CN102713231B - 用于再循环的废气与空气的混合管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将再循环的废气(46)与优选地由高压压缩机(40)提供的空气(45)混合并且将废气(46)和空气(45)的混合物供给至内燃机(5)的多个燃烧室(16)的混合管(100)。所述混合管(100)可以包括第一混合管区段(102)，其具有混合管入口(103)和混合管出口(104)。所述混合管入口(103)和混合管出口(104)之间的距离可具有预定长度，其中，所述第一混合管区段(102)的预定长度能够在混合管出口(104)处实现废气(46)和空气(45)的限定的混合比。混合管(100)还可以包括第二混合管区段(106)，其联接至混合管出口(104)。所述第二混合管区段(106)可以设置有多个出口(120)，每个出口(120)能够联接至导管(15)，导管(15)将一部分的气体混合物(47)供给至多个燃烧室(16)中的相关联的燃烧室(16)。所述第一混合管区段(102)和第二混合管区段(106)彼此大致平行地延伸。

Description

用于再循环的废气与空气的混合管
技术领域
本发明整体涉及用于将再循环的废气与空气混合并将废气与空气的混合物供给至内燃机的多个燃烧室的混合管，内燃机例如是能够燃烧重质燃料油的大型内燃机。本发明还涉及一种混合管段，其能够连接至另一混合管段以形成这里所述的类型的混合管。此外，本发明涉及一种用于将再循环废气与空气混合并且将废气与空气的混合物供给至内燃机的多个燃烧室的方法。最后，本发明涉及一种用于维修包括多个混合管段的混合管的方法。
背景技术
废气再循环系统(又称为EGR系统)被用于内燃机以帮助减少多种发动机排放物。常见的EGR系统可以包括将发动机的废气通路的某个部分与发动机的空气吸入系统的某个部分流体连接从而形成EGR通路的导管或其他结构。在不同的发动机操作状况下可能希望不同的废气再循环量。为了调节废气再循环的量，这种系统通常使用设置在EGR通路的某个点处的EGR阀。
已经开发了通过在不同的操作状况下调节被再循环的废气的量、例如通过控制EGR阀的位置来控制EGR流的系统。一些系统包括用于打开和关闭EGR阀的致动器，其中致动器由软件执行的控制逻辑来控制。根据发动机的操作状况，控制逻辑可以对EGR阀进行定位以允许不同量的废气进行再循环。
虽然更大的废气再循环量(即更高的EGR流率)可以在一定的发动机操作状况下降低排放，但多种部件可能受到EGR流率的影响并且因此如果EGR流率过高的话这些部件的负担可能超过其操作限制。可以被EGR流率影响的示例性的部件和/或发动机操作参数可以包括涡轮增压器、发动机温度、废气温度、废气压力、催化转化器、微粒捕集器、空气-空气后冷器(ATAAC)、EGR冷却器等。此外，在较高的EGR流率下发动机的空气吸入轨道中气体的冷凝也可能会有问题。
已经开发了能够改进EGR系统的效率的EGR系统，参见例如US7389770B2、AT504179B1、DE10054604A1、US5957116A、US6523529B1、US7278412B2、DE10054604A1、DE102005052708A1和DE112007002869T5。
特别地，已经开发了能够改进再循环废气和空气的混合程度的EGR系统。空气可以通过诸如高压压缩机的压缩机供给。
例如，DE102005019776A1公开了一种能够将废气从废气管道再循环到抽吸管道的废气再循环装置。再循环废气排出区域设置在新鲜空气的流动方向上的空气歧管之前的混合管中。该管在空气歧管的入口之前相对于设置成平行于发动机纵向轴线的轴线具有范围在215°到340°之间的曲度。这种设置改进了废气和新鲜空气的混合率，使得再循环废气和新鲜空气的混合物及其混合率在混合物进入内燃机的多个燃烧室之前对于内燃机的所有气缸来说都是一样的。公开的废气再循环装置用于被构造成用于机动车中的内燃机，且废气再循环装置可能需要特别是在被构造成燃烧重质燃料油的大型内燃机中可能无法提供的相当大的空间。
