JP7614263B2 - 自動車の排ガス後処理システムで使用するための発熱体 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の排ガス後処理システムで使用するための発熱体に関し、このような発熱体を含む排ガス後処理システム、並びにこのような発熱体又はこのような排ガス後処理システムを用いる自動車に関する。

内燃機関を有する車両は、法的に確立された排ガス排出に準拠するために、排ガス後処理を必要とする。排ガス後処理を担当する構成要素（特に触媒変換器及び粒子フィルタ）は、可能であれば、冷却開始直後にそのライトオフ温度に達し、それにより、放射される排ガスの後処理が開始直後に始まり得る。しかしながら、排ガス後処理構成要素の加熱は、典型的には、排ガス流中に存在する熱エネルギーによって間接的に達成され、これは問題となっている構成要素を加熱するのにいくらかの時間を要する。しかしながら、将来、更に厳しい排ガス制限を達成するために、将来の排気システムは、たとえコールドスタート直後であっても、いつでも排ガスを最適に処理できなければならない。

エンジンのコールドスタート後、又は定義された周囲温度を下回る若しくはそれを上回るなど、アクティブな排ガス後処理のないエンジン動作点を回避するために、電気エネルギーから生成された熱エネルギーを排ガス流に伝達する（排ガス後処理構成要素のその後の加熱のために）か、又はそれ自体が触媒コーティングを備え、これにより、自己発熱性排ガスの後処理成分を自己発熱させる（例えば、加熱触媒のように）、電気発熱可能体を排ガス流に挿入することが知られている。

この点で、隣接する熱伝導体間の絶縁のための連続的なギャップを用いる、互いに対して整列した熱伝導体から作製された発熱体を使用することが特に有利であることが判明した。

しかしながら、不都合なことに、ギャップを有する発熱体の領域は、ギャップを有しない領域と比較して流れ抵抗が小さいため、流れが好んでギャップを通過するため、ギャップ幅に応じて総流量の高い割合がバイパスされ、その結果、排ガス後処理構成要素の非効果的かつ不十分な加熱、及び／又は排ガス後処理構成要素の非効果的かつ不十分な触媒後処理が発生する。

したがって、本発明によって対処される問題は、上述の不利益を少なくとも部分的に是正することである。特に、本発明によって対処される課題は、自動車の排ガス後処理システムで使用するための熱伝導体の間に延在するギャップを有する個々の熱伝導体からなる発熱体を提供することであり、これにより、排ガス後処理構成要素の迅速かつ効果的な加熱、及び／又は排ガス流の迅速かつ効果的な触媒後処理が可能となる。

上述の課題は、請求項１に記載の特徴を有する発熱体、請求項９に記載の特徴を有する排ガス後処理システム、及び請求項１０に記載の特徴を有する自動車によって達成される。本発明の更なる特徴及び詳細は、サブクレーム、明細書本文、及び図面に起因する。本発明による発熱体に関連して開示される技術的特徴及び詳細は、本発明による排ガス後処理システム、及び本発明による車両に関連しても当然に適用され、またその逆も同様であり、そのため、本発明の個々の態様に関する開示に関して、参照は常に相互に行われるか、又は相互に行われることができる。

本発明によれば、自動車の排ガス後処理システムで使用するための発熱体が提供される。発熱体は、排ガス流を加熱するための、又は排ガス流の触媒後処理のための、複数の流体灌流可能な熱伝導体と、複数のギャップと、を備え、複数のギャップは、熱伝導体の間に配置されており、排ガス流を通過させるための灌流可能な断面を有し、リブが、灌流可能な断面を収縮させるためにギャップ内に配置されている。

