用於柴油機的煙塵減少設備及其製造方法

2023-05-30 15:27:06

專利名稱：用於柴油機的煙塵減少設備及其製造方法
技術領域：
本發明涉及利用電熱器的柴油機的廢氣後處理設備和製造該設備的方法。更特別地，本發明涉及一種廢氣後處理設備及其製造方法，該設備可以燃燒內燃機特別是柴油機排放的廢氣中所包含的顆粒物(PM，particulate matter)，這樣就不會向空氣中排放汙染物。
背景技術：
如本領域技術人員所熟知，當燃料在內燃機中燃燒時，會排放大量有害顆粒，所述燃燒產生驅動車輛所必須的動力。特別是對於柴油機，由於活塞的壓縮工作引起噴射到引擎中的燃料溫度升高。結果是，燃料自動燃燒並從而未充分燃燒。因此，排放了大量的有害汙染物(下文稱為「PM」)，例如顆粒物、氮氧化物(NOx)、未燃燒或部分燃燒的烴(HC)、一氧化碳(CO)和有害芳(香)族化合物。
在柴油機的燃燒過程中未充分燃燒的燃料與車輛的廢氣一起排放到空氣中。該廢氣在空氣中擴散，並因此被吸入到人類的肺中，從而引起支氣管問題甚至癌症。
最近，上述空氣汙染已經成為急待解決的前沿問題之一。進一步講，在全世界各個國家，對車輛排放廢氣的限制已根據環境標準變得越來越嚴格。
由於上述原因，使用柴油的車輛通常包括廢氣管上或其他部件上的預處理設備，用以在將廢氣排放到空氣中以前減少廢氣中的汙染物，從而防止環境汙染，廢氣通過所述廢氣管被排放到空氣中。另外，由於廢氣標準的嚴格，不可避免的需要為裝備了柴油機的車輛再配備一用於淨化廢氣的後處理設備。
後處理設備是一種交替地阻塞陶瓷基質(ceramic substrate)的通路的設備，從而在固體有害物質例如PM經過陶瓷基質時將其過濾掉，該陶瓷基質主要適用於汽油發動機。
但是，一旦陶瓷過濾器使用了很長時間而未被更換時，所收集的廢氣中含有的顆粒物將超過過濾器的承受能力。結果是，廢氣系統的背壓增加，並從而造成過濾器的損害或引擎輸出的降低。因此，為了解決上述問題，需要在過濾器之前設置一附加設備，該設備用於周期性地燃燒和移除所收集的PM或用於降低PM的再生溫度。
上述PM燃燒或氧化系統可能使用用於直接將廢氣的溫度增加到PM氧化溫度的系統或用於降低廢氣氧化溫度的系統。
用於直接增加廢氣溫度的系統通過電熱器或輕油燃燒器直接加熱廢氣，而用於降低PM氧化溫度的系統使用一種催化劑或燃料添加劑。
下面將參照附圖1給出傳統廢氣淨化系統的詳細描述，該系統用於裝配有電熱器的柴油機。
圖1是示出使用電熱器的傳統廢氣淨化系統的結構的側視圖。如圖1所示，傳統廢氣淨化系統包括設置在車輛的一廢氣管1的中間的過濾罐2、安裝在過濾罐2中的蜂窩狀陶瓷過濾器3、安裝在陶瓷過濾器3之前用於當電熱器4被充電時加熱陶瓷過濾器3的電熱器4；所述過濾罐具有一入口和一出口，廢氣通過所述入口進入過濾罐2，廢氣通過所述出口從過濾罐2中排出。
圍繞著陶瓷過濾器3設置有用於測量氣體壓力的壓力傳感器(未示出)。壓力傳感器與一電控單元(ECU)5電連接，該電控單元控制供應給電熱器4的電能。
在具有上述結構的傳統廢氣淨化系統中，藉助陶瓷過濾器3收集由車輛的廢氣管排放到空氣中的廢氣中所含的顆粒物，所收集到的顆粒物被電熱器4加熱到可再生的溫度。這樣，廢氣就被淨化了。
在廢氣淨化系統的淨化罐2中安裝有傳感器，所述傳感器包括壓力傳感器和溫度傳感器，用於感應陶瓷過濾器3所收集到的顆粒物是否超過預定量。作為使用傳感器的檢測結果，當陶瓷過濾器3所收集的顆粒物超過預定數量時，電熱器4被電控單元5驅動從而將引擎排放的廢氣加熱到較高溫度，例如大約500℃到700℃，這樣陶瓷過濾器3所收集到的顆粒物就被燃燒和移除了。
如上面所描述的，陶瓷過濾器3必須被電熱器4加熱到500℃到700℃的高溫以便在陶瓷過濾器3中再生PM。進一步講，在車輛行駛時，必須重複進行電熱器4加熱陶瓷過濾器3的操作。因此，傳統電熱器4的電能消耗很大。
術語「再生」意味著通過過濾器收集PM、燃燒收集到的PM的過程，這樣過濾器又回到收集PM的狀態。因此，過濾器被再生了(返回其原始狀態)，但是PM是簡單氧化的。
由前面的描述可以理解的，一旦進行點火和加熱操作，對傳統電熱器4的供電就被電控單元5整體控制。換言之，整個陶瓷過濾器3一直被電熱器4加熱。因此，當電熱器工作時，可能不必要地消耗了大量能量。
進一步講，傳統電熱器被製造為一個單一體。因此，甚至當電熱器的一個部件被損壞時，也必須更換整個電熱器，這增加了更換或維修廢氣淨化系統的費用。
過濾器再生的定時是根據來自引擎或過濾器兩端之間的背壓或溫度傳感器來確定的，一旦過濾器再生，則電熱器被完全地供電。因此，電熱器的耐久性可能被降低。
當過濾器再生時，由於電熱器的過熱將在過濾器上出現過熱。結果是，過濾器可能損壞。
進一步講，只有在廢氣的壓力大於一預定值時電熱器才開始工作。因此，不可能預測在特殊條件下的過濾器再生。甚至當過濾器被再生後，由於煙塵的數量難以精確控制，都不能均衡地進行再生或收集。作為結果，如果所收集的煙塵量較大，大量的PM在過濾器再生時被氧化，這樣就產生了大量的熱。因此，很難通過傳統電熱器熱控制過濾器。這是因為，傳統系統的目的不是為了降低加熱器的能量消耗，而是完全地再生過濾器。
在催化過濾器系統中，PM通過設置在廢氣下遊的塗覆有催化劑的過濾器所收集，隨後當塗覆有催化劑的過濾器的溫度被增高到催化劑激活溫度時，過濾器被再生，所述激活溫度例如是350℃，所述催化過濾系統是氣體淨化系統的應用之一。所述系統有一個問題，當引擎在較低的溫度工作了很長一段時間時，PM被連續收集而沒有進行再生，因此由於背壓的增加，過濾器被阻塞或損壞。
當過濾器內部的溫度由於PM的過多聚集而臨時增加到了預定溫度之上時，PM被氧化並放出大量的熱，該熱量可能會損害過濾器。因此，所述系統有兩個不足。其一是，PM在較低溫度時不會被氧化，另一個是不能控制再生時間。
在使用氧化催化劑和柴油過濾器的組合體的廢氣淨化系統中，氧化催化劑被置於柴油過濾器之前。
過濾器連續收集PM，同時包含在廢氣中的一氧化氮(NO)被氧化催化劑氧化從而變為二氧化氮(NO2)。
氧化獲得的二氧化氮(NO2)用於氧化所收集的PM。
在這個系統中，根據產生的二氧化氮(NO2)的數量來決定PM是否被再生。二氧化氮(NO2)的再生主要受到溫度的影響。
圖2示出了在上述系統中產生的二氧化氮(NO2)與PM在與氧氣(O2)相比為較低的溫度有效地反應。氧化的二氧化氮(NO2)具有很強的氧化能力，因此二氧化氮(NO2)甚至可以在很低的溫度容易地氧化PM。但是所產生的二氧化氮(NO2)的量受到廢氣的溫度和一氧化氮(NO)的排放量限制。
