CN113464249B - 用于废气净化装置的加热元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种将被设置在排气管道(16)中的用于车辆废气净化装置(10)的加热元件(20)，所述加热元件(20)围绕中心轴线(C‑C’)延伸，该加热元件包括：围绕中心轴线(C‑C’)限定的中心支撑件；围绕中心支撑件径向延伸的加热线网；以及联接元件，该联接元件包括多个安装托架，该安装托架包括用于将该安装托架连接至加热线网的至少第一连接部分，将该托架与管道(16)连接的至少第二连接部分，以及将第一连接部分连接至第二连接部分的至少一个中间区段。该第二连接部分用于直接或间接附接至管道(16)上。连接元件(28)至少部分是径向柔性的。

Description

用于废气净化装置的加热元件
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的废气净化装置的加热元件，该加热元件用于设置在废气循环管道中，所述加热元件围绕中心轴线延伸并且包括：
-围绕中心轴线限定的中心支撑件，
-围绕中心支撑件径向延伸的加热线网(heating grid)，以及
-连接元件，该连接元件包括：
-多个安装托架，该安装托架包括：
-用于将该安装托架连接至加热线网的至少第一连接部分，
-将该托架连接至管道的至少第二连接部分，该第二连接部分用于直接或间接附接至管道上，以及
-将第一连接部分连接至第二连接部分的至少一个中间区段。
本发明还涉及包括这样的加热元件的排气管路以及包括这样的排气管路的车辆。
背景技术
配备有内燃机的车辆的排气管路通常包括催化净化元件，例如以将NOx，CO和碳氢化合物转化为N2、CO2和H2O。这样的装置仅在催化材料处于高于预定温度阈值的温度时才有效。
为此目的，已经开发了包括加热元件的净化装置，该加热元件被安装成与净化元件的上游侧相反，以便在车辆起动时加速对净化元件的加热。这种加热元件包括加热线网和确保加热线网与容纳该加热线网的管道之间的机械连接的连接元件。
但是，现有的加热元件并不完全令人满意。净化装置(更一般来说，排气管路)内的温度变化会引起加热元件与其中放置加热元件的管道之间发生不一致的变形。这样的变化对加热元件的寿命有不利的影响。
发明内容
因此，本发明的目的特别是增加这样的加热元件的使用寿命。应指出的是，本发明还以改进这样的加热元件的性能和简化这样的加热元件在排气管路中的安装作为其目的。
为此目的，本发明以如上所述的加热元件作为其目的，其中连接元件至少部分是径向柔性的。
根据本发明的特定实施方式，加热元件还具有以下一个或多个特征，这些特征被单独地考虑或以任何技术上可行的组合考虑：
-连接元件包括围绕中心轴线限定并且具有内边缘和外边缘的导电的外周框架，多个安装托架连接至外周框架的外边缘，安装托架的第一连接部分连接至外周框架，外周框架将第一连接部分连接至加热线网；
-每个安装托架是刚性的，外周框架具有至少一个开口，从而使该外周框架在该开口处是径向柔性的；
-每个安装托架是径向柔性的，每个托架的中间区段在第二连接部分与加热线网之间径向地限定内部开口，该中间区段被成形为通过径向减小或增大该内部开口而弹性变形；
-每个安装托架的第一连接部分相对于该安装托架的第二连接部分围绕中心轴线在角度上偏离；
-加热线网由通过节点连接的绞线形成，加热线网包括内圈，内圈的每个节点相对于与其径向相邻的每个节点在角度上偏离以形成内线，优选地，每条内线为曲线形状，包括每条内线为符号恒定的凹曲线的形状，例如形成螺旋线的至少一部分；
-加热线网包括外圈，该外圈围绕内圈并通过伸长节点与内圈分开，所述伸长节点的径向伸长大于与该伸长节点相邻的内圈的节点的径向伸长；
-外圈的每个节点相对于与其径向相邻的每个节点在角度上偏离以形成外线，优选地，每条外线为曲线形状，包括每条外线为符号恒定的凹曲线的形状，例如形成螺旋线的至少一部分；
