CN100441837C - 用于柴油机的烟尘减少设备及其制造方法 - Google Patents

Abstract

此处公开了一种废气后处理设备及其制造方法，所述设备应用于使用电热器的柴油机。所述设备燃烧内燃机特别是柴油机排出的废气中所包含的PM，这样就不会向空气中排放污染物。电热器(4)与至少一催化单元(7，8)连接以便在低温激活催化剂或改善一氧化氮/二氧化氮转化率，所述电热器用于空间非均匀地分布热容量。所述电热器(4)被分为多个分段，这样根据在分段处所收集的PM量向每个分段连续地或选择性地提供电流，从而降低了能量消耗。通过堆叠带材(60)制造所述的电热器。每条带材包括波纹带材部分(61)和平坦带材部分(62)。交替地布设波纹带材部分和平坦带材部分。

Description

用于柴油机的烟尘减少设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及利用电热器的柴油机的废气后处理设备和制造该设备的方法。更特别地，本发明涉及一种废气后处理设备及其制造方法，该设备可以燃烧内燃机特别是柴油机排放的废气中所包含的颗粒物(PM，particulate matter)，这样就不会向空气中排放污染物。

背景技术

如本领域技术人员所熟知，当燃料在内燃机中燃烧时，会排放大量有害颗粒，所述燃烧产生驱动车辆所必须的动力。特别是对于柴油机，由于活塞的压缩工作引起喷射到引擎中的燃料温度升高。结果是，燃料自动燃烧并从而未充分燃烧。因此，排放了大量的有害污染物(下文称为“PM”)，例如颗粒物、氮氧化物(NOx)、未燃烧或部分燃烧的烃(HC)、一氧化碳(CO)和有害芳(香)族化合物。

在柴油机的燃烧过程中未充分燃烧的燃料与车辆的废气一起排放到空气中。该废气在空气中扩散，并因此被吸入到人类的肺中，从而引起支气管问题甚至癌症。

最近，上述空气污染已经成为急待解决的前沿问题之一。进一步讲，在全世界各个国家，对车辆排放废气的限制已根据环境标准变得越来越严格。

由于上述原因，使用柴油的车辆通常包括废气管上或其他部件上的预处理设备，用以在将废气排放到空气中以前减少废气中的污染物，从而防止环境污染，废气通过所述废气管被排放到空气中。另外，由于废气标准的严格，不可避免的需要为装备了柴油机的车辆再配备一用于净化废气的后处理设备。

后处理设备是一种交替地阻塞陶瓷基质(ceramic substrate)的通路的设备，从而在固体有害物质例如PM经过陶瓷基质时将其过滤掉，该陶瓷基质主要适用于汽油发动机。

但是，一旦陶瓷过滤器使用了很长时间而未被更换时，所收集的废气中含有的颗粒物将超过过滤器的承受能力。结果是，废气系统的背压增加，并从而造成过滤器的损害或引擎输出的降低。因此，为了解决上述问题，需要在过滤器之前设置一附加设备，该设备用于周期性地燃烧和移除所收集的PM或用于降低PM的再生温度。

上述PM燃烧或氧化系统可能使用用于直接将废气的温度增加到PM氧化温度的系统或用于降低废气氧化温度的系统。

用于直接增加废气温度的系统通过电热器或轻油燃烧器直接加热废气，而用于降低PM氧化温度的系统使用一种催化剂或燃料添加剂。

下面将参照附图1给出传统废气净化系统的详细描述，该系统用于装配有电热器的柴油机。

图1是示出使用电热器的传统废气净化系统的结构的侧视图。如图1所示，传统废气净化系统包括：设置在车辆的一废气管1的中间的过滤罐2、安装在过滤罐2中的蜂窝状陶瓷过滤器3、安装在陶瓷过滤器3之前用于当电热器4被充电时加热陶瓷过滤器3的电热器4；所述过滤罐具有一入口和一出口，废气通过所述入口进入过滤罐2，废气通过所述出口从过滤罐2中排出。

围绕着陶瓷过滤器3设置有用于测量气体压力的压力传感器(未示出)。压力传感器与一电控单元(ECU)5电连接，该电控单元控制供应给电热器4的电能。

在具有上述结构的传统废气净化系统中，借助陶瓷过滤器3收集由车辆的废气管排放到空气中的废气中所含的颗粒物，所收集到的颗粒物被电热器4加热到可再生的温度。这样，废气就被净化了。

在废气净化系统的净化罐2中安装有传感器，所述传感器包括压力传感器和温度传感器，用于感应陶瓷过滤器3所收集到的颗粒物是否超过预定量。作为使用传感器的检测结果，当陶瓷过滤器3所收集的颗粒物超过预定数量时，电热器4被电控单元5驱动从而将引擎排放的废气加热到较高温度，例如大约500℃到700℃，这样陶瓷过滤器3所收集到的颗粒物就被燃烧和移除了。

如上面所描述的，陶瓷过滤器3必须被电热器4加热到500℃到700℃的高温以便在陶瓷过滤器3中再生PM。进一步讲，在车辆行驶时，必须重复进行电热器4加热陶瓷过滤器3的操作。因此，传统电热器4的电能消耗很大。

术语“再生”意味着通过过滤器收集PM、燃烧收集到的PM的过程，这样过滤器又回到收集PM的状态。因此，过滤器被再生了(返回其原始状态)，但是PM是简单氧化的。

由前面的描述可以理解的，一旦进行点火和加热操作，对传统电热器4的供电就被电控单元5整体控制。换言之，整个陶瓷过滤器3一直被电热器4加热。因此，当电热器工作时，可能不必要地消耗了大量能量。

进一步讲，传统电热器被制造为一个单一体。因此，甚至当电热器的一个部件被损坏时，也必须更换整个电热器，这增加了更换或维修废气净化系统的费用。

过滤器再生的定时是根据来自引擎或过滤器两端之间的背压或温度传感器来确定的，一旦过滤器再生，则电热器被完全地供电。因此，电热器的耐久性可能被降低。

当过滤器再生时，由于电热器的过热将在过滤器上出现过热。结果是，过滤器可能损坏。

进一步讲，只有在废气的压力大于一预定值时电热器才开始工作。因此，不可能预测在特殊条件下的过滤器再生。甚至当过滤器被再生后，由于烟尘的数量难以精确控制，都不能均衡地进行再生或收集。作为结果，如果所收集的烟尘量较大，大量的PM在过滤器再生时被氧化，这样就产生了大量的热。因此，很难通过传统电热器热控制过滤器。这是因为，传统系统的目的不是为了降低加热器的能量消耗，而是完全地再生过滤器。

在催化过滤器系统中，PM通过设置在废气下游的涂覆有催化剂的过滤器所收集，随后当涂覆有催化剂的过滤器的温度被增高到催化剂激活温度时，过滤器被再生，所述激活温度例如是350℃，所述催化过滤系统是气体净化系统的应用之一。所述系统有一个问题，当引擎在较低的温度工作了很长一段时间时，PM被连续收集而没有进行再生，因此由于背压的增加，过滤器被阻塞或损坏。

当过滤器内部的温度由于PM的过多聚集而临时增加到了预定温度之上时，PM被氧化并放出大量的热，该热量可能会损害过滤器。因此，所述系统有两个不足。其一是，PM在较低温度时不会被氧化，另一个是不能控制再生时间。

