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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug mit einem Leiterrahmen und einem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Moderne Nutzfahrzeuge verfügen heutzutage oftmals über sogenannte Wärmerückgewinnungseinrichtungen, in welchen aus den heißen Abgasen stammende thermische Energie in elektrische Energie umgewandelt und zur Versorgung von Nebenaggregaten oder zum Antrieb des Nutzfahrzeugs wieder verwendet wird. Durch derartige Wärmerückgewinnungseinrichtungen können die Nutzfahrzeuge insbesondere wirtschaftlicher und emissionsärmer betrieben werden.
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Aus der
DE 10 2016 217 352 A1 ist beispielsweise eine derartige Wärmerückgewinnungseinrichtung, wie sie auch im vorliegenden Nutzfahrzeug eingesetzt werden kann, bekannt.
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Heutige Wärmerückgewinnungseinrichtungen besitzen üblicherweise ein Gehäuse, in dem zumindest ein Teil eines Abgaskanals des Verbrennungsmotors sowie ein damit wärmeübertragend verbundener Verdampfer und ein Wärmerückgewinnungskreis angeordnet sind. In diesem Wärmerückgewinnungskreis strömt ein von einer Fördereinrichtung beschleunigtes Arbeitsmedium, wobei in dem Wärmerückgewinnungskreis nicht nur der Verdampfer, sondern auch ein Expander, ein Kondensator sowie die zuvor beschriebene Fördereinrichtung angeordnet ist. Des Weiteren ist ein Generator zur Erzeugung elektrischer Energie vorgesehen, der mit dem Expander verbunden ist. Wird somit das Arbeitsmedium im Verdampfer durch die heißen Abgase des Verbrennungsmotors verdampft, kann dieser Dampf im Expander in mechanische Energie umgewandelt und über den damit verbundenen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden. Oftmals bildet dabei der Generator einen Bestandteil der Wärmerückgewinnungseinrichtung und ist somit zusammen mit dem Verdampfer, dem Expander, dem Kondensator sowie der Fördereinrichtung und dem Wärmerückgewinnungsteil in einem gemeinsamen Gehäuse der Wärmerückgewinnungseinrichtung angeordnet. Ein derartiges Gehäuse, welches auch als WHR-Box bezeichnet wird, wird dabei an einer Karosserie des Nutzfahrzeugs, konkret an einem Leiterrahmen, seitlich montiert, wobei in diesem Bereich auch ein Kraftstofftank, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung oder andere Aggregate bzw. Aufbewahrungsboxen, insbesondere für Feuerlöscher, angeordnet sind.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Nutzfahrzeugen mit einer solchen Wärmerückgewinnungseinrichtung ist, dass diese in Konkurrenz zu den Nebenaggregaten bzw. Kraftstofftanks um einen Bauraum steht.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Nutzfahrzeug der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Wärmerückgewinnungseinrichtung sowie einen Generator innerhalb oder unterhalb eines Leiterrahmens eines Nutzfahrzeugs anzuordnen und dadurch eine Bauraumkonkurrenz mit beispielsweise einem Kraftstofftank, einer Abgasnachbehandlungseinrichtung oder anderen Nebenaggregaten, wie beispielsweise Aufbewahrungsboxen, um einen seitlich außen am Leiterrahmen befindlichen Bauraum zu vermeiden. Das erfindungsgemäße Nutzfahrzeug besitzt dabei einen Leiterrahmen sowie einen Verbrennungsmotor und eine Wärmerückgewinnungseinrichtung mit einem Gehäuse, in dem zumindest ein Teil eines Abgaskanals des Verbrennungsmotors und ein damit wärmeübertragend verbundener Verdampfer sowie ein Wärmerückgewinnungskreis angeordnet sind. In dem Wärmerückgewinnungskreis sind der Verdampfer, ein Expander, ein Kondensator sowie eine Fördereinrichtung zum Fördern eines Arbeitsmediums angeordnet. Ebenfalls vorgesehen ist ein mit dem Expander verbundener, insbesondere mechanisch verbundener, Generator zur Erzeugung elektrischer Energie. Durch die erfindungsgemäße Lösung, die Wärmerückgewinnungseinrichtung und den Generator erstmals innerhalb oder unterhalb des Leiterrahmens anzuordnen, kann ein dort bislang nicht erschlossener Bauraum erstmals genutzt und ein deutlicher Packagevorteil erzielt werden, da weder die Wärmerückgewinnungseinrichtung, noch der Generator an einer seitlichen Außenseite des Leiterrahmens in Konkurrenz zu den dort üblicherweise angeordneten Aggregaten, wie beispielsweise Aufbewahrungsboxen, Abgasnachbehandlungseinrichtungen, Schalldämpfer oder Kraftstofftanks, treten. