(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の排ガス装置であって、
少なくとも１つの排ガス管（３）を有していて、該排ガス管（３）の管壁（４）がその内側面（５）で、排ガス流（７）を案内する排ガス路（６）を画定している排ガスライン（２）と、
前記排ガス管（３）の少なくとも１つの長手方向部分を加熱する、少なくとも１つの電気式の加熱装置（１８）と、を備えており、
該加熱装置（１８）は、少なくとも１つのヒータコイル（２１）を有していて、該ヒータコイル（２１）は、前記各長手方向部分において前記排ガス管（３）に前記管壁（４）の外側面（２２）において複数回巻き付けられており、
前記各ヒータコイル（２１）は、抵抗加熱材料から成る導電体（２３）を有しており、
該導電体（２３）と前記管壁（４）の前記外側面（２２）との間に、電気的な絶縁体（２４）が配置されており、
前記加熱装置（１８）は、断熱性の外装（２５）を有していて、該外装（２５）は前記排ガス管（３）を、少なくとも前記各ヒータコイル（２１）の領域において取り囲んでおり、
前記各加熱装置（１８）は、混合器（１７）の領域に配置されていて、該混合器（１７）は、前記排ガス管（３）内において、前記排ガス流（７）内に反応剤をもたらすインジェクタ（１５）の下流に配置されており、
前記混合器（１７）は、円筒形の管体（３６）を有しており、該管体（３６）から複数の案内羽根（３７）が突出していて、前記管体（３６）は前記管壁（４）の前記内側面（５）に接触しており、
前記ヒータコイル（２１）は、前記管体（３６）の領域において、該管体（３６）の領域の外側におけるよりも高い巻線密度を有している
ことを特徴とする、内燃機関用の排ガス装置。
【請求項２】
前記外装（２５）は、前記排ガス管（３）に取り付けられた外殻（２６）と電気絶縁性の充填体（２７）とを有しており、該充填体（２７）は、前記外殻（２６）と前記排ガス管（３）との間におけるリング室（２８）を満たしていて、該リング室（２８）内に前記各ヒータコイル（２１）が配置されている、請求項１記載の排ガス装置。
【請求項３】
前記絶縁体（２４）は、前記管壁（４）の前記外側面（２２）に装着された絶縁層（２９）によって形成されており、前記導電体（２３）は前記絶縁層（２９）に巻き付けられていて該絶縁層（２９）に接触しているか、又は、
前記各ヒータコイル（２１）は、前記導電体（２３）を形成するコア（３１）と、前記絶縁体（２４）の少なくとも一部を形成しかつ前記コア（３１）を取り囲む周壁（３２）とを有している、請求項１又は２記載の排ガス装置。
【請求項４】
前記加熱装置（１８）は、前記排ガス管（３）に取り付けられた排ガス測定プローブ（２０）の領域に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の排ガス装置。
【請求項５】
前記加熱装置（１８）は、前記排ガス管（３）を取り囲む反応剤供給装置（１９）の領域に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の排ガス装置。
【請求項６】
前記各加熱装置（１８）は、前記排ガス流（７）内に反応剤をもたらすインジェクタ（１５）の領域に配置されている、請求項５記載の排ガス装置。
【請求項７】
前記各加熱装置（１８）は、前記排ガス管（３）の１つの壁部分（３４）の領域に配置されていて、該壁部分（３４）は、前記排ガス流（７）内に反応剤をもたらす前記インジェクタ（１５）の噴射方向において、該インジェクタ（１５）に対向して位置している、請求項５又は６記載の排ガス装置。
【請求項８】
前記管壁（４）は、前記混合器（１７）の領域に軸方向の中断部（３８）を有していて、該中断部（３８）は、前記管体（３６）によって橋渡しされているか又は埋められている、請求項１から７までのいずれか１項記載の排ガス装置。
【請求項９】
前記各ヒータコイル（２１）は、前記中断部（３８）の領域において直に前記管体（３６）に接触している、請求項８記載の排ガス装置。
【請求項１０】
前記加熱装置（１８）は、タイムマップ及び／又は特性マップを用いた制御装置を有しており、又は
前記加熱装置（１８）は、少なくとも１つのＰＴＣ素子を有していて、該ＰＴＣ素子は、前記導電体（２３）と直列に接続されているか又は前記導電体（２３）によって形成されており、又は
前記加熱装置（１８）は、少なくとも１つの温度センサ（４３）を用いた調整装置を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の排ガス装置。
【請求項１１】
