排气加热器

技术领域

本发明涉及一种排气加热器，利用所述排气加热器，在机动车的排气设备中可以将热量传递到在其中流动的、由内燃机喷出的排气上，以便由此特别是在运行内燃机的起动阶段中将关于排气加热器在下游设置的系统区域、例如催化器或颗粒过滤器较快速地置于运行温度。

背景技术

由在后公开的德国专利申请DE102021109568已知一种排气加热器，在该排气加热器中，在支架布置结构的两个由板料构造的、基本上板状的支架元件之间沿排气主流动方向相继地设置有热导体布置结构的通过从扁平材料分离出来而提供的、基本上板状地或面状地构造的两个热导体。通过多个螺栓状地构造的连接元件，支架元件和在其之间设置的热导体的层状的构造保持在一起。为了实现热导体关于支架元件的或者也关于彼此的电绝缘，在所述支架元件之间分别设置有多个由电绝缘材料、例如陶瓷材料构成的支承元件。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种排气加热器，在该排气加热器中，确保排气加热器的部件的与排气加热器的温度无关的稳定结合。

按照本发明，所述任务通过一种按照权利要求1所述的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布置结构和支承在所述支架布置结构上的热导体布置结构，所述热导体布置结构具有至少一个载流的热导体，所述至少一个热导体通过沿连接元件纵轴线的方向延伸的至少一个连接元件关于所述支架布置结构支承，以与至少一个连接元件相配设的方式设置有至少一个长度补偿布置结构，所述长度补偿布置结构具有第一长度补偿元件和第二长度补偿元件，所述第一长度补偿元件具有提供楔成形部的第一支撑面，所述第二长度补偿元件具有支撑在所述第一支撑面上的、提供配合楔成形部的第二支撑面，所述第一长度补偿元件和所述第二长度补偿元件具有彼此不同的热膨胀系数。

通过在以具有不同的热膨胀系数的材料构造的两个长度补偿元件上的彼此贴靠的支撑面，并且通过经由两个支撑面的相互作用生成的楔作用，在排气加热器加热时，以较小热膨胀系数构造的长度补偿元件比另一个长度补偿元件较不强烈地膨胀，然而通过该另一个长度补偿元件沿连接元件纵轴线的方向移动或加载。由此，特别是补偿所配设的连接元件沿其纵轴线的方向在加热时出现的膨胀，从而随着温度增加也可以确保热导体布置结构与支架布置结构固定地保持在一起。

为了避免电短路，提出：所述至少一个热导体借助于至少一个支架布置结构支撑单元关于所述支架布置结构电绝缘地支撑。

为了在强烈的热负荷和机械负荷下也稳定的构造，所述支架布置结构可以包括两个支架元件，所述支架元件将所述热导体布置结构沿排气加热器纵轴线的方向容纳在其之间，并且所述热导体布置结构可以关于每个支架元件借助于至少一个支架布置结构支撑单元电绝缘地支撑。

在能简单地且以小数量的构件实现的并且因此特别是也非常紧凑的构造中，至少一个支架布置结构支撑单元可以提供长度补偿布置结构。

连接元件的特别是在由热决定的膨胀时的长度补偿也可以通过如下方式实现：至少一个、优选每个连接元件沿所述连接元件纵轴线的方向关于所述支架布置结构借助于至少一个长度补偿布置结构支撑。

为了获得在长度补偿布置结构的长度补偿元件之间的定义的楔相互作用，在至少一个、优选每个长度补偿布置结构中，所述第一长度补偿元件可以具有由所述第一支撑面至少部分地包围的第一连接元件穿透开口或/和所述第二长度补偿元件可以具有由所述第二支撑面至少部分地包围的第二连接元件穿透开口。

在至少一个、优选每个长度补偿布置结构中，所述第一支撑面或/和所述第二支撑面可以截锥形地构造。

为了能够特别有效地利用通过长度补偿元件提供的楔作用，提出：第一支撑面和第二支撑面的配设给具有较小热膨胀系数的长度补偿元件的支撑面面对所述连接元件地取向，并且第一支撑面和第二支撑面的配设给具有较大热膨胀系数的长度补偿元件的支撑面背离所述连接元件地取向。