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch das erfindungsgemäße Anordnung der Wärmerückgewinnungseinrichtung des Generators innerhalb oder unterhalb des Leiterrahmens das derzeitige Package des Nutzfahrzeugs nicht beeinträchtigt und beispielsweise die volle Tankkapazität erhalten werden kann. Die Wärmerückgewinnungseinrichtung und der Generator können dabei in einem gemeinsamen Gehäuse oder separat zueinander angeordnet und beispielsweise an einer Innenseite oder einer Unterseite eines Längsträgers des Leiterrahmens angeschraubt werden. Das Anordnen der Wärmeübertragungseinrichtung und des Generators an einer Innenseite des Längsträgers und damit innerhalb des Leiterrahmens bietet darüber hinaus den großen Vorteil, dass eine Bodenfreiheit des Nutzfahrzeugs nicht oder nur marginal beeinflusst wird. Zwischen den beiden Längsträgern des Leiterrahmens sitzt dabei der Verbrennungsmotor sowie im Weiteren rückwärtigen Verlauf eine Kardanwelle, die in ein Differential einer Hinterachse des Nutzfahrzeugs mündet. Insgesamt können so mit dem erfindungsgemäßen Nutzfahrzeug erhebliche Packagevorteile erzielt und zudem verhindert werden, dass beispielsweise ein für einen Kraftstofftank zur Verfügung stehender Bauraum eingeschränkt wird. Hierdurch lässt sich insbesondere die Reichweite des Nutzfahrzeugs mit einer solchen Wärmerückgewinnungseinrichtung steigern.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgaskanal einen den Verdampfer umgehenden Abgasbypasskanal aufweist, wobei eine Abgasklappe vorgesehen ist, die einen durch den Abgasbypasskanal und den Verdampfer strömenden Abgasstrom steuert. Über eine derartige Abgasklappe kann vergleichsweise einfach die Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung gesteuert werden, so dass bei hoher gewünschter Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung und damit einem hohen benötigen elektrischen Energiebedarf, ein Großteil oder sämtliches Abgas durch den Abgaskanal geleitet werden kann, während durch den den Verdampfer umgehenden Abgasbypasskanal kein oder nur sehr wenig Abgas gelangt. Hierdurch wird im Verdampfer viel Arbeitsmedium verdampft und dadurch im nachgeschalteten Expander eine hohe Antriebsleistung für den elektrischen Generator erzeugt. Wird dagegen weniger elektrische Energie benötigt, so kann mehr Abgas durch den Abgasbypasskanal geleitet werden. Eine derartige Abgasklappe kann dabei bedarfsgerecht angesteuert oder über ein elektrisches Energiemanagement auch geregelt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Abgasklappe separat zur Wärmerückgewinnungseinrichtung seitlich außerhalb des Leiterrahmens angeordnet oder im Gehäuse der Wärmerückgewinnungseinrichtung und damit innerhalb oder unterhalb des Leiterrahmens. Die erste Alternative ermöglicht dabei eine separate Anordnung der Abgasklappe an einem hierfür erschließbaren Bauraum, während die zweite Alternative den großen Vorteil bietet, dass auch die Abgasklappe im Gehäuse der Wärmerückgewinnungseinrichtung und damit innerhalb einer sogenannten WHR-Box angeordnet ist. Hierdurch lässt sich die Vorfertigung deutlich vereinfachen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Generator mit einem elektrischen Energiespeicher oder mit zumindest einem Nebenaggregat elektrisch verbunden. Über den Generator kann somit eine Fahrzeugbatterie geladen werden, wobei zusätzlich oder alternativ auch denkbar ist, dass der Generator Nebenaggregate, wie beispielsweise einen Elektromotor, einen Lüfter, einen elektrischen Kompressor einer Klimaanlage oder eine Heizeinrichtung zum Beheizen eines SCR-Katalysators, aufweist oder als solche ausgebildet ist. Über den Elektromotor kann beispielsweise ein zusätzlicher Antrieb des Nutzfahrzeugs bewirkt werden, sofern der Elektromotor kraftübertragend mit einem Antriebsstrang des Nutzfahrzeugs verbunden ist und dort mechanische Energie einspeisen kann. Ist das Nebenaggregat beispielsweise als Heizeinrichtung zum Beheizen eines SCR-Katalysators ausgebildet, so bietet dies den großen Vorteil, dass dieser bei Fahrtbeginn schneller seine Betriebstemperatur erreicht und dadurch schneller dazu beitragen kann, Emissionen zu senken.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Wärmerückgewinnungseinrichtung in Fahrtrichtung des Nutzfahrzeugs gesehen neben oder hinter einer Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Die Anordnung der Wärmerückgewinnungseinrichtung ist dabei rein theoretisch frei wählbar, wobei jedoch aufgrund des Wunsches, einen Abgasstrang so kurz wie möglich zu halten, eine möglichst nahe Anordnung an der Abgasnachbehandlungseinrichtung bzw. am Schalldämpfer angestrebt wird. Die Anordnung der Wärmerückgewinnungseinrichtung kann dabei in Abhängigkeit des jeweils zur Verfügung stehenden Bauraumangebots gewählt werden. Üblicherweise ist dabei selbstverständlich die Wärmerückgewinnungseinrichtung am selben Längsträger des Leiterrahmens angeordnet, wie auch die Abgasnachbehandlungseinrichtung, um nicht ein Queren des Leiterrahmens mit dem Abgaskanal vornehmen zu müssen.