本发明至少部分地旨在改进或克服现有系统的一个或多个方面。
发明内容
在本发明的第一示例性的方面中，提供一种混合管。该混合管能够将再循环的废气与空气混合并且将混合物供给至内燃机的多个燃烧室。所述混合管可以包括第一混合管区段，其具有混合管入口和混合管出口。所述混合管入口和混合管出口之间的距离可以具有预定长度。所述第一混合管区段的预定长度能够在混合管出口处实现废气和空气的限定的混合比。混合管还可以包括第二混合管区段，其联接至第一混合管区段的混合管出口。所述第二混合管区段可以设置有多个出口，每个出口能够联接至导管，所述导管将一部分的气体混合物供给至多个燃烧室中的相关联的燃烧室。此外，所述第一混合管区段和第二混合管区段可以彼此大致平行地延伸。再循环的废气和空气的混合物的限定的混合比可以被设置成使得它在进入第二混合管区段之后基本不会变化，因此在混合物进入多个燃烧室之前混合比可以大致相同。
因此，在根据本发明的混合管中，再循环的废气和新鲜空气的混合可以主要在第一混合管区段中实现，因此再循环的废气与空气的混合物的混合比在进入第二混合管区段之后不会显著变化，且因此在混合物进入多个燃烧室之前混合比可以大致相同。同时可以将所占据的空间最小化。
在本发明的另一个示例性方面中，一种用于形成混合管的混合管段可以被构造成连接至另一混合管段。因此，多个混合管段可以形成这里所公开的类型的混合管，并且对例如有缺陷的混合管段的容易和简单的替换是可能的。
在本发明的另一个示例性方面中，提供一种可用于混合再循环的废气和空气并且将废气和空气的混合物供给至内燃机的多个燃烧室的方法。该方法可以包括下述方法步骤中的至少一个：在预定的位置处将再循环的废气供给到空气流中；沿着预定的第一方向在从所述预定的位置开始的预定的长度上引导被供给的废气和空气，使得在所述预定的长度的末端废气和空气的气体混合物具有限定的混合比；将废气和空气的充分混合的气体混合物转向到大致与第一方向相对并且与第一方向大致平行地延伸的第二方向上；以及在多个不同的位置处将气体混合物分配到多个燃烧室中。根据这里公开的混合管的一种示例性的实施方式，可以沿着大致与第二混合管区段延伸的方向相垂直的方向将气体混合物分配到燃烧室。
在本发明的另一个方面中，提供一种可用于维修包括多个单独的混合管段的混合管的方法。该方法可以包括将形成混合管的多个混合管段中的混合管段拆下；以及用新的(或翻新的)混合管段替换拆下的混合管段。
根据下述说明书和附图将清楚本发明的其他特征和方面。
附图说明
图1示出包括根据本发明的第一示例性实施方式的混合管的内燃机的原理图；
图2a示出图1所示的混合管沿II-II线的截面图；
图2b示出与图2a所示的混合管相类似的混合管的剖视示意图，图2b所示的混合管具有不同的横截面形状；
图3示出设置有根据本发明的一种示例性实施方式的混合管的内燃机的剖视示意图；
图4示出设置在图3的内燃机中的混合管的纵向截面图；
图5示出沿图4的V-V线的横截面图；且
图6示出根据另一种示例性实施方式的混合管的一部分，其可以包括通过至少一个连接件连接的多个混合管段。
具体实施方式
一般地，这里所使用的术语“大致平行”的意思可以是第一混合管区段的纵向轴线与第二混合管区段的纵向轴线彼此完全平行延伸、两者相同或者可具有小于20°的夹角。
此外，这里所使用的术语“大致垂直”的意思可以是第二混合管区段的纵向轴线与气体混合物到将气体混合物引导至燃烧室的导管中的流动通路之间的夹角可以在70°到120°的范围内。
此外，这里使用的术语“大型内燃机”可以指能够用作诸如巡洋舰、货船、集装箱运货船、油轮的轮船/船舶的主引擎或辅助引擎或者用于发电厂中发热和/或发电等的内燃机。特别地，大型内燃机可以被构造成燃烧从包括柴油和重质燃料油(HFO)的组中选择的至少一种燃料。
