用于柴油发动机尾气净化处理的预热结构和点火装置的制作方法

本实用新型涉及柴油车尾气净化处理领域。具体地，本实用新型涉及用于使柴油车的尾气升温以对尾气进行净化处理的预热结构以及包括预热结构的点火装置。

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。在该申请中，首先利用蓄热部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，这样的方式导致在某些比较恶劣的工况(例如非常低的温度)下燃油预热不充分，导致燃油不能达到其燃点，导致点火失败、二次污染等问题。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，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，本实用新型提出一种用于柴油发动机尾气净化处理的预热结构，所述预热结构能够在各种复杂工况、尤其是在低温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。由于预热棒仅用于对燃油进行预热，使其温度能够达到燃油的燃点，因此预热棒的温度不用升得过高，因此能够降低预热棒损坏的概率，从而延长预热棒的使用寿命，降低更换预热棒的成本。另外，由于采用了与CN103104321A完全不同的新型预热结构，使得能够通过该预热结构中的蓄热部来预热燃油或燃油-空气混合物，从而缩短所需的预热棒预热时间。

上述问题通过以下方案解决：

在第一方面中，提供一种用于柴油车尾气净化处理的预热结构，所述预热结构包括：用于对燃油或燃油-空气混合物进行预热的预热棒；用于安装所述预热棒的安装部，所述预热棒的前端部分从所述安装部中伸出，形成预热端；用于吸收和储存来自所述预热棒的热量并将其传递给燃油的蓄热部，所述蓄热部设置在所述预热棒的预热端外围，并且包围所述预热端；用于喷出燃油的喷嘴部，所述喷嘴部包括直径较大的固定部和直径较小的、与所述蓄热部相配合的配合部，以及设置在中心位置处用于喷出燃油和/或空气的喷嘴口。所述蓄热部的部分外侧壁中以螺旋方式设置有凹槽，所述凹槽与所述喷嘴部的配合部的内侧表面共同限定用于燃油或燃油-空气混合物的流动通道，其中所述凹槽的深度小于所述蓄热部的包围所述预热棒的侧壁的厚度。由于燃油或者燃油-空气的混合物在所述流动通道中流动，所以其可以被蓄热部从预热棒吸收并散发出的热量快速预热，在较短的时间内达到燃油或燃油-空气混合物的燃点，使其能够被快速、可靠地点燃，降低点火失败以及造成二次污染的风险。另外，由于所述凹槽的深度小于所述蓄热部的侧壁厚度，所以燃油不会与预热棒接触，避免被预热棒直接高温加热，在短时间内产生大量燃油喷雾。

根据上述第一方面的预热结构，所述凹槽的横截面形状可以设置为矩形、方形、半圆形或U形。

根据上述第一方面的预热结构，所述凹槽的靠近预热棒安装部处的入口与进给燃油的进油管连通。

根据上述第一方面的预热结构，所述凹槽的出口与所述喷嘴部的喷嘴口连通，以向所述喷嘴口输入燃油和/或空气。

根据上述第一方面的预热结构，在所述喷嘴部的外围还设置有由石墨制成的炭纸。该炭纸为耐高温保温材料，用于对蓄热部进行保温处理，保温效果好。

根据上述第一方面的预热结构，所述预热棒可以由氮化硅棒体和发热丝制成。或者，所述预热棒可以由氮化硼棒体和发热丝构成，所述发热丝为钨丝。这样制成的预热棒不仅耐高温、抗腐蚀，而且具有高的热传导效率。

在第二方面中，提供一种用于柴油发动机尾气净化的点火装置，所述点火装置包括：圆筒形的外壳体；根据上述第一方面的预热结构，所述预热结构安装在所述外壳体的一个端部上；用于引燃由所述预热结构喷出的燃油-空气混合物的陶瓷点火塞，所述陶瓷点火塞以大致垂直于所述外壳体中心线的方式安装在所述外壳体的中部；用于燃油-空气混合物燃烧的燃烧室，其与所述预热结构的喷嘴部连接，朝尾气流动方向延伸，其中所述点火塞前端的点火端伸入所述燃烧室内；以及设置在所述外壳体内的进油管和进气管，所述进油管与所述预热结构的燃油流动通道连通，所述进气管与所述燃烧室连通。

根据上述第二方面的点火装置，在所述燃烧室内还可以设置有喇叭形导管，所述喇叭形导管由与所述预热结构连接的圆筒形导管和从所述圆筒形导管延伸出的数根导管条扩张而成。该喇叭形导管起到了引导燃油按照特定方向充分燃烧的作用，又起到了保护点火塞不被新鲜空气吹冷或吹灭以及引导新鲜空气流动的作用。

根据上述第二方面的点火装置，所述进油管和/或所述进气管的一部分可以以螺旋盘管或弯曲管的形式设置在所述燃烧室内侧或外侧，位于火焰喷出的路径上。这样，当燃料在燃烧室内燃烧时，所喷出的火焰能够对进油管和/或进气管中的燃油或空气进行加热，从而缩短预热燃油或燃油-空气混合物所需的时间。