前記加熱装置（１８）は制御装置（４２）を有していて、該制御装置（４２）は、前記排ガス流（７）内において連行された気化された液体が凝縮するおそれ又は排ガス流（７）内にもたらされた液体が沈降するおそれがある、前記排ガス管（３）における少なくとも１つの領域が、前記各液体の気化温度を超えて加熱されるように、前記各ヒータコイル（２１）への給電を制御及び／又は調整するように、構成されかつ／又はプログラミングされている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の排ガス装置。
【請求項１２】
内燃機関用の排ガス装置（１）を運転する方法であって、
前記排ガス装置（１）は、排ガスライン（２）を有していて、該排ガスライン（２）は、少なくとも１つの排ガス管（３）を有していて、該排ガス管（３）の管壁（４）がその内側面（５）で、排ガス流（７）を案内する排ガス路（６）を画定しており、
前記排ガス装置（１）は、前記排ガス管（３）の少なくとも１つの長手方向部分を加熱する、少なくとも１つの電気式の加熱装置（１８）を有していて、該加熱装置（１８）は、少なくとも１つのヒータコイル（２１）を有していて、該ヒータコイル（２１）は、前記各長手方向部分において前記排ガス管（３）に前記管壁（４）の外側面（２２）において複数回巻き付けられており、
前記各加熱装置（１８）は、混合器（１７）の領域に配置されていて、該混合器（１７）は、前記排ガス管（３）内において、前記排ガス流（７）内に反応剤をもたらすインジェクタ（１５）の下流に配置されており、前記混合器（１７）は、円筒形の管体（３６）を有しており、該管体（３６）から複数の案内羽根（３７）が突出していて、前記管体（３６）は前記管壁（４）の前記内側面（５）に接触しており、前記ヒータコイル（２１）は、前記管体（３６）の領域において、該管体（３６）の領域の外側におけるよりも高い巻線密度を有しており、
前記排ガス流（７）内において連行された気化された液体が凝縮するおそれ又は排ガス流（７）内にもたらされた液体が沈降するおそれがある、前記排ガス管（３）における少なくとも１つの領域が、前記各液体の気化温度を超えて加熱されるように、前記各ヒータコイル（２１）への給電を制御及び／又は調整することを特徴とする、内燃機関用の排ガス装置（１）を運転する方法。
【請求項１３】
前記各ヒータコイル（２１）への給電時に、現在の排ガス温度及び／又は現在の反応剤温度及び／又は現在の反応剤噴射量を考慮する、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車に配置することができる、内燃機関用の排ガス装置に関する。本発明はさらに、このような排ガス装置を運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガス装置は通常、排ガスラインを備えており、この排ガスラインは、少なくとも１つの排ガス管を有していて、この排ガス管の管壁はその内側面で、排ガス流を案内する排ガス路を画定している。排ガスラインは、通常、内燃機関のエンジンブロックにおいてエグゾーストマニホルド又はエグゾーストコレクタにおいて始まり、周囲に向かって少なくともエグゾーストテールパイプにおいて終わる。排ガスラインには、通常、例えば触媒及び微粒子フィルタのような複数の排ガス後処理装置が組み込まれている。さらに排ガスラインは通常、少なくとも１つのマフラを有している。個々のコンポーネントを互いに接続するために、排ガスラインは、前記排ガス管を有している。そして排ガス流のパラメータを測定するセンサ、及び／又は、反応剤、特に還元剤又は酸化剤を排ガス流内にもたらすインジェクタ又はこれに類したものが、この排ガス管の領域において排ガスラインに取り付けられていてよい。
【０００３】
エグゾーストマニホルドからエグゾーストテールパイプに到るまで、排ガス装置の運転中に、排ガスラインの内部においては種々様々な温度が存在する。低温領域においては、排ガスラインの内部における凝縮水形成及び付着物もしくは堆積物形成のおそれがある。例えば、例えばすすのような燃焼在留物、水及び炭化水素から成る膜が、管壁の内側面に堆積することがある。例えばＳＣＲシステム（ＳＣＲは 選択触媒還元Selective Catalytic Reduction の略）との関連において、尿素水が還元剤として排ガス流内にもたらされる場合には、さらに尿素結晶が形成されるおそれがある。排ガスラインの内部におけるこのような汚染物質は、例えば排ガス流の流れを阻害することがある。さらにこれらの汚染物質は、該当する管壁に対する腐食のおそれを高めることがある。特に冷間始動時及び短距離運転時に、このような凝縮水形成及び付着物もしくは堆積物形成のおそれが特に大きくなる。それというのは、このような場合には該当する管壁はなお比較的低い温度レベルにあり、かつ付着物もしくは堆積物を再び分解するためには比較的高い温度が必要だからである。
【０００４】
