CN107795362A - 用于柴油发动机尾气处理的点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于柴油发动机尾气处理的点火装置。具体地，本发明涉及一种用于柴油发动机的尾气处理系统，所述尾气处理系统包括：低温升温器，所述低温升温器设置在柴油发动机的排气管下游，包括：圆筒形的升温器壳体，所述升温器壳体与柴油发动机的排气管口连接；和点火装置，所述点火装置以垂直的方式或斜插的方式固定在所述升温器壳体的侧壁上，使得所述点火装置的一部分位于所述升温器壳体中；以及微粒捕集器，所述微粒捕集器由壁流式蜂窝式陶瓷过滤器构成，用于捕集来自发动机排气的颗粒物质。

Description

用于柴油发动机尾气处理的点火装置

技术领域

本发明涉及柴油车尾气后处理领域。具体地，本发明涉及用于使柴油车的尾气升温、过滤并且对所使用的微粒捕集器进行再生的尾气处理系统及其再生方法。

背景技术

柴油发动机是靠燃烧柴油获取能量释放的发动机。柴油机用的燃料是柴油，它的粘度比汽油大，不容易蒸发，而其自燃温度却比汽油低。柴油发动机的优点是扭矩大、经济性能好，因此，广泛应用于大型柴油设备上，尤其适合于载货汽车的使用，例如大功率高速柴油机主要配套重型汽车、大型客车、工程机械、船舶、发电机组等。

但是，由于工作压力大，柴油机要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。由于上述特点，以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。另外，由于柴油发动机比较笨重，升功率指标不如汽油机(转速较低)，噪声、振动较高，炭烟与颗粒(PM)排放比较严重，所以一直以来很少受到轿车的青睐。特别是小型高速柴油发动机的新发展，一批先进的技术，例如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用，使原来柴油发动机存在的缺点得到了较好的解决，而柴油机在节能与CO₂排放方面的优势，则是包括汽油机在内的所有热力发动机无法取代的，成为“绿色发动机”。

不过，由于柴油车的碳烟与颗粒排放比较严重，所以柴油车的应用受到了比较大的限制。柴油发动机排放污染物控制的重点是PM。要减少柴油机微粒排放来满足排放标准和法规的要求，除采用机内净化外还必须同时采用后处理装置，而微粒捕集器(DPF)是目前提出的控制微粒排放的最有效、最具发展前景的后处理技术之一。

微粒捕集器能够减少柴油发动机所产生的烟灰达90％以上。捕捉到的微粒物质随后通过再生清除。所谓过滤器的再生是指在DPF长期工作中，捕捉器里的颗粒物逐渐增加会引起发动机背压升高，导致发动机性能下降，所以要定期除去沉积的颗粒物，恢复DPF的过滤性能。捕捉器的再生有主动再生和被动再生两种方法：主动再生指的是利用外界能量来提高捕捉器内的温度，使微粒着火燃烧。当捕捉器中的温度达到550℃时，沉积的颗粒物就会氧化燃烧，如果温度达不到550℃，过多的沉积物就会堵塞捕捉器，这时就需要利用外加能源(例如电加热器、燃烧器或发动机操作条件的改变)来提高DPF内的温度，使颗粒物氧化燃烧。被动再生指的是利用燃油添加剂或者催化剂来降低微粒的着火温度，使微粒能在正常的柴油机排气温度下着火燃烧。添加剂(如铈、铁和锶)要以一定的比例加到燃油中，添加剂过多会影响DOC的寿命，但是如果过少，就会导致再生延迟或再生温度升高。

2013年5月15日公开的中国专利申请CN103104321A提出了一种柴油发动机排气后处理升温装置及升温方法。在该申请中，使用低温升温器来提升进入DPF的废气的温度，使得累积在DPF中的碳颗粒燃烧，从而使DPF再生。然而，在该申请中燃油的雾化并不充分，因此所形成的燃油-空气混合物的燃点较高，导致所需的点火棒温度较高。另外，由于在该申请中的点火棒同时起预热和点火的作用，因此需要长时间保持高温，导致点火棒容易损坏，需要经常更换；并且由于点火棒设置在外护套内部，难以单独更换，从而带来成本增加以及维护不方便等问题。另外，在汽车行使的环境温度较低(例如，我国的东北部地区，室外温度通常达到零下20-30度)的情况下，由于对燃油和空气的预热不充分，导致低温升温器经常不能顺利点燃，即点火失败，进而导致DPF再生失败。同时，这样的点火失败还产生二次污染。

发明内容

鉴于前述问题，本发明提出一种用于柴油发动机的尾气处理系统，所述尾气处理系统能够在各种复杂工况、尤其是在低温条件下使柴油和引入的新鲜空气迅速升温、点火，从而将废气快速升温至微粒捕集器再生所需的温度，使得累积在微粒捕集器中的碳颗粒能够在较短的时间内通过燃烧快速清除。同时，由于采用了单独的预热棒来对引入的新鲜空气和燃油进行预热，这样可以缩短陶瓷点火塞的工作时间，从而延长陶瓷点火塞的使用寿命。另外，由于在点燃之前对空气和燃油进行多重预热，能够提高燃油-空气混合物的温度，进而提高点燃的稳定性，使点火装置内的燃烧更为充分，减少了二次污染的风险，提高了燃油的经济性。

