CN113825893A - 车辆废气净化装置、对应的生产方法、排气管线和车辆 - Google Patents

Abstract

净化装置(1)包括：‑具有内表面(16)的管状壳体(15)；‑容纳在管状壳体(15)中的电加热构件(19)，该加热构件(19)包括由导电材料制成并可渗透废气的加热元件(33)；‑将加热元件(33)直接附接到内表面(16)上的附接件(35)。

Description

车辆废气净化装置、对应的生产方法、排气管线和车辆

技术领域

本发明涉及配备加热构件的车辆废气净化装置。

背景技术

如DE102007010758所提出的，加热构件可以使用彼此平行堆叠并经辊压的金属薄板来制作。

这样的加热构件将废气以层流进行引导。这不促进从加热构件到废气的热传递。

此外，加热构件刚性不是很大，并且必须在多个点处附接到净化器上。这些附接点通常是与加热元件刚性地连接并接合在净化构件的通道中的杆。这使得陶瓷净化器的使用因其脆性而存在问题，并且要求它用金属代替来制作。这样的净化器与陶瓷净化器相比成本更高。

发明内容

在这种背景下，本发明旨在提供一种没有上述缺点的净化装置。

为此，根据第一方面，本发明涉及一种车辆废气净化装置，该净化装置包括：

-具有内表面并具有中心轴线的管状壳体，

-容纳在管状壳体中的电加热构件，该加热构件包括由导电材料制成并可渗透废气的加热元件；

-为加热构件供电的电源；

-将加热元件直接附接到内表面上的附接件。

由可渗透废气的导电材料制成的加热元件的使用有利于加热构件与废气之间的热传递。可以降低加热构件的功率，这导致电消耗更低。

加热构件直接附接到管状壳体的内表面上。它不是附接到废气净化构件上。

这使得可以使用陶瓷净化器，因为它不必再带有加热构件的附接件。

直接附接是指，附接件直接向内表面传递加热元件所受到的力的至少60％，通常是力的至少90％。因此，当电源包括穿过管状壳体以接触加热元件的一个或多个导体杆时，加热元件所受到的力只有少部分被导体杆吸收。杆与管状壳体之间的密封件仅适度地受到应力。其使用寿命得到提高。

净化装置还可以具有单独考虑或以技术上可行的任何组合考虑的以下特征中的一个或多个：

-加热元件由泡沫制成，加热元件具有中心部分和至少一个加强边缘区域，泡沫在中心部分中具有第一密度，而泡沫在加强边缘区域中具有大于第一密度的第二密度，附接件将所述加强边缘区域或每个加强边缘区域固定到内表面上；

-附接件包括至少一个支撑板，该支撑板沿着加热构件的边沿延伸，并与加热构件的所述加强边缘区域或加强边缘区域刚性地连接；

-附接件包括将所述支撑板或每个支撑板固定到内表面上的多个支柱(stud)；

-附接件包括插在加热元件与内表面之间的电绝缘材料层，该电绝缘材料层有利地包括径向插在加热元件的边沿与内表面之间的圆柱形部分；

-电绝缘材料层包括轴向插在加热元件的大面部与内表面之间的至少一个环形部分；

-附接件包括围绕加热元件并附接到管状壳体上的外周框架，其中电绝缘材料层直接插在框架与加热元件之间；

-外周框架被分为轴向布置在加热元件的两侧的两个半框架，每个半框架包括插在加热元件的边沿与内表面之间的外周边缘，两个外周边缘轴向互锁；

-附接件包括在距加热元件的外边缘一定距离处刚性地附接到加热元件上的至少一个附接构件，该附接构件或每个附接构件具有在加热元件的两侧轴向突出的端部，外周框架包括刚性地附接到所述附接构件或每个附接构件的端部上的臂；

