Titel:

Leistungsoptimierer für Abwärmerückgewinnungssystem

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungsoptimierer, mit dem der Wirkungsgrad eines Abwärmerückgewinnungssystems für Fahrzeuge verbessert werden kann.

Stand der Technik

In einem Kraftfahrzeug geht ein Großteil der dem Verbrennungsmotor zugeführten Energie derzeit über Abwärme verloren. Der größte Teil dieser Abwärme wird über den Kühlkreislauf und mit dem Abgas aus dem Fahrzeug abgeführt. Es sind verschiedene Systeme bekannt, mit denen ein Teil dieser Abwärme in eine nutzbare Energieform umgewandelt werden kann.

Die WO 2016/089 285 AI offenbart ein System, das die Abwärme über einen thermoelektrischen Generator aus dem Abgas entnimmt und in elektrische Energie umwandelt, sowie ein Optimierungsverfahren für den zugehörigen Gesamtwirkungsgrad.

Die DE 10 2014 019 684 AI offenbart ein alternatives System, das Abwärme aus dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors entnimmt und auf ein Arbeitsmedium überträgt, welches anschließend in einer Expansionsmaschine mechanische Arbeit verrichtet.

Von ähnlicher Bauart ist auch das in der US 2017/016 356 AI offenbarte System. Hier wird die Abwärme aus dem Abgas entnommen, und abhängig vom

Betriebszustand des Fahrzeugs werden entweder nur einer von zwei verfügbaren Wärmetauschern oder beide Wärmetauscher eingesetzt, damit der Wirkungsgrad der Energieumwandlung stets optimal ist.

Offenbarung der Erfindung

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Leistungsoptimierer für ein

Abwärmerückgewinnungssystem für ein Fahrzeug entwickelt.

Das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst mindestens einen Verdampfer zur Überführung von Abwärme aus dem von dem Fahrzeug erzeugten Abgas in ein

Arbeitsmedium, mindestens eine von dem Arbeitsmedium antreibbare

Expansionsmaschine, mindestens einen Kondensator zur Kondensation des in der Expansionsmaschine entspannten dampfförmigen Arbeitsmediums in den flüssigen Zustand, unter Abgabe von Wärme an das Fahrzeugkühlsystem.

Weiterhin ist mindestens eine Fördereinrichtung zur Druckerhöhung des kondensierten Arbeitsmediums und Förderung in den Verdampfer vorgesehen. Somit wird das Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf geführt und kann im Verdampfer erneut Abwärme aufnehmen. Die Expansionsmaschine kann insbesondere eine Turbine oder ein Scroll Expander sein.

Es ist weiterhin ein Regelkreis vorgesehen, der mindestens auf die Förderrate mw der Fördereinrichtung als Stellgröße einwirkt und mindestens die Temperatur Tw des aus dem Verdampfer austretenden Arbeitsmediums auf einen Sollwert T _w ,s regelt.

Erfindungsgemäß erhält der mit einem derartigen System verbindbare

Leistungsoptimierer einen Satz Größen, aus dem mindestens die Temperatur TA und der Massenstrom ΠΓΙΑ des Abgases am Ort des Verdampfers hervorgehen, als Eingabe und ordnet jedem Wertevektor dieser Größen einen Sollwert Tw,s für die Temperatur des aus dem Verdampfer austretenden Arbeitsmediums zu. Der

Leistungsoptimierer ist dazu ausgebildet, diesen Sollwert Tw,s an den Regelkreis zu liefern. Der Leistungsoptimierer kann insbesondere die Temperatur TA und den Massenstrom ΠΓΙΑ des Abgases unmittelbar als Eingabe erhalten. Aus der Temperatur TA und dem Massenstrom ΠΓΙΑ des Abgases ergibt sich der

Enthalpiestrom des Abgases am Ort des Verdampfers. Auf diese Weise kann mit dem Leistungsoptimierer ein beliebiges

Optimierungsziel verfolgt werden, ohne dass die bereits vorhandene aktive Regelung des Abwärmerückgewinnungssystems komplett zu überarbeiten wäre. Stattdessen kann die vorhandene aktive Regelung in vollem Umfang

weitergenutzt werden. Dies ist gerade beim Einsatz in Fahrzeugen vorteilhaft, wo Änderungen, die sich auf die Umwelteigenschaften auswirken, einer Zulassung bedürfen.