上述问题通过以下方案得以解决：

在第一方面中，提供一种用于柴油发动机的尾气处理系统，其特征在于，所述尾气处理系统包括：低温升温器，所述低温升温器设置在柴油发动机的排气管下游，包括：圆筒形的升温器壳体，所述升温器壳体与柴油发动机的排气管口连接；和点火装置，所述点火装置以垂直的方式或斜插的方式固定在所述升温器壳体的侧壁上，使得所述点火装置的一部分位于所述升温器壳体中；以及微粒捕集器，所述微粒捕集器为壁流式蜂窝式陶瓷过滤器，用于捕集来自发动机排气的颗粒物质。在一个实施方案中，所述点火装置包括：圆柱形的套筒，所述套筒由外套筒和内套筒套叠而成；设置在所述套筒内的进油管和进气管，所述进油管用于引入燃油，所述进气管用于引入新鲜空气；设置在所述套筒的第一端部上的预热部，所述预热部由预热棒、蓄热体和喷嘴座构成，与所述进油管和/或进气管连通；设置在所述套筒侧壁上的点火部，所述点火部包括陶瓷点火塞和用于固定所述陶瓷点火塞的安装座；和燃烧室，所述燃烧室由所述内套筒构成，与所述预热部连接。

通过该点火装置，能够使经过充分混合的燃油-空气混合物充分雾化并降低其燃点，然后经点火棒点火并燃烧，从而使来自柴油发动机的排气温度迅速升高，直至达到安装在下游的微粒捕集器所需的再生温度。因此，利用该方面中的尾气处理系统，能够将来自柴油发动机的排气中的绝大部分颗粒(例如，95％以上的颗粒物质)利用微粒捕集器除去，并且，累积在微粒捕集器中的颗粒能够通过燃烧被顺利去除，从而实现微粒捕集器的再生。

根据第一方面所述的尾气处理系统，所述预热棒和所述点火棒可以由氮化硼棒体或氮化硅棒体和发热丝构成，所述发热丝内置在所述氮化硼棒体或氮化硅棒体内。优选地，所述发热丝为钨丝。这样的预热棒和点火棒能够产生并且耐受高温，例如1100℃左右的高温，甚至更高的高温。

根据第一方面所述的尾气处理系统，所述蓄热体可以为圆筒状，其前端部分的外侧壁中设置有螺旋形的凹槽，所述凹槽的深度小于所述前端部分的侧壁厚度。优选地，所述凹槽的横截面形状为矩形、方形、半圆形或者U形形状。这样设置的凹槽延长了燃油或燃油-空气混合物与蓄热体的接触时间，使得燃油或燃油-空气混合物能够被蓄热体充分预热，从而达到燃油喷雾的燃点，有利于其顺利点燃。另外，由于所述凹槽的深度小于所述前端部分的厚度，使得燃油始终在所述凹槽中流动，而不会与高温的预热棒直接接触，从而避免了在短时间内被剧烈加热而产生大量的油雾。

根据第一方面所述的尾气处理系统，所述喷嘴座包括直径较大的固定部和直径较小的、与所述蓄热部的前端部分相配合的配合部，其中在所述固定部的中心位置处设置有用于喷出燃油和/或燃油-空气混合物的喷嘴口。

根据第一方面所述的尾气处理系统，所述进气管与所述内套筒连通，其中在所述蓄热体的配合部的侧壁中等距设置有进气通孔，所述进气通孔将所述内套筒与所述凹槽连通。利用该进气通孔，能够将来自进气管的新鲜空气引入所述凹槽中，从而与燃油相混合形成燃油-空气混合物。这样的设置有利于燃油的充分燃烧。

根据第一方面所述的尾气处理系统，在所述燃烧室内还设置有喇叭形导管，所述喇叭形导管与所述喷嘴座连接，包括圆筒形导管和由所述圆筒形导管伸出的扩张成喇叭状的数根导管条。利用该喇叭形导管，能够保护陶瓷点火塞不被新鲜空气吹冷或吹灭，同时也起到引导新鲜空气的作用。

根据第一方面所述的尾气处理系统，所述进油管设置成第一进油管部分、第二进油管部分和第三进油管部分，所述第一进油管部分和所述第三进油管部分沿着所述套筒的长度方向设置在所述套筒内，所述第二进油管部分设置在所述套筒的内部或者设置在所述套筒外侧，位于火焰喷出的路径上，其中所述第二进油管部分设置成U形弯管、半圆形弯管、蛇形弯管、螺旋形弯管或带支路的歧管的形式。利用这样的进油管设置，能够增加燃油在进油管中以及在火焰喷出的路径中的停留时间，从而使燃油在被喷出之前利用燃烧所产生的热气流进行充分预热，有利于燃油的顺利点燃。

根据第一方面所述的尾气处理系统，所述点火装置以斜插的方式固定在所述升温器壳体的第一侧壁上，所述点火装置的中心线与所述升温器壳体的中心线形成的夹角为15-75度，例如为15度、30度、45度、60度、75度，优选为45度。由于点火装置仅部分位于升温器壳体中，因此减小了与排气接触的面积和体积，从而减小点火装置对排气流造成的阻力，有利于降低排气背压，降低对发动机性能的影响。

