CN113530647B - 排气加热器和排气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的排气设备的排气加热器，所述排气加热器包括：支架(22)；在所述支架(22)上支承的热导体(42)，所述热导体(22)包括设置在所述支架(22)的轴向侧上的加热区域(44)，所述热导体(42)在其加热区域(44)中至少局部非电绝缘；以及保持组件(16)，所述保持组件具有至少一个保持单元(50)，所述保持单元将所述热导体(42)在其加热区域(44)中保持在所述支架(22)上，其特征在于，所述至少一个保持单元(50)包括至少一个保持块(52)，所述保持块在所述加热区域(44)的非电绝缘的区域中接触所述热导体(42)并且是导电的，所述至少一个保持块(52)关于所述支架(22)电绝缘。

Description

排气加热器和排气设备
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气设备的排气加热器，所述排气加热器特别是可以用于对要流动到催化器单元上的排气进行加热。
背景技术
在图1中示出特别是在车辆中的内燃机的由在后公开的德国专利申请DE102019131556已知的并且一般以10表示的排气设备的一个区段。排气设备10包括例如构造为排气管的排气引导部件12，在所述排气引导部件中在示出的长度区域中设置有排气加热器14。沿排气主流动方向H关于排气加热器14在下游设置有代表排气处理单元的一个实例的催化器单元。所述催化器单元可以包括以催化有效的材料涂层的催化剂块，所述催化剂块例如通过纤维垫或类似物稳定地保持在排气引导部件12中。
排气加热器14包括构造为板材成形件的支架22。所述支架22具有关于加热器纵轴线A处于径向外部的外周区域24和关于加热器纵轴线A处于中心的中心区域26。支架22的一般以28表示的支承区域在外周区域24与中心区域26之间延伸。这个支承区域28具有基本上圆锥形的或锥状的或漏斗状的造型形状，从而外周区域24和中心区域26沿加热器纵轴线A的方向自定义彼此轴向地错开。在支架22的径向外部的区域中，所述支架从外周区域24出发具有多个固定区段。所述固定区段轴向地弯曲并且贴靠在排气引导部件12的内周面上并且在其上例如通过熔焊或钎焊来固定。
支架22具有连接接片36，所述连接接片将例如环状地构造的外周区域24与中心区域26连接。四个连接接片36中的每个连接接片大致直线地从径向外部朝径向内部延伸。沿周向方向在两个分别彼此直接相邻的连接接片36之间径向错列地构成多个大致沿周向方向在两个连接接片36之间延伸的穿流开口38。
排气加热器14还包括热导体42。热导体42具有在支架22或其支承区域28的朝上游方向取向的轴向侧34上设置的、基本上非电绝缘的加热区域44。在这个加热区域44中，热导体42从在支架22的外周区域24的区域中定位的径向外部的端部区段出发朝处于中心区域26的区域中的径向内部的端部区段以螺旋状地缠绕的结构延伸。由于所述螺旋状地缠绕的结构，热导体42的加热区域44具有多个径向错列地设置的线圈区段20。在支架22的朝下游方向取向的背侧上，热导体42的一个在径向内部连接到加热区域44上的连接区域可以径向向外延伸并且以另一个在径向外部连接到加热区域44上的连接区域引导穿过排气引导部件12，以便提供两个电的连接触点30、32
热导体42以其加热区域44通过保持组件16固定在支架22上。保持组件16特别是包括在连接接片36的区域中设置的保持元件18的组。每个保持元件18在相应的线圈区段20的区域中在其以在支架22上例如通过焊接来固定的金属套46中包围热导体42。为了使非电绝缘的加热区域44关于支架22电绝缘，在金属套46的内部中设置有绝缘材料，所述绝缘材料在相应的线圈区段20的区域中包围加热区域44并且提供加热区域44与相应的金属套46之间的电绝缘。
发明内容
本发明的任务在于，如此设计排气加热器，使得在高传热效率时避免排气加热器的热导体的局部过热。
按照本发明，所述任务通过一种用于内燃机的排气设备的排气加热器解决，所述排气加热器包括：
-支架，所述支架优选具有关于加热器纵轴线在径向外部设置的外周区域和中心区域，
-在所述支架上支承的热导体，所述热导体包括设置在所述支架的轴向侧上的加热区域，所述热导体在其加热区域中至少局部非电绝缘，
-保持组件，所述保持组件具有至少一个保持单元，所述保持单元将所述热导体在其加热区域中保持在所述支架上。
所述至少一个保持单元包括至少一个导电的保持块，所述保持块在所述加热区域的非电绝缘的区域中接触所述热导体，所述至少一个保持块关于所述支架电绝缘。
