CN110268145A - 具有可电加热的加热板的催化转化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化转化器，该催化转化器具有用于内燃发动机排气的后处理的蜂窝结构并且具有可电加热的加热板(13，30)，其中，该加热板(13，30)由多个金属箔片(2，3，4，5，17，20)形成，该多个金属箔片堆叠在彼此顶部以形成层叠堆(1，32)并最终卷绕以形成具有多个流送管道(6)的蜂窝结构，其中，该加热板(13，30)在其中布置有绝缘装置(7，10，6，26，33)，经由该绝缘装置在至少两个相互相邻布置的卷绕的金属箔片(2，3，4，5，17，120)之间形成电绝缘。

Description

具有可电加热的加热板的催化转化器
技术领域
本发明涉及一种催化转化器，该催化转化器具有用于内燃发动机排气的后处理的蜂窝结构并且具有可电加热的加热板，其中，加热板由多个金属箔片形成，该多个金属箔片堆叠在彼此顶部以形成层叠堆并且最终卷绕以形成具有多个流送管道的蜂窝结构。
背景技术
除了多个不同的催化转化器之外，还已知内燃发动机的排气系统具有加热元件，这些加热元件用于针对性加热排气流。例如，在内燃发动机冷启动之后，这对于将排气温度更快地增加到能够有效地开始排气后处理所必需的温度水平而言是必需的。
已知各种各样的加热元件、尤其是加热板形式的加热元件，这些加热板由卷绕的层叠堆形成，这些层叠堆由结构化的和非结构化的金属箔片组成。使用欧姆电阻、通过电流传导通过加热板而使这些加热板加热。
为了在加热板内产生定向的电流流动，卷绕的金属层必需彼此电绝缘。为此目的必须采取适当的措施。已知这样的装置，其中，在金属层卷绕之前在金属层之间插入间隔件。在卷绕操作之后，随后再次移除间隔件，从而产生气隙，该气隙使金属层间隔开并产生电绝缘。
这些装置的缺点尤其在于以下事实：需要额外的工作步骤来移除间隔件。此外，在移除间隔件时，实际的加热板发生损坏。另外，如果加热板具有对应的化学涂层，则加热板的用于加热和用于对排气进行催化转化的活性表面减少。
使用填充位于金属层绕组之间的通常充气间隙的间隔件和绝缘装置是不利的，因为排气流动通过加热板和布置在下游的催化转化器因此受到负面影响。此外，将替代的间隔件或替代的绝缘材料留在加热板中是困难的，这是因为由于排气系统中的高温动力学和强机械负荷而与非常高的费用相关联，并且大大增加了缺陷的风险。
发明内容
因此，本发明着手解决的问题是提供一种催化转化器，该催化转化器具有被设计为加热板的加热元件，该催化转化器具有优化的设计，并且尤其是在加热板中具有改进的金属层彼此的绝缘，以便可以实现针对性电流流动。
通过具有权利要求1的特征的催化转化器解决了催化转化器方面的问题。
本发明的一个示例性实施例涉及一种催化转化器，该催化转化器具有用于内燃发动机排气的后处理的蜂窝结构并且具有可电加热的加热板，其中，该加热板由多个金属箔片形成，该多个金属箔片堆叠在彼此顶部以形成层叠堆并最终卷绕以形成具有多个流送管道的蜂窝结构，其中，该加热板在其中布置有绝缘装置，经由该绝缘装置在至少两个相互相邻布置的卷绕的金属箔片之间形成电绝缘。
绝缘装置的目的是用于使相互相邻放置的金属层彼此电绝缘，这些金属层由于层叠堆的卷绕而彼此接触。这对于产生限定的电流路径是必要的，以便实现均匀加热并且还以便能够精确地确定加热板的电阻率。如果通过卷绕操作产生的整个蜂窝结构是完全导电的互连区域，则通过蜂窝结构的电流传导将原样任意地和随机地发生，因此加热板中的电流路径的相应欧姆电阻实际上可能不能事先确定，结果是确定在限定的电流强度下要达到的温度也是不可能的。因此，有必要通过巧妙地引入绝缘装置来产生可精确限定的电流路径，在该电流路径中可以以限定的方式引入已知电流强度的电流，以便在通过已知电流路径限定的欧姆电阻下产生可预先确定的加热。