根据第一方面所述的尾气处理系统，在与固定有所述点火装置的第一侧壁相对的第二侧壁上等距设置有数个半圆形的倾斜挡片，优选所述挡片的半圆形侧固定在所述第二侧壁上，其与来自发动机排气管的排气相迎的一面与所述第二侧壁形成的夹角为90至170度，例如为95度、100度、105度、110度、115度、120度、125度、130度、135度、140度、145度、150度、155度、160度、165度或170度，优选为120度或125度。利用该挡片，能够在一定程度上改变排气的流向，形成扰流左右，有利于排气与燃烧所产生的热气流混合，从而实现充分、均匀加热排气流的效果。

根据第一方面所述的尾气处理系统，在所述低温升温器的下游还设置有扰流器，优选地，所述扰流器包括壳体、设置在壳体两端的法兰以及设置在壳体内部的多个均压板和多个混合板，所述均压板和所述混合板沿着壳体的圆周内壁均匀地设置；所述均压板和所述混合板与壳体的轴线方向成60°～80°斜向设置，与壳体的内壁成60°～80°顺着混合气体的气流方向设置。利用该扰流器，能够使来自升温器的经加热的排气流被进一步均压和匀流，从而实现排气的充分加热。

根据第一方面所述的尾气处理系统，所述升温器壳体与所述排气管口连接的连接部呈内直径渐变的锥体形状，使得所述升温器壳体的直管部分的内直径大于所述排气管口的内直径。这样的设置能够使进入升温器壳体的排气的压力和流速降低，从而使排气与燃烧所产生的热气流有更多的接触时间，有利于排气的加热。同时，这样的设置能够降低升温器壳体对排气的阻挡，降低排气的背压。

根据第一方面所述的尾气处理系统，在所述进油管的入口前端处还设置有燃油预热器，以对燃油进行预热。利用燃油预热器，可以对燃油进一步预热，提高喷雾前的燃油温度，有利于燃油的顺利点燃。

根据第一方面所述的尾气处理系统，在所述低温升温器和所述微粒捕集器之间还设置有氧化型催化器，用于去除排气中的碳氢化合物和部分颗粒物。

根据第一方面所述的尾气处理系统，所述壁流式蜂窝陶瓷过滤器由堇青石、碳化硅或重结晶碳化硅制成。

根据第一方面所述的尾气处理系统，在所述DOC之前设置有锥形混匀盖，用于分散和均匀经加热的排气，使其对DOC进行均匀加热。所述混匀锥形盖的中心线与DOC中心线重合，其圆锥形内腔的顶角为100至160度，例如为110度、120度、130度、140度、145度、150度，优选为140度。该锥形均匀盖将来自升温器的经加热的排气均匀分散到DOC中，使得DOC能够被均匀燃烧和加热，进一步使得设置在DOC下游的DPF能够被均匀燃烧和加热，从而实现DPF的均匀再生，避免了DPF因加热不均而发生破裂的情况。

在第二方面中，提供一种用于使设置在柴油发动机排气管路上的尾气处理系统再生的方法，所述尾气处理系统为根据第一方面所述的尾气处理系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)实时监测微粒捕集器两端的压力差，当所述压力差的值达到预设的再生阈值时启动再生程序；2)打开预热棒进行预热，当达到预定的预热时间时，向进气管输入新鲜空气，向进油管输入燃油，同时向陶瓷点火塞加电，引燃由新鲜空气和燃油形成的燃油-空气喷雾，对排气进行加热；3)实时监测微粒捕集器入口处的排气温度，以模糊预测的模式控制喷油量，当温度未达到预设的微粒捕集器再生温度时，提高喷油量；以及4)当监测到微粒捕集器两端的压力差回落到预设的再生结束阈值时，停止预热，停止输入新鲜空气和燃油，然后使陶瓷点火塞断电。通过该方法，能够使累积在DPF中的碳颗粒通过燃烧完全去除，从而实现DPF的均匀再生，重复用于颗粒物的去除。

与背景技术相比，本发明所提供的技术方案具有以上描述的诸多优点，例如燃油-空气混合物的充分雾化、燃点降低、稳定点燃、充分燃烧、降低排气背压等，这些优点使得本发明所提供的尾气处理系统能够在极端的工况、尤其是在低于零度的温度下使排气温度升高，从而实现微粒捕集器的再生。这解决了本领域长久以来一直没有能够解决的微粒捕集器再生难题，从而为柴油车的广泛应用打下坚实的基础。

附图说明

以下将参考附图来描述本发明。应当理解，附图仅仅是用来以举例的方式解释和说明本发明的原理，而无意于将本发明限制于附图中所显示的具体方案。在附图中：

图1是根据本发明一个实施方案的用于柴油发动机的尾气处理系统的示意图；

图2是根据本发明一个实施方案的尾气处理系统的低温升温器的示意图；

图3是根据本发明一个实施方案的低温升温器的预热结构的示意图；

图4是根据本发明一个实施方案的预热结构的蓄热体的示意图；

图5是根据本发明一个实施方案的预热部的喷嘴座的结构示意图；

图6是根据本发明一个实施方案的扰流器的结构示意图；

图7是根据本发明一个实施方案的壁流式蜂窝陶瓷过滤器的工作原理示意图；

图8是根据本发明一个实施方案的氧化型催化器的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图描述本发明的具体实施方式。本领域的普通技术人员会理解，以下描述和说明仅仅是为了举例说明本发明的原理，而无意于将本发明的保护范围限制于所例举的各种具体方式。