在按照本发明的构造中，非电绝缘的加热区域通过一个或多个导电的保持块触点接通并且经由所述保持块保持在支架上。每个由此与加热区域处于导电连接中的保持块相对于加热区域平行地电连接并且能实现在由保持块包围的长度区域中绕过加热区域的电流，结果是：所述电流由于相应的保持块的导电特性基本流动通过保持块而不是加热区域的由保持块包围的长度区域。由此的结果是：在这个由保持块包围的长度区域中，热导体的加热区域不变热或者仅较少地变热并且因此避免在这个区域中的局部集热和因此热导体的过热。
为了稳定保持，所述至少一个保持块可以具有容纳所述热导体的热导体容纳留空部。
为了在此产生避免局部过载的面状贴靠，所述容纳留空部的内轮廓可以与所述热导体的外周轮廓相适配。
加热区域在相应的保持块中的容纳可以以简单的方式通过以下方式实现，即，所述至少一个保持块包括两个保持块部分，所述保持块部分将所述加热区域容纳在所述保持块部分之间。
在此，与加热区域的均匀的保持相互作用可以通过以下方式实现，即，在每个所述保持块部分中构造有所述容纳留空部的一个子区域。
为了确保流动通过热导体的电流的大部分引导通过所述一个或多个保持块而提出：所述至少一个保持块由金属材料、优选钢材料构成，或/和所述至少一个保持块具有小于1Ωmm2/m的电阻率。
特别是关于支架的必需的电绝缘可以通过以下方式实现，即，在所述至少一个保持块与所述支架之间设置有绝缘材料。
为了稳定保持所述支架，所述至少一个保持块可以通过保持弓形件保持在所述支架上。
在此，能简单实现的、尽管如此确保必需的电绝缘的构造可以通过以下方式保证，即，所述保持弓形件构造为金属构件、优选板材成形件，并且在所述至少一个保持块与所述保持弓形件之间设置有绝缘材料。
所述绝缘材料可以包括陶瓷材料或云母材料。这样的材料不仅能实现必需的电绝缘，而且相对于在运行中出现的机械的和热的负荷有抵抗力。
所述保持弓形件可以通过至少一个固定机构、优选螺栓固定在所述支架上。
为了简单的、稳定的、然而尽管如此也能低成本地实现的构造而提出：所述支架构造为金属构件、优选板材成形件。
用于与排气或排气处理单元、例如催化器的热相互作用的大表面可以通过以下方式实现，即，所述热导体在其加热区域中螺旋状地缠绕并且包括多个径向错列的线圈区段。
为了在此实现对热导体的稳定保持，所述至少一个保持单元可以包括多个保持块，每个保持块包围至少一个线圈区段。进一步可以规定：所述保持弓形件在所述多个保持块的背离所述支架的那侧上搭接所述多个保持块，或/和所述保持弓形件沿着所述多个保持块基本上径向延伸。
所述支架可以包括多个连接接片，所述连接片相对于彼此隔开周向间距地设置并且将中心区域与外周区域连接，在沿周向方向彼此直接相邻的连接接片之间构成穿流开口，至少一个保持单元设置在所述连接接片的区域中。
本发明还涉及一种排气设备，所述排气设备包括优选管状的排气引导部件和在所述排气引导部件上设置的按照本发明的排气加热器。
附图说明
下面参考附图详细描述本发明。附图中：
图1示出用于内燃机的排气设备的一部分的透视图，该排气设备具有排气加热器；
图2示出排气加热器的子区域，该排气加热器具有通过保持组件的保持单元保持在支架上的热导体；
图3示出在图2中示出的保持单元的放大详细视图。
具体实施方式
下面参考图2和图3描述排气加热器14的构造。关于构造或功能与先前参考图1描述的部件相对应的部件以相同的附图标记表示。要指出：排气加热器14(如其下面可以参考图2和图3描述)向内燃机的排气设备中的一体化可以如先前参考图1描述的那样实现。因此，对此参阅图1的实施方案。
在排气加热器14的在图2和图3中示出的构造中，热导体42或其螺旋状地缠绕的并且因此具有多个径向相对于彼此错列的线圈区段20的并且优选完全不由电绝缘的外壳包围的、即基本上非电绝缘的加热区域44通过保持组件16的多个沿周向方向分布、例如分别在连接接片36的区域中设置的保持单元50保持在支架22上。每个这样的保持单元50基本上从径向内部向径向外部沿着相应的连接接片36延伸并且例如与加热区域44的径向错列的线圈区段20中的每个线圈区段相配设地包括导电的保持块52。在示出的设计实例中，相对于彼此隔开间距地设置的保持块52中的每个保持块构造有两个相对于彼此例如相同构造的保持块部分54、56，所述保持块部分在其之间容纳加热区域44的相应的线圈区段20。为了能实现在两个保持块部分54、56之间的稳定的、面状的并且避免过载的容纳，每个所述保持块部分具有一般以62表示的并且与热导体42的加热区域44的外周轮廓相适配的容纳留空部的子区域58、60。在示出的实例中，热导体42在其加热区域44中具有圆形的外周轮廓，从而容纳留空部62的每个子区域58、60也具有对应的凹的、圆弓状的几何结构。