このような問題を排除するために、基本的には排ガス流をより強く加熱することが可能であり、これによって排ガスライン全体をもより迅速に高められた温度レベルにもたらすことができる。そのために通常ＥＫＡＴと呼ばれる電気加熱式触媒を使用することができる。しかしながらこのような電気加熱式触媒は、比較的大きな排ガス質量流を相応に加熱することができるようにするために、比較的多くの電気エネルギを必要とする。さらに、相応の導電体を通常金属製の管壁を通して案内する必要がある場合に、排ガスラインの金属製のコンポーネントに対して高い電流を電気的に絶縁することに関して、追加的な問題が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べて形式の排ガス装置のため、もしくは関連した運転方法のために、特に、不所望の凝縮水形成及び／又は付着物もしくは堆積物形成のおそれが減じられ、このときさらにそのために必要な消費エネルギが減じられることによって傑出している、改善された構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために本発明の構成では、内燃機関用の排ガス装置において、少なくとも１つの排ガス管を有していて、該排ガス管の管壁がその内側面で、排ガス流を案内する排ガス路を画定している排ガスラインと、前記排ガス管の少なくとも１つの長手方向部分を加熱する、少なくとも１つの電気式の加熱装置と、が設けられており、該加熱装置は、少なくとも１つのヒータコイルを有していて、該ヒータコイルは、前記各長手方向部分において前記排ガス管に前記管壁の外側面において複数回巻き付けられており、前記各ヒータコイルは、抵抗加熱材料から成る導電体を有しており、該導電体と前記管壁の前記外側面との間に、電気的な絶縁体が配置されており、前記加熱装置は、断熱性の外装を有していて、該外装は前記排ガス管を、少なくとも前記各ヒータコイルの領域において取り囲んでいる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、凝縮もしくは沈降のおそれがある、排ガス管の少なくとも１つの領域を、外部の電気式加熱装置、つまりそれぞれの管壁の外側に配置された電気式加熱装置を用いて加熱するという、一般的な思想に基づいている。電気加熱式触媒（ＥＫＡＴ）を用いた排ガス流の汎用の加熱方式は、通常、ＥＫＡＴの下流側において排ガス装置全体を加熱するのに対して、本発明によれば、排ガス装置は単に局部的にしか、つまり凝縮もしくは沈降のおそれが実際にある領域においてしか加熱されない。これによって、不所望の凝縮水形成及び付着物もしくは堆積物形成のおそれを減じるのに、大幅に僅かな電気エネルギしか必要なくなる。さらに本発明の構成で、加熱装置は、内側面が排ガス流を案内する排ガス路を画定している管壁の外側面に配置されている。外側面を加熱することによって、通常金属製の管壁を通して、ほぼ損失なしに管壁の内側面も加熱され、これによってそこにおける凝縮水形成もしくは付着物もしくは堆積物形成を阻止することができる。さらに、電気式の加熱装置にもかかわらず、導電体を、管壁を貫通させる必要がないので、大きな電流時にも電気的な絶縁を比較的簡単に達成することができ、好適である。
【０００８】
本発明に係る排ガス装置に対してはさらに、加熱装置に、少なくとも１つのヒータコイルを設けることが提案されており、このヒータコイルは、排ガス管の加熱される長手方向部分に、管壁の外側面において複数回巻き付けられている。このとき各ヒータコイルは、抵抗加熱材料から成る導電体を有している。このような抵抗加熱材料は、導電性でありかつ電流通電時に加熱するという特性により傑出している。このような抵抗加熱材料は通常、特殊な合金である。さらに、導電体と管壁の外側面との間には、電気的な絶縁体が配置されており、これによって管壁もしくは排ガス管は、加熱装置を運転するための電流から電気的に遮断されている。さらに加熱装置は、断熱性の外装を有していて、この外装は、各ヒータコイルを備えた排ガス管を取り囲んでいる。
【０００９】
ヒータコイルの外側面における断熱性の外装によって、ヒータコイルから発生した熱を、好適に内方に向かって導くこと、つまり排ガス管の該当する長手方向部分の管壁に導くことができる。すなわち外装を用いることにより、加熱装置の効果を著しく高めることができる。さらに外装は、加熱装置を防水性に取り囲んでカプセル化することができる。さらに加えて外装は、加熱装置のために汚染に対する保護体をも形成することができる。さらにまた、外装は、飛石による損傷から加熱装置を守る保護体として機能することができる。
【００１０】
本発明の好適な態様では、外装は、排ガス管に取り付けられた外殻と電気絶縁性の充填体とを有しており、該充填体は、外殻と排ガス管との間におけるリング室を満たしていて、該リング室内に各ヒータコイルが配置されている。このとき外殻は適宜な形式で排ガス管に固定されていてよい。このような外殻は、好ましくは、排ガス管に溶接されている金属部材、例えば金属薄板成形品である。これによって、リング室は、固体又は液体の汚染物質に対して保護されている。さらに外殻は、飛石による損傷に対する効果的な保護体を形成している。
