排氣后處理系統的制作方法

本披露涉及一種具有催化TEG(熱電發生器)系統的排氣后處理系統。

背景技術：

此部分提供了與本披露相關的背景信息，其不一定是現有技術。

已經開發了多種排氣后處理裝置，以試圖減少內燃發動機運行期間排放到大氣中的不希望的物質(例如，NOX、碳氫化合物、一氧化碳和/或顆粒物質)的量。用于燃燒式發動機排氣的典型后處理系統可以包括氧化催化器(例如柴油氧化催化器或DOC)、顆粒過濾器(例如，柴油顆粒過濾器或DPF)、選擇性催化還原(SCR)系統和/或其他后處理部件。

可以采用熱電發生器(TEG)系統由排氣氣流中的熱能產生電能。例如，可以使用這種電能為車輛的各種電氣附件或子系統供以動力。也就是說，可以將TEG套管定位在排氣后處理系統的排氣通道內以從其中的排氣中吸收熱量，使得TEG系統可以將熱量轉換為電能。TEG套管可以被催化(例如涂覆有催化物質)成使得這些TEG套管可以處理排氣以減少在排氣中的不希望的成分的量。

技術實現要素：

此部分提供本披露的總體概述、并且不是其全部范圍或其全部特征的綜合性披露。

在一種形式中，本披露提供了一種排氣后處理系統，該排氣后處理系統可以包括后處理部件和多個熱電發生器。后處理部件被布置在排氣通道中。這些熱電發生器可以被布置在排氣通道中、在后處理部件的上游。這些熱電發生器各自可以具有催化涂層并且可以包括徑向延伸的翅片，該徑向延伸的翅片被配置成從在排氣通道中的排氣中吸收熱量。這些熱電發生器中的至少一個熱電發生器的翅片可以與這些熱電發生器中的至少另一個熱電發生器的翅片重疊。

在一些構型中，這些熱電發生器中的至少一個熱電發生器的翅片與這些熱電發生器中的至少另一個熱電發生器的翅片交錯。

在一些構型中，這些熱電發生器各自包括多個翅片，該多個翅片徑向朝外延伸并且從熱電發生器的第一軸向末端縱向地延伸至熱電發生器的第二軸向末端。

在一些構型中，這些翅片是圓盤形的。

在一些構型中，每個熱電發生器都具有彼此軸向間隔開的多個圓盤形翅片。

在一些構型中，這些翅片具有螺旋形狀。

在一些構型中，這些螺旋翅片是由多根旋轉軸線限定的，這些旋轉軸線垂直于穿過排氣通道的流動方向。

在一些構型中，這些熱電發生器各自包括多個螺旋翅片。

在一些構型中，每個熱電發生器的該多個螺旋翅片是由共同的旋轉軸線限定的并且旋轉地與彼此偏離和與彼此交錯。

在一些構型中，催化涂層的催化劑可以包括碳氫化合物催化劑或CO氧化催化劑。

在一些構型中，催化涂層的催化劑選自由以下各項構成的組：三元催化劑、鉑族金屬催化劑、貧NOx捕捉催化劑和碳氫化合物貧NOx催化劑。

在一些構型中，后處理部件選自由以下各項構成的組：氧化催化器、顆粒過濾器和選擇性催化還原催化器。

在一些構型中，這些熱電發生器被布置在渦輪增壓器的上游。

在一些構型中，這些熱電發生器被布置在顆粒過濾器的上游。

在一些構型中，這些熱電發生器被布置在渦輪增壓器的下游和顆粒過濾器的上游。

在一些構型中，這些熱電發生器起氧化催化器的作用。

在一些構型中，這些熱電發生器被布置在渦輪增壓器和顆粒過濾器的下游以及選擇性催化還原催化器的上游。

在另一種形式中，本披露提供了一種排氣后處理系統，該排氣后處理系統可以包括后處理部件和多個熱電發生器。后處理部件被布置在排氣通道中。這些熱電發生器可以被布置在排氣通道中、后處理部件的下游。這些熱電發生器各自可以具有催化涂層并且可以包括徑向延伸的翅片，該徑向延伸的翅片被配置成從在排氣通道中的排氣中吸收熱量。這些熱電發生器中的至少一個熱電發生器的翅片可以與這些熱電發生器中的至少另一個熱電發生器的翅片重疊。

