CN103097675B - *** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机排气***的***，包括***壳体、至少一个排气入口、至少一个排气出口以及位于***壳体中的至少一个消声装置。该***的特征在于，***壳体装配有设计成从排气中提取热能的至少一个冷却元件。

Description

***
本发明涉及一种用于内燃机的排气***的***，所述***具有***壳体、至少一个排气入口、至少一个排气出口以及布置在***壳体中的至少一个消声装置。
在内燃机的排气***中提供***，以便抑制在出口阀快速打开时出现的压力波动(pressuresurge)，并且从而降低噪声发射。出于消声的目的，在***壳体内部中布置不同种类的消声装置。这些消声装置例如包括穿孔管、室、绝缘材料和/或具有不同横截面的管。另外的消声装置存在于这样的布置中，该布置将排气流划分为不同长度的多个部分流，由此，通过由于干涉效应导致的相移重叠(phase-shiftedsuperimposition)而使得声波彼此部分地抵消。
已知在内燃机中，由燃料提供的能量的很大一部分以热能的形式穿过排气***而损失。在这个方面期望的是，至少利用存在于排气中的该废热的一部分而将其转化为有用的能量。然而，仅有非常有限的可用于排气***的构建空间，特别是对于安装在机动车辆中的内燃机。因此，经常地难以将利用废热所需的装置整合到排气***中。
本发明的目的是提供一种能够将包含在排气中的热能转化为有用的能量并且仅占据小的构建空间的***。
通过一种***，并且特别地通过将至少一个冷却元件布置在***壳体中并且构造成从排气中提取热能，所述目的得以满足。***具有***壳体、至少一个排气入口、至少一个排气出口以及布置在***壳体中的至少一个消声装置，其中在***壳体中布置有至少一个冷却元件，冷却元件构造成从排气中提取热能，并且其中能够由排气流经的至少一个管道布置在***壳体中并且热接合至冷却元件，其特征在于，至少一个冷却装置布置在***壳体中并且热接合至冷却元件；并且冷却装置与管道经由冷却元件而热接合，并且冷却装置与管道经由热绝缘的绝缘元件而额外地机械接合，其中，在冷却装置与管道之间起作用的力经由绝缘元件传输。
在这一方面，利用的是通过冷却元件从排气中提取热能。因而导致的冷却实现排气体积流的减小以及通过排气***带来的压力波动或声波的降低，并且因此实现噪声发射的降低。可以另外地利用从排气中提取的热能，并且因而以有利的方式促成内燃机效率的提高。
根据一个优选实施方式，可以提供热交换器作为冷却元件，该热交换器优选地是可以由冷却介质(特别是空气、水或油)流经的热交换器。由排气加热的冷却介质可以优选地用于加热一个占据空间(occupantspace)或用于内燃机的更快加热。可以提供水例如作为在单独的冷却回路中循环的冷却介质，所述单独的冷却回路特别地设置有另外的热交换器。然而，还可以使用在为了内燃机的冷却而存在的任何冷却回路中循环的冷却水。可以将空气(特别是环境空气或者由商业车辆的空气压缩设备产生的压缩空气)用作另外的冷却介质。此外，可以提供蒸发冷却器、换热器(recuperator，同流换热器)或过热器作为热交换器。环境空气可以经由管流而被吸入***中。进一步还可以提供热电发生器(thermoelectricgenerator，热电发电器)作为冷却元件，如在下文中将更详细地阐述的。
根据本发明的一个有利实施方式，在选择***壳体中的消声装置的同时考虑冷却元件的消声功率。
因而特别地，可以赋予最初命名的种类的传统消声装置更小的尺寸，该传统消声装置应当在除冷却元件之外还额外地布置在***壳体中，或者可以减少消声装置的数量，或者完全省却额外的消声装置。
根据另一个有利实施方式，冷却元件是这样的热电发生器，该热电发生器的高温侧与排气热交换地连通，并且低温侧与排气屏蔽隔开(shield)。
利用热电发生器，由于在包含不同材料且在一个端部连接至彼此的两个导体之间的塞贝克效应，基于温度差异而产生电压。因而连接点和自由端部必须具有不同温度。这两个导体包含不同的金属或不同掺杂的两种半导体材料，并且形成所谓的热元件。在热电发生器中，多个热元件通常连接至彼此以达到期望的电压或电流。
因为热电发生器的高温侧热接合于排气，并且低温侧与***壳体中的排气屏蔽隔开，所以达到为了产生为电能的形式的有用能量所需的温度差。通过由热电发生器的电能的产生而使从排气中提取热能。因而，同时导致的冷却实现排气体积的预期的减小。该电能可以例如进给到机动车辆的机载电源中，使得通常存在的由内燃机驱动的发电机得到缓解或者甚至变得完全多余。
因为通常在***中，可获得用于安装热电发生器的足够的构建空间，所以由于热电发生器整合到***中，额外的空间需求是小的。
用于将热电发生器整合到***壳体中所需的安装空间可以通过利用热电发生器的消声效果来补偿，使得最终设置有热电发生器的***小于或者至少不大于具有相同消声功率的不具备热电发生器的传统***。
