb auf einer der Brennkraftmaschine abgewandten Seite der Expansionsmaschine angeordnet ist. Alternativ kann die
Nebenabtriebswelle auch koaxial durch den elektrischen Generator bzw. den Radtrieb durchgeführt sein, so dass der elektrische Generator bzw. der Radtrieb auf einer der Brennkraftmaschine zugewandten Seite der Expansionsmaschine auf der
Nebenabtriebswelle angeordnet ist.
Um die von dem elektrischen Generator erzeugte elektrische Energie zur
Leistungssteigerung dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs wieder zuführen zu können, kann die Abwärmenutzungsvorrichtung ferner einen Elektromotor umfassen, welcher durch den elektrischen Generator antreibbar ist. Hierzu kann der Elektromotors mit einer Hauptabtriebswelle der Brennkraftmaschine antriebsverbunden sein.
Alternativ oder zusätzlich kann in einer weiterbildenden Ausführungsform der elektrische Generator selbst als sog. Generator-Motor ausgebildet sein, so dass er in einem
Schubbetriebszustand des Kraftfahrzeugs als elektrischer Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie wirken und in einem Antriebsbetriebszustand des Kraftfahrzeugs als Elektromotor zum Antreiben der Nebenabtriebswelle des Kraftfahrzeugs wirken kann. In dem Antriebsbetriebszustand kann also in der Art eines sog. "Boosters" dem
Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zusätzliche Antriebsleistung über die
Hauptabtriebswelle (mittels eines separaten Elektromotors) oder über die
Nebenabtriebswelle (mittels des als Generator-Motors ausgebildeten elektrischen Generators) zur Verfügung gestellt werden. Die zum Betrieb des Elektromotors bzw. Generator-Motors notwendige Energie kann dabei einem geeigneten elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einer aufladbaren Batterie, entnommen werden. Die Aufladung dieses elektrischen Energiespeichers kann dann mittels des elektrischen Generators erfolgen, beispielsweise wenn sich das Kraftfahrzeug in einem
Schubbetriebszustand befindet. In einem solchen Betriebszustand wird das Kraftfahrzeug nicht beschleunigt oder sogar abgebremst, so dass die von dem elektrischen Generator erzeugte elektrische Energie von dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs nicht benötigt wird und stattdessen in dem elektrischen Energiespeicher zur späteren Verwendung zwischengespeichert werden kann.
Des Weiteren kann in einer weiterbildenden Ausführungsform der elektrische Generator derart ausgebildet sein, dass er umschaltbar ist zum wahlweisen Aufladen des elektrischen Energiespeichers, insbesondere der Batterie, oder zum Antreiben der Hauptabtriebswelle. Auf diese Weise kann die durch den elektrischen Generator erzeugte elektrische Energie energetisch effizient weiterverwendet werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, die eine Hauptabtriebswelle und eine Nebenantriebswelle aufweist, und mit einer
Abwärmenutzungsvorrichtung mit einem oder mehreren der oben genannten Merkmale. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines derart ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsvorrichtung,
Fig. 2 in grobschematischer Darstellung eine erste Variante des
Ausführungsbeispiels gemäß der Figur 1 ,
Fig. 3 in grobschematischer Darstellung eine zweite Variante des
Ausführungsbeispiels gemäß der Figur 1 ,
Fig. 4 in grobschematischer Darstellung eine dritte Variante des
Ausführungsbeispiels gemäß der Figur 1.