在一些構型中，這些熱電發生器各自包括多個翅片，該多個翅片徑向朝外延伸并且從熱電發生器的第一軸向末端縱向地延伸至熱電發生器的第二軸向末端。

在一些構型中，這些翅片是圓盤形的。

在一些構型中，每個熱電發生器都具有彼此軸向間隔開的多個圓盤形翅片。

在一些構型中，這些翅片具有螺旋形狀。

在一些構型中，這些螺旋翅片是由多根旋轉軸線限定的，這些旋轉軸線垂直于穿過排氣通道的流動方向。

在一些構型中，這些熱電發生器各自包括多個螺旋翅片。

在一些構型中，每個熱電發生器的該多個螺旋翅片是由共同的旋轉軸線限定的并且旋轉地與彼此偏離和與彼此交錯。

在一些構型中，催化涂層的催化劑選自由以下各項構成的組：三元催化劑、鉑族金屬催化劑、貧NOx捕捉催化劑和碳氫化合物貧NOx催化劑。

在一些構型中，后處理部件選自由以下各項構成的組：氧化催化器、顆粒過濾器和選擇性催化還原催化器。

在一些構型中，這些熱電發生器被布置在渦輪增壓器和顆粒過濾器的下游。

在一些構型中，這些熱電發生器被布置在選擇性催化還原催化器的上游。

在一些構型中，催化涂層是選擇性催化還原涂層。

在另一種形式中，本披露提供了一種排氣后處理系統，該排氣后處理系統可以包括排氣通道和熱電發生器系統。排氣通道從燃燒式發動機接收排氣。熱電發生器系統被布置在排氣中并且可以包括多個催化劑涂覆的套管，這些催化劑涂覆的套管各自具有被配置成從在排氣通道中的排氣中吸收熱量的螺旋翅片。這些螺旋翅片可以是由多根旋轉軸線限定的，這些旋轉軸線垂直于穿過排氣通道的流動方向。這些套管中的至少一個套管的翅片可以與這些套管中的至少另一個套管的翅片交錯。

從本文所提供的描述將清楚其他適用范圍。本概述中的說明和具體實例僅旨在用于說明的目的而并非旨在限制本披露的范圍。

附圖說明

在此描述的附圖僅是出于對所選擇實施例的而不是對所有可能實施例的說明性目的，并且不旨在限制本披露的范圍。

圖1是具有根據本披露原理的TEG組件的排氣后處理系統的示意性表示；

圖2是具有根據本披露原理的TEG組件的另一個排氣后處理系統的示意性表示；

圖3是具有根據本披露原理的TEG組件的另一個排氣后處理系統的示意性表示；

圖4是具有根據本披露原理的TEG組件的另一個排氣后處理系統的示意性表示；

圖5是被安裝在圖1至圖4的排氣后處理系統中的任一個排氣后處理系統的排氣通道中的TEG組件的套管的示意性平面視圖；

圖6是圖5的套管之一的一組翅片的透視圖；

圖7是圖5的套管的翅片組的側視圖；

圖8是被安裝在圖1至圖4的排氣后處理系統中的任一個排氣后處理系統的排氣通道中的其他套管的示意性平面視圖；

圖9是圖8的套管之一的一組翅片的透視圖；

圖10是圖8的套管的翅片組的側視圖；

圖11是被安裝在圖1至圖4的排氣后處理系統中的任一個排氣后處理系統的排氣通道中的其他套管的示意性平面視圖；

圖12是圖11的套管之一的一組翅片的透視圖；并且

圖13是圖11的套管的翅片組的側視圖。

在附圖的若干視圖中，相應的參考數字指示相應的部分。

具體實施方式

現在將參考附圖更全面地描述示例性實施例。

提供了多個示例性實施例從而使得本披露是詳盡的，并將其范圍充分地告知本領域的技術人員。闡述了許多特定的細節，例如特定的部件、裝置和方法的實例，以便提供對本披露的實施例的詳盡理解。對本領域的技術人員來說顯然地不必采用特定的細節，而可以用多種不同的形式實施示例性實施例、并且這些特定的細節都不應解釋為是對本披露的范圍的限制。在一些示例性實施例中，沒有詳細描述熟知的過程、熟知的裝置結構以及熟知的技術。

本文所使用的術語僅是出于描述特定示例性實施例的目的而并不旨在限制。如本文所使用的，單數形式“一”、“一個”和“該”可以旨在也包括復數形式，除非上下文清楚地另外指明。術語“包括”、“含有”、“包含”和“具有”都是包括性的并且因此指定所陳述特征、整合物、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或加入一種或多種其他特征、整合物、步驟、操作、元件、部件和/或它們的集合。在此所描述的這些方法步驟、過程和操作不應當被解釋為必須要求它們按所討論或示出的特定順序執行，除非特別指出執行順序。還應當理解的是，可以采用另外的或替代性的步驟。