在使用氧化催化剂和柴油过滤器的组合体的废气净化系统中，氧化催化剂被置于柴油过滤器之前。

过滤器连续收集PM，同时包含在废气中的一氧化氮(NO)被氧化催化剂氧化从而变为二氧化氮(NO₂)。

氧化获得的二氧化氮(NO₂)用于氧化所收集的PM。

在这个系统中，根据产生的二氧化氮(NO₂)的数量来决定PM是否被再生。二氧化氮(NO₂)的再生主要受到温度的影响。

图2示出了在上述系统中产生的二氧化氮(NO₂)与PM在与氧气(O₂)相比为较低的温度有效地反应。氧化的二氧化氮(NO₂)具有很强的氧化能力，因此二氧化氮(NO₂)甚至可以在很低的温度容易地氧化PM。但是所产生的二氧化氮(NO₂)的量受到废气的温度和一氧化氮(NO)的排放量限制。

如图2中所显示的，二氧化氮(NO₂)用于在氧气环境中将PM的氧化温度(大约650℃)降低到大约为250℃。

一氧化氮(NO)/二氧化氮(NO₂)的转化率是由位于过滤器前的氧化催化剂的温度确定的。从图3中可以看出，当催化剂温度大约为300℃时，二氧化氮(NO₂)的转化率最高。换言之，当催化剂温度高于或低300℃时，二氧化氮(NO₂)的转化率降低。

如图2所显示，当废气温度在250℃到450℃之间时，烟尘被氧化，当废气温度在450℃到650℃之间或低于250℃时，过滤器没有被再生。

第三，在氧化催化剂-引擎控制(后-喷射)-燃料添加剂系统中，废气的温度通过柴油氧化催化剂(DOC)被增加了大约100℃，在排气冲程末尾再次喷射燃料，这样废气的温度增加了大约150℃到200℃，同时借助燃料添加剂，PM再生的温度被降低到450℃，这样PM就被再生了，所述系统可用于柴油机的燃油共轨系统(common-rail injection system)，所述柴油机最近刚刚被商用。

燃油共轨系统与传统机械喷射系统相比是用于电子控制喷射时间和燃料量的系统。特别地，在压缩和膨胀冲程中只喷射一次燃料，而在传统机械喷射系统中此类喷射产生的压缩温度用来操作引擎。另一方面，在主喷射燃烧燃料后电子地进行后喷射，这样在燃油共轨系统中通过后喷射燃料在排气冲程末段增加废气的温度。

但是，在氧化催化剂-引擎控制(后喷射)-燃料添加剂系统中，当废气温度低于250℃时，不能有效地进行PM的再生。

用于制造金属基材的多个薄板重叠在电热器中。通过交互地堆叠不同单元尺寸的波纹带材(strip)并将堆叠的带材连接可以实现使用金属基材制造电热器的工艺。但是，连接不是均匀的，因为在焊接工作之后结合力减小了。同时，卷起波纹带材也很不方便，波纹带材被制造为不仅带材的特定电阻不均匀，而且其结构或电力也不均匀。因此，很难实际使用电热器。

在带材的特定电阻不均匀的情况下，与带材的剩余部分相比，大量的电流只流过该带材的一部分，因此带材的温度也变得不均匀或者带材的温度是局部增加的。结果是，带材的一部分的热耐久性降低。

考虑到传统电极部件和加热器罩体(heater mantle)部件的功能，将带材与能量供应相连的电极具有很低的接触电阻、与周围部件的良好绝缘，以及很好的机械耐久性/热耐久性。用于将带材与能量供应基座(ground)相连的罩体部件也应该具有足够的热强度/机械强度。

与使用陶瓷绝缘材料的电极相比，传统电极具有很低的电击或波动承受能力。电极也与内部罩体物相连。因此，当电极损坏或破裂时必须整个更换加热器。罩体用于电连接带材和外部。罩体通过焊接与电热线连接。

这样，波纹带材与平坦的罩体相连。因此，带材与罩体是机械脆弱和热脆弱的。罩体物的特定电阻也是不能根据经过电热线的电流量而轻易改变。

除了电热器以外还设置了一防辐射单元或金属基材来进行最终安装。此时，使用绝缘销来电绝缘辐射热防止单元和电热器，同时保持辐射热防止单元和电热器的机械强度。但是，绝缘销的结构及绝缘销的制造过程是复杂的，其结果是当其商用时绝缘销的成本很高。

通过交替地堆叠不同单位尺寸的波纹带材和连接堆叠好的带材来进行使用金属基材制造电热器。但是，焊接点不是均匀的，在焊接后连接力减小。

而且，在堆叠具有不同单位尺寸的波纹带材的情况下，当由平坦带材形成波纹带材时，带材的收缩速率发生变化。因此，很难控制每个带材的电阻。

大量的电流通过具有降低的收缩速率的带材流动，因此带材的温度本身变得不均匀或者带材的特定部分的连接强度变小。

在金属基材的制造中，平坦带材来自一平坦带材供应单元，而波纹带材来自波纹带材供应单元。平坦带材和波纹带材是交替地堆叠和缠绕的。此时，必须同时使用平坦带材和波纹带材以便将平坦带材和波纹带材插入到外部罐部件中。因此，很难缠绕和连接平坦带材与波纹带材。

在用齿轮制造平坦带材的情况下，在齿轮之间设置有预定的间隙。当齿轮间间隙太小时，齿轮和带材可能被磨损。当齿轮间的间隙太大时，带材供应单元或带材抽出单元处的拉力减小，因此带材侧滑。因此，波纹带材的产出率降低。

进一步讲，在平坦带材和波纹带材被分别准备好并缠绕好之后，进行金属基材的焊接工作。结果是，带材的焊接部分的连接是均匀的；但是必须按下述方式提供带材，即在卷绕带材时当向带材施加恒力。此外，齿轮或带材由于波纹带材和齿轮之间的摩擦被磨损。

使用金属基材制造电热器时，当波纹带材具有不同的单元密度时，将被焊接的连接是不均匀的，因此当带材彼此连接时，带材的强度会降低。

发明内容

因此，为了解决上述问题而创造了本发明，本发明的目的之一是提供柴油机的废气后处理设备及其制造方法，其中电热器没有被作为主加热源使用而是作为激活催化过滤器或氧化催化剂的辅助加热源，这样电热器的热耐久性就得到了提高，同时引擎的工作和过滤器的状态被连续地监测，这样可以根据引擎工作和过滤器的状态而使用恰当的再生系统。

借助提供给柴油机废气后处理设备的电热器，提供在传统DPF系统中再生PM所需要的热量，因此甚至在很低的温度可以实现净化。

结合催化过滤器、氧化催化剂和过滤器，可以系统地使用电热器来改善低温下二氧化氮转化率。电热器也可以使用在DPF系统中用于通过引擎的后喷射再生PM，这样甚至可以在很低的温度实现PM的再生。

因此，电热器被置于传统催化剂(例如氧化催化剂和脱氧催化剂)或传统催化过滤器之前，这样电热器可以在一定的温度范围之下工作，该温度是通过废气产生的热量来影响PM的再生的温度。

电热器并不直接燃烧通过过滤器所收集的PM。只有当催化剂的激活能量不足时电热器才工作。因此，只有催化剂工作在传统催化剂被激活的温度下。

在结构上，电热器被分为多个段，这样根据所收集的PM的量向电热器的分段有效地供电。因此，当电热器工作时，减少了不必要的能量浪费，同时当电热器不能正常工作时，可以在不更换整个电热器的条件下更换电热器的损坏部件。

