排气后处理系统的制作方法

文档序号:11128448
排气后处理系统的制造方法与工艺

本披露涉及一种具有催化TEG(热电发生器)系统的排气后处理系统。



背景技术:

此部分提供了与本披露相关的背景信息,其不一定是现有技术。

已经开发了多种排气后处理装置,以试图减少内燃发动机运行期间排放到大气中的不希望的物质(例如,NOX、碳氢化合物、一氧化碳和/或颗粒物质)的量。用于燃烧式发动机排气的典型后处理系统可以包括氧化催化器(例如柴油氧化催化器或DOC)、颗粒过滤器(例如,柴油颗粒过滤器或DPF)、选择性催化还原(SCR)系统和/或其他后处理部件。

可以采用热电发生器(TEG)系统由排气气流中的热能产生电能。例如,可以使用这种电能为车辆的各种电气附件或子系统供以动力。也就是说,可以将TEG套管定位在排气后处理系统的排气通道内以从其中的排气中吸收热量,使得TEG系统可以将热量转换为电能。TEG套管可以被催化(例如涂覆有催化物质)成使得这些TEG套管可以处理排气以减少在排气中的不希望的成分的量。



技术实现要素:

此部分提供本披露的总体概述、并且不是其全部范围或其全部特征的综合性披露。

在一种形式中,本披露提供了一种排气后处理系统,该排气后处理系统可以包括后处理部件和多个热电发生器。后处理部件被布置在排气通道中。这些热电发生器可以被布置在排气通道中、在后处理部件的上游。这些热电发生器各自可以具有催化涂层并且可以包括径向延伸的翅片,该径向延伸的翅片被配置成从在排气通道中的排气中吸收热量。这些热电发生器中的至少一个热电发生器的翅片可以与这些热电发生器中的至少另一个热电发生器的翅片重叠。

在一些构型中,这些热电发生器中的至少一个热电发生器的翅片与这些热电发生器中的至少另一个热电发生器的翅片交错。

在一些构型中,这些热电发生器各自包括多个翅片,该多个翅片径向朝外延伸并且从热电发生器的第一轴向末端纵向地延伸至热电发生器的第二轴向末端。

在一些构型中,这些翅片是圆盘形的。

在一些构型中,每个热电发生器都具有彼此轴向间隔开的多个圆盘形翅片。

在一些构型中,这些翅片具有螺旋形状。

在一些构型中,这些螺旋翅片是由多根旋转轴线限定的,这些旋转轴线垂直于穿过排气通道的流动方向。

在一些构型中,这些热电发生器各自包括多个螺旋翅片。

在一些构型中,每个热电发生器的该多个螺旋翅片是由共同的旋转轴线限定的并且旋转地与彼此偏离和与彼此交错。

在一些构型中,催化涂层的催化剂可以包括碳氢化合物催化剂或CO氧化催化剂。

在一些构型中,催化涂层的催化剂选自由以下各项构成的组:三元催化剂、铂族金属催化剂、贫NOx捕捉催化剂和碳氢化合物贫NOx催化剂。

在一些构型中,后处理部件选自由以下各项构成的组:氧化催化器、颗粒过滤器和选择性催化还原催化器。

在一些构型中,这些热电发生器被布置在涡轮增压器的上游。

在一些构型中,这些热电发生器被布置在颗粒过滤器的上游。

在一些构型中,这些热电发生器被布置在涡轮增压器的下游和颗粒过滤器的上游。

在一些构型中,这些热电发生器起氧化催化器的作用。

在一些构型中,这些热电发生器被布置在涡轮增压器和颗粒过滤器的下游以及选择性催化还原催化器的上游。

在另一种形式中,本披露提供了一种排气后处理系统,该排气后处理系统可以包括后处理部件和多个热电发生器。后处理部件被布置在排气通道中。这些热电发生器可以被布置在排气通道中、后处理部件的下游。这些热电发生器各自可以具有催化涂层并且可以包括径向延伸的翅片,该径向延伸的翅片被配置成从在排气通道中的排气中吸收热量。这些热电发生器中的至少一个热电发生器的翅片可以与这些热电发生器中的至少另一个热电发生器的翅片重叠。