-加热线网通过伸长节点连接至安装托架，该伸长节点的径向伸长大于与该伸长节点相邻的内圈的节点的径向伸长。
本发明还涉及一种排气管路，其包括用于废气循环的管道和如上所述的加热元件，每个安装托架的第二连接部分与该管道成为一体。
本发明还涉及包括如上所述的排气管路的一种车辆。
附图说明
通过阅读下面仅作为非限制性例子给出并参照附图进行的描述，本发明的其他特征和优点将显现出来，在附图中：
图1是具有包括根据本发明的加热元件的排气系统的车辆的示意图；
图2是根据第一示例实施方式的图1的加热元件的、平行于废气循环轴线截取的示意图；
图3是图2的加热元件的示意性立体图；
图4是图2的细节IV的视图；
图5是根据本发明的第二示例实施方式的加热元件的、平行于废气循环轴线截取的示意图；
图6是根据本发明的第三示例实施方式采用的加热元件的细节的立体图的示意性表示；以及
图7是包括图1至图4的加热元件的加热装置的示意性立体图。
具体实施方式
在本说明书的其余部分中，术语上游和下游是根据来自源的流体的流动方向来定义的，上游点比下游点更靠近流动源。
在图1中示出了具有排气管路12的车辆10。车辆10通常是机动车辆，例如汽车或卡车。
例如，如图1所示，排气管路12包括内燃机14以及废气循环管道16，废气循环管道16将内燃机14流体连接至车辆10的外部。排气管路12还包括废气净化单元18和包括废气加热元件20的加热装置19。
加热元件20和净化器18例如位于同一废气净化器中。特别地，加热元件20布置成与清洁元件18相对。例如，加热元件20在净化器18的一侧的上游或下游延伸，例如，距净化器较短的距离，特别是距净化器18的距离小于10厘米。
加热元件20围绕中心C-C’轴线延伸。
加热元件20位于废气循环管道16中。加热元件20被设计为围绕管道16的中心轴线延伸，这样，中心C-C’轴线与管道16的中心轴线基本对准。
加热元件20由单件材料制成。特别地，加热元件20完全由导电材料形成。
导电材料例如选自于铁-铬-铝(FeCrAl)及其合金、镍-铬(NiCr)及其合
Figure BDA0003001589650000041
或碳化硅。例如，该材料是/>
Figure BDA0003001589650000042
Figure BDA0003001589650000043
或/>
Figure BDA0003001589650000044
参照图2，加热元件20包括中心支撑件26、外周连接元件28和带孔的加热线网30，该加热线网基本在垂直于中心C-C’轴线的平面内在中心支撑件26与外周连接元件28之间径向延伸。
中心支撑件26围绕中心C-C’轴线限定。中心支撑件26位于加热元件20的中心。例如，中心支撑件26形成中心C-C’轴线穿过其的圆盘，或者围绕中心C-C’轴线限定的环。
如图7所示，中心支撑件26例如用于接收来自加热元件20(例如，电极31)的电力供应。这样的装置例如适合于附接至中心支撑件26上。
中心支撑件26是一体的并且在其周界处连接至加热线网30。例如，中心支撑件26和加热线网30由相同的材料制成。
连接元件28在加热线网30的周界上围绕中心C-C’轴线延伸。连接元件28被设计为将加热元件20保持在管道16中。在一个特定实施方式中，连接元件28用于将加热元件20机械和电地连接至管道16。
连接元件28具有内部轮廓32和外部轮廓34，连接元件28在内部轮廓32和外部轮廓34之间径向延伸。内部轮廓32和外部轮廓34通过它们的径向间距一起限定了连接元件28的LEC宽度。
连接元件28的内部轮廓32连接至加热线网30。在所描述的例子中，连接元件28和加热线网30由相同的材料制成。
连接元件28的外部轮廓34用于连接至管道16。
例如，连接元件28的外部轮廓34被设计为直接连接至管道16，如图7所示。这样，外部轮廓34用于与管道16接触并电连接至管道16。