当电热器工作时，废气的温度增高到激活催化剂的温度，该温度与传统电加热系统不同。

根据过滤器和引擎所获得的信息的综合来决定再生所收集的PM。

控制单元用于在不向过滤器施加过热负载时，总体监控再生过程和操作电热器。

本发明的另一个目的是提供一种制造电热器的方法，所述方法包括通过夹具形成带材的步骤，从而解决由于焊接时变形而产生的带材的长度和形状的变化而引起上述设备的产出率降低的问题。

本发明的又一个目的是提供一种电热器，其中电热器的罩体具有易于改变的特定电阻，罩体与带材之间的连接处具有良好的机械强度并且与辐射热防止单元之间良好绝缘。

本发明的再一个目的是提供金属基材的波纹结构，这样当焊接金属基材时，可以增加带材之间的连接强度。

特别地，当将本发明应用于使用金属基材的电热器和金属基材时，可以使用本发明的方法制造具有比传统电热器更好的连接强度的电热器。

根据本发明，可以借助用于柴油机的废气后处理设备实现本发明的上述和其他目的，所述设备通过催化剂再生PM，其中用于空间上非均匀分布热容量的电热器与至少一催化剂单元连接从而在较低的温度激活催化剂或改善一氧化氮(NO)/二氧化氮(NO₂)转化率。

根据本发明，当在电控单元的控制下使用催化剂再生通过过滤器收集的废气颗粒物时，电热器被放置在车辆的废气管的催化剂或催化过滤器之前用于将催化剂加热到催化剂被激活的温度。

空间上非均匀地分布热容量是根据废气管的内部的辅助中心为分段区域提供具有不同热容量的热能。

催化剂单元包括一氧化催化剂和一催化过滤器。

电热器被分为中心段和围绕段。围绕段包括多个分段部件，围绕中心段径向地布设所述分段部件。连续地或选择性地为每个分段提供电流以便燃烧在该分段所收集的PM。

中心段与围绕段的半径比优选地大约是0.6∶0.4，提供给中心段和围绕段的电流供应比优选地大约为0.8∶0.2。

附图说明

通过下面结合附图对优选实施例的详细描述，可以更清楚地理解本发明的其他目的、特征和优点，其中：

图1是示出了装配有一电热器的传统废气净化系统的结构的侧视图；

图2是示出了在氧气(O₂)和二氧化氮(NO₂)环境下PM再生率的曲线图；

图3是示出了二氧化氮(NO₂)根据废气温度的转化率的曲线图；

图4a是示出了其加热元件的结构的一串联电热器的主视图；

图4b是示出了其加热元件的结构的一串联电热器的侧视图；

图4c是示出了其加热元件的结构的一串联电热器的另一主视图；

图5a是示出了其加热元件的结构的并连电热器的主视图；

图5b是示出了其加热元件的结构的并连电热器的侧视图；

图5c是示出了其加热元件的结构的并连电热器的另一主视图；

图6a是示出了与电源电连接的串联电热器的各个电极的等效电路图；

图6b是示出了与电源电连接的并联电热器的各个电极的等效电路图；

图7是装配有现有技术的电热器的传统废气净化系统的截面侧视图；

图8是装配有本发明的电热器的废气净化系统的截面侧视图，该系统应用于催化过滤器；

图9是装配有本发明的电热器的废气净化系统截面侧视图，该系统应用于氧气催化剂和催化过滤器；

图10是装配有本发明的电热器的废气净化系统截面侧视图，该系统应用于氧气催化剂和过滤器；

图11是示出了根据本发明制造带材的设备的示意图；

图12是示出了堆叠带材的过程的示意图；

图13是示出了传统方法堆叠的带材的视图；

图14是示出了根据本发明堆叠的带材的视图；

图15a和图15b是示出了根据本发明用于制造带材的另一设备的示意图；

图16是示出了齿轮间间隙最大值和最小值的视图；

图17a是示出了根据相位的间隙的曲线图；

图17b是示出了通过间隙的变化形成波纹的视图；

图18a至图18d是分别示出了根据间隙a和间隙b调整波纹振幅的视图；

图19是示出了特定电阻根据振幅的变化的曲线图；

图20a是示出了加热器的加热元件的可分离加热器和容纳电热线的夹具的分解立体图；

图20b是示出了容纳在夹具中的加热元件的可分离加热器的组合立体图；

图20c是夹具的局部放大图；

图20d是图20a中示出的带材的局部放大图；

图21是示出了容纳在夹具中的加热元件的单一电热器的组合立体图；

图22a是示出了容纳在夹具中的加热元件的单一电热器的组合立体图；

图22b是图22a中示出的C部分的放大图；

图22c是图22b中示出的D部分的放大图；

图22d是示出了装配加热元件与罩体的末端的视图；

图23是电热器的内部和外部罩体的组合立体图；

图24a是电极的立体图；

图24b是说明电极的安装操作的立体图；

图24c是示出了根据本发明的第一优选实施例的电极的视图；

图24d是示出了根据本发明的第二优选实施例的电极的视图

图25a是说明被容纳的加热元件、罩体和电极的安装操作的分解立体图；

图25b是说明被容纳的加热元件、罩体和电极的安装操作的组合立体图；

图26a是说明内部及外部加热元件与罩体通过连接销安装的分解立体图；

图26b是通过连接销互相连接的内部及外部加热元件与罩体的组合立体图；

图27a是示出了插座(socket)和插座支架(socket rest)的分解立体图；

图27b是示出了通过插座彼此连接的加热元件的组合立体图；

图28a是根据本发明第一实施例的绝缘销的视图；

图28b是根据本发明第二实施例的绝缘销的视图；

图28c是根据本发明第三实施例的绝缘销的视图；

图28d是根据本发明第四实施例的绝缘销的视图；

图28e是根据本发明第五实施例的绝缘销的视图；

图28f是根据本发明第六实施例的绝缘销的视图；

图29a是说明辐射热防止单元安装操作和电热器安装的分解立体图；

图29b是辐射热防止单元和电热器组合的组合立体图；

图30a是说明电热器的一个部件和外部罐部件组装操作的分解立体图；以及

图30b是电热器的部件和外部罐部件的组合立体图。

具体实施方式

现在，参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。

参照图4a至图4c，电热器的中心加热部件通过阳极被供电，电热器的围绕加热器部件被分别通过阴极121、122、123、124供电，这样中心加热器部件和至少一个围绕加热器部件被同步地操作，所述图4a至图4c示出了电热器的结构。

如上面所描述的，电热器包括中心加热器部件和围绕着中心加热器部件的围绕加热器部件。因此，当需要时，可以操作一个或多个加热器部件。

辐射热防止单元通过绝缘销171和172被安全地固定在电热器上。

当电热器未涂覆有催化剂时，辐射热防止单元被放置在电热器之前用于防止来自电热器的辐射热。辐射热防止单元位于电热器后边并被用作氧化催化剂，当电热器涂覆有催化剂时，该催化剂被来自电热器的热量激活。

参考附图6a，电流从Vcc流向S1、S2、S3和S4，该视图示出了串联式电热器的电气结构。因此，当电热器运行时，R1+R2、R1+R3被接连着加热。作为备选方案，可以加热R1+R2+R3、R1+R2+R3+R4或R1+R2+R3+R4+R5。换言之，可以根据引擎或过滤器操作电热器。

