DE112010000933T5

DE112010000933T5 - Temperatur- und Strömungssteuerung von Abgas für thermoelektrische Einheiten

Info

Publication number: DE112010000933T5
Application number: DE112010000933T
Authority: DE
Inventors: Ivan Arbuckle; Kwin Abram; Michael D. Virtue; James Egan; Robin Willats; Thorsten Keesser; Joseph E. Callahan
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2012-11-08
Also published as: WO2010098988A3; WO2010098988A2; US20110308560A1

Abstract

Eine Fahrzeugabgasanlage weist eine Abgasleitung auf, die einer thermoelektrischen Einheit erwärmte Abgase als Eingang bereitstellt. Ein Temperatursteuermechanismus stellt sicher, dass Abgas nur in die thermoelektrische Einheit geleitet wird, wenn das Abgas in einem vorgegebenen Temperaturbereich liegt. Die thermoelektrische Einheit wandelt die Abgaswärme in elektrische Leistung um.

Description

Verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/155,633, die am 26. Februar 2009 eingereicht wurde.
Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft allgemein eine Systemkonfiguration zur Steuerung bzw. Regelung der Temperatur und der Strömung von Abgasen in eine thermoelektrische Einheit in einer Fahrzeugabgasanlage.
Hintergrund der Erfindung
Eine thermoelektrische Einheit umfasst eine Energierückgewinnungsvorrichtung, die Abgasabwärme aus einer Abgasanlage in elektrische Leistung umwandelt, die gespeichert und für andere Fahrzeugsysteme verwendet werden kann. Dadurch kann die Kraftstoffeinsparung verbessert und der Betriebswirkungsgrad für viele Fahrzeugsysteme erhöht werden.
Thermoelektrische Einheiten umfassen ein kastenförmiges Bauteil mit flachen Kontaktflächen, um sicherzustellen, das der Wärmestrom die größtmögliche Wirksamkeit hat. Eine solche Form ist aufgrund von Konstruktionszwängen und Verbindungsschnittstellen, die eventuell keinen quadratischen Querschnitt aufweisen, oft schwierig in eine Fahrzeugabgasanlage zu integrieren.
Ferner sind thermoelektrische Einheiten aus Halbleiter- und Halbmetallwerkstoffen gebaut, die für einen effizienten Betrieb bestimmte obere und untere Temperaturgrenzen haben. Werden diese Materialien hohen Abgastemperaturen ausgesetzt, die deutlich über dieser Obergrenze liegen, so können sie beschädigt werden. Auch können Abgastemperaturen, die unterhalb der Untergrenze liegen, zu einer ineffektiven und ungenügenden Erzeugung elektrischer Leistung führen,
Kurzfassung der Erfindung
Eine Fahrzeugabgasanlage weist eine Abgasleitung auf, die einer thermoelektrischen Einheit erwärmte Abgase als Eingang bereitstellt. Ein Temperatursteuermechanismus stellt sicher, dass Abgas nur in die thermoelektrische Einheit geleitet wird, wenn sich das Abgas in einem vorgegebenen Temperaturbereich befindet. Die thermoelektrische Einheit wandelt dann die Abgaswärme in elektrische Leistung um.
Bei einem Beispiel hat die Abgasleitung wenigstens einen Abschnitt mit einem polygonalen Querschnitt. Die thermoelektrische Einheit besteht aus mehreren TEG-Modulen, die jeweils eine flache Montagefläche aufweisen, die an dem Abschnitt der Abgasleitung positioniert ist, der den polygonalen Querschnitt aufweist.
Bei einem Beispiel ist ein polygonaler Abschnitt der Abgasleitung durch Innenhochdruckumformen ausgebildet. Bei einem weiteren Beispiel wird der polygonale Abschnitt vorgesehen, indem eine polygonale Leitung mit einem Verbindungselement an einer kreisförmigen Leitung befestigt wird.
