專利名稱：具有內燃機以及利用其熱源的熱量回收系統(tǒng)的商用車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按權利要求1前序部分所述的商用車，尤其是載 重汽車，它具有內燃機和熱量回收系統(tǒng)以及其它特征，如詳細說明的 那樣。
背景技術：
由于使用功率越來越強的內燃機，在商用車尤其是載重汽車中越 來越多地出現(xiàn)一個問題，即很難實現(xiàn)冷卻，因為所需的大體積的冷卻 器不再能安置到汽車中。為避免這種大體積的冷卻器，已經公開了各 種建議，所有建議的基礎都是，將來自發(fā)動機的熱量經由冷卻水而不 是通過傳統(tǒng)冷卻排放。 一種這樣的公知的辦法是利用發(fā)動機的熱源用 于熱量回收，其中，熱量從熱源如冷卻水或熱的發(fā)動機總成引出并將 這些熱量有利地提取出來。在所屬的介質回路中設有至少一個泵、蒸 發(fā)器、膨脹器和冷凝器。所有這些附加裝置在汽車中都需要一定的安 裝空間。
發(fā)明內容
本發(fā)明的任務在于，盡管在商用車內部存在的結構空間有限，仍 能節(jié)省空間地安置蒸發(fā)器。
按本發(fā)明，該任務通過一種在權利要求1中說明的在這類商用車 中安置和設計蒸發(fā)器的方式解決。
按本發(fā)明的解決方案的有利改進和細節(jié)在從屬權利要求中說明。
通過按本發(fā)明將蒸發(fā)器安置到消聲器或排氣管內或上，確保其它 汽車部件的安置不受阻礙。此外，使用這樣安置的蒸發(fā)器可以最佳地 利用將液態(tài)循環(huán)介質轉換到其蒸氣狀態(tài)的廢氣殘余熱量，蒸氣狀的介 質然后又輸送到膨脹器，并借助膨脹器轉化為可提升功率地輸出給內 燃機的機械能。
這種熱量回收系統(tǒng)也具有其它優(yōu)點，即，由于顧及了內燃機的其 它熱源如冷卻水和/或再循環(huán)的廢氣，所以即使大功率內燃機的熱蔓延
5也會受到限制，因而也能限制所需的冷卻器冷卻功率，因而限制其尺 寸。
下文借助多個在附圖中示出的實施例詳細說明按本發(fā)明的解決方
案。圖中
圖1示意性示出了一種鞍式牽引車，它有消聲器和按本發(fā)明集成
的蒸發(fā)器；
圖2用縱剖圖示出了如用于圖1所示汽車的消聲器的一種實施方
式；
圖3用橫截面圖示出了圖2所示的消聲器；
圖4示意性示出了鞍式牽引車，它有消聲器和相對圖1不同安置 的蒸發(fā)器；
圖5用橫截面圖示出了如用于圖4所示汽車的消聲器的一種實施
方式；
圖6用縱剖圖示出了圖5的消聲器；
圖7示意性示出了鞍式牽引車，它有以其它替代方式安置的蒸發(fā)
器；
圖8是按圖7的汽車的對本發(fā)明重要的截取部分； 圖9示意性示出了一種鞍式牽引車，它有以另一種替代方式安置 的蒸發(fā)器；
圖IO是按圖9的汽車的對本發(fā)明重要的截取部分； 圖11示意性示出了一種鞍式牽引車，它有用于消聲器和蒸發(fā)器的 另一種替代安置方式；
圖12是按圖11的汽車的對本發(fā)明重要的截取部分。
具體實施例方式
