CN115750047A - 废气加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的废气设备的废气加热器，所述废气加热器包括载体装置(12)和承载在载体装置(12)上的具有至少一个加热导体(22、24)的加热导体装置(20)，所述载体装置包括包围废气加热器纵轴线(L)的环状的第一载体元件(14)和多个与第一载体元件(14)分开构成的第二载体元件(16、18)，所述第二载体元件在第一连接区域(52、76)中与第一载体元件(14)连接并且在第二连接区域(54)中与加热导体装置(22)的耦合区域(44)连接。

Description

废气加热器
技术领域
本发明涉及一种废气加热器，利用所述废气加热器可以在机动车的废气设备中将热量传递到在其中流动的、由内燃机排出的废气中，以便由此特别是在内燃机运行的启动阶段中将相对于废气加热器设置在下游的系统区域、例如催化器或颗粒过滤器更快速地达到运行温度。
背景技术
从在后公布的德国专利申请DE 10 2021 109 568中已知一种废气加热器，在所述废气加热器中，在载体装置的两个由金属片材料所构成的基本上板状的载体元件之间，沿废气主流动方向依次地设置加热导体装置的两个通过从扁平材料中分离而提供的、基本上板状或面式的加热导体。载体元件和设置在载体元件之间的加热导体的层结构通过多个构造成销栓式的连接元件保持在一起。为了实现加热导体相对于载体元件或者也相对于彼此的电绝缘，在所述加热导体之间分别设置多个由电绝缘材料、例如陶瓷材料制成的载体元件。
发明内容
本发明的目的是提供一种废气加热器，其中，尤其是在高废气温度中，在改进传热能力的同时、特别是在高废气温度下确保加热导体装置与载体装置的稳定结合。
根据本发明，所述目的通过一种用于内燃机的废气设备的废气加热器来实现，所述废气加热器包括载体装置和承载在载体装置上的具有至少一个加热导体的加热导体装置，所述载体装置包括包围废气加热器纵轴线的环状的第一载体元件和多个第二载体元件，所述第二载体元件与第一载体元件分开地构成并且在第一连接区域中与第一载体元件连接以及在第二连接区域中与加热导体装置的耦合区域连接。
通过将第二载体元件设计成单独的构件，可以以与相应出现的热负荷更好地适配的方式和形式将第二载体元件与加热导体装置以及与环状的第一载体元件连接，以便由此尤其是避免在耦合区域中对加热导体装置的过度屏蔽，在所述耦合区域中所述加热器装置与载体装置处于相互承载作用中。
这里，一种设计方案是特别有利和优选的，在所述设计方案中，所述第二载体元件在其第一连接区域中电绝缘地与第一载体元件连接。此时，不必在载体元件和加热导体装置之间设置电绝缘结构，从而在与第二连接区域连接的耦合区域中不会通过用于电绝缘的构件屏蔽加热导体装置。
第二载体元件例如可以在其第一连接区域中通过连接元件与第一载体元件连接，在第一连接区域和第一载体元件之间设置绝缘元件和/或在第一连接区域和连接元件之间设置绝缘元件。
为了此时避免废气直接流入并由此避免安装例如螺栓状构成的连接元件的区域由于不同的热膨胀而损失稳定的相互保持作用，这里提出，所述第一载体元件与至少一个第一连接区域、优选与每个第一连接区域相配地包括流动屏蔽区域，并且所述至少一个第一连接区域、优选每个第一连接区域设置在相配的流动屏蔽区域的流出侧。
在一个能简单且稳定地实现的设计方案中，所述第二载体元件在其第二连接区域中通过材料锁合、优选焊接地与加热导体装置连接。这避免了在第二连接元件区域中对加热导体装置的任何过度屏蔽。此外，这种连接形式还有助于也可以通过加热导体装置加热第二连接元件并且因此可以增大向围绕加热导体流动的废气传递热量的表面。
为了稳定地将加热导体装置保持在载体装置上而提出，在至少一个第二载体元件构造成连接臂时，第一连接区域和第二连接区域相对于彼此径向错开地设置和/或沿径向方向不重叠。
此时，例如至少一个优选地每个构造成连接臂的第二载体元件可以在其第二连接区域中与加热导体装置的径向内部的耦合区域连接。