Bei einem Beispiel wird von der thermoelektrischen Einheit erzeugte elektrische Leistung in einer Speichervorrichtung gespeichert und anschließend dazu verwendet, wenigstens ein Fahrzeugsystem mit Energie zu versorgen.
Bei einem Beispiel umfasst die thermoelektrische Einheit eine Ausführung ohne Bypass und weist eine Kühlvorrichtung auf, die stromaufwärts der thermoelektrischen Vorrichtung positioniert ist. Die Kühlvorrichtung kühlt erwärmte Abgase so ab, dass die Temperaturniveaus innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs gehalten werden.
Bei einem Beispiel umfasst die thermoelektrische Einheit einen primären Abgasströmungsweg. Ein Bypass ist vorgesehen, der eine Bypassleitung aufweist, deren eines Ende stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit mit der Abgasleitung verbunden ist und deren entgegengesetztes Ende stromabwärts der thermoelektrischen Einheit mit der Abgasleitung verbunden ist. Wenigstens ein elektrisch gesteuertes Ventil ist in dem primären Abgasströmungsweg angeordnet, um Abgas unter vorbestimmten Temperaturbedingungen durch den Bypass zu leiten. Wenigstens ein Temperatursensor ist stromaufwärts des wenigstens einen elektrisch gesteuerten Ventils innerhalb des primären Abgasströmungsweges positioniert und misst eine Abgastemperatur vor dem Eintritt in die thermoelektrische Einheit. Diese gemessene Temperatur wird an eine Steuereinheit übermittelt, die feststellt, ob die gemessene Abgastemperatur innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs liegt. Ein Steuersignal wird erzeugt, um den primären Abgasströmungsweg mit dem elektrisch gesteuerten Ventil zu schließen, und derart, dass Abgas in den Bypass geleitet wird, wenn die gemessene Abgastemperatur eine Obergrenze des vorgegebenen Temperaturbereichs überschreitet.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind am besten aus der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen verständlich, die im folgenden kurz beschrieben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Abgasleitung mit einer thermoelektrischen Einheit.
2A ist eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Abgasleitung mit einer thermoelektrischen Einheit.
2B ist eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Abgasleitung mit einer thermoelektrischen Einheit.
3A ist eine perspektivische Draufsicht auf ein Beispiel einer an einem polygonalen Leitungsabschnitt angebrachten thermoelektrischen Einheit.
3B ist eine perspektivische Unteransicht der thermoelektrischen Einheit der 3A.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines mittels Innenhochdruckverfahren umgeformten polygonalen Leitungsabschnitts.
5 ist eine perspektivische Endansicht polygonaler Leitungen, die an einer Abgasleitung zu befestigen sind.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Eine Fahrzeugabgasanlage 10, die in 1 gezeigt ist, weist eine Abgasleitung 12 auf, die erwärmte Abgase von einem Verbrennungsmotor 14 zu einem Abgasanlagenauslass 16 leitet, der zum Beispiel ein Auspuffrohr umfassen kann. Die 1 ist in hohem Maße schematisch, und es sollte klar sein, dass die Abgasanlage 10 zusätzliche Auspuffkomponenten und Leitungen aufweisen kann, die zwischen dem Motor 14 und dem Auslass 16 positioniert sind. Zu diesen zusätzlichen Komponenten könnten beispielsweise Auspuffschalldämpfer, Resonatoren, Katalysatoren etc. gehören.
Der Abgasleitung 12 ist eine thermoelektrische Einheit 20 zugeordnet, die von Abgasen erzeugte Wärme in elektrische Energie/Leistung umwandelt. Die thermoelektrische Einheit 20 kann diese erzeugte Leistung in einer Speichervorrichtung S speichern, die mit einer Steuereinheit 22 zusammenwirkt, um die gespeicherte Leistung nach Bedarf an verschiedene Fahrzeugsysteme VS1–VSn zu liefern. Optional kann die thermoelektrische Einheit 20 die erzeugte Leistung direkt an die Fahrzeugsysteme VS1–VSn übertragen. Die Leistung kann für jede Art von Fahrzeugsystem verwendet werden, wie etwa beispielsweise Motorsteuerungen, Abgasanlagensteuerungen, ein Türschlosssystem, Fensterhebermechanismus, Innenbeleuchtung usw.