在此，特别有利的是，加热板占据的整个体积还可以用于排气的催化处理，并且加热板的表面相对于总体占据的体积尽可能大。由加热板产生的压力损失应尽可能低，由于此原因，特别有利的是，加热板具有尽可能少的可以防止排气流过的元件。
此时应该指出，术语金属层和金属箔片用作同义词，并且使用不同的术语描述相同的元件。
因此，所讨论的绝缘装置优选地由层叠堆中使用的金属箔片上的涂层构成。
特别有利的是，绝缘装置由涂有绝缘层的金属箔片形成。特别有利的层是这样的层：例如通过化学或物理工艺施加，并且一方面实现电绝缘，而另一方面不会对金属箔片材料的基本特性产生负面影响。具体地讲，不应增加金属箔片的热敏性。也不应该对例如卷绕操作所需的金属箔片的柔性产生不利影响。此外，电绝缘涂层被有利地配置，其方式使得电绝缘涂层耐用并且即使在高动态热和机械负载下也不会对绝缘层造成损坏。
还有利的是，层叠堆由以交替方式堆叠在彼此顶部的多个结构化金属箔片和多个平顺金属箔片形成，其中，该层叠堆的最上边缘层和最下边缘层在它们的背离该层叠堆的中心的表面上具有绝缘层。
具体地讲，边缘层的背离层叠堆的外表面的涂层是有利的，因为这使得在卷绕操作期间使其与层叠堆的其他层直接接触。因此，边缘层的电绝缘涂层产生电流路径，该电流路径在卷绕状态下具有径向厚度，该径向厚度对应于层叠堆在展开状态下的高度。以这种方式可以产生可非常精确限定的电流路径，该电流路径由层叠堆的高度和深度限定。结果是，可以以特别简单的方式产生具有限定的电流路径和可精确确定的欧姆电阻的加热板。
优选的示例性实施例的特征在于：层叠堆的最上边缘层和最下边缘层由平顺金属箔片形成。这对于层叠堆的卷绕是特别有利的，以便防止波纹边缘层彼此卡住并且使得由于卷绕操作而彼此接触的这些层允许在周向方向上相对于彼此相对运动变得可能。这使得加热板的特别紧密的卷绕变得可能。
还优选的是，涂覆有绝缘层的金属箔片在绝缘层上具有粘合促进剂和用于焊接金属箔片的焊料层。
焊料是有利的，以便也能够使卷绕的层互连。焊接方法优选用于此目的，因为这些焊接方法可以在许多接触点处同时产生一体结合的连接。
粘合促进剂可以是例如将焊料固定到绝缘层上的化学试剂。例如，也可以将金属层施加到绝缘层，以形成用于陶瓷材料的粘合基底。
同样有利的是，借助于气溶胶沉积和/或火焰喷涂将绝缘层施加到金属箔片。在这样的配置中，由于绝缘层直接施加到金属箔片，因此可以明确地省却粘合促进剂。此外，有利的是，层叠堆围绕至少一个中心旋转点卷绕，其中，形成了在径向方向上由该边缘层上的两个绝缘层界定的螺旋形电流路径。
此外，有利的是，除了层叠堆的最上边缘层和最下边缘层之外，层叠堆的至少一个另外的中间层至少在一侧具有绝缘层。这是有利的，因为电流路径也可以以这种方式进一步细分。取决于绝缘中间层的配置，因此可以在层叠堆内产生彼此完全分离的电流路径、或者例如仅部分分离的电流路径。
同样有利的是，电流路径被绝缘中间层部分地细分为至少两个相互分离的电流路径。例如为了能够更好地引导关键区域中的电流流动，这是特别有利的。这尤其使得可以避免因为局部高电流流动过度加热而因此可以产生的热点。由于电流寻求电阻最小的路径，因此这种热点尤其可能出现在内部较小弯曲半径的区域中的扭结点和急弯曲处，因为电流不会在电流路径的整个宽度上均匀流动，而是在更急的弯曲半径区域中发生更大的电流流动。
通过绝缘中间层可以以针对性的方式影响电流流动，结果是可以避免或至少明显减少这种不均匀的分布。为实现加热板的更均匀加热，这是有利的。
此外，有利的是，绝缘中间层本身或该绝缘中间层上的绝缘层具有比外上边缘层和外下边缘层上的绝缘层更短的长度。为确实产生经由引入点供应电流的电流路径，并且为了影响实际电流流动而能够相应地配置电流路径，这是特别有利的。如上所述，因此可以部分地更好地引导主电流路径内的电流流动，以便例如产生更均匀的加热。
此外，有利的是，绝缘装置由设置有粘合促进剂的材料形成，并且该材料被施加到这些金属箔片中的一个或多个上并与这些金属箔片一起卷绕。这可以是例如薄陶瓷或仅是陶瓷涂层。有利地，绝缘装置大约与剩余的金属箔片一样薄，以便使绝缘装置占据的安装空间尽可能小。绝缘装置还具有与金属箔片类似的柔性，以便在卷绕操作期间不被损坏。