【００１１】
別の態様では、絶縁体は、管壁の外側面に装着された絶縁層によって形成されており、ヒータコイルの導電体は、この絶縁層に巻き付けられていて該絶縁層に接触していてよい。適宜な絶縁層は、例えば雲母層として形成することができる。ヒータコイルの導電体は、帯状に、つまり方形横断面を備えて形成されていてもよいし、ワイヤ状に、つまり円形横断面を備えて形成されていてもよい。択一的な態様で、各ヒータコイルは、導電体を形成するコアと、絶縁体の少なくとも一部を形成しかつコアを取り囲む周壁とを有している。このとき導電体及び絶縁体は、加熱される管部分の周りに巻き付けられている。さらにヒータコイルは、周壁とコアとの間に、コアが周壁に接触しないように、電気絶縁性の粉末充填物を有することができる。コアはこの場合、好ましくは円形の横断面、特に真円形の横断面を有している。
【００１２】
別の実施形態では、少なくとも１つのこのような加熱装置は、排ガス管に取り付けられた排ガス測定プローブの領域に配置されていてよい。このような排ガス測定プローブは、例えばＯ2センサ又はＮＯｘセンサであってよい。このようなプローブには、特に冷間始動時に、凝縮水が付着することがあり、これによってプローブが比較的強く冷却されること、いわゆる急冷（Abschrecken）されることがある。そしてこれによりプローブの適正な測定値検出が著しく損なわれてしまう。排ガス測定プローブの領域において排ガス管を加熱することによって、沈降物もしくは付着物又は凝縮水によって各プローブが不所望に冷却されるおそれを、低減することができ、これによって各プローブの適正な機能が改善される。
【００１３】
他の実施形態では、少なくとも１つのこのような加熱装置は、排ガス管を取り囲む反応剤供給装置の領域に配置されていてよい。このような構成において、排ガス管は、反応剤供給装置の１つの構成部材である。このような反応剤供給装置は、通常、各反応剤を排ガス管もしくはその中を通る排ガス流にもたらすことができる、排ガス管に取り付けられたインジェクタを有している。例えば酸化触媒の上流において、酸化剤としての燃料を排ガス流内にもたらすことができ、この燃料は、排ガス流を加熱するために、酸化触媒内において変換されるようになっている。排ガス流のこのような強力な加熱は、例えば微粒子フィルタを再生するのに必要である。択一的に、このようなインジェクタを用いて、ＳＣＲ触媒の上流において、例えば尿素水のような適宜な還元剤を、排ガス流内にもたらすことも可能である。放熱もしくは熱解離と加水分解とによって、水と尿素とは反応して、アンモニアと一酸化炭素とを形成し、一酸化炭素はＳＣＲ触媒において窒素酸化物を窒素と水とに置換する。各反応剤、つまり特に既に述べた酸化剤もしくは還元剤は、このとき規則的に液体としてもたらされる。この際に液状の反応剤が、例えば排ガス管又は反応剤供給装置の静的な混合器に、付着するおそれがある。なお混合器は、前記インジェクタと前記ＳＣＲ触媒もしくは酸化触媒との間に配置されていてよい。本発明の態様では、加熱装置を用いて沈降物もしくは付着物の気化を促進することができ、これによって、例えば結晶過程において発生することがある残留堆積物を回避することができる。
【００１４】
別の好適な態様では、各加熱装置は、前記インジェクタの領域に配置されていてよい。このように構成されていると、ちょうどインジェクタの領域において、持続的な堆積物形成のおそれが回避される。
【００１５】
追加的に又は択一的に、各加熱装置は、排ガス管の１つの壁部分の領域に配置されていて、該壁部分は、インジェクタの噴射方向において、該インジェクタに対向して位置している。低い流速度では、反応剤は、管壁の内側面において正確に、この壁部分に沈降物もしくは付着物として衝突することができる。この壁部分を合目的に加熱することによって、沈降物もしくは付着物の気化が改善され、かつ結晶化のおそれが低減される。
【００１６】
追加的に又は択一的に、各加熱装置は、混合器の領域に配置されていて、該混合器は、排ガス管流内において、インジェクタの下流に配置されている。静的な混合器とも呼ぶことができる混合器は、その貫流時に、もたらされた反応剤と排ガス流との完全な混合を改善する。同時に混合器は、液状の反応剤のための衝突面としても働き、これにより反応剤を気化することができる。混合器の領域における排ガス管の加熱によって、混合器には、合目的に熱を供給することでき、これにより、混合器の気化作用が改善される。従って混合器においても、反応剤の結晶化のおそれを低減することができる。
【００１７】
別の好適な態様では、混合器は、円筒形の管体を有しており、該管体から複数の案内羽根が内方に向かって突出していて、管体は管壁の内側面に接触している。管体と管壁とが固体同士で接触していることによって、管壁と管体との間における熱伝達が改善されるので、加熱装置によって管壁内にもたらされた熱を、効果的に管体にかつ該管体を介して案内羽根にさらに導くことができる。混合器は、管体及び案内羽根と一緒に１つの個品から一体に製造することができる。例えば、混合器は一体の金属薄板成形品であってよい。同様に混合器は、一体の鋳造部品又は焼結部品であってもよい。また択一的に、組み立てられた混合器も可能である。