Bei einem Beispiel ist die thermoelektrische Einheit 20 aus Halbleiter- und/oder Halbmetallmaterialien gebaut, die bestimmte obere und untere Temperaturgrenzen für einen effizienten Betrieb haben. Werden diese Materialien übermäßig hohen Abgastemperaturen über dieser Obergrenze ausgesetzt, so können sie beschädigt werden, und Abgastemperaturen, die unterhalb der Untergrenze liegen, können zu einer ineffektiven Erzeugung elektrischer Leistung führen.
Bei einem in 1 gezeigten Beispiel ist eine Temperatursteuervorrichtung 30 stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit 20 positioniert. Bei diesem Beispiel umfasst die Temperatursteuervorrichtung 30 eine Kühlvorrichtung 30a, die erwärmte Abgase auf Temperaturen innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs abkühlt, der zwischen den oberen und den unteren Temperaturgrenzen von zum Bauen der thermoelektrischen Einheit 20 verwendeten Materialien liegt. Diese abgekühlten Abgase werden dann zu einem Einlass 32 in die thermoelektrische Einheit 20 übertragen. Die Abgase durchströmen die thermoelektrische Einheit 20, Abwärme aus den Abgasen wird in elektrische Energie umgewandelt, und dann treten die Gase über einen Auslass 34 aus der thermoelektrischen Einheit 20 aus. Diese Ausführung umfasst eine Anordnung ohne Bypass, bei der die gesamten Abgase durch die thermoelektrische Einheit 20 strömen.
Die Kühlvorrichtung 30a kann viele verschiedene Arten von Kühlkomponenten umfassen. Zum Beispiel könnte die Kühlvorrichtung 30a ein fluidgekühlter Wärmetauscher sein oder eine Luft- oder Wassereinspritzung zum Kühlen aufweisen. Optional könnte die Kühlvorrichtung 30a ein Luftspaltrohr kombiniert mit Lufteinspritzung oder Zwangsluftkühlung umfassen. Das Luftspaltrohr als Luft-Luft-Wärmetauscher sorgt sowohl für eine Kühlung als auch für eine potenzielle Verringerung der Wärmeträgheit zur Vermeidung eines schnelleren Aufheizens.
Ein Vorteil bei der in 1 gezeigten Konfiguration besteht in der Vermeidung einer Ausführung mit Bypass und zugehörigen Steuerungen. Ferner ermöglicht es diese Konfiguration, die elektrische Ausgangsleistung der thermoelektrischen Einheit 20 maximieren zu können, indem das Abgas innerhalb eines optimalen Temperaturbetriebsbereichs gehalten wird.
