專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1的前序部分所述特征的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于技術(shù)領(lǐng)域例如參閱歐洲權(quán)利申請EP 1475532A2。由該申請已知具有抽吸裝 置和排氣裝置的內(nèi)燃機(jī)，其中排氣裝置和抽吸裝置通過廢氣導(dǎo)回裝置彼此導(dǎo)氣地連接。 熱電發(fā)電機(jī)設(shè)置在廢氣導(dǎo)回裝置上，以便由廢氣熱量獲得電流。為了保證優(yōu)化的熱量通 過廢氣導(dǎo)回管輸送至熱電發(fā)電機(jī)，在熱電發(fā)電機(jī)之前或之后在廢氣導(dǎo)回管中設(shè)置閥，所 述閥與工作點相關(guān)地由控制器控制。為了得到在熱電發(fā)電機(jī)的熱側(cè)與冷側(cè)之間的優(yōu)化的 溫度差，熱電發(fā)電機(jī)以其冷側(cè)連接到冷卻劑回路上。另外由日本公開文件JP 7012009A2已知熱電發(fā)電機(jī)設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng) 上，本發(fā)明由該公開文件出發(fā)，其中排氣管劃分成多個并聯(lián)地導(dǎo)氣的支路。在這些支路 的每一個上設(shè)置兩個熱電發(fā)電機(jī)，因此在最小的排氣背壓中能夠得到優(yōu)化的發(fā)電。另外 通過這種分支的排氣系統(tǒng)能明顯節(jié)省結(jié)構(gòu)空間。由現(xiàn)有技術(shù)已知的對于熱電發(fā)電機(jī)的布置的缺點是，內(nèi)燃機(jī)的相對窄的轉(zhuǎn)速范 圍或負(fù)載范圍，在該范圍中熱電發(fā)電機(jī)優(yōu)化地工作，因為效率非常明顯地與廢氣溫度有 關(guān)。另外在內(nèi)燃機(jī)在高的轉(zhuǎn)速范圍或負(fù)載范圍中運行較長的時間的情況下，存在過熱的危險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是，避免上述缺點以及改善用熱電發(fā)電機(jī)發(fā)電的效率。該目的通過權(quán)利要求1的特征部分的特征解決。在最簡單的實施形式中，具有導(dǎo)熱性較小的換熱器的熱電發(fā)電機(jī)設(shè)置在離內(nèi)燃 機(jī)較近并且具有導(dǎo)熱性較高的換熱器的第二熱電發(fā)電機(jī)設(shè)置在離內(nèi)燃機(jī)較遠(yuǎn)。通過這種 措施防止，第一熱電發(fā)電機(jī)由于用過熱的廢氣的過熱而毀壞，同時具有較高導(dǎo)熱性的換 熱器的第二熱電發(fā)電機(jī)通過按本發(fā)明的措施在較低溫度的情況中具有較高的效率，該第 二熱電發(fā)電機(jī)與已經(jīng)冷卻的較冷的廢氣處于作用連接。按權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)是特別優(yōu)選的第一實施形式。通過按權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)得到在發(fā)電時非常良好的效率。按權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)是特別優(yōu)選的第二實施形式。通過按權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)對于特別優(yōu)選的第二實施形式變得到在發(fā)電時非 常良好的效率。按權(quán)利要求6的控制措施是特別優(yōu)選的。如果控制器是內(nèi)燃機(jī)控制器，那么這 按有利的方式也是特性場控制。通過按權(quán)利要求7的結(jié)構(gòu)得到在熱電發(fā)電機(jī)的熱側(cè)與冷側(cè)之間的優(yōu)化的溫度將。通過按權(quán)利 要求8的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)非?？斓丶訜釤犭姲l(fā)電機(jī)。


