本发明涉及柴油车尾气净化处理领域。具体地，本发明涉及用于使柴油车的尾气升温以对尾气进行净化处理的低温升温器。
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。捕集到的微粒物质随后通过再生清除。所谓微粒捕集器的再生是指在dpf长期工作中，微粒捕集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。微粒捕集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微粒捕集器内的温度，使微粒着火燃烧。当微粒捕集器中的温度达到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微粒捕集器，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。在该申请中，首先利用蓄热体散发的高温热量将空气预热形成过热空气，然后再利用过热空气来预热燃油。
然而，在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在如下问题：首先，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；其次，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；再次，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。
技术实现要素：
鉴于前述问题，本发明提出一种用于柴油发动机尾气净化处理的低温升温器，所述低温升温器能够在各种复杂工况、尤其是在低温(甚至是低于零度的温度)条件下使燃油或燃油-空气混合物迅速升温，达到燃油的着火点并使其点燃，从而能够将柴油发动机排气快速升温至dpf再生所需的温度。由于燃油和空气在油气混合部中充分混合并雾化，所以得到的燃油-空气混合物的燃点低，有利于点燃。此外，由于点火塞直接固定在外壳体上，所以当其因为高温损坏需要更换时，可以单独拆卸并进行更换，从而提高维护的便捷程度，降低维护成本。
上述问题通过以下方案得以解决：
在一个方面中，提供一种用于柴油发动机尾气处理的低温升温器。所述低温升温器包括：圆筒形的外壳体，所述外壳体的入口端与柴油车发动机的排气管口连接；固定在所述外壳体侧壁上的进油管和进气管；靠近所述外壳体的入口端设置的油气混合部，所述油气混合部与所述进油管和所述进气管连接，并且通过所述进油管和所述进气管固定在所述外壳体的侧壁上；靠近所述外壳体的出口端设置的点火部，所述点火部包括陶瓷点火塞和用于安装所述陶瓷点火塞的安装部，所述陶瓷点火塞通过安装部固定在所述外壳体的侧壁上；和燃烧室，所述燃烧室与所述点火部连接，所述点火部前端的点火端伸入所述燃烧室中。通过该低温升温器，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。
根据前述方面的低温升温器，所述低温升温器还可以包括雾化室，所述雾化室的一端与所述燃烧室连接，另一端与所述油气混合部连接。
根据前述方面的低温升温器，所述油气混合部包括与进油管连接的喷嘴芯和与进气管连接的喷嘴座，所述喷嘴芯延伸至所述喷嘴座的内部，所述喷嘴芯中心处的喷油口与所述喷嘴座中心处的喷雾口对准，共同连通至所述雾化室。利用该油气混合部，来自进油管的燃油和来自进气管的新鲜空气能够充分混合，并经过喷雾口喷出，使其充分雾化并将其燃点降低，从而有利于在较低的温度下点燃，实现节能和稳定点燃的优点。
根据前述方面的低温升温器，所述雾化室内还可以设置有喇叭形导管，所述喇叭形导管的一端与所述喷嘴座连接，另一端延伸出多个导管条，所述多个导管条经扩张形成延伸至所述燃烧室内的喇叭形导管口。利用该喇叭形导管，能够将由喷雾口喷出的燃油-空气混合物快速引导至燃烧室，并且有利于其进一步雾化。
根据前述方面的低温升温器，所述进气管具有设置在所述喷嘴座内的第一出气口和第二出气口，所述第一出气口通入喷嘴座的内腔，与所述喷雾口连通；所述第二出气口与所述燃烧室连通或经所述雾化室与所述燃烧室连通。由于该进气管具有两个出气口，所以一部分空气可以被导入油气混合部中，与燃油充分混合形成燃油-空气混合物并雾化；另一部空气可以通过雾化室被导入燃烧室中，促进燃油-空气混合物的燃烧，从而达到充分燃烧的目的。
根据前述方面的低温升温器，在所述雾化室和所述喇叭形导管之间还可以设置有环形的空气挡板，在所述空气挡板中等距设置有多个通气孔。该空气挡板能够降低所引入的新鲜空气的流速，对新鲜空气进行导流和分散，从而有利于其与燃油-空气混合物混合，以实现充分燃烧。