Bei einem weiteren Beispiel kann die Temperatursteuervorrichtung 30 einen Bypass 30b mit einer Bypassleitung 40 und wenigstens einem Ventil umfassen. Eine Ausführung mit Bypass ermöglicht es, bei ansteigenden Gastemperaturen Abgas um die thermoelektrische Einheit 20 herumzuleiten. Ein Leitungsende der Bypassleitung 40 ist stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit 20 in Strömungsverbindung mit der Abgasleitung 12, und ein entgegengesetztes Leitungsende der Bypassleitung ist stromabwärts der thermoelektrischen Einheit 20 in Strömungsverbindung mit der Abgasleitung 12. Längs des primären Weges strömt Abgas durch die Abgasleitung 12, tritt durch einen Einlassleitungsabschnitt 42 in die thermoelektrische Einheit 20 ein, tritt aus der thermoelektrischen Einheit aus und gelangt zum Auslass 16. Längs des Bypasses strömen Abgase durch die Bypassleitung 40, d. h. um die thermoelektrische Einheit 20 herum, und strömen dann zum Auslass 16.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Ausführung mit Bypass ein Dreiwegeventil 44 auf, das stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit 20 positioniert ist. Das Dreiwegeventil 44 ist an einer Y-Gabelung zwischen der Abgasleitung 12, die in die thermoelektrische Einheit 20 eintritt, und der Bypassleitung 40 angeordnet, die Abgase um die thermoelektrische Einheit 20 herumleitet. Das Dreiwegeventil 44 umfasst ein elektrisch betätigtes Einzelventil, das einen einzigen Einlass von der Abgasleitung und zwei Auslässe aufweist. Ein Auslass führt zur thermoelektrischen Einheit 20 und der andere Auslass zur Bypassleitung 40.
Ein Temperatursensor T ist stromaufwärts des Dreiwegeventils 44 in dem primären Abgasweg positioniert. Der Temperatursensor T misst eine Temperatur der Abgase stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit 20 und übermittelt diese Information an die Steuereinheit 22. Wenn die Messtemperatur die Obergrenze des vorgegebenen Temperaturbereichs überschreitet, erzeugt die Steuereinheit 22 ein Steuersignal 28 zur Betätigung des Ventils 44, um den primären Abgasweg zu schließen und die Abgase in den Bypass zu leiten.
Wenn die Messtemperatur innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, gibt die Steuereinheit 22 ein Steuersignal 28 zur Betätigung des Ventils 44 ab, damit der Bypass so geschlossen wird, dass das gesamte Abgas durch den primären Abgasweg in die thermoelektrische Einheit 20 strömt. Wie oben erörtert, wandelt die thermoelektrische Einheit 20 dann die Wärme in Leistung um, die in einer Speichervorrichtung S gespeichert oder nach Bedarf unmittelbar an verschiedene Fahrzeugsysteme VS1–VSn übertragen werden kann.
Ein Nachteil bei dieser Art der Ventilausführung besteht darin, dass das Dreiwegeventil, mit dem die Strömungsteilung zwischen dem Bypass und der thermoelektrischen Einheit 20 gesteuert wird, teuer ist und an der Y-Gabelung positioniert sein muss. Ferner kann diese Art der Ausführung zu erhöhten Auspuffrohrgeräuschen führen, wenn die Fahrzeugabgasanlage 10 in einem Bypass-Modus arbeitet.
Bei einer vorteilhafteren Ausführung werden anstatt der Verwendung des Dreiwegeventils 44 zwei getrennte Ventile benützt. Ein erstes Ventil 46 umfasst ein elektrisch betätigtes Einzelventil, das stromabwärts des Auslasses 34 der thermoelektrischen Einheit 20 in dem primären Abgasweg positioniert ist, d. h. in einem thermoelektrischen Schenkel des Systems. Dieses erste Ventil 46 umfasst ein gesteuertes Ventil mit einem einzigen Einlass und einem einzigen Auslass, wobei die Bewegung von der Steuereinheit 22 gesteuert wird. Ein zweites Ventil 48 ist in der Bypassleitung 40 positioniert. Dieses zweite Ventil 48 umfasst ein selbsteinstellendes Drosselventil, das allein auf einen Abgasstrom durch den Bypass-Schenkel des Systems anspricht. Bei einem Beispiel weist das zweite Ventil 48 ein federbelastetes passives Ventil auf.
Der Temperatursensor T ist stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit 20 in dem primären Abgasweg positioniert. Der Temperatursensor T misst eine Temperatur der Abgase und übermittelt diese Information an die Steuereinheit 22. Wenn die Messtemperatur die Obergrenze des vorgegebenen Temperaturbereichs überschreitet, erzeugt die Steuereinheit 22 ein Steuersignal 28 zur Betätigung des Ventils 46, um den primären Abgasweg zu schließen und die Abgase in den Bypass 30b zu leiten.