特别是在支撑面设计为截锥形的面时，为此可以规定：第一支撑面和第二支撑面的配设给具有较小热膨胀系数的长度补偿元件的支撑面是内截锥面，并且第一支撑面和第二支撑面的配设给具有较大热膨胀系数的长度补偿元件的支撑面是外截锥面。

为了能低成本地实现的、尽管如此仍稳定的且对排气的影响有抵抗力的构造，提出：在至少一个、优选每个长度补偿布置结构中，第一长度补偿元件和第二长度补偿元件中的至少一个长度补偿元件以金属材料构造。

特别是当热导体布置结构应借助于长度补偿布置结构关于支架布置结构电绝缘地支撑时，有利的是：在至少一个、优选每个长度补偿布置结构中，第一长度补偿元件和第二长度补偿元件中的至少一个长度补偿元件以电绝缘材料、优选陶瓷材料构造。

为了关于热导体布置结构或支架布置结构的支撑，在至少一个、优选每个长度补偿布置结构中，所述第一长度补偿元件可以具有与所述连接元件纵轴线基本上正交的第三支撑面，或/和所述第二长度补偿元件可以具有与所述连接元件纵轴线基本上正交的第四支撑面。

至少一个、优选每个连接元件可以具有包括头部和外螺纹杆的螺栓以及与所述外螺纹杆处于螺纹嵌接中的螺母。为了关于支架布置结构支撑这样的连接元件于是可以进一步规定：在至少一个、优选每个连接元件中，所述头部或/和所述螺母借助于长度补偿布置结构关于所述支架布置结构支撑。

一种紧凑结构型式可以通过如下方式辅助支持：至少一个、优选每个连接元件包括在至少一个、优选每个轴向端部区域中与所述支架布置结构通过材料锁合连接的连接螺栓。

本发明还涉及一种用于内燃机的排气设备，所述排气设备包括至少一个具有按照本发明的构造的排气加热器。

附图说明

随后参考附图详细描述本发明。附图中：

图1示出排气加热器的透视图；

图2示出图1的排气加热器的纵剖视图；

图3以原理图示出排气加热器的纵剖图，该排气加热器具有以与连接元件相配设的方式设置的支架布置结构支撑单元和长度补偿布置结构；

图4示出一种备选设计型式的对应于图3的图示；

图5示出一种备选设计型式的另一个对应于图3的图示；

图6示出一种备选设计型式的另一个对应于图3的图示；

图7示出一种备选设计型式的对应于图3的图示；

图8示出一种备选设计型式的另一个对应于图3的图示；

图9示出一种备选设计型式的另一个对应于图3的图示；

图10示出一种备选设计型式的另一个对应于图3的图示；

图11示出一种备选设计型式的另一个对应于图3的图示。

具体实施方式

在图1和图2中示出用于例如在机动车上的内燃机的排气设备12的排气加热器10。排气加热器10在排气设备12中能由排气沿排气主流动方向H流经并且具有一般以18表示的热导体布置结构的两个沿排气加热器纵轴线L的方向相继设置的且由此能由基本上沿排气主流动方向H流动的排气依次环流的热导体14、16。热导体14、16基本上板状地构造或由扁平材料构造并且可以以所述热导体的利用多个以波纹状结构延伸的区段提供的结构通过从扁平材料坯件、特别是金属坯件分离出来而产生。

在两个热导体14、16的沿排气加热器纵向方向L彼此背离的侧上设置有一般以24表示的支架布置结构的基本上板状构造的支架元件20、22。板状的支架元件20、22在其外周区域上固定在基本上柱形的支架壳体26上。

两个热导体14、16可以彼此串联或并联地连接。为了与电源电连接，设置有两个贯穿支架壳体26的接头单元28、30，所述接头单元在由支架壳体26包围的内部空间中与热导体14、16导电连接。

为了获得稳定结合，两个支架元件20、22和在其之间设置的彼此直接相邻的热导体14、16通过多个螺栓状构造的连接元件32固定地相互连接。连接元件32例如可以构造为具有外螺纹杆34和头部36的螺栓。螺母37拧紧到外螺纹杆34上，以便夹紧支架元件20、22和热导体14、16的层状的构造。连接元件32例如可以以钢材或镍铬合金构造。