如圖2中所顯示的，二氧化氮(NO2)用於在氧氣環境中將PM的氧化溫度(大約650℃)降低到大約為250℃。
一氧化氮(NO)/二氧化氮(NO2)的轉化率是由位於過濾器前的氧化催化劑的溫度確定的。從圖3中可以看出，當催化劑溫度大約為300℃時，二氧化氮(NO2)的轉化率最高。換言之，當催化劑溫度高於或低300℃時，二氧化氮(NO2)的轉化率降低。
如圖2所顯示，當廢氣溫度在250℃到450℃之間時，煙塵被氧化，當廢氣溫度在450℃到650℃之間或低於250℃時，過濾器沒有被再生。
第三，在氧化催化劑-引擎控制(後-噴射)-燃料添加劑系統中，廢氣的溫度通過柴油氧化催化劑(DOC)被增加了大約100℃，在排氣衝程末尾再次噴射燃料，這樣廢氣的溫度增加了大約150℃到200℃，同時藉助燃料添加劑，PM再生的溫度被降低到450℃，這樣PM就被再生了，所述系統可用於柴油機的燃油共軌系統(common-rail injection system)，所述柴油機最近剛剛被商用。
燃油共軌系統與傳統機械噴射系統相比是用於電子控制噴射時間和燃料量的系統。特別地，在壓縮和膨脹衝程中只噴射一次燃料，而在傳統機械噴射系統中此類噴射產生的壓縮溫度用來操作引擎。另一方面，在主噴射燃燒燃料後電子地進行後噴射，這樣在燃油共軌系統中通過後噴射燃料在排氣衝程末段增加廢氣的溫度。
但是，在氧化催化劑-引擎控制(後噴射)-燃料添加劑系統中，當廢氣溫度低於250℃時，不能有效地進行PM的再生。
用於製造金屬基材的多個薄板重疊在電熱器中。通過交互地堆疊不同單元尺寸的波紋帶材(strip)並將堆疊的帶材連接可以實現使用金屬基材製造電熱器的工藝。但是，連接不是均勻的，因為在焊接工作之後結合力減小了。同時，捲起波紋帶材也很不方便，波紋帶材被製造為不僅帶材的特定電阻不均勻，而且其結構或電力也不均勻。因此，很難實際使用電熱器。
在帶材的特定電阻不均勻的情況下，與帶材的剩餘部分相比，大量的電流只流過該帶材的一部分，因此帶材的溫度也變得不均勻或者帶材的溫度是局部增加的。結果是，帶材的一部分的熱耐久性降低。
考慮到傳統電極部件和加熱器罩體(heater mantle)部件的功能，將帶材與能量供應相連的電極具有很低的接觸電阻、與周圍部件的良好絕緣，以及很好的機械耐久性/熱耐久性。用於將帶材與能量供應基座(ground)相連的罩體部件也應該具有足夠的熱強度/機械強度。
與使用陶瓷絕緣材料的電極相比，傳統電極具有很低的電擊或波動承受能力。電極也與內部罩體物相連。因此，當電極損壞或破裂時必須整個更換加熱器。罩體用於電連接帶材和外部。罩體通過焊接與電熱線連接。
這樣，波紋帶材與平坦的罩體相連。因此，帶材與罩體是機械脆弱和熱脆弱的。罩體物的特定電阻也是不能根據經過電熱線的電流量而輕易改變。
除了電熱器以外還設置了一防輻射單元或金屬基材來進行最終安裝。此時，使用絕緣銷來電絕緣輻射熱防止單元和電熱器，同時保持輻射熱防止單元和電熱器的機械強度。但是，絕緣銷的結構及絕緣銷的製造過程是複雜的，其結果是當其商用時絕緣銷的成本很高。
通過交替地堆疊不同單位尺寸的波紋帶材和連接堆疊好的帶材來進行使用金屬基材製造電熱器。但是，焊接點不是均勻的，在焊接後連接力減小。
而且，在堆疊具有不同單位尺寸的波紋帶材的情況下，當由平坦帶材形成波紋帶材時，帶材的收縮速率發生變化。因此，很難控制每個帶材的電阻。
大量的電流通過具有降低的收縮速率的帶材流動，因此帶材的溫度本身變得不均勻或者帶材的特定部分的連接強度變小。
在金屬基材的製造中，平坦帶材來自一平坦帶材供應單元，而波紋帶材來自波紋帶材供應單元。平坦帶材和波紋帶材是交替地堆疊和纏繞的。此時，必須同時使用平坦帶材和波紋帶材以便將平坦帶材和波紋帶材插入到外部罐部件中。因此，很難纏繞和連接平坦帶材與波紋帶材。
在用齒輪製造平坦帶材的情況下，在齒輪之間設置有預定的間隙。當齒輪間間隙太小時，齒輪和帶材可能被磨損。當齒輪間的間隙太大時，帶材供應單元或帶材抽出單元處的拉力減小，因此帶材側滑。因此，波紋帶材的產出率降低。
進一步講，在平坦帶材和波紋帶材被分別準備好並纏繞好之後，進行金屬基材的焊接工作。結果是，帶材的焊接部分的連接是均勻的；但是必須按下述方式提供帶材，即在卷繞帶材時當向帶材施加恆力。此外，齒輪或帶材由于波紋帶材和齒輪之間的摩擦被磨損。
使用金屬基材製造電熱器時，當波紋帶材具有不同的單元密度時，將被焊接的連接是不均勻的，因此當帶材彼此連接時，帶材的強度會降低。

發明內容
因此，為了解決上述問題而創造了本發明，本發明的目的之一是提供柴油機的廢氣後處理設備及其製造方法，其中電熱器沒有被作為主加熱源使用而是作為激活催化過濾器或氧化催化劑的輔助加熱源，這樣電熱器的熱耐久性就得到了提高，同時引擎的工作和過濾器的狀態被連續地監測，這樣可以根據引擎工作和過濾器的狀態而使用恰當的再生系統。
藉助提供給柴油機廢氣後處理設備的電熱器，提供在傳統DPF系統中再生PM所需要的熱量，因此甚至在很低的溫度可以實現淨化。
結合催化過濾器、氧化催化劑和過濾器，可以系統地使用電熱器來改善低溫下二氧化氮轉化率。電熱器也可以使用在DPF系統中用於通過引擎的後噴射再生PM，這樣甚至可以在很低的溫度實現PM的再生。
因此，電熱器被置於傳統催化劑(例如氧化催化劑和脫氧催化劑)或傳統催化過濾器之前，這樣電熱器可以在一定的溫度範圍之下工作，該溫度是通過廢氣產生的熱量來影響PM的再生的溫度。
電熱器並不直接燃燒通過過濾器所收集的PM。只有當催化劑的激活能量不足時電熱器才工作。因此，只有催化劑工作在傳統催化劑被激活的溫度下。
在結構上，電熱器被分為多個段，這樣根據所收集的PM的量向電熱器的分段有效地供電。因此，當電熱器工作時，減少了不必要的能量浪費，同時當電熱器不能正常工作時，可以在不更換整個電熱器的條件下更換電熱器的損壞部件。
當電熱器工作時，廢氣的溫度增高到激活催化劑的溫度，該溫度與傳統電加熱系統不同。
根據過濾器和引擎所獲得的信息的綜合來決定再生所收集的PM。
控制單元用於在不向過濾器施加過熱負載時，總體監控再生過程和操作電熱器。
本發明的另一個目的是提供一種製造電熱器的方法，所述方法包括通過夾具形成帶材的步驟，從而解決由於焊接時變形而產生的帶材的長度和形狀的變化而引起上述設備的產出率降低的問題。
本發明的又一個目的是提供一種電熱器，其中電熱器的罩體具有易於改變的特定電阻，罩體與帶材之間的連接處具有良好的機械強度並且與輻射熱防止單元之間良好絕緣。