在圖1、 4、 7、 9和11中分別示出了鞍式牽引車作為商用車1的 例子。商用車1具有底盤2和支承在底盤上的駕駛室3。駕駛室3下方 設有內燃機4，它通過具有離合器和換擋變速器或自動變速器的傳動系 5作用在商用車l的待驅動的車輪6上。內燃機4配設有利用內燃機熱 源的熱量回收系統(tǒng)，對該熱量回收系統(tǒng)僅詳細探討其與本發(fā)明解決方案相關的那些部分。內燃機4優(yōu)選具有冷卻的廢氣再循環(huán)裝置和單級 或多級的廢氣渦輪增壓器。在內燃機4的排氣系7中設消聲器8。為 內燃機4作為熱量回收系統(tǒng)的一部分配設有介質回路，內燃機4和/或 熱的發(fā)動機總成(如廢氣再循環(huán)管路、渦輪增壓器等)以及運行介質 (如冷卻水、增壓空氣、廢氣等)的廢熱在其中通過適當?shù)难b置可以 轉化為提高功率的有效能量。在介質回路中設至少一個泵、蒸發(fā)器9、 膨脹器和冷凝器。本發(fā)明涉及承接蒸發(fā)器9的承接裝置的安置地點和 安置方式以及其設計。對此具有不同的方案。在第一種方案中(參看 按圖1至3的實施例)，蒸發(fā)器9集成在消聲器8中。它在消聲器中 要么安裝在排氣管10中，要么部分替代排氣管10。在第二種方案中(參 看按圖4至6的實施例)，蒸發(fā)器9安裝在消聲器8外部，在這里是 側下方，且排氣管10用其端段10b接著蒸發(fā)器9延伸。在第三種方案 中(參看按圖7、 8的實施例)，蒸發(fā)器9同樣安裝在消聲器8的外部， 但在這里是安裝在消聲器上方。在此，排氣管IO也用其垂直向上的端 段10b接著消聲器9延伸。在第四種方案中(參看按圖9、 10的實施 例)，蒸發(fā)器9要么安裝在從消聲器8出發(fā)的、豎立在駕駛室3后方 的排氣管10中，要么部分代替排氣管IO。在第五種方案中(參看按圖 11和12的實施例)，蒸發(fā)器9集成在消聲器8中，消聲器8安裝在豎 立在駕駛室3后方的排氣管28中。
下文將詳細探討這些按本發(fā)明的蒸發(fā)器布置方式的細節(jié)。 在按圖1的商用車中與內燃機4相鄰安裝且固定在底盤2的框架 上的消聲器8可以如圖2和3所示實現(xiàn)。該消聲器8在此構造為筒形， 并具有前部底板11和后部底板12、連接這兩個底板ll， 12的空心圓 柱形的圓周外壁13、在內部通過隔板14與輸出腔15分離的輸入腔16、 通往輸入腔16的進入管17、以及排氣管10。排氣管10以其輸入部段 10a設置在輸入腔15內，并接著蒸發(fā)器9以其輸出部段10b在限定出 輸出腔15的底板12的區(qū)域內要么通過底板12、要么通過圓周外壁13 從消聲器8中引出。蒸發(fā)器9在此要么安裝在排氣管10的輸入部段10a 內，要么在排氣管的輸入部段10a和輸出部段10b之間替代一部分排 氣管10。在后一種情況下，蒸發(fā)器9固定在消聲器8的底板12上。此 外，在所示消聲器8中設有多個廢氣后處理模塊18，并在那通過氣密 的隔板14以及與隔板間隔的透氣的承重壁19保持。每個這種廢氣后處理模塊18包含安裝在殼體內的例如顆粒分離器或顆粒過濾器和/或 至少一個催化器。由圖2和3可知，蒸發(fā)器9在該實施方式中在內部 固定在消聲器8的限定輸出腔15的底板12上。
在蒸發(fā)器9上，在下方設有用于導入液態(tài)循環(huán)介質的接管20，在 上方則設有用于導出轉變?yōu)檎魵鉅钗飸B(tài)的循環(huán)介質的接管21。兩個接 管20， 21從蒸發(fā)器9出發(fā)穿過消聲器8的相鄰的底板12或相鄰的圓 周外壁13區(qū)域從消聲器8引出，并在那里在外部與用箭頭"表示的
狀循環(huán)介質的、輸出管路連接。在圖;中,i發(fā)器;在商用車1上^位 置用消聲器8范圍內的加黑區(qū)域標出。