【００１８】
別の好適な態様では、管壁は、混合器の領域に軸方向の中断部を有していて、該中断部は、管体によって橋渡しされている。軸方向の中断部は、リング状のスリットを形成していて、このスリットは、中断部に隣接した管部分の間における軸方向間隔を生ぜしめる。混合器の管体は、軸方向の中断部よりも軸方向において大きく形成することができ、さらに管体は、この管体が中断部を橋渡しするように位置決めされていてよい。これによって中断部の領域において、管壁の外側面は管体の外側面によって形成されており、これに対して管壁の内側面は、中断部の領域において、管体の内側面によって形成されている。管体と排ガス管との間には、軸方向で見て中断部の両側に軸方向のオーバラップ部が設けられている。混合器の領域における排ガス管の中断部によって、加熱装置によって生ぜしめられた熱を良好に、特に直接的に、管体に伝達することができるので、混合器の領域において管壁を通る際の出力損失を、減じることもしくは回避することができる。
【００１９】
特に好適な別の態様では、各ヒータコイルは、中断部の領域において直に管体に接触している。このような構成によって、混合器を特に効果的に加熱することができる。
【００２０】
別の好適な態様では、ヒータコイルは、管体の領域において、該管体の領域の外側におけるよりも高められた巻線密度を有している。このような高められた巻線密度によって、ヒータコイルは管体の領域においてより多くの熱を放出し、これによって混合器の所望の加熱が改善される。このような構成は、排ガス管が混合器の領域において、管体によって橋渡しされた中断部を有しているか又は軸方向において連続して構成されているか、とは無関係である。
【００２１】
混合器の管体は、排ガス管の、中断部に隣接した管部分に軸方向において面一になるように中断部に挿入されていてもよい。このように構成されていると、混合器の管体自体が中断部において、排ガス管の軸方向部分を形成することになる。管体は、好ましくは、排ガス管の、中断部に隣接した管部分に、例えば環状の溶接シームを用いて溶接されている。
【００２２】
別の態様では、加熱装置は、タイムマップ及び／又は特性マップを用いた制御装置を有している。このような制御装置は、特に簡単に実現することができる。択一的に、加熱装置は、少なくとも１つのＰＴＣ素子を有していて、該ＰＴＣ素子が、導電体と直列に接続されているか又は導電体によって成形されている構成も可能である。なおＰＴＣは、正温度特性 Positive Temperature Coefficient の略であり、各ＰＴＣ素子は、特殊な抵抗加熱材料、つまり通電時に加熱し、さらに温度上昇に連れてより高い電気抵抗を示す特殊な抵抗加熱材料から成っている。さらに、このようなＰＴＣ素子を特定の温度に対して設計すること、つまり特定の温度以上では通電が不可能となり、その結果温度もまたさらには高まることができないように設計することができる。これによって、予め設定された温度に対する、特に簡単な自己調節機能が得られる。択一的に、加熱装置は、少なくとも１つの温度センサを用いた調整装置を有していてよい。調整のために重要な温度は、例えば管壁の温度及び／又は現在の排ガス温度及び現在の反応剤温度であってよい。
【００２３】
別の好適な態様では、加熱装置は制御装置を有していて、該制御装置は、以下において詳しく説明する運転方法を実施する加熱装置を制御することができるように構成されかつ／又はプログラミングされている。
【００２４】
排ガス装置もしくは各加熱装置を運転する本発明に係る方法は、下記の構成によって特徴付けられている。すなわち本発明に係る方法では、排ガス流において連行された気化された液体の凝縮水形成のおそれ又は排ガス流内にもたらされた液体の付着のおそれにさらされている、排ガス管における少なくとも１つの領域が、もたらされた液体の気化温度を超えて加熱されるように、各ヒータコイルへの給電が、制御及び／又は調整される。このようにすることによって、排ガス管の、凝縮もしくは沈降もしくは付着にさらされる領域を、気化によって再び凝縮水及び沈降物もしくは付着物から解放することができ、これによって例えば凝縮水もしくは沈降物もしくは付着物の結晶化のおそれが減じられる。排ガス管の各領域は、既に述べた排ガス装置の態様によれば、例えば、排ガス管の壁部分又は排ガス管に取り付けられたセンサ又は排ガス管に配置された混合器もしくはその羽根である。
【００２５】