本發明的再一個目的是提供金屬基材的波紋結構，這樣當焊接金屬基材時，可以增加帶材之間的連接強度。
特別地，當將本發明應用於使用金屬基材的電熱器和金屬基材時，可以使用本發明的方法製造具有比傳統電熱器更好的連接強度的電熱器。
根據本發明，可以藉助用於柴油機的廢氣後處理設備實現本發明的上述和其他目的，所述設備通過催化劑再生PM，其中用於空間上非均勻分布熱容量的電熱器與至少一催化劑單元連接從而在較低的溫度激活催化劑或改善一氧化氮(NO)/二氧化氮(NO2)轉化率。
根據本發明，當在電控單元的控制下使用催化劑再生通過過濾器收集的廢氣顆粒物時，電熱器被放置在車輛的廢氣管的催化劑或催化過濾器之前用於將催化劑加熱到催化劑被激活的溫度。
空間上非均勻地分布熱容量是根據廢氣管的內部的輔助中心為分段區域提供具有不同熱容量的熱能。
催化劑單元包括一氧化催化劑和一催化過濾器。
電熱器被分為中心段和圍繞段。圍繞段包括多個分段部件，圍繞中心段徑向地布設所述分段部件。連續地或選擇性地為每個分段提供電流以便燃燒在該分段所收集的PM。
中心段與圍繞段的半徑比優選地大約是0.6∶0.4，提供給中心段和圍繞段的電流供應比優選地大約為0.8∶0.2。


通過下面結合附圖對優選實施例的詳細描述，可以更清楚地理解本發明的其他目的、特徵和優點，其中圖1是示出了裝配有一電熱器的傳統廢氣淨化系統的結構的側視圖；圖2是示出了在氧氣(O2)和二氧化氮(NO2)環境下PM再生率的曲線圖；圖3是示出了二氧化氮(NO2)根據廢氣溫度的轉化率的曲線圖；圖4a是示出了其加熱元件的結構的一串聯電熱器的主視圖；圖4b是示出了其加熱元件的結構的一串聯電熱器的側視圖；圖4c是示出了其加熱元件的結構的一串聯電熱器的另一主視圖；圖5a是示出了其加熱元件的結構的並連電熱器的主視圖；圖5b是示出了其加熱元件的結構的並連電熱器的側視圖；圖5c是示出了其加熱元件的結構的並連電熱器的另一主視圖；圖6a是示出了與電源電連接的串聯電熱器的各個電極的等效電路圖；圖6b是示出了與電源電連接的並聯電熱器的各個電極的等效電路圖；圖7是裝配有現有技術的電熱器的傳統廢氣淨化系統的截面側視圖；圖8是裝配有本發明的電熱器的廢氣淨化系統的截面側視圖，該系統應用於催化過濾器；圖9是裝配有本發明的電熱器的廢氣淨化系統截面側視圖，該系統應用於氧氣催化劑和催化過濾器；圖10是裝配有本發明的電熱器的廢氣淨化系統截面側視圖，該系統應用於氧氣催化劑和過濾器；圖11是示出了根據本發明製造帶材的設備的示意圖；圖12是示出了堆疊帶材的過程的示意圖；圖13是示出了傳統方法堆疊的帶材的視圖；圖14是示出了根據本發明堆疊的帶材的視圖；圖15a和圖15b是示出了根據本發明用於製造帶材的另一設備的示意圖；圖16是示出了齒輪間間隙最大值和最小值的視圖；圖17a是示出了根據相位的間隙的曲線圖；圖17b是示出了通過間隙的變化形成波紋的視圖；圖18a至圖18d是分別示出了根據間隙a和間隙b調整波紋振幅的視圖；圖19是示出了特定電阻根據振幅的變化的曲線圖；圖20a是示出了加熱器的加熱元件的可分離加熱器和容納電熱線的夾具的分解立體圖；圖20b是示出了容納在夾具中的加熱元件的可分離加熱器的組合立體圖；圖20c是夾具的局部放大圖；圖20d是圖20a中示出的帶材的局部放大圖；圖21是示出了容納在夾具中的加熱元件的單一電熱器的組合立體圖；圖22a是示出了容納在夾具中的加熱元件的單一電熱器的組合立體圖；圖22b是圖22a中示出的C部分的放大圖；圖22c是圖22b中示出的D部分的放大圖；圖22d是示出了裝配加熱元件與罩體的末端的視圖；圖23是電熱器的內部和外部罩體的組合立體圖；圖24a是電極的立體圖；圖24b是說明電極的安裝操作的立體圖；圖24c是示出了根據本發明的第一優選實施例的電極的視圖；圖24d是示出了根據本發明的第二優選實施例的電極的視25a是說明被容納的加熱元件、罩體和電極的安裝操作的分解立體圖；圖25b是說明被容納的加熱元件、罩體和電極的安裝操作的組合立體圖；
圖26a是說明內部及外部加熱元件與罩體通過連接銷安裝的分解立體圖；圖26b是通過連接銷互相連接的內部及外部加熱元件與罩體的組合立體圖；圖27a是示出了插座(socket)和插座支架(socket rest)的分解立體圖；圖27b是示出了通過插座彼此連接的加熱元件的組合立體圖；圖28a是根據本發明第一實施例的絕緣銷的視圖；圖28b是根據本發明第二實施例的絕緣銷的視圖；圖28c是根據本發明第三實施例的絕緣銷的視圖；圖28d是根據本發明第四實施例的絕緣銷的視圖；圖28e是根據本發明第五實施例的絕緣銷的視圖；圖28f是根據本發明第六實施例的絕緣銷的視圖；圖29a是說明輻射熱防止單元安裝操作和電熱器安裝的分解立體圖；圖29b是輻射熱防止單元和電熱器組合的組合立體圖；圖30a是說明電熱器的一個部件和外部罐部件組裝操作的分解立體圖；以及圖30b是電熱器的部件和外部罐部件的組合立體圖。
具體實施例方式
現在，參照附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述。
參照圖4a至圖4c，電熱器的中心加熱部件通過陽極被供電，電熱器的圍繞加熱器部件被分別通過陰極121、122、123、124供電，這樣中心加熱器部件和至少一個圍繞加熱器部件被同步地操作，所述圖4a至圖4c示出了電熱器的結構。
如上面所描述的，電熱器包括中心加熱器部件和圍繞著中心加熱器部件的圍繞加熱器部件。因此，當需要時，可以操作一個或多個加熱器部件。
輻射熱防止單元通過絕緣銷171和172被安全地固定在電熱器上。
當電熱器未塗覆有催化劑時，輻射熱防止單元被放置在電熱器之前用於防止來自電熱器的輻射熱。輻射熱防止單元位於電熱器後邊並被用作氧化催化劑，當電熱器塗覆有催化劑時，該催化劑被來自電熱器的熱量激活。
參考附圖6a，電流從Vcc流向S1、S2、S3和S4，該視圖示出了串聯式電熱器的電氣結構。因此，當電熱器運行時，R1+R2、R1+R3被接連著加熱。作為備選方案，可以加熱R1+R2+R3、R1+R2+R3+R4或R1+R2+R3+R4+R5。換言之，可以根據引擎或過濾器操作電熱器。
參考附圖6b，電流從Vcc流向S1、S2、S3、S4和S5，該視圖示出了並聯式電熱器的電氣結構。因此，當電熱器工作時，R1+R2、R1+R3被接連著加熱。
不考慮電熱器如何工作，優選地，電熱器的中心段是被集中地加熱的。這是因為，廢氣管中的廢氣流集中在電熱器的中心段，該廢氣流被解釋為牛頓流體。
