具有内燃机以及利用其热源的热量回收系统的商用车.pdf

本发明涉及一种商用车，尤其是载重汽车，它具有内燃机，消声器设在内燃机的排气系中，并且商用车具有热量回收系统，在热量回收系统的介质回路中设有至少一个泵、蒸发器、膨胀器和冷凝器，内燃机和/或热的发动机总成及热的运行介质的废热可转化为提高功率的有效能量。本发明目的是，为蒸发器在商用车上的安装创造一种有利的安装方式。这由此实现，即，在热量回收系统的介质回路中的蒸发器集成在消声器中，并在那里安装在排气管中或替代一部分排气管，或从外部安装在消声器上并与排气管的端段连接，或安装在从消声器出发的在驾驶室后方竖立的排气管中或替代一部分排气管，或集成在消声器中，消声器安装在位于驾驶室后方的竖立的排气管中。

1.  商用车，尤其是载重汽车，它具有内燃机(4)，消声器(8)设置在所述内燃机(4)的排气系(7)中，并且该商用车具有热量回收系统，在所述热量回收系统的介质回路中设有至少一个泵、蒸发器(9)、膨胀器和冷凝器，且所述内燃机(4)和/或热的发动机总成以及热的运行介质的废热能够转化为提高功率的有效能量，其特征为，在所述热量回收系统的介质回路中的蒸发器(9)要么
-集成在消声器(8)中并在那里安装在排气管(10)中或替代一部分排气管(10)，要么
-从外部安装在消声器(8)上并与排气管(10)的端段(10b)连接，要么
-集成在从消声器(8)出发的、位于驾驶室(3)后方的竖立的排气管(10)中并就此而言安装在排气管中或替代一部分排气管，要么
-集成在消声器(8)中，该消声器安装在位于驾驶室(3)后方的竖立的排气管(10)中。

2.  按权利要求1所述的商用车，其特征为，所述消声器(8)具有前部底板(11)、后部底板(12)以及将这两块底板(11，12)彼此连接的环绕的圆周外壁(13)，此外还具有通过隔板(14)与输入腔(16)分隔的输出腔(15)、通入输入腔(16)的进入管(17)和以输入部段(10a)设置在输出腔(15)内并在那里容纳蒸发器(9)的排气管(10)，所述排气管以其输出部段(10b)接着蒸发器(9)在限定输出腔(15)的底板(12)的区域内要么通过底板(12)要么通过圆周外壁(13)从消声器(8)中导引出来。

3.  按权利要求2所述的商用车，其特征为，所述蒸发器(9)在内部固定在所述消声器(8)的限定输出腔(15)的底板(12)上。

4.  按权利要求2和3之一所述的商用车，其特征为，在所述蒸发器(9)上设置用于供入液态循环介质的接管(20)和用于输出已转化为蒸气状物态的循环介质的接管(21)，所述接管(20，21)从所述蒸发器(9)出发通过消声器(8)的相邻的底板(12)或相邻的圆周外壁(13)区域从消声器(8)中导引出来，并在那里(20)与用于液态循环介质的输入管路(22)相连或者说(21)与用于蒸气态循环介质的输出管路(25)相连。

5.  按权利要求1所述的商用车，其特征为，所述消声器(8)具有前部底板(11)、后部底板(12)和圆周外壁(13)，此外还具有进入管(17)和排气管(10)，所述排气管在底板(11，12)的区域内要么通过所述底板要么通过圆周外壁(13)从所述消声器(8)中导出，然后接着在那里从外部安装在所述消声器(8)上的蒸发器(9)继续延伸。

6.  按权利要求1所述的商用车，其特征为，所述消声器(8)具有前部底板(11)、后部底板(12)和将这两个底板(11，12)彼此连接的圆周外壁(13)，此外还具有进入管(7)和排气管(10)，所述排气管在底板(11，12)的区域内要么通过所述底板要么通过圆周外壁(13)从所述消声器(8)中导出，然后竖立在驾驶室(3)的后方，所述蒸发器(9)与消声器(8)相邻或与之相隔不远地集成在排气管(10)的部段(10b)中，其中所述蒸发器(9)要么安装在排气管部段(10b)中，要么替代一部分排气管部段(10b)。

