DE102016112816A1

DE102016112816A1 - Anordnung von katalytischen TEG-Systemen

Info

Publication number: DE102016112816A1
Application number: DE102016112816.3A
Authority: DE
Inventors: Padmanabha Reddy Ettireddy; Adam J. Kotrba; Timothy P. Gardner; Michael Golin
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2017-02-02
Also published as: CN106401717A; US9551257B1; US20170030240A1; CN106401717B

Abstract

Ein Abgasnachbehandlungssystem kann eine Nachbehandlungskomponente und thermoelektrische Generatoren umfassen. Die Nachbehandlungskomponente ist in einer Abgaspassage angeordnet. Die thermoelektrischen Generatoren können in der Abgaspassage der Nachbehandlungskomponente vor- oder nachgelagert sein. Die thermoelektrischen Generatoren können jeweils eine katalytische Beschichtung aufweisen und können eine sich radial erstreckende Rippe umfassen, die ausgelegt ist, Wärme aus Abgas in der Abgaspassage zu absorbieren. Die Rippe wenigstens eines der thermoelektrischen Generatoren kann die Rippe wenigstens eines anderen der thermoelektrischen Generatoren übergreifen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem, das ein katalytisches TEG-System (thermoelektrisches Generatorsystem) aufweist.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung bereit und ist nicht unbedingt Stand der Technik.
In dem Bestreben, die Menge an unerwünschten Stoffen (z. B. NO_X, Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und/oder Feststoffpartikeln), die beim Betrieb eines Verbrennungsmotors in die Atmosphäre abgegeben werden, zu reduzieren, sind eine Anzahl von Abgasnachbehandlungseinrichtungen entwickelt worden. Typische Nachbehandlungssysteme für Verbrennungsmotorabgase können einen Oxidationskatalysator (z. B. einen Diesel-Oxidationskatalysator oder DOC), ein Partikelfilter (z. B. ein Dieselpartikelfilter oder DPF), ein Selektivkatalysator(SCR)-System und/oder andere Nachbehandlungskomponenten umfassen.
Thermoelektrische Generatorsysteme (TEG-Systeme) können eingesetzt werden, um aus Wärmeenergie in einem Abgasstrom elektrische Energie zu generieren. Solche elektrische Energie kann dazu verwendet werden, zum Beispiel verschiedene elektrische Nebenaggregate oder Subsysteme eines Fahrzeugs zu speisen. Das heißt, TEG-Patronen können innerhalb einer Abgaspassage eines Abgasnachbehandlungssystems positioniert werden, um Wärme aus dem Abgas darin zu absorbieren, so dass das TEG-System die Wärme in elektrische Energie umwandeln kann. TEG-Patronen können katalytisch (z. B. mit einer katalytischen Substanz beschichtet) sein, so dass die TEG-Patronen das Abgas behandeln können, um die Menge an unerwünschten Bestandteilen im Abgas zu reduzieren.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Schutzumfangs oder aller ihrer Merkmale.
In einer Form stellt die vorliegende Offenbarung ein Abgasnachbehandlungssystem bereit, das eine Nachbehandlungskomponente und thermoelektrische Generatoren umfassen kann. Die Nachbehandlungskomponente ist in einer Abgaspassage angeordnet. Die thermoelektrischen Generatoren können in der Abgaspassage der Nachbehandlungskomponente vorgelagert sein. Die thermoelektrischen Generatoren können jeweils eine katalytische Beschichtung aufweisen und eine sich radial erstreckende Rippe umfassen, die ausgelegt ist, Wärme aus Abgas in der Abgaspassage zu absorbieren. Die Rippe wenigstens eines der thermoelektrischen Generatoren kann die Rippe wenigstens eines anderen der thermoelektrischen Generatoren übergreifen.
In manchen Ausgestaltungen ist die Rippe wenigstens eines der thermoelektrischen Generatoren mit der Rippe wenigstens eines anderen der thermoelektrischen Generatoren verzahnt.
In manchen Ausgestaltungen umfassen die thermoelektrischen Generatoren jeweils eine Mehrzahl von Rippen, die sich radial nach außen erstrecken und sich längs von einem ersten axialen Ende des thermoelektrischen Generators zu einem zweiten axialen Ende des thermoelektrischen Generators erstrecken.
In manchen Ausgestaltungen sind die Rippen scheibenförmig.
In manchen Ausgestaltungen weisen die thermoelektrischen Generatoren jeweils eine Mehrzahl von axial voneinander beabstandeten scheibenförmigen Rippen auf.
In manchen Ausgestaltungen weisen die Rippen Spiralformen auf.