本発明によると、したがって、提示された発熱体は、複数の流体灌流可能な熱伝導体と、ギャップであって、熱伝導体間に配置されており、ギャップリブを備える、灌流可能な断面を有する、ギャップとの組み合わせにより提供されることによって、排ガス流の迅速かつ効果的な加熱及び／又は触媒後処理を可能にするように構成されている。自動車の排ガス後処理システムで使用するための既知の発熱体とは対照的に、熱伝導体の間に延びるギャップを用いる個々の熱伝導体からなるので、ギャップ内の流れ抵抗がギャップの外側の領域と同じ大きさとなるように、ギャップ内の灌流可能な断面を収縮させることが、本発明によって提供されるリブ（ギャップリブ）の配置によって可能であるので、発熱体を通過する排ガス流が、発熱体の表面又は容積を均等に通過するので、それによって、排ガス流の効果的な加熱及び／又は触媒後処理を達成することが可能である。

提示された発熱体は、例えば、内燃機関によって駆動される乗用車又はトラックなど、内燃機関を有する車両に好適に使用されることができる。しかしながら、提示された発熱体は、航空機又は船などの内燃機関に使用され得ることも企図される。本発明の文脈では、流体灌流可能な熱伝導体は、特に、ガス又は液体などの流体が通って流れることができ、特に排ガス流における熱伝導体であると理解される。この目的のために、熱伝導体は、流体を通過させるための凹部を有する格子状構造を有することが好ましい。電流が電圧の印加によって通過し、電流の流れを介して熱を生成することができる電気熱伝導体の形態で、本熱伝導体を構成することが好ましい。加えて、本事例では、ギャップは、クラック形状又は細長い開口部又は凹部であると理解されてもよく、これは好ましくは、２つの隣接する熱伝導体の電気絶縁に役立ち得る。次いで、灌流可能な断面は、特に、開口部表面又は陥凹表面を形成し得る。本発明の文脈では、灌流可能な断面を収縮させるためのリブは、特に、ギャップの流体灌流可能な断面を狭くするロッド状又はボルト状の要素又は突起部を意味すると理解され得る。

可能な限り迅速かつ効果的に排ガス流を加熱することに関して、有利には、熱伝導体が、排ガス流を通過させるための流体灌流可能なチャネルを備え、熱伝導体が、好ましくは、格子状構造内に配置された流体灌流可能なチャネルを用いる格子状構造を備える、本事例において提供され得る。効果的な加熱又は触媒後処理は、排ガス流の粒子と格子状構造との接触を介して発生し得る。

提示されたギャップの灌流可能な断面の効果的な収縮の一部として、リブがギャップ内の熱伝導体の外側に配置されている場合に有利であり、リブは、好ましくは、ギャップの主配向軸と直角をなしてギャップ内に配置されており、ギャップ内に互いに隣接して配置された２つの熱伝導体上に配置されたリブは、互いに少なくとも部分的に対向して配置されている。リブは、熱伝導体の外壁上に配置されることができ、外壁はギャップに直接当接する。本発明の文脈における垂直配置はまた、好ましくは、例えば、＜５°、好ましくは、＜３°、特に＜１°の、理想的に垂直な配置からのより小さな偏差を有する、実質的に垂直な配置を意味すると理解され得る。

代替的に、提示されたギャップの灌流可能な断面の効果的な収縮の一部として、またリブがギャップ内の熱伝導体の外側に配置されていることが有利に提供されており、リブは、好ましくは、ギャップの主配向軸と直角をなしてギャップ内に配置されており、ギャップ内に互いに隣接して配置された２つの熱伝導体上に配置されたリブは、互いに少なくとも部分的にオフセットされて配置されている。この場合、リブは、互いに隣接して配置される熱伝導体が、電圧が発熱体に印加されたときに望ましくない短絡を生じさせないために互いに接触しないように、互いに対して配置及び構成されることが好ましい。

更に、灌流可能な断面の効果的な収縮の一部として、リブがくさび状構造を有するときに、有利であり得、リブは、ギャップ内で互いに少なくとも部分的に対向して配置され、対向して配置されるリブ（又はオフセット様式で互いに隣接して配置されるリブ）は、オフセットされた様式で前後に配置される。こうした配置によって、例えば、標的の様式で現在の熱伝導体を通り過ぎる排ガスの流れをガイドする流路を生成することができる。