本發明特徵在於甚至在未進行上述再生的區域也可以使用具有上述結構的電熱器實現PM的再生。根據本發明，該系統主要包括電熱器和催化過濾器。
除了考慮廢氣的溫度和背壓，還要考慮引擎的狀態來實現再生。系統的構造在表1中說明，在所述系統中使用電熱器。針對再生溫度的範圍進行比較。
表1各個系統的再生溫度範圍的比較


在主要包括氧化催化劑和過濾器的系統A中，使用通過氧化催化劑產生的二氧化氮(NO2)作為氧化劑來氧化PM。
根據系統A，再生的程度由二氧化氮(NO2)的量決定，通過氧化催化劑的二氧化氮(NO2)轉化率在廢氣溫度為250℃至450℃時最高。因此，PM在上述溫度被氧化。
因此，需要提供輔助加熱源來供應增加二氧化氮(NO2)轉化率所需的熱量，以便在低溫氧化PM。因此，在實施例1中，電熱器用於在低溫激活氧化催化劑，這樣二氧化氮(NO2)的轉化率就提高了。結果是，在實施例1中，甚至可以在低溫氧化PM。
在只使用催化過濾器的系統B中，當廢氣溫度大約為350℃時PM被氧化。
在實施例2中，在系統B中使用電熱器。電熱器用於在低溫激活催化劑。因此，在實施例2中，甚至可以在低溫氧化PM。
在主要包括燃料添加劑、氧化催化劑和過濾器的系統C中，在廢氣溫度高於250℃時PM減少。
因此，在實施例3中，可以使用電熱器氧化PM。
下面將參照附圖對上述實施例進行詳細描述。圖7示出了裝配有傳統電熱器4的廢氣淨化系統。如圖7所示，電熱器4位於過濾器9之前。因此，只使用加熱器4再生通過過濾器9所收集的煙塵。
附圖標記12指明了一墊子(mat)，該墊子用於使過濾器9保溫，而附圖標記20指明了一夾具，該夾具用於固定電熱器4。
圖8示出了實施例1，其中本發明的電熱器4與一催化過濾器系統連接。如圖8所示，本發明的電熱器4位於催化過濾器8之前。在電熱器4之前設置有輻射熱防止單元10，該單元用於遮蔽來自電熱器的輻射熱量。
如上面所描述的，電熱器4隻用於激活催化劑過濾器8。這就是說，不是在引擎工作的整個範圍內使用電熱器。因此由於降低能量消耗這一事實，實施例1是非常有用的。
圖9示出了實施例2，其中本發明的電熱器4用於氧化催化劑和催化過濾器。在實施例2中，一氧化氮(NO)被氧化催化劑7氧化從而獲得二氧化氮(NO2)。使用二氧化氮(NO2)作為氧化劑通過催化過濾器8再生PM。電熱器4隻用於激活催化過濾器8。
由於，置於電熱器之前用作輻射防止單元的金屬基材塗覆有氧化催化劑。因此，不需要另外的氧化催化劑。
圖10示出了實施例3，其中本發明的電熱器4應用於由氧化催化劑7和過濾器9組成的系統。電熱器4用於為氧化催化劑7供熱，從而使一氧化氮(NO)藉助氧化劑轉化為二氧化氮(NO2)。
因此，放置在電熱器4的之後的金屬基材塗覆有氧化催化劑7。
與使用電熱器的傳統再生系統相比，本發明的上述實施例具有不同的熱源能量消耗和不同的工作方法。因此，可以根據引擎和過濾器的狀態實現再生。
如表2中所顯示的，根據本發明，PM按照五個狀態被氧化。
狀態1是一低速/高負載狀態。在這個狀態下，引擎扭矩為低於1800rpm，引擎負載率為70％到100％。同樣地，來自引擎的廢氣溫度高，背壓(廢氣壓力)低。
在狀態1，溫度高於催化劑激活溫度。結果是，電熱器不是基本運行，因此PM藉助設置於電熱器之後的催化劑再生。
狀態2是低速/低負載狀態。在這個狀態下，引擎扭矩為低於1800rpm，引擎負載率為0到30％。同樣地，背壓率(當前背壓/最高壓力*100)是至少低於30。
在狀態2，來自引擎的廢氣溫度低，背壓也低。因此，將電熱器用作加熱催化劑的輔助加熱源。由於廢氣的流速比較低，電熱器是平穩運行的。
電熱器基本地加熱催化劑到催化劑被激活的溫度而不是直接燃燒PM。
狀態3是中速/高負載狀態。在這個狀態下，引擎扭矩為1800rpm到3500rpm，引擎負載率為70％到100％。同樣地，來自引擎的廢氣溫度高，背壓(廢氣壓力)低。
結果是，在該狀態下電熱器不是基本地運行。通過設置於電熱器後面的催化劑再生PM。
由於背壓是基本平均的，當PM的數量大或由於廢氣的溫度導致PM的燃燒不是平穩進行的時，可以輔助地使用電熱器。
廢氣的流速是中等的，因此基本地使用R1+R2的加熱。如果需要，加熱源的溫度可以增加為R1+R2+R3加熱。
狀態4是中速/中負載狀態。在這個狀態下，引擎扭矩為1800到rpm3500rpm，引擎負載率為30％到70％。同樣地，來自引擎的廢氣溫度是中等的，背壓(廢氣壓力)是中等的。
在該狀態下，由於催化劑未被激活並且廢氣的流速是中等的而輔助地使用電熱器。
由於廢氣的流速是中等的，基本使用R1+R2的加熱。如果需要，加熱源的溫度可以增加為R1+R2+R3加熱。
狀態5是高速/低負載狀態。在該狀態下，引擎扭矩為高於3500rpm，引擎負載率為0到30％。同樣地，來自引擎的廢氣溫度是中等的，背壓(廢氣壓力)很高。
在該狀態下，很難藉助任何現有的催化劑燃燒PM，並且背壓很高。因此，除非PM在狀態5中立即燃燒，否則將損壞過濾器。
本發明的電熱器具有非常高的流速，因此當電熱器工作時將使用大量的能量。
因此，在該狀態下電熱器按照R1、R2、R3、R4和R5同時加熱的方式工作，因此煙塵被最大的熱容量有效地燃燒。
表2各個狀態下的再生

在各個狀態下的PM再生中，引擎的運轉和過濾器的狀態被基本地監控，電熱器的工作時間和將要使用的電流量根據所監測到的數據決定。
一旦通過電控單元確定了再生的時間和周期，監測過濾器兩端之間的溫度和背壓從而確定是否進行再生。如果需要，電熱器將再次運轉。當引擎的背壓突然增加或確定使用催化劑的再生不是平穩進行時，甚至可以在PM再生時間之前啟動電熱器，以便加速催化劑的激活。這樣，PM就被氧化了。
因此，由於根據本發明總是收集並氧化預定數量的PM，當過量收集PM時，可以避免PM的再生。
現在將對構成電熱器的電熱線的構造進行詳細描述。通過以不同的形式堆疊一些帶材可以構成加熱元件。例如，可以如圖18a至圖18d所顯示的構造加熱元件。
但是，通常通過交替地堆疊和連接不同單元尺寸的波紋帶材形成傳統的加熱元件。結果是，連接不是均勻的。
根據本發明，提供了包括波紋帶材部分61和平坦帶材部分62的帶材60，其中波紋帶材部分61和平坦帶材部分62是交替地布設的，這樣當帶材被連接時，連接是均勻的。
在帶材的波紋部分和平坦部分之間可以設置預定長度的偏移部分。
當堆疊每條通過交替地布設波紋帶材部分和平坦帶材部分所形成的帶材時，上部帶材按下述方式堆疊在下部帶材上，即波紋帶材部分形成在上部帶材和下部帶材的每一條的一側上，平坦帶材部分形成在上部帶材和下部帶材的每一條的另一側上。