实施例1：一种用于柴油发动机的尾气处理系统

图1显示出根据本发明一个实施方案的尾气处理系统的示意图。该尾气处理系统安装在柴油发动机的排气管下游，用于对来自排气管的排气进行处理，以除去其中的氮氧化物以及绝大部分颗粒物质，例如95％以上的颗粒物质。与目前大多数使用喷入燃油来使DOC和DPF燃烧的常规处理系统不同，根据本发明的尾气处理系统使用了引燃燃油-空气混合物来升高柴油发动机排气的温度，从而实现DOC和DPF的可靠燃烧和再生，即使当安装有这样的尾气处理系统的柴油发动机在环境条件比较苛刻的条件下也是如此。

参考图1，尾气处理装置100包括与柴油发动机的排气管连接的排气入口102、与排气入口连接的升温器103、设置在升温器103中的点火装置101、与升温器101连接的扰流器104、与扰流器104连接的氧化型催化器105、与氧化型催化器105连接的微粒捕集器106以及与微粒捕集器106连接的排气出口108。当然，在图1示出的尾气处理装置100中，也可以不使用扰流器104和氧化型催化器105。使用扰流器104的目的是促进排气的充分混合和升温，但是其不是必须的。增加氧化型催化器105，可以利用其中涂覆的催化剂使NO氧化成NO₂，以及除去部分可溶性有机物，进一步提升排气的温度。然而，DOC也不是必须的，在升温器的升温效果良好的情况下，可以使排气温度直接升高至DPF再生所需的温度，从而将累积在DPF中的碳颗粒完全、彻底地清除。

在一个实施方案中，这些部件的外壳都是由钢制件制成，优选由不锈钢材料制成。这样能够使这些部件的表面保持光亮，减少灰尘的堆积和腐蚀作用。在另一实施方案中，这些部件之间通过法兰连接。这样，有利于这些部件的安装、拆卸和更换。当然，这些部件也可以通过本领域的普通技术人员熟知的其它连接方式连接，例如焊接等。

排气入口102与柴油发动机的排气管口(未示出)连接，用于接收排气。在一个优选的实施方案中，排气入口102呈直径渐变的锥体形状，即其与排气管连接的一端的直径小于与升温器103连接的一端的直径，如图1中示出的。这样，当排气进入升温器103时，压力和流速均变小，使得排气在升温器103中与其中产生的热气流有较长的接触时间，使得排气能够被更充分地加热。这样的布置还降低了升温器103对排气的阻力。下面将参考图2-5详细描述其余的部件。

该尾气处理系统的一个重要部件是点火装置101。在一个实例中，点火装置101接收并且燃烧来自进油管的燃料和来自进气管的新鲜空气。该燃料可以是来自发动机的燃料，例如柴油。或者，该燃料也可以是单独提供的液体或气体燃料，例如丙烷、乙醇等。

点火装置101可以被放置为与来自发动机排气管的排气具有热传递关系。例如，点火装置101可以被至少部分地放置在升温器外壳中，以用于将流入升温器外壳中的排气加热到提升设置在其下游的氧化型催化器(DOC)的效率且允许下游进一步设置的微粒捕集器(DPF)再生的相对高温。作为一个替代方案，点火装置101还可以用于在发动机启动之前预热排放系统，以便在发动机启动时提高排放系统的效率，从而减少冷启动排放。

在一个实施方案中，点火装置101以斜插的方式固定在升温器103的侧壁中，其安装有预热部件的一端位于升温器103的壳体外侧，以便于更换预热部件。同时，这样的安装方式减小了点火装置101对排气的阻力，有利于降低排气背压。

参考图2，点火装置101可以包括圆柱形的套筒201，套筒201由外套筒和内套筒套叠而成；设置在套筒内的进油管205和进气管206，进油管205用于引入燃油，进气管206用于引入新鲜空气；设置在套筒201的第一端部上的预热部202，预热部202由预热棒、蓄热体和喷嘴座构成，与进油管205和/或进气管206连通；设置在套筒侧壁上的点火部203，点火部203包括陶瓷点火塞和用于固定陶瓷点火塞的安装座；和燃烧室204，燃烧室204由所述内套筒构成，与预热部202连接。

圆柱形的套筒201为钢制套筒，由外套筒和内套筒套叠而成。在外套筒和内套筒之间形成有空腔，以产生隔热的作用。例如，该空腔可以是真空的，以减少筒体内外的热传递，进一步加强隔热作用。

进油管205用于从外部引入燃油，例如柴油、丙烷、或高浓度酒精等，用于在点火装置中燃烧产生热气流，以加热来自发动机排气管的排气。进油管205可以由塑料管或钢管制成。不过，考虑到排气管内的高温，优选进油管由不锈钢管制成，这样可以耐受高温，同时防止进油管被排气腐蚀。另外，为了防止排气中的硫腐蚀进油管，进油管205上还可以涂覆耐腐蚀涂层。

进油管205的入口端设置在套筒201的第一端部的端盖上。作为一个比较方便的实施方案，进油管205的出口可以与预热部202的喷嘴座直接连通，从而将燃油送入蓄热体的凹槽中。

然而，由于柴油车辆经常需要在比较苛刻的环境条件(例如我国东北部的低温天气(甚至到零下30度左右))下工作，导致燃油的温度过低而不易点燃，所以在一个优选的实施方案中，进油管205可以设置成第一进油管部分、第二进油管部分和第三进油管部分。第一进油管部分和第三进油管部分均为直管部分，位于外套筒和内套筒之间。第二进油管部分为弯曲管的形式，设置在内套筒末端内侧或者外侧，位于火焰喷出的路径上。这样，当点火装置101着火燃烧之后，所喷出的热气流能够对弯曲的第二进油管部分进行加热，从而提高进油的温度，有利于进一步的燃烧。