替代地(未被示出)，连接元件28的外部轮廓34用于间接连接至管道16。“间接”在这里是指连接元件28的外部轮廓34经由中间元件连接至管道，并且例如与管道16电绝缘。这样，外部轮廓34例如适合于直接连接至由绝缘环包围的连接环，其中绝缘环将连接环连接至管道16。供电装置则包括至少一个附加电极(未被示出)，该附加电极连接至连接环并且经由连接元件28的外部轮廓34向加热元件20供电。
根据本发明，连接元件28是径向柔性的。换句话说，连接元件28的LEC宽度易于因施加在该连接元件28上的径向力而改变。“径向力”是指径向施加在连接元件28的内部轮廓32和外部轮廓34上的力。
当加热元件20的温度改变并且当加热元件位于管道16中时，连接元件28的LEC宽度会改变。例如，如果加热元件20被加热到100℃，并且加热元件20位于管道16中，则LEC宽度可以被减小或增加0.1mm。
连接元件28包括围绕中心C-C’轴线限定的外周框架36，以及围绕外周框架36径向布置的多个托架38。
外周框架36特别地在加热线网30与多个托架38之间径向地延伸。
外周框架36由导电材料制成。
外周框架36具有内边缘40和外边缘42，并且在内边缘40与外边缘42之间径向延伸。外周框架36一方面在其内边缘40处与加热线网30是一体并连接至该加热线网30，另一方面在其外边缘42处与多个托架38是一体并连接至该多个托架38。
每个安装托架38包括：该托架38与外周框架36的至少第一连接部分44；该托架38与管道16的至少第二连接部分46；以及将第一连接部分44连接至第二连接部分46的至少一个中间区段48。
在图2至图4所示的实施方式中，每个安装托架38基本上在垂直于C-C’轴线的平面中延伸，例如在加热线网30的连续部分中延伸。
根据该第一实施方式，每个安装托架38是柔性的。例如，每个安装托架38被构造为在垂直于C-C’轴线的平面中变形。
第一连接部分44对应于安装托架38的一部分，该部分将安装托架38的其余部分连接至加热线网30，特别是通过连接至外周框架36的外边缘42而通过外周框架36连接至加热线网30。在图2至图4所示的变型中，每个安装托架38仅具有第一连接部分44。
第二连接部分46对应于安装托架38的将安装托架38的其余部分连接至管道16的部分。第二连接部分46特别是用于将托架38的其余部分直接或间接(即，通过与管道16接触并固定到管道16上并电连接至管道16，或者借助于一个或多个中间元件，例如上述的并与管道16电绝缘的绝缘环)连接至管道16。根据该第一实施方式，第二连接部分46对应于安装托架38的布置在外部轮廓34上的部分。第二连接部分46径向布置在第一连接部分44的外侧。
在图2至图4所示的第一实施方式中，每个第一连接部分44相对于每个第二连接部分46围绕中心C-C’轴线在角度上偏离。
例如，每个第一连接部分44通过顺时针或逆时针旋转而偏离每个第二连接部分46。替代地，至少一个第一连接部分44通过与另一个第一连接部分44和另一个第二连接部分46之间的偏离相反的旋转而从第二连接部分46偏离。
中间区段48延伸到在第一连接部分44与第二连接部分46之间形成的径向空间中。中间区段48形成在第一连接部分44与第二连接部分46之间延伸的安装托架38的主体。
如图4中更详细所示，在中间区段48与加热线网30之间并且更具体地在中间区段48与外周框架36之间径向地界定内部开口50。内部开口50在封闭端部与开口端部之间成角度地延伸，该封闭端部限定在中间区段48与第一连接部分44之间的接合处。
根据一个特定的变型，内部开口50可以在两个封闭端部之间成角度地延伸。
内部开口50是细长的并且以与外边缘42的图案类似的图案延伸，例如，略微偏离外边缘42，例如，图2至图4的例子中的内部开口50通过相邻的安装托架38的第一连接部分44偏离外边缘42。