在按圖4的汽車中優(yōu)選使用由圖5和6可看出的在很大程度上相 應于圖2和3所示消聲器的消聲器8，但它具有安裝在其它位置的、亦 即外部側下方的蒸發(fā)器9。因而在圖5和6中對相同的或彼此對應的部 分使用與圖2和3 —致的附圖標記。由圖5和6清楚可知，蒸發(fā)器9 在該例中集成在一個殼體9'內，所述殼體在限定輸出腔15的底板l2 的區(qū)域內在側向外部下方固定在消聲器8的圓周外壁13上。消聲器8 的圓周外壁13在該區(qū)域內具有一個缺口。排氣管10以其設置在輸出 腔15內部的輸入部段10a —直通到蒸發(fā)器9,并在消聲器8外部在蒸 發(fā)器9的輸出端在其殼體9'的輸出孔9〃的區(qū)域內以其輸出部段10b延 續(xù)。蒸發(fā)器9在該實施例中也具有連接在用于液體循環(huán)介質的輸入管 路22上的下部接管20以及連接在用于蒸氣狀介質的輸出管路23上的 上部接管21。在圖4中，這種蒸發(fā)器9在商用車1中的布置同樣通過 消聲器8上加黑的區(qū)域標出。
在按圖7的商用車中優(yōu)選同樣使用在很大程度上相應于圖5和6 所示消聲器的消聲器8，但它具有安裝在其它位置的、亦即外部上方的 蒸發(fā)器9。因而在圖7和8中對相同的或彼此對應的部分^f吏用相同的附 圖標記。由圖8清楚可知，蒸發(fā)器9在該例中和其殼體一起安裝在消 聲器8的圓周外壁13上方。消聲器8的圓周外壁13在這個區(qū)域具有 一個缺口。排氣管10以其輸入部段10a在輸出腔15內部在限定該輸 出腔的底板12的范圍內一直通到蒸發(fā)器9，并在消聲器8外部在蒸發(fā) 器9的輸出端以其基本上垂直安置在駕駛室3后部的輸出部段10b延 續(xù)。該輸出部段10b通過多個固定器和支桿10c按位置相對消聲器8固定。
在按圖9的商用車1的情況下，使用與按圖4的商用車中相同或 類似的消聲器8，然而蒸發(fā)器9此時并沒有安裝在消聲器8上，而是集 成在豎立在駕駛室3后面的排氣管10的部段10b內，由圖IO可知， 該部段10b連接在消聲器8的輸出端。蒸發(fā)器9在此要么安裝在排氣 管部段10b內，也就是說優(yōu)選與消聲器8毗鄰或與之間隔不遠，要么 部分替代排氣管部段10b。排氣管10此時也通過專門的固定器/支桿 10c相對消聲器8位置固定。
在按圖7、 8和9、 IO的例子中，蒸發(fā)器9也具有下部接管20，用 于液體循環(huán)介質的輸入管路22連接在該下部接管上，并且蒸發(fā)器9具 有上部接管21，用于蒸氣狀循環(huán)介質的輸出管路23連接在該上部接管 上。該蒸發(fā)器9在按圖9的商用車上的位置在這些圖中同樣通過加黑 區(qū)域標示。
在按圖11的商用車1中使用一種與前述方案不同的消聲器8。消 聲器8在此由駕駛室3后方基本上豎直設置的空心圓柱25構成，所述 空心圓柱的上部和下部分別通過底板26或27封閉。由圖12可知，該 消聲器8經由其底板26和27分別連接在豎立在駕駛室3后方的排氣 管28的入流側的部段28/1和出流側的部段28/2上。用于廢氣后處理 的催化器和/或過濾器(未示出)以及蒸發(fā)器9集成在該消聲器8中。 該蒸發(fā)器9同樣具有下部接管20和上部接管21，它們穿過消聲器8的 空心圓柱形的壁25從消聲器中引出，并在那里在外部(20)與用于液 態(tài)循環(huán)介質的輸入管路22相連或(21 )與用于蒸氣狀循環(huán)介質的輸出 管路23相連。在這個例子中，排氣管28和消聲器8通過固定器和支 桿29相對排氣系7的入流側的部分和相對底盤2位置固定。在圖11 中，蒸發(fā)器9在商用車1上的位置同樣用消聲器8上的加黑區(qū)域標出。
