(57)【要約】  内燃機関（１０）を備えた自動車内で、この内燃機関から流れ出る排ガス流がランキンサイクルプロセスの熱源として使用される。ランキンサイクル内でのポンプ（１４）の搬送出力は可変であり、搬送出力は制御装置（２４）の制御によって、排ガス質量流量に、及び場合によっては排ガス温度にも依存して調節される。本発明は、初めてただ１つのランキンサイクルを自動車に導入することを可能にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）からの排ガス流からエネルギーを獲得する方法であって、排ガス流がエバポレータ（１６）に供給され、該エバポレータ内で排ガス流からの間接的な熱伝達により作動流体が液体状態から気体状態に移行され、気体状の作動流体が膨張機械（１８）に供給され、該膨張機械がエネルギーを獲得し、さらに気体状の作動流体がコンデンサ（２２）に供給され、該コンデンサ内で気体状態から再び液体状態へ移行され、さらに液体状の作動流体がポンプ（１４）を使用して再び前記エバポレータ（１６）に供給され、前記ポンプの搬送出力が、前記エバポレータ（１６）内において、現在の排ガス流によって時間当たり伝達される熱エネルギーを決める少なくとも１つの量に依存して制御される方法。
【請求項２】
前記ポンプの搬送出力が少なくとも排ガス質量流量に依存して調節される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
排ガス質量流量が測定される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
１つ又は複数の、内燃機関の作動を定義する量が算出され、特性曲線又は特性マップに基づいて排ガス質量流量が推定される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ポンプの搬送出力が、少なくとも排ガス流内の排ガスの温度に依存して調節される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
排ガス流を排出し、ランキンサイクルを備えた内燃機関（１０）を備えた自動車であって、該ランキンサイクル内では作動流体が閉じた系の中でポンプ（１４）からエバポレータ（１６）へ通され、該エバポレータ内で排ガス流から熱エネルギーが作動流体に供給され、前記エバポレータ（１６）から膨張機械（１８）に案内され、該膨張機械で電気エネルギーが獲得され、前記膨張機械（１８）からコンデンサ（２２）へ、該コンデンサ（２２）から再び前記ポンプ（１４）へ供給され、ポンプ搬送出力が調節可能である自動車において、
前記ポンプ搬送出力の調節が、制御装置（２４）の制御信号によって行われ、該制御装置が、前記ポンプの搬送出力を前記エバポレータ（１６）内で現在の排ガス流によって時間当たり伝達される熱エネルギーを決める少なくとも１つの量に依存して制御を行うように設計されていることを特徴とする自動車。
【請求項７】
前記制御装置がアクセルペダル位置（３０）を示す信号の送信元（２８）と連結されている、請求項６に記載の自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からの排ガス流からエネルギーを獲得する方法、及びそのような排ガス流が周知のように自由に処理できる自動車、及びそのために使用できる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から生じる排ガスはかなり高温であり、排ガスが含んでいる熱エネルギーを利用できたら望ましいと思われる。排ガス中の熱エネルギーを用いて電気エネルギーを獲得することは有意義に思われる。この場合、パワープラントに関する分野では公知の技術を用いることが考えられる。そこではいわゆるランキンサイクルプロセスが使用されている。すなわち、作動流体、通常は水が、高圧下で気化され、低圧下で液化されることが交互に行われる。高い圧力は、膨張機械内、特にタービン内で仕事を与えながら低下し、その結果電気エネルギーが得られる。凝縮器（コンデンサ）内で液化した後、今や液体となった作動流体はポンプを使用して蒸発器（エバポレータ）へ案内される。エバポレータ内では、作動流体が別の流体からいわゆる間接熱伝達によって熱を受け取り、その際に別の流体は作動流体から遮断壁によって隔てられている。ここでは、上述の別の流体こそが内燃機関からの排ガス流であってよいことが考えられる。しかしこれまでその実現には、排ガス質量流量が変動すること、及び特に内燃機関の現在の出力に依存していることにおいて問題があった。