In der Darstellung der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Abwärmenutzungsvorrichtung mit 1 bezeichnet. Die Abwärmenutzungsvorrichtung 1 kann Teil eines Kraftfahrzeugs sein, welches in der Figur 1 global mit 25 bezeichnet ist und auch eine Brennkraftmaschine 2 mit einer Nebenabtriebswelle 4 umfasst. Die Abwärmenutzungsvorrichtung 1 kann zusammen mit der Brennkraftmaschine 2 in dem Kraftfahrzeug angeordnet sein (in der Figur 1 nicht gezeigt). Die Abwärmenutzungsvorrichtung 1 umfasst einen
Abwärmenutzungskreis 3, in welchem ein Arbeitsmedium oder ein Arbeitsmittel zirkuliert. Der Abwärmenutzungskreis 3 kann insbesondere als Rankine-Kreisprozess bzw. als Clausius-Rankine-Kreisprozess ausgelegt sein. Die Abwärmenutzungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Fördereinrichtung 5, einen Verdampfer 6, eine Expansionsmaschine 7 und einen Kondensator 8, die stromab der Förderrichtung 5 des Arbeitsmediums bzw. Arbeitsmittels in dem Abwärmenutzungskreis 3 hintereinander angeordnet sind. Die Fördereinrichtung 5 dient zum Fördern des
Arbeitsmediums bzw. Arbeitsmittels gegen einen Hochdruck. Zweckmäßig kann die Fördereinrichtung 5 als volumetrische Pumpe ausgestaltet und hierzu mit einem
Antriebsmotor 9 gekoppelt sein. Der Verdampfer 6 ist im Abwärmenutzungskreis 3 stromab der Fördereinrichtung 5 angeordnet und dient zum Verdampfen des
Arbeitsmediums bzw. Arbeitsmittels, wozu der Verdampfer 6 Abwärme der
Brennkraftmaschine 2 nutzt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Verdampfer 6 dazu wärmeübertragend mit einer Abgasanlage 10 der Brennkraftmaschine 2 gekoppelt, wobei ein entsprechender Wärmestrom durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 11
angedeutet ist. Die Brennkraftmaschine 2 kann außerdem eine Frischluftanlage 12 aufweisen.
Die Expansionsmaschine 7 ist im Abwärmenutzungskreis 3 stromab des Verdampfers 6 angeordnet und dient zum Expandieren des Arbeitsmediums bzw. Arbeitsmittels auf einen Niederdruckpunkt. Dabei kann die Expansionsmaschine 7 beispielsweise als Turbine mit einem Rotor und einem mit dem Rotor drehfest verbundenen Turbinenrad ausgebildet sein. Beispielhaft könnte man ebenso einen Kolbenexpander anführen. Dem Turbinenrad entspricht in diesem Falle die Kurbelwelle des Kolbenexpanders.
Der Kondensator 8 ist im Abwärmenutzungskreis 3 stromab der Expansionsmaschine 7 angeordnet und dient zum Kondensieren des Arbeitsmediums bzw. Arbeitsmittels. Hierzu wird dem Arbeitsmedium bzw. dem Arbeitsmittel Wärme entzogen, was mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 15 angedeutet ist. Die Expansionsmaschine 7 ist zum Zwecke der Energierückführung direkt mit der Nebenabtriebswelle 4 der Brennkraftmaschine antriebsverbunden. Dies bedeutet insbesondere, dass die Nebenabtriebswelle 4 gleichzeitig als ein Rotor der Expansionsmaschine 7 fungiert. Mittels der
Expansionsmaschine 7 wird hierfür dem Arbeitsmedium bzw. Arbeitsmittel Energie entzogen, und zwar in Form mechanischer Arbeit, mittels derer die Nebenabtriebswelle 4 der Brennkraftmaschine 2 angetrieben wird.
Zudem weist die Abwärmenutzungsvorrichtung 1 auch einen elektrischen Generator 3 auf, welcher ebenfalls mit der Nebenabtriebswelle 4 antriebsverbunden ist, und zwar auf direkte oder indirekte Weise. In der Figur 1 ist eine indirekte Antriebsverbindung gezeigt, die beispielsweise in Form eines Radtriebes 14 realisiert sein kann, mittels welchem die Nebenabtriebswelle 4 der Brennkraftmaschine 1 mit einer Generatorwelle 16 des elektrischen Generators 13 zur Leistungsübertragung in Wirkverbindung stehen kann. Der Radtrieb 14 kann dabei als Riementrieb, Kettentriebes oder/und Zahnradtrieb ausgebildet sein. Grundsätzlich kann im Sinne einer indirekten Antriebsübertragung jedoch jedes Bauelement gemeint sein, welches sich zur Übertragung einer
Antriebsleistung von der Nebenabtriebswelle 4 zu einer von dieser beabstandet angeordneten, also separaten Generatorwelle 16 eignet. Dazu zählt insbesondere auch eine herkömmliche Getriebeeinheit.