为了实现热导体14、16关于支架布置结构24的通常由金属材料构造的支架元件20、22的电绝缘，在热导体元件14与支架元件20之间例如以与每个连接元件32相配设的方式设置有以电绝缘材料、例如陶瓷材料构造的基本上板状或垫圈状构造的且由所配设的连接元件32在其中设置的开口的区域中贯穿的支架布置结构支撑单元38。同样地，例如以与每个连接元件32相配设的方式设置有在热导体16与支架元件22之间设置的支架元件支撑单元40。支架元件支撑单元38、40例如可以是彼此基本上结构相同的。

为了将两个并排的热导体14、16关于彼此电绝缘地支撑，例如以与每个连接元件32相配设的方式设置有热导体支撑单元42。每个热导体支撑单元42也基本上板状地以一个或多个盘构造并且以陶瓷材料构造。

参考图3至图11随后描述排气加热器的不同的设计方式、特别是关于支架布置结构24或其支架元件20、22与热导体布置结构18或其热导体14、16的固定连接通过这些部件保持在一起的连接元件32。在图3至图11中分别示出热导体的如下区域，连接元件32定位在所述区域中或贯穿支架元件20、22或热导体14、16中的所配设的开口。由于简单的结构设计，有利的是：在相应的排气加热器中，所有如下区域相同地构造，在所述区域中，借助于相应的连接元件32实现支架元件20、22与热导体14、16的固定结合。然而，原则上可能在这样的区域中设置有用于提供固定结合的不同设计。

图3对于排气加热器10的按照本发明的设计以原理图示出两个支架元件20、22和设置在其之间的热导体14、16借助于连接元件32连接的区域。在两个热导体14、16之间可看到热导体支撑单元42。在热导体14、16由连接元件32贯穿的地方，可以将套筒状的绝缘元件43装入到在热导体14、16中构成的开口中，以便实现连接元件32在设置在热导体14、16中的开口中的定义的定位。

在支架布置结构24的支架元件20与支架布置结构支撑单元38之间设置一般以44表示的长度补偿布置结构。配设给示出的连接元件32的长度补偿布置结构44包括两个长度补偿元件46、48，所述长度补偿元件分别具有由连接元件32的外螺纹杆34贯穿的连接元件穿透开口50、52。第一连接元件46以截锥形的第一支撑面54构造，该第一支撑面提供外截锥面。第二连接元件48以截锥形的第二支撑面56构造，该第二支撑面提供内截锥面并且具有与第一支撑面54相同的锥角并且支撑在该第一支撑面上。第一支撑面54提供楔成形部，该楔成形部与提供配合楔成形部的第二支撑面56配合作用。

两个长度补偿元件46、48以具有不同的热膨胀系数或线膨胀系数的材料构造。在一种有利设计方案中，第一长度补偿元件46的结构材料具有比第二长度补偿元件48的结构材料大的、有利地大得多的热膨胀系数。

在图3中示出的设计示例中，第一长度补偿元件以与连接元件纵轴线V基本上正交的第三支撑面58支撑在支架元件20上。第二长度补偿元件48以与连接元件纵轴线V基本上正交的第四支撑面60支撑在以电绝缘材料构造的支架布置结构支撑单元38上。因为由此通过所配设的支架布置结构支撑单元38，长度补偿布置结构44关于热导体布置结构18、特别是关于热导体14电绝缘地支撑，所以长度补偿元件46、48不必必然地以电绝缘材料构造。每个所述长度补偿元件46、48例如可以以金属材料构造，这些结构材料要这样选择，使得满足如下条件：第一长度补偿元件46的结构材料具有比第二长度补偿元件的结构材料大的、特别是大得多的热膨胀系数。然而，原则上所述两个长度补偿元件46、48中的至少一个长度补偿元件也可能以电绝缘材料、例如陶瓷材料构造，同样要满足如下条件：所述两个补偿元件46、48中的一个补偿元件的结构材料、优选第一长度补偿元件46的结构材料具有比相应另一个长度补偿元件的结构材料大的、优选大得多的热膨胀系数。