Der Regelkreis muss nicht ausschließlich auf die Förderrate mw derjenigen Fördereinrichtung einwirken, die das Arbeitsmedium fördert. Der Regelkreis kann auch auf weitere Stellgrößen einwirken. Ist beispielsweise der Kondensator von einem Kühlmedium durchströmt, so kann auch der Massenstrom des

Kühlmediums als Stellgröße dienen. Weiterhin können auch Schaltstellungen für Ventile, die den Strom des Abgases oder des Arbeitsmediums umleiten, als Stellgrößen dienen. Beispielsweise kann der in den Abgasstrom geschaltete Verdampfer mit einer Abgas-Bypassleitung überbrückt sein, die über ein Abgas- Bypassventil aktivierbar ist. Alternativ oder auch in Kombination kann die in den Strom des Arbeitsmediums geschaltete Expansionsmaschine mit einer Arbeits- Bypassleitung überbrückt sein, die über ein Arbeits- Bypassventil aktivierbar ist. Ein eventuell vorhandenes Reservoir für das Arbeitsmedium kann über

Tankventile an den Kreislauf des Arbeitsmediums angebunden sein, deren Schaltstellungen ebenfalls als Stellgrößen dienen können. Wenn das

Abwärmerückgewinnungssystem ein e-WHR-System ist, in dem die Turbine an einen Generator gekoppelt ist und die aus der Turbine bezogene mechanische Leistung weiter in elektrische Leistung umgewandelt wird, kann auch die durch die Turbine-Generator-Einheit eingestellte Drehzahl als weitere Stellgröße dienen. Das Optimierungsziel kann beispielsweise sein, dem als Eingabe erhaltenen

Wertevektor denjenigen Sollwert Tw,s für die Temperatur des aus dem

Verdampfer austretenden Arbeitsmediums zuzuordnen, bei dem die von dem Abwärmerückgewinnungssystem abgegebene Nettoleistung maximal ist. Diese Nettoleistung ist nicht identisch mit der Leistung, die in die Expansionsmaschine eingebracht wird. Vielmehr ist von dieser Leistung diejenige Leistung abzuziehen, die für den Betrieb der Fördereinrichtung vonnöten ist. Der

Gesamtwirkungsgrad kann also beispielsweise verbessert werden, wenn es gelingt, mit weniger Energieeinsatz an der Fördereinrichtung die gleiche Leistung in die Expansionsmaschine einzubringen.

Dabei ist der Leistungsoptimierer vorteilhaft dazu ausgebildet, bei der

Bestimmung des Sollwerts Tw,s mindestens eine Randbedingung für mindestens eine Zustandsgröße, und/oder für mindestens eine Stellgröße, zu

berücksichtigen. Diese Zustandsgröße kann sich insbesondere auf das

Abwärmerückgewinnungssystem, auf das Fahrzeug oder auf die Umgebung beziehen. Auf diese Weise wird vorteilhaft vermieden, dass die

Leistungsoptimierung auf einen de facto unerreichbaren Sollwert führt und der nachgeschaltete Regelkreis in dem Bestreben, den nächsten erreichbaren Sollwert anzusteuern, die durch den Leistungsoptimierer vorgenommene Optimierung ganz oder teilweise wieder zunichtemacht, oder sogar

überkompensiert.