参照图1，示出沿着纵向延伸的内燃机5，例如示出被构造成燃烧特别是重质燃料油或类似燃料的大型内燃机。低压压缩机20可以位于内燃机5的前侧，低压压缩机20可以连接至吸入空气冷却器25。吸入空气冷却器25又连接至从内燃机5的前端部延伸至另一相对的前端部的导管30的入口。
高压压缩机40可以设置在内燃机5的相对的前端部。高压压缩机40可以连接至位于内燃机5的相对的前端部的导管30的出口。高压压缩机40也可以连接至另一冷却器35，由压缩机40供给的压缩吸入空气可以在该另一冷却器35中冷却。
冷却器35可以连接至混合管100。混合管100可以位于内燃机5的上侧，例如邻近导管30。混合管100的替代的位置也是可能的，例如在V型内燃机的气缸之间。混合管100可以包括第一混合管区段102和第二混合管区段106。第一混合管区段102可以包括混合管入口103和混合管出口104。混合管入口103可以连接至冷却器35的出口36。管95也可以连接至混合管入口103。管95可以连接至用于将来自内燃机5的废气侧的废气46再循环的废气再循环系统。
混合管入口103和混合管出口104之间的距离可以具有预定的长度L使得废气46和离开冷却器35的空气45彼此混合，从而在混合管出口104的区域能够实现限定的混合比。第一混合管区段102可以延伸内燃机5或其发动机组的整个长度的至少一半或大约全部。
第二混合管区段106可以通过联接段105联接至混合管出口104并且可以设有多个出口120。每个出口120可以被构造成联接至多个导管15中的一个导管15。每个导管15可以联接至内燃机5的多个燃烧室16中的一个燃烧室16(见图3)。第二混合管区段106可以在与联接段105相对的前端部上包括封闭端部部件。
联接段105可以被构造成将混合管出口104处排出的废气46与吸入空气45的混合物偏转或转向约160°到200°之间、特别是约180°的角度到第二混合管区段106的入口。换句话说，第一混合管区段102的纵向方向与第二混合管区段106的纵向方向可以形成约0°到40°的角。
图2a示出混合管100沿着图1的II-II线的剖视示意图。混合管100可以包括第一混合管区段102和第二混合管区段106。两者可以具有相同、类似或不同的横截面形状。在图2a所示的混合管100的示例性实施方式中，第一混合管区段102和第二混合管区段106具有相同的横截面形状并且可以设置成彼此邻近。第二混合管区段106可以位于第一混合管区段102上方。但是，在混合管100的其他示例性实施方式中，第一混合管区段102和第二混合管区段106可以并排布置、或以任何其他配置设置。
参照图2b，示出另一种示例性实施方式的混合管100’。与图2a所示的示例性实施方式的混合管100相反，图2b所示的混合管100’可以具有其他的横截面形状。特别地，第一混合管区段102可以具有非圆的形状，例如椭圆形、卵形、块状等的横截面形状。第二混合管区段106也可以具有非圆的形状，例如椭圆形、卵形、块状等的横截面形状。
图2a和2b所示的两种实施方式的混合管100、100’都可以形成为单件，但是也可以提供分开的各个混合管段102和106并且通过焊接、螺接、夹紧等将它们连接。这也可以适用于其他附图所示的其他示例性实施方式的混合管。也可以提供多个混合管段，每个混合管段包括第一混合管区段102和第二混合管区段106的一部分。例如，混合管段可以具有预定的长度，使得一个混合管段可以与一个(或多个)导管和燃烧室相联。替代地，混合管段可以包括第一混合管区段102和第二混合管区段106的仅一部分。图6和相关说明中示出更多细节。
图3示出可以包括多个气缸18的内燃机5的剖视示意图。每个气缸18可以包括多个燃烧室16中的一个。每个燃烧室16可以由活塞17限定。混合管100”可以位于气缸18的一侧。混合管100”可以具有与图1-图2b所示的混合管100不同的构造。图4和图5示出混合管100”的更多细节。
高压废气导管43可以位于混合管100”上方。高压废气导管43可以连接至图1所示的导管95。
低压废气导管42可以设置在高压废气导管43上方。低压废气导管42可以连接至能够对低压废气进行加压的涡轮(未示出)。用于低压废气的导管30(见图1)可以位于混合管100”下方。