In manchen Ausgestaltungen werden die spiralförmigen Rippen von Drehachsen bestimmt, die zu einer Strömungsrichtung durch die Abgaspassage rechtwinklig sind.
In manchen Ausgestaltungen umfassen die thermoelektrischen Generatoren jeweils eine Mehrzahl von spiralförmigen Rippen.
In manchen Ausgestaltungen werden die Mehrzahl von spiralförmigen Rippen jedes thermoelektrischen Generators von einer gemeinsamen Drehachse bestimmt und sind zueinander drehversetzt und miteinander verzahnt.
In manchen Ausgestaltungen könnte ein Katalysator der katalytischen Beschichtung einen Kohlenwasserstoffkatalysator oder einen CO-Oxidationskatalysator umfassen.
In manchen Ausgestaltungen wird ein Katalysator der katalytischen Beschichtung ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: einem Drei-Wege-Katalysator, einem Metallkatalysator der Platingruppe, einem NO_x- Speicherkatalysator, und einem Kohlenwasserstoff-NO_x-Speicherkatalysator.
In manchen Ausgestaltungen wird die Nachbehandlungskomponente ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: einem Oxidationskatalysator, einem Partikelfilter und einem Selektivkatalysator.
In manchen Ausgestaltungen sind die thermoelektrischen Generatoren einem Turbolader vorgelagert.
In manchen Ausgestaltungen sind die thermoelektrischen Generatoren einem Partikelfilter vorgelagert.
In manchen Ausgestaltungen sind die thermoelektrischen Generatoren einem Turbolader nachgelagert und einem Partikelfilter vorgelagert.
In manchen Ausgestaltungen wirken die thermoelektrischen Generatoren als Oxidationskatalysator.
In manchen Ausgestaltungen sind die thermoelektrischen Generatoren einem Turbolader und einem Partikelfilter nachgelagert und einem Selektivkatalysator vorgelagert.
In einer anderen Form stellt die vorliegende Offenbarung ein Abgasnachbehandlungssystem bereit, das eine Nachbehandlungskomponente und thermoelektrische Generatoren umfassen kann. Die Nachbehandlungskomponente ist in einer Abgaspassage angeordnet. Die thermoelektrischen Generatoren können in der Abgaspassage der Nachbehandlungskomponente nachgelagert sein. Die thermoelektrischen Generatoren können jeweils eine katalytische Beschichtung aufweisen und eine sich radial erstreckende Rippe umfassen, die ausgelegt ist, Wärme aus Abgas in der Abgaspassage zu absorbieren. Die Rippe wenigstens eines der thermoelektrischen Generatoren kann die Rippe wenigstens eines anderen der thermoelektrischen Generatoren übergreifen.
In manchen Ausgestaltungen umfassen die thermoelektrischen Generatoren jeweils eine Mehrzahl von Rippen, die sich radial nach außen erstrecken und sich längs von einem ersten axialen Ende des thermoelektrischen Generators zu einem zweiten axialen Ende des thermoelektrischen Generators erstrecken.
In manchen Ausgestaltungen sind die Rippen scheibenförmig.
In manchen Ausgestaltungen weisen die thermoelektrischen Generatoren jeweils eine Mehrzahl von axial voneinander beabstandeten scheibenförmigen Rippen auf.
In manchen Ausgestaltungen weisen die Rippen Spiralformen auf.
In manchen Ausgestaltungen werden die spiralförmigen Rippen von Drehachsen bestimmt, die zu einer Strömungsrichtung durch die Abgaspassage rechtwinklig sind.
In manchen Ausgestaltungen umfassen die thermoelektrischen Generatoren jeweils eine Mehrzahl von spiralförmigen Rippen.
In manchen Ausgestaltungen werden die Mehrzahl von spiralförmigen Rippen jedes thermoelektrischen Generators von einer gemeinsamen Drehachse bestimmt und sind zueinander drehversetzt und miteinander verzahnt.
In manchen Ausgestaltungen wird ein Katalysator der katalytischen Beschichtung ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: einem Drei-Wege-Katalysator, einem Metallkatalysator der Platingruppe, einem NO_x-Speicherkatalysator, und einem Kohlenwasserstoff-NO_x-Speicherkatalysator.
In manchen Ausgestaltungen wird die Nachbehandlungskomponente ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: einem Oxidationskatalysator, einem Partikelfilter und einem Selektivkatalysator.
In manchen Ausgestaltungen sind die thermoelektrischen Generatoren einem Turbolader und einem Partikelfilter nachgelagert.
In manchen Ausgestaltungen sind die thermoelektrischen Generatoren einem Selektivkatalysator vorgelagert.
