CN106061774B - 具有内燃机和余热收集壳体的车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有内燃机和排气弯管的车辆，热的来自内燃机的废气经由排气弯管被导入到排气设备的在发动机侧的区段中，排气弯管和/或排气设备的在发动机侧的区段以及废气涡轮增压器和催化器至少部分被余热收集壳体包围，在余热收集壳体中包含的空气被这些部件的余热来加热并且该被加热的空气用于装载潜热存储器，余热收集壳体具有用于已加热的空气的第一空气出口，第一空气出口经由空气通道与热存储器处于热学上的连接，来自余热收集壳体的已加热的空气将热量散发给热存储器，来自热存储器的已被冷却的空气能经由排出空气通道导出到周围环境中。本发明还涉及一种用于利用一部分由内燃机散发出的热量的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有内燃机和余热收集壳体的车辆以及一种用于利用一部分由内燃机散发出的热量的方法。
背景技术
从DE 4441351 A1中已知一种具有潜热存储器的车辆，热量可以在车辆停止时存储在该潜热存储器中，该热量在车辆的冷启动之后能够实现更快速加热乘客舱。该潜热存储器连接到车辆的内燃机的冷却循环回路上并且据此可以被来自内燃机的冷却循环回路的热量“装载”。如果内燃机是“冷”的，则来自热存储器的热量可以散发到冷却水中，从而内燃机更快达到其正常的运行温度。借助在热存储器中存储的热量也可以在车辆的“冷启动”之后相对顺利地加热乘客舱，也就是说，内燃机不必已经达到其完全的运行温度。
发明内容
本发明的任务是创造一种车辆，在该车辆中能以其它方式(即不经过冷却循环回路地)利用由内燃机散发出的热量，尤其用于存入在热存储器中。
该任务通过如下所述的特征得以解决。按照本发明的具有内燃机的车辆包括内燃机和排气弯管，热的来自内燃机的废气经由该排气弯管被导入到排气设备的在发动机侧的区段中，所述车辆的特征在于，所述排气弯管和/或所述排气设备的在发动机侧的区段至少部分被余热收集壳体包围，其中，在余热收集壳体中包含的空气通过排气弯管的和/或排气设备的在发动机侧的区段的余热而被加热，所述余热收集壳体具有用于已加热的空气的第一空气出口，所述第一空气出口经由空气通道与热存储器处于热学上的连接，其中，来自余热收集壳体的已加热的空气将热量散发给热存储器，来自热存储器的已被冷却的空气能经由排出空气通道导出到周围环境中。
本发明的出发点是一种具有内燃机和排气弯管的车辆，热的来自内燃机的废气经由该排气弯管被导入到排气设备的在发动机侧的区段中。术语排气设备的“在发动机侧的区段”尤其包括在排气弯管与排气设备的连接在发动机侧的区段上的在车辆的底部区域中延伸的区段之间的区段。
本发明的重要构思在于，借助包围或者说围住排气弯管的至少一部分和/或排气设备的在发动机侧的区段的一部分的余热收集壳体来加热在余热收集壳体中包含的空气。从排气弯管和/或排气设备的在发动机侧的区段到在余热收集壳体中包含的空气的热量传递经由热辐射和对流来实现。
已加热的空气可以间接(例如经由热存储器)或也可以直接用于加热导入到车辆的乘客舱中的空气。
出于热学上的原因可以规定，余热收集壳体至少一部分、尤其是大部分由金属板制成。对此备选地，余热收集壳体也可以由充分耐热的塑料材料制成。
如已经说明的那样，余热收集壳体包围排气弯管的至少一部分或整个排气弯管和/或排气设备的在发动机侧的区段的至少一部分。尤其可以规定，在余热收集壳体内部布置有排气设备的至少一个催化器。该催化器例如可以是NOX存储催化器、SCR催化器(用于实施选择性催化还原的催化器)或类似物。
对此备选地或补充地可以规定，在余热收集壳体内部布置有废气涡轮增压器或废气涡轮增压器的至少一个在涡轮机侧的区域。
根据本发明的一种进一步改进方案，所述余热收集壳体具有空气进口，空气可以经由该空气进口从周围环境或从车辆的发动机舱流入到余热收集壳体中。位于发动机舱中的空气在达到内燃机的运行温度之后比周围环境空气更热并且在流入到余热收集壳体中之后由排气弯管和/或排气设备的在发动机侧的区段进一步加热。
根据本发明的一种进一步改进方案，所述余热收集壳体具有至少一个用于已加热的空气的第一空气出口。可以规定，该第一空气出口经由空气通道与热存储器处于热学上的连接，其中，来自余热收集壳体的已加热的空气将热量散发给热存储器。