Wenn die Messtemperatur innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, gibt die Steuereinheit 22 ein Steuersignal ab, damit das Ventil 46 so in eine offene Stellung bewegt wird, dass Abgas durch den primären Abgasweg in die thermoelektrische Einheit 20 strömen kann. Wie oben erörtert, wandelt die thermoelektrische Einheit 20 dann die Wärme in Leistung um, die in einer Speichervorrichtung S gespeichert oder nach Bedarf unmittelbar an verschiedene Fahrzeugsysteme VS1–VSn übertragen werden kann. Das zweite Ventil 48 im Bypass öffnet und schließt je nach dem Druck der Abgasströmung, wie bekannt ist.
Ein Vorteil bei dieser Ausführung besteht darin, dass die Unterbringung des Systems flexibler ist, weil die Ventilposition nicht an eine Y-Gabelung gebunden ist. Darüber hinaus bietet das zweite Ventil 48, d. h. das selbsteinstellende Ventil, in einem Bypass-Modus einen akustischen Vorteil. Ferner ist es bei dieser Ausführung möglich, die thermoelektrische Einheit 20 und die zugehörige Einlassleitung bei Bedingungen, in denen keine Strömung durch die thermoelektrische Einheit 20 vorliegt, zum Nutzen der Auspuffgeräusche in einem Bypass-Modus als akustisches Abstimmelement zu verwenden. Ist das erste Ventil 46 stromabwärts der thermoelektrischen Einheit 20 angeordnet, so ist das Ventil geringeren Temperaturen ausgesetzt, was die notwendige Temperaturtauglichkeit des Ventils verringert, wodurch Kosten reduziert werden. Auch sind die Ventile dieser Arten bei diesem System leichter erhältlich und kostengünstiger.
Wie in den 3A und 3B gezeigt, kommen bei der thermoelektrischen Einheit 20 Module 52 zur Anwendung, die üblicherweise eine polygonale Form mit einer flachen Montagefläche haben. Bei einem Beispiel weisen die Module 52 eine quadratische Form auf. Diese Module 52 benötigen eine flache Kontaktfläche innerhalb der Abgasanlage, um den effizientesten Wärmestrom, der möglich ist, sicherzustellen. Die Abgasleitung 12 ist so ausgebildet, dass sie flache Bereiche für die Module 52 bereitstellt.
Die Abgasleitung 12 ist so ausgeführt, dass sie einen polygonalen Abschnitt hat, der Abgas über einen Einlass 56 empfängt und das Abgas zu einem Auslass 58 überträgt. Ein Abschirm- und Belüftungsblech 54 mit Kühlrippen 58 (3B) kann an diesem polygonalen Abschnitt angebracht sein und nach Bedarf für eine zusätzliche Kühlung sorgen.
Bei einem Beispiel (4) weist die Abgasleitung 12 einen Abschnitt 60 auf, der so gebildet ist, dass er einen polygonalen Querschnitt hat. Diese Gestaltung wird zum Beispiel durch Innenhochdruckumformen erreicht. Ein hoher Wasserdruck wird in die Leitung 12 eingebracht, was bewirkt, dass sich die Leitung ausweitet und die Gestalt einer die Leitung 12 umgebenden Form annimmt. Dieser Innenhochdruckumformvorgang findet normalerweise anschließend an Biegevorgänge statt, die an der Leitung 12 vorzunehmen sind.
Bei einem weiteren Beispiel (5) ist eine polygonale Leitung 70, wie etwa eine Leitung 70 mit einem quadratischen Querschnitt, an einer Stelle innerhalb der Abgasleitung 12 eingebaut, die durch eine gekrümmte Außenfläche definiert ist. Die quadratischen Enden der Leitung 70 können unter Verwendung von Kegeln oder Verbindungsansatzstücken anderer Arten mit kreisförmigen Leitungen verbunden sein. Die Befestigung der Kegel bzw. anderer Verbindungselemente kann mittels Schweißen oder Hartlöten erfolgen. Die Module 52 können dann an einer flachen Außenfläche der Leitung 70 angebracht werden.