与背景技术相比，本实用新型所提供的技术方案具有如下优点：

作为本实用新型的技术特征之一，采用蓄热部散发的热量对在蓄热部内形成的凹槽内流动的燃油或燃油-空气混合物进行加热。这样设计的目的在于，能够使燃油或燃油-空气混合物在较短的时间内升高温度，达到燃油或燃油-空气混合物的燃点，从而缩短预热所需的时间，降低预热棒所需的温度，延长预热棒的寿命。同时，由于燃油不与预热棒直接接触，从而避免了被预热棒的高温直接预热，防止在短时间内形成大量的燃油喷雾。

作为本实用新型的技术特征之二，采用由氮化硼棒体和发热丝构成的预热棒。这样设计的目的在于，一是氮化硼由氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。具有抗化学侵蚀性质，不被无机酸和水侵蚀，只有在1200℃以上时氮化硼才会开始在空气中氧化，熔点达3000℃才会发生熔化。本实用新型将氮化硼压制成加热棒，不仅在高温状态下与柴油不会发生化学反应，而且在空气中不会发生任何氧化，更重要的是在作为本实用新型的引燃头时，完全能够在1000℃的状态长期处于点燃状态，并且在完成燃烧后而不被空气氧化，确保了柴油发动机尾气净化系统在超低温状态下，能够根据控制器指令随时可靠地再生燃烧；二是由于钨丝不仅能够耐3400℃高温，而且发热效极高，本实用新型采用钨丝作为发热材料压制在氮化硼内所构成加热棒内，不仅实现了耐高温、抗腐蚀、热传导效率高，而且使用寿命长。

作为本实用新型的技术特征之三，采用螺旋形盘管或弯曲形管形式的进油管和/或进气管加热部。这样做的目的在于：由于油管加热部呈螺旋状结构或弯曲管结构，它能够使燃油或新鲜空气在进油管或进气管内停留的时间大大增加，因此当燃油或空气通过螺旋状或弯曲的加热部时，燃烧室内的高温火焰能够有充分的时间对通过螺旋状或弯曲的管内的燃油或空气进行预热，使预热后的柴油在进入柴油气化腔的瞬间被柴油气化腔内的蓄热部加热气化，形成高压、高温柴油油气，该高压、高温柴油油气由油气喷嘴管上的喷嘴喷到加热棒的高温引燃头的瞬间即可点燃，从而形成良好的油、气、雾、燃的转化。

作为本实用新型的技术特征之四，采用喇叭形导管的设计。这样设计的目的在于，该喇叭形导管能够保护陶瓷点火塞能够不被新鲜空气吹冷或吹灭，同时也起到对新鲜空气的导流作用。

附图说明

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

图1是根据本实用新型一个实施方案的预热结构的示意图；

图2是根据本实用新型一个实施方案的预热棒及其安装部的结构示意图；

图3是根据本实用新型一个实施方案的预热结构的蓄热部的结构示意图；

图4是根据本实用新型一个实施方案的喷嘴部的结构示意图；

图5是根据本实用新型一个实施方案的包括预热结构的点火装置的示意图；以及

图6是根据本实用新型一个实施方案的点火装置中的喇叭形导管的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图描述本实用新型的具体实施方式。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实用新型的原理，而无意于将本实用新型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尾气净化处理的预热结构

本实施例中的预热结构用于点火装置中，点火装置安装在柴油发动机的排气通路上，用于对来自排气管的排气进行加热，从而提升排气的温度，实现在后安装的各种排气处理装置如氧化型催化器、微粒捕集器等的再生。

参考图1，图1显示出根据本实用新型一个实施方案的预热结构100的结构示意图。预热结构100包括：用于对燃油或燃油-空气混合物进行预热的预热棒106；用于安装预热棒106的安装部105，预热棒106的前端部分从安装部105中伸出，形成预热端；用于吸收和储存来自预热棒的热量并将其传递给燃油的蓄热部104，蓄热部104设置在预热棒106的预热端外围，并且包围预热端；用于喷出燃油的喷嘴部101，喷嘴部101包括直径较大的固定部和直径较小的、与蓄热部相配合的配合部，以及设置在中心位置处用于喷出燃油和/或空气的喷嘴口。蓄热部104的外表面中以螺旋方式设置有凹槽102，凹槽102与喷嘴部101的配合部的内侧表面共同限定用于燃油或燃油-空气混合物的流动通道。

预热结构100可以安装在例如点火装置一端的端盖上，与进油管连通，使得燃油能够从预热结构中流过，从而被预热棒106所产生的热量预热。作为一个替代方案，预热结构100也可以与进气管连通，使得通过进气管引入的部分新鲜空气能够被引入到预热结构100的凹槽102中，从而与燃油混合形成燃油-空气混合物。下面参考图2-4详细描述预热结构100的各个部件。