中间区段48与管道16一起径向地界定外部开口52。注意，一个托架38的内部开口50通到相邻的托架38的外部开口52。
中间区段48是柔性的。中间区段48优选在其与第一连接部分44的接合处具有收缩部54。
收缩部54被构造为提供中间区段48的良好柔性。特别地，中间区段48适于围绕收缩部54特别是垂直于中心C-C’轴线弹性变形，特别是弯曲。
中间区段48被构造为通过径向减小或增大内部开口50而弹性变形，特别是弯曲，也就是说，中间区段48被构造为在外周框架36的方向上弯曲，特别是在加热元件20的热膨胀和管道16在第二连接部分46上的反作用的共同作用下。
加热线网30优选由金属材料形成。
加热线网30的厚度在0.5mm和5mm之间，优选在0.7mm和2mm之间，甚至更优选在0.8mm和1.2mm之间。
加热线网30具有围绕中心C-C’轴线的大致限定的环形形状。在所描述的例子中，加热线网30包括内圈56和围绕内圈56的外圈58。
加热线网30包括通过节点68连接的绞线66。绞线66和节点68在它们之间界定开口，每个开口由两根绞线66径向地界定并且由两个节点68成角度地界定。
每根绞线66沿着围绕中心C-C’轴线限定的圆弧伸长。每根绞线66的厚度优选等于加热线网30的厚度。每根绞线66的径向厚涂(radial impasto)(也被称为绞线宽度66)在0.1mm和1mm之间。
每个节点68的厚度优选等于加热线网30的厚度。最小角厚涂(angular impasto，也被称为节点68的最小宽度)在0.2mm和2mm之间。
绞线66的宽度与节点68的最小宽度之间的比值优选在1.5和2.5之间，并且优选大约等于2。
每个节点68的径向伸长在0.3mm和3mm之间，优选在1mm和1.3mm之间。
两个径向相邻的开口在角度上偏离，使得每个节点68在角度上位于径向相邻的开口的角中心处。
加热线网30的内圈56的节点68沿着内线76线性地分组，其中两个在角度上相邻的内线76一起界定内圈56的内角扇区60。
在图2至图7所示的实施方式中，每条内线76被成形为具有恒定符号的凹曲线。换句话说，每条内线76整体上是凹形的或整体上是凸形的。在未被示出的变型中，至少一条内线76被成形为符号交变的凹曲线。这样，由内线76形成的曲线的凹度在曲线的至少一个拐点处发生改变。
内线76的每个节点68优选相对于同一条内线76上与其径向相邻的每个节点68在角度上偏离。
同一条内线76的两个径向相邻的节点68之间围绕C-C’轴线的偏离角度优选在0.5°和5°之间。
替代地，随着一条内线76远离中心C-C’轴线移动，该同一条内线76的两个径向相邻的节点68之间的偏离角度增加。因此，同一条内线76的两个径向相邻的节点68之间的偏离角度小并且靠近中心支撑件26的偏离角度最小，而同一条内线76的两个径向相邻的节点68之间并靠近连接元件28的偏离角度是最大的。
这样，每条内线76限定了在垂直于中心C-C’轴线的平面中延伸的螺旋线的一部分。
例如，内圈56包括10至40个内角扇区60。在图2所示的例子中，内圈56包括二十个内角扇区60。
每个内角扇区60从第一端部62(电连接并以其他方式连接至中心支撑件26)径向延伸至第二端部64(电连接并以其他方式连接至外圈58)。
例如，内圈56通过伸长节点69连接至外圈58，伸长节点69的径向伸长比与该伸长节点69径向相邻的内圈56的节点68的径向伸长大至少10％。
因此，在图2至图4所示的变型中，内圈56的径向最外绞线66与外圈58之间的径向间距比内圈56的两根相邻的绞线66之间的径向间距大至少10％。
在未被示出的变型中，布置在内圈56的相同半径上的一组节点68的径向伸长比内圈56的其他节点68并且特别是与所述节点68径向相邻的一组节点68的径向伸长大至少10％。连接至中心支撑件26的所有节点68的径向伸长例如比内圈56的其他节点68并且特别是与连接至中心支撑件26的所述节点68径向相邻的所有节点68的径向伸长大至少10％。