-管状壳体具有在外周框架中的焊接孔，以及通过焊接孔将外周框架刚性地连接到管状壳体上的焊接接头；

-外周框架是管状壳体的一部分；

-电绝缘材料层包括彼此堆叠的两个子层；

-附接件包括在大致垂直于中心轴线的平面中延伸的支撑格栅和将格栅附接到内表面上的附接构件，该格栅具有大格栅面部，加热元件通过电绝缘杆刚性地附接到该大格栅面部上；

-加热元件具有多个贯穿的狭槽，净化装置包括至少一个障板(mask)，该障板与加热元件的大面部相对布置并具有与狭槽轴向相对的实心区域；

-加热元件具有与电源的第一端子和第二端子电连接的第一区域和第二区域，该加热元件在第一区域与第二区域之间具有穿过加热元件的限定用于电流的单个S形路径的贯穿的狭槽；

-第一区域和第二区域位于加热元件的外边缘上，并且关于加热元件的几何中心彼此对称；

-狭槽均相互平行；

-加热元件具有相对于轴线C倾斜5到30°的至少一个贯穿的狭槽。

根据第二方面，本发明涉及一种制造具有上述特征的净化装置的方法，该方法包括通过穿过设置在管状壳体上的焊接孔在外周框架上进行焊接而将外周框架附接到管状壳体上的步骤。

根据第三方面，本发明涉及一种包括具有上述特征的净化装置的排气管线。

根据第四方面，本发明涉及一种包括具有上述特征的排气管线的车辆。

附图说明

根据下面参照附图通过指示而非任何限制方式给出的详细描述，另外的特征和优点将变得清楚，在附图中：

[图1]图1是包括根据本发明的净化装置的排气管线的简化示意图；

[图2]图2是图1的净化装置的第一实施方式的分解立体图；

[图3][图4]图3和图4是图1的装置的电绝缘材料层的变型实施方式的立体图；

[图5]图5是根据本发明的净化装置的第二实施方式的剖视图；

[图6]图6是与图5类似的视图，示出了第二实施方式的变型；

[图7]图7是图示第一实施方式的变型的立体图；

[图8]图8是图示图7的变型实施方式并进一步示出该变型的改进的立体图；

[图9]图9是本发明的净化装置的第三实施方式的分解立体图；

[图10]图10是图9的细节的放大示意图，示出了加热元件到支撑格栅的附接；

[图11]图11是图示图7的变型实施方式并进一步示出该变型的第二改进的立体图；以及

[图12]图12是加热元件的特别有利的实施方式的俯视图，其可用于本发明的所有实施方式。

具体实施方式

图1示意性所示的净化装置1旨在净化车辆的废气，通常是汽车或卡车的废气。

它被插入到车辆的排气管线3中。这包括排气歧管5，排气歧管5收集离开车辆内燃机7的燃烧室的废气。

净化装置1通过上游管道9与歧管5流体连接，诸如涡轮增压器的其他设备通常插在该上游管道上。

在下游，净化装置1通过下游管道11与喷嘴13流体连接。诸如消音器或其他净化设备的其他设备插在净化装置1与喷嘴13之间。经过净化的废气通过喷嘴13被释放到大气中。

净化装置1包括具有中心轴线C的管状壳体15、容纳在管状壳体15中的电加热构件19以及为加热构件19供电的电源21，管状壳体15具有管状壳体15的内表面16。

管状壳体15具有分别与上游管道9和下游管道11连接的废气入口23和废气出口25。

管状壳体15具有任何合适的形状。

净化装置1还包括容纳在管状壳体15中的废气净化构件17。

净化构件17例如是SCR催化器、三元催化器、氧化催化器或NOx捕集器。

在图1中可以看出，保持薄板27插在净化构件17与管状壳体15之间。

通常，一个或多个净化构件被放置在管状壳体15中。

加热构件19有利地与净化构件17的入口侧面29相对并靠近放置。替代地，加热构件19与净化器17的出口面31相对并靠近放置，即在其下游。入口面29和出口面31是废气进出净化构件17的面。

替代地，加热构件19被放置在净化构件17上游的一定距离处。

如图2所示，加热构件19包括由可渗透废气的导电材料制成的加热元件33。

在一个实施方式中，加热元件33可以是大致扁平且薄的。有利地，加热元件33可以是板的形式。“薄”是指厚度在0.3mm到30mm之间。

根据加热元件33可能是格栅的第一实施方式，厚度可以在0.3mm到10mm，优选在0.5到2mm之间的范围内。根据加热元件是泡沫或蜂窝体的第二实施方式，厚度可以是从5mm到30mm，优选在10mm到20mm之间。

加热元件33通常在大致垂直于中心轴线C的平面中延伸。

通常，加热元件33通过焦耳效应发热。

它包括废气通路的网络，产生通过加热元件33的废气的湍流。

构成加热元件33的材料通常是金属，例如不锈钢或金属合金或陶瓷。例如，这种材料是铁合金，例如FeCrAl。替代地，该材料是镍或铜合金，例如NiCr。在另一个实施方式中，该材料是由碳化硅SiC制成的陶瓷。

加热元件33通常是泡沫，具有以随机或规则方式组织的开孔。

替代地，加热元件33是金属丝网或格栅或蜂窝状材料。

孔密度通常在5ppi(每英寸孔数)到40ppi之间。该材料通常具有在500到5000m²/m³之间，优选在1000到3000m²/m³之间，甚至更优选在1500到2500m²/m³之间的展开表面。