参考附图6b，电流从Vcc流向S1、S2、S3、S4和S5，该视图示出了并联式电热器的电气结构。因此，当电热器工作时，R1+R2、R1+R3被接连着加热。

不考虑电热器如何工作，优选地，电热器的中心段是被集中地加热的。这是因为，废气管中的废气流集中在电热器的中心段，该废气流被解释为牛顿流体。

本发明特征在于甚至在未进行上述再生的区域也可以使用具有上述结构的电热器实现PM的再生。根据本发明，该系统主要包括电热器和催化过滤器。

除了考虑废气的温度和背压，还要考虑引擎的状态来实现再生。系统的构造在表1中说明，在所述系统中使用电热器。针对再生温度的范围进行比较。

表1各个系统的再生温度范围的比较

类型	系统构造	再生方法	再生温度(℃)	问题
					A	氧化催化剂+过滤器	使用二氧化氮(NO2)再生	250-450	燃料中的硫磺成分，再生温度的范围
B	催化过滤器	使用催化过滤器再生	高于280	在低温再生
					C	燃料添加剂+	使用燃料添加	高于250	费用、在低温

	氧化催化剂+后喷射	剂、氧化催化剂和后喷射再生		再生、由于燃料添加剂引起的灰烬
					实施例1	电热器+B	通过加热器增加催化剂活性	低于200	能量消耗和复杂的控制
实施例2	电热器+A	通过加热器增加二氧化氮(NO<sub>2</sub>)的转化率	低于200	能量消耗和复杂的控制
					实施例3	电热器+C	使用加热器在低温再生	低于200	能量消耗和复杂的控制

在主要包括氧化催化剂和过滤器的系统A中，使用通过氧化催化剂产生的二氧化氮(NO₂)作为氧化剂来氧化PM。

根据系统A，再生的程度由二氧化氮(NO₂)的量决定，通过氧化催化剂的二氧化氮(NO₂)转化率在废气温度为250℃至450℃时最高。因此，PM在上述温度被氧化。

因此，需要提供辅助加热源来供应增加二氧化氮(NO₂)转化率所需的热量，以便在低温氧化PM。因此，在实施例1中，电热器用于在低温激活氧化催化剂，这样二氧化氮(NO₂)的转化率就提高了。结果是，在实施例1中，甚至可以在低温氧化PM。

在只使用催化过滤器的系统B中，当废气温度大约为350℃时PM被氧化。

在实施例2中，在系统B中使用电热器。电热器用于在低温激活催化剂。因此，在实施例2中，甚至可以在低温氧化PM。

在主要包括燃料添加剂、氧化催化剂和过滤器的系统C中，在废气温度高于250℃时PM减少。

因此，在实施例3中，可以使用电热器氧化PM。

下面将参照附图对上述实施例进行详细描述。图7示出了装配有传统电热器4的废气净化系统。如图7所示，电热器4位于过滤器9之前。因此，只使用加热器4再生通过过滤器9所收集的烟尘。

附图标记12指明了一垫子(mat)，该垫子用于使过滤器9保温，而附图标记20指明了一夹具，该夹具用于固定电热器4。

图8示出了实施例1，其中本发明的电热器4与一催化过滤器系统连接。如图8所示，本发明的电热器4位于催化过滤器8之前。在电热器4之前设置有辐射热防止单元10，该单元用于遮蔽来自电热器的辐射热量。

如上面所描述的，电热器4只用于激活催化剂过滤器8。这就是说，不是在引擎工作的整个范围内使用电热器。因此由于降低能量消耗这一事实，实施例1是非常有用的。

图9示出了实施例2，其中本发明的电热器4用于氧化催化剂和催化过滤器。在实施例2中，一氧化氮(NO)被氧化催化剂7氧化从而获得二氧化氮(NO₂)。使用二氧化氮(NO₂)作为氧化剂通过催化过滤器8再生PM。电热器4只用于激活催化过滤器8。

由于，置于电热器之前用作辐射防止单元的金属基材涂覆有氧化催化剂。因此，不需要另外的氧化催化剂。

图10示出了实施例3，其中本发明的电热器4应用于由氧化催化剂7和过滤器9组成的系统。电热器4用于为氧化催化剂7供热，从而使一氧化氮(NO)借助氧化剂转化为二氧化氮(NO₂)。

因此，放置在电热器4的之后的金属基材涂覆有氧化催化剂7。

与使用电热器的传统再生系统相比，本发明的上述实施例具有不同的热源能量消耗和不同的工作方法。因此，可以根据引擎和过滤器的状态实现再生。

如表2中所显示的，根据本发明，PM按照五个状态被氧化。

状态1是一低速/高负载状态。在这个状态下，引擎转速为低于1800rpm，引擎负载率为70％到100％。同样地，来自引擎的废气温度高，背压(废气压力)低。

在状态1，温度高于催化剂激活温度。结果是，电热器不是基本运行，因此PM借助设置于电热器之后的催化剂再生。

状态2是低速/低负载状态。在这个状态下，引擎转速为低于1800rpm，引擎负载率为0到30％。同样地，背压率(当前背压/最高压力*100)是至少低于30。

在状态2，来自引擎的废气温度低，背压也低。因此，将电热器用作加热催化剂的辅助加热源。由于废气的流速比较低，电热器是平稳运行的。

电热器基本地加热催化剂到催化剂被激活的温度而不是直接燃烧PM。

状态3是中速/高负载状态。在这个状态下，引擎转速为1800rpm到3500rpm，引擎负载率为70％到100％。同样地，来自引擎的废气温度高，背压(废气压力)低。

结果是，在该状态下电热器不是基本地运行。通过设置于电热器后面的催化剂再生PM。

由于背压是基本平均的，当PM的数量大或由于废气的温度导致PM的燃烧不是平稳进行的时，可以辅助地使用电热器。

废气的流速是中等的，因此基本地使用R1+R2的加热。如果需要，加热源的温度可以增加为R1+R2+R3加热。

状态4是中速/中负载状态。在这个状态下，引擎转速为1800到rpm3500rpm，引擎负载率为30％到70％。同样地，来自引擎的废气温度是中等的，背压(废气压力)是中等的。

在该状态下，由于催化剂未被激活并且废气的流速是中等的而辅助地使用电热器。

由于废气的流速是中等的，基本使用R1+R2的加热。如果需要，加热源的温度可以增加为R1+R2+R3加热。

状态5是高速/低负载状态。在该状态下，引擎转速为高于3500rpm，引擎负载率为0到30％。同样地，来自引擎的废气温度是中等的，背压(废气压力)很高。

在该状态下，很难借助任何现有的催化剂燃烧PM，并且背压很高。因此，除非PM在状态5中立即燃烧，否则将损坏过滤器。

本发明的电热器具有非常高的流速，因此当电热器工作时将使用大量的能量。

因此，在该状态下电热器按照R1、R2、R3、R4和R5同时加热的方式工作，因此烟尘被最大的热容量有效地燃烧。

表2各个状态下的再生

	状态1	状态2	状态3	状态4	状态5
						引擎负载	高	低	高	中	低
引擎旋转	低	低	中	中	高
						温度	高	低	高	中	中
压力	低	低	中	中	高
						PM排放量	高	高	低	中	高
本发明第一实施例中的再生	催化剂	由电热器辅助	催化剂	由电热器辅助	电热器
						本发明第二实施例中的再生	NO<sub>2</sub>	通过电热器增加NO<sub>2</sub>的再生率	NO<sub>2</sub>	NO<sub>2</sub>或由电热器辅助	电热器
本发明第三实施例中的再生	燃料添加剂	通过电热器辅助再生	燃料添加剂	后喷射，氧化催化剂或通过电热器辅助	电热器