术语“热存储器”被理解为如下的装置，该装置设置和适合用于在较长的时间段上、尤其在大于一天的时间段上存储热量。该热存储器包含安置在热存储器的壳体中的载热体或者说载热介质。该壳体向外是绝热的，因此将到周围环境中的热量损失降低到最小。
载热体尤其可以包含“相变介质”、即在“装载热存储器”和“卸载热存储器”的状态之间经历相变的介质。这样的热存储器也称为“潜热存储器”。该存储器可以用于在车辆在较长时间上停止时存储热量，该热量于是已经在车辆的冷启动之后的几秒内用于加热乘客舱和/或用于预热车辆的内燃机。
与传统的具有热存储器的车辆相比(在这些车辆中，热存储器与内燃机的冷却剂循环回路热耦合)，按本发明的系统是明显更简单的且成本更低廉的。
根据本发明的一种进一步改进方案，所述余热收集壳体具有至少一个第二空气出口，在余热收集壳体中被加热的空气能经由该第二空气出口在绕开第一空气出口和热存储器的情况下直接导出给周围环境。当热存储器用热量最大或近似最大地“装载”时，可以有意义的是，在余热收集壳体中被加热的空气直接导出给周围环境。
此外可以设有鼓风机，该鼓风机在余热收集壳体中产生指向第一和/或第二空气出口的空气流动。换句话说，空气可以借助这种鼓风机经由余热收集壳体的空气进口被吸入或者空气可以经由空气进口被吹入。如已经提及的那样，空气可以被从周围环境或从车辆的发动机舱吸入或吹入到余热收集壳体中。
该鼓风机可以布置在余热收集壳体内部。对此备选地，该鼓风机也可以布置在空气进口的区域中。
根据本发明的一种进一步改进方案，设有排出空气通道，来自热存储器的已加热的空气可以经由该排出空气通道导出给周围环境。
根据本发明的一种进一步改进方案，设有第一热交换器，热存储器的热量能经由该第一热交换器传递给要导入到车辆的乘客舱中的空气。如果用液态的载热介质填充热存储器，则第一热交换器可以是液体-空气热交换器。如果用气态的介质填充热存储器，则热交换器可以是气体-空气热交换器。第一热交换器可以与热存储器一起安置在一个共同的壳体中。
对此备选地或补充地，可以设有第二热交换器(空气-空气热交换器)，在余热收集壳体中被加热的空气的热量能经由该第二热交换器在绕开热存储器的情况下直接传递给要导入到车辆的乘客舱中的空气。
此外，可以设有能借助致动机构控制的阀或活门装置，其中，根据阀或活门装置的位置
——来自余热收集壳体的全部空气流经由第一空气出口和热存储器被引导到周围环境中(其中，热量存入到热存储器中)，或
——来自余热收集壳体的全部空气流在绕开第一空气出口和热存储器的情况下直接被引导到周围环境中，或
——来自余热收集壳体的空气流的第一部分体积流经由第一空气出口和热存储器被引导到周围环境中(其中，热量存入到热存储器中)，并且来自余热收集壳体的空气流的第二部分体积流在绕开第一空气出口和热存储器的情况下被引导到周围环境中。
当热存储器被完全或很大程度卸载时或者当热存储器还未被完全装载时，将来自余热收集壳体的全部空气流经由第一空气出口和热存储器引导到周围空气中是有意义的。当热存储器被几乎或完全“装载”时，将来自余热收集壳体的全部空气流在绕开热存储器的情况下直接引导到周围环境中是有意义的。
当热存储器已经被部分装载时，上述“混合运行”(第三个列举划线)可以是有意义的。
根据本发明的一种进一步改进方案，所述致动机构具有例如以步进电机或类似物形式的电伺服驱动装置。
可以规定，阀或活门装置具有未操作的初始位置，在该初始位置中，来自余热收集壳体的全部空气流在绕开热存储器的情况下被引导到周围环境中。阀或活门装置例如可以借助弹簧装置预紧到未操作的初始位置中。由此确保阀或活门装置在致动机构发生故障或失效时转入到未操作的初始位置中。由此可靠地排除热存储器的过热。
本发明还涉及一种用于利用一部分由内燃机散发出的热量的方法，其中，借助包围内燃机的排气弯管的和/或排气设备的在发动机侧的区段的至少一部分的余热收集壳体，在余热收集壳体中包含的空气被加热并且该被加热的空气用于装载热存储器、尤其是潜热存储器，其中，所述余热收集壳体具有用于已加热的空气的第一空气出口，所述第一空气出口经由空气通道与热存储器处于热学上的连接，其中，来自余热收集壳体的已加热的空气将热量散发给热存储器，来自热存储器的已被冷却的空气经由排出空气通道导出到周围环境中。
附图说明
下面结合附图详细阐述本发明。其中：
图1以示意图示出本发明的基本原理；
图2示出根据本发明的具有带有热存储器的废气-空气热交换装置的实施例；以及
图3示出带有热存储器的废气-空气热交换装置的细节。
具体实施方式