互いに隣接して配置された２つの熱伝導体間の短絡の回避に関して、リブが非導電性材料から少なくとも部分的に形成され、リブが好ましくはプラスチック又はセラミックから形成されることが有利に更に提供され得る。

代替的に、安定的でコンパクトな配置の一部として、リブが熱伝導体と物質的に均一であり、好ましくは熱伝導体と一体的に形成される場合に有利であり得る。したがって、こうした設計の文脈において、リブは、金属材料などの導電性材料から作製され得る。

提示された発熱体自体を介した排ガス流の直接的な触媒後処理を確保するために、熱伝導体は、排ガス流の触媒後処理のための触媒的に有効なコーティングを含むことが更に企図される。

本発明の主題はまた、自動車で使用するための本発明による排ガス後処理システムである。本発明による排ガス後処理システムは、上述の少なくとも１つの発熱体と、排ガス流を向けるための導管システムと、排ガス流の後処理のための少なくとも１つの触媒及び１つの排ガス粒子フィルタなどの排ガス後処理構成要素とを備える。したがって、本発明による排ガス後処理システムは、本発明による発熱体に関して上述したものと同じ利点を提供する。効果的な排ガス後処理の一部として、有利には、互いに平行に配置される提示された発熱体のうちの少なくとも２つと、排ガス流をガイドするために互いに平行に配置される２つの導管システムと、互いに平行に配置される２つの排ガス後処理構成要素（各事例で少なくとも１つの触媒及び１つの排ガス粒子フィルタ）とが、排ガス後処理システム内に配置されることが提供され得る。

本発明の更なる主題は、上述のような発熱体を有し、好ましくは上述のような排ガス後処理システムを有する、自動車である。したがって、本発明による自動車は、本発明による発熱体及び本発明による排ガス後処理システムに関して既に広く記述されているのと同じ利点を有する。

本発明の更なる利点、特徴、及び詳細は、以下の明細書本文から生じ、本発明の例示的な実施形態は図面を参照しながら詳細に描写される。特許請求の範囲及び明細書に言及される特徴は、本発明に個別に、又は任意の組み合わせで不可欠なものであり得る。

第１の実施例による、自動車の排ガス後処理システムで使用するための本発明による発熱体の平面図である。 本発明によるギャップ内に提供されるリブの表示を伴わない、図１による自動車の排ガス後処理システムで使用するための、本発明による発熱体の断面図である。 本発明によるギャップ内に提供されるリブの表示を伴う、図１による自動車の排ガス後処理システムで使用するための、本発明による発熱体の半断面図である。 自動車内で使用するための、本発明による排ガス後処理システムである。

図１は、第１の実施例による、自動車の排ガス後処理システム１で使用するための本発明による発熱体２の平面図を示す。

図１から分かることができるように、発熱体２は、排ガス流を加熱するため、又は排ガス流の触媒後処理のために、複数の流体灌流可能な熱伝導体４と、排ガス流を通過させるための灌流可能な断面を用いて熱伝導体４の間に配置される複数のギャップ６とを備え（流体入口側ＦＥから始まる）、リブ８が、図１の右側に拡大して示されるように、灌流可能な断面を収縮させるためにギャップ６内に配置される。

図１の左側の拡大領域から分かるように、熱伝導体４は、排ガス流を通すための流体灌流可能なチャネル１０を備え、熱伝導体４は、グリッド状構造内に配置された流体灌流可能なチャネル１０を伴う、格子状構造を有する。

図１の右側の拡大図から分かるように、リブ８は、ギャップ６内にて、熱伝導体４の外部上に配置され、この場合、ギャップ６の主配向軸Ｌと直角をなしてギャップ６内に配置され、ギャップ６内で互いに隣接して配置された２つの熱伝導体４上に配置されたリブ８は、互いに少なくとも部分的に対向して配置されている。

しかしながら、代替的に、ギャップ６内で互いに隣接して配置された２つの熱伝導体４上に配置されたリブ８が、互いに少なくとも部分的にオフセットされて配置されることも可能である。