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Besonders bevorzugt ist dabei die Abgasnachbehandlungseinrichtung seitlich außerhalb des Leiterrahmens am selben Längsträger des Leiterrahmens angeordnet, wie die Wärmerückgewinnungseinrichtung und dem Generator, wobei die Wärmerückgewinnungseinrichtung und der Generator in Fahrtrichtung leicht nach hinten versetzt unten am Längsträger bzw. innen am Längsträger angeordnet, insbesondere angeschraubt, sind, an dem seitlich außen auch die Abgasnachbehandlungseinrichtung bzw. der Schalldämpfer angeschraubt ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bilden die Wärmerückgewinnungseinrichtung zusammen mit dem Gehäuse, einem Teil des Abgaskanals, dem Verdampfer, dem Wärmerückgewinnungskreis, dem Expander, dem Kondensator und der Fördereinrichtung eine vormontierte Baugruppe. Hierdurch können eine Straffung des Montageprozesses und eine Reduzierung der Montagekosten erreicht werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Nutzfahrzeug, bei welchem eine Wärmerückgewinnungseinrichtung und ein Generator innerhalb eines Leiterrahmens angeordnet sind,
- 2 eine Darstellung analog zur 1, wobei die Wärmerückgewinnungseinrichtung und der Generator unterhalb des Leiterrahmens angeordnet sind.
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Entsprechend den 1 und 2, weist ein erfindungsgemäßes Nutzfahrzeug 1 eine Karosserie mit einem Leiterrahmen 2 mit einem ersten Längsträger 3 und einem zweiten Längsträger 4 sowie mehrere die beiden Längsträger 3, 4 verbindende Querträger 5 auf. Darüber hinaus vorgesehen ist ein Verbrennungsmotor 6, der über ein Getriebe 7 mit einer Kardanwelle 8 antriebsverbunden ist. Die Kardanwelle 8 wiederum ist mit einem Differential 9 verbunden und treibt über dieses Hinterräder des Nutzfahrzeugs 1 an.
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Ebenfalls vorgesehen ist eine Wärmerückgewinnungseinrichtung
10 mit einem Gehäuse
11, in dem zumindest ein Teil eines Abgaskanals
12 des Verbrennungsmotors
6 sowie ein damit wärmeübertragend verbundener Verdampfer
13 und ein Wärmerückgewinnungskreis
14 angeordnet sind, wobei in dem Wärmerückgewinnungskreis
14 der Verdampfer
13, ein Expander
15, ein Kondensator
16 und eine Fördereinrichtung
17 zum Fördern eines in dem Wärmerückgewinnungskreis
14 strömenden Arbeitsmediums angeordnet sein können bzw. sind. Eine mögliche Anordnung der einzelnen Komponenten
12,
13,
14,
15,
16 und
17 kann beispielsweise der
DE 10 2016 217 352 A1 entnommen werden. Des Weiteren vorgesehen ist ein mit dem Expander
15 verbundener Generator
18 zur Erzeugung elektrischer Energie. Erfindungsgemäß sind nun die Wärmerückgewinnungseinrichtung
10 und der Generator
18 entweder innerhalb des Leiterrahmens
2, das heißt zwischen den beiden Längsträgern
3,
4 angeordnet, wie dies gemäß
1 dargestellt ist, oder unterhalb des Leiterrahmens
2, das heißt beispielsweise unterhalb des Längsträgers
4 wie dies gemäß der
2 dargestellt ist. Hierdurch kann insbesondere ein in diesem Bereich außerhalb, das heißt seitlich außerhalb des Leiterrahmens
2 liegender Bauraum vollständig für andere Komponenten, wie beispielsweise einem nicht gezeigten Kraftstofftank, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung
23 oder Aufbewahrungsboxen, genutzt werden. Hierdurch lässt sich ein erheblicher Packagevorteil erzielen.