图1示出在此未详细示出的车辆的内燃机1。在内燃机1上用法兰连接有排气弯管2，来自内燃机1的各个气缸的废气经由该排气弯管被导入到排气设备3中。
在图1所示的实施例中，整个排气弯管2和排气设备3的在发动机侧的区段3a被余热收集壳体4包围或者说围住、即封装。在排气设备3的在发动机侧的区段3a中布置有废气涡轮增压器5和废气催化器6。
不仅排气弯管2而且废气涡轮增压器5和催化器6在内燃机的运行中达到几百摄氏度的温度。因此，在余热收集壳体4中包含的空气被强烈加热。
余热收集壳体4具有空气进口7，空气可以经由该空气进口从车辆的发动机舱流入到余热收集壳体4中，这通过箭头8表明。
此外，余热收集壳体4具有第一空气出口9。在余热收集壳体4中被加热的空气可以经由第一空气出口9和空气通道10流动通过热存储器11或者与热存储器11热耦合的热交换器(未示出)。在余热收集壳体4中被加热的空气的热量能够以这种方式散发给热存储器11或者说存储在热存储器11中。以这种方式冷却的空气经由排出空气通道12和排出空气活门13导出给周围环境，这通过箭头14表示。
此外，余热收集壳体4具有第二空气出口15和与其配合作用的排出空气活门16，该排出空气活门在图1示出的位置中是关闭的。因此，在图1示出的位置中，从余热收集壳体4流出的热的全部空气流经由热存储器11被引导到周围环境中，其中，热量存储到热存储器11中。
当热存储器11被完全或基本上完全“装载”时，排出空气活门13、14可以借助致动器17偏转。致动器17例如可以是电动机。通过使排出空气活门13、16偏转，可以关闭排出空气通道12并且打开第二空气出口15。因此，在这种情况下，在余热收集壳体4中被加热的全部空气将会直接经由第二空气出口15导出到周围环境中。
来自周围环境的新鲜空气18可以经由在此未详细示出的热交换器被在热存储器11中存储的热量加热。借助热存储器11加热的空气19于是可以被吹入到在此未详细示出的车辆乘客舱中。对此补充地可以设有另外的空气-空气热交换器，在余热收集壳体4中被加热的空气的热量能借助该空气-空气热交换器直接传递给要吹入乘客舱中的空气。
在图2所示的实施例中，在余热收集壳体4中布置有稍后还将结合图3详细阐述的废气-空气热交换装置20。该废气-空气热交换装置20具有用于热的来自排气弯管2的废气的入口21和用于冷却的废气的出口22。
此外设有可电操控的阀装置或活门23。根据活门23的位置，热的来自排气弯管2的废气被引导穿过废气-空气热交换装置20或从其旁边经过。在活门23的在图2中所示的位置中，来自排气弯管2的热的废气的一部分流动穿过废气-空气热交换装置20并且第二部分体积流从废气-空气热交换装置20旁边流过。
此外，废气-空气热交换装置20具有用于要加热的乘客舱空气的入口24和用于已加热的乘客舱空气的出口25。
图3示出废气-空气热交换装置20的细节。该废气-空气热交换装置20具有壳体26，该壳体具有用于热的废气的入口21、用于冷却的废气的出口22、用于要加热的乘客舱空气的入口24和用于已加热的乘客舱空气的出口25。在废气-空气热交换装置20的壳体26内部布置有热存储器27。热存储器27尤其可以是所谓的潜热存储器，该潜热存储器用相变介质填充。已被经由入口21流入的热的废气吸收的热量可以在较长时间上、即在若干小时或者甚至若干天内存储在热存储器27中。
连接入口24与出口25的流动通道可以穿过热存储器27，这能够实现从热存储器27的热量存储介质到要加热的乘客舱空气的热量传递。
Claims (20)
1.具有内燃机的车辆，包括
——内燃机(1)，
——排气弯管(2)，热的来自内燃机(1)的废气经由该排气弯管被导入到排气设备(3)的在发动机侧的区段(3a)中，
其特征在于，所述排气弯管(2)和/或所述排气设备(3)的在发动机侧的区段(3a)至少部分被余热收集壳体(4)包围，其中，在余热收集壳体(4)中包含的空气通过排气弯管(2)的和/或排气设备(3)的在发动机侧的区段(3a)的余热而被加热，
所述余热收集壳体(4)具有用于已加热的空气的第一空气出口(9)，
所述第一空气出口(9)经由空气通道(10)与热存储器(11)处于热学上的连接，其中，来自余热收集壳体的已加热的空气将热量散发给热存储器(11)，
来自热存储器(11)的已被冷却的空气能经由排出空气通道(12)导出到周围环境中。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述余热收集壳体(4)至少一部分由金属板制成。