In manchen Ausgestaltungen ist die katalytische Beschichtung eine Beschichtung für eine selektive katalytische Reduktion.
In einer anderen Form steht die vorliegende Offenbarung ein Abgasnachbehandlungssystem bereit, das eine Abgaspassage und ein thermoelektrisches Generatorsystem umfassen kann. Die Abgaspassage nimmt Abgas aus einem Verbrennungsmotor auf. Das thermoelektrische Generatorsystem ist in der Abgaspassage angeordnet und kann eine Mehrzahl von katalytisch beschichteten Patronen umfassen, die jeweils eine spiralförmige Rippe aufweisen, die ausgelegt ist, Wärme aus Abgas in der Abgaspassage zu absorbieren. Die spiralförmigen Rippen können von Drehachsen bestimmt werden, die zu einer Strömungsrichtung durch die Abgaspassage rechtwinklig sind. Die Rippe wenigstens einer der Patronen kann mit der Rippe wenigstens einer anderen der Patronen verzahnt sein.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und speziellen Beispiele in dieser Kurzdarstellung sollen nur zur Veranschaulichung dienen und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen, und nicht sämtlicher möglichen Implementierungen, und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
1 ist eine schematische Darstellung eines Abgasnachbehandlungssystems, das eine TEG-Baugruppe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung aufweist;
2 ist eine schematische Darstellung eines anderen Abgasnachbehandlungssystems, das eine TEG-Baugruppe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung aufweist;
3 ist eine schematische Darstellung eines anderen Abgasnachbehandlungssystems, das eine TEG-Baugruppe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung aufweist;
4 ist eine schematische Darstellung eines anderen Abgasnachbehandlungssystems, das eine TEG-Baugruppe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung aufweist;
5 ist eine schematische Draufsicht auf Patronen der in einer Abgaspassage eines der Abgasnachbehandlungssysteme von 1–4 installierten TEG-Baugruppe;
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Satzes von Rippen einer der Patronen von 5;
7 ist eine Seitenansicht des Satzes von Rippen der Patronen von 5;
8 ist eine schematische Draufsicht auf andere in einer Abgaspassage eines der Abgasnachbehandlungssysteme von 1–4 installierte Patronen;
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Satzes von Rippen einer der Patronen von 8;
10 ist eine Seitenansicht des Satzes von Rippen der Patronen von 8;
11 ist eine schematische Draufsicht auf andere in einer Abgaspassage eines der Abgasnachbehandlungssysteme von 1–4 installierte Patronen;
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Satzes von Rippen einer der Patronen von 11; und
13 ist eine Seitenansicht des Satzes von Rippen der Patronen von 11.
Einander entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen jeweils einander entsprechende Teile.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen umfassender beschrieben.
Die beispielhaften Ausführungsformen werden der vollständigen Offenbarung halber bereitgestellt, und um dem Fachmann den Schutzumfang umfassend zu vermitteln. Um ein eingehendes Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen, sind zahlreiche spezielle Einzelheiten angegeben, wie etwa Beispiele spezieller Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass die Verwendung spezieller Einzelheiten nicht notwendig ist, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können, und dass weder spezielle Einzelheiten noch beispielhafte Ausführungsformen als Beschränkung des Schutzbereichs der Offenbarung auszulegen sind. Bei manchen Ausführungsformen werden bekannte Prozesse, bekannte Konstruktionen von Vorrichtungen und bekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht beschränken. Die hier verwendeten Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der”, ”die”, ”das” sollen, sofern aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht, auch die Pluralformen beinhalten. Die Ausdrücke ”umfassen”, ”einschließen” und ”aufweisen” haben eine einschließende Bedeutung und geben somit das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Betriebsvorgängen, Elementen und/oder Komponenten an, schließen jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines bzw. einer oder mehr als eines bzw. einer weiteren Merkmals, Zahl, Schrittes, Betriebsvorgangs, Elements, Komponente und/oder Gruppe derselben aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Betriebsabläufe sind nicht so aufzufassen, dass ihre Ausführung unbedingt in der ausgeführten oder dargestellten bestimmten Reihenfolge erforderlich ist, es sei denn, die Reihenfolge der Ausführung ist speziell als solche bezeichnet. Es versteht sich auch, dass zusätzliche oder alternative Schritte eingesetzt werden können.