為了解決上面提到問題，波紋帶材部分和平坦帶材部分以恆定速率交替地形成。
優選地，波紋帶材部分和平坦帶材部分的速率大約是1∶1。
同樣地，在纏繞帶材時，在波紋帶材部分和平坦帶材部分之間設置有偏移從而避免波紋帶材部分和平坦帶材部分之間的幹擾。
可以在波紋帶材部分的範圍內改變偏移。
藉助上面描述的帶材，與只使用波紋帶材相比可以減少單元密度。
根據本發明，由於還設置了平坦帶材部分，一單元長度的波紋帶材部分是相當小的。因此，帶材的磨損被減小，並且提高了熱效率和流效率。
下面將詳細描述帶材的磨損。帶材主要通過齒輪製造。來自平坦帶材供應單元的平坦帶材經過齒輪就變為波紋帶材了。當帶材是波紋形的時候，帶材被齒輪以恆定張力驅動，平坦帶材供應單元依靠該張力供應平坦帶材，同時向平坦帶材施加恆力。
此時，在齒輪和帶材之間出現了摩擦。當張力很大時，由於齒輪和帶材之間的劇烈摩擦，帶材和齒輪就會被磨損。因此，需要定期更換齒輪。當摩擦很大時，單元密度將被改變。
但是，根據本發明，波紋帶材部分長度沒有超過整個長度(包括偏移)的一半。因此，可以將摩擦減少至不到一半。
當如上面所描述的，使用帶材製造電熱器時，與提供不同單元密度的帶材的情況相比，結合區域是保持均勻的。
因此，本發明具有最小化由電流本地超額(local excess of theelectric current)所引起的熱壓力的功效，該電流超額是由單元密度的不均勻造成的。
當形成了帶材以後，可以更換齒輪或可以為驅動齒輪的軸使用凸輪。
用於製造帶材的設備包括一驅動源；用於傳輸帶材材料的、由來自驅動源的動力操作的一傳輸單元；和在其外圍的預定部分形成有輪齒的至少兩個齒輪。
用於製造帶材的另一設備包括一驅動源；用於傳輸帶材材料的、由來自驅動源的動力操作的一傳輸單元；用於在帶材材料形成波紋的至少兩個可轉動地相互結合的齒輪；和用於調整齒輪間間隙的安裝在齒輪的軸上並且可以與齒輪的軸一起轉動的凸輪。
圖11示出了用於製造帶材的設備。如圖11所示，齒輪中的每一個具有部分地形成在其外圍上的輪齒以便形成供應的帶材材料。特別地，齒輪的每一個具有一些其上形成有輪齒的部分，和一些其上未形成輪齒的部分，以及其上形成有輪齒的部分和輪齒交錯布設的部分。
如圖11所示，在齒輪之前設置有一傳輸單元，該單元包括傳輸輥70和傳輸輥80。
操作傳輸輥70和傳輸輥80所需的扭矩來自驅動源90。
在按照圖11所顯示的方式形成的帶材中，部分C指示了波紋帶材部分，部分A指示了未被波紋化的平坦帶材部分，部分B指示了偏移部分，當堆疊本發明的帶材時，波紋帶材藉助偏移部分不與平坦帶材相互幹擾。
如圖12所示，按下述方式將每條都是如圖11所示形成的多個帶材相互堆疊和連接，即波紋帶材部分與平坦帶材部分連接。
此時，考慮到單元密度和齒輪的深度，可以改變偏移的值以實現整體協調。
圖13是示出了由傳統方法製造的金屬基材的視圖。
圖14是示出了使用本發明的帶材製造的金屬基材的視圖。
從圖14中可以看出，當使用同樣高度的齒輪時，單元密度增加了。同時，連接很均勻。
進一步，在製造帶材時，可以將每單元長度的齒輪和帶材的磨損降低到一半以下。
與所堆疊的不同單元密度的帶材相比，當如上面所描述的使用帶材製造電熱器時，可以確保均勻連接。同時，每單元長度的特定電阻是常數。因此，最小化了由電流的本地超額引起的熱壓力。
圖15a和圖15b示出了根據本發明製造帶材的另一個設備。如圖15a和圖15b所顯示的，在齒輪的兩端都設置有凸輪，這樣根據凸輪的形狀形成帶材，這與圖11中所示的使用齒輪形成帶材的方法是不同的。
如圖15a和圖15b所顯示的，根據本發明在用於製造帶材的設備的中心設置有兩個齒輪，即齒輪23和齒輪24。凸輪22設置在齒輪中的一個的兩端或該齒輪的驅動軸的兩端，旋轉盤21位於另一個齒輪的兩端或該齒輪的驅動軸的兩端。旋轉盤21旋轉的同時與凸輪22接觸。
通過形成在齒輪23和齒輪24上的輪齒使帶材變形。
因此，如圖16所示，齒輪間的間隙根據凸輪22的運轉可能從最小間隙距離a改變為最大間隙距離b。
當帶材在齒輪間穿過的同時齒輪間的間隙改變時，波紋的振幅就改變了。如圖17a和17b所示，根據凸輪的形狀改變了波紋的振幅。
在圖17a中，參考字母e指示了間隙。
如圖18a和18b所示，通過間隙a和間隙b可以形成帶材。
當間隙a和間隙b相同時，形成的帶材與傳統金屬基材一樣。進一步，可以通過改變間隙a和間隙b的絕對值來調整整個振幅。
當間隙a大於間隙b時，可以形成圖18c所示的帶材。所述帶材可以用於電熱器和金屬基材，帶材的結合是均勻的。
特別地，當間隙b是0(b＝0)，帶材是部分波紋和部分平坦的。因此，可以獲得如圖11中所示的帶材。
當使用金屬基材製造電熱器時，控制整體特定的電阻是非常重要。
如圖19所示，當齒輪間的間隙很大的時候，帶材的整體長度增加。因此，可以通過簡單調整間隙來控制電阻，而不必切割帶材或調整帶材的長度，因為電阻與帶材的長度成比例。
製造電熱器的方法其特徵在於將帶材插入到其中形成有特定形狀的夾具中，該電熱器是通過堆疊帶材形成的並用於淨化車輛所排放的廢氣。
優選地，夾具310是由金屬或陶瓷製造的。夾具還包括至少一個罩體插入孔，用於為帶材提供電流的至少一罩體通過該孔被插入。在加熱元件插入孔和罩體插入孔壁的邊緣形成有凹槽。
通過堆疊帶材來製造電熱器，所述電熱器應用於汽車的廢氣淨化系統中。特別地，帶材是按下述方式形成的，即帶材被分為內部帶材部分和外部帶材部分。罩體的內部罩體部件和外部罩體部件與內部帶材部分和外部帶材部分相連，通過電極向罩體提供電流。輻射熱防止單元是整體設置在罩體和帶材上的。如上所述，罩體優選地被分為至少兩罩體部件。
帶材的端部通過固定單元固定在罩體上，預定長度的平坦帶材部分在該端部形成。按下述方式布置帶材，即插入到罩體中的帶材的寬度被改變從而減小電極和加熱元件之間的幹擾，這樣就增加了比表面積。電極包括電極棒和電極環，該電極棒具有一形成在其一端的螺套(bolttap)，所述電極棒通過該螺套被連接到罩體上，穩固地安裝在電極棒上的所述電極環其中包括有一個陶瓷體。通過焊接實現罩體和帶材的固定。交互地，罩體和帶材的固定可以這樣實現，即通過形成在帶材預定區域的插座支架和在插座與罩體接觸時插入到插座支架中的插座的組合體，或通過連接銷來實現。通過絕緣銷安裝輻射熱防止單元，這樣輻射熱防止單元就與帶材和罩體電絕緣。
陽極的罩體長度小於陰極的罩體長度。在電極棒的外圍形成有至少一凹槽，電極環固定在電極棒的外圍上。絕緣銷通過圓柱狀陶瓷組件的穿孔(though-hole)被插入。可選擇地，絕緣銷可以被分為兩個絕緣銷部件，所述兩部件都位於陶瓷組件上，但是在空間上彼此隔開。