3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述排气设备(3)的至少一个催化器(6)布置在余热收集壳体(4)内部。
4.根据权利要求2所述的车辆，其特征在于，所述排气设备(3)的至少一个催化器(6)布置在余热收集壳体(4)内部。
5.根据权利要求1至4之一所述的车辆，其特征在于，在余热收集壳体(4)内部布置有废气涡轮增压器(5)或废气涡轮增压器(5)的至少一个在涡轮机侧的区域。
6.根据权利要求1至4之一所述的车辆，其特征在于，所述余热收集壳体(4)具有用于要加热的空气的空气进口(7)。
7.根据权利要求1至4之一所述的车辆，其特征在于，所述余热收集壳体(4)具有第二空气出口(15)，在余热收集壳体(4)中被加热的空气能经由该第二空气出口在绕开第一空气出口(9)和热存储器(11)的情况下导出到周围环境中。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，设有鼓风机，该鼓风机在余热收集壳体(4)中产生指向所述第一空气出口和/或所述第二空气出口(9、15)的空气流动。
9.根据权利要求1至4之一所述的车辆，其特征在于，所述热存储器(11)是包含相变介质的热存储器。
10.根据权利要求1至4之一所述的车辆，其特征在于，设有第一热交换器，热存储器(11)的热量能经由该第一热交换器传递给要导入车辆的乘客舱中的空气(18、19)。
11.根据权利要求10所述的车辆，其特征在于，设有第二热交换器，在余热收集壳体(4)中被加热的空气的热量能经由该第二热交换器在绕开热存储器(11)的情况下传递给要导入车辆的乘客舱中的空气(18、19)。
12.根据权利要求10所述的车辆，其特征在于，所述第一热交换器与热存储器(11)一起安置在一个共同的壳体中。
13.根据权利要求1至4之一所述的车辆，其特征在于，设有能借助致动机构(17)控制的阀或活门装置(13、16)，其中，根据阀或活门装置(13、16)的位置
——来自余热收集壳体(4)的全部空气流经由第一空气出口(9)和热存储器(11)被引导到周围环境中，或
——来自余热收集壳体(4)的全部空气流在绕开第一空气出口(9)和热存储器(11)的情况下被引导到周围环境中，或
——来自余热收集壳体(4)的空气流的第一部分体积流经由第一空气出口(9)和热存储器(11)被引导到周围环境中以及来自余热收集壳体的空气流的第二部分体积流在绕开第一空气出口和热存储器的情况下被引导到周围环境中。
14.根据权利要求13所述的车辆，其特征在于，所述致动机构具有电伺服驱动装置。
15.根据权利要求13所述的车辆，其特征在于，所述阀或活门装置(13、16)具有未操作的初始位置，在该初始位置中，来自余热收集壳体(4)的全部空气流在绕开第一空气出口(9)和热存储器(11)的情况下被引导到周围环境中。
16.根据权利要求1至4之一所述的车辆，其特征在于，在余热收集壳体(4)中布置有具有热存储装置(27)的废气-空气热交换装置(20)，其中，所述废气-空气热交换装置(20)具有用于热的废气的入口(21)、用于已被冷却的废气的出口(22)、用于要加热介质的入口(24)和用于已加热的介质的出口(25)。
17.根据权利要求2所述的车辆，其特征在于，所述余热收集壳体(4)大部分由金属板制成。
18.根据权利要求16所述的车辆，其特征在于，所述要加热介质是要加热的乘客舱空气，而所述已加热的介质是已加热的乘客舱空气。
19.用于利用一部分由内燃机(1)散发出的热量的方法，其中，借助包围内燃机的排气弯管(2)的和/或排气设备(3)的在发动机侧的区段(3a)的至少一部分的余热收集壳体(4)，在余热收集壳体(4)中包含的空气被加热并且该被加热的空气用于装载热存储器(11)，其中，所述余热收集壳体(4)具有用于已加热的空气的第一空气出口(9)，所述第一空气出口(9)经由空气通道(10)与热存储器(11)处于热学上的连接，其中，来自余热收集壳体的已加热的空气将热量散发给热存储器(11)，来自热存储器(11)的已被冷却的空气经由排出空气通道(12)导出到周围环境中。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述热存储器(11)是潜热存储器。
Applications Claiming Priority (3)
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