7.  按权利要求5和6之一所述的商用车，其特征为，所述蒸发器(9)具有与用于液态循环介质的输入管路(22)相连的接管(20)和与用于已转化为蒸气状物态的循环介质的输出管路(23)相连的接管(21)。

8.  按权利要求1所述的商用车，其特征为，所述消声器(8)由位于驾驶室(3)后方的、基本上垂直设置的空心圆柱体(25)构成，所述空心圆柱体在上部和下部分别通过底板(26，27)封闭，并通过这些底板(26，27)一方面连接在竖立在驾驶室(3)后方的排气管(28)的入流侧的部段(28/1)上，另一方面则连接在其出流侧的部段(28/2)上，所述蒸发器(9)集成在消声器(8)中，并且用于供入液态循环介质的接管(20)和用于输出已转化为蒸气状物态的循环介质的接管(21)从所述蒸发器(9)出发通过消声器(8)的空心圆柱形的壁(25)侧向地从消声器(8)中导引出来，并在那里在外部(20)与用于液态循环介质的输入管路相连或者说(21)与用于蒸气态循环介质的输出管路(23)相连。

9.  按前述权利要求之一所述的商用车，其特征为，以液态输送到蒸发器(9)的并且借助所述蒸发器利用废气的热能转化为蒸气状物态的循环介质能够通过输出管路(23)输送到膨胀器，所述膨胀器将蒸气能转化为机械能，所述机械能作为附加驱动功率以驱动的方式作用在内燃机(4)的曲轴上。