有利地，加热元件33涂有具有催化功能的至少一个涂层以有助于废气的后处理。该涂层旨在氧化和/或还原废气中的污染化合物。例如，它可以是与用于TWC(三元催化器)、DOC(柴油氧化催化器)、PNA(被动NOx吸收器)、LNT(贫NOx捕集器)、SCR(选择性催化还原法)或用于还原氮氧化物的还原剂的水解的那些相同的类型。

替代地或附加地，该涂层旨在增加材料的表面粗糙度，以促进湍流并因此促进热交换。

由于其多孔性，加热元件33还用作颗粒过滤器。加热元件33在每次加热时再生，捕获的烟灰颗粒被去除。

有利地，加热元件33是整体式的。它是由相同材料制成的一个整体。

通常，加热元件33是通过从板上切割单片导电材料而获得的。

替代地，加热元件33是通过铸造、挤出、烧结、增材制造(3D打印)等获得的。

加热元件33的厚度在2到50mm之间，优选在5到30mm之间，更优选在10到20mm之间。

换言之，加热元件33呈直接切割成所需形状的导电材料的切片的形式。

根据本发明，净化装置1包括将加热元件33直接附接到管状壳体15的内表面16上的附接件35。

附接件35将加热元件33所受到的力的至少60％，优选该力的至少80％，更优选该力的至少90％直接传递到管状壳体15的内表面16。

换言之，附接件35直接接合管状壳体15的内表面16以将加热元件33锁定就位。

它将加热元件受到的以下各种力传递到管状壳体15的内表面16：车辆加速产生的力、道路的反作用力、废气施加的力等。

根据图2所示的第一实施方式，附接件35包括插在加热元件33与管状壳体15的内表面16之间的电绝缘材料层37。该层将加热元件保持在管状壳体15的内表面内。

该材料例如为纤维状耐火材料(例如氧化铝、二氧化硅等)或分层耐火材料(例如，云母型等)。

层37包括径向插在加热元件33的边沿49与管状壳体15的内表面16之间的圆柱形部分39。圆柱形部分39在边沿49与管状壳体15的内表面16之间被压缩。由电绝缘层的圆柱形部分39施加到加热元件33上的径向压力有助于将其锁定就位。

它优选围绕加热元件33的整个圆周延伸，并沿着板的整个长度轴向延伸。

电绝缘材料层37优选包括轴向插在加热元件33的大面部与管状壳体15的内表面16之间的至少一个环形部分41。

通常，电绝缘材料层37包括轴向插在加热元件33的两个大面部43、45与管状壳体15的内表面16之间的两个环形部分41。

环形部分41或每个环形部分41沿着对应的大面部43、45的外周边缘延伸。它覆盖加热元件33的半径的一小部分，通常小于半径的20％，优选小于半径的10％。

在图2所示的例子中，电绝缘材料层37包括两个半层47，每个半层在包含中心轴线C的平面中具有L形截面。

每个半层47制成为一个整体，并且包括两个环形部分41中的一个环形部分以及圆柱形部分39的一半。

在图3所示的例子中，电绝缘材料层37包括三个相互独立的元件：两个环形部分41和一个圆柱形部分39。

在图4所示的例子中，电绝缘材料层37包括两个彼此独立的元件：包括两个环形部分41中的一个环形部分41以及圆柱形部分39的第一整体元件，以及包括两个环形部分41中的另一个环形部分41的第二元件。

管状壳体15包括与边沿49相对的圆柱形部分51，电绝缘材料层37的圆柱形部分39靠在该圆柱形部分51上。

对于该环形部分41或每个环形部分41，管状壳体15还包括与圆柱形部分51相邻的肩部53。

该肩部53或每个肩部53在垂直于中心轴线C的平面中延伸。环形部分41或每个环形部分41靠在对应的肩部53上。

为了能够安装附接件35，管状壳体15有利地包括第一管状段55和第二管状段57。

第一管状段55和第二管状段57是独立的部分，它们彼此不是一体的并且彼此附接。

第一管状段55限定两个肩部53中的一个肩部53和圆柱形段59。第二管状段57限定另一个肩部53和另外的圆柱形段61。圆柱形段59具有与另一个圆柱形段的内部横截面对应的外部横截面。它紧紧地装配在另一个圆柱形段61中。