方法もしくは制御装置の好適な態様では、各ヒータコイルへの給電時に、現在の排ガス温度及び／又は現在の反応剤温度及び／又は現在の反応剤噴射量を考慮することができる。加熱装置の制御装置は、例えば反応剤供給装置の制御装置に接続していて、これによって例えば現在の噴射量を知る。さらに相応の温度センサによって、制御装置は現在の排ガス温度及び現在の反応剤温度を知る。さらに制御装置は、排ガス管もしくは管壁の現在の温度を知ることができる。種々様々なパラメータに基づいて、凝縮水形成のおそれもしくは反応剤付着のおそれを突き止め、沈降物あるいは付着物もしくは凝縮水を気化するのに必要な熱を計算することができる。これによって加熱装置は特に効果的に作動する。
【００２６】
本発明のその他の特徴及び利点は、従属請求項、図面及び図面を参照した対応する実施形態の説明に記載されている。
【００２７】
もちろん、上に述べた特徴及び以下においてさらに説明する特徴は、それぞれ記載の組合せにおいてのみならず、本発明の枠を逸脱することなしに、他の組合せにおいても又は単独でも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】１実施形態による、加熱装置を備えた排ガス装置の原理を、極めて簡単化して示す回路図である。
【図２】別の実施形態による、加熱装置を備えた排ガス装置の原理を、極めて簡単化して示す回路図である。
【図３】１実施形態による排ガス装置を加熱装置の領域において縦断面して半分を示す断面図である。
【図４】別の実施形態による排ガス装置を加熱装置の領域において縦断面して半分を示す断面図である。
【図５】さらに別の実施形態による排ガス装置を加熱装置の領域において縦断面して半分を示す断面図である。
【図６】さらに別の実施形態による排ガス装置を加熱装置の領域において縦断面して半分を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図面において、同一の又は類似の又は機能が同じコンポーネントには、同じ参照符号が付してある。
【００３１】
図１及び図２に示すように、図示されていない内燃機関の排ガス装置１は、排ガスライン２を有しており、この排ガスライン２は、内燃機関のエンジンブロックから排ガス装置１のテールパイプにまで延びている。
【００３２】
そのために排ガスライン２は、管壁４を有する少なくとも１つの排ガス管３を有している。管壁４はその内側面５で、図１及び図２に矢印によって示された排ガス流７を案内するための、同様に矢印で示された排ガス路６を画定している。排ガスライン２の内部において、排ガス管３は排ガス装置１の、排ガスライン２内に配置された個々のコンポーネントを互いに接続している。純然たる例として、図１及び図２には、微粒子フィルタ８、遮断エレメント９及びＳＣＲシステム１０のＳＣＲ触媒１１が設けられている。微粒子フィルタ８は、微粒子フィルタエレメント１２を有していて、この微粒子フィルタエレメント１２の上流側には酸化触媒エレメント１３が配置されている。遮断エレメント９は、排ガスライン２の、該遮断エレメント９に接続された区分との間における振動を遮断するために働く。ＳＣＲ触媒１１は、ＳＣＲ触媒エレメント１４を有している。ＳＣＲシステム１０は、さらに排ガス流７に反応剤をもたらすためのインジェクタ１５を有している。このインジェクタ１５は、扇形にもしくは円錐形に広がる噴流１６を発生させる。さらにＳＣＲシステム１０は、所属の排ガス管３内に、静的な混合器１７を有しており、この混合器１７は、さらに、もたらされた液状の反応剤のための気化器としても働くことができる。
【００３３】
本実施形態の排ガス装置１は、さらに少なくとも１つの電気式の加熱装置１８を有しており、この加熱装置１８を用いて、排ガス管３の少なくとも１つの長手方向部分を加熱することができる。図１に示した実施形態では、加熱装置１８はＳＣＲシステム１０内に配置されており、つまり、本実施形態ではＳＣＲシステム１０によって形成された反応剤供給装置１９の領域に配置されている。この場合反応剤供給装置１９は、つまり反応剤としての還元剤を供給するために働く。他の実施形態では、このような反応剤供給装置１９が、酸化触媒エレメント１３において転換され得る燃料を排ガス流７に供給するために、例えば微粒子フィルタ８の上流側に配置されているような構成も可能である。つまりこのような構成では、反応剤供給装置１９は、反応剤として酸化剤を供給するために働く。
【００３４】
図２に示した実施形態では、加熱装置１８は、排ガス測定プローブ２０の領域に配置されており、この排ガス測定プローブ２０は排ガス管３に取り付けられている。排ガス測定プローブ２０は、例えばＯ2センサ又はＮＯｘセンサであってよい。図１及び図２には、加熱装置の２つの実施形態が択一的に示されているが、排ガス装置の他の実施形態において、両方の加熱装置１８が同時に実現されているような構成も可能である。図３〜図６には、図１に示した加熱装置１８の配置形式の実施形態が示されている。有意義であるならば、この特殊な構成は、図２に示した加熱装置１８の配置形式のためにも実現することができる。