具有内燃机以及利用其热源的热量回收系统的商用车
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的商用车，尤其是载重汽车，它具有内燃机和热量回收系统以及其它特征，如详细说明的那样。
背景技术
由于使用功率越来越强的内燃机，在商用车尤其是载重汽车中越来越多地出现一个问题，即很难实现冷却，因为所需的大体积的冷却器不再能安置到汽车中。为避免这种大体积的冷却器，已经公开了各种建议，所有建议的基础都是，将来自发动机的热量经由冷却水而不是通过传统冷却排放。一种这样的公知的办法是利用发动机的热源用于热量回收，其中，热量从热源如冷却水或热的发动机总成引出并将这些热量有利地提取出来。在所属的介质回路中设有至少一个泵、蒸发器、膨胀器和冷凝器。所有这些附加装置在汽车中都需要一定的安装空间。
发明内容
本发明的任务在于，尽管在商用车内部存在的结构空间有限，仍能节省空间地安置蒸发器。
按本发明，该任务通过一种在权利要求1中说明的在这类商用车中安置和设计蒸发器的方式解决。
按本发明的解决方案的有利改进和细节在从属权利要求中说明。
通过按本发明将蒸发器安置到消声器或排气管内或上，确保其它汽车部件的安置不受阻碍。此外，使用这样安置的蒸发器可以最佳地利用将液态循环介质转换到其蒸气状态的废气残余热量，蒸气状的介质然后又输送到膨胀器，并借助膨胀器转化为可提升功率地输出给内燃机的机械能。
这种热量回收系统也具有其它优点，即，由于顾及了内燃机的其它热源如冷却水和/或再循环的废气，所以即使大功率内燃机的热蔓延也会受到限制，因而也能限制所需的冷却器冷却功率，因而限制其尺寸。
附图说明
下文借助多个在附图中示出的实施例详细说明按本发明的解决方案。图中：
图1示意性示出了一种鞍式牵引车，它有消声器和按本发明集成的蒸发器；
图2用纵剖图示出了如用于图1所示汽车的消声器的一种实施方式；
图3用横截面图示出了图2所示的消声器；
图4示意性示出了鞍式牵引车，它有消声器和相对图1不同安置的蒸发器；
图5用横截面图示出了如用于图4所示汽车的消声器的一种实施方式；
图6用纵剖图示出了图5的消声器；
图7示意性示出了鞍式牵引车，它有以其它替代方式安置的蒸发器；
图8是按图7的汽车的对本发明重要的截取部分；
图9示意性示出了一种鞍式牵引车，它有以另一种替代方式安置的蒸发器；
图10是按图9的汽车的对本发明重要的截取部分；
图11示意性示出了一种鞍式牵引车，它有用于消声器和蒸发器的另一种替代安置方式；
图12是按图11的汽车的对本发明重要的截取部分。
具体实施方式
在图1、4、7、9和11中分别示出了鞍式牵引车作为商用车1的例子。商用车1具有底盘2和支承在底盘上的驾驶室3。驾驶室3下方设有内燃机4，它通过具有离合器和换挡变速器或自动变速器的传动系5作用在商用车1的待驱动的车轮6上。内燃机4配设有利用内燃机热源的热量回收系统，对该热量回收系统仅详细探讨其与本发明解决方案相关的那些部分。内燃机4优选具有冷却的废气再循环装置和单级或多级的废气涡轮增压器。在内燃机4的排气系7中设消声器8。为内燃机4作为热量回收系统的一部分配设有介质回路，内燃机4和/或热的发动机总成(如废气再循环管路、涡轮增压器等)以及运行介质(如冷却水、增压空气、废气等)的废热在其中通过适当的装置可以转化为提高功率的有效能量。在介质回路中设至少一个泵、蒸发器9、膨胀器和冷凝器。本发明涉及承接蒸发器9的承接装置的安置地点和安置方式以及其设计。对此具有不同的方案。在第一种方案中(参看按图1至3的实施例)，蒸发器9集成在消声器8中。它在消声器中要么安装在排气管10中，要么部分替代排气管10。在第二种方案中(参看按图4至6的实施例)，蒸发器9安装在消声器8外部，在这里是侧下方，且排气管10用其端段10b接着蒸发器9延伸。在第三种方案中(参看按图7、8的实施例)，蒸发器9同样安装在消声器8的外部，但在这里是安装在消声器上方。在此，排气管10也用其垂直向上的端段10b接着消声器9延伸。在第四种方案中(参看按图9、10的实施例)，蒸发器9要么安装在从消声器8出发的、竖立在驾驶室3后方的排气管10中，要么部分代替排气管10。在第五种方案中(参看按图11和12的实施例)，蒸发器9集成在消声器8中，消声器8安装在竖立在驾驶室3后方的排气管28中。
下文将详细探讨这些按本发明的蒸发器布置方式的细节。