图4和5示出图3中已经示意性地示出的另一种示例性实施方式的混合管100”。该示例性实施方式的混合管100”可以包括第一混合管区段102”和第二混合管区段106”。第一混合管区段102”可以容纳在第二混合管区段106”的内部111”中。第一混合管区段102”可以连接至入口部分107，入口部分107又可以连接至导管95和冷却器35。第二混合管区段106”可以包括封闭端部部件105”和与封闭端部部件105”相对的另一封闭端部部件112”。封闭端部部件112”可以被入口部分107穿透。第一混合管区段102”可以通过支柱130”和端部部件112”的端部安装在第二混合管区段106”的内部111”内。
第一混合管区段102”可以位于第二混合管区段106”内使得在第一混合管区段102的出口处排出的废气46与吸入空气45的混合物可以绕第一混合管区段102”的外表面的至少一部分流动。如图4所示，导管15可以连接至第二混合管区段106”的出口15。
图5示出沿图4的V-V线的横截面原理图。两个支柱130”将第一混合管区段102”的开放端部安装在第二混合区段162’的内部111”内。在其他的示例性的实施方式中，可以设置不同的支柱或其他数量的支柱以将第一混合管区段102”安装在第二混合管区段106”中。
参照图6，示出另一示例性实施方式的混合管100”。这里，混合管100”可以包括第一混合管段305和第二混合管段310。邻近的第一和第二混合管段305、310可以通过连接器段315联接。
连接段315可以通过例如锁定环320沿混合管100”的纵向方向固定。可以想到其他的机械锁定装置，例如螺钉、螺栓(bold)等。锁定环320可以布置在形成于段305、310的外表面处的凹槽325中。每个段305、310可以设置有另一凹槽330，诸如O形环的密封环插入在凹槽330中。密封环335可以与用于在两个段305、310之间提供燃料的连接段315的内表面接触，使得在内部110”中流动的气体混合物的气体不会从内部110”泄漏。
如果在内部110”中流动的废气和空气的气体混合物的温度下降到露点以下，可能会产生硫酸。对于段305、310和诸如段315的其他部件的腐蚀来说，硫酸可能是有问题的。
在图6所示的示例性实施方式的混合管100”中，混合管段310可以设有台阶340，其形成为用于接收环345，环345可以包含碱土氧化物或由碱土氧化物制成，例如从包括CaO、BaO和MgO的组中选择碱土氧化物。环345的碱土氧化物可以被构造成中和如果温度降低至诸如硫酸的露点的特定温度以下可能在内部110”中凝结的硫酸。因为环345可以吸收或约束硫酸，所以可以减少混合管100”中的腐蚀。因为环345的吸收能力可能有限，所以环345能够以可替换的方式装配在台阶340上或台阶340处。
替代地，环345可以至少部分地被构造成衬在段305、310、315的内表面里。在另一种示例性实施方式的混合管100、100”中，可以在段305、310、315等的至少部分表面上溅射或涂上矿物。因此，可以减少这些部件的腐蚀。
工业实用性
参照图1和2a，下面将解释内燃机5的EGR系统的基本操作原理。
吸入空气可以被供给至低压压缩机20。在低压压缩机20中，吸入空气可以被加压并且排出至冷却器25。在冷却器25中，压缩的吸入空气可以被冷却至限定的温度。离开冷却器25的被冷却和压缩的吸入空气可以进入导管30并且可以从内燃机5的一个前端部流到另一前端部。
吸入空气流可以进入高压压缩机40。在高压压缩机40中，吸入空气可以被进一步压缩至限定的压力水平。被高压压缩机40排出的高压吸入空气可以被供给至冷却器35。在冷却器35中，高压吸入空气可以被冷却至限定的温度。具有降低的限定温度的高压吸入空气可以被排出至混合管入口103。
再循环的废气也可以被供给至混合管入口103。因此，再循环的废气46和具有降低温度的高压吸入空气可以在混合管100(或100”)内部110中从混合管入口103流至混合管出口104。在内部110中，可以提供用于增加两个气体流45、46的混合的其他机械装置。