Wenn ein Element oder eine Schicht als ”an”, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es bzw. sie sich direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht, in Eingriff damit, verbunden damit, oder gekoppelt damit befinden, oder es können Zwischenelemente oder -schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu können, wenn ein Element als ”direkt auf”, ”direkt in Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, keine Zwischenelemente oder -schichten vorhanden sein. Andere zur Beschreibung des Verhältnisses zwischen Elementen verwendete Wörter sind in ähnlicher Weise auszulegen (z. B. ”zwischen” versus ”direkt zwischen”, ”benachbart” versus ”direkt benachbart” usw.). Im hier verwendeten Sinn umfasst der Begriff ”und/oder” jegliche und sämtliche Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente.
Die Begriffe erstes, zweites, drittes usw. können hier zwar dazu verwendet werden, verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, diese Begriffe sollen jedoch diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht beschränken. Diese Begriffe können dazu verwendet werden, einfach nur ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Soweit hier Begriffe, wie ”erstes”, ”zweites” und andere numerische Ausdrucke verwendet werden, bedeuten diese keine Abfolge oder Reihenfolge, es sei denn, dies geht aus dem Zusammenhang eindeutig so hervor. So könnte ein nachstehend erörtertes erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt als zweites Element, zweite Komponente, zweiter Bereich, zweite Schicht oder zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Räumlich relative Begriffe wie ”inneres”, ”äußeres”, ”unterhalb”, ”unter”, ”unteres”, ”über”, ”oberes” und dergleichen, können hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um das in den Zeichnungen dargestellte Verhältnis eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element bzw. anderen Elementen oder einem anderen Merkmal bzw. anderen Merkmalen zu beschreiben. Es kann vorgesehen sein, dass sich räumlich relative Begriffe auf verschiedene Ausrichtungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung erstrecken und auch auf andere Ausrichtungen als die in den Figuren gezeigten. Falls zum Beispiel die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, wären als ”unter” oder ”unterhalb von” anderen Elementen oder Merkmalen beschriebene Elemente dann ”über” den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet. Der hier als Beispiel dienende Begriff ”unter” kann somit eine Ausrichtung sowohl über als auch unter umfassen. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet (um 90 Grad oder in andere Ausrichtungen gedreht) sein, und die hier verwendeten räumlich relativen Bezeichnungen sind entsprechend auszulegen.
Um nun auf 1 Bezug zu nehmen, so wird ein Abgasnachbehandlungssystem 10 bereitgestellt, das zum Beispiel eine Abgaspassage 12 umfassen kann, in welcher ein thermoelektrisches Generatorsystem (TEG-System) 14, am Turbolader 16 und eine oder mehr als eine Abgasnachbehandlungseinrichtung wie ein Partikelfilter (z. B. ein Dieselpartikelfilter) 20 und/oder ein Selektivkatalysator (SCR-Katalysator) 22 untergebracht sein können. In manchen Ausgestaltungen könnten zusätzliche oder alternative Nachbehandlungseinrichtungen (z. B. Katalysatoren, Filter und/oder Speicher) innerhalb der Abgaspassage 12 angeordnet sein. Die Abgaspassage 12 kann aus einem Verbrennungsmotor 11 abgegebene Abgase aufnehmen, Die Abgasnachbehandlungseinrichtungen können die Menge an unerwünschten Stoffen (z. B. NO_x, Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Feststoffpartikeln) aus dem durch die Abgaspassage 12 strömenden Abgas reduzieren. Es versteht sich, dass das Abgasnachbehandlungssystem 10 für einen Benzinmotor oder einen Dieselmotor (oder für einen mit einem beliebigen anderen Kraftstoff angetriebenen Motor) ausgelegt werden könnte. Durch die Abgaspassage 12 strömendes Abgas kann Wärme für das TEG-System 14 bereitstellen und kann eine Turbine 24 des Turboladers 16 speisen. Das TEG-System 14 kann Wärmeenergie aus dem Abgas in elektrische Energie umwandeln, die zum Beispiel dazu verwendet werden kann, elektrische Systeme und Nebenaggregate in einem Fahrzeug zu speisen.
In der in 1 gezeigten bestimmten Ausgestaltung ist das TEG-System 14 dem Turbolader 16 vorgelagert, der den Abgasnachbehandlungseinrichtungen (z. B. dem Partikelfilter 20 und dem SCR-Katalysator 22) vorgelagert ist. Wenn das TEG-System 14 dem Turbolader 16 vorgelagert ist, wird dadurch das TEG-System 14 näher am Motor 11 platziert, wodurch das TEG-System 14 höheren Abgastemperaturen ausgesetzt wird, was die elektrische Leistungsproduktion des TEG-Systems 14 erhöht.