此外，可以这样来辅助实现加热导体装置在载体装置上稳定的保持，即在第二载体元件至少一个构造成连接夹时，第一连接区域和第二连接区域相对于彼此沿径向基本上不错开地设置和/或沿径向方向重叠。
这可以这样来实现，即至少一个、优选每个构造成连接夹的第二载体元件与加热导体装置径向外部的耦合区域连接。
为了此时能够在周边上分布地实现基本相同的保持效果而提出，在至少两个构造成连接臂的第二载体元件之间设置至少一个构造成连接夹的第二载体元件，和/或在至少两个构造成连接夹的第二载体元件之间设置至少一个构造成连接臂的第二载体元件。
加热导体装置可以包括至少一个基本上构造成板状的加热导体。这种构造成板状或面式的加热导体例如可以通过从板状的金属坯料中分离来制造。为了实现尽可能大的用于与流动通过废气加热器的废气的热相互作用的表面而提出，所述加热导体装置包括至少一个构造成具有多个在周向上依次设置的蛇形盘绕区的加热导体，在周向上依次设置的蛇形盘绕区交替地在沿径向内部的盘绕区连接区域中和沿径向外部盘绕区的连接区域中相互连接。
此外，可以这样实现与流动通过废气加热器的废气的有效热相互作用，即所述加热导体装置包括两个沿轴向依次设置的加热导体。
当各加热导体并联时，在所述加热导体装置的至少一个、优选每个设置成用于与第二连接区域连接的耦合区域中，所述至少两个加热导体可以相互连接、优选材料锁合地连接。
此时，为了稳定地保持加热导体装置，可以设定，所述加热导体装置的至少一个耦合区域设置在径向内部的盘绕区连接区域上，和/或加热导体装置的至少一个耦合区域设置在径向外部盘绕区连接区域上。
此外，本发明还涉及一种用于车辆中的内燃机的废气设备，所述废气设备包括至少一个根据本发明构成的废气加热器。
附图说明
下面参照附图详细说明本发明。
其中：
图1用透视图示出废气加热器；
图2用另一个透视图示出图1的废气加热器；
图3示出图1和图2的废气加热器的局部轴向视图；
图4示出图1和2的废气加热器在构造成连接臂的第二载体元件区域中的透视细节图；
图5放大示出图4中的细部V；
图6放大示出图4中的细部VI；
图7示出图1和图2的废气加热器在构造成连接夹的第二载体元件的区域中的透视细节图。
具体实施方式
图1至3用透视图或以轴向视图示出总体用10表示的用于内燃机的废气设备的废气加热器。所述废气加热器10用于向流动通过废气加热器的废气传递热量，以便尤其是在内燃机运行的启动阶段使得设置在废气加热器10下游的系统区域、如例如催化器或颗粒过滤器通过在废气加热器10上加热的废气更快速地达到相应要进行的反应所需的运行温度。
废气加热器10包括总体用12表示的载体装置。载体装置12包括例如由金属板材料成形的环状的第一载体元件14，所述第一载体元件在周向上优选基本上完全包围废气加热器纵轴线L并且由此例如可以具有闭合的环结构。当安置在废气设备的废气引导组件中时，所述废气加热器纵轴线L基本上沿废气主流动方向A定向，由内燃机排出的废气流沿所述废气主流动方向朝废气加热器10流动。
此外，载体装置12还包括多个构造成连接臂的第二载体元件16和多个构造成连接夹的第二载体元件18。第二载体元件16、18例如也由板材料或金属材料构成，并且作为与第一载体元件12分开构成的构件提供。
总体用20表示的加热导体装置承载在载体装置12上。在所示的实施例中，所述加热导体装置20构造成有两个沿废气加热器纵轴线L的方向前后相继设置的加热导体22、24，加热导体22比加热导体24更靠上游设置。
两个加热导体22、24具有相对于废气加热器纵轴线L基本上正交延伸的、板状的结构并且例如通过从金属材料坯料中分离来提供。为了实现尽可能大的用于与流动通过废气加热器10的废气发生热相互作用的表面，沿轴向依次设置的加热导体22、24具有多个沿周向依次设置的蛇形盘绕区26、28、30、32、34、36。在每个蛇形盘绕区26、28、30、32、34、36中，加热导体22、24具有多个基本上沿周向延伸的并且径向彼此交错的蛇形盘绕区。彼此沿周向直接相邻的蛇形盘绕区26、28、30、32、34、36交替地在沿径向内部的盘绕区连接区域40中或在沿径向外部的盘绕区连接区域42中相互连接，或在所述沿径向内部或沿径向外部的盘绕区连接区域40、42中相互邻接。