在一些构型中,这些热电发生器各自包括多个翅片,该多个翅片径向朝外延伸并且从热电发生器的第一轴向末端纵向地延伸至热电发生器的第二轴向末端。

在一些构型中,这些翅片是圆盘形的。

在一些构型中,每个热电发生器都具有彼此轴向间隔开的多个圆盘形翅片。

在一些构型中,这些翅片具有螺旋形状。

在一些构型中,这些螺旋翅片是由多根旋转轴线限定的,这些旋转轴线垂直于穿过排气通道的流动方向。

在一些构型中,这些热电发生器各自包括多个螺旋翅片。

在一些构型中,每个热电发生器的该多个螺旋翅片是由共同的旋转轴线限定的并且旋转地与彼此偏离和与彼此交错。

在一些构型中,催化涂层的催化剂选自由以下各项构成的组:三元催化剂、铂族金属催化剂、贫NOx捕捉催化剂和碳氢化合物贫NOx催化剂。

在一些构型中,后处理部件选自由以下各项构成的组:氧化催化器、颗粒过滤器和选择性催化还原催化器。

在一些构型中,这些热电发生器被布置在涡轮增压器和颗粒过滤器的下游。

在一些构型中,这些热电发生器被布置在选择性催化还原催化器的上游。

在一些构型中,催化涂层是选择性催化还原涂层。

在另一种形式中,本披露提供了一种排气后处理系统,该排气后处理系统可以包括排气通道和热电发生器系统。排气通道从燃烧式发动机接收排气。热电发生器系统被布置在排气中并且可以包括多个催化剂涂覆的套管,这些催化剂涂覆的套管各自具有被配置成从在排气通道中的排气中吸收热量的螺旋翅片。这些螺旋翅片可以是由多根旋转轴线限定的,这些旋转轴线垂直于穿过排气通道的流动方向。这些套管中的至少一个套管的翅片可以与这些套管中的至少另一个套管的翅片交错。

从本文所提供的描述将清楚其他适用范围。本概述中的说明和具体实例仅旨在用于说明的目的而并非旨在限制本披露的范围。

附图说明

在此描述的附图仅是出于对所选择实施例的而不是对所有可能实施例的说明性目的,并且不旨在限制本披露的范围。

图1是具有根据本披露原理的TEG组件的排气后处理系统的示意性表示;

图2是具有根据本披露原理的TEG组件的另一个排气后处理系统的示意性表示;

图3是具有根据本披露原理的TEG组件的另一个排气后处理系统的示意性表示;

图4是具有根据本披露原理的TEG组件的另一个排气后处理系统的示意性表示;

图5是被安装在图1至图4的排气后处理系统中的任一个排气后处理系统的排气通道中的TEG组件的套管的示意性平面视图;

图6是图5的套管之一的一组翅片的透视图;

图7是图5的套管的翅片组的侧视图;

图8是被安装在图1至图4的排气后处理系统中的任一个排气后处理系统的排气通道中的其他套管的示意性平面视图;

图9是图8的套管之一的一组翅片的透视图;

图10是图8的套管的翅片组的侧视图;

图11是被安装在图1至图4的排气后处理系统中的任一个排气后处理系统的排气通道中的其他套管的示意性平面视图;

图12是图11的套管之一的一组翅片的透视图;并且

图13是图11的套管的翅片组的侧视图。

在附图的若干视图中,相应的参考数字指示相应的部分。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。

提供了多个示例性实施例从而使得本披露是详尽的,并将其范围充分地告知本领域的技术人员。阐述了许多特定的细节,例如特定的部件、装置和方法的实例,以便提供对本披露的实施例的详尽理解。对本领域的技术人员来说显然地不必采用特定的细节,而可以用多种不同的形式实施示例性实施例、并且这些特定的细节都不应解释为是对本披露的范围的限制。在一些示例性实施例中,没有详细描述熟知的过程、熟知的装置结构以及熟知的技术。

本文所使用的术语仅是出于描述特定示例性实施例的目的而并不旨在限制。如本文所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在也包括复数形式,除非上下文清楚地另外指明。术语“包括”、“含有”、“包含”和“具有”都是包括性的并且因此指定所陈述特征、整合物、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除存在或加入一种或多种其他特征、整合物、步骤、操作、元件、部件和/或它们的集合。在此所描述的这些方法步骤、过程和操作不应当被解释为必须要求它们按所讨论或示出的特定顺序执行,除非特别指出执行顺序。还应当理解的是,可以采用另外的或替代性的步骤。