作为进一步的优选方案，在燃油进入点火装置101之前，还可以单独设置一个燃油预热器(例如电加热器)，以对燃油进行预热，从而使燃油在点火装置被点火之前就能达到比较高的温度，提高了点火的稳定性。这样，能够确保根据本发明的点火装置能够在苛刻的环境条件下也能顺利点燃、可靠地点燃。

作为本发明的一个优点，点火装置101设置有预热部202，用于对燃油或者燃油-空气混合物进行预热。预热部202由预热棒306、蓄热体304和喷嘴座301构成。预热部202安装在柱形套筒的第一端部的端盖上，靠近进油管205的入口。预热棒306可以由氮化硅棒体和陶瓷压模而成，可输出高达1100度的高温来保证预热工作，且可以在1300度高温情况下正常工作。氮化硅棒体内设置有耐高温的钨丝或钼丝做导电体。作为另一替代方案，陶瓷点火塞由氮化硼棒体和陶瓷压模而成，氮化硼棒体内设置有耐高温的钨丝或钼丝作为导电体。预热棒306的安装座由SUS310S材质制成，可耐1200度以上的高温，实时保护预热棒306的使用性能，延长其使用寿命。

作为本发明的另一优点，点火装置101的预热部202设置有蓄热体304。蓄热体304可以为钢制构件。在一个具体的实施方案中，蓄热体304由SUS310S不锈钢制成。蓄热体304的作用是吸收来自预热棒306的热量，然后以均匀的方式传递给燃油或者燃油-空气混合物。在一个实施方案中，蓄热体304设置成圆筒状的形式，分成直径较小的通道部401和直径较大的固定部402。预热棒306前端的预热端配合至通道部401的内腔中，并且被其包围。通道部401的外侧设置有螺旋状的凹槽302，该凹槽302构成燃油或燃油-空气混合物的流动通道。当燃油或燃油-空气混合物流过该通道时，被来自蓄热体304的热量加热，从而提高了温度。通过设置蓄热体304，燃油或燃油-空气混合物能够被均匀、缓慢地提升温度，而不会出现被直接强力加热的情况，同时避免了在流动通道内发生燃烧的风险。

作为一个优选方案，凹槽302的横截面设置成矩形形状。作为替代方案，凹槽302的横截面可以设置成其它几何形状，例如方形、半圆形、U形形状等。在一个优选实施方案中，凹槽302的深度小于蓄热体304通道部401的侧壁的厚度。这样，保证了燃油始终在由蓄热体304中的凹槽302所形成的通道中流动，而不与预热棒306接触，这样防止燃油漏入蓄热体304的内腔而被预热棒306直接高温预热、产生燃油蒸气。

蓄热体304的通道部401外侧设置有喷嘴座301。喷嘴座301设置成外直径较大的固定部502和外直径较小的配合部501。配合部501的内部轮廓为圆柱体形状，前端形成圆锥体形状，其内侧表面与蓄热体304的通道部401的外侧表面相互吻合，从而与通道部401外侧的凹槽302共同配合形成供燃料流动的流动通路。喷嘴座301的中心处设置有用于喷出燃油的喷嘴口，使得燃油在喷出之后被雾化成燃油喷雾。喷嘴座301内部的圆锥体内壁之间形成的夹角为例如90度至150度，例如为100度、110度、120度、130度或140度。该夹角与蓄热体304通道部401的前端圆锥体部的角度一致。在一个实例中，喷嘴口为圆形孔，其孔径为Φ1.2-2.0mm，喷射角度为30-60度，例如为35度、40度、45度、50度、55度，优选为45度。

另外，在配合部501的靠近固定部502的侧壁中等距设置有多个进气通孔，该进气通孔将内套筒与螺旋形凹槽302连通，用于将来自进气管的进气送入由螺旋形凹槽302形成的通路中，从而与燃油相互混合。经混合获得的燃油-空气混合物经喷嘴座301的喷嘴口雾化喷出。

点火装置101的一个重要部件是点火部203，用于引燃经喷嘴口雾化喷出的燃油-空气混合物。点火部203可以是本领域中常用的电火花塞，例如汽油机点火系统中常用的电火花塞。然而，作为优选方案，点火部203使用陶瓷点火塞。陶瓷点火塞由氮化硅点火针或氮化硼点火针(其中内置有电发热丝)和陶瓷压模而成。电发热丝优选为钨丝，或者优选为钼丝。陶瓷点火塞可输出1100度的高温来保证引燃工作，且可以在1300度高温情况下正常工作。陶瓷点火塞的安装座由SUS310S材质制作，可耐1200度高温，实时保护陶瓷点火塞的使用性能，延长其使用寿命。

点火装置101还设置有燃烧室204，其由柱形套筒的内套筒构成，为钢制件。陶瓷点火塞伸入燃烧室204中，在接收到通电指令时产生高温，点燃来自喷嘴口的燃油-空气混合物。经过燃烧产生的热气流从燃烧室204喷出，加热排气以及第二进气管部分。