额外有利的是，设置有粘合促进剂的材料由未经加工的陶瓷形成。
在从属权利要求中并且在以下附图说明中描述了本发明的有利发展。
附图说明
在下文中将基于参照附图的示例性实施例详细解释本发明，在附图中：
图1示出了穿过具有多个波纹层和多个平顺层的层叠堆的截面视图，其中层叠堆的边缘层在其外表面上具有绝缘层，
图2示出了具有带有电绝缘涂层的边缘层的层叠堆的透视图，
图3示出了具有带有电绝缘涂层的边缘层的层叠堆的透视图，
图4示出了加热板的视图，该加热板由卷绕的层叠堆构成并且插入到壳体中，该壳体具有引入点，通过该引入点可以将电流引入到加热板的电流路径中，
图5示出了加热板的详细视图，其中特别示出了区域，在该区域中电流路径由于卷绕操作而具有明显的弯曲或扭结，并且
图6示出了层叠堆的详细视图，该层叠堆被卷绕以形成加热板，其中设置电绝缘中间层，电绝缘中间层至少部分地将电流路径细分为多个区域。
具体实施方式
图1示出了穿过层叠堆1的截面图。层叠堆1由以交替方式堆叠在彼此顶部的多个波纹金属箔片2和多个平顺金属箔片3形成。在金属箔片2、3之间形成多个流送管道6，排气可以流动通过该多个流送管道。图1中示出的金属箔片2、3是通过示例的方式示出的，并不限制金属箔片的选择。
上边缘层4和下边缘层5均由平顺金属箔片3形成。在它们各自的外侧上，它们具有绝缘层，该绝缘层使层叠堆与顶部和底部电绝缘。为此目的，可以将电绝缘材料施加到例如边缘层4、5。
图2示出了边缘层4、5中的一者的详细视图。可以看到平顺金属箔片3和布置在其下方的波纹金属箔片2。绝缘层7施加到边缘层4、5。此外，图2中示出了粘合促进剂8，该粘合促进剂用于例如将焊料材料9结合到绝缘层7。因此，这种多层结构首先确保了层叠堆的电绝缘，并且此外允许焊接随后卷绕的层叠堆以形成蜂窝结构。
图3示出了可替代的层叠堆的详细视图。绝缘层10施加到波纹金属箔片2并且在其向上定向的表面上和在其向下定向的表面上都具有粘合促进剂11。向下定向的粘合促进剂11用于将绝缘层10附连到波纹金属箔片2。向上定向的粘合促进剂11用于附连焊料材料12。
绝缘层10可以例如由陶瓷材料形成。
图4示出了由卷绕的层叠堆1形成的成品加热板13的视图。卷绕的层叠堆1插入壳体14中，并且通过焊接操作，将卷绕的层叠堆固定在壳体14中，并且各个层通过施加到边缘层的焊料材料而相对于彼此固定。
还展示出了引入点15，该引入点穿透壳体14并产生与卷绕的层叠堆1的导电连接。可以经由所述引入点将电流引入到层叠堆中。
卷绕的层叠堆1具有波纹的和平顺的金属箔片17，这些金属箔片与涂覆有绝缘层16的边缘层接界。以这种方式产生螺旋形延伸的电流路径18，该电流路径在各自情况下在径向方向上由涂覆有绝缘层16的边缘层界定。
图5示出了图4的卷绕的层叠堆1的详细视图。特别示出了层叠堆1的中心区域，层叠堆1的卷绕围绕该中心区域发生。由于在所示的示例性实施例中，层叠堆1已经围绕两个卷绕心轴卷绕，所以在围绕其发生卷绕的区域中形成层叠堆1的s形轮廓。
在左手部分中展示出的是电流路径19，该电流路径由边缘层20上的绝缘层界定。由于电流选择电阻最小的路径，所以电流将主要在通过电流路径19的最短可能路线上流动。这具有以下效果，尤其在扭结22、23的区域中，在扭结22、23的内侧上形成热点21，这些热点由于增加的电流流动而比扭结22、23的外部区域24、25更强烈地加热。这导致加热板中不利的非均匀热分布，因此应该避免。
图5的右手部分示出了示例性实施例，其中，除了边缘层上的绝缘层之外，在卷绕的层叠堆的中心的中间层26上形成另外的绝缘层。该附加绝缘层26将电流路径细分为两个区域27、28，从而确保至少在包括左扭结的外部区域的区域27中流动的电流不会在更急的弯曲半径的引导区域中流动，因而将引导区域加热到增加的程度。附加的绝缘层26由此原样形成用于电流的保护轨道，并因此在扭结点的区域中、特别是在急弯曲半径的区域中产生更好的电流流动分布，已经在图5的左手部分中在该急弯曲半径的区域上形成了热点21。