蒸發(fā)器9具有這樣的結構和設計，它適合于，利用從旁邊流過的 廢氣的殘余熱量使通過輸入管路22輸送的液態(tài)循環(huán)介質在它穿流的過 程中轉化到蒸氣狀的物態(tài)。輸送的液態(tài)循環(huán)介質能夠(不過不是必須) 基于之前在熱量回收回路中的熱量交換已經被預熱。借助蒸發(fā)器9轉 化到其蒸氣狀物態(tài)的循環(huán)介質通過熱量回收回路中的輸出管路23輸送
給膨脹器，它將蒸氣能轉化為機械能，所述機械能以驅動的方式作為 附加驅動功率作用在內燃機4的曲軸上。
權利要求
1.商用車，尤其是載重汽車，它具有內燃機(4)，消聲器(8)設置在所述內燃機(4)的排氣系(7)中，并且該商用車具有熱量回收系統(tǒng)，在所述熱量回收系統(tǒng)的介質回路中設有至少一個泵、蒸發(fā)器(9)、膨脹器和冷凝器，且所述內燃機(4)和/或熱的發(fā)動機總成以及熱的運行介質的廢熱能夠轉化為提高功率的有效能量，其特征為，在所述熱量回收系統(tǒng)的介質回路中的蒸發(fā)器(9)要么-集成在消聲器(8)中并在那里安裝在排氣管(10)中或替代一部分排氣管(10)，要么-從外部安裝在消聲器(8)上并與排氣管(10)的端段(10b)連接，要么-集成在從消聲器(8)出發(fā)的、位于駕駛室(3)后方的豎立的排氣管(10)中并就此而言安裝在排氣管中或替代一部分排氣管，要么-集成在消聲器(8)中，該消聲器安裝在位于駕駛室(3)后方的豎立的排氣管(10)中。
2. 按權利要求1所述的商用車，其特征為，所述消聲器(8)具 有前部底板(11 )、后部底板(12 )以及將這兩塊底板(11， 12 )彼 此連接的環(huán)繞的圓周外壁(13)，此外還具有通過隔板(14)與輸入 腔(16)分隔的輸出腔(15)、通入輸入腔(16)的進入管(17)和 以輸入部段U0a)設置在輸出腔(15)內并在那里容納蒸發(fā)器(9) 的排氣管(10)，所述排氣管以其輸出部段(10b)接著蒸發(fā)器(9) 在限定輸出腔(15)的底板(12)的區(qū)域內要么通過底板(12)要么 通過圓周外壁(13)從消聲器(8)中導引出來。
3. 按權利要求2所述的商用車，其特征為，所述蒸發(fā)器(9)在 內部固定在所述消聲器(8)的限定輸出腔(15)的底板(12)上。
4. 按權利要求2和3之一所述的商用車，其特征為，在所述蒸發(fā) 器(9 )上設置用于供入液態(tài)循環(huán)介質的接管(20 )和用于輸出已轉化 為蒸氣狀物態(tài)的循環(huán)介質的接管(21),所述接管(20， 21)從所述 蒸發(fā)器(9)出發(fā)通過消聲器(8)的相鄰的底板(12)或相鄰的圓周 外壁(l3)區(qū)域從消聲器(8)中導引出來，并在那里(20)與用于液 態(tài)循環(huán)介質的輸入管路(22)相連或者說(21)與用于蒸氣態(tài)循環(huán)介質的輸出管路(25)相連。
5. 按權利要求1所述的商用車，其特征為，所述消聲器(8)具 有前部底板(11)、后部底板U2)和圓周外壁(13),此外還具有 進入管(17)和排氣管(10)，所述排氣管在底板(11, l2)的區(qū)域 內要么通過所述底板要么通過圓周外壁(13)從所述消聲器(8)中導 出，然后接著在那里從外部安裝在所述消聲器(8)上的蒸發(fā)器(9) 繼續(xù)延伸。
