本发明提供了一种车载水冷式NTP发生系统，包括电源供给部分、NTP发生器、柴油机系统、进出气系统、冷却系统。所述电源供给部分包括柴油机蓄电池、逆变电源、智能电子冲击机、调压器和示波器。逆变电源将12V的直流电压变成220V交流电，再由调压器和示波器进行调频、调压。进出气系统装有稳压箱和MFC，精确控制进气流量。所述冷却系统利用红外测温仪实时监测放电区域温度，通过反馈电路控制水泵的流量，控制放电区域温度。所述NTP发生器产生的活性气体经装在排气管上的喷嘴，喷入排气管内。本发明不仅可以降低柴油机尾气中的NOx，也可将DPF再生；工作稳定、产生的活性物质浓度高，有害气体转化效率高，且无需使用催化剂，不受燃油品质的限制。
1.一种车载水冷式NTP发生系统，其特征在于，包括电源供给部分、NTP发生器(2)、柴油机系统、进出气系统和冷却系统，
所述柴油机系统(3)包括柴油机(301)、冷却水箱(302)、排气管(303)、柴油机蓄电池(304)、油门位置传感器(307)、转速传感器(306)、DPF(308)、压力传感器(309)和ECU控制系统(310)，所述冷却水箱(302)位于柴油机(301)的前端，并与柴油机冷却水进口相连；排气管(303)从柴油机(301)的排气出口一直延伸到车体后端，柴油机蓄电池(304)与柴油机的启动电机(305)同侧、且用两根电路连接线连接，油门位置传感器(307)安装于油门踏板上，转速传感器(306)安装于柴油机曲轴飞轮盘旁的机体上，DPF(308)安装于封装体内、并通过法兰面板，连接在排气管(303)上，压力传感器(309)安装于封装体的两端，所述油门位置传感器(307)、转速传感器(306)和压力传感器(309)均与ECU控制系统(310)通过信号线连接；
所述电源供给部分包括逆变电源(101)、智能电子冲击机(104)、调压器(102)和示波器(103)，所述逆变电源与柴油机蓄电池(304)电联接，智能电子冲击机(104)与逆变电源(101)电联接，调压器(102)、示波器(103)均与智能电子冲击机(104)电联接；所述NTP发生器(2)包括石英玻璃管(201)、中心低压电极(202)、高压电极(203)、阶梯孔(205)、前端盖(206)、后端盖(212)，所述中心低压电极(202)两端设有外螺纹，所述中心低压电极(202)位于石英玻璃管(201)中、且与石英玻璃管(201)同轴，中心低压电极(202)与石英玻璃管(201)围成放电间隙(208)，两个阶梯孔(205)分别装于中心低压电极(202)上、并位于石英玻璃管(201)两端，两端的所述阶梯孔(205)上分别设有均与放电间隙(208)连通的进气孔(204)、出气孔(211)，所述前端盖(206)、后端盖(212)上分别设有进水孔、出水孔，所述进水孔、出水孔分别与冷却水箱连通，所述前端盖(206)、后端盖(212)分别与所述中心低压电极(202)的两端螺纹连接，所述高压电极(203)上设有高压电极接线柱(210)，前端盖(206)与阶梯孔(205)之间设有与中心低压电极(202)连接的低压电极接线柱(209)；所述NTP发生器(2)的中心低压电极(202)与示波器(103)相连，高压电极(203)与智能电子冲击机(104)的输出端相连，所述电源供给部分(1)的测量电路由第一支路、第二支路构成，第一支路由电容C1(502)和电容C2(503)串联组成，第二支路由测量电容C3(504)和NTP发生器(2)串联组成，第一支路、第二支路分别引线接地，并与示波器(103)连接；
所述进出气系统包括空压机(601)、稳压箱(602)、质量流量控制器(603)、喷嘴(604)，所述空压机(601)通过管道与阶梯孔(205)上的进气孔(204)相连通，所述稳压箱(602)和质量流量控制器(603)设置在空压机(601)与进气孔(204)之间的管道上；所述喷嘴(604)设置在排气管(303)上、且与排气管(303)连通，所述喷嘴(604)与所述出气孔连通；