当一个元件或层涉及“在……上”、“接合到”、“连接到”、或“联接到”另一元件或层时,它可以是直接在该另一元件或层上、接合、连接或联接到该另一元件或层,或者可以存在中间元件或层。相比之下,当一个元件涉及“直接在……上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时,就可能不存在中间元件或层。用于描述这些元件之间关系的其他词语应该以类似的方式进行解释(例如,“之间”与“直接之间”,“相邻”与“直接相邻”等)。如在此所使用的,术语“和/或”包括相关联的所列项目的一项或多项的任意和所有组合。

虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用来描述不同的元件、部件、区域、层和/或部分,但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制。这些术语可以仅用于从一个区域、层或部分中区分出另一个元件、部件、区域、层或部分。术语如“第一”、“第二”和其他数字术语在本文使用时并不暗示序列或顺序,除非上下文明确指出。因此,后面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分,而不脱离这些示例性实施例的教导。

空间相关术语,例如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等在本文中是为了使得对如这些附图中所展示的一个元件或特征相对另外一个或多个元件或者一个或多个特征的关系的描述易于阐释。空间相关术语可以旨在涵盖除了在附图中描述的取向之外该装置在使用或操作中的不同取向。例如,如果装置在这些附图中被翻转,则被描述为“下方”或“之下”的元件或特征将被取向为在其他元件或特征“上方”。因此,示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。装置可以被另外取向(旋转90度或在其他取向),并且在此所使用的空间相关描述符做出了相应的解释。

参照图1,例如,提供了可以包括排气通道12的排气后处理系统10,该排气通道可以容纳热电发生器(TEG)系统14、涡轮增压器16、以及一个或多个排气后处理装置,例如颗粒过滤器(例如柴油颗粒过滤器)20的和/或选择性催化还原(SCR)催化器22。在一些构型中,可以将额外的或替代的多个排气后处理装置(例如催化器、过滤器和/或捕捉器)布置在排气通道12内。排气通道12可以接收从燃烧式发动机11排出的排气。这些排气后处理装置可以减少来自流动穿过排气通道12的排气的不希望的物质(例如,NOX、碳氢化合物、一氧化碳和颗粒物质)的量。应理解的是,排气后处理系统10可以被配置用于汽油发动机或柴油发动机(或用于由任何其他燃料供以动力的发动机)。流动穿过排气通道12的排气可以为TEG系统14提供热量并且可以为涡轮增压器16的涡轮机24提供动力。例如,TEG系统14可以将来自排气的热能转换为可以用于为车辆中的电力系统和附件供电的电能。

在图1中示出的特定构型中,TEG系统14被布置在涡轮增压器16的上游,该涡轮增压器被布置在这些排气后处理装置(例如颗粒过滤器20和SCR催化器22)的上游。将TEG系统14布置在涡轮增压器16上游使得TEG系统14被放置得更加靠近于发动机11,这使TEG系统14曝露给更高的排气温度,这增大了TEG系统14的电功率产生。

图2描绘了另一种排气后处理系统110,该排气后处理系统包括排气通道112,该排气通道从发动机11接收排气并且可以容纳TEG系统114、涡轮增压器116、颗粒过滤器120和SCR催化器122。涡轮增压器116、颗粒过滤器120和SCR催化器122可以与以上描述的涡轮增压器16、颗粒过滤器20和SCR催化器22相似或相同。TEG系统114可以大体上与以上描述的TEG系统14相似,除了TEG系统114被布置在涡轮增压器116的下游。TEG系统114可以被布置在颗粒过滤器120和SCR催化器122的上游。

图3描绘了另一种排气后处理系统210,该排气后处理系统包括排气通道212,该排气通道从发动机11接收排气并且可以容纳TEG系统214、涡轮增压器216、氧化催化器(例如柴油氧化催化器)218和颗粒过滤器220。涡轮增压器216和颗粒过滤器220可以与以上描述的涡轮增压器16和颗粒过滤器20相似或相同。TEG系统214可以大体上与以上描述的TEG系统14相似,除了TEG系统214被布置在涡轮增压器216、氧化催化器218和颗粒过滤器220的下游。