在按图1的商用车中与内燃机4相邻安装且固定在底盘2的框架上的消声器8可以如图2和3所示实现。该消声器8在此构造为筒形，并具有前部底板11和后部底板12、连接这两个底板11，12的空心圆柱形的圆周外壁13、在内部通过隔板14与输出腔15分离的输入腔16、通往输入腔16的进入管17、以及排气管10。排气管10以其输入部段10a设置在输入腔15内，并接着蒸发器9以其输出部段10b在限定出输出腔15的底板12的区域内要么通过底板12、要么通过圆周外壁13从消声器8中引出。蒸发器9在此要么安装在排气管10的输入部段10a内，要么在排气管的输入部段10a和输出部段10b之间替代一部分排气管10。在后一种情况下，蒸发器9固定在消声器8的底板12上。此外，在所示消声器8中设有多个废气后处理模块18，并在那通过气密的隔板14以及与隔板间隔的透气的承重壁19保持。每个这种废气后处理模块18包含安装在壳体内的例如颗粒分离器或颗粒过滤器和/或至少一个催化器。由图2和3可知，蒸发器9在该实施方式中在内部固定在消声器8的限定输出腔15的底板12上。
在蒸发器9上，在下方设有用于导入液态循环介质的接管20，在上方则设有用于导出转变为蒸气状物态的循环介质的接管21。两个接管20，21从蒸发器9出发穿过消声器8的相邻的底板12或相邻的圆周外壁13区域从消声器8引出，并在那里在外部与用箭头22表示的用于液体循环介质的输入管路连接或者说与用箭头23表示的用于蒸气状循环介质的输出管路连接。在图1中，蒸发器9在商用车1上的位置用消声器8范围内的加黑区域标出。
在按图4的汽车中优选使用由图5和6可看出的在很大程度上相应于图2和3所示消声器的消声器8，但它具有安装在其它位置的、亦即外部侧下方的蒸发器9。因而在图5和6中对相同的或彼此对应的部分使用与图2和3一致的附图标记。由图5和6清楚可知，蒸发器9在该例中集成在一个壳体9′内，所述壳体在限定输出腔15的底板12的区域内在侧向外部下方固定在消声器8的圆周外壁13上。消声器8的圆周外壁13在该区域内具有一个缺口。排气管10以其设置在输出腔15内部的输入部段10a一直通到蒸发器9，并在消声器8外部在蒸发器9的输出端在其壳体9′的输出孔9″的区域内以其输出部段10b延续。蒸发器9在该实施例中也具有连接在用于液体循环介质的输入管路22上的下部接管20以及连接在用于蒸气状介质的输出管路23上的上部接管21。在图4中，这种蒸发器9在商用车1中的布置同样通过消声器8上加黑的区域标出。
在按图7的商用车中优选同样使用在很大程度上相应于图5和6所示消声器的消声器8，但它具有安装在其它位置的、亦即外部上方的蒸发器9。因而在图7和8中对相同的或彼此对应的部分使用相同的附图标记。由图8清楚可知，蒸发器9在该例中和其壳体一起安装在消声器8的圆周外壁13上方。消声器8的圆周外壁13在这个区域具有一个缺口。排气管10以其输入部段10a在输出腔15内部在限定该输出腔的底板12的范围内一直通到蒸发器9，并在消声器8外部在蒸发器9的输出端以其基本上垂直安置在驾驶室3后部的输出部段10b延续。该输出部段10b通过多个固定器和支杆10c按位置相对消声器8固定。
在按图9的商用车1的情况下，使用与按图4的商用车中相同或类似的消声器8，然而蒸发器9此时并没有安装在消声器8上，而是集成在竖立在驾驶室3后面的排气管10的部段10b内，由图10可知，该部段10b连接在消声器8的输出端。蒸发器9在此要么安装在排气管部段10b内，也就是说优选与消声器8毗邻或与之间隔不远，要么部分替代排气管部段10b。排气管10此时也通过专门的固定器/支杆10c相对消声器8位置固定。
在按图7、8和9、10的例子中，蒸发器9也具有下部接管20，用于液体循环介质的输入管路22连接在该下部接管上，并且蒸发器9具有上部接管21，用于蒸气状循环介质的输出管路23连接在该上部接管上。该蒸发器9在按图9的商用车上的位置在这些图中同样通过加黑区域标示。
在按图11的商用车1中使用一种与前述方案不同的消声器8。消声器8在此由驾驶室3后方基本上竖直设置的空心圆柱25构成，所述空心圆柱的上部和下部分别通过底板26或27封闭。由图12可知，该消声器8经由其底板26和27分别连接在竖立在驾驶室3后方的排气管28的入流侧的部段28/1和出流侧的部段28/2上。用于废气后处理的催化器和/或过滤器(未示出)以及蒸发器9集成在该消声器8中。该蒸发器9同样具有下部接管20和上部接管21，它们穿过消声器8的空心圆柱形的壁25从消声器中引出，并在那里在外部(20)与用于液态循环介质的输入管路22相连或(21)与用于蒸气状循环介质的输出管路23相连。在这个例子中，排气管28和消声器8通过固定器和支杆29相对排气系7的入流侧的部分和相对底盘2位置固定。在图11中，蒸发器9在商用车1上的位置同样用消声器8上的加黑区域标出。
蒸发器9具有这样的结构和设计，它适合于，利用从旁边流过的废气的残余热量使通过输入管路22输送的液态循环介质在它穿流的过程中转化到蒸气状的物态。输送的液态循环介质能够(不过不是必须)基于之前在热量回收回路中的热量交换已经被预热。借助蒸发器9转化到其蒸气状物态的循环介质通过热量回收回路中的输出管路23输送给膨胀器，它将蒸气能转化为机械能，所述机械能以驱动的方式作为附加驱动功率作用在内燃机4的曲轴上。