在各个状态下的PM再生中，引擎的运转和过滤器的状态被基本地监控，电热器的工作时间和将要使用的电流量根据所监测到的数据决定。

一旦通过电控单元确定了再生的时间和周期，监测过滤器两端之间的温度和背压从而确定是否进行再生。如果需要，电热器将再次运转。当引擎的背压突然增加或确定使用催化剂的再生不是平稳进行时，甚至可以在PM再生时间之前启动电热器，以便加速催化剂的激活。这样，PM就被氧化了。

因此，由于根据本发明总是收集并氧化预定数量的PM，当过量收集PM时，可以避免PM的再生。

现在将对构成电热器的电热线的构造进行详细描述。通过以不同的形式堆叠一些带材可以构成加热元件。例如，可以如图18a至图18d所显示的构造加热元件。

但是，通常通过交替地堆叠和连接不同单元尺寸的波纹带材形成传统的加热元件。结果是，连接不是均匀的。

根据本发明，提供了包括波纹带材部分61和平坦带材部分62的带材60，其中波纹带材部分61和平坦带材部分62是交替地布设的，这样当带材被连接时，连接是均匀的。

在带材的波纹部分和平坦部分之间可以设置预定长度的偏移部分。

当堆叠每条通过交替地布设波纹带材部分和平坦带材部分所形成的带材时，上部带材按下述方式堆叠在下部带材上，即波纹带材部分形成在上部带材和下部带材的每一条的一侧上，平坦带材部分形成在上部带材和下部带材的每一条的另一侧上。

为了解决上面提到问题，波纹带材部分和平坦带材部分以恒定速率交替地形成。

优选地，波纹带材部分和平坦带材部分的速率大约是1∶1。

同样地，在缠绕带材时，在波纹带材部分和平坦带材部分之间设置有偏移从而避免波纹带材部分和平坦带材部分之间的干扰。

可以在波纹带材部分的范围内改变偏移。

借助上面描述的带材，与只使用波纹带材相比可以减少单元密度。

根据本发明，由于还设置了平坦带材部分，一单元长度的波纹带材部分是相当小的。因此，带材的磨损被减小，并且提高了热效率和流效率。

下面将详细描述带材的磨损。带材主要通过齿轮制造。来自平坦带材供应单元的平坦带材经过齿轮就变为波纹带材了。当带材是波纹形的时候，带材被齿轮以恒定张力驱动，平坦带材供应单元依靠该张力供应平坦带材，同时向平坦带材施加恒力。

此时，在齿轮和带材之间出现了摩擦。当张力很大时，由于齿轮和带材之间的剧烈摩擦，带材和齿轮就会被磨损。因此，需要定期更换齿轮。当摩擦很大时，单元密度将被改变。

但是，根据本发明，波纹带材部分长度没有超过整个长度(包括偏移)的一半。因此，可以将摩擦减少至不到一半。

当如上面所描述的，使用带材制造电热器时，与提供不同单元密度的带材的情况相比，结合区域是保持均匀的。

因此，本发明具有最小化由电流本地超额(local excess of theelectric current)所引起的热压力的功效，该电流超额是由单元密度的不均匀造成的。

当形成了带材以后，可以更换齿轮或可以为驱动齿轮的轴使用凸轮。

用于制造带材的设备包括：一驱动源；用于传输带材材料的、由来自驱动源的动力操作的一传输单元；和在其外围的预定部分形成有轮齿的至少两个齿轮。

用于制造带材的另一设备包括：一驱动源；用于传输带材材料的、由来自驱动源的动力操作的一传输单元；用于在带材材料形成波纹的至少两个可转动地相互结合的齿轮；和用于调整齿轮间间隙的安装在齿轮的轴上并且可以与齿轮的轴一起转动的凸轮。

图11示出了用于制造带材的设备。如图11所示，齿轮中的每一个具有部分地形成在其外围上的轮齿以便形成供应的带材材料。特别地，齿轮的每一个具有一些其上形成有轮齿的部分，和一些其上未形成轮齿的部分，以及其上形成有轮齿的部分和轮齿交错布设的部分。

如图11所示，在齿轮之前设置有一传输单元，该单元包括传输辊70和传输辊80。

操作传输辊70和传输辊80所需的扭矩来自驱动源90。

在按照图11所显示的方式形成的带材中，部分C指示了波纹带材部分，部分A指示了未被波纹化的平坦带材部分，部分B指示了偏移部分，当堆叠本发明的带材时，波纹带材借助偏移部分不与平坦带材相互干扰。

如图12所示，按下述方式将每条都是如图11所示形成的多个带材相互堆叠和连接，即波纹带材部分与平坦带材部分连接。

此时，考虑到单元密度和齿轮的深度，可以改变偏移的值以实现整体协调。

图13是示出了由传统方法制造的金属基材的视图。

图14是示出了使用本发明的带材制造的金属基材的视图。

从图14中可以看出，当使用同样高度的齿轮时，单元密度增加了。同时，连接很均匀。

进一步，在制造带材时，可以将每单元长度的齿轮和带材的磨损降低到一半以下。

与所堆叠的不同单元密度的带材相比，当如上面所描述的使用带材制造电热器时，可以确保均匀连接。同时，每单元长度的特定电阻是常数。因此，最小化了由电流的本地超额引起的热压力。

图15a和图15b示出了根据本发明制造带材的另一个设备。如图15a和图15b所显示的，在齿轮的两端都设置有凸轮，这样根据凸轮的形状形成带材，这与图11中所示的使用齿轮形成带材的方法是不同的。

如图15a和图15b所显示的，根据本发明在用于制造带材的设备的中心设置有两个齿轮，即齿轮23和齿轮24。凸轮22设置在齿轮中的一个的两端或该齿轮的驱动轴的两端，旋转盘21位于另一个齿轮的两端或该齿轮的驱动轴的两端。旋转盘21旋转的同时与凸轮22接触。

通过形成在齿轮23和齿轮24上的轮齿使带材变形。

因此，如图16所示，齿轮间的间隙根据凸轮22的运转可能从最小间隙距离a改变为最大间隙距离b。

当带材在齿轮间穿过的同时齿轮间的间隙改变时，波纹的振幅就改变了。如图17a和17b所示，根据凸轮的形状改变了波纹的振幅。

在图17a中，参考字母e指示了间隙。

如图18a和18b所示，通过间隙a和间隙b可以形成带材。

当间隙a和间隙b相同时，形成的带材与传统金属基材一样。进一步，可以通过改变间隙a和间隙b的绝对值来调整整个振幅。

当间隙a大于间隙b时，可以形成图18c所示的带材。所述带材可以用于电热器和金属基材，带材的结合是均匀的。

特别地，当间隙b是0(b＝0)，带材是部分波纹和部分平坦的。因此，可以获得如图11中所示的带材。

当使用金属基材制造电热器时，控制整体特定的电阻是非常重要。

如图19所示，当齿轮间的间隙很大的时候，带材的整体长度增加。因此，可以通过简单调整间隙来控制电阻，而不必切割带材或调整带材的长度，因为电阻与带材的长度成比例。

制造电热器的方法其特征在于将带材插入到其中形成有特定形状的夹具中，该电热器是通过堆叠带材形成的并用于净化车辆所排放的废气。

优选地，夹具310是由金属或陶瓷制造的。夹具还包括至少一个罩体插入孔，用于为带材提供电流的至少一罩体通过该孔被插入。在加热元件插入孔和罩体插入孔壁的边缘形成有凹槽。