外圈58也由绞线66和节点68组成，但是具有比内圈56在角度上更多的节点68。特别地，考虑到围绕中心C-C’轴线限定并穿过内圈56的节点68的第一圆以及围绕中心C-C’轴线限定并穿过外圈58的节点68的第二圆，第一圆比第二圆穿过更少的节点68，例如，节点68的一半。
在特定的变型中(未被示出)，外圈58通过多个节点68连接至外周框架36，该节点68的数量小于将与外周框架36相邻的绞线66连接至在外周框架36的相反侧的与该绞线66相邻的绞线的节点68的数量。
外圈58具有与外线78对准的节点68。两条相邻的外线78界定了外角扇区70。
例如，外圈58具有15至80个外角扇区70。在图2所示的例子中，外圈58具有四十个外角扇区70。
每个外角扇区70从连接至内圈56并电连接至该内圈56的第一端部72径向延伸到连接至外周框架36并电连接至外周框架36的第二端部74。
外圈58在其第二端部74处经由伸长节点69连接至外周框架36，该伸长节点69的径向伸长优选比外圈58的其他节点68的径向伸长大至少10％。
在未被示出的变型中，布置在外圈58的相同半径上的一组节点68的径向伸长比外圈58的其他节点68并且特别是与该节点68径向相邻的所有节点68的径向伸长大至少10％。连接至外周框架36的所有节点68的径向伸长例如比外圈58的其他节点68并且特别是与该节点68径向相邻的所有节点68的径向伸长大至少10％。每条外线78具有符号恒定的凹曲线形状。换句话说，外线78整体上是凹形的或整体上是凸形的。
在未被示出的变型中，至少一条外线78被成形为符号交变的凹曲线。这样，由外线78形成的曲线的凹度在曲线的至少一个拐点处发生改变。
外线78的每个节点68优选相对于同一条外线78的径向相邻的节点68在角度上偏离。
同一条外线78的两个径向相邻的节点68之间围绕C-C’轴线的偏离角度优选在0.5°和3°之间。
这样，每条外线78限定了在垂直于中心C-C’轴线的平面中延伸的螺旋线的一部分。
有利地，至少一条内线76在外线78的延伸中延伸。在图2至图4所示的实施方式中，所有内线76均与相应的一条外线78对准。另一方面，每隔一条外线78不与内线76对准。
根据本发明的包括径向柔性的连接元件28的加热元件20对于限制加热元件20中的应力并因此增加其使用寿命特别有利。另外，连接元件28有利于加热元件20在管道20中的安装。
另外，柔性安装托架38确保了连接元件28的坚固性。
另外，安装托架38的几何形状特别简单，并且确保了加热元件20的有成本效益的生产。
节点68在内线76和外线78上以恒定的凹曲线的形式、尤其是螺旋部分的形式的布置，对于加强和增加加热线网30的本征模式(eigen mode)并因此在不影响加热元件20的效率的情况下提高加热线网30的使用寿命尤其有利。
一些节点68的增加的径向伸长限制了在加热元件20的不连续区域中发生短路的风险。
图5示出了加热元件的第二实施方式。该实施方式仅在以下方面不同；类似的元件具有相同的附图标记。
在该实施方式中，安装托架38不是柔性的，但是外周框架36是柔性的。特别地，外周框架36具有框架开口80，每个框架开口面对相应的一个安装托架38，并且更具体地与每个安装托架38的第一连接部分44径向对准。
在外周框架36的内边缘40与外周框架36的外边缘42之间，框架开口80例如以圆弧的形状伸长。
注意，可以使内部开口50与框架开口80同化，这样的框架开口80则在其一侧打开，并且这样使在开口80的径向外侧的框架部分与安装托架38同化。
参照图6给出了第三实施方式。该实施方式仅在以下方面不同；类似的元件具有相同的附图标记。
在该实施方式中，安装托架38是U形的，第一连接部分44和第二连接部分46彼此平行并且垂直于加热线网30的平面延伸。中间区段48是U形的，并且延伸至加热线网30的平面的一侧，而第二连接部分46延伸至加热线网30的平面的另一侧。
