Ganzheitliche Modellerstellung zur Wirkungsgraderhöhung von Nutzfahrzeugen durch thermische Rekuperation

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1 Ganzheitliche Modellerstellung zur Wirkungsgraderhöhung von Nutzfahrzeugen durch thermische Rekuperation Ganzheitliche Modellerstellung zur Wirkungsgraderhöhung von Nutzfahrzeugen durch thermische Rekuperation ISBN: LVK Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen Technische Universität München Prof. Dr.-Ing. G. Wachtmeister (Hrsg.)

2 Herausgegeben von: Prof. Dr.-lng. Georg Wachtmeister LVK - Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen Technische Universität München Zugleich: Dissertation, München, Technische Universität München, 2015 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben - auch bei nur auszugsweiser Verwendung - vorbehalten. Die Informationen in diesem Buch wurden mit großer Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht völlig ausgeschlossen werden. Verlag und Autor übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für eventuell verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen. Layout und Satz: Copyright 2015 ISBN:

3 Technische Universität München Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen Ganzheitliche Modellerstellung zur Wirkungsgraderhöhung von Nutzfahrzeugen durch thermische Rekuperation Dipl.-Ing. (Univ.) Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Prüfer der Dissertation: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Mirko Hornung 1. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Wachtmeister 2. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Hartmut Spliethoff Die Dissertation wurde am bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Maschinenwesen am angenommen.

4 III 1 Einleitung Motivation Zielsetzung und Schwerpunkte Stand der Technik Thermische Rekuperation im Automobilbereich Simulationsmodelle hinsichtlich Wärmerekuperation und Thermomanagement Potenzielle Abwärmequellen im Nutzfahrzeug Potenzialabschätzung der Exergieströme Strecken- und Exergieanalyse im Nutzfahrzeug System- und Modellbeschreibung des Rankine-Cycle Topologie des Rankine-Cycle Arbeitsmedium Förderpumpen Wärmeübertrager: Verdampfer und Kondensator Bypass- und Drosselventil Expansionsmaschine Regelung System- und Modellbeschreibung des TEG Thermoelektrische Effekte Topologie und Modellaufbau des Thermoelektrischen Generators Verifikation des TEG-Modells Erstellung des ganzheitlichen Fahrzeugmodells Dreifach gekoppelte Simulation Definition der Schnittstellen Performance und Stabilität Versuchsaufbau und Messstellen Prüfstand Rankine-Cycle Prüfstand Thermoelektrischer Generator Validierung der Simulationsmodelle Validierung der Rankine-Cycle-Modelle Validierung der TEG-Modelle... 92

5 IV 9 Simulationsergebnisse und Diskussion Anpassung und Optimierung des thermoelektrischen Generators auf die Nutzfahrzeuganwendung Anpassung und Optimierung des Rankine-Cycles Auswirkungen der thermischen Rekuperation auf das Gesamtfahrzeug Auswirkungen der thermischen Trägheit Wirkungsgraderhöhung durch thermische Rekuperation unter dynamischen Bedingungen Fazit und Ausblick Literaturverzeichnis Studentische Arbeiten