Es wurde zwar eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung offenbart, der Fachmann würde aber erkennen, dass bestimmte Abänderungen in den Umfang dieser Erfindung fallen würden. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.

Claims

Fahrzeugabgasanlage mit: einer Abgasleitung, die Abgase von einem Verbrennungsmotor zu einem Abgasanlagenauslass leitet, einer thermoelektrischen Einheit, die Abgaswärme von dem Abgasrohr als Eingang empfängt, wobei die thermoelektrische Einheit die Abgaswärme in elektrische Leistung umwandelt, und einer Temperatursteuervorrichtung stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit, die sicherstellt, dass das Abgas mit einer Temperatur innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs in die thermoelektrische Einheit eintritt.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 1, bei der die thermoelektrische Einheit wenigstens ein Modul aufweist, das aus einem Halbleiter- oder Halbmetallmaterial besteht, das eine obere Temperaturgrenze und eine untere Temperaturgrenze hat, wobei der vorgegebene Temperaturbereich als Bereich zwischen der unteren Temperaturgrenze und der oberen Temperaturgrenze definiert ist.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 1, bei der die Temperatursteuervorrichtung eine Kühlvorrichtung mit einem Einlass, der erwärmtes Abgas vom Abgasrohr empfängt, und einem Auslass umfasst, der abgekühltes Abgas zu einem Einlass der thermoelektrischen Einheit leitet.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 3, bei der die Kühlvorrichtung einen Wärmetauscher und/oder einen Einspritzkühler und/oder ein Luftspaltrohr umfasst.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 3, bei der die thermoelektrische Einheit eine Ausführung ohne Bypass umfasst, bei der der gesamte stromaufwärtige Abgasstrom in den Einlass der thermoelektrischen Einheit eintritt und anschließend aus einem Auslass der thermoelektrischen Einheit austritt.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 1, bei der die thermoelektrische Einheit innerhalb eines primären Abgasströmungsweges positioniert ist und bei der die Temperatursteuervorrichtung einen Bypass umfasst, der eine Bypassleitung aufweist, deren eines Ende stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit mit dem Abgasrohr verbunden ist und deren entgegengesetztes Ende stromabwärts der thermoelektrischen Einheit mit dem Abgasrohr verbunden ist, und die wenigstens ein Ventil aufweist, um Abgas unter vorbestimmten Temperaturbedingungen durch den Bypass zu leiten.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 6, bei der das wenigstens eine Ventil ein Einzelventil mit einem einzigen Einlass, der einen Eingang von dem Abgasrohr empfängt, und einem ersten Auslass, der einen Abgasstrom in die Bypassleitung leitet, wenn die Temperatur des Abgases den vorgegebenen Temperaturbereich überschreitet, und einem zweiten Auslass umfasst, der einen Abgasstrom in die thermoelektrische Einheit leitet, wenn die Temperatur des Abgases innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs liegt.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 7, bei der das Einzelventil ein elektrisch betätigtes Ventil umfasst.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 6, bei der das wenigstens eine Ventil ein selbsteinstellendes Ventil, das in der Bypassleitung positioniert ist, und ein gesteuertes Ventil umfasst, das stromabwärts der thermoelektrischen Einheit im Abgasrohr positioniert ist.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 9, bei der das selbsteinstellende Ventil ein federbelastetes, passives Ventil umfasst, das allein auf einen Abgasstrom anspricht, und das gesteuerte Ventil ein elektrisch betätigtes Ventil mit einem einzigen Einlass und einem einzigen Auslass umfasst.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 6, mit wenigstens einem Temperatursensor, der stromaufwärts des wenigstens einen Ventils innerhalb des primären Abgasströmungsweges positioniert ist und eine Abgastemperatur vor dem Eintritt in die thermoelektrische Einheit misst, und wobei die gemessene Abgastemperatur an eine Steuereinheit übermittelt wird, die feststellt, ob die gemessene Abgastemperatur innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs liegt, und wobei die Steuereinheit ein Steuersignal erzeugt, um den primären Abgasströmungsweg zu schließen und Abgas in den Bypass zu leiten, wenn die gemessene Abgastemperatur eine Obergrenze des vorgegebenen Temperaturbereichs überschreitet.