在构造为板材成形件的支架22与保持块52或者说其保持块部分56之间设置有一层绝缘材料64。绝缘材料64可以板状地构造并且基本上沿着保持块52支撑在所配设的连接接片36上。通过例如以陶瓷材料或云母材料提供的并且因此具有非常高的电阻的绝缘材料64，保持块52关于支架22电绝缘。
为了将保持块52稳定地保持在支架22上，例如设置有同样作为板材成形件提供的保持弓形件66。保持弓形件66也基本上沿径向方向沿着保持块52或所配设的连接接片36延伸。在保持弓形件66与保持块52的保持块部分54之间设置有一层绝缘材料68。这个例如板状地构造的绝缘材料、例如陶瓷材料或云母材料也沿着保持块52延伸并且提供在保持块52或者说其保持块部分54与保持弓形件66之间的电绝缘。
保持弓形件66在示出的实例中通过两个固定机构70固定在支架22上。例如构造为螺栓的固定机构70引导通过在保持弓形件66、绝缘材料68层和绝缘材料64层中的开口72、74和76。至少局部构造有外螺纹的杆区域78例如拧入到支架22的内螺纹开口80中。相应的固定机构70的头部82支撑在保持弓形件66的背离支架22的那侧上并且因此在中间放置两层绝缘材料64、68、保持块部分54、56和加热区域44的在其之间分别定位的线圈区段20的情况下将保持弓形件朝支架22的方向挤压。以这种方式和方法，加热区域44电绝缘地保持在支架22上。
在固定机构70与支架22之间的保持作用例如也可以通过以下方式实现，即，所述固定机构在其延伸超过支架22的杆区域78中拧入到关于支架22支撑的螺母中。备选地或附加地，固定机构例如可以通过以下方式固定以防松动，使得所述固定机构通过材料锁合、例如焊接以其杆区域78例如关于支架22或这样的螺母锁止。此外，在绝缘材料64层与支架22之间可以定位一个另外的保持弓形件，所述另外的保持弓形件基本上对应于所述保持弓形件66，从而两层绝缘材料64、68、保持块部分54、56和加热区域44的在其之间分别定位的线圈区段20保持在两个这样的例如通过一个或多个所述固定机构70相互夹紧的保持弓形件之间。这个结构组合件然后可以通过这些固定机构或其他附加的固定机构固定在支架22上。
保持块52由导电材料构成，所述材料具有非常小的电阻率并且特别是由于尺寸也具有小的总电阻。因为保持块52优选基本上分别沿着线圈区段20的全部由其包围的纵向区段接触热导体42的非电绝缘的加热区域44，所以所述保持块在加热区域44的由保持块52包围的纵向区段的区域中构成用于通过加热区域44传导的电流的平行路径。在此特别是可以规定：通过保持块52提供的电阻小于在由保持块52包围的长度区域中的加热区域44的电阻，从而电流由于保持块52和线圈区段20的并联基本流动通过保持块52。其结果是：由于通过加热区域44的由保持块52包围的纵向区段的相对小的电流，构造为电阻导体的热导体42在这些长度区域中不变热或仅相对少地变热。在加热区域44的为了产生保持相互作用而被包围的纵向区段中产生可能导致热导体42的损坏的局部集热的危险因此不存在。这些区域中的过热不能出现。
保持组件或者说其保持单元可以与先前描述的或在附图中示出的设计方案不同地构造。因此，保持块例如可以一件式地构造并且具有用于容纳加热区域的线圈区段的狭缝状的开口。所述块也可以构造为套区段或管区段，所述套区段或管区段可以以包围加热区域的方式定位。加热区域本身可以局部电绝缘，由于与环流加热区域的排气的有利的热相互作用，加热区域优选完全非电绝缘。在部分电绝缘时，加热区域至少在其与保持单元处于保持相互作用中的地方非电绝缘，以便能够获得产生用于流动通过热导体的电流的平行路径的先前描述的效果。在这个设计方案中，电流的至少一部分也流动通过加热区域44的由保持块52包围的纵向区段，从而至少不可以避免轻微变热。由于与导电的并且例如由金属材料、例如钢材料构成的保持块52的接触，所述保持块也具有良好的导热性，从而在加热区域44的由保持块52包围的纵向区段的区域中生成的热可以通过热传导并且也通过热辐射经由加热块52良好地导出。为了避免相对于彼此径向错列并且彼此直接相邻的线圈区段之间的电短路，配设给这些线圈区段20的保持块52不处于直接的相互接触中。
沿周向方向分布地设置的保持单元50可以相对于彼此不同地构造或沿径向方向不同地确定尺寸并且分别仅将加热区域44的一个径向区域保持在支架22上。因此，例如可以沿周向方向交替地设置有将加热区域44的径向内部的区域保持在支架22上的保持单元50和将加热区域44的径向外部的区域保持在支架22上的保持单元50，径向内部的区域和径向外部的区域可以大致分别包括加热区域44的一半的径向延伸区域。