在这样的排气加热器10的运行中，其温度可以升高到超过900℃的值。这可能导致不同部件的、特别是连接元件32的相对强烈的热膨胀。外螺纹杆34的过度的热诱导的伸长可能导致：失去对要通过连接元件32保持在一起的部件的固定夹紧。然而，连接元件32的这样的热诱导的线膨胀通过长度补偿布置结构44通过如下方式补偿：在热影响下相对强烈地膨胀的长度补偿元件、特别是以较大热膨胀系数构造的第一长度补偿元件46同样沿连接元件纵轴线V的方向膨胀并且通过楔作用将所述另一个长度补偿元件、即例如具有较小热膨胀系数的第二长度补偿元件48沿连接元件纵轴线V的方向加载或移动。由此，补偿所述连接元件32或其外螺纹杆34的线膨胀并且保持对在头部36与螺母37之间夹紧的部件的固定的保持在一起。特别是为此有利的是：以比外螺纹杆34小的轴向结构长度构造的具有较大热膨胀系数的长度补偿元件具有比连接元件32或其外螺纹杆34的结构材料的热膨胀系数大的、特别是大得多的热膨胀系数。具有较小热膨胀系数的长度补偿元件的热膨胀系数例如可以小于连接元件32的热膨胀系数。

一种改变的设计方式在图4中示出。在图4中示出的设计方式中，长度补偿布置结构44也设置在支架布置结构24的两个支架元件20、22之间，然而处于支架元件22与提供关于热导体16的电绝缘的支架布置结构支撑单元40之间。所述作用方式对应于先前参考图3描述的作用方式。

参考图3和图4要指出：不管利用两个长度补偿元件46、48构造的长度补偿布置结构44设置在哪个位置上，所述长度补偿布置结构也可能这样装入，使得第二长度补偿元件48以其第四支撑面60支撑在所述两个支架元件20、22中的一个支架元件上，而第一长度补偿元件46以其第三支撑面58支撑在所述两个支架布置结构支撑单元38、40中的一个支架布置结构支撑单元上。

图5示出一种设计方案，该该设计方案中，所述两个支架布置结构支撑单元38、40中的一个支架布置结构支撑单元、特别是支架布置结构支撑单元38通过长度补偿布置结构44提供。第二长度补偿元件48以其第四支撑面60直接支撑在热导体14上，而如同在图3的设计方式中那样，第一长度补偿元件46以其第三支撑面58支撑在支架布置结构24的支架元件20上。因为支架元件20通常以板料构造并且由此是导电的，在该设计方案中必须通过长度补偿布置结构44也实现热导体布置结构18、特别是热导体14关于支架元件20的电绝缘功能。为此，所述长度补偿元件46、48中的至少一个长度补偿元件必须以电绝缘材料构造。以有利的方式，第二长度补偿元件48例如以陶瓷材料构造，同样要满足先前描述的条件：两个长度补偿元件46、48具有彼此不同的、优选明显不同的热膨胀系数。

在图5中示出的设计方式中，长度补偿布置结构44也可能设置在热导体16与支架元件22之间的区域中，并且在该设计方案中，长度补偿布置结构44也可能回转地装入，从而提供外截锥面的第一长度补偿元件46以其第三支撑面58支撑在热导体14、16上，而第二长度补偿元件48以其第四支撑面60于是支撑在直接相邻的支架元件20或22上。

图6借助原则上在图4中示出的设计变型方案示例性地形象说明，为了提供必需的长度补偿功能，可以改变长度补偿布置结构44的结构长度D。可看到：该长度补偿布置结构在图6中示出的设计方式具有沿连接元件纵轴线V的方向的明显较大的膨胀，所述膨胀例如可以处于6mm的范围内。

图7示出排气加热器10的组合图3和图4的设计方式的一种设计方式。不仅以与支架元件20相配设的方式而且以与支架元件22相配设的方式设置有分别具有第一长度补偿元件46和第二长度补偿元件48的长度补偿布置结构44。这能实现热导体14、16在两个支架元件20、22之间的对称夹紧和长度补偿功能向两个彼此隔开间距的轴向区域上的分配。