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 1, bei der die Abgasleitung wenigstens einen Abschnitt mit einem polygonalen Querschnitt aufweist, wobei die thermoelektrische Einheit an dem polygonalen Querschnitt positioniert ist.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 12, bei der der Abschnitt mit dem polygonalen Querschnitt ein quadratisches Rohr umfasst, das mit der Abgasleitung verbunden ist.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 12, bei der der Abschnitt mit dem polygonalen Querschnitt einen mittels Innenhochdruckverfahren umgeformten Abschnitt der Abgasleitung umfasst.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 12, bei der die thermoelektrische Einheit mehrere thermoelektrische Generatormodule (TEG-Module) umfasst, die jeweils eine flasche Montagefläche aufweisen, die an einer Außenfläche des Abschnitts mit einem polygonalen Querschnitt positioniert ist.
Fahrzeugabgasanlage mit: einer Abgasleitung, die eine gekrümmte Außenfläche aufweist, einer thermoelektrischen Einheit, die Abgaswärme von der Abgasleitung als Eingang empfängt, wobei die thermoelektrische Einheit die Abgaswärme in elektrische Leistung umwandelt, und wobei die thermoelektrische Einheit mehrere thermoelektrische Generatormodule (TEG-Module) umfasst, die jeweils eine flache Montagefläche aufweisen, und wobei die Abgasleitung wenigstens einen Abschnitt mit einem polygonalen Querschnitt aufweist, wobei die mehreren thermoelektrischen Generatormodule (TEG-Module) der thermoelektrischen Einheit an dem polygonalen Querschnitt positioniert sind.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 16, bei der der wenigstens eine Abschnitt mit dem polygonalen Querschnitt ein quadratisches Rohr, das mit der Abgasleitung verbunden ist, oder einen mittels Innenhochdruckverfahren umgeformten Abschnitt der Abgasleitung umfasst.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 16, die stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit eine Temperatursteuervorrichtung aufweist, die sicherstellt, dass das Abgas mit einer Temperatur innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs in die thermoelektrische Einheit eintritt
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 18, bei der die thermoelektrische Einheit eine Ausführung ohne Bypass umfasst, bei der der gesamte stromaufwärtige Abgasstrom in einen Einlass der thermoelektrischen Einheit eintritt und anschließend aus einem Auslass der thermoelektrischen Einheit austritt, und bei der die Temperatursteuervorrichtung eine Kühlvorrichtung mit einem Einlass, der erwärmtes Abgas von der Abgasleitung empfängt, und einem Auslass umfasst, der abgekühltes Abgas zu dem Einlass der thermoelektrischen Einheit leitet.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 18, bei der die thermoelektrische Einheit innerhalb eines primären Abgasströmungsweges positioniert ist und bei der die Temperatursteuervorrichtung einen Bypass umfasst, der eine Bypassleitung aufweist, deren eines Ende stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit mit der Abgasleitung verbunden ist und deren entgegengesetztes Ende stromabwärts der thermoelektrischen Einheit mit der Abgasleitung verbunden ist, und die wenigstens ein elektrisch gesteuertes Ventil aufweist, um Abgas unter vorbestimmten Temperaturbedingungen durch den Bypass zu leiten, und mit wenigstens einem Temperatursensor, der stromaufwärts des wenigstens einen elektrisch gesteuerten Ventils innerhalb des primären Abgasströmungsweges positioniert ist und eine Abgastemperatur vor dem Eintritt in die thermoelektrische Einheit misst, und wobei die gemessene Abgastemperatur an eine Steuereinheit übermittelt wird, die feststellt, ob die gemessene Abgastemperatur innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs liegt, und wobei die Steuereinheit ein Steuersignal erzeugt, um den primären Abgasströmungsweg zu schließen und Abgas in den Bypass zu leiten, wenn die gemessene Abgastemperatur eine Obergrenze des vorgegebenen Temperaturbereichs überschreitet.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 16, bei der durch Umwandlung von Abgaswärme erzeugte elektrische Leistung in einer Speichervorrichtung gespeichert ist, die mit einer Steuereinheit zusammenwirkt, um gespeicherte Leistung an wenigstens ein Fahrzeugsystem zu liefern.