可以由排气流经的至少一个管通道(特别是平坦通道)优选地布置在***壳体中，并且热接合至冷却元件，特别地接合至热电发生器的高温侧。从而通过排气达到低温侧的期望的屏蔽隔开，并且同时避免排气与热电发生器的直接接触，这种直接接触降低使用寿命。
消声装置有利地包括管道。在这个方面，通过流经管道的排气由于热能提取的冷却而直接发生消声。
根据另一个有利实施方式，未在***壳体中布置除管道之外的另外的消声装置。因而，在***壳体中可获得的构建空间一个较大部分可以用于布置一个或多个冷却元件，特别是热电发生器。通过省却未接合至冷却元件(特别是热电发生器)的消声装置而简化该设计。
至少一个另外的阻尼装置优选地布置在***壳体中位于冷却元件(特别是管道)旁边，所述至少一个另外的阻尼装置未热接合至冷却元件，该阻尼装置特别是可由排气流经的管。由此实现高的消声功率。
优选的是，管道和/或管具有设置在未接合至冷却元件的壁部分处的穿孔。由此进一步加强消声。
根据另一个优选实施方式，管道和管在排气入口侧处以及在排气出口侧处连接至彼此。排气流因此被划分为两个或更多个部分流，其中，流经管道的部分流被冷却，而流经管的部分流大致保持其温度。最终，在两个部分流中因而出现压力差和/或流动时间差，这从而产生排气流中的压力波动的阻尼。
管道优选地形成为平坦通道，其中，彼此相对设置且在横截面上具有较大长度的两个侧表面中的至少一个热接合至冷却元件，特别是接合至热电发生器的高温侧。通过构造具有平面型侧表面的管道而使商业冷却元件(特别是热电发生器)的使用容易。该实施方式还进一步允许管道表面的特别有效的利用以及***壳体中的高填装密度(packingdensity)。
优选的是，至少一个冷却装置布置在***壳体中并接合至冷却元件，特别地接合至热电发生器的低温侧。由此确保低温侧与排气的特别有效的屏蔽隔开。高温侧与低温侧之间的温度差可以通过冷却装置进一步增大，这提高热电发生器的效率。
根据本发明的另一个优选实施方式，冷却装置具有至少一个冷却剂通道，所述至少一个冷却剂通道可以由冷却剂流经并且特别构造成平坦通道。由此能够进一步提高冷却效率并且因此增大产生在热电发生器处的温度差。
优选的是，管道形成为平坦通道，其中，彼此相对设置且在横截面上具有较大长度的两个侧表面中的至少一个接合至冷却元件，特别地接合至至少一个热电发生器的低温侧。由此进一步减小***壳体中所需的构建空间。由此可以特别实现堆叠布置，其中，一个或多个热电发生器布置在构造成平坦通道的冷却通道与构造成平坦通道的管道之间。
根据本发明的一个有利实施方式，冷却装置和管道经由冷却元件(特别是经由热电发生器)而热接合，并且经由热绝缘的绝缘元件而额外地机械接合，其中，在冷却装置与管道之间起作用的力仅经由绝缘元件传输。由此实现热电发生器的高温侧与低温侧的特别有效的隔离，并且同时实现热电发生器的无张力支撑。
通过、说明书以及附图产生本发明的另外的有利实施方式。
以下将参照实施方式及附图来描述本发明。示出的是：
图1至图5为根据本发明的***的五个实施方式的立体剖视图。
根据图1至图5，根据本发明的***在所有实施方式中都具有***壳体5，该***壳体具有椭圆形横截面并且由上壳和下壳组成(图1至图4)或者构造成一体(图5)。其他横截面和/或结构形状是可能的。能够由排气流经的一个或多个管道1布置在***壳体5内部中并且以已知的方式(例如，固定地或利用滑座)连接至排气入口及排气出口(未示出)。
每个管道1均构造成具有矩形横截面的平坦通道，其中，在这里所选择的示例中，在横截面上具有大致较大的长度的侧表面在水平面中延伸。热电发生器2布置在管道1的上侧和下侧二者上。这样的热电发生器2特别可以不同尺寸的模块的形式在商业上获得。在此通常说到的热电发生器2并不排除这样的可能性，即，所述热电发生器可以是布置成彼此邻近并且/或者一个接一个。
在热电发生器2的高温侧与管道1的相关联的外侧导热地连通的同时，热电发生器2的布置成与高温侧相对的低温侧的每一个均与冷却装置3导热地连通。至少一个管道1、热电发生器2和冷却装置3是发生器布置7的部件。
在此仅示意性示出的冷却装置3可以例如，是由冷却剂流经的平坦通道或者还是将热电发生器2的低温侧连接至低温源(temperaturesink)的导热元件。
在根据图1和图2的实施方式中，管道或通道1的在竖直方向上延伸且未接合至热电发生器的那些侧表面具有穿孔。在此，管道1形成仅有的阻尼装置(dampingdevice)，此外不排除还可额外在管道1与阻尼器壳体5之间设置阻尼材料。
在根据图3至图5的实施方式中，除发生器布置7之外提供管6，该管可以类似地由排气流经，并且在此具有圆形横截面且设置有穿孔，但并不接合至热电发生器。其他横截面形状是可能的。管6与至少一个管道1平行地延伸并且在排气入口侧与排气出口侧二者处与所述管道流动连通。在根据图3至图5的实施方式中的管道1不具有任何穿孔，并且可替换地，也能够在此提供穿孔。
以下将参照图1至图4描述发生器布置7的特定实施方式。绝缘元件4在每种情况下均布置在管道1与冷却装置2之间位于管道边缘区域中，管道1和相关联的冷却装置3利用所述绝缘元件机械接合。绝缘元件4的高度尺寸上等于或略微大于热电发生器2的高度，使得在管道1与冷却装置3之间出现的力大致仅经由绝缘元件4来传输。绝缘元件4的高度特别地选择，使得热电发生器2与管道1或冷却装置3之间的各自的不受干扰的热传递是可能的。绝缘元件4的材料具有尽可能小的导热率，从而避免热电发生器2的高温侧与低温侧之间的热短路。