图4描绘了另一种排气后处理系统310,该排气后处理系统包括排气通道312,该排气通道从发动机11接收排气并且可以容纳TEG系统314、涡轮增压器316、氧化催化器318、颗粒过滤器320和SCR催化器322。涡轮增压器316、氧化催化器318和颗粒过滤器320可以与以上描述的涡轮增压器16、氧化催化器218和颗粒过滤器20相似或相同。TEG系统314可以大体上与以上描述的TEG系统14相似,除了TEG系统314被布置在涡轮增压器316、氧化催化器318和颗粒过滤器320的下游。TEG系统314被布置在SCR催化器322的上游。在一些构型中,TEG系统314可以被布置在SCR催化器322的下游。在一些构型中,还原剂喷射器(未示出)可以被布置在TEG系统314的上游或在TEG系统314与SCR催化器322之间。在一些构型中,系统310可以包括多个SCR催化器322和/或一个或多个SCR涂覆的TEG系统314。

TEG系统14、114、214、314可以包括一个或多个热电发生器或套管26(在图5中示意性示出),该一个或多个热电发生器或套管可以至少部分地涂覆有催化材料和/或至少部分地由催化基材形成。例如,催化涂层或基材可以是或可以包括三元催化剂(TWC)、铂族金属(PGM)催化剂、贫NOx捕捉(LNT)催化剂、碳氢化合物贫NOx催化剂(HCLNC)或SCR催化剂。例如,在一些构型中,这些套管26可以被涂覆有或包括CO2捕获和/或NOx存储催化剂。

用TWC涂覆TEG系统14、114、214、314的套管26提供了若干功能和优点。例如,这种套管26可以产生电功率而同时用作汽油发动机应用的HC、CO和NOx转换的三元催化剂。这些TWC涂覆的套管26可以被放置得更接近于发动机11(例如在涡轮增压器16的上游,如在图1中示出的)以更加有效地产生电功率。将呈单个结构的TWC和TEG的功能性结合可以降低系统10的成本和复杂性还同时减少对于这种功能性所需的封装空间。此外,结合这种功能性还降低了在排气通道12中的背压。在一些构型中,可以更加有效地在TEG系统14、114、214、314的入口面处提供相对较少的TWC涂覆的套管26并且在TEG系统14、114、214、314的出口面处或出口面附近提供相对较多的TWC涂覆的套管26。这种构型可以减少热量损失并且产生更多电功率。

用PGM涂覆TEG系统14、114、214、314的套管26提供了若干功能和优点。例如,当这种套管26被布置在颗粒过滤器20、120、220、320的上游时,这些套管26可以用作HC和CO氧化的氧化催化剂。在颗粒过滤器20、120、220、320的活性再生过程中,由于HC氧化反应的放热性质,PGM涂覆的套管26可以产生更多热量(与常规DOC相似)。此外,在活性再生的过程中,PGM涂覆的套管26还可以由于增加的热量水平而产生更多电功率。在正常发动机运行期间,由于这些PGM涂覆的套管26可以被布置得靠近于发动机11,这些PGM涂覆的套管26与常规TEG系统相比可以产生更多电功率。将呈单个结构的DOC和TEG的功能性结合可以降低系统10的成本和复杂性还同时减少对于这种功能性所需的封装空间。此外,结合这种功能性还降低了在排气通道12中的背压。在一些构型中,可以更加有效地在TEG系统14、114、214、314的入口面处提供相对较少的PGM涂覆的套管26并且在TEG系统14、114、214、314的出口面处或出口面附近提供相对较多的PGM涂覆的套管26。这种构型可以减少热量损失并且产生更多电功率。

用LNT涂覆TEG系统14、114、214、314的套管26提供了若干功能和优点。例如,这种套管26可以执行HC和CO氧化、NOx还原、NH3产生和电功率产生。将这种功能性结合到单个系统中可以降低成本和减少封装空间同时产生更多电功率。类似地,SCR和HCLNC涂覆的套管26也提供了降低成本和减少封装空间以及产生更多电功率的优点。如上所述,减少在TEG系统14、114、214、314的入口处或入口附近的表面或套管26上的催化剂负载并且增加在TEG系统14、114、214、314的出口处或出口附近的表面或套管26上的催化剂负载可以改善TEG系统14、114、214、314的有效性。

现参照图5至图7,这些TEG系统14、114、214、314的套管26各自可以包括一个或多个径向延伸的翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h,该一个或多个径向延伸的翅片促进对来自流动穿过排气通道12、112、212、312的排气的热量的吸收。虽然图5描绘了TEG系统14、114、214、314具有一对套管26,应理解的是,TEG系统14、114、214、314可以具有仅一个套管26或多于一个套管26。在图5至图7中示出的构型中,每个套管26都包括多个翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h。这些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h可以涂覆有以上描述的催化剂中的一种或多种催化剂(例如TWC、OC、PGM、LNT、HCLNC、SCR、CO2捕获、NOx吸收器、CSC等)。