第一管状段55和第二管状段57通过任何合适的方式彼此刚性地连接：外周焊接、凸耳等。

第一管状段55具有例如用于与上游管道9连接的锥体63，该锥体界定入口23。

第二管状段57具有例如管状的延伸部65，净化构件17被容纳在该管状的延伸部中。

圆柱形段59和61一起限定圆柱形部分51，电绝缘层的圆柱形部分39靠在圆柱形部分51上。

加热元件33包括与电源21的两个端子71、73电连接的两个突起67、69。

突起67、69与加热元件33的其余部分是一体的。

突起67、69从管状壳体15穿过管状壳体15中的孔75、77突出。

由导电金属制成的盖体79盖住突起67的突出部分。它通过允许电流通过的任何合适方式(例如，通过铜焊或焊接)附接到突起67上。它带有用于连接至与电源21的端子71电连接的导体的杆81。

凸台83刚性地附接到管状壳体15的外表面上。它围绕盖体79。电绝缘层85插在盖体79与凸台83之间。

由导电金属制成的另一个盖体87盖住突起69的突出部分。它通过允许电流通过的任何合适方式(例如，通过铜焊或焊接)附接到突起69上。它还通过允许电流通过的任何合适方式(例如，通过铜焊或焊接)刚性地附接到管状壳体15的外表面上。

在这种情况下，管状壳体15是电源21的第二端子73。

现在将参照图5和图6描述本发明的第二实施方式。下面将仅详细描述该第二实施方式与第一实施方式的不同点。两个实施方式中相同或执行相同功能的元件将由相同的附图标记表示。

在第二实施方式中，加热元件33是泡沫。

加热元件33具有中央部分89和至少一个加强边缘区域91，泡沫在中央部分89中具有第一密度，泡沫在加强边缘区域91中具有大于第一密度的第二密度。

中心部分89具有为20％，优选在5到10％之间的最大相对密度，并且加强边缘区域具有40％，优选大于50％的最小相对密度。

当加热元件33是图5所示的包括多个分支的螺旋型时，加强边缘区域91有利地在加热元件33的分支之间形成等电位连接。

附接件35将加强边缘区域91或每个加强边缘区域91固定到管状壳体15的内表面16上。

因此，从比加热元件33的中央部分89刚性更大的加强边缘区域91或每个加强边缘区域91通过附接件35传递力。

加热元件33具有例如两个加强边缘区域91(图5)。每个加强边缘区域91是连续的，并且在板的周边的25％到50％的部分上延伸。两个加强边缘区域91关于加热元件33的几何中心彼此对称。

在这种情况下，附接件35包括至少一个支撑板93、95，该支撑板沿着加热元件33的边沿49延伸，并刚性地附接到加热元件33的所述加强边缘区域或加强边缘区域91上。

附接件35还包括将支撑板93、95或每个支撑板93、95刚性地固定到管状壳体15的内表面16上的多个支柱97。

在图5所示的例子中，附接件35包括两个支撑板93、95，它们沿着加热元件33的边沿49延伸并各自刚性地附接到一个加强边缘区域91上。

支撑板93由导电材料制成。它与电源21的第一端子71电连接。

在垂直于中心轴线C的截面中观察时，支撑板93插在加热元件33与管状壳体15之间。它符合加热元件33的外边缘的形状。因此，当加热元件33为圆形时，支撑板93为圆形。

支柱97是电绝缘的。它们具有夹层结构并且各自包括例如分别刚性地附接到管状壳体15的内表面16和支撑板33上的两个金属层98，这两个金属层通过电绝缘层99彼此分开。

连接器101通过管状壳体15中的开口穿过管状壳体15。未被示出的环将连接器101与管状壳体15电隔离。连接器101提供从支撑板93到电源21的第一端子71的电连接。

支撑板95也由导电材料制成。它与管状壳体15电连接，管状壳体15是电源21的地线。

在垂直于中心轴线C的截面中观察时，支撑板95插在加热元件33与管状壳体15之间。它符合加热元件33的外边缘的形状。因此，当加热元件33为圆形时，支撑板93为圆形。

支撑板95的附接支柱95是导电的。它们在一侧刚性地附接到管状壳体15的内表面16上，在另一侧刚性地附接到支撑板95上。

每个支撑板93、95大致沿着整个对应的加强边缘区域91延伸。它以其整个表面附接到加强边缘区域91上。

在图6所示的变型实施方式中，连接器103通过管状壳体15中的开口穿过管状壳体15。未被示出的环将连接器103与管状壳体15电隔离。连接器103提供从支撑板95到电源21的第二端子73的电连接。支撑板95不与管状壳体15电连接。