下面借助在兩幅圖中的兩個特別優(yōu)選的實施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。圖1示意顯示用于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的本發(fā)明的第一實施形式；圖2示意顯示用于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的本發(fā)明的第二實施形式。
具體實施例方式下面相同的附圖標(biāo)記對于在兩個附圖中的相同的構(gòu)件有效。熱電發(fā)電機(jī)(TEG)下面理解成半導(dǎo)體構(gòu)件，該半導(dǎo)體構(gòu)件在熱側(cè)和冷側(cè)之間存 在溫度差的情況下產(chǎn)生電流。因為熱電發(fā)電機(jī)已經(jīng)由現(xiàn)有技術(shù)充分已知，所以該熱電發(fā) 電機(jī)在本申請中不詳細(xì)解釋。另外熱電發(fā)電機(jī)可以理解成單個的半導(dǎo)體構(gòu)件以及由多個 單個的半導(dǎo)體構(gòu)件連接成組。圖1示意地顯示用于內(nèi)燃機(jī)2的按本發(fā)明的排氣系統(tǒng)1的第一實施例。在開始 為雙管式的排氣系統(tǒng)1設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)2上，其中每個管配設(shè)一個廢氣凈化裝置10。在內(nèi) 燃機(jī)2的廢氣的流動方向上在廢氣凈化裝置10之后，排氣系統(tǒng)1設(shè)計成單管式的。緊接 著，排氣系統(tǒng)具有第一旁路1'，在該旁路中設(shè)置第一熱電發(fā)電機(jī)3。在第一熱電發(fā)電機(jī) 3之后在旁路1'中設(shè)置封閉元件5。在封閉元件5之后第一旁路1'又導(dǎo)氣地通入排氣 系統(tǒng)1中。緊接著，排氣系統(tǒng)1具有第二旁路1"，在該旁路中設(shè)置第二熱電發(fā)電機(jī)4。 在第二旁路1"又導(dǎo)氣地通入排氣系統(tǒng)1之前，在第二熱電發(fā)電機(jī)4之后在第二旁路中同 樣設(shè)置封閉元件5。緊接著在排氣系統(tǒng)1中沿廢氣的流動方向首先設(shè)置未標(biāo)數(shù)字的中間消 聲器并且緊接著設(shè)置同樣未標(biāo)數(shù)字的后消聲器。另外并聯(lián)于第二旁路1"地在排氣系統(tǒng)1 中設(shè)置用于排氣系統(tǒng)1的封閉元件5'。封閉元件5、5'可由控制器6例如內(nèi)燃機(jī)控制器優(yōu)選與內(nèi)燃機(jī)的工作點有關(guān)地 在特性場上控制。熱電發(fā)電機(jī)3、4的熱側(cè)設(shè)置在排氣系統(tǒng)1上并且可由內(nèi)燃機(jī)2的廢氣 加熱，而熱電發(fā)電機(jī)3、4的冷側(cè)在本實施例中與冷卻劑循環(huán)7處于作用連接。冷卻劑循 環(huán)7具有用于輸送冷卻劑的冷卻劑泵8以及兩個用于冷卻冷卻劑的換熱器9。每個熱電發(fā)電機(jī)3、4在其熱側(cè)與其冷側(cè)之間具有帶有確定的導(dǎo)熱性的換熱器。 按本發(fā)明離內(nèi)燃機(jī)較近的熱電發(fā)電機(jī)3的換熱器的導(dǎo)熱性比第二熱電發(fā)電機(jī)4的換熱器的 導(dǎo)熱性小。通過排氣系統(tǒng)1的按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，第一熱電發(fā)電機(jī)3比第二熱電發(fā)電機(jī)4 用更熱的廢氣加載。由于換熱器的不同的導(dǎo)熱性補(bǔ)償如下效果，即廢氣在排氣系統(tǒng)1的 長度上的冷卻，因此用于獲得整個結(jié)構(gòu)的發(fā)電的效率明顯增大。如果廢氣在內(nèi)燃機(jī)的確 定的工作點中過熱，那么在第一熱電發(fā)電機(jī)3之后的封閉元件5封閉，以可靠地避免過 熱。熱的廢氣現(xiàn)在僅通過第二熱電發(fā)電機(jī)4引導(dǎo)，該第二熱電發(fā)電機(jī)由于當(dāng)時冷卻的廢 氣可總是完全使用。如果內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載還繼續(xù)升高，那么通過第二熱電發(fā)電 機(jī)4的廢氣流也可利用在第二熱電發(fā)電機(jī)4之后的封閉元件5切斷。從而可靠地防止兩 個熱電發(fā)電機(jī)3、4受到過熱。通過在排氣系統(tǒng)1中的封閉元件5'，按有利的方式整個 廢氣質(zhì)量流可通過熱電發(fā)電機(jī)3、4引導(dǎo)，用于盡可能快地加熱以發(fā)電。
