[发明专利]用于柴油发动机的尾气处理系统

说明书

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，实现实时在线再生的目的。同时，由于采用了油罐式的燃油预热部来对燃油进行预热，缩短了预热棒的工作时间，防止预热棒长期处于高温状态，从而延长预热棒的使用寿命。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，使低温升温器内的燃烧更为充分，降低了二次污染的风险，提高了燃油的经济性。

上述问题通过以下方案得以解决：