通过堆叠带材来制造电热器，所述电热器应用于汽车的废气净化系统中。特别地，带材是按下述方式形成的，即带材被分为内部带材部分和外部带材部分。罩体的内部罩体部件和外部罩体部件与内部带材部分和外部带材部分相连，通过电极向罩体提供电流。辐射热防止单元是整体设置在罩体和带材上的。如上所述，罩体优选地被分为至少两罩体部件。

带材的端部通过固定单元固定在罩体上，预定长度的平坦带材部分在该端部形成。按下述方式布置带材，即插入到罩体中的带材的宽度被改变从而减小电极和加热元件之间的干扰，这样就增加了比表面积。电极包括电极棒和电极环，该电极棒具有一形成在其一端的螺套(bolttap)，所述电极棒通过该螺套被连接到罩体上，稳固地安装在电极棒上的所述电极环其中包括有一个陶瓷体。通过焊接实现罩体和带材的固定。交互地，罩体和带材的固定可以这样实现，即通过形成在带材预定区域的插座支架和在插座与罩体接触时插入到插座支架中的插座的组合体，或通过连接销来实现。通过绝缘销安装辐射热防止单元，这样辐射热防止单元就与带材和罩体电绝缘。

阳极的罩体长度小于阴极的罩体长度。在电极棒的外围形成有至少一凹槽，电极环固定在电极棒的外围上。绝缘销通过圆柱状陶瓷组件的穿孔(though-hole)被插入。可选择地，绝缘销可以被分为两个绝缘销部件，所述两部件都位于陶瓷组件上，但是在空间上彼此隔开。

本发明的电热器用于车辆的废气净化系统中。按下述方式堆叠又薄板制成的金属带材，即波纹带材与平坦带材交替地堆叠。由堆叠的带材得到的加热元件涂覆有溶剂或形成为薄片的装填物。辐射热防止单元设置在加热元件上，同时焊接操作是在真空炉中进行的。

在用于单独控制内部和外部热容量的可分离的电热器中设置有至少两个分离的加热部件。特别地，可分离电热器被分为中心段和围绕段。中心段与围绕段通过罩体分离。电极和罩体用于在电热线之间提供电流，这样电流就沿着电热线流动。

电极和罩体的数量与分离的加热段的数量相匹配。加热元件与外部罐部件相连，这样就增加了整体机械强度/热强度。

制造具有上述构造的电热器的方法包括以下步骤：堆叠通过交替地布设波纹带材部分和平坦带材部分所形成的带材；形成预定形状的堆叠带材；将罩体和电极连接到预定形状的带材上；为带材和罩体提供焊接剂；在带材和罩体上安装辐射热防止单元；焊接所有构件。

在形成预定形状的堆叠带材的步骤中，很难在保持恒定间隔距离的同时形成预定形状的堆叠带材。因此，根据本发明使用其中具有预定形状的电热线插入孔的夹具。

夹具需要是可重复使用的。因此，夹具优选地由金属和陶瓷制造。

当夹具是由金属制造的时候，可以在焊接后进行陶瓷涂覆从而防止罩体和夹具或带材和夹具之间的粘连。

在夹具中，设置有至少一罩体插入孔，罩体进入该孔与带材电连接从而向带材提供电流。

罩体插入孔形成在带材的外侧，这样，在罩体插入到罩体插入孔的同时，罩体向带材施加一定量的压紧力。

在罩体插入夹具的情况下，带材或罩体可以冲入堆叠带材插入孔或罩体插入孔的边壁(corner wall)。因此，优选地凹口形成在带材插入孔和罩体插入孔的壁的边缘上。

当按照上面的描述制造电热器时，按下述方式形成罩体，即罩体被分为至少两个罩体部件。

阳极罩体的长度小于阴极罩体的长度。

如上面所描述的，带材的末端通过连接单元固定在罩体上，预定长度的平坦带材部分形成在所述带材的末端。在传统方法中，波纹状堆叠带材的末端与罩体固定，结果是在重复使用电热器以后，带材和罩体间的固定强度变小。

根据本发明，加热元件的末端固定在罩体上，该末端不是波纹的而是平坦的。结果是，增强了加热元件和罩体间的固定强度，因此甚至在重复使用电热器以后，带材和罩体间的固定强度也没有减小。带材的波纹末端被简便且牢固地固定在罩体上，当车辆震动时，带材和罩体之间的固定不会放松或松开。

电极与罩体连接以便向罩体提供电流。螺套形成在电极的电极棒的一端上，电极棒通过该螺套与罩体连接。电极的电极环安装在电极棒的外围上。

电极与罩体连接从而将加热器部件与电源相连。加热元件需要与引擎的基座(ground)电绝缘。由于重复向电极棒供热，电极棒必须具有很好的热特性。

用陶瓷体填充电极环，同时电极的外围形成有凹槽，电极环位于所述外围上，通过凹槽改善电极环的热特性和电特性。

罩体的表面积被增加从而减小加热元件和罩体之间的接触电阻。电极与罩体彼此接触的位置是可以自由改变的，当电热器的容量将要改变时，同样通过改变罩体的高度实现罩体的结构变化。

进一步，插入罩体的带材的高度被改变从而减小电极和带材之间的干扰，这样就增加了比表面积。因此，可以增加每单元面积上带材的缠绕数量。

通过焊接、插座或连接销实现罩体与带材的固定。

在真空炉中进行焊接。

可选择地，罩体与带材的固定可以这样实现，即通过形成在带材的预定区域的插座支架和当插座与罩体接触时插入插座支架中的插座的结合来实现。

使用绝缘销将带材和罩体的组合安装在辐射热阻挡单元上。如上面所描述的，绝缘销通过圆柱形陶瓷组件的穿孔被插入。可选择地，绝缘销可以被分为两个部件，该两个部件都位于陶瓷元件上，但彼此是隔开的。

设置在辐射热防止单元和罩体之间的绝缘销用于使辐射热防止单元与罩体绝缘，保持辐射热防止单元与罩体之间的机械强度和保持整体形状。绝缘销优选地由陶瓷和金属的组合体制成。本发明的绝缘销用于保持辐射热防止单元与罩体之间的间隙以及辐射热防止单元与罩体之间的机械强度。