在图7中示出的设计变型中，所述两个长度补偿布置结构44中的至少一个长度补偿布置结构也可能这样装入，使得相应的第一长度补偿元件46关于分别相邻的支架布置结构支撑单元38或40支撑，而相应的第二长度补偿元件48关于分别相邻的支架元件20或22支撑。

图8示出排气加热器10的一种设计变型方案，在该设计变型方案中，基于图5的设计原则，每个所述支架布置结构支撑单元38、40通过长度补偿布置结构44提供。长度补偿布置结构44处于所述两个热导体14、16中的每个热导体与分别相邻的支架元件20、22之间，在这里所述设计方案也可以是这样的，使得相应的以电绝缘材料构造的第二长度补偿元件48贴靠在热导体14或16上，而相应的第一长度补偿元件46支撑在直接相邻的支承元件20或22上。在这里，也可能选择相反的安装情况，在该安装情况下，在所述长度补偿布置结构44中的至少一个长度补偿布置结构中，第二长度补偿元件48支撑在分别配设的支架元件20或22上。

图9示出热导体的一种设计方案，所述连接元件或每个连接元件32构造为连接螺栓，所述连接螺栓在其两个轴向端部区域中基本上不突出于支架布置结构24的支架元件20、22。连接元件32装入到支架元件20、22的相应的开口中并且通过例如环绕的焊缝62、64与连接元件20、22固定地连接。

在支架布置结构支撑单元40与支架元件20之间的支撑路径中，设置有具有先前描述的构造的长度补偿布置结构44。备选地或附加地，这样的长度补偿布置结构44也可能定位在支架元件20与支架布置结构支撑单元38之间的支撑路径中。在这里，所述设计方案也可能是这样的，在一个或必要时两个长度补偿布置结构44中，相应的第二长度补偿元件48支撑在支架元件20或22上。

图10示出排气加热器的一种设计方案，在该设计方案中，长度补偿布置结构44不是定位在支架布置结构24的两个支架元件20、22之间的支撑路径中，而是定位在所述支架元件20、22中的一个支架元件、特别是支架元件20与连接元件32、特别是其头部36之间的支撑路径中。第二长度补偿元件48以其第四支撑面60支撑在支架元件20上，而连接元件32的头部36支撑在第一长度补偿元件46的第三支撑面58上。

在该设计方案中也可以规定：以其第一支撑面54提供外截锥面的第一长度补偿元件46具有比以其第二支撑面56提供内截锥面的第二长度补偿元件48大的、优选大得多的热膨胀系数。

在排气加热器10的在图11中示出的设计方式中，长度补偿布置结构44定位在支架元件22与螺母37之间的支撑路径中，从而第一长度补偿元件46以其第三支撑面54关于螺母37支撑并且第二长度补偿元件48以其第四支撑面60支撑在支架元件22中。

在图10和图11中示出的设计方式中，两个长度补偿元件46、48的结构材料也这样彼此协调，使得所述两个长度补偿元件46、48中的一个长度补偿元件、优选提供构造为外截锥面的第一支撑面54的第一长度补偿元件46具有比所述两个长度补偿元件46、48中的另一个长度补偿元件大的、优选大得多的热膨胀系数。

原则上在图10和图11中示出的设计变型中，所述构造也可能是这样的，使得分别第一长度补偿元件46支撑在所述两个支架元件20、22中的一个支架元件上，而第二长度补偿元件48于是支撑在头部36或螺母37上。也可能以与所述两个支架元件20、22中的每个支架元件相配设的方式设置有长度补偿布置结构44。因为在一个或两个长度补偿布置结构44定位在连接元件32与支架布置结构44之间的支撑路径中的设计方式中，长度补偿布置结构也不必满足电绝缘功能，所以例如两个长度补偿元件46、48可以以导电材料、例如金属材料构造，再次要注意先前说明的关于热膨胀系数的条件。

利用按照本发明构造的排气加热器保证：也在内燃机的排气设备的热地和机械地强烈加载的区域中也实现排气加热器的不同部件的在考虑通过排气设备的排气出现的腐蚀性加载的情况下稳定的连接，所述连接对于所有在运行中出现的温度避免预应力的完全损耗并且由此保证对排气加热器的分层设置的部件的稳定的且无间隙的保持在一起。