2 zeigt ein anderes Abgasnachbehandlungssystem 110, das eine Abgaspassage 112 umfasst, die Abgas aus dem Motor 11 empfängt, und in der ein TEG-System 114, ein Turbolader 116, ein Partikelfilter 120 und ein SCR-Katalysator 122 untergebracht sein können. Der Turbolader 116, das Partikelfilter 120 und der SCR-Katalysator 122 können dem oben beschriebenen Turbolader 16, Partikelfilter 20 und SCR-Katalysator 22 ähnlich oder mit diesen identisch sein. Das TEG-System 114 kann allgemein dem oben beschriebenen TEG-System 14 ähnlich sein, außer dass das TEG-System 114 dem Turbolader 116 nachgelagert ist. Das TEG-System 114 kann dem Partikelfilter 120 und dem SCR-Katalysator 122 vorgelagert sein.
3 zeigt ein anderes Abgasnachbehandlungssystem 210, das eine Abgaspassage 212 umfasst, die Abgas aus dem Motor 11 empfängt, und in der ein TEG-System 214, ein Turbolader 216, ein Oxidationskatalysator (z. B. ein Dieseloxidationskatalysator) 218 und ein Partikelfilter 220 untergebracht sein können. Der Turbolader 216 und das Partikelfilter 220 können dem oben beschriebenen Turbolader 16 und Partikelfilter 20 ähnlich oder damit identisch sein. Das TEG-System 214 kann allgemein dem oben beschriebenen TEG-System 14 ähnlich sein, außer dass das TEG-System 214 dem Turbolader 216, dem Oxidationskatalysator 218 und dem Partikelfilter 220 nachgelagert ist.
4 zeigt ein anderes Abgasnachbehandlungssystem 310, das eine Abgaspassage 312 umfasst, die Abgas aus dem Motor 11 empfängt, und in der ein TEG-System 314, ein Turbolader 316, ein Oxidationskatalysator 318, ein Partikelfilter 320 und ein SCR-Katalysator 322 untergebracht sein können. Der Turbolader 316, der Oxidationskatalysator 318 und das Partikelfilter 320 können dem oben beschriebenen Turbolader 16, Oxidationskatalysator 218 und Partikelfilter 20 ähnlich oder damit identisch sein. Das TEG-System 314 kann allgemein dem oben beschriebenen TEG-System 14 ähnlich sein, außer dass das TEG-System 314 dem Turbolader 316, dem Oxidationskatalysator 318 und dem Partikelfilter 320 nachgelagert ist. Das TEG-System 314 ist dem SCR-Katalysator 322 vorgelagert. In manchen Ausgestaltungen könnte das TEG-System 314 dem SCR-Katalysator 322 nachgelagert sein. In manchen Ausgestaltungen könnte ein Reduktionsmittelinjektor (nicht gezeigt) dem TEG-System 314 vorgelagert oder zwischen dem TEG-System 314 und dem SCR-Katalysator 322 angeordnet sein. In manchen Ausgestaltungen könnte das System 310 mehrere SCR-Katalysatoren 322 und/oder ein oder mehr als ein SCR-beschichtetes TEG-System 314 umfassen.
Die TEG-Systeme 14, 114, 214, 314 können einen oder mehr als einen thermoelektrischen Generator oder eine oder mehr als eine Patrone 26 (in 5 schematisch gezeigt) umfassen, die zumindest teilweise mit einem katalytischen Material beschichtet und/oder zumindest teilweise aus einem katalytischen Substrat ausgebildet sein können. Die katalytische Beschichtung oder das katalytische Substrat können zum Beispiel ein Drei-Wege-Katalysator (Three-Way Catalyst, TWC), ein Metallkatalysator der Platingruppe (Platinum-Group Metal (PGM) Catalyst), ein NO_x-Speicherkatalysator (Lean NO_x Trap (LNT) Catalyst), ein Kohlenwasserstoff-NO_x-Speicherkatalysator (Hydrocarbon Lean NO_x Catalyst, HCLNC) oder ein SCR-Katalysator sein, oder diese umfassen. In manchen Ausgestaltungen kannten die Patronen 26 zum Beispiel mit einem CO₂-Abscheidungs- und/oder NO_x-Speicherkatalysator beschichtet sein oder einen CO₂-Abscheidungs- und/oder NO_x-Speicherkatalysator umfassen.
