用于排气后处理的设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于对排放源、尤其是内燃机的排气进行后处理的设备，该设备具有能被排气通流的排气道、至少一个催化转化器，其中，催化转化器具有陶瓷的蜂窝体，该蜂窝体具有催化活性的表面覆层，所述设备具有能电加热的加热器件，其中，所述加热器件由金属的电导体形成，其中，所述蜂窝体具有能从气体入口侧至气体出口侧被通流的多个流动通道。此外，本发明还涉及用于制造蜂窝体的方法。

背景技术

为了提高排气温度，在内燃机的排气道中使用电加热器件，以便更快地达到排气后处理所需的最低温度。以该方式试图更快地达到所谓的起燃温度，从该起燃温度开始所使用的催化转化器能够实现充分的排气后处理。这尤其是在内燃机的冷启动时是有利的。就混合动力车辆而言，这样的冷启动可能以更高的重复率发生，因此电辅助加热是必要的。

排气道中使用的催化转化器要么具有金属基质、要么具有陶瓷基质。附加加热器通常由载流金属导体形成，这些导体在排气的流动方向上位于相应的催化转化器的上游。

现有技术中的设备尤其不利的是，与陶瓷的催化转化器基质结合地使用电加热系统迄今是不充分的。尤其地，已知系统的加热效果和耐用性不是最佳的。

发明内容

因此本发明的目的是，提供用于排气后处理的设备，该设备具有电加热源，并且能够实现对排气流和/或陶瓷基质的改进的加热。此外，还提供了用于制造这种设备的方法。

关于设备方面的目的通过具有权利要求1的特征的设备来实现。

本发明的一个实施例涉及用于对排放源、尤其是内燃机的排气进行后处理的设备，

所述设备具有能被排气通流的排气道、至少一个催化转化器，其中，所述催化转化器具有陶瓷的蜂窝体，该蜂窝体具有催化活性的表面覆层，所述设备具有能电加热的加热器件，其中，所述加热器件由金属的电导体形成，其中，所述蜂窝体具有能从气体入口侧至气体出口侧被通流的多个流动通道，所述导体被集成在陶瓷的蜂窝体中，其中，所述导体沿流动方向观察布置在气体入口侧的下游、气体出口侧的上游。

此外，陶瓷蜂窝体在现有技术中是已知的，并且例如通过挤出、压制或铸造来产生，并且随后进行烧结。蜂窝体具有多个流动通道，流动通道在主方向上能从气体入口侧到气体出口侧地被通流。

例如，金属导体可以由金属线材形成。除了不同的直径和横截面之外，还可以改变所使用的材料，以便产生合适的电阻。加热效果通过充分利用导体的欧姆电阻来产生，其方式是：使导体与蜂窝体之外的电源相连并被加载电流。

在流动方向上在气体入口侧之后并气体出口侧之前的(导体)布置是优选的，这是因为导体因此布置在陶瓷蜂窝体内部。因此，导体尤其不布置在气体入口侧上或其之前。

特别有利的是，导体被放入到气体入口侧的和/或气体出口侧的端面中的缺口部中。缺口部例如可以通过切削方法来产生。例如，可以在蜂窝体的气体入口侧的端面中铣削出槽，将导体放入槽中。在该情况下，通过槽的走向也确定了导体的布置方式。根据应用目的，例如当希望对在流动方向上位于下游的区域进行加热时，金属导体也可以布置在气体出口侧。

也有利的是，导体借助卡锁元件固定在陶瓷蜂窝体中。除了一个缺口部或多个缺口部外附加地还可以设置有将导体固定在蜂窝体中的卡锁元件。例如，这可以通过突起部和卡锁凸鼻来实现。替代地，还可以设置夹紧元件，其例如被插入到其中各个流动通道中并由此固定导体。

一个优选的实施例的特征在于，陶瓷蜂窝体由至少两个被构造为片元件的蜂窝体形成，片元件在流动方向前后相继地布置，其中每个片元件具有集成的导体，其中，这些片元件中的导体彼此导电连接。

整个蜂窝体可以由多个片元件形成，片元件各自具有的轴向长度比整个蜂窝体短。这些片元件优选具有相同的单元密度和通道分布。在替代的实施方案中，在各个片元件中也可以设置不同的单元密度和通道分布。

每个片元件都可以具有电导体，根据上述原理各电导体布置并固定在作为蜂窝体起作用的片元件中。各个导体可以经由适当的电连接彼此连接成共同的导体。以该方式产生的蜂窝体沿其主流动方向在与气体入口侧并行/平行的多个平面中具有加热导体。