将支撑板95固定到管状壳体15的内表面16上的支柱97是电绝缘的。它们具有上述的夹层结构。

根据图6所示的另一个变型实施方式，加热元件33包括多个加强边缘区域91，每个加强边缘区域都在板的周边的一小部分(例如在2％到15％之间)上延伸。加热元件33具有例如至少四个加强边缘区域91。加强边缘区域91彼此间隔开并且例如围绕加热元件33均匀地分布。

在这种情况下，每个支撑板93、95都刚性地附接到至少两个加强边缘区域91上，如图6所示。

在未被示出的又一变型中，加热元件33具有围绕加热元件的周边的大致100％延伸的单个加强边缘区域。

在又一变型实施方式中，支撑板93、95用于附接不是泡沫而是任何其他类型的加热元件：格栅、蜂窝体等。

现在将参照图7和图8描述本发明的第一实施方式的变型。下面将仅详细描述该变型与图2至图4中的变型的不同点。两个变型中相同或执行相同功能的元件将由相同的参考标记表示。

附接件35包括围绕加热元件33并附接到管状壳体15的内表面16上的外周框架105。电绝缘材料层37直接插在框架105与加热元件33之间。

框架105完全包围加热元件33。它径向插在加热元件33与管状壳体15之间。其形状对应于加热元件33的外边缘的形状。

在包含中心轴线C的平面中的截面中观察时，框架105是U形的并且朝向加热元件33开口。因此它限定了圆形凹槽，电绝缘材料层37容纳在该圆形凹槽中。

因此，框架105具有抵靠管状壳体15的内表面16施加的圆柱形底部107，以及与底部107成一体的两个环形翼部109。翼部109在垂直于中心轴线C的相应的平面中延伸。它们与加热元件的外边缘相对地在加热元件33的大面部43、45的两侧延伸。