Zustandsgrößen, die Randbedingungen unterliegen können, sind insbesondere thermodynamische Zustandsgrößen des Kreislaufs für das Arbeitsmedium, wie beispielsweise Drücke und Temperaturen. Es können aber beispielsweise auch Zustandsgrößen des Abgases oder des Kühlsystems des Fahrzeugs durch Randbedingungen beschränkt sein. Diese Randbedingungen können sich insbesondere von Fahrzeug zu Fahrzeug unterscheiden. Indem der

Leistungsoptimierer derartige Randbedingungen berücksichtigt, wird somit seine Universaltauglichkeit für den Einsatz in verschiedensten Fahrzeugen verbessert.

Beispielsweise können solche Randbedingungen aufgestellt werden, mit denen gewährleistet ist, dass das Arbeitsmedium der Expansionsmaschine als tropfenfreier Dampf zugeführt wird, also als Dampf, der kein Nassdampf ist. Da Tropfen eine wesentlich höhere Dichte haben als Dampf, können sie

beispielsweise in einer als Expansionsmaschine verwendeten Turbine erhöhten Verschleiß verursachen.

Weiterhin können sich Randbedingungen beispielsweise auf eine maximale Temperatur hinter dem Verdampfer, auf eine minimale Überhitzung vor der Expansionsmaschine, auf eine minimale Unterkühlung hinter dem Kondensator, auf einen maximalen Hochdruck, auf einen minimalen und maximalen

Niederdruck und/oder auf eine maximale Kühlwassertemperatur hinter dem Kondensator beziehen.

Vorteilhaft erhält der Leistungsoptimierer zusätzlich mindestens eine Störgröße, die Einfluss auf den Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems hat, ohne selbst direkt beeinflussbar zu sein, als Eingabe. Damit wird die Genauigkeit der im Leistungsoptimierer vorgenommenen Zuordnung, welcher Sollwert Tw,s für die Temperatur des aus dem Verdampfer austretenden Arbeitsmediums quantitativ zu welchem Betriebszustand des Abwärmerückgewinnungssystems führt (etwa zu welcher von diesem System abgegebenen Nettoleistung), verbessert. Somit wird der optimale Arbeitspunkt des Abwärmerückgewinnungssystems genauer getroffen.

Derartige Störgrößen können beispielsweise die Temperatur des Abgases vor dem Verdampfer, der gesamte Massenstrom an anfallendem Abgas, die

Kühlwassertemperatur am Eintritt des Kondensators oder die

Umgebungstemperatur sein.

Die Werte der Zustandsgrößen, und/oder der Störgrößen, können auf beliebige Weise erhalten und dem Leistungsoptimierer, und/oder dem Regelkreis, zugeführt werden. Sie können beispielsweise direkt mit Sensoren gemessen, aber auch beispielsweise mit Hilfe von Modellen und/oder Kennfeldern aus weiteren Größen abgeleitet werden. Die Werte können auch beispielsweise von anderen Steuergeräten im Fahrzeug bezogen werden.

Der Leistungsoptimierer kann beispielsweise die Motordrehzahl, das

Motordrehmoment und den Schaltzustand des Abgasrückführventils des

Fahrzeugs als Eingabe erhalten. Eine Abgasrückführung, und dementsprechend ein Abgasrückführventil, ist bei allen modernen Fahrzeugen vorgeschrieben. Aus den genannten Größen lassen sich die Temperatur TA und der Massenstrom mA des Abgases am Ort des Verdampfers ermitteln. So geht beispielsweise die Temperatur TA des Abgases über Kennfelder oder Modelle aus der

Motordrehzahl und dem Motordrehmoment hervor. Ebenso bestimmt dieser Arbeitspunkt des Motors, wieviel Massenstrom an Abgas insgesamt anfällt. Der Schaltzustand des Abgasrückführventils entscheidet wiederum darüber, welcher Anteil des Abgases in den Motor zurückgeführt wird und welcher Anteil über den Turbolader und die Abgasnachbehandlung zum Auspuff geleitet wird. Ein Verdampfer zur Entnahme von Abwärme aus dem Abgas kann nun

beispielsweise zwischen Abgasnachbehandlung und Auspuff angeordnet sein, er kann alternativ oder in Kombination hierzu jedoch auch in die

Abgasrückführleitung geschaltet sein. Insbesondere bei einer Kombination aus zwei Verdampfern entscheidet die Schaltstellung des Abgasrückführventils darüber, wieviel Abgas bei welchem Verdampfer ankommt.