每个翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h都基本上是螺旋的并且相对于同一套管26的其余翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h旋转地(成角度地)偏离。以此方式,特定套管26的这些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h与彼此交错,并且特定套管26的这些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h的螺旋形状都是由共同的旋转轴线A限定的。如在图5中示出的,套管26的这些旋转轴线A可以基本上彼此平行并且垂直于穿过排气通道12、112、212、312的排气流动的方向。如在图7中示出的,特定套管26的这些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h可以与一个或多个相邻套管26的翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h重叠或交错。在图5至图7中示出的这些套管26的这些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h的构型增大了套管26曝露给排气的表面积,由此改善了热量吸收和电能产生。此外,用以上描述和在图中示出的方式进行交错这些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h允许将更多翅片装配在给定空间内而不会不利地增大在排气通道12中的背压。

现参照图8至图10,取代套管26或除了这些套管之外提供另一组套管426,该组套管可以被结合到TEG系统14、114、214、314中。套管426各自可以包括一个或多个径向延伸的翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h,该一个或多个径向延伸的翅片促进对来自流动穿过排气通道12、112、212、312的排气的热量的吸收。虽然图8描绘了TEG系统14、114、214、314具有一对套管426,应理解的是,TEG系统14、114、214、314可以具有任何数量的套管426。这些翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h可以涂覆有以上描述的催化剂中的一种或多种催化剂(例如TWC、PGM、LNT、HCLNC、SCR等)。

每个套管426的这些翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h可以是围绕共同的纵向轴线A延伸的扁平圆盘。这些翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h各自可以轴向地与彼此偏离(即,在平行于纵向轴线A的方向上彼此间隔开)。以此方式,特定套管426的这些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h可以彼此交错。如在图8中示出的,套管426的这些旋转轴线A可以基本上彼此平行并且垂直于穿过排气通道12、112、212、312的排气流动的方向。如在图10中示出的,特定套管426的这些翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h可以与一个或多个相邻套管426的翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h重叠或交错。

虽然套管426的纵向轴线A在图中示出并且在以上描述为彼此平行,在一些构型中,这些纵向轴线A可以相对于彼此成角度。在一些构型中,这些套管的这种取向可以改善在排气与套管426之间的热传递。

现参照图11至图13,取代套管26、426或除了这些套管之外提供另一组套管526,该另一组套管可以被结合到TEG系统14、114、214、314中。套管526各自可以包括多个翅片530,该多个翅片促进对来自流动穿过排气通道12、112、212、312的排气的热量的吸收。虽然图11描绘了TEG系统14、114、214、314具有一对套管526,应理解的是,TEG系统14、114、214、314可以具有任何数量的套管526。这些翅片530可以涂覆有以上描述的催化剂中的一种或多种催化剂(例如TWC、PGM、LNT、HCLNC、SCR等)。

每个套管526的翅片530可以径向地延伸并且可以被安排在围绕纵向轴线A延伸的圆形阵列中。如在图11和图12中示出的,每个翅片530可以在轴向方向上(即,在平行于纵向轴线A的方向上)从套管526的上游末端532延伸至套管526的下游末端534。以此方式,这些翅片530可以类似于轮齿来成型。

如在图11中示出的,套管526的这些旋转轴线A可以基本上彼此平行并且平行于穿过排气通道12、112、212、312的排气流动的方向。如在图13中示出的,特定套管526的一个或多个翅片530可以与一个或多个相邻套管526的一个或多个翅片530重叠或交错。

虽然没有在图中具体示出,应理解的是,TEG系统14、114、214、314中的任一个TEG系统可以被布置在EGR(排气再循环)环路中,通过该EGR环路将通道12中的排气的一部分提供至发动机11的进气系统。

以上对这些实施例的描述是出于展示和说明的目的提供的。并不旨在详尽或限制本披露。具体实施例的单独的要素或特征通常并不局限于该具体实施例,而是在适用时是可互换的、并且可以用在甚至并未明确示出或描述的选定实施例中。也可以用多种方式来对其加以变化。这样的变化不应视作是脱离本披露,并且所有这样的改动都旨在包括在本披露的范围之内。

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