应注意，本发明不限于上述实施方式，而是在不超出权利要求的范围的情况下可以呈现其他变型。

Claims (11)

1.一种用于车辆(10)的废气净化装置的加热元件(20)，所述加热元件将被设置在排气循环管道(16)中，所述加热元件(20)围绕中心轴线(C-C’)延伸，并且包括：
-围绕所述中心轴线(C-C’)限定的中心支撑件(26)，
-围绕所述中心支撑件(26)径向延伸的加热线网(30)，以及
-包括多个安装托架(38)的连接元件(28)，所述安装托架包括：
-将该安装托架(38)连接至所述加热线网(30)的至少第一连接部分(44)，
-将所述安装托架(38)连接至所述管道(16)的至少第二连接部分(46)，所述第二连接部分用于直接或间接附接至所述管道(16)上，以及
-将所述第一连接部分(44)连接至所述第二连接部分(46)的至少一个中间区段(48)，并且
其特征在于，所述连接元件(28)至少部分是径向柔性的，所述连接元件的宽度易于因施加在所述连接元件上的径向力而改变。
2.根据权利要求1所述的加热元件(20)，其特征在于，所述连接元件包括围绕所述中心轴线(C-C’)限定并且具有内边缘(40)和外边缘(42)的导电的外周框架(36)，所述多个安装托架(38)连接至所述外周框架(36)的所述外边缘(42)，所述安装托架(38)的所述第一连接部分(44)连接至所述外周框架(36)，所述外周框架(36)将所述第一连接部分(44)连接至所述加热线网(30)。
3.根据权利要求2所述的加热元件(20)，其特征在于，每个安装托架(38)是刚性的，所述外周框架(36)具有至少一个开口(80)，从而使该外周框架(36)在该开口(80)处是径向柔性的。
4.根据权利要求1或2所述的加热元件(20)，其特征在于，每个安装托架(38)是径向柔性的，每个安装托架(38)的中间区段(48)在所述第二连接部分(46)与所述加热线网(30)之间径向地限定内部开口(50)，所述中间区段(48)被成形为通过径向减小或增大所述内部开口(50)而弹性变形。
5.根据权利要求1或2所述的加热元件(20)，其特征在于，每个安装托架(38)的第一连接部分(44)相对于该安装托架(38)的第二连接部分(46)围绕所述中心轴线(C-C’)在角度上偏离。
6.根据权利要求1或2所述的加热元件(20)，其特征在于，所述加热线网(30)由通过节点(68)连接的绞线(66)形成，所述加热线网(30)包括内圈(56)，所述内圈(56)的每个所述节点(68)相对于与其径向相邻的每个所述节点(68)在角度上偏离，以形成内线(76)。
7.根据权利要求6所述的加热元件(20)，其特征在于，所述加热线网(30)包括外圈(58)，所述外圈(58)围绕所述内圈(56)并通过伸长节点(69)与所述内圈(56)分开，所述伸长节点(69)的径向伸长大于与该伸长节点(69)径向邻近的所述内圈(56)的节点(68)的径向伸长。
8.根据权利要求7所述的加热元件(20)，其特征在于，所述外圈(58)的每个所述节点(68)相对于与其径向相邻的每个节点(68)在角度上偏离以形成外线(78)。
9.根据权利要求6所述的加热元件(20)，其特征在于，所述加热线网(30)通过伸长节点(69)连接至所述安装托架(38)，所述伸长节点(69)的径向伸长大于与所述伸长节点(69)径向相邻的所述内圈(56)的节点(68)的径向伸长。
10.一种排气管路(12)，其包括废气循环管道(16)和根据权利要求1或2所述的加热元件(20)，每个托架(38)的第二连接部分(46)与所述管道(16)成为一体。
11.一种车辆(10)，其包括根据权利要求10所述的排气管路(12)。
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