根据前述方面的低温升温器，所述燃烧室可以由燃烧室直管、第一燃烧室锥管和第二燃烧室锥管形成，所述燃烧室直管的侧壁与所述陶瓷点火塞的安装部连接并通过其固定在外壳体上，所述第一燃烧室锥管的直径较大一端与所述燃烧室直管的一端连接，直径较小一端与所述油气混合部或所述雾化室连接，形成燃油-空气喷雾入口；所述第二燃烧室锥管的直径较大一端与所述燃烧室直管的另一端连接，形成火焰喷出口。
根据前述方面的低温升温器，在所述燃烧室的所述第一燃烧室锥管的侧壁上等距设置有多个倾斜的排气导入管。该排气导入管能够将来自柴油发动机排气管的排气引入燃烧室内，与燃烧室中产生的火焰混合，并通过其加热至期望的温度。
根据前述方面的低温升温器，所述排气导入管的中心线与所述雾化室的中心线形成的夹角为30度至60度，例如35度、40度、45度、50度、55度，优选为45度。
根据前述方面的低温升温器，所述进油管和/或所述进气管位于所述外壳体内的一部分布置成弯曲管形状、带支路的歧管形状或螺旋形盘管形状，并且所述部分位于所述燃烧室出口端的内侧或外侧，位于火焰喷出的路径上，例如所述弯曲管形状为u形、半圆形或之字形的形状。通过将该部分布置成弯曲管形状、带支路的歧管形状或螺旋形盘管形状，能够增加进气管和/或进油管在排气中的行程，即增加其与排气接触的时间，从而充分利用排气自身的温度对引入的新鲜空气或燃油进行预热，从而有利于之后的点燃。
根据前述方面的低温升温器，在所述燃烧室的前端还设置有导流风叶。该导流风叶呈顺时针方向设置或呈逆时针方向设置，其能够对来自燃烧室的气体进行顺时针或逆时针整流，起到均匀分散热气流的作用，从而避免火焰和热气流对微粒捕集器的小块区域进行集中加热，解决了微粒捕集器假象再生所导致的频繁再生的问题。
根据前述方面的低温升温器，在所述燃烧室的前端还设置有扰流器。所述扰流器可以包括壳体、设置在壳体两端的法兰以及设置在壳体内部的均压板和混合板，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。所述均压板沿着壳体的轴线方向逆时针斜向设置，所述混合板沿着壳体的轴线方向顺时针斜向设置；或者所述均压板沿着壳体的轴线方向顺时针斜向设置，所述混合板沿着壳体的轴线方向逆时针斜向设置。所述均压板或所述混合板可以为半水滴的形状。通过该扰流器，能够使燃烧所产生的热流与来自发动机的排气流充分混合并交换热量，实现热量的均匀分布，从而保证微粒捕集器能够均衡再生。
根据前述方面的低温升温器，所述外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，使得所述外壳体的直管部分的内直径大于所述排气管口的内直径。通过增加外壳体的内直径，能够降低排气的流速，从而能够更充分地加热排气。另外，这样的设置还能够防止低温升温器的布置增加排气的背压。
根据前述方面的低温升温器，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。这样能进一步增加燃油的温度，有利于该低温升温器在极端低温的条件下的应用。
根据前述方面的低温升温器，在所述外壳体内还设置有内壳体，所述内壳体的出口端与所述外壳体的出口端对齐，所述内壳体的入口端的直径扩大，形成喇叭口形状，位于所述点火塞和所述进气管之间，其边缘固定在所述外壳体的内壁上。所述内壳体的设置有利于将排气引入燃烧室中，以与燃烧产生的热气流充分混合。同时，由于在所述外壳体和所述内壳体之间形成间隙空间，起到保温和隔热的作用，有利于保持低温升温器内的温度。
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、充分燃烧、避免微粒捕集器的频繁再生、降低排气背压等，这些优点使得本发明所提供的低温升温器能够在极端的工况、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低温升温器的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施方案的雾化室喇叭形导管的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施方案的油气混合部的喷嘴座和喷嘴芯的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施方案的燃烧室部件的结构示意图；
图5是根据本发明一个实施方案的导流风叶的结构示意图；以及
图6是根据本发明一个实施方案的扰流器的结构示意图。
图中：100-低温升温器；101-外壳体；102-进气管；103-进油管；104-油气混合部；105-点火部；106-燃烧室；107-雾化室；108-内壳体；109-法兰；201-圆筒形直导管；202-导管条；301-喷嘴座；302-喷嘴芯；303-喷雾口；304-出油口；305-第二出气口；306-第一出气口；401-燃烧室直管；402-第一燃烧室锥管；403-圆孔；404-第二燃烧室锥管；501-导流叶片；600-扰流器；601-扰流器壳体；602-扰流器法兰；603-均压板；604-混合板。