电绝缘层37的圆柱形部分39靠在底部107上。

电绝缘层37的环形部分41各自靠在一个翼部109上。

为了便于组装，外周框架105有利地被分成轴向布置在加热元件33的两侧的两个半框架111。

每个半框架111包括插在加热元件33的边沿49与管状壳体15的内表面16之间的外周边缘113。

两个外周边缘113轴向互锁。它们通过任何合适的方式刚性地彼此附接：外周焊接、凸耳等。

两个外周边缘113一起限定框架的底部107。

除了外周边缘113之外，每个半框架111还包括两个翼部109中的一个翼部。

两个半框架111是独立的部分，它们彼此不是一体的并且彼此附接。

有利地，附接件35包括至少一个紧固构件115，该紧固构件在距加热元件33的外边缘117一定距离处刚性地附接到加热元件33上(图8)。

图8仅示出了一个附接构件115。替代地，附接件35包括分布在加热元件33的整个表面上的多个附接构件115。

该附接构件115或每个附接构件115具有在加热元件33的两侧轴向突出的端部119。

外周框架105包括刚性地附接到该附接构件115或每个附接构件115的端部119上的臂121。

这加强了加热元件33。

臂121通常从翼部109延伸，并与翼部109是一体的。

在所示的例子中，附接件35包括附接到加热元件33的几何中心的单个附接构件115。外周框架具有与每个大面部43、45相对的四个臂121，在它们之间形成90°角。

一个半框架111如上所述。另一个半框架111具有从翼部109轴向远离加热元件33延伸的直立的外周边缘122。

附接构件115是任何合适的类型。例如，它们是细长的附接构件，例如螺钉或拉杆。

根据第一实施方式的一个变型，电绝缘材料层37包括彼此堆叠的两个子层。

与加热元件33接触的第一下层例如是包覆成型在加热元件33上的陶瓷层。

第二下层插在第一下层与框架105之间或插在第一下层与管状壳体15的内表面16之间。

第二下层例如是将净化构件17在管状壳体15中保持就位的纤维网27类型的预成型纤维网。这种网被称为“包壳(canning)”。

替代地，第二下层由编织的电绝缘材料制成。

在另一个实施方式中，第二下层是纤维绳或套管。

在另一个实施方式中，第二下层由云母制成并且是预成型的。

有利地，加热元件的贯穿的狭槽135中布置有电绝缘层，以引导电流。

这种设计允许电绝缘和高效的附接。它增加了施加到加热元件上的力，从而吸收了加热元件的振动和膨胀。它增加了加热系统的紧凑性。

在第一实施方式的另外的实施方式中，管状壳体15具有在外周框架105中的焊接孔，以及通过焊接孔将外周框架105连接到管状壳体上的焊接接头。

外周框架105有利地具有为此目的而提供的突片P，如图8所示。突片P在焊接孔前面被压靠在内表面16上。它们从直立的外周边缘122轴向突出。

这些孔允许外周框架105从壳体的外部焊接到管状壳体上。因此，在管状壳体内没有熔融金属飞溅。另外，增加了加热元件与气体之间的热交换表面。

本发明还涉及一种通过管状壳体15中的焊接孔在外周框架105处进行焊接而将外周框架105附接到管状壳体15上的方法。

在第一实施方式的另一个实施方式中，外周框架105是管状壳体15的一部分。

在这种情况下，预先形成电绝缘材料层37，并且将其预先安装到外周框架105中。

在这种情况下，外周框架105通常是截面径向呈U形的环。层37预先安装在U的底部。

U的底部限定管状壳体的外表面的一部分。U的分支从管状壳体15向内突出。

根据该变型，管状壳体15有利地包括多个独立的管状段，外周框架105插在两段之间。管状段被装配并轴向紧固在外周框架105的两侧。例如，其中一段对应于管状壳体15的入口锥体，而另一段对应于圆柱形套圈，净化构件17容纳在该圆柱套圈中。

为了便于围绕加热元件33组装，外周框架105有利地被分成彼此附接的多个角扇区，例如两个半圆形。

有利地，外周框架105具有用于与加热元件33电连接的供电电极的至少一个附接孔。

这种变型的优点是厚度和直径非常紧凑。净化装置的重量减轻。它便于安装加热元件和将净化装置集成到排气管线中。

现在将参照图9和图10描述本发明的第三实施方式。下面将仅详细描述该第三实施方式与第一实施方式的不同点。两个实施方式中相同或执行相同功能的元件将由相同的附图标记表示。

附接件35包括在大致垂直于中心轴线C的平面中延伸的支撑格栅123和用于将格栅123附接到管状壳体15的内表面16上的附接构件125。

栅格123具有大栅格面部126，加热元件33刚性地附接到该大栅格面部126上。

支撑格栅123大致在管状壳体15的整个横截面上延伸。它具有高废气渗透性。它由金属或陶瓷制成。

加热元件33不压在支撑格栅123上。在加热元件与支撑格栅123之间留有间隙。

附接构件125例如是与支撑格栅成一体并靠在管状壳体15的内表面16上弯曲的突片。它们通常被焊接到管状壳体15的内表面16上。

加热元件33例如通过杆127刚性地附接到支撑格栅123上。每个杆127在一个端部刚性地附接到加热元件33上。在其相对端部处，每个杆127接合在附接孔129中，该附接孔对应于格栅的网眼(图10)。

如果支撑栅格123是电绝缘的，则杆127可以由电绝缘或导电的材料制成，但是如果栅格是导电的，则杆必须是电绝缘的。

绝缘体通常是陶瓷(玻璃、氧化镁、氧化铝)。

支撑格栅123包括例如多个横条131和垂直于横条131的多个纵条133。

横条131成对地布置，成对的两个横条131在它们之间具有小的纵向距离。横条131的对在它们之间具有相对较大的纵向间距。

类似地，纵条133成对地布置，成对的两个纵条133在它们之间具有小的横向间距。纵条133的对在它们之间具有相对较大的横向间距。

附接孔129由横条131的对和纵条133的对之间的交叉限定，如图10所示。

杆127分布在加热元件33的整个表面上。

嵌入支撑格栅123中的杆127具有例如被布置为楔入杆131、133之间的带有凹槽的形状。替代地，焊接杆127。

除了低背压外，低质量杆附接件的一个优点是适应加热元件的热膨胀的灵活性。选择条、它们的形状以及条之间的间距以允许支撑件和加热元件的膨胀而不增加应力。

根据适用于本发明所有实施方式的变型，加热元件33具有多个贯穿的狭槽135(例如，在图5、图6、图7中可见)，净化装置1包括障板137，其与加热元件33的一个大面部43、45相对布置并包括与狭槽135轴向相对的实心区域139(图11)。

贯穿的狭槽135在此被理解为是指从大面部43到大面部45在加热元件33的整个轴向厚度上穿过加热元件33的狭槽。

每个贯穿的狭槽135在大侧面43和大侧面45上是打开的。因此它为废气通过加热元件33提供了优选的逃逸路径。有利的是限制通过贯穿的狭槽135的泄漏率以提高加热质量。这是在障板137的帮助下完成的。

障板137具有与每个贯穿的狭槽135相对的实心区域139。实心区域139具有与对应的贯穿的狭槽125基本相同的形状。因此它具有细长的形状、与对应的贯穿的狭槽125基本相同的长度和基本相同的宽度。它与贯穿的狭槽125的设计相同。