本發明的電熱器用於車輛的廢氣淨化系統中。按下述方式堆疊又薄板製成的金屬帶材，即波紋帶材與平坦帶材交替地堆疊。由堆疊的帶材得到的加熱元件塗覆有溶劑或形成為薄片的裝填物。輻射熱防止單元設置在加熱元件上，同時焊接操作是在真空爐中進行的。
在用於單獨控制內部和外部熱容量的可分離的電熱器中設置有至少兩個分離的加熱部件。特別地，可分離電熱器被分為中心段和圍繞段。中心段與圍繞段通過罩體分離。電極和罩體用於在電熱線之間提供電流，這樣電流就沿著電熱線流動。
電極和罩體的數量與分離的加熱段的數量相匹配。加熱元件與外部罐部件相連，這樣就增加了整體機械強度/熱強度。
製造具有上述構造的電熱器的方法包括以下步驟堆疊通過交替地布設波紋帶材部分和平坦帶材部分所形成的帶材；形成預定形狀的堆疊帶材；將罩體和電極連接到預定形狀的帶材上；為帶材和罩體提供焊接劑；在帶材和罩體上安裝輻射熱防止單元；焊接所有構件。
在形成預定形狀的堆疊帶材的步驟中，很難在保持恆定間隔距離的同時形成預定形狀的堆疊帶材。因此，根據本發明使用其中具有預定形狀的電熱線插入孔的夾具。
夾具需要是可重複使用的。因此，夾具優選地由金屬和陶瓷製造。
當夾具是由金屬製造的時候，可以在焊接後進行陶瓷塗覆從而防止罩體和夾具或帶材和夾具之間的粘連。
在夾具中，設置有至少一罩體插入孔，罩體進入該孔與帶材電連接從而向帶材提供電流。
罩體插入孔形成在帶材的外側，這樣，在罩體插入到罩體插入孔的同時，罩體向帶材施加一定量的壓緊力。
在罩體插入夾具的情況下，帶材或罩體可以衝入堆疊帶材插入孔或罩體插入孔的邊壁(corner wall)。因此，優選地凹口形成在帶材插入孔和罩體插入孔的壁的邊緣上。
當按照上面的描述製造電熱器時，按下述方式形成罩體，即罩體被分為至少兩個罩體部件。
陽極罩體的長度小於陰極罩體的長度。
如上面所描述的，帶材的末端通過連接單元固定在罩體上，預定長度的平坦帶材部分形成在所述帶材的末端。在傳統方法中，波紋狀堆疊帶材的末端與罩體固定，結果是在重複使用電熱器以後，帶材和罩體間的固定強度變小。
根據本發明，加熱元件的末端固定在罩體上，該末端不是波紋的而是平坦的。結果是，增強了加熱元件和罩體間的固定強度，因此甚至在重複使用電熱器以後，帶材和罩體間的固定強度也沒有減小。帶材的波紋末端被簡便且牢固地固定在罩體上，當車輛震動時，帶材和罩體之間的固定不會放鬆或鬆開。
電極與罩體連接以便向罩體提供電流。螺套形成在電極的電極棒的一端上，電極棒通過該螺套與罩體連接。電極的電極環安裝在電極棒的外圍上。
電極與罩體連接從而將加熱器部件與電源相連。加熱元件需要與引擎的基座(ground)電絕緣。由於重複向電極棒供熱，電極棒必須具有很好的熱特性。
用陶瓷體填充電極環，同時電極的外圍形成有凹槽，電極環位於所述外圍上，通過凹槽改善電極環的熱特性和電特性。
罩體的表面積被增加從而減小加熱元件和罩體之間的接觸電阻。電極與罩體彼此接觸的位置是可以自由改變的，當電熱器的容量將要改變時，同樣通過改變罩體的高度實現罩體的結構變化。
進一步，插入罩體的帶材的高度被改變從而減小電極和帶材之間的幹擾，這樣就增加了比表面積。因此，可以增加每單元面積上帶材的纏繞數量。
通過焊接、插座或連接銷實現罩體與帶材的固定。
在真空爐中進行焊接。
可選擇地，罩體與帶材的固定可以這樣實現，即通過形成在帶材的預定區域的插座支架和當插座與罩體接觸時插入插座支架中的插座的結合來實現。
使用絕緣銷將帶材和罩體的組合安裝在輻射熱阻擋單元上。如上面所描述的，絕緣銷通過圓柱形陶瓷組件的穿孔被插入。可選擇地，絕緣銷可以被分為兩個部件，該兩個部件都位於陶瓷元件上，但彼此是隔開的。
設置在輻射熱防止單元和罩體之間的絕緣銷用於使輻射熱防止單元與罩體絕緣，保持輻射熱防止單元與罩體之間的機械強度和保持整體形狀。絕緣銷優選地由陶瓷和金屬的組合體製成。本發明的絕緣銷用於保持輻射熱防止單元與罩體之間的間隙以及輻射熱防止單元與罩體之間的機械強度。
圖20a根據本發明的優選實施例示出了用於中心段301的加熱元件、用於圍繞段302的電熱線和夾具310，當製造可分離電熱器時將使用上述部件。
如圖20a的放大部分A和部分B所示的，按下述方式形成加熱元件的構造，即堆疊不同單元密度的帶材或者堆疊恆定周期的帶材。
所製造的夾具設置有帶材插入孔、內部罩體插入孔304和外部罩體插入孔303，因此罩體和電極可以被組裝到夾具中。
同樣，在內部加熱元件插入孔和外部加熱元件插入孔之間設置有間隙保持部件305，該部件用於在將電熱器安裝到引擎上時防止其間的短路。
圖20b示出了容納在夾具中的電熱器的加熱元件。
圖20c是夾具310的局部放大視圖。如圖20c所示，在帶材插入孔或罩體插入孔的壁表面的上邊緣形成了凹口306。為了更方便地插入帶材而設置了所述凹口。
圖20d示出了堆疊帶材的工藝的一個例子，該圖是帶材的局部放大圖。
可用的加熱元件包括具有不同單元密度、振幅和周期的帶材。特別地，當不同單元密度的帶材被堆疊時，交替地堆疊低密度的波紋部分311和高密度的波紋部分312。當堆疊不同周期的帶材時，帶材被堆疊時只有其相位被改變。帶材分別具有不同類型的不同金屬連接部件。
圖21是示出了當製造單一電加熱且向夾具中插入帶材時所使用的夾具的組合立體圖。製造單一電熱器的過程與製造可分離的電熱器的過程很相似，除了單一電熱器的罩體數目與可分離電熱器的罩體數目不同。
圖22a是示出容納在夾具中的帶材的可分離電熱器的組合立體圖，圖22b是圖22a中顯示的部分C的放大視圖，圖22c是圖22b中顯示的部分D的放大視圖，圖22d是示出電熱線與罩體的末端組裝的視圖。
通常，波紋帶材311和波紋帶材312是直接與罩體相連的。根據本發明，帶材的末端通過螺栓327固定到罩體上，預定長度的平坦帶材部分314形成在所述的帶材末端上。
圖23示出了在本發明中使用的罩體。如圖23中所顯示的，內部罩體被分為用於陽極的內部罩體320和用於陰極的內部罩體321。在可分離的電熱器情況下，用於陽極的內部罩體的長度小於用於陰極的內部罩體的長度。在用於陽極的內部罩體320中插有一電極，內部罩體320通過該電極與電源連接。用於陰極的內部罩體321與電熱線連接。
圍繞內部罩體設置有一個或多個外部罩體322，該外部罩體分別與電極連接。
圖24a至圖24d分別示出了本發明中使用的電極。如圖24a中所示在電極棒330由陶瓷填充的部分形成有凹槽，這樣電極的熱和電特性藉助陶瓷得到了改善。在電極棒330與罩體連接的部分設置有螺栓335，當電極棒與罩體連接時，接觸電阻通過該螺栓被最小化。