作为一个优选方案，在燃烧室204内还设置有喇叭形导管。喇叭形导管与喷嘴座301连接，包括圆筒形的导管和由所述圆筒形的导管伸出的数根导管条。这些导管条的末端向外扩张，形成喇叭状。这样的喇叭形导管能够保护陶瓷点火塞不被新鲜空气吹冷或吹灭。同时，喇叭形导管还能引导新鲜空气的流动，使其均匀扰动，实现充分助燃的效果。在一个实例中，喇叭形导管由圆筒形不锈钢制件制成，其前端部分被均匀切割，从而形成导管条。进一步优选地，在圆形导管部分中还开设有圆形或椭圆形进气口。

进气管206可以为不锈钢制成的导管，用于将新鲜空气引入燃烧室204中以促进燃烧，同时将部分新鲜空气引入由螺旋形凹槽302形成的通道中与燃油混合。在一个实例中，进气管206的出口设置在柱形套筒第一端部的端盖中，与内套筒连通，从而将新鲜空气直接送入燃烧室204中。

作为另一优选实例，为了能够对空气进行预热，进气管206设计如下：进气管206设置成第一进气管部分、第二进气管部分和第三进气管部分，其中第一进气管部分和第三进气管部分均为直管，分别穿过外套筒和内套筒直接的空间，第二进气管部分为弯管形式，设置在内套筒末端内侧或外侧，位于火焰喷出的路径上。这样的进气管206设计使得气体在流经第二进气管部分时能够被火焰产生的热气流预热，从而提高其进气温度，有利于点燃和稳定燃烧。作为优选方案，第二进气管部分可以为U形弯管、半圆形弯管、蛇形弯管、螺旋形弯管或带支路的歧管的形式，这样可以增加进气管206与热气流的接触面积，从而延长进气受热的时间。这样的设置对于点火装置101以及包括这种点火装置101的尾气净化系统在温度比较苛刻的地区如我国东北地区的应用非常有利。如果不采用这样的设置，来自进气管206的新鲜空气温度过低，会导致点火失败，进而产生二次污染。

如前所述，实施例1中的点火装置101能够在苛刻的环境条件如低温环境下稳定起燃、稳定燃烧，因此，该低温升温器也能够在这样的条件下稳定起燃、稳定燃烧并使来自发动机排气管的排气稳定、均匀地升温，达到后续设置的尾气处理器所需的温度条件。

在一个替代方案中，为了使排气与点火装置101燃烧所产生的热气流均匀混合，在与固定有点火装置101的升温器壳体第一侧壁相对的第二侧壁上等距设置有数个半圆形的倾斜挡片。这些挡片由钢制冲压片制成，呈半圆形，其半圆形侧通过焊接等方式固定在第二侧壁上。这些挡片是倾斜设置的，其与来自发动机排气管的排气相迎的一面与所述第二侧壁形成的夹角为90至170度，例如为95度、100度、105度、110度、115度、120度、125度、130度、135度、140度、145度、150度、155度、160度、165度或170度，优选为120度或125度。通过这些倾斜设置的挡片，能够将部分排气引至点火装置101与外套筒的结合部，然后沿第一侧壁流出，从而使排气与热气流更为充分地接触，实现均匀加热的目的。

在一个优选的实施方案中，在所述低温升温器103的下游还设置有扰流器104，如在图1中示出的。扰流器104的一个示例性实施方案示于图6中。优选地，所述扰流器104包括壳体601、设置在壳体601两端的法兰602以及设置在壳体601内部的多个均压板603和多个混合板，所述均压板603和所述混合板沿着壳体601的圆周内壁均匀地设置；所述均压板603和所述混合板604与壳体601的轴线方向成60°～80°斜向设置，与壳体601的内壁成60°～80°顺着混合气体的气流方向设置。在一个实施方案中，壳体601由不锈钢壳体制成，均压板603和混合板604也由不锈钢冲压板制成。均压板603和混合板604通过焊接等本领域的普通技术人员熟知的方式固定在不锈钢壳体601的内壁上，其与壳体601的轴线方向和壳体601的内壁均成60°角。设置扰流器104的目的是使经燃烧产生的热气流和来自排气管的排气充分混合，从而实现排气的均匀加热以及DPF的均衡再生。这降低了因加热不均而导致的DPF破裂。

作为尾气处理系统的核心部件之一，微粒捕集器即DPF可以采用目前本领域常用的壁流式蜂窝陶瓷过滤器，例如由堇青石、碳化硅、或重结晶碳化硅制成的壁流式蜂窝陶瓷过滤器。壁流式蜂窝过滤器的优点在能除去排气中绝大部分的颗粒物质，例如95％以上的颗粒物质，从而使其排放达到目前最高的排放颗粒物要求。壁流式蜂窝陶瓷过滤器的工作原理在图7中示出。参考图7，颗粒物被截留在经交替堵孔的蜂窝过滤器中，在累积至一定的量之后通过燃烧除去，从而实现过滤器的再生。

在一个实施方案中，尤其优选的是使用由重结晶碳化硅制成的壁流式蜂窝陶瓷过滤器，例如“黄帝”牌重结晶碳化硅蜂窝陶瓷壁流式微粒过滤器(DPF)。该过滤利用交互堵塞的蜂窝通道之间的多孔间壁来捕获柴油机废气中的微粒，具有极强的捕获碳烟超细纳米微粒的能力。同时，该过滤器的过滤面积大，压降较低，结构紧凑，具有优异的耐高温、耐腐蚀性能和导热性能，机械强度大，抗热震性强，使用寿命长。