従って作動流体をランキンサイクル内で均等に動かすことは有意義ではない。すでに、作動流体から得られた測定値に従った、例えば温度、質量流量又は作動媒体圧力に従った、作動流体の動きの調節が考えられている。装置容積と質量流量の比に起因する調節遅れという理由から、この種の安定した調節はできないことが明らかになっている。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関からの排ガス流をランキンサイクルプロセスのためのエネルギー源として使用することが実際に記述されている。この場合、各作動流体の沸点が互いに異なる２つのサイクルが備えられている。２つのサイクルの少なくとも１つで、ポンプ出力を可変に調節することが可能である。特許文献１では、そうすることで排ガス流からの熱エネルギー回収効率を最大に調節することができると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１３３３１５７Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、実際に導入可能な、しかし従来技術と比べて簡略化された、排ガス流からエネルギーを獲得する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴を備えた方法によって解決される。この課題は、請求項６の特徴を備えた自動車を提供することでも解決される。
【０００７】
本発明に基づき、排ガス流からエネルギーを獲得するために、実際にランキンサイクルプロセスを利用しており、その際にエバポレータ内で排ガス流から熱エネルギーが作動流体に供給される。ここでポンプの搬送出力は、エバポレータ内でそれぞれ現在の排ガス流から単位時間当たり伝達可能な熱エネルギーを決める、少なくとも１つの量に依存して制御される。つまりこれによって時変調節される。
【０００８】
本発明は、エバポレータに搬送された液状の作動流体の量が現在の排ガス流に合わせられている場合は循環内部の量に基づいた調節を省くことができるという知識に基づいている。排ガス流がより多くの熱エネルギーを提供すると、ポンプの搬送出力はより高くてよく、排ガス流がより少ない熱エネルギーを提供すると、ポンプの搬送出力はより低くて良い。提供される熱エネルギーは排ガス質量流量に直接比例し、その結果ポンプの搬送出力は好ましくは少なくとも排ガス質量流量に依存して調節される。特に、排ガス質量流量に依存してポンプの搬送出力を決める調節値についての特性曲線を、ポンプの搬送出力の調節時に使用することができる。特に好ましくは、追加的に排ガス温度も考慮する。その場合は、好ましくはポンプの搬送出力を決定する調節値を排ガス質量流量及び排ガス温度に依存して再現する特性マップを使用する。
【０００９】
排ガス質量流量を簡単に測定し、ポンプを制御する制御装置の測定信号を供給することができるとよい。しかし、排ガス質量流量は現在の測定量でなくてもよい。従って排ガス質量流量は内燃機関の作動によって定義されて決められる。従って、内燃機関の作動を規定する量（パラメータ）が１つ又は複数算出され、内燃機関に対して特性マップが用意されてよく（特性曲線のただ１つのパラメータを使用して）、この特性マップは排ガス質量流量のこの量への依存を再現する。そのため、特性マップに基づいて、１つ又は複数の算出された量から排ガス質量流量が推定され、そのように見積もられた排ガス質量流量に依存してポンプの搬送出力が決定される。
【００１０】
ポンプの搬送出力は、通常ポンプの回転数によって直接決められる。
【００１１】
本発明は初めて、ただ１つのランキンサイクルが使用される、内燃機関を搭載した自動車を提供する。これはポンプ搬送出力が調節可能であり、しかも発明に基づくポンプ搬送出力の調節が制御装置の制御信号によって行われ、この制御装置が、ポンプの搬送出力を、エバポレータ内で現在の排ガス流によって時間当たり伝達可能な熱エネルギーをそれぞれ決める、少なくとも１つの量に依存して制御されるように設計されることによって可能になる。
【００１２】
好ましくは、ここでも排ガス質量流量、場合によっては追加的に温度も、制御のための入力値として使用される。
【００１３】