當一個元件或層涉及“在……上”、“接合到”、“連接到”、或“聯接到”另一元件或層時，它可以是直接在該另一元件或層上、接合、連接或聯接到該另一元件或層，或者可以存在中間元件或層。相比之下，當一個元件涉及“直接在……上”、“直接接合到”、“直接連接到”或“直接聯接到”另一元件或層時，就可能不存在中間元件或層。用于描述這些元件之間關系的其他詞語應該以類似的方式進行解釋(例如，“之間”與“直接之間”，“相鄰”與“直接相鄰”等)。如在此所使用的，術語“和/或”包括相關聯的所列項目的一項或多項的任意和所有組合。

雖然術語“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用來描述不同的元件、部件、區域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區域、層和/或部分不應該受這些術語的限制。這些術語可以僅用于從一個區域、層或部分中區分出另一個元件、部件、區域、層或部分。術語如“第一”、“第二”和其他數字術語在本文使用時并不暗示序列或順序，除非上下文明確指出。因此，后面討論的第一元件、部件、區域、層或部分可以被稱為第二元件、部件、區域、層或部分，而不脫離這些示例性實施例的教導。

空間相關術語，例如“內”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等在本文中是為了使得對如這些附圖中所展示的一個元件或特征相對另外一個或多個元件或者一個或多個特征的關系的描述易于闡釋。空間相關術語可以旨在涵蓋除了在附圖中描述的取向之外該裝置在使用或操作中的不同取向。例如，如果裝置在這些附圖中被翻轉，則被描述為“下方”或“之下”的元件或特征將被取向為在其他元件或特征“上方”。因此，示例性術語“下方”可以涵蓋上方和下方兩種取向。裝置可以被另外取向(旋轉90度或在其他取向)，并且在此所使用的空間相關描述符做出了相應的解釋。

參照圖1，例如，提供了可以包括排氣通道12的排氣后處理系統10，該排氣通道可以容納熱電發生器(TEG)系統14、渦輪增壓器16、以及一個或多個排氣后處理裝置，例如顆粒過濾器(例如柴油顆粒過濾器)20的和/或選擇性催化還原(SCR)催化器22。在一些構型中，可以將額外的或替代的多個排氣后處理裝置(例如催化器、過濾器和/或捕捉器)布置在排氣通道12內。排氣通道12可以接收從燃燒式發動機11排出的排氣。這些排氣后處理裝置可以減少來自流動穿過排氣通道12的排氣的不希望的物質(例如，NOX、碳氫化合物、一氧化碳和顆粒物質)的量。應理解的是，排氣后處理系統10可以被配置用于汽油發動機或柴油發動機(或用于由任何其他燃料供以動力的發動機)。流動穿過排氣通道12的排氣可以為TEG系統14提供熱量并且可以為渦輪增壓器16的渦輪機24提供動力。例如，TEG系統14可以將來自排氣的熱能轉換為可以用于為車輛中的電力系統和附件供電的電能。

在圖1中示出的特定構型中，TEG系統14被布置在渦輪增壓器16的上游，該渦輪增壓器被布置在這些排氣后處理裝置(例如顆粒過濾器20和SCR催化器22)的上游。將TEG系統14布置在渦輪增壓器16上游使得TEG系統14被放置得更加靠近于發動機11，這使TEG系統14曝露給更高的排氣溫度，這增大了TEG系統14的電功率產生。

圖2描繪了另一種排氣后處理系統110，該排氣后處理系統包括排氣通道112，該排氣通道從發動機11接收排氣并且可以容納TEG系統114、渦輪增壓器116、顆粒過濾器120和SCR催化器122。渦輪增壓器116、顆粒過濾器120和SCR催化器122可以與以上描述的渦輪增壓器16、顆粒過濾器20和SCR催化器22相似或相同。TEG系統114可以大體上與以上描述的TEG系統14相似，除了TEG系統114被布置在渦輪增壓器116的下游。TEG系統114可以被布置在顆粒過濾器120和SCR催化器122的上游。

圖3描繪了另一種排氣后處理系統210，該排氣后處理系統包括排氣通道212，該排氣通道從發動機11接收排氣并且可以容納TEG系統214、渦輪增壓器216、氧化催化器(例如柴油氧化催化器)218和顆粒過濾器220。渦輪增壓器216和顆粒過濾器220可以與以上描述的渦輪增壓器16和顆粒過濾器20相似或相同。TEG系統214可以大體上與以上描述的TEG系統14相似，除了TEG系統214被布置在渦輪增壓器216、氧化催化器218和顆粒過濾器220的下游。