Gemäß der in der Figur 2 grobschematisch dargestellten direkten Antriebsverbindung ist der elektrische Generator 13 direkt auf der Nebenabtriebswelle 4 der Brennkraftmaschine 2 angeordnet, d.h. die Nebenabtriebswelle 4 fungiert gleichzeitig als Rotor des
elektrischen Generators 13. In der in der Figur 2 gezeigten Variante ist die
Nebenabtriebswelle 4 dabei koaxial durch den elektrischen Generator 13 durchgeführt, so dass der elektrische Generator 13 auf einer der Brennkraftmaschine 2 zugewandten Seite der Expansionsmaschine 7 auf der Nebenabtriebswelle 4 angeordnet ist.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 kann die Abwärmenutzungsvorrichtung 1 nun ferner einen Elektromotor 18 umfassen, welcher mit einer Hauptabtriebswelle 17 der Brennkraftmaschine 2 in Antriebsverbindung steht. Dazu kann ein relativ zu einem Stator des Elektromotors 18 drehbarer Rotor des Elektromotors 18 drehfest mit einer
Hauptabtriebswelle 17 der Brennkraftmaschine 2 verbunden sein. Der Elektromotor 18 kann dabei durch von dem elektrischen Generator 13 erzeugte elektrische Energie angetrieben werden und somit für die Hauptabtriebswelle 17 der Brennkraftmaschine 2 eine zusätzliche Antriebsleistung bereitstellen. Die Übertragung der elektrischen Energie von dem elektrischen Generator 13 zu dem Elektromotor 18 kann mittels geeigneter elektrischer Übertragungsmittel 19 erfolgen, beispielsweise in Form von herkömmlichen elektrischen Leitungen. Eine durch den Elektromotor 18 erzeugte zusätzliche
Antriebsleistung kann über die Hauptabtriebswelle 17 direkt in einen Antriebsstrang 20 des Kraftfahrzeugs eingeleitet werden (vgl. Fig. 2).
Ferner kann der elektrische Generator 13 wie in der Fig. 1 gezeigt zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers 21 , insbesondere einer aufladbaren Batterie, verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt ein derartiges Aufladen des elektrischen Energiespeichers 21 mittels von dem elektrischen Generator 13 erzeugter elektrischer Energie genau dann, wenn von dem durch die Brennkraftmaschine 2 angetriebenen Kraftfahrzeug kein
Drehmoment angefordert wird, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug nicht beschleunigt oder sogar abgebremst werden soll. Ein solcher Betriebszustand des Kraftfahrzeugs wird üblicherweise auch als Schubbetriebszustand bezeichnet. In diesem Fall ist es nicht erforderlich bzw. erwünscht, dass mittels des Elektromotors 18 der Hauptabtriebswelle 17 und somit dem Antriebsstrang 20 ein unterstützendes Drehmoment zugeführt wird. Dann bietet es sich an, die durch den elektrischen Generator 13 erzeugte elektrische Energie in dem elektrischen Energiespeicher 21 zur späteren Verwendung zwischenzuspeichern.
Die in dem elektrischen Energiespeicher 21 gespeicherte elektrische Energie kann dabei im Bedarfsfall auf verschiedenste Art und Weise wiederverwendet werden, beispielweise um verschiedene Fahrzeug-Komponenten, insbesondere verschiedene elektrische Verbraucher, des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen, aber auch um den Elektromotor 18 anzutreiben, wenn dem Hauptabtriebswelle 17 ein zusätzliches Drehmoment zugeführt werden soll. In diesem Fall kann die in dem elektrischen
Energiespeicher 21 gespeicherte elektrische Energie durch geeignete elektrische
Übertragungsmittel 22, beispielsweise durch herkömmliche elektrische
Übertragungsleitungen, von dem elektrischen Energiespeicher 21 zu dem Elektromotor 18 übertragen werden.