如圖24b所示的，用陶瓷體333填充電極棒330，該陶瓷體是絕緣材料。在電極330的外部安裝有電極環336，該電極環與外部罐相連。電流沿電極棒333和電極環流動，所述電極棒是電極的內部部件，所述電極環是電極的外部部件。陶瓷材料用於使電極棒330和電極環336彼此絕緣。
圖24c是圖24b中所示的電極的截面圖，圖24d示出了電極的另一實施例。如圖24d所示，絕緣陶瓷層333延伸到安裝部分或固定部分，從而在安裝或固定過程中防止絕緣的衰減。
圖25示出了根據圖20到圖24所顯示的工藝組裝堆疊的帶材、罩體和電極的過程。罩體320、罩體321和罩體322被插入到夾具310中，這樣罩體與夾具310的預定部位永久連接。首先，如圖23中所示的，準備內部罩體320和內部罩體321。如圖23中所示，通過金屬連接或螺栓332將所準備的電極棒與罩體連接。
特別地，當將電極插入到內部罩體中時，外部罩體322需要被電絕緣。
同樣地，可以改變電極棒的位置和帶材的連接部分的位置，這樣罩體的比表面積(specific surface area)就增加了。也可以在不對罩體進行很大改變的條件下，自由調整帶材的寬度。
圖26示出了罩體與帶材的固定。內部帶材與罩體直接接觸，這樣它們通過焊接彼此連接。內部帶材和外部帶材之間的連接是使用一些連接銷315進行的。通過連接銷315，內部罩體與內部帶材連接，而外部罩體與外部罩體連接。
如圖27a和圖27b所示的，當由於斷開而替換加熱元件時，加熱元件可以通過插座340和插座支架341將加熱元件固定到罩體上。此時，通過插座支架341固定插座。
當使用插座時，考慮到插座和罩體的金屬特性，需要最小化插座和罩體之間的接觸電阻。
在上述組裝之後，在組裝好的加熱器部件上安裝輻射熱防止單元373。此時，考慮到輻射熱防止單元的機械強度，輻射熱防止單元373需要與加熱元件電絕緣。
圖28a到圖28f分別示出了根據本發明多個優選實施例的絕緣銷。
參照附圖28a，具有一方形部分的絕緣銷362插入到形成在圓柱形陶瓷元件360的任何一側的孔361中。陶瓷元件360的孔361也具有與絕緣銷362的方形部分相對應的方形部分。
附圖28b中顯示的絕緣銷具有一圓形部分。絕緣銷插入到具有圓形部分且形成在圓柱形陶瓷元件的任何一側上的孔中。陶瓷元件的孔也具有與絕緣銷的圓形部分相對應的圓形部分。
如圖28a和圖28b所顯示的，兩個絕緣銷以下述方式插入到一個陶瓷元件中，即銷按照大約2到3毫米的預定距離364(參見圖28c)彼此隔開，從而使銷彼此絕緣。在具有方形部分的絕緣銷的情況下，連接的連接強度是非常好的；但是，製造具有圓形部分的絕緣銷的成本比較低。因此，優選地根據使用絕緣銷的環境來確定使用具有方形部分的絕緣銷或圓形部分的絕緣銷。
參照圖28c，具有圓形部分的絕緣銷367插入到方形陶瓷元件365中。如圖28d所示的，距離保持元件369與陶瓷單元的任何一端連接從而改善絕緣銷369和陶瓷元件之間的連接強度。圖28e示出了將預定尺寸的距離保持元件370插入到陶瓷元件中從而快速實現將絕緣銷插入到陶瓷元件並可靠地保持絕緣銷之間的預定距離的過程。參照圖28f，示出了偏移類型的陶瓷單元372，通常在陶瓷單元不是結構受限的情況下使用該單元。由於絕緣銷被深深地插入到陶瓷元件中，當使用陶瓷元件371時連接強度得到了改善。
根據本發明，可以根據其用途、費用和限制恰當地選用上述絕緣銷。
圖29a和圖29b分別示出了輻射熱防止單元373和上述絕緣銷的組裝。在輻射熱防止單元373的構造之前，進行銷的定位操作，這樣可以用最少的銷保持機械強度。接下來，絕緣銷被插入到輻射熱防止單元373中。
將絕緣銷插入輻射熱防止單元的操作是由插入設備進行的，插入位置和程度都是恰當考慮過的。在向輻射熱防止單元施加預定的力的同時，輻射熱防止單元被小心地從外部插入到帶材中，絕緣銷將要插入所述輻射熱防止單元中。當被插入時，輻射加熱防止單元是前置的(advanced)同時與罩體成直角。
圖30a和圖30b分別示出了根據本發明製造的電熱器的最終組合。如圖30a和圖30b所示，電熱器的外部罐部件380被穩固地與電極棒連接。因此，保持了整體的機械強度。
工業實用性從上述描述可以清楚地知道，本發明提供了用於柴油機的廢氣後處理設備，根據本發明構造的電熱器應用於該設備中。因此，本發明具有甚至在低溫通過電熱器再生過濾器的功效。同樣地，根據本發明，電熱器被用作輔助加熱源，因此與使用電熱器作為主要熱源的傳統廢氣後處理設備相比降低了能量消耗。
本發明的電熱器被分為中心加熱器部件和圍繞加熱器部件，這樣可以根據引擎和過濾器的條件選擇性地運行加熱器部件，因此減小了能量消耗。
可以通過控制電熱器使得PM在引擎的一些狀態被氧化，並且電熱器被用作加熱催化劑的輔助加熱源，因此減小了能量消耗。
在廢氣溫度很低的引擎狀態下，當通過催化劑進行再生時，整個電熱器運行。因此，儘管能量消耗增加了，但還是有效地進行了再生。
當根據本發明製造金屬基材和使用金屬基材的電熱器時，按下述方式準備帶材，即帶材的一些部分是波紋狀的，而帶材的其他部分是平坦的。因此，當製造金屬基材和電熱器時，可以防止不均勻連接。同時，還減小了齒輪和帶材的磨損。根據本發明，可以保持金屬基材的均勻連接，同時可以用較小的單元密度製造金屬基材。進一步，可以減小在帶材形成波紋時引起的齒輪與帶材的摩擦。
根據本發明，由於電熱器是以同樣的單元密度被製造的，因此保持了均勻連接，同時防止了電流的本地超額。在齒輪之間還設置了預定的距離，這樣可以簡便地調節整體特定電阻。由於連接是均勻地保持的，可以簡便且方便地在連接處進行焊接操作，在焊接後連接的持久力增加。
根據本發明，使用金屬或陶瓷夾具製造電熱線，這與形成波紋帶材的傳統結構不同，因此可以防止由於結構不均勻引起的特定電阻的本地差異而導致的加熱元件熱耐久性的衰退，所述結構不均勻是在形成和纏繞傳統波紋帶材時引起的。
根據本發明，當帶材連接到罩體上時，罩體固定在夾具上，可以輕易地向罩體施加所希望的力。罩體的尺寸也可以被輕易地改變，這樣帶材和罩體之間的接觸電阻就增加了，從而實際減小了電能的損失。
當帶材與罩體連接或帶材彼此連接時，除了焊接還可以使用插座將帶材與罩體連接，這樣就保持了良好的熱耐久性和機械耐久性。