在各个蛇形盘绕区26、28、30、32、34、36中，加热导体22、24，以其蛇形盘绕部段相互隔开轴向间距，但加热导体22、24这样成形，使得在沿径向内部的盘绕区连接区域40和沿径向外部的盘绕区连接区域42中，加热导体22、24相互贴合，以便由此为加热导体装置20提供与耦合装置12连接的沿径向内部的耦合区域44或沿径向外部的耦合区域46，在所述耦合区域中，所述加热导体装置与载体装置12或者第二载体元件16、18连接。
在两个彼此直接相邻的蛇形盘绕区26、28中，两个加热导体22、24以其沿径向最外面的蛇形盘绕部段在所述蛇形盘绕部段相互连接的区域中提供相应的接触元件48、50，在所述接触元件中，加热导体装置20可以通过相应的接触单元与电压源导电连接。
图4用细节示出构造成连接臂的第二载体元件16。所述第二载体元件16或者说每个构造成连接臂的第二载体元件16基本上沿径向方向延伸并且在其沿径向外部的端部区域中提供第一连接区域52，用于连接到载体装置12的第一载体元件14上。在其沿径向位于内部的端部区域中，例如由板材料成形的并构造成连接臂的第二载体元件16提供相对于第一连接区域52沿径向错开的并且沿径向方向或沿周向不与第一连接区域重叠的第二连接区域54，在所述第二连接区域中，所述第二载体元件与加热导体装置20的沿径向内部的耦合区域44固定连接。这种固定连接优选通过材料锁合、即例如通过焊接来实现，此时，通过这种材料锁合，所述或每个构造成连接臂的第二载体元件16在提供相应的沿径向内部的耦合区域44的沿径向内部的盘绕区连接区域40中与两个加热导体22、24固定连接。由此在加热导体装置20连接到载体装置12上的这个区域中不存在对加热导体装置20的屏蔽、尤其是热屏蔽。
在其沿径向位于外部的第一连接区域52中，构造成连接臂的第二载体元件16在使用相应的基本上构造成销栓状的连接元件56情况下连接到第一载体元件14上。与每个第一连接区域52相配地在第一载体元件14上构成沿径向向内突出的朝上游方向构造成圆顶状的流动屏蔽区域58，所述流动屏蔽区域沿周向以及沿径向方向基本上完全覆盖相配的第一连接区域52，并且由于以下情况，即所述流动屏蔽区域相对于相配的第一连接区域52定位在上游侧，所述流动屏蔽区域针对废气的直接冲流屏蔽所述第一连接区域。
每个连接元件56都构造成螺栓，所述螺栓具有外螺纹杆60、头部62和旋拧到外螺纹杆60上的螺母64。为了在构造成连接臂的第二连接元件16的第一连接区域52中实现所述第二连接元件的电绝缘，在每个第一连接区域52和第一载体元件14或设置在第一载体元件上的流动屏蔽区域58之间设置例如用陶瓷材料构成的盘状的绝缘元件66。同样，在第一连接区域52和相配的连接元件56的头部62之间也设置例如由陶瓷材料构成的绝缘元件68。由此，每个第一连接区域52在所述两个与其相配的绝缘元件66、68之间通过相应的连接元件60稳定地且电绝缘地承载在第一载体元件14上。通过流动屏蔽区域58针对废气流的直接冲流屏蔽绝缘元件66、68和相应连接元件56的主要区域，使得在这个区域中不会出现过度的热负荷，并且确保了构造成连接臂的第二载体元件16与环状的第一载体元件14有稳定的机械结合。
在图7中用细节示出构造成连接夹的第二载体元件18。每个构造成连接夹的第二载体元件18具有基本上U形的结构，这种结构具有两个U形侧边70、72和连接所述侧边的连接腹板74。例如U形侧边70、72之一可以与连接腹板74一体地构成并且与构造成单独构件的另外的U形侧边、在所示实施例中与U形侧边70例如通过材料锁合、例如通过焊接或类似方式固定连接。构造成具有U形结构、就是说构造成连接夹的第二载体元件18原则上也可以一体地设计成板材成形件。