In einer vorteilhaften Variante kann zur Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine 2 der elektrische Generator 13 als sog. Generator-Motor ausgebildet sein und somit bedarfsweise selbst als Elektromotor betrieben werden, so dass eine Antriebsleistung des als Elektromotor betriebenen elektrischen Generators 13 über die Nebenabtriebswelle 4 in den Triebstrang 20 des Kraftfahrzeugs eingeleitet wird. Der Generator-Motor kann dabei mittels in dem elektrischen Energiespeicher 21 gespeicherter elektrischer Energie angetrieben werden. Eine derartige leistungssteigemde Verwendung des Generator- Motors wird auch als "Booster"-Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 bezeichnet.
In einer weiteren Variante kann der elektrische Generator 13 auch derart ausgebildet sein, dass er umschaltbar ist zum wahlweisen Aufladen des elektrischen
Energiespeichers 21 oder zum Antreiben der Hauptabtriebswelle 17 der
Brennkraftmaschine 2 (mittels des Elektromotors 18). Ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers 21 bietet sich dabei, wie bereits erwähnt, gerade dann an, wenn sich das Kraftfahrzeug in dem Schubbetriebszustand befindet.
Zur Steuerung des elektrischen Generators 13 (einschließlich eines Umschaltens der Betriebszustände) oder/und des Elektromotors 18 kann in der Abwärmenutzungs- Vorrichtung 1 eine geeignete Steuerungsvorrichtung (in den Figuren nicht gezeigt) bereitgestellt sein.
In einer in den Fig. 3 und 4 gezeigten und besonders platzsparenden Variante der direkten Antriebsverbindung zwischen elektrischem Generator 13 und
Nebenabtriebswelle 4 kann nun die Nebenabtriebswelle 4 koaxial durch die
Expansionsmaschine 7 durchgeführt sein, so dass der elektrische Generator 13 (Fig. 3) bzw. der Radtrieb 14 (Fig.4) auf einer der Brennkraftmaschine 2 abgewandten Seite der Expansionsmaschine 7 angeordnet ist.
Die in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 1 bis 4 beschriebene
Brennkraftmaschine 2 kann nun erfindungsgemäß im Rahmen eines Betriebsverfahren für das Kraftfahrzeug 25 verwendet werden, welches neben der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsvorrichtung 1 wie in der Figur 1 gezeigt ferner eine Brennkraftmaschine 2 mit einer Nebenabtriebswelle 4 aufweist. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren kann das Kraftfahrzeug 25 dabei in verschiedenen Betriebszuständen betrieben werden.
So wird erfindungsgemäß während eines Schubbetriebszustands des Kraftfahrzeugs 25 Abtriebsenergie der Expansionsmaschine 7 und Abtriebsenergie der Nebenabtriebswelle 4 mittels des elektrischen Generators 13 in elektrische Energie umgewandelt.
Demgegenüber wird während eines Antriebsbetriebszustands des Kraftfahrzeugs 25 Abtriebsenergie der Expansionsmaschine 7 über die Nebenabtriebswelle 4 in den Triebstrang 20 des Kraftfahrzeugs 25 eingeleitet. In einer speziellen Variante des
Antriebsbetriebszustands, dem sog. "Booster-Betriebszustand", wird in dem
Antriebsbetriebszustand zur Leistungssteigerung der elektrische Generator 13 als Elektromotor betrieben und eine Abtriebsenergie des Elektromotors 13 über die
Nebenabtriebswelle 4 in den Triebstrang 20 des Kraftfahrzeugs 2 eingeleitet.

