Integrale Restwärmenutzung für Personenkraftwagen auf Basis eines Rankine-Prozesses
Michael Bens
Ein Serieneinsatz einer Restwärmenutzung durch Kreisprozesse nach Clausius und Rankine hat im Pkw bis heute nicht stattgefunden. Ein nicht hinreichender Quotient aus Nutzen und Aufwand kann hierfür als plausibelste Ursache genannt werden.
Im Gegensatz zu den meisten bisher untersuchten Add-On Systemen nutzt der in dieser Dissertation untersuchte Systemansatz den Motorkühlkreislauf nicht als Wärmesenke, sondern integriert diesen als zusätzliche Wärmequelle neben dem Abgasmassenstrom in ein Einkreissystem. Die Substitution des Motorkühlkreislaufs, dessen Komponenten sowie die Übernahme des Leitungsroutings ermöglichen eine kostengünstige und möglichst konfliktfreie Gesamtfahrzeugintegration bei gleichzeitiger Leistungssteigerung des Restwärmenutzungssystems gegenüber den bekannten Add-On Systemen. Ein besonderer Fokus liegt auf dem sicheren Betrieb der sensiblen Wärmequelle Motor bei Integration in den Restwärmenutzungskreislauf. Die Wirkungsgradsteigerung des Top-Cycles inklusive des Restwärmenutzungssystems in Form eines thermischen Antriebsverbunds unter Beibehaltung der gewohnten Systemrobustheit ist das Entwicklungsziel.
Anhand eines Versuchsaufbaus wird ein solches integrales Restwärmenutzungssystem der ersten Generation vorgestellt, Grenzen und Potentiale aufgezeigt sowie eine Optimierung von Regelungsparametern hinsichtlich Prozesswirkungsgrad und Systemrobustheit durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zusammengefasst und hinsichtlich der Anwendung in verschiedenen Antriebsarchitekturen diskutiert.