6. 按權利要求1所述的商用車，其特征為，所述消聲器(8)具 有前部底板(11)、后部底板(12)和將這兩個底板(11， 12)彼此 連接的圓周外壁(l3)，此外還具有進入管(7)和排氣管(10)，所 述排氣管在底板(11， 12)的區(qū)域內要么通過所述底板要么通過圓周 外壁(13)從所述消聲器(8)中導出，然后豎立在駕駛室(3)的后 方，所述蒸發(fā)器(9)與消聲器(8)相鄰或與之相隔不遠地集成在排 氣管(10)的部段(10b)中，其中所述蒸發(fā)器(9)要么安裝在排氣 管部段(10b)中，要么替代一部分排氣管部段(10b)。
7. 按權利要求5和6之一所述的商用車，其特征為，所述蒸發(fā)器 (9)具有與用于液態(tài)循環(huán)介質的輸入管路(")相連的接管(20)和與用于已轉化為蒸氣狀物態(tài)的循環(huán)介質的輸出管路(23)相連的接管 (21)。
8. 按權利要求1所述的商用車，其特征為，所述消聲器(8)由 位于駕駛室(3)后方的、基本上垂直設置的空心圓柱體(25)構成， 所述空心圓柱體在上部和下部分別通過底板(26， 27)封閉，并通過 這些底板(26， 27 )—方面連接在豎立在駕駛室(3 )后方的排氣管(28 ) 的入流側的部段(28/1 )上，另一方面則連接在其出流側的部段(28/2 ) 上，所述蒸發(fā)器(9)集成在消聲器(8)中，并且用于供入液態(tài)循環(huán) 介質的接管(20)和用于輸出已轉化為蒸氣狀物態(tài)的循環(huán)介質的接管(21 )從所述蒸發(fā)器(9 )出發(fā)通過消聲器(8 )的空心圓柱形的壁(25 ) 側向地從消聲器(8)中導引出來，并在那里在外部(20)與用于液態(tài) 循環(huán)介質的輸入管路相連或者說(21)與用于蒸氣態(tài)循環(huán)介質的輸出 管路(23)相連。
9. 按前述權利要求之一所述的商用車，其特征為，以液態(tài)輸送到 蒸發(fā)器(9)的并且借助所述蒸發(fā)器利用廢氣的熱能轉化為蒸氣狀物態(tài)的循環(huán)介質能夠通過輸出管路(23)輸送到膨脹器，所述膨脹器將蒸 氣能轉化為機械能，所述機械能作為附加驅動功率以驅動的方式作用 在內燃機(4)的曲軸上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種商用車，尤其是載重汽車，它具有內燃機，消聲器設在內燃機的排氣系中，并且商用車具有熱量回收系統(tǒng)，在熱量回收系統(tǒng)的介質回路中設有至少一個泵、蒸發(fā)器、膨脹器和冷凝器，內燃機和/或熱的發(fā)動機總成及熱的運行介質的廢熱可轉化為提高功率的有效能量。本發(fā)明目的是，為蒸發(fā)器在商用車上的安裝創(chuàng)造一種有利的安裝方式。這由此實現(xiàn)，即，在熱量回收系統(tǒng)的介質回路中的蒸發(fā)器集成在消聲器中，并在那里安裝在排氣管中或替代一部分排氣管，或從外部安裝在消聲器上并與排氣管的端段連接，或安裝在從消聲器出發(fā)的在駕駛室后方豎立的排氣管中或替代一部分排氣管，或集成在消聲器中，消聲器安裝在位于駕駛室后方的豎立的排氣管中。
文檔編號F02G5/02GK101607524SQ20091013272
公開日2009年12月23日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權日2008年4月14日
發(fā)明者G·拉布, J·克拉默, M·勞普 申請人:曼商用車輛奧地利股份公司