陶瓷元件和金屬電極棒之間的連接通過電極被結構地改善了。電極棒設置有預定尺寸的凹槽，同時向電極棒施加陶瓷絕緣材料，這樣就防止了由陶瓷單元和金屬電極棒之間的熱膨脹引起的對電極棒的損害。進一步，本發明提供了多種絕緣銷，根據其應用選擇性地使用上述絕緣銷。因此，絕緣銷的結構特性和電特性得到了改善，因而絕緣銷的耐久性也增加了。
儘管出於說明的目的公開了本發明的優選實施例，本領域普通技術人員可以理解在不背離後續權利要求中所公開的本發明的範圍和精神的前提下，可以對本發明進行修改、增加和替換。
權利要求
1.一種用於柴油機的廢氣後處理設備，其特徵在於，用於空間非均勻分布熱容量的電熱器與至少一催化單元連接以便在低溫激活催化劑或改善一氧化氮(NO)/二氧化氮(NO2)的轉化率。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，催化單元是一催化過濾器而電熱器位於過濾器之前。
3.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，催化單元包括一種氧化催化劑和一催化過濾器，而電熱器設置在氧化催化劑和催化過濾器之間。
4.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，電熱器被分為中心段和圍繞段，圍繞段包括徑向圍繞中心段布設的多個分段部件，而連續地或選擇性地向每個分段提供電流從而燃燒在分段處收集的PM。
5.如權利要求4所述的設備，其特徵在於，還包括多個罩體，其中圍繞著中心段的多個罩體之一與一陽極連接，而圍繞段的多個罩體分別與陰極連接，這樣整個能量供應電路是彼此串聯的。
6.如權利要求4所述的設備，其特徵在於，還包括多個罩體，其中圍繞著中心段的多個罩體之一與一陽極連接，中心段的其他罩體和圍繞段的多個罩體分別與陰極連接，這樣整個能量供應電路彼此並聯。
7.如權利要求4所述的設備，其特徵在於，通過堆疊的帶材分別形成中心段和圍繞段。
8.如權利要求4所述的設備，其特徵在於，還包括設置在罩體和帶材上的輻射熱防止單元。
9.如權利要求7所述的設備，其特徵在於，每條帶材包括波紋部分和平坦部分，該波紋帶材部分與平坦帶材部分交替著設置。
10.如權利要求9所述的設備，其特徵在於，每條帶材還包括預定長度的偏移部分，每個偏移部分設置在波紋帶材部分和鄰近的平坦帶材部分之間。
11.如權利要求9或10所述的設備，其特徵在於，當對每條由交替布設的波紋帶材部分和平坦帶材部分形成的帶材進行堆疊時，將上部帶材堆疊在下部帶材上，以在上部帶材和下部帶材中每一條的一側形成波紋帶材，而在上部帶材和下部帶材中每一條的另一側形成平坦帶材。
12.如權利要求5或6所述的設備，其特徵在於，通過改變插入到罩體中的帶材的高度來減小電極和加熱元件之間的幹擾，以增加了比表面積。
13.如權利要求5或6所述的設備，其特徵在於，陽極的罩體的長度小於陰極的罩體的長度。
14.如權利要求12所述的設備，其特徵在於，電極包括在其一端形成有一螺基的電極棒和包含有一陶瓷體的電極環，所述電極環被牢固地固定在電極棒上，而電極棒通過螺基連接到罩體上。
15.如權利要求14所述的設備，其特徵在於，電極棒在安裝電極環的位置處具有形成在其外周上的至少一凹槽。
16.如權利要求7所述的設備，其特徵在於，在插座與罩體接觸時，通過形成在帶材的預定區域的一插座支架和插入插座支架的插座來固定罩體和帶材。
17.如權利要求7所述的設備，其特徵在於，用連接銷來實現罩體與帶材的固定。
18.如權利要求8所述的設備，其特徵在於，藉助絕緣銷安裝輻射熱防止單元，使得輻射熱防止單元就與帶材和罩體電絕緣。
19.如權利要求18所述的設備，其特徵在於，絕緣銷插入圓柱形陶瓷元件的穿孔。
20.如權利要求18所述的設備，其特徵在於，絕緣銷分為兩個絕緣部件，絕緣銷部件被布設在陶瓷元件中同時彼此隔開。
21.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，電熱器如下述方式工作，即根據引擎的下述五個狀態提供不同數量的加熱能量狀態1低速/高負載狀態，引擎扭矩為低於1800rpm，引擎負載率為70％到100％，狀態2低速/低負載狀態，引擎扭矩為低於1800rpm，引擎負載率為0到30％，狀態3中速/高負載狀態，引擎扭矩為1800rpm到3500rpm，引擎負載率為70％到100％，狀態4中速/中負載狀態，引擎扭矩為1800rpm到3500rpm，引擎負載率為30％到70％，狀態5高速/低負載狀態，引擎扭矩為高於3500rpm，引擎負載率為0到30％。
22.一種製造用於淨化車輛廢氣的電熱器的方法，其特徵在於，所述電熱器通過堆疊帶材製造，該方法包括將帶材插入夾具中的步驟，所述夾具帶有形成在其中的預定形狀的帶材插入孔。
23.如權利要求22所述的方法，其特徵在於，夾具是由金屬或陶瓷製成的。
24.如權利要求22所述的方法，其特徵在於，夾具還帶有形成在其中的至少一個罩體插入孔，這樣用於向帶材提供電流的至少一個罩體可以插入到罩體插入孔中。
25.如權利要求22所述的方法，其特徵在於，還包括形成在帶材插入孔和罩體插入孔壁邊緣處的凹口。
26.一種用於形成帶材的設備，包括一驅動源；一運輸單元，通過來自驅動源的能量來操作運輸單元以運輸帶材材料；以及至少兩個齒輪，該齒輪在其外周的預定部分形成有輪齒，其中通過齒輪的輪齒在帶材材料上交替地形成波紋帶材部分和平坦帶材部分。
27.一種用於形成帶材的設備，包括一驅動源；一運輸單元，通過來自驅動源的能量來操作運輸單元以運輸帶材材料；至少兩個齒輪，所述齒輪彼此可旋轉地結合從而在帶材材料上形成波紋；以及凸輪，所述凸輪固定在齒輪的軸上並且隨著齒輪的軸一起旋轉從而調整齒輪之間的間隙。
全文摘要
此處公開了一種廢氣後處理設備及其製造方法，所述設備應用於使用電熱器的柴油機。所述設備燃燒內燃機特別是柴油機排出的廢氣中所包含的PM，這樣就不會向空氣中排放汙染物。電熱器(4)與至少一催化單元(7，8)連接以便在低溫激活催化劑或改善一氧化氮/二氧化氮轉化率，所述電熱器用於空間非均勻地分布熱容量。所述電熱器(4)被分為多個分段，這樣根據在分段處所收集的PM量向每個分段連續地或選擇性地提供電流，從而降低了能量消耗。通過堆疊帶材(60)製造所述的電熱器。每條帶材包括波紋帶材部分(61)和平坦帶材部分(62)。交替地布設波紋帶材部分和平坦帶材部分。
文檔編號F01N3/10GK1745230SQ200380109298
公開日2006年3月8日 申請日期2003年10月27日 優先權日2003年1月27日
發明者黃在元, 金聖 , 崔聖柱, 楊道延 申請人:日進電子有限公司