在第二载体元件18的U形侧边70上构成第二载体元件的第一连接区域76，在所述第一连接区域中，构造成连接夹的第二连接元件18通过例如构造成销栓状的连接元件78与第一载体元件14连接。这个连接元件78也构造成具有外螺纹杆80和设置在外螺纹杆上的头部82以及旋拧到外螺纹杆80上的螺母84。在第一连接区域76和相配的设置在第一载体元件14上的流动屏蔽区域58之间设有绝缘元件86。同样，在第一连接区域76和连接元件78的头部82之间也设有绝缘元件88，使得第一连接区域76针对废气的直接冲流基本上受屏蔽地、电绝缘地承载在第一载体元件14上。
构造成连接夹的第二载体元件18的设置在与第一连接区域76相同的径向区域中的并且与所述第一连接区域沿径向和沿周向上基本上完全重叠地设置的第二连接区域90在提供沿径向外部的耦合区域46的沿径向外部的盘绕区连接区域42中在加热装置朝下游定向的侧面上从后面搭接加热导体装置20的两个加热导体22、24，并且在这里通过材料锁合、例如焊接与两个加热导体22、24固定连接。
在图1至图3中可以看出，载体装置12沿周向上依次分别包括构造成连接臂的第二连接元件16和构造成连接夹的第二载体元件18，所述构造成连接臂的第二连接元件具有沿径向相互错开的并且彼此不重叠的第一和第二连接区域52、54，所述构造成连接夹的第二载体元件具有沿径向相互基本上不错开的并且彼此重叠的第一和第二连接区域76、90。由此，确保交替地在加热导体装置沿径向外部的区域和在加热导体装置沿径向内部的区域中稳定地保持加热导体装置20。此外，在这种布置形式中，基本上沿径向延伸且构造成连接臂的第二载体元件16设置成，使得所述第二载体元件定位于在两个沿周向相互直接相邻的蛇形盘绕区26、28、30、32、34、36之间形成的中间空间中，或者在加热导体装置20的上游侧覆盖所述中间空间。由此，至少在由这种第二载体元件16所覆盖的区域中，避免了废气在没有与加热导体22、24发生热交换作用的情况下直接流动穿过加热导体装置20。此外，由于材料锁合地或直接地并且在没有中间设置绝缘元件的情况下实现连接到加热导体装置20上，第二载体元件16、18与加热导体装置处于直接的热接触，从而当通过向接触元件48、50施加电压而使加热导体装置20升温时，第二载体元件16、18也升温并且由此可以向围绕第二载体元件流动的废气传递热量。
本发明提供了一种结构简单的、能用少量构件制造的废气加热器，在这种废气加热器中，在所示实施例中相互并联的加热导体基本上没有不能由废气冲流的或不能用于向废气传递热量的长度区域。这提高了热传递的效率。同时，加热导体装置通过不同的第二载体元件稳定地承载在环状的第一载体元件上，这里，由于涉及加热导体装置以及也涉及第一载体元件设置的连接形式，基本上避免了出现由于不同的热膨胀导致保持稳定性损失的风险。这尤其有助于实现，用于电绝缘的绝缘元件不在第二载体元件和加热导体装置之间起作用，而是在第二载体元件和第一载体元件之间起作用，并且由此不是直接通过加热管线加热。
最后要指出的是，在不偏离于本发明的原理的情况下，对于废气加热器的上面说明的结构，可以存在不同的变型。这样，例如加热导体装置也可以仅具有一个这种类型的、基本上板状的加热导体，所述加热导体可以例如以图中所示的方式和形式连接到载体装置上。此外，构造成连接臂和连接夹的第二载体元件的周向顺序可以与图中所示的顺序不同。在没有中间安装绝缘元件的情况下设置的第二载体元件到加热导体装置的连接可以备选或附加于前面所述的材料锁合的连接以例如通过销栓式的连接元件、例如铆钉或类似物来实现。

Claims (15)

1.用于内燃机的废气设备的废气加热器，所述废气加热器包括载体装置(12)和承载在载体装置(12)上的具有至少一个加热导体(22、24)的加热导体装置(20)，所述载体装置包括包围废气加热器纵轴线(L)的环状的第一载体元件(14)和多个与第一载体元件(14)分开构成的第二载体元件(16、18)，所述第二载体元件在第一连接区域(52、76)中与第一载体元件(14)连接并且在第二连接区域(54、90)中与加热导体装置(22)的耦合区域(44、46)连接。
2.根据权利要求1所述的废气加热器，其特征在于，所述第二载体元件(16、18)在其第一连接区域(52、76)中电绝缘地与第一载体元件(14)连接。