圖4描繪了另一種排氣后處理系統310，該排氣后處理系統包括排氣通道312，該排氣通道從發動機11接收排氣并且可以容納TEG系統314、渦輪增壓器316、氧化催化器318、顆粒過濾器320和SCR催化器322。渦輪增壓器316、氧化催化器318和顆粒過濾器320可以與以上描述的渦輪增壓器16、氧化催化器218和顆粒過濾器20相似或相同。TEG系統314可以大體上與以上描述的TEG系統14相似，除了TEG系統314被布置在渦輪增壓器316、氧化催化器318和顆粒過濾器320的下游。TEG系統314被布置在SCR催化器322的上游。在一些構型中，TEG系統314可以被布置在SCR催化器322的下游。在一些構型中，還原劑噴射器(未示出)可以被布置在TEG系統314的上游或在TEG系統314與SCR催化器322之間。在一些構型中，系統310可以包括多個SCR催化器322和/或一個或多個SCR涂覆的TEG系統314。

TEG系統14、114、214、314可以包括一個或多個熱電發生器或套管26(在圖5中示意性示出)，該一個或多個熱電發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，催化涂層或基材可以是或可以包括三元催化劑(TWC)、鉑族金屬(PGM)催化劑、貧NOx捕捉(LNT)催化劑、碳氫化合物貧NOx催化劑(HCLNC)或SCR催化劑。例如，在一些構型中，這些套管26可以被涂覆有或包括CO2捕獲和/或NOx存儲催化劑。

用TWC涂覆TEG系統14、114、214、314的套管26提供了若干功能和優點。例如，這種套管26可以產生電功率而同時用作汽油發動機應用的HC、CO和NOx轉換的三元催化劑。這些TWC涂覆的套管26可以被放置得更接近于發動機11(例如在渦輪增壓器16的上游，如在圖1中示出的)以更加有效地產生電功率。將呈單個結構的TWC和TEG的功能性結合可以降低系統10的成本和復雜性還同時減少對于這種功能性所需的封裝空間。此外，結合這種功能性還降低了在排氣通道12中的背壓。在一些構型中，可以更加有效地在TEG系統14、114、214、314的入口面處提供相對較少的TWC涂覆的套管26并且在TEG系統14、114、214、314的出口面處或出口面附近提供相對較多的TWC涂覆的套管26。這種構型可以減少熱量損失并且產生更多電功率。

用PGM涂覆TEG系統14、114、214、314的套管26提供了若干功能和優點。例如，當這種套管26被布置在顆粒過濾器20、120、220、320的上游時，這些套管26可以用作HC和CO氧化的氧化催化劑。在顆粒過濾器20、120、220、320的活性再生過程中，由于HC氧化反應的放熱性質，PGM涂覆的套管26可以產生更多熱量(與常規DOC相似)。此外，在活性再生的過程中，PGM涂覆的套管26還可以由于增加的熱量水平而產生更多電功率。在正常發動機運行期間，由于這些PGM涂覆的套管26可以被布置得靠近于發動機11，這些PGM涂覆的套管26與常規TEG系統相比可以產生更多電功率。將呈單個結構的DOC和TEG的功能性結合可以降低系統10的成本和復雜性還同時減少對于這種功能性所需的封裝空間。此外，結合這種功能性還降低了在排氣通道12中的背壓。在一些構型中，可以更加有效地在TEG系統14、114、214、314的入口面處提供相對較少的PGM涂覆的套管26并且在TEG系統14、114、214、314的出口面處或出口面附近提供相對較多的PGM涂覆的套管26。這種構型可以減少熱量損失并且產生更多電功率。

用LNT涂覆TEG系統14、114、214、314的套管26提供了若干功能和優點。例如，這種套管26可以執行HC和CO氧化、NOx還原、NH3產生和電功率產生。將這種功能性結合到單個系統中可以降低成本和減少封裝空間同時產生更多電功率。類似地，SCR和HCLNC涂覆的套管26也提供了降低成本和減少封裝空間以及產生更多電功率的優點。如上所述，減少在TEG系統14、114、214、314的入口處或入口附近的表面或套管26上的催化劑負載并且增加在TEG系統14、114、214、314的出口處或出口附近的表面或套管26上的催化劑負載可以改善TEG系統14、114、214、314的有效性。

現參照圖5至圖7，這些TEG系統14、114、214、314的套管26各自可以包括一個或多個徑向延伸的翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h，該一個或多個徑向延伸的翅片促進對來自流動穿過排氣通道12、112、212、312的排氣的熱量的吸收。雖然圖5描繪了TEG系統14、114、214、314具有一對套管26，應理解的是，TEG系統14、114、214、314可以具有僅一個套管26或多于一個套管26。在圖5至圖7中示出的構型中，每個套管26都包括多個翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h。這些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h可以涂覆有以上描述的催化劑中的一種或多種催化劑(例如TWC、OC、PGM、LNT、HCLNC、SCR、CO2捕獲、NOx吸收器、CSC等)。