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：用于柴油发动机尾气净化处理的低温升温器
参考图1，图1显示出根据本发明一个实施方案的低温升温器100的结构示意图。低温升温器100包括：圆筒形的外壳体101，所述外壳体101的入口端与柴油车发动机的排气管口连接；固定在所述外壳体101侧壁上的进油管103和进气管102；靠近所述外壳体101的入口端设置的油气混合部104，所述油气混合部104与所述进油管103和所述进气管102连接；靠近所述外壳体101的出口端设置的点火部105，所述点火部105包括陶瓷点火塞和用于安装所述陶瓷点火塞的安装部，所述陶瓷点火塞通过安装部固定在所述外壳体101的侧壁上；和燃烧室106，所述燃烧室106与所述点火部105连接，所述点火部105前端的点火端伸入所述燃烧室106中。
陶瓷点火塞由氮化硅点火针和陶瓷压模而成，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。点火针内设置有耐高温的钨丝或钼丝做导电体。作为另一方案，陶瓷点火塞由氮化硼点火针和陶瓷压模而成，点火针内设置有耐高温的钨丝或钼丝作为导电体。点火塞接头是由sus310s材质制作的，可耐1200度以上的高温，实时保护陶瓷点火塞的使用性能，延长其使用寿命。下文将详细描述基于实施例1改进的各示例性实施例。
实施例1-1：在实施例1的基础上，低温升温器100进一步设置有雾化室107。雾化室107的一端与燃烧室106连接，另一端与油气混合部104连接，用于使油气混合部104与燃烧室106连通，从而将由油气混合部104产生的燃油-空气混合物输送到燃烧室106中，并且在其中被点燃。雾化室107由不锈钢等材料制成，通过焊接等方式与燃烧室106和油气混合部104连接。为了便于与燃烧室106和油气混合部104连接，雾化室107设置为圆筒状。但是，本领域的普通技术人员会理解，根据具体的需要，雾化室107也可以设置成其它形状，例如矩形或方形的形状。
实施例1-2：在实施例1-1的基础上，雾化室107内还可以设置有喇叭形导管。如图2所示，喇叭形导管由圆筒形不锈钢管制成，一端呈圆形，形成圆形直导管201。另一端通过切割形成若干条形导管202，这些条形导管202经过弯曲扩张形成喇叭状，用于引导燃烧所产生的火焰向多个方向喷出，同时保护经陶瓷点火塞产生的火焰不被新鲜空气吹冷或吹灭。另外，该喇叭形导管也起到引导新鲜空气的作用。
实施例1-3：在实施例1的基础上，油气混合部104包括与进油管103连接的喷嘴芯302和与进气管102连接的喷嘴座301，喷嘴芯302延伸至喷嘴座301的内部，喷嘴芯302中心处的喷油口与喷嘴座301的喷雾口303对准，共同连通至雾化室107。
如图3所示，喷嘴芯302与进油管103连接，用于引入燃油，例如柴油、丙烷等。喷嘴芯302固定在喷嘴座301上，其直径较小的前端配合到喷嘴座301的内部，但是两者并不完全吻合，而是形成一定的间隙空间，该空间用作燃油流动的空间或燃油与空气混合的空间。喷嘴座301与进气管102连接，用于引入空气，并使其与燃油在间隙空间内混合，然后通过喷嘴座301上设置的喷雾口303喷出，从而使燃油-空气混合物雾化。
实施例1-4：在实施例1-3的基础上，进气管102具有设置在所述喷嘴座301内的第一出气口和第二出气口305，如图3中清楚示出的。第一出气口通入喷嘴座301的内腔，与喷雾口303连通；第二出气口305通入雾化室107，与燃烧室106连通。作为一个替代方案，在没有雾化室107的情况下，第二出气口305与燃烧室106直接连通。从进气管102引入的一部分空气通过第一出气口被导入油气混合部104中，与燃油充分混合形成燃油-空气混合物并雾化。另一部空气通过第二出气口305和雾化室107被导入燃烧室106中，促进燃油-空气混合物的燃烧，从而达到充分燃烧的目的。
实施例1-5：在实施例1的基础上，在雾化室107和喇叭形导管之间还设置有环形的空气挡板，在空气挡板中等距设置有多个通气孔。该空气挡板降低了所引入的新鲜空气的流速，对新鲜空气进行导流和分散，从而促进其与燃油-空气混合物混合，实现了充分燃烧。
实施例1-6：在实施例1的基础上，燃烧室106由燃烧室直管、第一燃烧室锥管和第二燃烧室锥管形成，如图4示出的。在一个实施方案中，燃烧室直管、第一燃烧室锥管和第二燃烧室锥管均由不锈钢材料冲压而成。燃烧室106直管的侧壁与陶瓷点火塞的安装部连接并通过其固定在外壳体101上，第一燃烧室锥管的直径较大一端与燃烧室直管的一端连接，另一端与油气混合部104连接，形成燃油-空气喷雾入口；第二燃烧室锥管的直径较大一端与燃烧室直管的另一端连接，形成火焰喷出口。作为一个替代方案，第一燃烧室锥管的直径较大一端与燃烧室直管的一端连接，另一端与雾化室107连接，进而连通至油气混合部104，使得燃油-空气喷雾经雾化室107进一步雾化之后才被送至燃烧室106。