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Bei einer Anordnung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 10 und des Generators 18 innerhalb des Leiterrahmens 2, wie dies gemäß der 1 dargestellt ist, wird darüber hinaus die Bodenfreiheit des Nutzfahrzeugs nicht oder nur marginal eingeschränkt und zugleich ein geschützter Ort zur Anordnung der beiden Komponenten gewählt.
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Um die Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 10 bzw. des damit verbundenen Generators 18 steuern zu können, kann der Abgaskanal 12 einen den Verdampfer 13 umgehenden Abgasbypasskanal 19 aufweisen (ausschließlich in 2 gezeigt), wobei eine Abgasklappe 20 vorgesehen ist, die einen durch den Abgasbypasskanal 19 und den Verdampfer 13 strömenden Abgasstrom steuert. Der Abgasbypasskanal 19 ist dabei der Übersichtlichkeit halber lediglich in der 2 dargestellt. Die Abgasklappe 20 kann dabei separat zur Wärmerückgewinnungseinrichtung 10 seitlich außerhalb des Leiterrahmens 2 angeordnet sein, wie dies gemäß der 2 dargestellt ist, oder aber im Gehäuse 11 der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 und damit innerhalb oder unterhalb des Leiterrahmens 2. In letzterem Fall ist dabei üblicherweise auch der Abgasbypasskanal 19 im Gehäuse 11 der Wärmerückgewinnungseinrichtung 10 angeordnet, wobei dies der Übersichtlichkeit halber in 1 nicht dargestellt ist.
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Der Generator 18 kann mit einem elektrischen Energiespeicher 21 und/oder mit zumindest einem Nebenaggregat 22 elektrisch verbunden sein, wobei dieses Nebenaggregat 22 beispielsweise als ein Elektromotor, ein Lüfter, ein elektrischer Kompressor, insbesondere einer Klimaanlage, oder eine Heizeinrichtung zum Beheizen eines SCR-Katalysators ausgebildet sein. Der SCR-Katalysator kann beispielsweise Bestandteil der Abgasnachbehandlungseinrichtung 23 sein. Ist das Nebenaggregat 22 beispielsweise als Elektromotor ausgebildet, so kann dieses kraftübertragend mit einem Antriebsstrang, beispielsweise mit dem Getriebe 7 des Nutzfahrzeugs 1, verbunden sein und dem Antrieb des Nutzfahrzeugs 1 dienen.
Das als Elektromotor ausgebildete Nebenaggregat 22 kann in Bremsphasen zusätzlich als Generator genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen, die dann beispielsweise in dem Energiespeicher 21 gespeichert und später zum Boosten verwendet werden kann.
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Generell kann die Wärmerückgewinnungseinrichtung 10 in Fahrtrichtung 24 des Nutzfahrzeugs 1 gesehen neben der Abgasnachbehandlungseinrichtung 23 angeordnet sein (nicht dargestellt) oder hinter bzw. in Fahrtrichtung 24 versetzt zur Abgasnachbehandlungseinrichtung 23, wie dies gemäß den 1 und 2 gezeigt ist. Gemäß der 1 ist dabei die Wärmerückgewinnungseinrichtung 10 in Längsrichtung bzw. in Fahrtrichtung 24 versetzt an einer Innenseite des Längsträgers 4 angeordnet, während die Abgasnachbehandlungseinrichtung 23 in Fahrtrichtung 24 davor an einer Außenseite des Längsträgers 4 angeordnet ist. Gemäß der 2 ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 23 ebenfalls an einer Außenseite des Längsträgers 4 angeordnet, während die Wärmerückgewinnungseinrichtung 10 in Fahrtrichtung 24 dahinter und unterhalb des Längsträgers 4 angeordnet ist.
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Generell kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 10 und des Generators 18 innerhalb oder unterhalb des Leiterrahmens 2 ein deutlicher Packagevorteil erzielt werden, da hierfür kein von anderen Komponenten, wie beispielsweise einem Kraftstofftank, belegbarer Bauraum an einer Außenseite des Leiterrahmens 2 bzw. des Längsträgers 4 mehr freigehalten werden muss. Hierdurch kann insbesondere auch die Reichweite des Nutzfahrzeugs 1 gesteigert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016217352 A1 [0003, 0020]