特性マップに基づいて排ガス質量流量が計算されると、制御装置は内燃機関の作動を定義する量を示す信号を受け取るはずである。内燃機関の作動は、一方では内燃機関に噴射された燃料の量によって、他方では供給された空気で決定される。これに対して、これら２つの量は、アクセルペダルの調節によって決まる。こうして好ましくは、制御はアクセルペダルの位置を示す信号の送信元と連結している。この送信元は、電子式アクセルペダルにおいてはアクセルペダル位置を直接計算するセンサーであってよく、その場合センサーからの信号は、内燃機関を（又は内燃機関への燃料供給及び給気を）制御する制御装置にも供給される。それとは逆に、機械式システムにおいては、ガス流量からアクセルペダル位置が計算され、その結果上記の信号送信元はガス流量用測定装置を含んでいてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に従った種類の自動車内の、本発明に従った方法を使用した構成部品の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、本発明の好ましい一実施形態を図との関連で記述している。唯一の図は、本発明に従った種類の自動車内の、本発明に従った方法を使用した構成部品の模式図である。本発明に従った自動車は、内部で燃料が燃やされ、その際に排ガス管１２を通って排出される排ガスが生じる内燃機関１０を備えている。排ガス管１２内の排ガスは、ランキンサイクルのためのエネルギー源として使用される。このようなサイクル内では、作動流体（好ましくは水）が、閉じた系の中に通される。水は液体の状態でポンプ１４からエバポレータ１６へポンピングされる。エバポレータ１６内では排ガスから水への熱エネルギーの伝達が行われ、その結果水が気化して高い圧力がもたらされる。水蒸気は発電機２０と連結されたタービン１８に供給される。水蒸気はタービン１８を通過する際に緩和され、その際に果たされる仕事は発電機２０によって電気エネルギーに変換される。タービン１８を通過した後、水蒸気はコンデンサ２２内で水に凝縮し、その際ここでも適切な冷却液に熱伝達が行われる。これは、作動流体と同様に水であってよいが、作動流体とは遮断壁によってコンデンサ２２内で隔てられている。この水は、自動車のラジエターを通して案内されてよい。それから、作動流体−水はコンデンサ２２から再びポンプ１４へと供給される。
【００１６】
ここで所与の排ガス質量流量及び所与の排ガス温度により、この条件下においてエバポレータ１６内で気化されることが可能な、作動流体の最大質量流量を求めることができる。従って、ポンプ１４を一定の回転数で作動させることは有意義ではない。というのは、そうすればある場合（排ガス質量流量が少ないか、又は排ガス温度が高すぎない）にポンプ１４からエバポレータ１６へ供給される液状の作動流体の一部がまったく気化されず、別の場合（排ガス質量流量が多く、排ガス温度が比較的高い）には最大限可能なエネルギーを獲得できない。それゆえに、ポンプ１４の回転数が可変調節可能であること、つまり制御装置２４によって制御されることが企図される。制御装置２４は、可能な限り多くの熱エネルギーを排ガス流から作動流体へ伝達されるように制御を行う。このことは、本願では排ガス質量流量及び排ガス温度という量（パラメータ）に依存する。この場合制御装置２４は、特にポンプの回転数を排ガス質量流量及び排ガス温度の関数として記述した特性マップを使用してよい。制御は排ガス質量流量及び排ガス温度という量に依存して行われるため、制御装置２４は対応する情報信号の供給を受け取らなければならない。排ガス質量流量及び排ガス温度も測定する適切な測定装置２６は、排ガス管１２の内部又は近傍にあってよい。センサー２８は自動車のアクセルペダル位置３０を検知してもよく、これによって噴射管３２を通って内燃機関１０に供給される燃料の量、及び管３４を通って内燃機関１０に供給される空気の量が決められる。従ってアクセルペダル位置３０は、内燃機関１０の作動を決め、排ガス質量流量は直接アクセルペダル位置３０に依存し、部分的には排ガス温度にも依存する。制御装置は、センサー２８からの信号に基づいて排ガス質量流量の大きさ又は排ガス温度を計算することができる。つまり、これに関して制御装置２４内にアクセルペダル位置３０と排ガス質量流量との関係を再現する適切な特性曲線又は特性マップが収容される。アクセルペダル位置３０に基づいて排ガス質量流量が計算され、排ガス流温度がセンサー２６によって算出される場合に、これは実用可能な解決策である。
【００１７】
本発明に従ったシステムは、特に一時的な動作においてもランキンサイクルを非常に安定して循環させる。このシステムは簡単に既存の制御解決システムに統合可能であり、たとえば制御装置２４はエンジンコントロールユニット１０と同一であってよい。
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