【００３５】
図１〜図６に示すように、各加熱装置１８は少なくとも１つのヒータコイル２１を有しており、このヒータコイル２１は、排ガス管３の所望の長手方向部分において管壁４の外側面２２において、それぞれの排ガス管３に複数回巻き付いている。図３〜図６に示すように、各ヒータコイル２１は、抵抗加熱材料から成る導電体２３を有している。さらに、導電体２３と管壁４の外側面２２との間には、電気的な絶縁体２４が配置されている。さらに加熱装置１８は、断熱性の外装２５を有しており、この外装２５は、各ヒータコイル２１の領域において排ガス管３を取り囲んでいて、各ヒータコイル２１が外装２５によって完全に閉じ込められるようになっている。例えば外装２５は、排ガス管３に取り付けられた外殻２６と電気絶縁性の充填体２７とを有しており、この充填体２７は、外殻２６と排ガス管３との間に形成されたリング室２８を満たしていて、このリング室２８内には、それぞれのヒータコイル２１が配置されている。外殻２６は、好ましくは金属から成っていて、排ガス管３に溶接されていてよい。充填体２７は、例えば繊維マットとして製造された電気絶縁性の繊維材料によって形成されていてよい。
【００３６】
図５に示した実施形態では、絶縁体２４は、絶縁層２９によって形成されており、この絶縁層２９は、管壁４の外側面２２に設けられている。導電体２３は、絶縁層２９に巻き付けられていて、この絶縁層２９と接触している。この場合ヒータコイル２１は、単に導電体２３だけによって形成されている。図５に示した実施形態では、導電体２３は方形の横断面を有しているので、導電体２３はほぼ帯状に形成されている。絶縁層２９は、例えば繊維マットとして製造された電気絶縁性の繊維材料によって形成されていてよい。
【００３７】
図３、図４及び図６に示した実施形態では、各ヒータコイル２１は、別の構造を有しており、図４には、ヒータコイル２１の横断面が拡大図３０で詳細に示されている。この拡大図３０から分かるように、ヒータコイル２１は、本実施形態では、コア３１を有しており、このコア３１は、周壁３２によって取り囲まれており、さらに周壁３２とコア３１との間には粉末充填物３３が配置されていてよい。コア３１は、導電体２３を形成している。周壁３２は、少なくとも部分的に絶縁体２４を形成している。粉末充填物３３が設けられている場合には、粉末充填物３３は電気絶縁性であり、かつ絶縁体２４の別の部分を形成している。
【００３８】
図１に示すように、加熱装置１８は、インジェクタ１５の領域に配置されており、これによってインジェクタ１５の領域においては、凝縮水及び反応剤の持続的な付着もしくは堆積のおそれを減じることができる。さらに図１に示すように、加熱装置１８は、インジェクタ１５の噴射方向においてインジェクタ１５に向かい合って位置する壁部分３４の領域に配置されている。これによって噴流１６は前記壁部分３４に衝突することができる。図１及び図２の実施形態に示すように、図３〜図６に示した排ガス管３の長手方向中心軸線３５に対して同心的に、反応剤を同軸的にもたらす場合、前記壁部分３４は円筒形であり、混合器１７の直ぐ上流に位置している。相応にこのような壁部分３４は、図３〜図６にも略示されている。
【００３９】
図１及び図３〜図６から分かるように、加熱装置１８はさらに混合器１７の領域に配置されている。それというのは、この混合器１７も液状にもたらされる反応剤のための好適な衝突面を成すからである。図示の実施形態では、混合器１７は円筒形の管体３６を有しており、この管体３６からは複数の案内羽根３７が内方に向かって、つまり長手方向中心軸線３５に向かって突出している。これらの案内羽根３７は、ほぼ半径方向に方向付けられている。基本的に排ガス管３は、混合器１７の領域においても軸方向において真っ直ぐに形成されていてよく、このように構成されていると、管体３６は、その全軸方向長さにわたって可能な限り面で、管壁４の内側面５に接触しており、これによって排ガス管３と混合器１７との間における可能な限り効果的な熱伝達を可能にすることができる。しかしながら、図３〜図６に示した好適な実施形態において、排ガス管３もしくは円筒形の管壁４は、混合器１７の領域に、軸方向の中断部３８を備えていて、この中断部３８に軸方向において隣接する２つの管部分３９，４０が、その軸方向端面で、中断部３８において互いに対向して位置し、かつ軸方向において互いに間隔をおいて位置するようになっている。この中断部３８は、混合器１７の管体３６によって橋渡しされていて、好ましくは、管体３６は両方の管部分３９，４０をそれぞれ軸方向において覆っている。好ましくは、管体３６は両管部分３９，４０にそれぞれ、周方向において完全にかつ閉鎖された環状の溶接シーム４１を用いて、堅固にかつ密に結合されている。図３、図５及び図６の変化形態では、管体３６のこの軸方向のオーバラップ部は、両管部分３９，４０を備えている。このとき管体３６はそれぞれ、各管壁４の内側面５に接触している。このような実施形態とは異なり、図４に示した実施形態では、管体３６は、管部分３９，４０に対して面一になるように中断部３８内に挿入されており、これによって両管部分３９，４０はその軸方向端面でそれぞれ、管体３６の軸方向端面と当接して配置されている。これらの当接部も、溶接シーム４１によって互いに結合されている。