Die Patronen 26 des TEG-Systems 14, 114, 214, 314 mit einem TWC zu beschichten, stellt mehrere Funktionen und Vorteile bereit. Solche Patronen 26 können zum Beispiel elektrische Leistung generieren und gleichzeitig als Drei-Wege-Katalysator für die Umwandlung von HC, CO und NO für Benzinmotoranwendungen wirken. Die TWC-beschichteten Patronen 26 können für eine effizientere Generierung von elektrischer Leistung näher am Motor 11 (z. B. wie in 1 gezeigt, dem Turbolader 16 vorgelagert) platziert werden. Die Funktionalität eines TWC und eines TEG in einer einzigen Konstruktion zu kombinieren, kann die Kosten und Komplexität des Systems 10 verringern und gleichzeitig den für eine solche Funktionalität erforderlichen Bauraum reduzieren. Ferner verringert das Kombinieren dieser Funktionalität auch den Gegendruck in der Abgaspassage 12. In manchen Ausgestaltungen kann es effizienter sein, relativ weniger TWC-beschichtete Patronen 26 an einer Einlassseite des TEG-Systems 14, 114, 214, 314 bereitzustellen, und relativ mehr TWC-beschichtete Patronen 26 an oder in der Nähe der Auslassseite des TEG-Systems 14, 114, 214, 314. Durch eine solche Ausgestaltung kann der Wärmeverlust reduziert und mehr elektrische Leistung produziert werden.
Die Patronen 26 des TEG-Systems 14, 114, 214, 314 mit einem PGM zu beschichten, stellt mehrere Funktionen und Vorteile bereit. Wenn zum Beispiel die Patronen 26 dem Partikelfilter 20, 120, 220, 320 vorgelagert sind, können die Patronen 26 als Oxidationskatalysator für die Oxidation von HC und CO wirken. Während der aktiven Regeneration des Partikelfilters 20, 120, 220, 320 kann eine PGM-beschichtete Patrone 26 aufgrund der exothermen Natur einer HC-Oxidationsreaktion mehr Wärme produzieren (ähnlich wie ein herkömmlicher DOC). Ferner können die PGM-beschichteten Patronen 26 aufgrund des erhöhten Wärmeniveaus auch während der aktiven Regeneration mehr elektrische Leistung generieren. Im normalen Motorbetrieb können die PGM-beschichteten Patronen 26 im Vergleich zu einem herkömmlichen TEG-System mehr elektrische Leistung generieren, da die PGM-beschichteten Patronen 26 nahe am Motor 11 angeordnet werden können. Die Funktionalität eines DOC und eines TEG in einer einzigen Konstruktion zu kombinieren, kann die Kosten und Komplexität des Systems 10 verringern und gleichzeitig den für eine solche Funktionalität erforderlichen Bauraum reduzieren. Ferner verringert das Kombinieren dieser Funktionalität auch den Gegendruck in der Abgaspassage 12. In manchen Ausgestaltungen kann es effizienter sein, relativ weniger PGM-beschichtete Patronen 26 an einer Einlassseite des TEG-Systems 14, 114, 214, 314 bereitzustellen, und relativ mehr PGM-beschichtete Patronen 26 an oder in der Nähe der Auslassseite des TEG-Systems 14, 114, 214, 314. Durch eine solche Ausgestaltung kann der Wärmeverlust reduziert und mehr elektrische Leistung produziert werden.
Die Patronen 26 des TEG-Systems 14, 114, 214, 314 mit einem LNT zu beschichten, stellt mehrere Funktionen und Vorteile bereit. Solche Patronen 26 können zum Beispiel eine HC- und CO-Oxidation, eine NO_x-Reduktion, eine NH₃-Generierung und eine elektrische Leistungsgenerierung durchführen. Eine solche Funktionalität zu einem einzigen System zu kombinieren, kann die Kosten und den Bauraum reduzieren und gleichzeitig mehr elektrische Leistung produzieren. In ähnlicher Weise stellen auch SCR- und HCLNC-beschichtete Patronen 26 die Vorteile der Reduktion von Kosten und Bauraum und der Generierung von mehr elektrischer Leistung bereit. Wie oben ausgeführt, kann ein Verringern der Katalysatorbeladung auf den Patronen 26 oder Oberflächen am oder in der Nähe des Einlasses des TEG-Systems 14, 114, 214, 314 und ein Erhöhen der Katalysatorbeladung auf den Patronen 26 oder Oberflächen am oder in der Nähe des Auslasses des TEG-Systems 14, 114, 214, 314 die Effektivität des TEG-Systems 14, 114, 214, 314 erhöhen.
Um nun auf 5–7 Bezug zu nehmen, so können die Patronen 26 des TEG-Systems 14, 114, 214, 314 jeweils eine oder mehr als eine sich radial erstreckende Rippe 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h umfassen, die die Absorption von Wärme aus durch die Abgaspassage 12, 112, 212, 312 strömendem Abgas fördern. Das TEG-System 14, 114, 214, 314 ist zwar in 5 so gezeigt, dass es ein Paar von Patronen 26 aufweist, es versteht sich jedoch, dass das TEG-System 14, 114, 214, 314 nur eine Patrone 26 oder mehr als eine Patrone 26 aufweisen kann. In der in 5–7 gezeigten Ausgestaltung umfassen die Patronen 26 jeweils eine Mehrzahl von Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h. Die Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h können mit einem oder mehr als einem der oben beschriebenen Katalysatoren (z. B. TWC, OC, PGM, LNT, HCLNC, SCR, SCR-Abscheidungskatalysator, NO_x-Speicherkatalysator, CSC usw.) beschichtet sein.