实心区域139之间的障板137被挖空，以免产生过大的背压。有利地，间隔件141将实心区域139彼此连接，以加强障板。

总的来说，障板137的表面的至少80％优选是中空的。

在图11所示的例子中，障板137与外周框架105是一体的。替代地，障板137是机械上独立于加热元件33和/或附接件35的构件。障板137例如是刚性地附接到管状壳体15上的板。

障板137被放置在加热元件33的上游或下游。

在适用于本发明的所有实施方式的实施方式中，加热元件33具有与电源21的第一端子71和第二端子73电连接的第一区域143和第二区域145，加热元件33在第一区域143和第二区域145之间具有穿过加热元件33的限定用于电流的单个S形路径的贯穿的狭槽147(图12)。

第一区域143和第二区域145位于加热元件33的外边缘117上，并且关于加热元件33的几何中心彼此对称。

几何中心是板上所有点的重心。当加热元件是圆形时，它是圆的中心。

第一区域143和第二区域145将外边缘117分成两个相对的部分149和151。

贯穿的狭槽147在此被理解为是指从大面部43到大面部45在加热元件33的整个轴向厚度上穿过加热元件33的狭槽。

每个贯穿的狭槽147在大侧面43和大侧面45上是打开的。

狭槽147均相互平行。它们都在横向方向上延伸。

狭槽147彼此纵向接着(follow)，即它们都纵向彼此偏移。

每个狭槽147从外边缘117的部分149或部分151横向延伸。它在所述部分处是打开的。它延伸超过加热元件在所述狭槽处所取的横向宽度的50％，优选超过该宽度的75％。

狭槽147交替地从外边缘117的部分149和部分151延伸。换言之，两个纵向相邻的狭槽147将会是一个从外边缘117的部分149延伸而另一个从外边缘117的部分151延伸。

通常，第一区域143和第二区域145基本上纵向对齐。替代地，穿过第一区域143和第二区域145的线与纵向方向成小角度，通常小于45°。

因此，电流沿着包括多个横向分支153的路径，横向分支153通过沿相反方向交替定向的U形区域155彼此连接。

狭槽147的数量取决于加热构件33的尺寸。它通常在4到20个之间。

每个狭槽的宽度都很小，例如在1到3之间。

第一区域143和第二区域145通常是上述类型的加强边缘区域。

提供电流的加热元件具有这样的S形路径的优点是其共振频率相对较高，并且明显高于车辆内燃机产生的激励频率。因此，加热元件对发动机产生的振动不是很敏感，其坚固性和耐用性也对应提高。

上面已经针对圆形加热元件描述了本发明。加热元件可以具有任何其他合适的形状：卵形、跑道形、椭圆形、矩形、电视屏幕(即带有圆形的拐角和/或边缘的矩形)等。

上面已经针对与废气净化构件安装在相同的管状壳体中的加热构件描述了本发明。替代地，加热构件和废气净化构件安装在通过管道流体连接的不同的管状壳体中。

根据适用于所有实施方式的有利变型，加热元件33具有相对于轴线C倾斜5到30°的至少一个贯穿的狭槽。通常，加热元件33具有相对于轴线C倾斜5到30°的多个贯穿的狭槽。这些狭槽在大面部43和大面部45上是打开的。

每个狭槽沿着直线或弯曲的中心线是细长的。垂直于中心线截取的狭槽的笔直段由大致彼此平行的两个相对的边缘界定。这两个边缘均与轴线C形成5到30°的角度。

这具有使流过加热构件的废气转向并增加气体与加热构件之间的接触面积的优点。这改善了气体与加热元件之间的热传递。

在本发明的所有实施方式和设想的所有变型实施方式中，电绝缘层有利地布置在加热元件中的任何贯穿的狭槽中以引导电流。

Claims (21)

1.一种用于车辆的废气净化装置，该净化装置(1)包括：

-具有内表面(16)并具有中心轴线(C)的管状壳体(15)；

-容纳在所述管状壳体(15)中的电加热构件(19)，该加热构件(19)包括由导电材料制成并可渗透废气的加热元件(33)；

-为所述加热构件(19)供电的电源(21)；

-将所述加热元件(33)直接附接到所述内表面(16)上的附接件(35)。

2.根据权利要求1所述的净化装置，其中，所述加热元件(33)由泡沫制成，所述加热元件(33)具有中心部分(89)和至少一个加强边缘区域(91)，所述泡沫在所述中心部分(89)中具有第一密度，所述泡沫在所述加强边缘区域(91)中具有大于所述第一密度的第二密度，所述附接件(35)将所述加强边缘区域(91)或每个加强边缘区域(91)固定到所述内表面(16)上。