Zur weiteren Verfeinerung kann der Leistungsoptimierer zusätzlich die

Umgebungstemperatur am Ort des Verdampfers als Eingabe erhalten. Der thermodynamische Kreisprozess des Arbeitsmediums wird quantitativ

hauptsächlich durch Temperaturdifferenzen zwischen Wärmereservoirs, beispielsweise zwischen Abgas und Umgebung, bestimmt.

Der Regelkreis des Abwärmerückgewinnungssystems kann zusätzlich dazu ausgebildet sein, den Druck pw des aus dem Verdampfer austretenden

Arbeitsmediums auf einen Sollwert pw,s zu regeln. Dementsprechend kann dann der Leistungsoptimierer zusätzlich dazu ausgebildet sein, jedem Wertevektor der als Eingabe erhaltenen Größen auch einen Sollwert pw,s für den Druck pw zuzuordnen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der

Leistungsoptimierer ein Modell des Abwärmerückgewinnungssystems und ist dazu ausgebildet, anhand dieses Modells dem als Eingabe erhaltenen

Wertevektor den Sollwert Tw,s für die Temperatur des aus dem Verdampfer austretenden Arbeitsmediums zuzuordnen. Das Modell kann sich beispielsweise auf den stationären Zustand des Abwärmerückgewinnungssystems beziehen und auf einer Recheneinheit, wie beispielsweise einem Steuergerät, ausgeführt werden. Dies erfordert eine entsprechende im Fahrzeug mitzuführende

Rechenkapazität, bringt dafür jedoch den Vorteil, dass das Modell maximal flexibel Veränderungen nachgeführt werden kann. Beispielsweise können Komponenten oder Betriebsstoffe (etwa Motoröl) im System altern, oder der Strömungswiderstand eines Partikelfilters in der Abgasnachbehandlung kann sich mit zunehmender Füllung des Filters erhöhen, um nach dem Freibrennen des Filters anschließend schlagartig abzusinken.

Ausgehend von physikalischen, stationären und verteilt-parametrischen

Gleichungen für die Beschreibung des Abwärmerückgewinnungssystems kann beispielsweise eine numerische Optimierungsrechnung durchgeführt werden, an deren Ende jedem Wertevektor der Eingangsgrößen ein Sollwert Tw,s für die Temperatur Tw zugeordnet wird. Das Modell kann beispielsweise

Bilanzgleichungen für Massenströme und Energien unter Berücksichtigung aller notwendigen Stoffzusammenhänge umfassen. Beispielsweise kann eine

Bilanzgleichung für eine Energie aus dem Grundsatz der Energieerhaltung abgeleitet werden. Eine Bilanzgleichung für einen Massenstrom kann

beispielsweise daraus abgeleitet werden, dass das Arbeitsmedium im flüssigen Aggregatzustand inkompressibel ist und im geschlossenen Kreislauf weder erzeugt noch vernichtet werden kann.

In dem Modell können als Zustandsgrößen beispielsweise die spezifische Enthalpie und Fluid- und Wandtemperaturen des Verdampfers (bzw. der Verdampfer, wenn mehrere vorhanden sind) und des Kondensators, sowie der Druck, die spezifische Enthalpie und die Temperaturen der Hoch- und

Niederdruckverrohrung auftreten. Als Hochdruckverrohrung wird die Verrohrung von der Fördereinrichtung über den oder die Verdampfer bis zur

Expansionsmaschine bezeichnet. Als Niederdruckverrohrung wird die Verrohrung vom Ausgang der Expansionsmaschine über den Kondensator bis zum Eingang der Fördereinrichtung verstanden.