Verfahren zur Umwandlung von Abgaswärme aus einer Fahrzeugabgasanlage in elektrische Leistung, mit den folgenden Schritten: a) erwärmtes Abgas wird durch eine Abgasleitung zu einer thermoelektrischen Einheit geleitet, b) Abgas wird nur in die thermoelektrische Einheit geführt, wenn das Abgas, das in die thermoelektrische Einheit eintritt, in einem vorgegebenen Temperaturbereich liegt, und c) die Abgaswärme wird mit der thermoelektrischen Einheit in elektrische Leistung umgewandelt.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die in Schritt c) erzeugte elektrische Leistung in einer Speichervorrichtung gespeichert wird und die elektrische Leistung dazu verwendet wird, wenigstens ein Fahrzeugsystem mit Strom zu versorgen.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem in Schritt b) die thermoelektrische Einheit als Ausführung ohne Bypass bereitgestellt wird, eine Kühlvorrichtung stromaufwärts der thermoelektrischen Vorrichtung positioniert wird und erwärmte Abgase so abgekühlt werden, dass ihre Temperatur unter einer Obergrenze des vorgegebenen Temperaturbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem in Schritt b) die thermoelektrische Einheit als primärer Abgasströmungsweg bereitgestellt wird, ein Bypass bereitgestellt wird, der eine Bypassleitung aufweist, deren eines Ende stromaufwärts der thermoelektrischen Einheit mit der Abgasleitung verbunden ist und deren entgegengesetztes Ende stromabwärts der thermoelektrischen Einheit mit der Abgasleitung verbunden ist, wenigstens ein elektrisch gesteuertes Ventil in dem primären Abgasströmungsweg angeordnet wird, um Abgas unter vorbestimmten Temperaturbedingungen durch den Bypass zu leiten, wenigstens ein Temperatursensor stromaufwärts des wenigstens einen elektrisch gesteuerten Ventils in dem primären Abgasströmungsweg positioniert wird, eine Abgastemperatur vor dem Eintritt in die thermoelektrische Einheit gemessen wird, eine gemessene Abgastemperatur an eine Steuereinheit übermittelt wird, die feststellt, ob die gemessene Abgastemperatur innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs liegt, und ein Steuersignal erzeugt wird, um den primären Abgasströmungsweg mit dem elektrisch gesteuerten Ventil zu schließen und Abgas in den Bypass zu leiten, wenn die gemessene Abgastemperatur eine Obergrenze des vorgegebenen Temperaturbereichs überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Abgasleitung mit wenigstens einem Abschnitt mit einem polygonalen Querschnitt vorgesehen wird und die thermoelektrische Einheit an dem Abschnitt mit dem polygonalen Querschnitt angebracht wird, und wobei der polygonale Querschnitt durch Innenhochdruckumformen der Abgasleitung oder durch Verbinden der Abgasleitung mit einer polygonalen Leitung bereitgestellt wird.