在其它的實施例中，在其它的旁路中也可以設(shè)置另外的熱電發(fā)電機(jī)，所述其它旁路又具有帶有不同導(dǎo)熱性的換熱器。在確定的情況下也可以放棄冷卻劑循環(huán)7，例如在 設(shè)置空氣冷卻裝置的情況下。所述兩個換熱器9降到唯一的大的換熱器或者更多個較小 的換熱器也是可能的。廢氣凈化系統(tǒng)10在另外的實施例中可以集成在排氣系統(tǒng)1的其它 的位置上。封閉元件5、5'的布置在另外的實施例中也可以這樣構(gòu)成，使得所述封閉元 件例如沿廢氣的流動方向設(shè)置在熱電發(fā)電機(jī)3、4之前。例如排氣翻蓋或轉(zhuǎn)盤也可以用作 為封閉元件5、5'。優(yōu)選排氣系統(tǒng)1和旁路1'、1"為了最小的流動損失具有相同的廢 氣通流橫截面。圖2示意地顯示用于內(nèi)燃機(jī)2的按本發(fā)明的排氣系統(tǒng)1的尤其優(yōu)選的第二實施 例。尤其優(yōu)選的第二實施例與在圖1中尤其優(yōu)選的第一實施例的區(qū)別在于，熱電發(fā)電 機(jī)3、4、11 (在本實施例中采用三個熱電發(fā)電機(jī))彼此并聯(lián)地設(shè)置在唯一的分支的旁路 1"‘中。如已經(jīng)在特別優(yōu)選的第一實施例中的那樣，在特別優(yōu)選的第二實施例中熱電發(fā) 電機(jī)3、4、11也分別具有帶有不同的導(dǎo)熱性的換熱器。從而廢氣可以借助于沿廢氣的流 動方向設(shè)置在熱電發(fā)電機(jī)3、4、11之后的封閉元件5，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運行狀態(tài)即與轉(zhuǎn)速 或要求的轉(zhuǎn)矩有關(guān)地，從而按照廢氣溫度，相應(yīng)通過一個或兩個或在排氣系統(tǒng)1的封閉 元件5'封閉的情況下通過所有三個熱電發(fā)電機(jī)3、4、11引導(dǎo)。如果由于內(nèi)燃機(jī)的運行 狀態(tài)通過高的載荷或轉(zhuǎn)速要使得廢氣過熱，以至至少熱電發(fā)電機(jī)3、4、11會熱毀壞，那 么各封閉元件5完全封閉，其中如在第一實施例中描述的那樣，熱的廢氣流過排氣管1。 從而可靠地避免熱電發(fā)電機(jī)3、4、11的熱毀壞。另外對于特別優(yōu)選的第一實施例的所有 解釋也適用于特別優(yōu)選的第二實施例。特別優(yōu)選的第二實施例的實際結(jié)構(gòu)如下可見第一熱電發(fā)電機(jī)3 非常強(qiáng)的熱氣換熱器(例如高的肋片密度)，在具有按本發(fā) 明的排氣系統(tǒng)1的車輛的30-70km/h的范圍中熱電發(fā)電機(jī)3的最大功率。第二熱電發(fā)電機(jī)4 熱氣換熱器的相對于第一級降低的功率(例如降低的肋片密 度、肋片類型)，在具有按本發(fā)明的廢氣系統(tǒng)1的車輛的70至130km/h的范圍中熱電發(fā) 電機(jī)的最大功率。第三熱電發(fā)電機(jī)11 非常弱的熱氣換熱器，在具有按本發(fā)明的廢氣系統(tǒng)1的車 輛的130至180km/h的范圍中熱電發(fā)電機(jī)的最大功率?？傮w上通過排氣系統(tǒng)1的按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)得到如下優(yōu)點相對單級的熱電發(fā)電機(jī)明顯更廣泛的應(yīng)用范圍。通過優(yōu)化的低溫?zé)犭姲l(fā)電機(jī)(具有非常良好的導(dǎo)熱性的換熱器)也用在城市交通 或低載荷階段中(速度范圍大約30至大約70km/h)。通過優(yōu)化的高溫?zé)犭姲l(fā)電機(jī)(具有非常小的導(dǎo)熱性的換熱器)即使在相對高的 速度中熱回收也是可能的，通過弱的熱氣換熱器而沒有熱電材料的過載、沒有背壓問題 (大約130至大約180/h的速度)。在中等速度范圍中(速度范圍大約70至大約130km/h)優(yōu)化熱電發(fā)電機(jī)，目的是 得到在最經(jīng)常行駛的速度窗中的優(yōu)化的總體利用。附圖標(biāo)記列表1排氣系統(tǒng)
1 ‘第一旁路1〃第二旁路1〃 ‘第三旁路2內(nèi)燃機(jī)3第一熱電發(fā)電機(jī)4第二熱電發(fā)電機(jī)5封閉元件5'排氣系統(tǒng)的封閉元件6控制器7冷卻劑循環(huán)8冷卻劑泵9換熱器10廢氣凈化裝置11第三熱電 發(fā)電機(jī)