所述冷却系统包括水泵(701)和红外测温仪(702)，所述水泵(701)装于进水孔与冷却水箱(302)之间的管道上，红外测温仪(702)装于在石英玻璃管(201)的正前方、并与水泵(701)通过信号线连接。
2.根据权利要求1所述的车载水冷式NTP发生系统，其特征在于，所述中心低压电极(202)为不锈钢管，所述高压电极(203)采用长度可在100～400mm的范围内调节的铁丝网。
3.根据权利要求1所述的车载水冷式NTP发生系统，其特征在于，所述空压机(601)与进气孔之间、出气孔与喷嘴(604)之间的管道均为隔热耐腐蚀的管路。
4.根据权利要求1所述的车载水冷式NTP发生系统，其特征在于，石英玻璃管(201)的壁厚为1-3mm，中心低压电极(202)和石英玻璃管(201)之间的放电间隙(208)为2-3mm。
5.根据权利要求1所述的车载水冷式NTP发生系统，其特征在于，所述进水孔、出水孔处分别设有一个向上延伸的水管弯头(207)。
一种车载水冷式NTP发生系统
技术领域
[0001] 本发明属于柴油机后处理技术领域，尤其是一种车载水冷式NTP发生系统。
背景技术
[0002] 随着社会工业的快速发展，柴油机在工程机械和社会交通等领域得到了越来越广泛的应用，由此造成的环境问题也日益突出。为了减轻柴油机有害气体排放对环境造成的污染，各国实行了更加严格的排放法规。
[0003] NOx和PM是柴油机主要的两种有害气体排放，严重者威胁人类的健康。目前，SCRSelective catalytic reduction，SCR技术可有效降低NOx。但其使用成本较高，技术尚不成熟。微粒捕集器(Diesel particulate filter,DPF)技术被认为是降低PM排放最有效的后处理技术之一。但随着PM沉积量的增加，使得DPF的排气背压增加，一般认为当DPF的排气背压超过20kPa时柴油机的性能会显著恶化，故必须对DPF进行再生。
[0004] DPF常用的再生方法主要包括热再生、催化再生。热再生会因加热不均造成较大的壁面温度梯度，导致局部过热，引起结构损坏。催化再生使用催化剂可将PM的燃烧温度降低到200～300℃，以实现再生。但该技术要求燃油的S含量一般在150×10-6以下，否则会造成催化剂硫中毒，这不适合我国目前燃油品质不高的国情。
[0005] 低温等离子体(Non-thermal plasma，NTP)技术是一种新兴的柴油机排气净化技术。NTP发生器在高压放电期间，高能电子作用于放电间隙内的气体，能够产生O3、NO2、OH等强氧化性物质。NTP再生DPF技术正是利用这些强氧化性物质与PM发生复杂的化学反应实现PM的清除。
[0006] NTP再生DPF技术具有高效、安全、无二次污染的特点，已经成为国内学者的研究热点。例如专利CN201371026Y描述了一种NTP直接处理柴油机尾气的方法，虽然此方法可有效转化柴油机有害气体，但柴油机尾气直接通入该装置，使其工作状态不稳定，且转化效率不够高。专利CN102678238B描述了利用NTP再生DPF，降低柴油机有害排放的控制方法，但未对NTP发生器部分进行详尽阐述。本发明是利用NTP间接处理柴油机有害气体，并详细阐述一种可车载、稳定的NTP发生器系统。
发明内容
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种可车载、稳定的介质阻挡放电式NTP产生系统，以期对柴油机有害气体排放物尤其是NOx和PM排放，进行有效、连续的转化，实现DPF再生，让柴油机排放满足日益严格的排放法规。本NTP发生器系统工作状态稳定、有害气体的转化效率高。