也优选的是，多个导体被集成到蜂窝体中。

导体可以布置在共同的平面内，或者也可以布置在优选与气体入口侧并行的、不同的平面中。这些平面优选在蜂窝体的轴向方向上相互错开地布置。

此外有利的是，导体布置在与气体入口侧端面并行的平面中。

此外有利的是，导体不仅布置在与气体入口侧端面的并行的平面中，而且在横向于端面的方向上布置。因此，导体也可以在蜂窝体的轴向方向上延伸，即横向于端面地延伸。因此，也可以为多个平面使用一个导体。

也适宜的是，在蜂窝体中在多个相互并行的平面中布置有一个或多个导体。

关于方法的目的通过具有权利要求9的特征的方法来实现。

本发明的一个实施例涉及用于制造根据前述权利要求中任一项的具有金属电导体的陶瓷蜂窝体的方法，其中，实施以下制造步骤：

-例如通过对陶瓷粉末或颗粒的成型、压制或铸造产生陶瓷的蜂窝体，

-将金属导体压入到陶瓷蜂窝体中，

-对蜂窝体连同压入的金属的导体进行烧结。

导体尤其被压入到也被称为生坯的尚未烧结的蜂窝体中。在该时刻，陶瓷尚不具有烧结过程后产生的强度。通过压入导体并随后进行烧结，实现了导体在陶瓷蜂窝体中的精确配合和耐久的容纳。例如，可以将导体按所期望的形状放置在气体入口侧的端面上，并随后面式地压入到蜂窝体中。

附加的加工步骤的特征也可以在于，预成形出轴向的凹陷部，其中，借助于适当的机械加工产生用于将金属导体放入到陶瓷蜂窝体中的凹陷部。

此外有利的是，金属导体从蜂窝体的气体入口侧向气体出口侧的方向被压入到蜂窝体的端面中。以该方式，沿流动方向观察，用于加热的导体在蜂窝体的起始处，由此，使得流动的排气在流过蜂窝体之前就基本上被加热。这有利于加快排气的加热。

此外适宜的是，金属导体遵循限定的走向，其中，该导体尤其是螺旋形或蜿蜒形地布置。尤其有利的是，导体尽可能匀称地分布在蜂窝体的横截面上，以便确保排气尽可能均匀地被加热。

在非均匀通流蜂窝体的情况下，例如可以通过非均匀的分布实现改进的加热。非均匀的通流例如可能由于排气在流动路径中的偏转而产生，由此可能导致排气浓度的不均分布，此外导致在蜂窝体的横截面上的不同的流动速度。

也有利的是，多个金属导体被压入到蜂窝体的端面中。

本发明的有利的改进方案在从属权利要求并在下面对附图的描述中被描述。

附图说明

下面，将结合实施例参照附图对本发明进行详细解释。其中：

图1示出导体在蜂窝体的端面上的布置方式的示意图；

图2示出由多个片元件形成的蜂窝体的剖视图；

图3示出具有被压入在气体入口侧的端面附近的导体的蜂窝体的剖视图；

图4示出具有位于上游的加热片的陶瓷蜂窝体的视图；

图5示出具有用于容纳导体的铣削槽的蜂窝体的剖视图。

具体实施方式

图1示出了蜂窝体1的端面的俯视图。可以看到流动通道2，其在所示的示例中具有矩形的横截面，并且此外还具有导体3，导体沿着蜂窝体1的端面波纹状延伸。此外，还示出了触点接通可能构造4，其被用于使导体3电触点接通。

可以看出，导体3与流动通道2相交，并因此覆盖了通道2的流动横截面的一定部分。

图2示出了由多个片元件6形成的蜂窝体5。其中每个片元件6具有导体7。导体7在片元件6之间导电连接。因此，导体7形成共同的导体，该共同的导体贯穿整个蜂窝体5延伸。通过堆叠片元件6，使得实际上在蜂窝体5内产生多个平面，在这些平面中发生对流动的排气的加热。

图3示出了蜂窝体8的剖面。通过壁部10示出了从气体入口侧11起延伸穿过蜂窝体8的流动通道。用附图标记9表示电导体，该电导体以与图1所示的导体3类似的方式分布在蜂窝体8的横截面上。尤其是可以看到，导体9紧邻蜂窝体8的端面11。

图4示出了陶瓷蜂窝体12，在该陶瓷蜂窝体上游设有加热片13，加热片借助连接元件14与蜂窝体12相连。加热片13优选也是陶瓷的蜂窝体，它具有与上述附图类似的导体。

图5示出了蜂窝体15的剖面。在蜂窝体的气体入口侧16上示出了缺口部17，这些缺口部被引入到完成的、即烧结好的蜂窝体中。例如，所述缺口部可以通过切削方法引入。在俯瞰气体入口侧16的视角下，各个缺口部17可以形成一连贯的槽，导体被放入该槽中。

图1至图5的实施例所具有的特征尤其是非限制性的，并且被用于说明本发明思路。