Das Modell kann beispielsweise als Eingangsgröße den durch die

Fördereinrichtung und durch die zugehörigen Ventile eingestellten Massenstrom an Arbeitsmedium durch den oder die Verdampfer enthalten. Zusätzlich können beispielsweise ein Kühlwasser-Massenstrom, eine Abgasklappenstellung, die Drehzahl der Expansionsmaschine sowie die Schaltstellungen von Ventilen, wie beispielsweise Tankventile, Abgas-Bypassventil oder Arbeits-Bypassventil, als Eingangsgrößen in das Modell eingehen. Das Modell kann beispielsweise Temperaturen und Massenströme des Abgases sowie die Umgebungstemperatur als zusätzlich wirkende Größen enthalten.

Alternativ oder in Kombination kann der Leistungsoptimierer mindestens ein Kennfeld enthalten, das dem als Eingabe erhaltenen Wertevektor einen Sollwert Tw.sfür die Temperatur des aus dem Verdampfer austretenden Arbeitsmediums zuordnet. Ein solches Kennfeld lässt sich vorausberechnen, so dass im Fahrzeug selbst weniger Rechenkapazität erforderlich ist. Es lässt sich auch beispielsweise als Update vertreiben.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ordnet der Leistungsoptimierer dem als Eingabe erhaltenen Wertevektor zusätzlich einen Sollwert P ,S für den Niederdruck P des Arbeitsmediums nach Entspannung in der Expansionsmaschine, und/oder einen Sollwert ns für die stationäre Drehzahl n der Expansionsmaschine, zu. Auf diese Weise stehen mehr Freiheitsgrade für die Erfüllung eines Gütekriteriums zur Verfügung. Dabei kann insbesondere vorteilhaft die Eingabe zusätzlich mindestens einen Wert für die

Kühlwassertemperatur am Ort des Kondensators umfassen. Nach dem zuvor Beschriebenen bezieht sich die Erfindung auch auf ein

Abwärmerückgewinnungssystem. Dieses System umfasst mindestens einen Verdampfer zur Überführung von Abwärme aus von dem Fahrzeug erzeugtem Abgas in ein Arbeitsmedium, mindestens eine von dem Arbeitsmedium antreibbare Expansionsmaschine, mindestens einen Kondensator zur

Kondensation des in der Expansionsmaschine entspannten Arbeitsmediums in den flüssigen Zustand sowie mindestens eine Fördereinrichtung zur

Druckerhöhung des kondensierten Arbeitsmediums und Förderung in den Verdampfer. Weiterhin ist ein Regelkreis vorgesehen, der mindestens auf die Förderrate mw der Fördereinrichtung als Stellgröße einwirkt und mindestens die Temperatur Tw des aus dem Verdampfer austretenden Arbeitsmediums auf einen Sollwert Tw,s regelt. Das System zeichnet sich dadurch aus, dass ein Leistungsoptimierer gemäß der Erfindung vorgesehen ist und den Sollwert Tw,s an den Regelkreis liefert. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdampfer in den Abgasstrom zwischen dem Austritt aus einem

Abgasnachbehandlungssystem und einem Auspuff des Fahrzeugs geschaltet. Dann kann die Abwärme nach dem Abgasnachbehandlungssystem noch als Prozesswärme genutzt werden.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweiter Verdampfer in den Abgasstrom einer Abgasrückführung in den Motor des Fahrzeugs geschaltet. Ein solcher Verdampfer kann neben seiner eigentlichen Funktion der Energierückgewinnung gleichzeitig die mit der Abgasrückführung unter anderem bezweckte Abkühlung des Abgases unterstützen. Somit kann dann die Abwärmerückgewinnung synergistisch mit der Abgasrückführung zusammenwirken.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung speisen beide Verdampfer eine gemeinsame Expansionsmaschine mit dem

Arbeitsmedium. Gegenüber einem System mit getrennten

Expansionsmaschinen, die den jeweiligen Verdampfern zugeordnet sind, werden erhebliche Kosten eingespart. Dafür können die aus beiden Verdampfern austretenden Ströme des Arbeitsmediums miteinander wechselwirken. Mit dem Leistungsoptimierer gemäß der Erfindung ist in dieser Konstellation

gewährleistet, dass ein Maximum an Energie zurückgewonnen werden kann, während gleichzeitig alle Zustandsbeschränkungen eingehalten werden.