每個翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h都基本上是螺旋的并且相對于同一套管26的其余翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h旋轉地(成角度地)偏離。以此方式，特定套管26的這些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h與彼此交錯，并且特定套管26的這些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h的螺旋形狀都是由共同的旋轉軸線A限定的。如在圖5中示出的，套管26的這些旋轉軸線A可以基本上彼此平行并且垂直于穿過排氣通道12、112、212、312的排氣流動的方向。如在圖7中示出的，特定套管26的這些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h可以與一個或多個相鄰套管26的翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h重疊或交錯。在圖5至圖7中示出的這些套管26的這些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h的構型增大了套管26曝露給排氣的表面積，由此改善了熱量吸收和電能產生。此外，用以上描述和在圖中示出的方式進行交錯這些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h允許將更多翅片裝配在給定空間內而不會不利地增大在排氣通道12中的背壓。

現參照圖8至圖10，取代套管26或除了這些套管之外提供另一組套管426，該組套管可以被結合到TEG系統14、114、214、314中。套管426各自可以包括一個或多個徑向延伸的翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h，該一個或多個徑向延伸的翅片促進對來自流動穿過排氣通道12、112、212、312的排氣的熱量的吸收。雖然圖8描繪了TEG系統14、114、214、314具有一對套管426，應理解的是，TEG系統14、114、214、314可以具有任何數量的套管426。這些翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h可以涂覆有以上描述的催化劑中的一種或多種催化劑(例如TWC、PGM、LNT、HCLNC、SCR等)。

每個套管426的這些翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h可以是圍繞共同的縱向軸線A延伸的扁平圓盤。這些翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h各自可以軸向地與彼此偏離(即，在平行于縱向軸線A的方向上彼此間隔開)。以此方式，特定套管426的這些翅片30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h可以彼此交錯。如在圖8中示出的，套管426的這些旋轉軸線A可以基本上彼此平行并且垂直于穿過排氣通道12、112、212、312的排氣流動的方向。如在圖10中示出的，特定套管426的這些翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h可以與一個或多個相鄰套管426的翅片430a、430b、430c、430d、430e、430f、430g、430h重疊或交錯。

雖然套管426的縱向軸線A在圖中示出并且在以上描述為彼此平行，在一些構型中，這些縱向軸線A可以相對于彼此成角度。在一些構型中，這些套管的這種取向可以改善在排氣與套管426之間的熱傳遞。

現參照圖11至圖13，取代套管26、426或除了這些套管之外提供另一組套管526，該另一組套管可以被結合到TEG系統14、114、214、314中。套管526各自可以包括多個翅片530，該多個翅片促進對來自流動穿過排氣通道12、112、212、312的排氣的熱量的吸收。雖然圖11描繪了TEG系統14、114、214、314具有一對套管526，應理解的是，TEG系統14、114、214、314可以具有任何數量的套管526。這些翅片530可以涂覆有以上描述的催化劑中的一種或多種催化劑(例如TWC、PGM、LNT、HCLNC、SCR等)。

每個套管526的翅片530可以徑向地延伸并且可以被安排在圍繞縱向軸線A延伸的圓形陣列中。如在圖11和圖12中示出的，每個翅片530可以在軸向方向上(即，在平行于縱向軸線A的方向上)從套管526的上游末端532延伸至套管526的下游末端534。以此方式，這些翅片530可以類似于輪齒來成型。

如在圖11中示出的，套管526的這些旋轉軸線A可以基本上彼此平行并且平行于穿過排氣通道12、112、212、312的排氣流動的方向。如在圖13中示出的，特定套管526的一個或多個翅片530可以與一個或多個相鄰套管526的一個或多個翅片530重疊或交錯。

雖然沒有在圖中具體示出，應理解的是，TEG系統14、114、214、314中的任一個TEG系統可以被布置在EGR(排氣再循環)環路中，通過該EGR環路將通道12中的排氣的一部分提供至發動機11的進氣系統。

以上對這些實施例的描述是出于展示和說明的目的提供的。并不旨在詳盡或限制本披露。具體實施例的單獨的要素或特征通常并不局限于該具體實施例，而是在適用時是可互換的、并且可以用在甚至并未明確示出或描述的選定實施例中。也可以用多種方式來對其加以變化。這樣的變化不應視作是脫離本披露，并且所有這樣的改動都旨在包括在本披露的范圍之內。