Claims (21)

1.用于内燃机的排气设备的排气加热器，所述排气加热器包括：
-支架(22)，
-在所述支架(22)上支承的热导体(42)，所述热导体(42)包括设置在所述支架(22)的轴向侧上的加热区域(44)，所述热导体(42)在其加热区域(44)中至少局部非电绝缘，
-保持组件(16)，所述保持组件具有至少一个保持单元(50)，所述保持单元将所述热导体(42)在其加热区域(44)中保持在所述支架(22)上，
其中，所述至少一个保持单元(50)包括至少一个保持块(52)，所述保持块在所述加热区域(44)的非电绝缘的区域中接触所述热导体(42)，所述至少一个保持块(52)关于所述支架(22)电绝缘，
其特征在于，所述至少一个保持块(52)是导电的并且包括两个保持块部分(54、56)，所述保持块部分将所述加热区域(44)容纳在所述保持块部分之间。
2.按照权利要求1所述的排气加热器，其特征在于，所述至少一个保持块(52)具有容纳所述热导体(42)的热导体容纳留空部(62)。
3.按照权利要求2所述的排气加热器，其特征在于，所述热导体容纳留空部(62)的内轮廓与所述热导体(42)的外周轮廓相适配。
4.按照权利要求2所述的排气加热器，其特征在于，在每个所述保持块部分(54、56)中构造有所述热导体容纳留空部(62)的一个子区域(58、60)。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的排气加热器，其特征在于，所述至少一个保持块(52)由金属材料构成，或/和所述至少一个保持块(52)具有小于1Ωmm2/m的电阻率。
6.按照权利要求5所述的排气加热器，其特征在于，所述至少一个保持块(52)由钢材料构成。
7.按照权利要求1至4中任一项所述的排气加热器，其特征在于，在所述至少一个保持块(52)与所述支架(22)之间设置有绝缘材料(64)。
8.按照权利要求1至4中任一项所述的排气加热器，其特征在于，所述至少一个保持块(52)通过保持弓形件(66)保持在所述支架(22)上。
9.按照权利要求8所述的排气加热器，其特征在于，所述保持弓形件(66)构造为金属构件，并且在所述至少一个保持块(52)与所述保持弓形件(66)之间设置有绝缘材料(68)。
10.按照权利要求9所述的排气加热器，其特征在于，所述保持弓形件(66)构造为板材成形件。
11.按照权利要求7所述的排气加热器，其特征在于，所述绝缘材料包括陶瓷材料或云母材料。
12.按照权利要求8所述的排气加热器，其特征在于，所述保持弓形件(66)通过至少一个固定机构(70)固定在所述支架上。
13.按照权利要求12所述的排气加热器，其特征在于，所述至少一个固定机构(70)是螺栓。
14.按照权利要求1至4中任一项所述的排气加热器，其特征在于，所述支架(22)构造为金属构件。
15.按照权利要求14所述的排气加热器，其特征在于，所述支架(22)构造为板材成形件。
16.按照权利要求1至4中任一项所述的排气加热器，其特征在于，所述热导体(42)在其加热区域(44)中螺旋状地缠绕并且包括多个径向错列的线圈区段(20)。
17.按照权利要求16所述的排气加热器，其特征在于，至少一个保持单元(50)包括多个保持块(52)，每个保持块(52)包围至少一个线圈区段(20)。
18.按照权利要求17所述的排气加热器，其特征在于，所述多个保持块(52)通过保持弓形件(66)保持在所述支架(22)上，所述保持弓形件(66)在所述多个保持块(52)的背离所述支架(22)的那侧上搭接所述多个保持块，或/和所述保持弓形件(66)沿着所述多个保持块(52)径向延伸。
19.按照权利要求1至4中任一项所述的排气加热器，其特征在于，所述支架(22)包括多个连接接片(36)，所述连接接片相对于彼此隔开周向间距地设置并且将中心区域(26)与外周区域(24)连接，在沿周向方向彼此直接相邻的连接接片(36)之间构成穿流开口(38)，至少一个保持单元(50)设置在连接接片(36)的区域中。
20.排气设备，所述排气设备包括排气引导部件和在所述排气引导部件中设置的按照权利要求1至19中任一项所述的排气加热器(14)。
21.按照权利要求20所述的排气设备，其特征在于，所述排气引导部件是管状的。
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