3.根据权利要求1或2所述的净化装置，其中，所述附接件(35)包括至少一个支撑板(93、95)，所述支撑板(93、95)沿着所述加热元件(33)的边沿(49)延伸，并刚性地附接到所述加热元件(33)的所述加强边缘区域(91)或加强边缘区域(91)。

4.根据权利要求3所述的净化装置，其中，所述附接件(35)包括将所述支撑板(93、95)或每个支撑板(93、95)刚性地固定到所述内表面(16)上的多个支柱(97)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的净化装置，其中，所述附接件(35)包括插在所述加热元件(33)与所述内表面(16)之间的电绝缘材料层(37)，所述电绝缘材料层(37)有利地包括径向插在所述加热元件(33)的边沿(49)与所述内表面(16)之间的圆柱形部分(39)。

6.根据权利要求5所述的净化装置，其中，所述电绝缘材料层(37)包括轴向插在所述加热元件(33)的大面部(43、45)与所述内表面(16)之间的至少一个环形部分(41)。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的净化装置，其中，所述附接件(35)包括围绕所述加热元件(33)并附接到所述管状壳体(15)上的外周框架(105)，所述电绝缘材料层(37)直接插在所述框架(105)与所述加热元件(33)之间。

8.根据权利要求7所述的净化装置，其中，所述外周框架(105)被分成轴向布置在所述加热元件(33)的两侧的两个半框架(111)，每个半框架(111)包括插在所述加热元件(33)的所述边沿(49)与所述内表面(16)之间的外周边缘(113)，两个所述外周边缘(113)彼此轴向互锁。

9.根据权利要求7或8所述的净化装置，其中，所述附接件(35)包括在距所述加热元件(33)的外边缘(117)一定距离处刚性地附接到所述加热元件(33)上的至少一个附接构件(115)，所述附接构件(115)或每个附接构件(115)具有在所述加热元件(33)的两侧轴向突出的端部(119)，所述外周框架(105)包括刚性地附接到所述附接构件(115)或每个附接构件(115)的所述端部(119)上的臂(121)。

10.根据权利要求7至9所述的净化装置，其中，所述管状壳体(15)具有在所述外周框架(105)处的焊接孔，以及通过所述焊接孔将所述外周框架(105)连接到所述管状壳体上的焊接接头。

11.根据权利要求7至10所述的净化装置，其中，所述外周框架(105)是所述管状壳体(15)的一部分。

12.根据权利要求5至11中任一项所述的净化装置，其中，所述电绝缘材料层(37)包括彼此堆叠的两个子层。

13.根据前述任一项权利要求所述的净化装置，其中，所述附接件(35)包括在大致垂直于所述中心轴线(C)的平面中延伸的支撑格栅(123)和将所述格栅(123)附接到所述内表面(16)上的附接构件(125)，所述格栅(123)具有大格栅面部(126)，所述加热元件(33)通过电绝缘杆(127)刚性地附接到所述大格栅面部(126)上。

14.根据前述任一项权利要求所述的净化装置，其中，所述加热元件(33)具有多个贯穿的狭槽(135)，所述净化装置(1)包括至少一个障板(137)，所述障板与所述加热元件(33)的大面部(43、45)相对布置并包括与所述狭槽(135)轴向相对的实心区域(139)。

15.根据前述任一项权利要求所述的净化装置，其中，所述加热元件(33)具有与所述电源(21)的第一端子(71)和第二端子(73)电连接的第一区域(143)和第二区域(145)，所述加热元件(33)在所述第一区域(143)与所述第二区域(145)之间具有穿过所述加热元件(33)的限定用于电流的单个S形路径的贯穿的狭槽(147)。

16.根据权利要求15所述的净化装置，其中，所述第一区域(143)和所述第二区域(145)位于所述加热元件(33)的外边缘(147)上，并且关于所述加热元件(33)的几何中心彼此对称。

17.根据权利要求15或16所述的净化装置，其中，所述狭槽(147)均相互平行。

18.根据前述任一项权利要求所述的净化装置，其中，所述加热元件(33)具有相对于所述轴线C倾斜5到30°的至少一个贯穿的狭槽(135)。

19.一种制造根据权利要求10所述的净化装置的方法，所述方法包括通过穿过设置在所述管状壳体(15)上的焊接孔在所述外周框架(105)上进行焊接而将所述外周框架(105)附接到所述管状壳体(15)上的步骤。

20.一种排气管线，其包括根据权利要求1至18中任一项所述的净化装置。

21.一种车辆，其包括根据权利要求20所述的排气管线。

Images