图20a根据本发明的优选实施例示出了用于中心段301的加热元件、用于围绕段302的电热线和夹具310，当制造可分离电热器时将使用上述部件。

如图20a的放大部分A和部分B所示的，按下述方式形成加热元件的构造，即堆叠不同单元密度的带材或者堆叠恒定周期的带材。

所制造的夹具设置有带材插入孔、内部罩体插入孔304和外部罩体插入孔303，因此罩体和电极可以被组装到夹具中。

同样，在内部加热元件插入孔和外部加热元件插入孔之间设置有间隙保持部件305，该部件用于在将电热器安装到引擎上时防止其间的短路。

图20b示出了容纳在夹具中的电热器的加热元件。

图20c是夹具310的局部放大视图。如图20c所示，在带材插入孔或罩体插入孔的壁表面的上边缘形成了凹口306。为了更方便地插入带材而设置了所述凹口。

图20d示出了堆叠带材的工艺的一个例子，该图是带材的局部放大图。

可用的加热元件包括具有不同单元密度、振幅和周期的带材。特别地，当不同单元密度的带材被堆叠时，交替地堆叠低密度的波纹部分311和高密度的波纹部分312。当堆叠不同周期的带材时，带材被堆叠时只有其相位被改变。带材分别具有不同类型的不同金属连接部件。

图21是示出了当制造单一电加热且向夹具中插入带材时所使用的夹具的组合立体图。制造单一电热器的过程与制造可分离的电热器的过程很相似，除了单一电热器的罩体数目与可分离电热器的罩体数目不同。

图22a是示出容纳在夹具中的带材的可分离电热器的组合立体图，图22b是图22a中显示的部分C的放大视图，图22c是图22b中显示的部分D的放大视图，图22d是示出电热线与罩体的末端组装的视图。

通常，波纹带材311和波纹带材312是直接与罩体相连的。根据本发明，带材的末端通过螺栓327固定到罩体上，预定长度的平坦带材部分314形成在所述的带材末端上。

图23示出了在本发明中使用的罩体。如图23中所显示的，内部罩体被分为用于阳极的内部罩体320和用于阴极的内部罩体321。在可分离的电热器情况下，用于阳极的内部罩体的长度小于用于阴极的内部罩体的长度。在用于阳极的内部罩体320中插有一电极，内部罩体320通过该电极与电源连接。用于阴极的内部罩体321与电热线连接。

围绕内部罩体设置有一个或多个外部罩体322，该外部罩体分别与电极连接。

图24a至图24d分别示出了本发明中使用的电极。如图24a中所示在电极棒330由陶瓷填充的部分形成有凹槽，这样电极的热和电特性借助陶瓷得到了改善。在电极棒330与罩体连接的部分设置有螺栓335，当电极棒与罩体连接时，接触电阻通过该螺栓被最小化。

如图24b所示的，用陶瓷体333填充电极棒330，该陶瓷体是绝缘材料。在电极330的外部安装有电极环336，该电极环与外部罐相连。电流沿电极棒333和电极环流动，所述电极棒是电极的内部部件，所述电极环是电极的外部部件。陶瓷材料用于使电极棒330和电极环336彼此绝缘。

图24c是图24b中所示的电极的截面图，图24d示出了电极的另一实施例。如图24d所示，绝缘陶瓷层333延伸到安装部分或固定部分，从而在安装或固定过程中防止绝缘的衰减。

图25示出了根据图20到图24所显示的工艺组装堆叠的带材、罩体和电极的过程。罩体320、罩体321和罩体322被插入到夹具310中，这样罩体与夹具310的预定部位永久连接。首先，如图23中所示的，准备内部罩体320和内部罩体321。如图23中所示，通过金属连接或螺栓332将所准备的电极棒与罩体连接。

特别地，当将电极插入到内部罩体中时，外部罩体322需要被电绝缘。

同样地，可以改变电极棒的位置和带材的连接部分的位置，这样罩体的比表面积(specific surface area)就增加了。也可以在不对罩体进行很大改变的条件下，自由调整带材的宽度。

图26示出了罩体与带材的固定。内部带材与罩体直接接触，这样它们通过焊接彼此连接。内部带材和外部带材之间的连接是使用一些连接销315进行的。通过连接销315，内部罩体与内部带材连接，而外部罩体与外部罩体连接。

如图27a和图27b所示的，当由于断开而替换加热元件时，加热元件可以通过插座340和插座支架341将加热元件固定到罩体上。此时，通过插座支架341固定插座。

当使用插座时，考虑到插座和罩体的金属特性，需要最小化插座和罩体之间的接触电阻。

在上述组装之后，在组装好的加热器部件上安装辐射热防止单元373。此时，考虑到辐射热防止单元的机械强度，辐射热防止单元373需要与加热元件电绝缘。

图28a到图28f分别示出了根据本发明多个优选实施例的绝缘销。

参照附图28a，具有一方形部分的绝缘销362插入到形成在圆柱形陶瓷元件360的任何一侧的孔361中。陶瓷元件360的孔361也具有与绝缘销362的方形部分相对应的方形部分。

附图28b中显示的绝缘销具有一圆形部分。绝缘销插入到具有圆形部分且形成在圆柱形陶瓷元件的任何一侧上的孔中。陶瓷元件的孔也具有与绝缘销的圆形部分相对应的圆形部分。

如图28a和图28b所显示的，两个绝缘销以下述方式插入到一个陶瓷元件中，即销按照大约2到3毫米的预定距离364(参见图28c)彼此隔开，从而使销彼此绝缘。在具有方形部分的绝缘销的情况下，连接的连接强度是非常好的；但是，制造具有圆形部分的绝缘销的成本比较低。因此，优选地根据使用绝缘销的环境来确定使用具有方形部分的绝缘销或圆形部分的绝缘销。

参照图28c，具有圆形部分的绝缘销367插入到方形陶瓷元件365中。如图28d所示的，距离保持元件369与陶瓷单元的任何一端连接从而改善绝缘销369和陶瓷元件之间的连接强度。图28e示出了将预定尺寸的距离保持元件370插入到陶瓷元件中从而快速实现将绝缘销插入到陶瓷元件并可靠地保持绝缘销之间的预定距离的过程。参照图28f，示出了偏移类型的陶瓷单元372，通常在陶瓷单元不是结构受限的情况下使用该单元。由于绝缘销被深深地插入到陶瓷元件中，当使用陶瓷元件371时连接强度得到了改善。

根据本发明，可以根据其用途、费用和限制恰当地选用上述绝缘销。

图29a和图29b分别示出了辐射热防止单元373和上述绝缘销的组装。在辐射热防止单元373的构造之前，进行销的定位操作，这样可以用最少的销保持机械强度。接下来，绝缘销被插入到辐射热防止单元373中。

将绝缘销插入辐射热防止单元的操作是由插入设备进行的，插入位置和程度都是恰当考虑过的。在向辐射热防止单元施加预定的力的同时，辐射热防止单元被小心地从外部插入到带材中，绝缘销将要插入所述辐射热防止单元中。当被插入时，辐射加热防止单元是前置的(advanced)同时与罩体成直角。

图30a和图30b分别示出了根据本发明制造的电热器的最终组合。如图30a和图30b所示，电热器的外部罐部件380被稳固地与电极棒连接。因此，保持了整体的机械强度。

工业实用性

从上述描述可以清楚地知道，本发明提供了用于柴油机的废气后处理设备，根据本发明构造的电热器应用于该设备中。因此，本发明具有甚至在低温通过电热器再生过滤器的功效。同样地，根据本发明，电热器被用作辅助加热源，因此与使用电热器作为主要热源的传统废气后处理设备相比降低了能量消耗。

