[发明专利]用于废气净化设备的温度管理的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在内燃机废气通道中的废气净化设备的温度管理的方法，其中在废气通道中或者在废气净化设备上安装至少一个热电发电机。

本发明还涉及相应的用于实施该方法的装置。

背景技术

在改善汽车燃料的能量利用范围内致力于利用在热废气中含有的能量。一种选择是热电发电机（TEG），它们安装在内燃机废气通道中的零部件上。热电发电机利用由于塞贝克效应在半导体材料如Bi₂Te₃、PbTe、SiGe、BiSb、FeSi₂上产生的电压差，如果由这些半导体材料制成的物体的两个部位具有不同的温度的时候。在此对于规定的温度差，电压差取决于材料的塞贝克系数，它受到半导体材料掺杂的影响。为了达到实际可利用的电压，在热电发电机中串联热电元件。在此对于元件交替地使用p掺杂和n掺杂的材料，由此使电压相加。在热电元件上产生的电压在很大程度上与其端部之间的温度差成比例。另一方面已知，通过热电材料通电可以产生热量（珀耳帖效应），由此可以实现热泵运行。

在专业杂志MTZ（2009/4版）或ATZ（2010/4版）中描述了这种热电发电机在汽车领域中的典型应用以及其用于废气通道的热管理系统中的集成的初步可能。

废气后处理的现有技术对于奥托发动机在均质的以λ=1运行的发动机中是三元催化器，并且在贫油（λ>1）运行的发动机中是NOx存储催化器。而三元催化器从起燃温度起连续工作并且根据安装位置（靠近发动机或远离发动机）必要时必须通过冷却措施防止过热，存储催化器的特点在于不连续的工作方式（交替地存储NOx和脱NOx和脱SOx再生）。这种运行的不同阶段对于其原理的或最佳的工作方式提出不同的热需求。例如在贫油运行中以良好的效率只在约250至400℃的中等温度范围才存储NOx，而两个再生方式除了富油的混合条件以外也要求最低温度。另一方面这个存储催化器也经受热老化，如果超过另一边界温度水平的时候。这要相应地避免。因为贫油运行比均质运行更加有利于消耗，因此在足够的排放最小化时致力于通过存储催化器扩大贫油运行范围。

在目前的柴油发动机中使用氧化催化器，它们在其要求方面与三元催化器类似，并且在奥托发动机中使用上述的NOx存储催化器。因为柴油发动机除了脱NOx/脱SOx再生以外有利地只能贫油运行，因此优化存储范围从排放观点来看是有价值的目标。

在柴油发动机中为了减少NOx排放替代NOx存储催化器也使用SCR催化器（SCR=Selektive Katalytische Reduktion （选择性催化还原））。这需要配量还原剂、通常是尿素-水混合物到SCR催化器前面的排气系中，由此同样在确定的温度范围中仍然可以连续地还原在废气中含有的替代NOx。在此为了优化SCR运行附加地定义NO₂与NO的比例是有利的，该比例仍然可以在上游设置的氧化催化器中在相应的温度下调整。在SCR系统中附加地由于在废气中尿素-水混合物制备的边界条件还存在热限制。由于在较低废气温度时通过壁涂覆难以溶解的淀积物的隐患，只能从最低温度起进行配量。同样优选在确定的温度范围中开始去除淀积物。

在许多汽车市场中柴油颗粒过滤器（DPF）自一段时间以来已经是标准并且同样具有不连续的工作方式（过滤/再生），其中尤其在确定的热边界条件（用于燃烧炭黑和避免热损伤的最低温度）下进行再生。对于连续形式的再生在形成NO₂的情况下与氧化催化器的共同作用是重要的，它同样优选在温度范围中运行。

为了满足奥托发动机和柴油发动机在废气后处理上多层面的要求，在汽车应用中作为现有技术导入大量的发动机控制措施，用于形成混合物并且调整热的边界条件（冷却或加热），例如（后）喷射策略、富油混合物、节流或废气回输（AGR）。部分加热措施也通过废气系统中的附加装置（燃烧器、电加热器）实现。但是现有技术根本未涉及使用热电发电机或者只不充分地包括到废气后处理的运行策略中。

发明内容

由此本发明的目的是，提供一种方法和装置，通过它可以将热电发电机完全包括到废气后处理设备的热管理中。

与方法相关的目的通过权利要求1至7的特征得以实现。