Die Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h sind jeweils im Wesentlichen spiralförmig und bezüglich der restlichen Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h derselben Patrone 26 drehversetzt (winkelversetzt). Auf diese Weise sind die Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h einer jeweiligen Patrone 26 miteinander verzahnt und die Spiralformen der Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h einer jeweiligen Patrone 26 sind alle von einer gemeinsamen Drehachse A bestimmt. Die Drehachsen A der Patrone 26 können, wie in 5 gezeigt, im Wesentlichen zueinander parallel und zu einer Richtung des Abgasstroms durch die Abgaspassage 12, 112, 212, 312 rechtwinklig sein. Wie in 7 gezeigt, können die Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h einer jeweiligen Patrone 26 die Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h einer oder mehr als einer benachbarten Patrone 26 übergreifen oder damit verzahnt sein. Die Ausgestaltung der Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h der in 5–7 gezeigten Patronen 26 vergrößert die Oberfläche der dem Abgas ausgesetzten Patronen 26, wodurch die Wärmeaufnahme und elektrische Energieproduktion verbessert wird. Ferner ermöglicht ein Verzahnen der Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h in der oben beschriebenen und in den Figuren gezeigten Weise es, mehr Rippen auf einem gegebenen Raum unterzubringen, ohne den Gegendruck in der Abgaspassage 12 nachteilig zu vergrößern.
Um nun auf 8–10 Bezug zu nehmen, so wird ein weiterer Satz von Patronen 426 bereitgestellt, die statt der oder zusätzlich zu den Patronen 26 in das TEG-System 14, 114, 214, 314 aufgenommen werden können. Die Patronen 426 können jeweils eine oder mehr als eine sich radial erstreckende Rippe 430a, 430b, 430c, 430d, 430e, 430f, 430g, 430h umfassen, die die Absorption von Wärme aus durch die Abgaspassage 12, 112, 212, 312 strömendem Abgas fördern. Das TEG-System 14, 114, 214, 314 ist zwar in 8 so gezeigt, dass es ein Paar von Patronen 426 aufweist, es versteht sich jedoch, dass das TEG-System 14, 114, 214, 314 eine beliebige Anzahl von Patronen 426 aufweisen kann. Die Rippen 430a, 430b, 430c, 430d, 430e, 430f, 430g, 430h können mit einem oder mehr als einem der oben beschriebenen Katalysatoren (z. B. TWC, PGM, LNT, HCLNC, SCR usw.) beschichtet sein.
Die Rippen 430a, 430b, 430c, 430d, 430e, 430f, 430g, 430h jeder Patrone 426 können flache Scheiben sein, die sich um eine gemeinsame Längsachse A erstrecken. Die Rippen 430a, 430b, 430c, 430d, 430e, 430f, 430g, 430h können jeweils axial zueinander versetzt (d. h. voneinander in einer zur Längsachse A parallelen Richtung beabstandet) sein. Auf diese Weise können die Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h einer jeweiligen Patrone 426 miteinander verzahnt sein. Die Drehachsen A der Patronen 426 können, wie in 8 gezeigt, im Wesentlichen zueinander parallel und zu einer Richtung des Abgasstroms durch die Abgaspassage 12, 112, 212, 312 rechtwinklig sein. Wie in 10 gezeigt, können die Rippen 430a, 430b, 430c, 430d, 430e, 430f, 430g, 430h einer jeweiligen Patrone 426 jeweils die Rippen 430a, 430b, 430c, 430d, 430e, 430f, 430g, 430h einer oder mehr als einer benachbarten Patrone 426 übergreifen oder damit verzahnt sein.
Die Längsachsen A der Patronen 426 sind in den Zeichnungen und oben zwar als zueinander parallel gezeigt und beschrieben, in manchen Ausgestaltungen könnten die Längsachsen A jedoch in einem Winkel zueinander verlaufen. In manchen Ausgestaltungen kann eine solche Ausrichtung der Patronen den Wärmeübergang zwischen dem Abgas und den Patronen 426 verbessern.