图6示出了加热板30的示意图。电流经由半壳31引入到卷绕的层叠堆32中。层叠堆32在其内部具有绝缘层33，该绝缘层居中布置在波纹层和平顺层之间。绝缘层33具有比所使用的层的其余部分短得多的长度。这意味着，在电流引入的区域中，在各个层之间不形成绝缘。仅从绝缘层33的起点开始，由层叠堆形成的电流路径34被细分为两个子路径35、36。因此，绝缘层33特别地在层叠堆卷绕所围绕的绕组中心附近产生电流路径34的划分。
在可替代的实施例中，还可以提供多个绝缘层，该多个绝缘层甚至更精细地划分电流路径。这基本上取决于应该如何精确地划分电流路径，以便获得尽可能均匀的分布。
这些单独的示例性实施例的不同特征还可以彼此组合。图1至图6的示例性实施例尤其不具有限制性质、并且用于展示本发明的概念。

Claims (12)

1.一种催化转化器，该催化转化器具有用于内燃发动机排气的后处理的蜂窝结构并且具有可电加热的加热板(13，30)，其中，该加热板(13，30)由多个金属箔片(2，3，4，5，17，20)形成，该多个金属箔片堆叠在彼此顶部以形成层叠堆(1，32)，并且最终卷绕以形成具有多个流送管道(6)的蜂窝结构，其特征在于，该加热板(13，30)在其中布置有绝缘装置(7，10，16，26，33)，经由该绝缘装置在至少两个相互相邻布置的卷绕的金属箔片(2，3，4，5，17，20)之间形成电绝缘。
2.如权利要求1所述的催化转化器，其特征在于，该绝缘装置(7，10，16，26，33)由涂有绝缘层的金属箔片(7，10，16，26，33)形成。
3.如前述权利要求中任一项所述的催化转化器，其特征在于，该层叠堆(1)由以交替方式堆叠在彼此顶部的多个结构化金属箔片(2)和多个平顺金属箔片(3)形成，其中，该层叠堆(1)的最上边缘层(4)和最下边缘层(5)在它们的背离该层叠堆(1)的中心的表面上具有绝缘层(7)。
4.如前述权利要求中的一项所述的催化转化器，其特征在于，该层叠堆(1)的最上边缘层(4)和最下边缘层(5)由平顺金属箔片(3)形成。
5.如前述权利要求中的一项所述的催化转化器，其特征在于，涂覆有该绝缘层(7，10)的这些金属箔片(2，3)在该绝缘层(7，10)上具有粘合促进剂(8，11)和用于焊接这些金属箔片(2，3)的焊料层(12)。
6.如前述权利要求中的一项所述的催化转化器，其特征在于，借助于气溶胶沉积和/或火焰喷涂将该绝缘层施加到该金属箔片。
7.如前述权利要求中的一项所述的催化转化器，其特征在于，该层叠堆(1，32)围绕至少一个中心旋转点卷绕，其中，形成了在径向方向上由这些边缘层(4，5)上的两个绝缘层(7，10)界定的螺旋形电流路径(18，19，34)。
8.如前述权利要求中的一项所述的催化转化器，其特征在于，除了该层叠堆的最上边缘层(4)和最下边缘层(5)之外，该层叠堆的至少一个另外的中间层至少在一侧具有绝缘层(7，10，16，26，33)。
9.如权利要求8所述的催化转化器，其特征在于，该电流路径(19，34)通过该绝缘中间层被部分地细分为至少两个相互分离的电流路径(27，28，35，36)。
10.如前述权利要求8和9中的任一项所述的催化转化器，其特征在于，该绝缘中间层本身或该绝缘中间层上的绝缘层(33)具有比外上边缘层和外下边缘层上的绝缘层更短的长度。
11.如前述权利要求中的一项所述的催化转化器，其特征在于，该绝缘装置由设置有粘合促进剂的材料形成，并且该材料被施加到这些金属箔片中的一个或多个上并与这些金属箔片一起卷绕。
12.如权利要求11所述的催化转化器，其特征在于，设置有该粘合促进剂的材料由未经加工的陶瓷形成。
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