Der Leistungsoptimierer gemäß der Erfindung kann in einem separaten

Steuergerät implementiert sein, aber auch beispielsweise als reine

Softwarelösung in ein bestehendes Steuergerät implementiert sein. Eine solche Software kann beispielsweise als Update verkauft werden und ist insofern ein eigenständiges Produkt. Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein

Computerprogrammprodukt mit maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer, und/oder auf einem Steuergerät, ausgeführt werden, den Computer, und/oder das Steuergerät, zu einem Leistungsoptimierer gemäß der Erfindung aufwerten. Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.

Ausführungsbeispiele

Es zeigt:

Figur 1 Integration der Leistungsoptimierung 1 in den Regelkreis 27 für das Abwärmerückgewinnungssystem 2;

Figur 2 Detailansicht des stationären Optimierungsmoduls 12;

Figur 3 Integration des Abwärmerückgewinnungssystems 2 in das Fahrzeug 3.

Nach Figur 1 wirkt der Regelkreis 27 über die Förderrate mw der

Fördereinrichtung 26 als hier beispielhaft eingezeichnete Stellgröße auf das Abwärmerückgewinnungssystem 2 ein. Daraufhin stellt sich ausgangsseitig des Verdampfers 21, 22 eine Temperatur Tw des Arbeitsmediums 23 ein. Diese Temperatur Tw wird in den Regelkreis 27 zurückgekoppelt und dort durch Einwirkung auf die Stellgröße mw auf einen Sollwert Tw,s geregelt. Dabei ist die Temperatur Tw des Arbeitsmediums 23 lediglich beispielhaft als eine der Größen eingezeichnet, die sich bei Einwirkung auf die Förderrate mw als Stellgröße ändern.

Eine Online-Parameter- und Zustandsschätzung 27a erhält die Förderrate mw und die Temperatur Tw, sowie optional auch weitere, in Figur 1 nicht

eingezeichnete, Stellgrößen oder auch Ausgangsgrößen des

Abwärmerückgewinnungssystems 2. Daraus werden die Zustandsgrößen 27b bestimmt und sowohl an den Regelkreis 27 als auch an den Leistungsoptimierer 1 weitergeleitet.

Der Leistungsoptimierer 1 erhält Größen, aus denen die Temperatur TA und der Massenstrom mA des Abgases 31 am Ort des Verdampfers 21, 22 hervorgehen, als Eingabe 11, wobei zu jedem Zeitpunkt die jeweiligen Eingabewerte in einem Wertevektor zusammengefasst sind. Dieser Wertevektor wird zunächst einem stationären Optimierungsmodul 12 zugeführt, welches ein stationäres Modell 2a des Abwärmerückgewinnungssystems 2 enthält. In einem nachgeschalteten Trajektoriengenerator 13 wird ein Sollwert Tw,s für die Temperatur Tw ermittelt. Dieser Sollwert Tw,s wird dem Regelkreis 27 zugeführt.

Figur 2 zeigt eine Detailansicht des stationären Optimierungsmoduls 12. Das Optimierungsmodul 12 enthält ein Gütemaßmodul 12a und einen

Optimierungsalgorithmus 12b.

In dem Gütemaßmodul 12a wird anhand des aktuellen Motor-Arbeitspunkts, der durch die als Eingabe 11 erhaltene Temperatur TA und den Massenstrom ΓΤΊΑ des Abgases 31 verkörpert wird, in Verbindung mit den weiteren Zustands- und Messgrößen 27b die Güte M eines Kandidaten Tw,s* für den Sollwert Tw,s bewertet. Dabei wird das Modell 2a herangezogen. Wesentliche Kriterien für die Gütebewertung ist das Gütekriterium 14, dass die vom

Abwärmerückgewinnungssystem 2 bezogene Nettoleistung maximiert wird, sowie die Randbedingung 15, sowie dass der zulässige Betriebsbereich eingehalten wird.