Claims

Patentansprüche
Abwärmenutzungsvorrichtung (1 ) für ein Kraftfahrzeug,
- mit einem Abwärmenutzungskreis (3), in dem ein Arbeitsmittel zirkuliert,
- mit einer im Abwärmenutzungskreis (3) angeordneten Fördereinrichtung (5) zum Antreiben des Arbeitsmittels,
- mit einem im Abwärmenutzungskreis (3) stromab der Fördereinrichtung (5) angeordneten Verdampfer (6) zum Verdampfen des Arbeitsmittels,
- mit einer im Abwärmenutzungskreis (3) stromab des Verdampfers (6)
angeordneten Expansionsmaschine (7) zum Entspannen des Arbeitsmittels,
- mit einem im Abwärmenutzungskreis (3) stromab der Expansionsmaschine (7) angeordneten Kondensator (8) zum Kondensieren des Arbeitsmittels,
- mit einem elektrischen Generator (13), der mit einer Nebenabtriebswelle (4) einer Brennkraftmaschine (2) des Kraftfahrzeugs direkt oder indirekt antriebsverbunden ist,
- wobei die Expansionsmaschine (7) zur Energierückführung direkt mit der
Nebenabtriebswelle (4) der Brennkraftmaschine (2) antriebsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Nebenabtriebswelle (4) der Brennkraftmaschine (2) ein Rotor der
Expansionsmaschine (7) ist.
Abwärmenutzungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Generator (13) auf der Nebenabtriebswelle (4)
angeordnet ist.
Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Generator (13) auf einer mit der Nebenabtriebswelle in
Wirkverbindung (4) stehenden separaten Generatorwelle (16) angeordnet ist.
4. Abwärmenutzungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nebenabtriebswelle (4) mittels eines Radtriebes (14), insbesondere eines Riementriebes oder Kettentriebes oder Zahnradtriebes, mit der Generatorwelle (16) antriebsverbunden ist.
5. Abwärmenutzungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Nebenabtriebswelle (4) koaxial durch die Expansionsmaschine (7)
durchgeführt ist, derart, dass der elektrische Generator (13) bzw. der Radtrieb (14) auf einer der Brennkraftmaschine (2) abgewandten Seite der Expansionsmaschine (7) angeordnet ist, oder
- die Nebenabtriebswelle (4) koaxial durch den elektrischen Generator (13) bzw. den Radtrieb (14) durchgeführt ist, so dass der elektrische Generator (13) auf einer der Brennkraftmaschine (2) zugewandten Seite der Expansionsmaschine (7) auf der Nebenabtriebswelle (4) angeordnet ist.
6. Abwärmenutzungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Abwärmenutzungsvorrichtung (1 ) einen Elektromotor (18) umfasst, welcher durch den elektrischen Generator (13) antreibbar ist,
- der Elektromotors (18) mit einer Hauptabtriebswelle (17) der Brennkraftmaschine (2) antriebsverbunden ist.
7. Abwärmenutzungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Generator (13) als Generator-Motor ausgebildet ist, derart, dass er in einem Schubbetriebszustand des Kraftfahrzeugs als elektrischer Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie wirkt und in einem Antriebsbetriebszustand des Kraftfahrzeugs als Elektromotor zum Antreiben der Nebenabtriebswelle (4) des Kraftfahrzeugs wirkt.