该过滤器的主要参数在下表1中示出：

表1：由重结晶碳化硅制备的壁流式蜂窝陶瓷过滤器的主要参数：

技术特性	单位
			SiC含量	％	＞99
每平方英寸蜂房格数量	cpsi	200～300
			蜂房格边长	mm	1.20～1.45
蜂房壁厚	mm	0.30～0.35
			孔隙率	％	42～60
中位孔径	μm	9～20
			抗压强度	MPa	＞13～18
热膨胀率(40～800℃)	10-6	4.30～4.40
			导热率(500℃时)	W/mK	＞14
捕获率	％	＞98～99
			蜂窝体体积密度	Kg/L	～0.80
过滤面积	m2/L	～0.75
			渗透率	m2	＜5.0×10-12
抗热震参数(ΔT)	℃	250

该过滤器经天津索克汽车试验有限公司，按照国际认可的VERT试验规范进行了检验，压降特性符合要求，微粒重量分析过滤效率的平均值达到96.50％，并获得中国环境保护产品认证机构认证。

优选地，在低温升温器103(或扰流器104)和微粒捕集器106之间还设置有氧化型催化器105，即本领域中熟知的DOC。设置DOC的目的是用于去除排气中的碳氢化合物和部分颗粒物。例如，DOC可以为目前柴油发动机中通常使用的那些DOC。

车用柴油机使用的氧化型催化器以铂(Pt)、钯(Pd)等贵金属作为催化剂，主要降低微粒排放中的可溶性有机成分(SOF)的含量从而降低PM的排放。同时可以有效减少排气中的HC、CO。氧化催化器可以除去90％的SOF，从而使PM排放减少40％～50％。其对HC和CO的处理效率可以分别达到88％、68％。催化氧化技术对脱除柴油机排放微粒中的SOF具有良好的效果，即在柴油机排气系统增设催化转化器，SOF在铂、铑和钯等贵金属催化剂或稀土催化剂等的作用下发生氧化反应转化为CO₂和H₂O而除去，通常其脱除效率可达80％。同时还可除去尾气中的HC和CO等有害物质。

DOC的转化原理在图7中示出。例如，在柴油发动机的排气中含有CO、HC、SOF、PAH等物质，在经DOC氧化转化之后，得到的产物主要CO₂和H₂O，从而使排气被部分净化。

实施例2：一种用于柴油发动机的尾气处理系统的再生方法

在该实施例中，提供一种用于使设置在柴油发动机排气管路上的尾气处理系统再生的方法。所述尾气处理系统可以为实施例1中所述的尾气处理系统。当然，该尾气处理系统也可以是对实施例1中所述的尾气处理系统进行改进所获得的尾气处理系统。

在一个实施方案中，再生方法包括以下步骤：1)实时监测微粒捕集器两端的压力差，当所述压力差的值达到预设的再生阈值时启动再生程序；2)打开预热棒进行预热，当达到预定的预热时间时，向进气管输入新鲜空气，向进油管输入燃油，同时向陶瓷点火塞加电，引燃由新鲜空气和燃油形成的燃油-空气喷雾，对排气进行加热；3)实时监测微粒捕集器入口处的排气温度，以模糊预测的模式控制喷油量，当温度未达到预设的微粒捕集器再生温度时，提高喷油量；以及4)当监测到微粒捕集器两端的压力差回落到预设的再生结束阈值时，停止预热，停止输入新鲜空气和燃油，然后使陶瓷点火塞断电。通过该方法，能够使累积在DPF中的碳颗粒通过燃烧完全去除，从而实现DPF的均匀再生，重复用于颗粒物的去除。

为了便于测量DPF两端的压力和温度，在DPF的前端和后端分别设置了温度传感器如热电偶和压力传感器，例如在图1中示出温度传感器110和压力传感器107。经温度传感器110测量的温度值和经压力传感器107测量的压力值被分别传输到单独设置的控制单元(例如ECU)中，作为控制单元进行控制的依据。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施方案，而不是对本发明进行限制。在本发明的精神和权利要求的保护范围内对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等都落入本发明的保护范围内。

Claims (20)

1.一种用于柴油发动机的尾气处理系统，其特征在于，所述尾气处理系统包括：

低温升温器，所述低温升温器设置在柴油发动机的排气管下游，包括：

圆筒形的升温器壳体，所述升温器壳体与柴油发动机的排气管口连接；和

点火装置，所述点火装置以垂直的方式或斜插的方式固定在所述升温器壳体的侧壁上，使得所述点火装置的一部分位于所述升温器壳体中；以及

微粒捕集器，所述微粒捕集器为壁流式蜂窝式陶瓷过滤器，用于捕集来自发动机排气的颗粒物质。

2.根据权利要求1所述的尾气处理系统，其特征在于，所述点火装置包括：

圆柱形的套筒，所述套筒由外套筒和内套筒套叠而成；

设置在所述套筒内的进油管和进气管，所述进油管用于引入燃油，所述进气管用于引入新鲜空气；

设置在所述套筒的第一端部上的预热部，所述预热部由预热棒、蓄热体和喷嘴座构成，与所述进油管和/或进气管连通；

设置在所述套筒侧壁上的点火部，所述点火部包括陶瓷点火塞和用于固定所述陶瓷点火塞的安装座；和

燃烧室，所述燃烧室由所述内套筒构成，与所述预热部连接。

3.根据权利要求2所述的尾气处理系统，其特征在于，所述预热棒和所述陶瓷点火塞由氮化硼棒体或氮化硅棒体和发热丝构成，所述发热丝内置在所述氮化硼棒体或氮化硅棒体内，优选地，所述发热丝为钨丝。