参考图2，预热棒202的后端固定在安装部201中，前端从安装部201中伸出，形成预热端。安装部201由钢制冲压件制成，通过螺栓连接等连接方式固定在点火装置的端盖上。预热棒由碳化硅棒体和发热丝制成。或者，预热棒由氮化硼棒体和发热丝构成。发热丝可以为钨丝，因为钨丝不仅能够耐受3400℃的高温，而且发热效率极高。在通电的情况下，电源向内置在加热棒内的钨丝供电，钨丝得电后发热，加热氮化硼或氮化硅棒体，后者将热量传递给蓄热部104。

图3显示蓄热部104的结构示意图。蓄热部104设置成直径较大的固定部302和直径较小的通道部301，通道部301的部分外侧壁中设置有螺旋状的凹槽102。凹槽102与喷嘴部的配合部的内侧表面相配合，共同限定用于燃油或燃油-空气混合物的流动通道。凹槽102的横截面可以设置成矩形、方形、半圆形、或U形等。优选地，凹槽102的横截面为矩形形状。

通道部301的前端与喷嘴部101的配合部相配合。该前端可以设置成平坦形状或者其它形状。优选地，通道部301的前端设置成指向喷嘴部101的圆锥体形状。该圆椎体形状的外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。根据具体的需要，该角度也可以设置成其它的角度。圆锥体形状有利于燃油或燃油-空气混合物向喷嘴部101的喷嘴口流动。

图4示出预热结构的喷嘴部101的结构示意图。喷嘴部101设置成外直径较大的固定部402和外直径较小的配合部401。固定部402的内部轮廓为圆柱体形状，前端形成圆锥体形状，所述圆柱体形状和圆锥体形状与蓄热部104的通道部301的外部轮廓相吻合，从而与其共同配合形成供燃料流动的流动通路。蓄热部104的中心处即圆锥体轮廓的中心处设置有用于喷出燃油的出油口，使得燃油在喷出之后被雾化成雾状燃油，其燃点温度低于液态燃油。喷嘴座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。该夹角与蓄热部104的前端圆锥体部的角度一致。

喷嘴部101的部分侧壁内设置有进油通道，进油通道的出口设置在喷嘴部101的固定部402末端的内侧壁中，使得通过进油管引入的燃油能够通过该出口被引入蓄热部104的凹槽102中，被蓄热部104加热，然后通过喷嘴部101的喷嘴口喷出。优选地，喷嘴部101的部分侧壁内还设置有进气通道，进气通道的出口设置在喷嘴部101的固定部401末端的内侧壁中，使得通过进气管引入的新鲜空气能够通过该出口被引入蓄热部104的凹槽102中，与燃油混合形成燃油-空气混合物，然后通过喷嘴部101的喷嘴口雾化喷出。

实施例2：用于柴油发动机尾气净化的点火装置

参考图5，图5显示根据本实用新型一个实施方案的点火装置200，该点火装置200包括用于对燃油进行预热的预热结构100。点火装置200包括：圆筒形的外壳体201；预热结构100，所述预热结构100安装在所述外壳体201的一个端部上；用于点燃燃油-空气混合物的陶瓷点火塞202，陶瓷点火塞202以垂直于所述外壳体中心线的方式安装在所述外壳体的中部；用于燃油-空气混合物燃烧的燃烧室203，其与预热结构100的喷嘴部连接，朝尾气流动方向延伸，其中陶瓷点火塞202前端的点火部伸入所述燃烧室内；以及设置在外壳体内的进油管204和进气管205，进油管204与预热结构100的喷嘴部连通，进气管205与燃烧室203连通。

外壳体内可以为不锈钢制成的壳体。外壳体内还可以设置有内套筒(或者内壳体)，内套筒和外壳体内外相互套叠组成柱形套筒。在所述内套筒和外壳体之间还可以设置有隔热腔，用于增强保温效果。

陶瓷点火塞202可以为电火花塞，例如用于常规的柴油发动机的电火花塞。作为优选方案，陶瓷点火塞202由氮化硅棒体或氮化硼棒体和内置的发热丝构成。这样的点火塞能够升温至并且耐受高度1000度的高温，从而以高效的方式引燃燃油-空气混合物。

预热结构可以为实施例1中提供的预热结构100。或者，预热结构也可以为对实施例1中的预热结构进行修改获得的其它预热结构。预热结构可以参考实施例1中的描述，此处不再进行赘述。

参考图6，在燃烧室的位于火焰喷出方向的一端处还可以设置有喇叭形导管206，所述喇叭形导管206由与所述预热结构连接的圆筒形导管601和从所述圆筒形导管延伸出的数根导管条602扩张而成。该喇叭形导管206起到了引导燃油按照特定方向充分燃烧的作用，又起到了保护点火塞不被新鲜空气吹冷或吹灭以及引导新鲜空气流动的作用。

在外壳体内还设置有进油管204和进气管205。优选地，进油管204和/或进气管205的一部分以螺旋盘管或者弯曲管的形式设置在燃烧室203内侧或外侧，位于火焰喷出的路径上。这样，当燃料在燃烧室203内燃烧时，所喷出的火焰能够对进油管204和/或进气管205中的燃油或空气进行加热，提升燃油或新鲜空气的温度，从而缩短预热燃油或燃油-空气混合物所需的时间。

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