【００４０】
図３から分かるように、ヒータコイル２１は管体３６の領域に、特に中断部３８の領域に、中断部３８の外側もしくは管体３６の外側に比べて、高い巻線密度を有することができる。図３において、ヒータコイル２１の互いに隣接した巻条の間における僅かな軸方向間隔は、単に一例として示されている。さらに図３の実施形態では、ヒータコイル２１は中断部３８の領域において、半径方向において２層に形成されており、これによって同様に高められた巻線密度が生ぜしめられる。
【００４１】
さらに、図３〜図６に示した実施形態では、ヒータコイル２１は中断部３８の領域において管体３６に直に接触している。そのために、図５に示した実施形態では、絶縁層２９が中断部３８の領域にも設けられていて、そこで管体３６に装着されている。
【００４２】
図１及び図２に示すように、加熱装置１８はさらに制御装置４２を有することができ、この制御装置４２は、ヒータコイル２１への給電を制御する。このとき制御装置４２は簡単な実施形態では、タイムマップ及び／又は特性マップによって作業する単純な制御を実現することができる。同様に、加熱装置１８の温度制御を、少なくとも１つのＰＴＣ素子を用いて行うことも可能であり、このＰＴＣ素子は、導電体２３と直列に接続されているか、又は少なくとも部分的に導電体２３によって形成されている。同様に、制御装置４２が加熱装置１８を制御すること、つまり制御の意味でヒータコイル２１への給電を実施することも可能である。そのために少なくとも１つの温度センサ４３が設けられていてよく、この温度センサ４３は、適切な形式で制御装置４２に接続されている。図１の実施形態では、温度センサ４３は、混合器１７の領域に配置されている。図２の実施形態では、温度センサ４３は、センサ２０の領域に配置されている。制御装置４２は好ましくは、この制御装置４２が各ヒータコイル２１への給電を制御もしくは調整して、排ガス管３における該当領域が気化温度を超えて加熱されるように、構成されているかもしくはプログラミングされている。ここで該当領域というのは、排ガス流７内において連行された気化した液体が凝縮するおそれが高い領域、又は排ガス流７内に進入した液体が沈降もしくは付着（Niederschlag）するおそれが高い領域のことである。このとき気化温度は、それぞれの液体に合わせられている。図１の実施形態では、気化温度は、反応剤の気化温度であり、該当領域はほぼ混合器１７、もしくは混合器１７の案内羽根３７及びその上流側に接続する壁部分３４である。同様にインジェクタ１５の領域も該当する。図２の実施形態では、該当する液体は水であり、該当領域は、センサ２０の周囲に配置されている。
【００４３】
特に好ましくは、制御装置４２は、この制御装置４２が各ヒータコイル２１への給電時に現在の排ガス温度及び／又は現在の反応剤温度及び／又は現在の反応剤噴射量を考慮するように構成されている。そのために加熱装置１８の制御装置４２は例えば、ＳＣＲシステム１０の、例えばインジェクタ１５を制御するために働く制御装置４４に接続されていてよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  排ガス装置、  ２  排ガスライン、  ３  排ガス管、  ４  管壁、  ５  内側面、  ６  排ガス路、  ７  排ガス流、  ８  微粒子フィルタ、  ９  遮断エレメント、  １０  ＳＣＲシステム、  １１  ＳＣＲ触媒、  １２  微粒子フィルタエレメント、  １３  酸化触媒エレメント、  １４  ＳＣＲ触媒エレメント、  １５  インジェクタ、  １６  噴流、  １７  混合器、  １８  加熱装置、  １９  反応剤供給装置、  ２０  排ガス測定プローブ、  ２１  ヒータコイル、  ２２  外側面、  ２３  導電体、  ２４  電気的な絶縁体、  ２５  外装、  ２６  外殻、  ２７  充填体、  ２８  リング室、  ２９  絶縁層、  ３０  拡大図、  ３１  コア、  ３２  周壁、  ３３  粉末充填物、  ３４  壁部分、  ３５  長手方向中心軸線、  ３６  管体、  ３７  案内羽根、  ３８  中断部、  ３９，４０  管部分、  ４１  溶接シーム、  ４２  制御装置、  ４３  温度センサ、  ４４  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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