4.根据权利要求2所述的尾气处理系统，其特征在于，所述蓄热体为圆筒状，其前端部分的外侧壁中设置有螺旋形的凹槽，所述凹槽的深度小于所述前端部分的侧壁厚度，优选地，所述凹槽的横截面形状为矩形、方形、半圆形或者U形形状。

5.根据权利要求2所述的尾气处理系统，其特征在于，所述喷嘴座包括直径较大的固定部和直径较小的、与所述蓄热部的前端部分相配合的配合部，其中在所述固定部的中心位置处设置有用于喷出燃油和/或燃油-空气混合物的喷嘴口。

6.根据权利要求2所述的尾气处理系统，其特征在于，所述进气管与所述内套筒连通，其中在所述喷嘴座的配合部的侧壁中等距设置有进气通孔，所述进气通孔将所述内套筒与所述凹槽连通。

7.根据权利要求2所述的尾气处理系统，其特征在于，在所述燃烧室内还设置有喇叭形导管，所述喇叭形导管与所述喷嘴座连接，包括圆筒形导管和由所述圆筒形导管伸出的扩张成喇叭状的数根导管条。

8.根据权利要求2所述的尾气处理系统，其特征在于，所述进油管设置成第一进油管部分、第二进油管部分和第三进油管部分，所述第一进油管部分和所述第三进油管部分沿着所述套筒的长度方向设置在所述套筒内，所述第二进油管部分设置在所述套筒的内部或者设置在所述套筒外侧，位于火焰喷出的路径上，其中所述第二进油管部分设置成U形弯管、半圆形弯管、蛇形弯管、螺旋形弯管或带支路的歧管的形式。

9.根据权利要求1所述的尾气处理系统，其特征在于，所述点火装置以斜插的方式固定在所述升温器壳体的第一侧壁上，所述点火装置的中心线与所述升温器壳体的中心线形成的夹角为15-75度，例如为15度、30度、45度、60度、75度，优选为45度。

10.根据权利要求1所述的尾气处理系统，其特征在于，在与固定有所述点火装置的第一侧壁相对的第二侧壁上等距设置有数个半圆形的倾斜挡片，优选所述挡片的半圆形侧固定在所述第二侧壁上，其与来自发动机排气管的排气相迎的一面与所述第二侧壁形成的夹角为90至170度，例如为95度、100度、105度、110度、115度、120度、125度、130度、135度、140度、145度、150度、155度、160度、165度或170度，优选为120度或125度。

11.根据权利要求1所述的尾气处理系统，其特征在于，在所述低温升温器的下游还设置有扰流器，优选地，所述扰流器包括壳体、设置在壳体两端的法兰以及设置在壳体内部的多个均压板和多个混合板，所述均压板和所述混合板沿着壳体的圆周内壁均匀地设置；所述均压板和所述混合板与壳体的轴线方向成60°～80°斜向设置，与壳体的内壁成60°～80°顺着混合气体的气流方向设置。

12.根据权利要求1所述的尾气处理系统，其特征在于，所述升温器壳体与所述排气管口连接的连接部呈内直径渐变的锥体形状，使得所述升温器壳体的直管部分的内直径大于所述排气管口的内直径。

13.根据权利要求2所述的尾气处理系统，其特征在于，在所述进油管的入口前端处还设置有燃油预热器，以对燃油进行预热。

14.根据权利要求1所述的尾气处理系统，其特征在于，在所述低温升温器和所述微粒捕集器之间还设置有氧化型催化器，用于去除排气中的碳氢化合物和部分颗粒物。

15.根据权利要求1所述的尾气处理系统，其特征在于，所述壁流式蜂窝陶瓷过滤器由堇青石、碳化硅或重结晶碳化硅制成。

16.根据权利要求14所述的尾气处理系统，其中在所述氧化型催化器之前设置有锥形混匀盖，用于分散和均匀经加热的排气，使其对所述氧化型催化器进行均匀加热。

17.根据权利要求16所述的尾气处理系统，其中所述混匀锥形盖的中心线与DOC中心线重合，其圆锥形内腔的顶角为100至160度，例如为110度、120度、130度、140度、145度、150度，优选为140度。

18.一种用于使设置在柴油发动机排气管路上的尾气处理系统再生的方法，所述尾气处理系统为根据权利要求1-17中任一项所述的尾气处理系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)实时监测微粒捕集器两端的压力差，当所述压力差的值达到预设的再生阈值时启动再生程序；

2)打开预热棒进行预热，当达到预定的预热时间时，向进气管输入新鲜空气，向进油管输入燃油，同时向陶瓷点火塞加电，引燃由新鲜空气和燃油形成的燃油-空气喷雾，对排气进行加热；

3)实时监测微粒捕集器入口处的排气温度，以模糊预测的模式控制喷油量，当温度未达到预设的微粒捕集器再生温度时，提高喷油量；以及

4)当监测到微粒捕集器两端的压力差回落到预设的再生结束阈值时，停止预热，停止输入新鲜空气和燃油，然后使陶瓷点火塞断电。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述微粒捕集器两端的压力差值是通过设置在微粒捕集器两端的压力传感器来测量的。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述微粒捕集器入口处的排气温度是通过设置在微粒捕集器入口处的温度传感器来测量的。