3.根据权利要求2所述的废气加热器，其特征在于，所述第二载体元件(16、18)在其第一连接区域(52、76)中通过连接元件(56、78)与第一载体元件(14)连接，在第一连接区域(52、76)和第一载体元件(14)之间设置绝缘元件(66、86)和/或在第一连接区域(52、76)和连接元件(56、78)之间设置绝缘元件(68、88)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的废气加热器，其特征在于，所述第一载体元件(14)与至少一个第一连接区域(52、76)、优选与每个第一连接区域相配地包括流动屏蔽区域(58)，并且所述至少一个第一连接区域(52、76)、优选每个第一连接区域设置在相配的流动屏蔽区域(58)的流出侧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的废气加热器，其特征在于，所述第二载体元件(16、18)在其第二连接区域(54、90)中通过材料锁合、优选通过焊接与加热导体装置(20)连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的废气加热器，其特征在于，对于至少一个构造成连接臂的第二载体元件(16)，第一连接区域(52)和第二连接区域(54)相对于彼此径向错开地设置和/或沿径向方向不重叠。
7.根据权利要求6所述的废气加热器，其特征在于，至少一个、优选每个构造成连接臂的第二载体元件(16)在其第二连接区域(54)中与加热导体装置(20)的沿径向内部的耦合区域(44)连接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的废气加热器，其特征在于，对于至少一个构造成连接夹的第二载体元件(18)，第一连接区域(76)和第二连接区域(90)相对于彼此沿径向基本上不错开地设置和/或沿径向方向重叠。
9.根据权利要求8所述的废气加热器，其特征在于，至少一个、优选每个构造成连接夹的第二载体元件(18)与加热导体装置(20)沿径向外部的耦合区域(46)连接。
10.根据权利要求6或7和权利要求8或9所述的废气加热器，其特征在于，在至少两个构造成连接臂的第二载体元件(16)之间设置至少一个构造成连接夹的第二载体元件(18)，和/或在至少两个构造成连接夹的第二载体元件(18)之间设置至少一个构造成连接臂的第二载体元件(16)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的废气加热器，其特征在于，所述加热导体装置(20)包括至少一个基本上构造成板状的加热导体(22、24)，或/和所述加热导体装置(20)包括至少一个构造成具有多个在周向上依次设置的蛇形盘绕区(26、28、30、32、34、36)的加热导体(22、24)，在周向上依次设置的蛇形盘绕区(26、28、30、32、34、36)交替地在沿径向内部的盘绕区连接区域(40)中和沿径向外部的盘绕区连接区域(42)中相互连接。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的废气加热器，其特征在于，所述加热导体装置(20)包括两个沿轴向依次设置的加热导体(22、24)。
13.根据权利要求12所述的废气加热器，其特征在于，在所述加热导体装置(20)的至少一个、优选每个设置成用于与第二连接区域(54、90)连接的耦合区域(44、46)中，所述至少两个加热导体(22、24)相互连接、优选材料锁合地连接。
14.根据权利要求11和权利要求13所述的废气加热器，其特征在于，所述加热导体装置(20)的至少一个耦合区域(44)设置在径向内部的盘绕区连接区域(40)上，和/或加热导体装置(20)的至少一个耦合区域(46)设置在径向外部盘绕区连接区域(42)上。
15.用于车辆中的内燃机的废气设备，所述废气设备包括至少一个根据权利要求1至14中任一项所述的废气加热器(10)。
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