図２は、本発明によるギャップ６内に提供されるリブ８の表示を伴わない、図１による自動車の排ガス後処理システム１で使用するための、本発明による発熱体２の断面図を示す。

図２によって分かるように、排ガス流は、提示された発熱体２を流体入口側ＦＥから流体出口側ＦＡに向かって通過することができる。

図３は、本発明によるギャップ６内に提供されるリブ８の表示を伴う、図１による自動車の排ガス後処理システム１で使用するための、本発明による発熱体２の半断面図を示す。

図３によって分かるように、図３からの表現によれば、リブ８はくさび状構造を有し、互いに対向して配置されたリブ８は、オフセットされた様式で、互いに隣り合って、並びに前後に配置される。

リブ８は、例えば、プラスチック又はセラミックからなど、非導電性材料から少なくとも部分的に形成され得る。

同様に、リブ８は、熱伝導体４と物質的に均一であってもよく、熱伝導体４と一体的に形成されてもよく、リブ８は金属材料から形成されてもよい。

また、熱伝導体４は、排ガス流の触媒後処理のための触媒的に有効なコーティングを有することも提供され得る。

図４は、自動車の内燃機関１８内で使用するための、本発明による排ガス後処理システム１を示す。

図４から分かるように、排ガス後処理システム１は、互いに平行に配置される第１及び第２の発熱体２、排ガス流を誘導するために互いに平行に配置される第１及び第２の導管システム１２、並びに排ガス流の後処理のための第１及び第２の排ガス後処理構成要素１４（例えば、それぞれの場合で１つの触媒及び１つの排ガス粒子フィルタ）を備える。

実施形態の上記の説明は、実施例の文脈でのみ本発明を描写する。当然のことながら、本発明の範囲を逸脱することなく、技術的に意義がある場合、実施形態の個々の特徴は互いに自由に組み合わせてもよい。

Claims (6)

1. 自動車の排ガス後処理システム（１）で使用するための発熱体（２）であって、
   －排ガス流を加熱するための、又は排ガス流の触媒後処理のための、複数の流体灌流可能な熱伝導体（４）と、
   －複数のギャップ（６）と、を備え、前記複数のギャップ（６）が、前記熱伝導体（４）の間に配置されており、前記排ガス流を通過させるための灌流可能な断面を有し、リブ（８）が、前記灌流可能な断面を収縮させるために前記ギャップ（６）内に配置されており、
   前記熱伝導体（４）が、前記排ガス流を通過するための流体灌流可能なチャネル（１０）を備え、前記熱伝導体（４）がグリッド状構造内に配置された流体灌流可能なチャネル（１０）を含む格子状構造を有し、
   前記リブ（８）が、前記ギャップ（６）内で前記熱伝導体（４）の外部上に配置されており、前記リブ（８）が、前記ギャップ（６）の主配向軸（Ｌ）と直角をなして前記ギャップ（６）内に配置されており、ギャップ（６）内で互いに隣接して配置された２つの熱伝導体（４）上に配置された前記リブ（８）が、互いに対向することなく配置されていることを特徴とする、発熱体（２）。
2. 前記リブ（８）が、非導電性材料から少なくとも部分的に形成されており、前記リブ（８）が、プラスチック又はセラミックから形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の発熱体（２）。
3. 前記リブ（８）が、前記熱伝導体（４）と同一の材料から成り、前記熱伝導体（４）と一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の発熱体（２）。
4. 前記熱伝導体（４）が、排ガス流の触媒後処理のための触媒的に有効なコーティングを備えることを特徴とする、請求項１に記載の発熱体（２）。
5. 自動車で使用するための排ガス後処理システム（１）であって、
   －請求項１に記載の少なくとも１つの発熱体（２）と、
   －排ガス流を向けるための導管システム（１２）と、
   －排ガス流の後処理のための排ガス後処理構成要素（１４）と、を備える、排ガス後処理システム（１）。
6. 請求項５に記載の排ガス後処理システム（１）を備える、自動車。