Der Optimierungsalgorithmus 12b enthält die Strategie, nach der Kandidaten Tw,s* ausgewählt und mit dem Gütemaßmodul 12a getestet werden. Diese Strategie ist maßgeblich dafür, dass der letztendliche Sollwert Tw,s, welcher die Nettoleistung maximiert, deutlich schneller gefunden wird als durch das in Echtzeit nicht praktikable Ausprobieren aller möglichen Zahlenwerte.

Das Modell 2a geht davon aus, dass die Eingangsgrößen 11 in einem Vektor u und zusätzliche, nicht direkt beeinflussbare Störgrößen in einem Vektor d zusammengefasst sind. Die stationären Zustände 27b sind in einem Vektor x zusammengefasst, wobei diese Zustände 27b wiederum vom Vektor u der Eingangsgrößen 11 und vom Vektor d der Störgrößen abhängen. Aus

Bilanzgleichungen für Massenströme und Energien werden stationäre

Modellgleichungen der Form f(x(u,d),u)=0 aufgestellt. Das im Rahmen der Optimierung zu minimierende Gütekriterium 14 für die Nettoleistung des Abwärmerückgewinnungssystem kann beispielsweise die Form - P _E (x(u, ),u)+ P _F (x(u, ),u)+ P _K (u)

haben. Hierin ist PE die von der Expansionsmaschine 24 abgegebene Leistung. PF ist die Leistung, die für die Fördereinrichtung 26 aufzuwenden ist, und Ρκ ist die Leistung, die für Kühlmittelpumpen aufzuwenden ist. Diese Leistungen sind bei der Berechnung der netto zurückgewonnenen Leistung von PE abzuziehen.

Figur 3 zeigt, wie das Abwärmerückgewinnungssystem 2 beispielhaft in ein Fahrzeug 3 integrierbar ist. Verbrennungsluft 30 wird über einen Turbolader 30b angesaugt und in einem Ladeluftkühler 30a gekühlt, wobei die Pfeile am

Ladeluftkühler 30a die Strömung des Kühlmittels andeuten. Die Verbrennungsluft wird mit rückgeführtem Abgas 31 aus der Abgasrückführung 33 vermischt und in den Motor 36 geleitet.

Das vom Motor 36 erzeugte Abgas 31 wird, gesteuert durch das

Abgasrückführventil 32, teilweise wieder in die Abgasrückführung 33 geleitet. Das restliche Abgas 31a treibt zunächst den Turbolader 30b an und wird in der Abgasnachbehandlung 34 unschädlich gemacht, bevor ihm im ersten

Verdampfer 21 Abwärme entzogen wird. Das abgekühlte Abgas 31b wird dem Auspuff 35 zugeleitet. Über ein Abgas- Bypassventil 21a kann der Verdampfer 21 überbrückt und somit temporär deaktiviert werden.

In dem Verdampfer 21 wird das Arbeitsmedium 23 in überhitzten Dampf 23c verwandelt und der Expansionsmaschine 24 zugeleitet. Das entspannte

Arbeitsmedium 23a wird im Kondensator 25 zu flüssigem Arbeitsmedium 23b kondensiert, wobei durch die Pfeile am Kondensator 25 wiederum der Fluss des Kühlmittels angedeutet wird. Das kondensierte Arbeitsmedium 23b wird in der Fördereinrichtung 26 wieder komprimiert und zurück in den Verdampfer 21 geführt.

Zusätzlich ist in dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ein weiterer Verdampfer 22 in den Abgasstrom der Abgasrückführleitung 33 geschaltet.

Dieser Verdampfer 22 wird von der gleichen Fördereinrichtung 26 mit Arbeitsmedium 23 versorgt wie der erste Verdampfer 21, und er speist zusammen mit dem Verdampfer 21 die gleiche Expansionsmaschine 24.