8. Kraftfahrzeug,
- mit einer Brennkraftmaschine (2), die eine Hauptabtriebswelle (17) und eine Nebenantriebswelle (4) aufweist,
- mit einer Abwärmenutzungsvorrrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, welches eine Brennkraftmaschine (2) und eine Abwärmenutzungsvorrichtung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist,
- gemäß welchem während eines Schubbetriebszustands des Kraftfahrzeugs Abtriebsenergie der Expansionsmaschine (7) und Abtriebsenergie der
Nebenabtriebswelle (4) mittels des elektrischen Generators (13) in elektrische Energie umgewandelt wird,
- gemäß welchem während eines Antriebsbetriebszustands des Kraftfahrzeugs Abtriebsenergie der Expansionsmaschine (7) über die Nebenabtriebswelle (4) in den Triebstrang (20) des Kraftfahrzeugs eingeleitet wird,
- gemäß welchem in dem Antriebsbetriebszustand zur Leistungssteigerung der elektrische Generator (13) als Elektromotor betrieben wird und eine Abtriebsenergie des Elektromotors über die Nebenabtriebswelle (4) in den Triebstrang (20) des Kraftfahrzeugs eingeleitet wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104340837A (zh) * 2014-10-16 2015-02-11 波士顿电梯(苏州)有限公司 一种能够回收主机余热的扶手带加热装置

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11767824B2 (en) 2014-02-28 2023-09-26 Look For The Power Llc Power generating system utilizing expanding fluid
US20170241375A1 (en) * 2014-02-28 2017-08-24 John A. Saavedra Power generating system utilizing expanding fluid
DE102015009636A1 (de) 2015-07-25 2017-01-26 Man Truck & Bus Ag Vorrichtung und Verfahren für eine kombinierte elektrische und mechanische Nutzung der Energie einer Expansionsmaschine
US10634398B2 (en) 2015-12-18 2020-04-28 Carrier Corporation Heating, ventilation, air conditioning and refrigeration system
EP3417155A1 (de) * 2016-02-15 2018-12-26 BorgWarner Inc. Doppelmodus-abwärmerückgewinnungsexpander und steuerungsverfahren
DE102016217743A1 (de) 2016-09-16 2018-03-22 Robert Bosch Gmbh Hybridsystem für eine Brennkraftmaschine
DE102016015270A1 (de) 2016-12-21 2018-06-21 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung
DE102016015272A1 (de) 2016-12-21 2018-06-21 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung
DE102016015271A1 (de) 2016-12-21 2017-06-29 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung
DE102021114792B4 (de) * 2021-06-09 2023-02-02 Audi Aktiengesellschaft Elektrofahrzeug mit Energierückgewinnungssystem
CN115234401A (zh) * 2022-09-21 2022-10-25 苏州亚太精睿传动科技股份有限公司 一种利用余热辅助驱动的新型混合动力系统及其方法
CN115263597A (zh) * 2022-09-21 2022-11-01 苏州亚太精睿传动科技股份有限公司 一种利用自热辅助直驱的混合动力系统及其驱动方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2400760A1 (de) 1974-01-08 1975-09-04 Karl Friedel Kombiniertes kraftstoff-elektrofahrzeug als pkw
EP0012485A1 (de) 1978-12-12 1980-06-25 N.V. Safinco Verfahren zur Herstellung eines gelbildenden Proteinproduktes; gelbildendes Proteinprodukt und Gel erhalten nach dem Verfahren
US4405029A (en) 1980-01-02 1983-09-20 Hunt Hugh S Hybrid vehicles
JPS59221409A (ja) * 1983-05-30 1984-12-13 Toyo Radiator Kk エンジンにおける熱エネルギ−回収装置
DE4141051A1 (de) * 1991-12-13 1993-06-17 Wojciech Slomkowski Brennkraftmaschine mit einer dampfturbinenanlage als leistungsgekoppelter zusatzeinrichtung
EP1249585A1 (de) * 2000-01-21 2002-10-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Wärmetauscher einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine
EP1326017A1 (de) 2000-10-10 2003-07-09 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Hybridfahrzeug
DE102005051428A1 (de) * 2004-10-29 2006-05-24 Denso Corp., Kariya Kühlvorrichtung und Fluidmaschine dafür