Um nun auf 11–13 Bezug zu nehmen, so wird ein weiterer Satz von Patronen 526 bereitgestellt, die statt der oder zusätzlich zu den Patronen 26, 426 in das TEG-System 14, 114, 214, 314 aufgenommen werden können. Die Patronen 526 können jeweils eine Mehrzahl von Rippen 530 umfassen, die die Absorption von Wärme aus durch die Abgaspassage 12, 112, 212, 312 strömendem Abgas fördern. Das TEG-System 14, 114, 214, 314 ist zwar in 11 so gezeigt, dass es ein Paar von Patronen 526 aufweist, es versteht sich jedoch, dass das TEG-System 14, 114, 214, 314 eine beliebige Anzahl von Patronen 526 aufweisen kann. Die Rippen 530 können mit einem oder mehr als einem der oben beschriebenen Katalysatoren (z. B. TWC, PGM, LNT, HCLNC, SCR usw.) beschichtet sein.
Die Rippen 530 jeder Patrone 526 können sich radial erstrecken und in einer um eine Längsachse A verlaufenden kreisförmigen Anordnung angeordnet sein. Wie in 11 und 12 gezeigt, können sich die Rippen 530 jeweils in axialer Richtung (d. h. in einer Richtung parallel zur Längsachse A) von einem vorgelagerten Ende 532 der Patrone 526 zu einem nachgelagerten Ende 534 der Patrone 526 erstrecken. Auf diese Weise können die Rippen 530 einer Getriebeverzahnung ähnlich geformt sein.
Die Drehachsen A der Patronen 526 können, wie in 11 gezeigt, im Wesentlichen zueinander parallel und zu einer Richtung des Abgasstroms durch die Abgaspassage 12, 112, 212, 312 parallel sein. Wie in 13 gezeigt, können eine oder mehr als eine Rippe 530 einer jeweiligen Patrone 526 eine oder mehr als eine Rippe 530 einer oder mehr als einer benachbarten Patrone 526 übergreifen oder damit verzahnt sein.
Es versteht sich, dass, auch wenn dies in den Zeichnungen nicht speziell gezeigt ist, jedes der TEG-Systeme 14, 114, 214, 314 in einer AGR(Abgasrückführungs)-Schleife angeordnet sein könnte, durch welche ein Teil des Abgases in der Passage 12 einem Ansaugsystem des Motors 11 bereitgestellt wird.
Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind allgemein nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind, wo zutreffend, untereinander austauschbar und können bei einer gewählten Ausführungsform auch dann verwendet werden, wenn sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben sind. Diese kann auch auf viele Arten variiert werden. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung anzusehen, und alle solche Modifikationen sollen im Umfang der Offenbarung enthalten sein.

Claims

Abgasnachbehandlungssystem mit: einer Abgaspassage, die Abgas aus einem Verbrennungsmotor aufnimmt; und einem thermoelektrischen Generatorsystem, das im Abgas angeordnet ist und eine Mehrzahl von katalytisch beschichteten Patronen umfasst, die jeweils eine Rippe aufweisen, die ausgelegt ist, Wärme aus Abgas in der Abgaspassage zu absorbieren, wobei die Rippen von Drehachsen bestimmt werden, die zu einer Strömungsrichtung durch die Abgaspassage rechtwinklig sind, wobei die Rippe wenigstens einer der Patronen die Rippe wenigstens einer anderen der Patronen übergreift.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Rippen jeweils eine sich um die entsprechende Drehachse erstreckende Spiralform aufweisen.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei die Rippe wenigstens einer der Patronen mit der Rippe wenigstens einer anderen der Patronen verzahnt ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 3, wobei die Patronen jeweils eine Mehrzahl von spiralförmigen Rippen umfassen, die miteinander verzahnt sind.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl von spiralförmigen Rippen jeder Patrone von einer gemeinsamen Drehachse bestimmt werden und zueinander drehversetzt sind.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 5, wobei das thermoelektrische Generatorsystem einem Turbolader vorgelagert ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6, wobei das thermoelektrische Generatorsystem einem Partikelfilter vorgelagert ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 5, wobei das thermoelektrische Generatorsystem einem Turbolader nachgelagert und einem Partikelfilter vorgelagert ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 7, wobei das thermoelektrische Generatorsystem als Oxidationskatalysator wirkt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 5, wobei das thermoelektrische Generatorsystem einem Turbolader und einem Partikelfilter nachgelagert und einem Selektivkatalysator vorgelagert ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Patronen mit einem Katalysator beschichtet sind, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Drei-Wege-Katalysator, einem Metallkatalysator der Platingruppe, einem NO_x-Speicherkatalysator, einem Kohlenwasserstoff-NO_x-Speicherkatalysator und einem Selektivkatalysator.