在根据图1和图2的实施方式的情况下，发生器布置7的高度等于***壳体5的高度，使得设置在顶部处和底部处的冷却装置3与***壳体导热地连通。因而，***壳体5最终成为用于热电发生器2的低温侧的低温源。因而可以省却主动冷却，特别是在冷却剂回路上的主动冷却。
在根据图3至图5的实施方式中，发生器布置7布置成与***壳体5间隔开。从而可以减小可能由于例如不同热膨胀导致的在发生器布置7上的机械张力。可选择地，可以通过合适的(优选地是弹性的)支撑元件(未示出)来提供发生器布置7与***壳体5之间的支撑。
通常，还可以提供多个发生器布置(特别地布置成彼此平行)来代替在附图中所示的单个发生器布置7。另外，还可以提供诸如热交换器、蒸发冷却器、换热器或过热器等的其他冷却元件来代替热电发生器。
根据本发明的***可以设置在排气道中的任何期望的地点处，特别是作为前***、中间***或后***。
参考标号列表
1管道
2热电发生器
3冷却装置
4绝缘元件
5***壳体
6管
7发生器布置

Claims (12)

1.一种用于内燃机的排气***的***，所述***具有***壳体(5)、至少一个排气入口、至少一个排气出口以及布置在所述***壳体(5)中的至少一个消声装置(6、7)，
其中在所述***壳体(5)中布置有至少一个冷却元件(2)，所述冷却元件构造成从排气中提取热能，并且
其中能够由排气流经的至少一个管道(1)布置在所述***壳体(5)中并且热接合至所述冷却元件，
其特征在于，
至少一个冷却装置(3)布置在所述***壳体(5)中并且热接合至所述冷却元件(2)；并且所述冷却装置(3)与所述管道(1)经由所述冷却元件(2)而热接合，并且所述冷却装置与所述管道经由热绝缘的绝缘元件(4)而额外地机械接合，其中，在所述冷却装置(3)与所述管道(1)之间起作用的力经由所述绝缘元件(4)传输。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述冷却元件是热电发生器(2)，所述热电发生器的高温侧与所述排气热传递地连通，并且所述热电发生器的低温侧与所述排气屏蔽隔开。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述冷却装置(3)具有至少一个冷却剂通道，所述至少一个冷却剂通道能够由冷却介质流经并且形成为平坦通道。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述冷却剂通道形成为平坦通道，其中，所述平坦通道的彼此相对设置且在横截面上具有较大长度的两个侧表面中的至少一个侧表面接合至所述冷却元件。
5.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述冷却剂通道形成为平坦通道，其中，所述平坦通道的彼此相对设置且在横截面上具有较大长度的两个侧表面中的至少一个侧表面接合至所述热电发生器(2)的所述低温侧。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的***，其特征在于，所述消声装置(6、7)包括所述管道(1)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的***，其特征在于，所述管道(1)具有设在未接合至冷却元件(2)的壁部分处的穿孔。
8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述管道(1)具有设在未接合至冷却元件(2)的壁部分处的穿孔。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的***，其特征在于，所述管道(1)形成为平坦通道，其中，彼此相对设置且在横截面上具有较大长度的两个侧表面中的至少一个侧表面热接合至所述冷却元件。
10.根据权利要求2至5中任一项所述的***，其特征在于，所述管道(1)形成为平坦通道，其中，彼此相对设置且在横截面上具有较大长度的两个侧表面中的至少一个侧表面热接合至所述热电发生器(2)的所述高温侧。
11.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述管道(1)形成为平坦通道，其中，彼此相对设置且在横截面上具有较大长度的两个侧表面中的至少一个侧表面热接合至所述冷却元件。
12.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述管道(1)形成为平坦通道，其中，彼此相对设置且在横截面上具有较大长度的两个侧表面中的至少一个侧表面热接合至所述热电发生器(2)的所述高温侧。
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