[0008] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0009] 一种车载水冷式NTP发生系统，包括电源供给部分、NTP发生器、柴油机系统、进出气系统和冷却系统，
[0010] 所述柴油机系统包括柴油机、冷却水箱、排气管、柴油机蓄电池、油门位置传感器、转速传感器、DPF、压力传感器和ECU控制系统，所述冷却水箱位于柴油机的前端、并与柴油机冷却水进口相连，排气管从柴油机的排气出口一直延伸到车体后端，柴油机蓄电池与柴油机的启动电机同侧、且用两根电路连接线连接，油门位置传感器安装于油门踏板上，转速传感器安装于柴油机曲轴飞轮盘旁的机体上，DPF安装于封装体内、并通过法兰面板连接在排气管上，压力传感器安装于封装体的两端，所述油门位置传感器、转速传感器、和压力传感器均与ECU控制系统通过信号线连接；
[0011] 所述电源供给部分包括逆变电源、智能电子冲击机、调压器和示波器，所述逆变电源与柴油机蓄电池电联接，智能电子冲击机与逆变电源电联接，调压器、示波器均与智能电子冲击机电联接；
[0012] 所述NTP发生器包括石英玻璃管、中心低压电极、高压电极、阶梯孔、前端盖、后端盖，所述中心低压电极两端设有外螺纹，所述中心低压电极位于石英玻璃管中、且与石英玻璃管同轴，中心低压电极与石英玻璃管围成放电间隙，两个阶梯孔分别装于中心低压电极上、并位于石英玻璃管两端，两端的所述阶梯孔上分别设有均与放电间隙连通的进气孔、出气孔，所述前端盖、后端盖上分别设有进水孔、出水孔，所述进水孔、出水孔分别与冷却水箱连通，所述前端盖、后端盖分别与所述中心低压电极的两端螺纹连接，所述高压电极上设有高压电极接线柱，前端盖与阶梯孔之间设有与中心低压电极连接的低压电极接线柱；所述NTP发生器的中心低压电极与示波器相连，高压电极与智能电子冲击机的输出端相连，所述电源供给部分的测量电路由第一支路、第二支路构成，第一支路由电容C1和电容C2串联组成，第二支路由测量电容C3和NTP发生器串联组成，第一支路、第二支路分别引线接地，并与示波器连接；
[0013] 所述进出气系统包括空压机、稳压箱、质量流量控制器、喷嘴，所述空压机通过管道与阶梯孔上的进气孔相连通，所述稳压箱和质量流量控制器设置在空压机与进气孔之间的管道上；所述喷嘴设置在排气管上、且与排气管连通，所述喷嘴与所述出气孔连通；
[0014] 所述冷却系统包括水泵和红外测温仪，所述水泵装于进水孔与冷却水箱之间的管道上，红外测温仪装于在石英玻璃管的正前方、并与水泵通过信号线连接。
[0015] 优选地，所述中心低压电极为不锈钢管，所述高压电极采用长度可在100～400mm范围内调节的铁丝网。
[0016] 优选地，所述空压机与进气孔之间、出气孔与喷嘴之间的管道均为隔热耐腐蚀的管路。
[0017] 优选地，石英玻璃管的壁厚为1-3mm，中心低压电极和石英玻璃管之间的放电间隙为2-3mm。
[0018] 优选地，所述进水孔、出水孔处分别设有一个向上延伸的水管弯头。
[0019] 本发明所述的车载水冷式NTP发生系统，所述NTP发生器为同轴介质阻挡放电式NTP产生系统，其工作基本原理是：通过介质阻挡放电在放电区间内空气等气源会被击穿，产生低温等离子体，其中包含大量O、O2、O3、OH、NO2以及氮、氧原子的各种激发态。这些物质有很强的氧化性，以O3和NO2为例，可以将柴油机有害气体氧化，促使PM分解，实现DPF再生，保证柴油机可靠稳定运行。
[0020] 本发明所述的车载水冷式NTP发生系统具有以下优势：