本发明的电热器被分为中心加热器部件和围绕加热器部件，这样可以根据引擎和过滤器的条件选择性地运行加热器部件，因此减小了能量消耗。

可以通过控制电热器使得PM在引擎的一些状态被氧化，并且电热器被用作加热催化剂的辅助加热源，因此减小了能量消耗。

在废气温度很低的引擎状态下，当通过催化剂进行再生时，整个电热器运行。因此，尽管能量消耗增加了，但还是有效地进行了再生。

当根据本发明制造金属基材和使用金属基材的电热器时，按下述方式准备带材，即带材的一些部分是波纹状的，而带材的其他部分是平坦的。因此，当制造金属基材和电热器时，可以防止不均匀连接。同时，还减小了齿轮和带材的磨损。根据本发明，可以保持金属基材的均匀连接，同时可以用较小的单元密度制造金属基材。进一步，可以减小在带材形成波纹时引起的齿轮与带材的摩擦。

根据本发明，由于电热器是以同样的单元密度被制造的，因此保持了均匀连接，同时防止了电流的本地超额。在齿轮之间还设置了预定的距离，这样可以简便地调节整体特定电阻。由于连接是均匀地保持的，可以简便且方便地在连接处进行焊接操作，在焊接后连接的持久力增加。

根据本发明，使用金属或陶瓷夹具制造电热线，这与形成波纹带材的传统结构不同，因此可以防止由于结构不均匀引起的特定电阻的本地差异而导致的加热元件热耐久性的衰退，所述结构不均匀是在形成和缠绕传统波纹带材时引起的。

根据本发明，当带材连接到罩体上时，罩体固定在夹具上，可以轻易地向罩体施加所希望的力。罩体的尺寸也可以被轻易地改变，这样带材和罩体之间的接触电阻就增加了，从而实际减小了电能的损失。

当带材与罩体连接或带材彼此连接时，除了焊接还可以使用插座将带材与罩体连接，这样就保持了良好的热耐久性和机械耐久性。

陶瓷元件和金属电极棒之间的连接通过电极被结构地改善了。电极棒设置有预定尺寸的凹槽，同时向电极棒施加陶瓷绝缘材料，这样就防止了由陶瓷单元和金属电极棒之间的热膨胀引起的对电极棒的损害。进一步，本发明提供了多种绝缘销，根据其应用选择性地使用上述绝缘销。因此，绝缘销的结构特性和电特性得到了改善，因而绝缘销的耐久性也增加了。

尽管出于说明的目的公开了本发明的优选实施例，本领域普通技术人员可以理解在不背离后续权利要求中所公开的本发明的范围和精神的前提下，可以对本发明进行修改、增加和替换。

Claims (26)

1.一种用于柴油机的废气后处理设备，其特征在于，用于空间非均匀分布热容量的电热器与至少一催化单元连接以便在低温激活催化剂或改善一氧化氮/二氧化氮的转化率；以及

所述电热器被分为中心段和围绕段，围绕段包括径向围绕中心段布设的多个分段部件，并且连续地或选择性地向每个分段提供电流从而燃烧在分段处收集的有害污染物。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，催化单元是一催化过滤器而电热器位于过滤器之前。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，催化单元包括一种氧化催化剂和一催化过滤器，而电热器设置在氧化催化剂和催化过滤器之间。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括多个罩体，其中围绕着中心段的多个罩体之一与一阳极连接，而围绕段的多个罩体分别与阴极连接，这样整个能量供应电路是彼此串联的。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括多个罩体，其中围绕着中心段的多个罩体之一与一阳极连接，中心段的其他罩体和围绕段的多个罩体分别与阴极连接，这样整个能量供应电路彼此并联。

6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，通过堆叠的带材分别形成中心段和围绕段。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，还包括设置在罩体和带材上的辐射热防止单元。

8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，每条带材包括波纹部分和平坦部分，该波纹带材部分与平坦带材部分交替着设置。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，每条带材还包括预定长度的偏移部分，每个偏移部分设置在波纹带材部分和邻近的平坦带材部分之间。

10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，当对每条由交替布设的波纹带材部分和平坦带材部分形成的带材进行堆叠时，将上部带材堆叠在下部带材上，以在上部带材和下部带材中每一条的一侧形成波纹带材，而在上部带材和下部带材中每一条的另一侧形成平坦带材。

11.如权利要求4或5所述的设备，其特征在于，通过改变插入到罩体中的带材的高度来减小电极和加热元件之间的干扰，以增加比表面积。

12.如权利要求4或5所述的设备，其特征在于，阳极的罩体的长度小于阴极的罩体的长度。

13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，电极包括在其一端形成有一螺套的电极棒和包含有一陶瓷体的电极环，所述电极环被牢固地固定在电极棒上，而电极棒通过螺套连接到罩体上。

14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，电极棒在安装电极环的位置处具有形成在其外周上的至少一凹槽。

15.如权利要求6所述的设备，其特征在于，在插座与罩体接触时，通过形成在带材的预定区域的一插座支架和插入插座支架的插座来固定罩体和带材。

16.如权利要求6所述的设备，其特征在于，用连接销来实现罩体与带材的固定。

17.如权利要求7所述的设备，其特征在于，借助绝缘销安装辐射热防止单元，使得辐射热防止单元与带材和罩体电绝缘。

18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，绝缘销插入圆柱形陶瓷元件的穿孔。

19.如权利要求17所述的设备，其特征在于，绝缘销分为两个绝缘部件，绝缘销部件被布设在陶瓷元件中同时彼此隔开。

20.如权利要求1所述的设备，其特征在于，电热器如下述方式工作，即根据引擎的下述五个状态提供不同数量的加热能量：

状态1：低速/高负载状态，引擎转速为低于1800rpm，引擎负载率为70％到100％，

状态2：低速/低负载状态，引擎转速为低于1800rpm，引擎负载率为0到30％，

状态3：中速/高负载状态，引擎转速为1800rpm到3500rpm，引擎负载率为70％到100％，

状态4：中速/中负载状态，引擎转速为1800rpm到3500rpm，引擎负载率为30％到70％，

状态5：高速/低负载状态，引擎转速为高于3500rpm，引擎负载率为0到30％。

21.一种制造如权利要求1-20中任一权利要求所述的用于柴油机的废气后处理设备中的电热器的方法，其特征在于，所述电热器通过堆叠带材制造，该方法包括将带材插入夹具中的步骤，所述夹具带有形成在其中的预定形状的带材插入孔。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，夹具是由金属或陶瓷制成的。

23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，夹具还带有形成在其中的至少一个罩体插入孔，这样用于向带材提供电流的至少一个罩体可以插入到罩体插入孔中。

24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括形成在带材插入孔和罩体插入孔壁边缘处的凹口。

25.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述带材由一种用于形成带材的设备形成，所述用于形成带材的设备包括：

一驱动源；

一运输单元，通过来自驱动源的能量来操作运输单元以运输带材材料；以及

至少两个齿轮，该齿轮在其外周的预定部分形成有轮齿，其中通过齿轮的轮齿在带材材料上交替地形成波纹带材部分和平坦带材部分。

26.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述带材由一种用于形成带材的设备形成，所述用于形成带材的设备包括：

一驱动源；

一运输单元，通过来自驱动源的能量来操作运输单元以运输带材材料；

至少两个齿轮，所述齿轮彼此可旋转地结合从而在带材材料上形成波纹；以及

凸轮，所述凸轮固定在齿轮的轴上并且随着齿轮的轴一起旋转从而调整齿轮之间的间隙。

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