实施例1-7：在实施例1的基础上，在燃烧室106的第一燃烧室锥管的侧壁上等距设置有多个倾斜布置的排气导入管。该排气导入管用于将来自柴油发动机排气管的排气引入燃烧室106内，与燃烧室106中产生的火焰混合，然后被燃烧产生的热气流加热至期望的温度。例如，在点火器末端与柴油氧化催化器(doc)相连的情况下，排气可以被加热至高于250℃的温度，例如300度。又如，在点火器与微粒捕集器(dpf)直接相连的情况下，排气可以被加热至高于500℃的温度，例如550℃，使得dpf在低温下也能够被完全再生。
实施例1-8：在实施例1-6的基础上，排气导入管的中心线与雾化室107的中心线形成的夹角为30度至60度，例如为35度、40度、45度、50度、55度，优选为45度。利用该倾斜角度，可以方便地将排气管中的部分排气送入燃烧室106中与热气流均匀混合并进行加热，同时也不会大幅增加排气阻力。
实施例1-9：在实施例1的基础上，所述进油管103和/或所述进气管102位于所述外壳体101内的一部分布置成弯曲管形状、带支路的歧管形状或螺旋形盘管形状，并且所述部分位于所述燃烧室106出口端的内侧或外侧，位于火焰喷出的路径上，例如所述弯曲管形状为u形、半圆形或之字形的形状。将该部分布置成弯曲管形状、带支路的歧管形状或螺旋形盘管形状，增加了进气管102和/或进油管103在排气中的行程，相应增加其与排气接触的时间，从而充分利用排气自身的温度对引入的新鲜空气或燃油进行预热，有利于之后进行的点燃。
实施例1-10：在实施例1的基础上，在燃烧室106的前端还设置有导流风叶。参考图5，导流风叶呈顺时针方向设置或呈逆时针方向设置，用于对来自燃烧室106的气体进行顺时针或逆时针整流，起到均匀分散热气流的作用，从而避免火焰和热气流对微粒捕集器的小块区域进行集中加热，解决了微粒捕集器假象再生所导致的频繁再生的问题。
实施例1-11：在实施例1的基础上，在燃烧室106的前端还设置有扰流器600。参考图6，扰流器600包括壳体、设置在壳体两端的法兰以及设置在壳体内部的均压板603和混合板604，均压板603和混合板604沿着壳体的圆周内壁均匀地设置；均压板603和所述混合板604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。作为一个替代方案，扰流器600可以仅包括均压板603和混合板604，所述均压板603和混合板604直接设置在外壳体101的内壁上，位于燃烧腔的前端，对排气和热气流起扰流、均压和混合的作用。
在一个实施方案中，均压板603沿着壳体的轴线方向逆时针斜向设置，混合板604沿着壳体的轴线方向顺时针斜向设置。在另一实施方案中，均压板603沿着壳体的轴线方向顺时针斜向设置，混合板604沿着壳体的轴线方向逆时针斜向设置。
在一个实施方案中，均压板603设置为半水滴的形状。在另一实施方案中，均压板603和混合板604均设置为半水滴的形状。通过该扰流器600，燃烧所产生的热流与来自发动机的排气流充分混合并交换热量，实现热量的均匀分布，从而保证了微粒捕集器的均衡再生。
实施例1-12：在实施例1的基础上，外壳体101与排气管口连接的连接部呈内直径逐渐增加的锥体形状，使得外壳体101的直管部分的内直径大于排气管口的内直径。由于外壳体101的直管部分的内直径大于排气管口的内直径，所以当排气从排气管进入外壳体101时，压力减小，流速降低，从而能够与热气流更为充分地混合，即热交换更为充分。另外，这样的设置还防止低温升温器100的布置增加排气的背压。
实施例1-13：在实施例1的基础上，在所述进油管103的入口前端处还设置有燃油预热器，以对燃油进行预热。这样能进一步增加燃油的温度，有利于该低温升温器100在极端低温的条件下的应用。在一个实施方案中，所述燃油预热器为电加热器，例如，将来进油管103的燃料容纳在储油套管中，储油套管中设置有耐高温的加热棒体。通过向加热棒体加电，就能够对燃油进行预热，然后将经预热的燃油输送至油气混合部104。
实施例1-14：在实施例1的基础上，在外壳体101内还设置有内壳体，内壳体的出口端与外壳体101的出口端对齐，内壳体的入口端的直径扩大，形成喇叭口形状，位于所述点火塞和所述进气管102之间，固定在所述外壳体101的内壁上。内壳体的设置有利于将排气引入燃烧室106中，以与燃烧产生的热气流充分混合。
本领域的普通技术人员会理解，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。