[0021] ①采用冷却水箱中的冷却水引入位于中心低压电极中，以冷却NTP发生器产生的热量，同时，冷却系统中的红外测温仪实时检测放电区域的温度，并将所测温度反馈给水泵，以此控制冷却水的流量，保持放电区域温度维持在最佳的温度区间，保证发生器可靠稳定工作，增大了产生的活性气体浓度；使放电区域温度保持在最佳值，从而使发生器工作更加稳定。另外，在NTP发生器前端盖和后盖板处设置向上弯曲的水管弯头，可使冷却水充满中心低压电极，从而使整个放电区间冷却冷均匀，提高NTP发生器工作的稳定性，增大产生的活性气体浓度。
[0022] ②所述NTP发生器中，所述中心低压电极为不锈钢管，两端设有两个阶梯孔，保证中心低压电极与石英玻璃管的同轴度。石英玻璃管作为放电介质，其壁厚为1-3mm，中心低压电极和石英玻璃管之间的放电间隙为2-3mm，能够形成稳定均匀的放电空间，且其产生的活性物质能够达到处理有害气体和再生DPF的要求。铁丝网作为高压电极，铁丝网通过卡环紧密包裹与石英玻璃管的外壁，通过改变卡环的位置可改变铁丝网的长度，使其可在100～400mm的范围调节，当进气流量较大可选择增加铁丝网长度，增加放电区域面积，增大产生的NTP活性气体浓度。提高有害气体的转化效率。
[0023] 当发动机转速较高，排气流量较大，需要产生较大的活性气体浓度。此时，增加气源流量，增大铁丝网长度，调节放电电压和放电频率，使之产生的NTP活性气体浓度最大，与较高转速和较大排气流量的工况相匹配。反之，亦然。
[0024] ③ECU控制系统根据柴油机工况信号和DPF背压信号，自动调整NTP发生器的工作参数。
[0025] ④所述进出气系统，装有稳压箱和质量流量控制器，精确控制进气量。NTP活性物质的活性受温度影响较大，且具有强氧化性，整个管路使用隔热耐腐蚀材料，保持发生器产生的NTP活性气体的活性。
[0026] ⑤在处理柴油机多种有害排放物(NO、HC、CO、PM)的同时，还可以实现DPF的再生，且不受燃油品质的限值。
附图说明
[0027] 图1是本发明所述车载水冷式NTP发生系统的结构示意图。
[0028] 图2是所述NTP发生器装置结构图。
[0029] 图3是所述电源供给部分示意图。
[0030] 附图标记说明如下：
[0031] 1-电源供给部分、101--逆变电源、102-调压器，103-示波器，104-智能电子冲击机，2-NTP发生器，201-石英玻璃管、202-中心低压电极、203-高压电极、204-进气孔，205-阶梯孔，206-前端盖，207-水管弯头，208-放电间隙，209-低压电极接线柱，210-高压电极接线柱，211-出气孔，212-后端盖，3-柴油机系统，301-柴油机、302-冷却水箱、303-排气管、304-柴油机蓄电池、305-启动电机、306-转速传感器、307-油门位置传感器、308-压力传感器、309-压力传感器，310-ECU控制系统，4-管路，501-电路连接线，502-电容C1，503-电容C2，
504-电容C3，6-进出气系统，601空压机、602稳压箱，603质量流量控制器，604-喷嘴，7-冷却系统，701水泵，702红外测温仪。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0033] 如图1、图2和图3所示，本发明提供的车载水冷式NTP发生系统，包括电源供给部分，NTP发生器2，柴油机系统，管路连接部分、电路连接部分、进出气系统6和冷却系统7。所述柴油机系统3包括柴油机301、冷却水箱302、排气管303、柴油机蓄电池304、油门位置传感器307、转速传感器306、DPF308、压力传感器309和ECU控制系统310，所述冷却水箱302位于柴油机301的前端，并与发动机冷却水进口相连。排气管303从柴油机301的排气出口一直延伸到车体后端，柴油机蓄电池304与柴油机的启动电机305同侧，用两根电路连接线连接。油门位置传感器307安装于油门踏板上，转速传感器安装于柴油机曲轴分轮盘旁的机体上。DPF308安装于封装体内，并通过法兰面板，连接在排气管303上。压力传感器309安装于封装体的两端。所述油门位置传感器307、转速传感器306、和压力传感器309均与ECU控制系统