US20090031724A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Victoriano Ruiz Energy recovery system

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2475229A (en) * 1944-07-10 1949-07-05 Eaton Mfg Co Drive for auxiliary devices
JPS63302119A (ja) * 1987-05-30 1988-12-09 Isuzu Motors Ltd 排気エネルギ−回収エンジン
JPH1089015A (ja) 1996-09-13 1998-04-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 舶用コンバインド推進機関
DE19735909A1 (de) * 1997-08-19 1999-02-25 Franz Xaver Gerl Verbrennungsmotor - dampfturbinenunterstützt
US6526754B1 (en) * 1998-11-10 2003-03-04 Ormat Industries Ltd. Combined cycle power plant
JP2001227616A (ja) * 1999-12-08 2001-08-24 Honda Motor Co Ltd 駆動装置
JP2004258004A (ja) * 2003-02-28 2004-09-16 Mitsuboshi Belting Ltd エンジン始動用ベルトの試験方法及び装置
JP2005155336A (ja) * 2003-11-20 2005-06-16 Denso Corp ランキンサイクルおよび熱サイクル
JP4680769B2 (ja) * 2005-12-28 2011-05-11 富士重工業株式会社 作業用車両のハイブリッド駆動装置
US7637108B1 (en) * 2006-01-19 2009-12-29 Electratherm, Inc. Power compounder
DE102007006420A1 (de) 2007-02-05 2008-08-07 Voith Patent Gmbh Kraftfahrzeugantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Druckluftsystem
US8739531B2 (en) * 2009-01-13 2014-06-03 Avl Powertrain Engineering, Inc. Hybrid power plant with waste heat recovery system
DE102009010314A1 (de) * 2009-02-24 2010-08-26 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Assistenzantrieb für eine Brennkraftmaschine
DE102009028153A1 (de) * 2009-07-31 2011-02-03 Zf Friedrichshafen Ag Antriebseinrichtung mit einem Verbrennungsmotor und einer eine Verlustwärme nutzenden Expansionsmaschine
JP2011196209A (ja) 2010-03-18 2011-10-06 Mitsubishi Electric Corp 排熱回生システム
DE102010054733A1 (de) * 2010-12-16 2012-06-21 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung, Betriebsverfahren
JP5708446B2 (ja) * 2011-11-02 2015-04-30 株式会社豊田自動織機 廃熱回生システム
DE102012204126A1 (de) * 2012-03-15 2013-09-19 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Dampferzeuger für einen Rankine-Prozess
US9103249B2 (en) * 2012-02-29 2015-08-11 Caterpillar Inc. Flywheel mechanical energy derived from engine exhaust heat
FR2992021B1 (fr) * 2012-06-18 2014-05-30 IFP Energies Nouvelles Moteur a combustion interne associe a un circuit ferme a cycle de rankine et a un circuit d'injection d'eau a l'admission du moteur
DE102013012456A1 (de) * 2012-07-31 2014-02-06 Bomag Gmbh Baumaschine mit Abwärmerückgewinnung

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2400760A1 (de) 1974-01-08 1975-09-04 Karl Friedel Kombiniertes kraftstoff-elektrofahrzeug als pkw
EP0012485A1 (de) 1978-12-12 1980-06-25 N.V. Safinco Verfahren zur Herstellung eines gelbildenden Proteinproduktes; gelbildendes Proteinprodukt und Gel erhalten nach dem Verfahren
US4405029A (en) 1980-01-02 1983-09-20 Hunt Hugh S Hybrid vehicles
JPS59221409A (ja) * 1983-05-30 1984-12-13 Toyo Radiator Kk エンジンにおける熱エネルギ−回収装置
DE4141051A1 (de) * 1991-12-13 1993-06-17 Wojciech Slomkowski Brennkraftmaschine mit einer dampfturbinenanlage als leistungsgekoppelter zusatzeinrichtung
EP1249585A1 (de) * 2000-01-21 2002-10-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Wärmetauscher einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine
EP1326017A1 (de) 2000-10-10 2003-07-09 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Hybridfahrzeug
DE102005051428A1 (de) * 2004-10-29 2006-05-24 Denso Corp., Kariya Kühlvorrichtung und Fluidmaschine dafür
US20090031724A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Victoriano Ruiz Energy recovery system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104340837A (zh) * 2014-10-16 2015-02-11 波士顿电梯(苏州)有限公司 一种能够回收主机余热的扶手带加热装置

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