由于吸入空气45和废气46可以沿着第一混合管区段102流动的距离L为发动机5的长度的至少一半，所以两个气体流45、46可以充分混合，使得在混合管出口104的端部处可以实现两个气体流45、46的限定的混合比。然后，具有限定的混合比的气体混合物可以被偏转至第二混合管区段106中并且在每个导管15中流动并且进一步到达相关联的燃烧室16。
因为在混合管出口104处可能已经实现预定的混合比，每个导管15中的混合比可以大致类似或相同。由于两个区段102、106相对于彼此的特定布置，可以减小第一混合管区段102和第二混合管区段106所占据的空间。
根据本发明，混合管100、100”可以利用发动机5的纵向尺寸以提供两个气体流45、46的充分混合。
如图1所示，混合管100可以由多个混合管段110组装。段110可以通过例如如图6所示的连接段彼此连接。但是，其他的用于连接两个相邻段110的方法也是可行的。例如，段110可以被焊接、螺栓连接或者通过其他机械装置连接，例如强制(positive)锁定接合装置。
在包含在气体混合物中的硫酸产生腐蚀的情况下，可能需要在限定的时间段后替换一个或多个段110。在这种情况下，可以解除两个相邻段之间的连接并且可以插入新的段110。
在连接装置设计成图6的连接装置315的情况下，可以移除锁定环320。然后，环315可以在纵向方向上移动(至图6中的左侧)。然后，段310可以被新的段310替换。在只需要替换环345的情况下，可以从台阶340移除环345并且由新的环替换。然后，连接段315可以沿相反的方向移动并且由新的环320固定。如果必要或适合，密封环330也可以被替换。
因此，可以提供用于替换混合管100、100”的部件的简单但有效的方法。此外，可以减少混合管100、100”的部件或部分的腐蚀。
本领域技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围的情况下可以对所公开的混合管和方法进行多种修改和变型。
例如，在上述的示例性实施方式之外或作为补充，根据本发明的混合管的一种示例性实施方式，第二混合管区段可以具有沿着第二混合管区段的纵向方向从第一出口测量到最后出口的长度，且第二混合管区段的该长度可以是第一混合管区段的预定长度的至少一半以上。第一混合管区段的长度可以是发动机或发动机组的长度的至少一半，例如第一混合管区段可以具有与发动机组的长度基本相同的长度。
根据本发明的混合管的另一种示例性实施方式，第二混合管区段可以具有第一端部和第二端部。第一端部可以是开放的且第二端部可以是封闭的。第一混合管区段可以容纳在第二混合管区段中。
根据本发明的混合管的另一种示例性实施方式，混合管还可以包括被构造成在管入口处将再循环废气引入到空气中的废气入口。
根据本发明的混合管的另一种示例性实施方式，第一混合管区段可以被构造成连接至能够排出压缩空气的高压压缩机的出口。
根据本发明的混合管的另一种示例性实施方式，混合管还可以包括与第一混合管区段和第二混合管区段中的至少一个平行设置的冷却水通道。
根据本发明的混合管的另一种示例性实施方式，混合管可以被构造成用于能够燃烧重质燃料油的内燃机。
根据本发明的混合管的另一种示例性实施方式，第一混合管区段和/或第二混合管区段可以包括能够彼此连接的多个单独的混合管段。混合管段可以可替换地连接使得多个混合管段可以形成这里所公开的类型的混合管。
根据本发明的混合管的另一种示例性实施方式，单独的连接段可以被构造成连接两个相邻的混合管段。
根据本发明的包括多个混合管段的混合管的另一种示例性实施方式，至少两个混合管段可以相同地构造。
根据本发明的混合管的另一种示例性实施方式，混合管中形成的两个通道可以并排布置或者叠置布置。

Claims (13)