310通过信号线连接；
[0034] 所述电源供给部分包括逆变电源101、智能电子冲击机104、调压器102和示波器103，所述逆变电源与柴油机蓄电池304电联接，智能电子冲击机104与逆变电源101电联接，调压器102、示波器103均与智能电子冲击机104电联接；
[0035] 如图2、图3所示，所述NTP发生器2包括石英玻璃管201、中心低压电极202、高压电极203、阶梯孔205、前端盖206、后端盖212，所述中心低压电极202两端设有外螺纹，所述中心低压电极202位于石英玻璃管201中、且与石英玻璃管201同轴，中心低压电极202与石英玻璃管201围成放电间隙208，两个阶梯孔205分别装于中心低压电极202上、并位于石英玻璃管201两端，两端的所述阶梯孔205上分别设有均与放电间隙208连通的进气孔204、出气孔211，所述前端盖206、后端盖212上分别设有进水孔、出水孔，所述进水孔、出水孔分别与冷却水箱连通，所述前端盖206、后端盖212分别与所述中心低压电极202的两端螺纹连接，所述高压电极203上设有高压电极接线柱210，前端盖206与阶梯孔205之间设有与中心低压电极202连接的低压电极接线柱209；所述NTP发生器2的低压电极209与示波器103相连，高压电极210与智能电子冲击机104的输出端相连。所述电源供给部分1的测量电路又两条支路构成。第一，电容C1 502和电容C2 503串联组成。第二，测量电容C3504和NTP发生器2串联组成，两支路引线分别接地，并与示波器103连接。
[0036] 柴油机蓄电池304(12V)经逆变电源101变成220V交流电。经过智能电子冲击机104、调压器102的调频、调压后，连接到NTP发生器2的高压电极接线柱210和低压电极接线柱209。该系统器件之间由电路连接线501进行连接，在电路中装有电容C1502、电容C2503和电容C3504。
[0037] 在工作过程中，ECU310根据DPF前后端压力传感器309传送来的信号确定DPF是否需要再生，若需要再生，ECU再根据转速传感器306和油门位置传感器305、排气温度传感器307传送的信号确定发动机的工况。ECU通过前期标定的数据，分析出所需的NTP活性气体量，向逆变电源101、小型空压机601和传送信号。逆变电源101将蓄电池12V的直流电转换成
220V交流电，经智能电子冲击机104的调频调压产生高压高频的低温等离子体电源，并通过调节器102调节到NTP发生器所需的电压。NTP发生器工作产生活性气体，再生DPF和转化排气中的NOx。ECU310根据DPF前后端的压力变化，确定NTP发生器停止的关注度时机，ECU310停止向逆变电源101、小型空压机601传送信号，工作停止。
[0038] 为了使该装置可靠稳定运行，转速传感器306、油门位置305和排气温度信号307采集柴油机工况信号，传送至ECU；同时根据DPF的前后端压力传感器309测算出DPF的排气背压传送至ECU。由ECU确定DPF是否需要进行再生以及通入最佳低温等离子体活性气体的浓度。为了防止发生器放电区域温度过高，影响发生器的可靠运行，红外测温仪702实时检测放电区域温度，将检测到的信号传送至ECU，由ECU进行计算是否需要通过改变冷却水的流量，来调整放电区域温度，并将信号传给水泵701。
[0039] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