權(quán)利要求
1.用于內(nèi)燃機(jī)⑵的排氣系統(tǒng)(1)，熱電發(fā)電機(jī)⑶設(shè)有熱側(cè)和冷側(cè)，熱側(cè)設(shè)置在排 氣系統(tǒng)(1)上并且能由內(nèi)燃機(jī)(2)的廢氣加熱并且在熱側(cè)與廢氣流之間設(shè)置具有第一導(dǎo)熱 性的第一換熱器，其特征在于至少第二熱電發(fā)電機(jī)(4)設(shè)置在排氣系統(tǒng)(1)上，第二熱 電發(fā)電機(jī)包括第二換熱器，第二換熱器的導(dǎo)熱性與第一導(dǎo)熱性不同。
2.按權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于排氣系統(tǒng)(1)至少具有沿廢氣的流動 方向依次設(shè)置的第一和第二旁路(1'、1")，第一熱電發(fā)電機(jī)(3)沿廢氣的流動方向設(shè) 置在第一旁路(1')中并且第二熱電發(fā)電機(jī)(4)設(shè)置在第二旁路(1")中并且在至少一 個旁路(1'、1")中設(shè)置用于廢氣的封閉元件。
3.按權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于第一熱電發(fā)電機(jī)(3)具有帶有較小的 導(dǎo)熱性的換熱器并且第二熱電發(fā)電機(jī)(4)具有帶有較大的導(dǎo)熱性的換熱器。
4.按權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中排氣系統(tǒng)具有旁路，其特征在于第一和第 二熱電發(fā)電機(jī)(3、4)彼此并聯(lián)地設(shè)置在旁路(1')中，每個熱電發(fā)電機(jī)(3、4)能由廢氣 加熱，給至少一個熱電發(fā)電機(jī)(3、4)配設(shè)用于廢氣的封閉元件(5)。
5.按權(quán)利要求2或4所述的排氣系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)的廢氣具有與工作點有關(guān)的較冷或較熱 的溫度，其特征在于所述至少一個封閉元件(5)能被轉(zhuǎn)換，使得較熱的廢氣能引導(dǎo)至 具有導(dǎo)熱性較小的換熱器的熱電發(fā)電機(jī)(3、4)。
6.按權(quán)利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個封閉元件(5)能由控制 器(6)控制。
7.按權(quán)利要求1至6任一項所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于熱電發(fā)電機(jī)(3、4)的冷 側(cè)連接到冷卻劑循環(huán)(7)內(nèi)。
8.按權(quán)利要求2至7任一項所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于另一個封閉元件(5')設(shè) 置在排氣系統(tǒng)(1)中并且所述另一個封閉元件(5')能被轉(zhuǎn)換，使得所有廢氣流過旁路 (1'、1")。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機(jī)(2)的排氣系統(tǒng)(1)，其中熱電發(fā)電機(jī)(TEG)(3)設(shè)有熱側(cè)和冷側(cè)，熱側(cè)設(shè)置在排氣系統(tǒng)(1)上并且能由內(nèi)燃機(jī)(2)的廢氣加熱并且在熱側(cè)與廢氣流之間設(shè)置具有第一導(dǎo)熱性的第一換熱器并且在那兒至少第二熱電發(fā)電機(jī)(4)設(shè)置在排氣系統(tǒng)(1)上，第二換熱器具有與第一導(dǎo)熱性不同的導(dǎo)熱性。通過按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)熱電發(fā)電機(jī)(3、4)能在內(nèi)燃機(jī)的明顯更寬的工作點范圍上發(fā)電。
文檔編號F02G5/02GK102016257SQ200980114575
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者R·里希特 申請人:寶馬股份公司