1.一种用于将再循环的废气与空气(45)混合并且将废气(46)和空气(45)的混合物供给至内燃机(5)的多个燃烧室(16)的混合管(100)，所述混合管(100)包括：
第一混合管区段(102)，其具有混合管入口(103)和混合管出口(104)，所述混合管入口(103)和混合管出口(104)之间的距离具有预定长度，其中，所述第一混合管区段(102)的预定长度能够在混合管出口(104)处实现废气(46)和空气(45)的限定的混合比；
第二混合管区段(106)，其联接至混合管出口(104)，所述第二混合管区段(106)设置有多个出口(120)，每个出口(120)能够联接至导管(15)，导管(15)将一部分的气体混合物(47)供给至多个燃烧室(16)中的相关联的燃烧室(16)；且
其中，所述第一混合管区段(102)和第二混合管区段(106)彼此大致平行地延伸，
所述第二混合管区段(106)具有第一端部和第二端部，所述第一端部为开放的且第二端部为封闭的；且
所述第一混合管区段(102)容纳在第二混合管区段(106)中。
2.根据权利要求1所述的混合管，其中：
所述第二混合管区段(106)具有沿着所述第二混合管区段(106)的纵向方向从第一出口(120)测量到最后出口(120)的长度；且
所述第二混合管区段(106)的所述长度为所述第一混合管区段(102)的预定长度的至少一半以上。
3.根据权利要求1或2所述的混合管，还包括：
废气入口(95)，其能够在混合管入口(103)处将再循环的废气(46)引入到空气(45)中。
4.根据权利要求1或2所述的混合管，其中，所述混合管(100；100”)至少在与再循环的废气流(46)相接触的部分包含CaO、BaO或MgO的矿物或者由所述矿物覆盖以中和再循环的废气流(46)中所包含的硫酸。
5.根据权利要求1或2所述的混合管，其中，所述第一混合管区段(102)能够连接至能够排出压缩空气(46)的高压压缩机(40)的出口。
6.根据权利要求1或2所述的混合管，还包括：
冷却水通道，其与第一混合管区段(102)和第二混合管区段(106)中至少之一平行地设置。
7.根据权利要求1或2所述的混合管，其中，所述混合管(100；100”)能够用于能够燃烧重质燃料油的内燃机(5)中。
8.根据权利要求1或2所述的混合管，其中，所述第一混合管区段(102)和/或第二混合管区段(106)包括能够彼此连接的可替换的混合管段(305,310)。
9.一种混合管段(305,310)，其能够连接至另一混合管段(305,310)，使得多个混合管段(305,310)形成前述权利要求中的任意一项所述的混合管(100；100”)。
10.根据权利要求9所述的混合管段(305,310)，其中，所述混合管段(305,310)包括第一前端部和与第一前端部相对的第二前端部，第一前端部能够与另一混合管段(305,310)的第二前端部可释放地接合。
11.根据权利要求9或10所述的混合管段(305,310)，还包括：
单独的连接段(315)，其能够连接两个相邻的混合管段(305,310)。
12.根据权利要求9或10所述的混合管段(305,310)，其中，所述混合管段(305,310)的至少一部分或部件包含用于中和硫酸的物质或由用于中和硫酸的物质覆盖，所述物质是CaO或BaO。
13.一种用于混合再循环的废气(46)和空气(45)并且将废气和空气的混合物供给至内燃机(5)的多个燃烧室(16)的方法，该方法包括下述步骤：
在预定的位置处将再循环的废气(46)供给到空气流(45)中；
沿着预定的第一方向在从所述预定的位置开始的预定的长度(L)上引导被供给的废气(46)和空气(45)，使得在长度(L)的末端废气(46)和空气(45)的气体混合物具有限定的混合比；
将废气(46)和空气(45)的气体混合物转向到与第一方向相对并且与第一方向大致平行地延伸的第二方向上；以及
在多个不同的位置处将气体混合物分配到多个燃烧室(16)中。
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