CN104074636B - 具有加湿效果的柴油机egr系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供具有加湿效果的柴油机EGR系统，包括柴油机、涡轮增压器，涡轮增压器的压气机安装在柴油机进气管上，涡轮增压器的涡轮安装在柴油机排气管上，压气机与柴油机之间的进气管上依次安装中冷器、文丘里管，涡轮与柴油机之间的排气管旁通EGR管路，EGR管路连通文丘里管，EGR管路上自排气管向文丘里管方向依次安装滤网、EGR冷却器、喷淋腔、EGR阀，EGR冷却器采用水冷，其上设置进水管和回水管，回水管连通喷淋腔，在回水管与喷淋腔间的管路上安装喷水控制阀。本发明既能实现EGR又能对进气加湿，并且克服了常规EGR系统和进气加湿系统联合运行时的弊端。

Description

具有加湿效果的柴油机EGR系统

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机，具体地说是带有涡轮增压器和EGR系统的柴油机。

背景技术

随着排放法规要求的日益严格，柴油机采取了很多关于降低排放的措施，其中EGR(ExhaustGasRecirculation-废气再循环)技术对降低NOx排放有很显著的效果，并且能与进气道加湿、二级增压、高压共轨等技术联合运行，可进一步降低NOx排放。目前国内外一些公司在EGR与其它技术联合运行方面已经取得一些研究成果，例如韩国现代重工集团(HyundaiHeavyIndustriesCo.，Ltd.)已经把EGR技术和进气道加湿技术联合运行在它的一款中速柴油机上。它是在涡轮前引一部分废气经过废气洗涤器冷却器之后进入进气道和新鲜空气掺混，在进气道中加装一个喷水设备，对混合气进行加湿，运行实验结果达到了TierIII标准。

常规的EGR系统和进气加湿系统联合运用时采用相互独立的方式，即EGR系统具有独立的冷却设备，进气加湿系统在进气管中实现。这种方式并不能充分利用加湿过程中水滴蒸发吸热而产生的冷却效应，也不能充分利用EGR高温废气中的能量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能实现EGR又能对进气加湿，并且克服了常规EGR系统和进气加湿系统联合运行时的弊端的具有加湿效果的柴油机EGR系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明具有加湿效果的柴油机EGR系统，包括柴油机、涡轮增压器，涡轮增压器的压气机安装在柴油机进气管上，涡轮增压器的涡轮安装在柴油机排气管上，其特征是：压气机与柴油机之间的进气管上依次安装中冷器、文丘里管，涡轮与柴油机之间的排气管旁通EGR管路，EGR管路连通文丘里管，EGR管路上自排气管向文丘里管方向依次安装滤网、EGR冷却器、喷淋腔、EGR阀，EGR冷却器采用水冷，其上设置进水管和回水管，回水管连通喷淋腔，在回水管与喷淋腔间的管路上安装喷水控制阀。

本发明还可以包括：

1、还包括废水槽、第一-第二捕雾器，文丘里管与柴油机之间的进气管上安装第一捕雾器，第一捕雾器通过第一废水管连通废水槽，喷淋腔和EGR阀之间的EGR管路上安装第二捕雾器，喷淋腔旁通第二废水管，第二废水管连通废水槽，第二捕雾器通第二废水管相连通。

2、在喷水控制阀与喷淋腔之间的管路上安装加压泵。

3、在进气管上安装与文丘里管并联的旁通阀。

4、在进气管上分别安装温度传感器、压力传感器、湿度传感器，温度传感器、压力传感器、湿度传感器、喷水控制阀均连接控制系统，控制系统采集温度传感器、压力传感器、湿度传感器的信号从而控制喷水控制阀的开度。

本发明的优势在于：本发明既能实现EGR又能对进气加湿，并且克服了常规EGR系统和进气加湿系统联合运行时的弊端。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明包括柴油机11、涡轮增压器，涡轮增压器的压气机2安装在柴油机进气管13上，涡轮增压器的涡轮1安装在柴油机排气管14上，压气机2与柴油机11之间的进气管13上依次安装中冷器17、文丘里管18，涡轮1与柴油机11之间的排气管14旁通EGR管路，EGR管路连通文丘里管18，EGR管路上自排气管14向文丘里管18方向依次安装滤网3、EGR冷却器4、喷淋腔8、EGR阀10，EGR冷却器4采用水冷，其上设置进水管和回水管，回水管连通喷淋腔8，在回水管与喷淋腔8间的管路上安装喷水控制阀5。本发明还包括废水槽12、第一捕雾器19、第二捕雾器9，文丘里管18与柴油机11之间的进气管13上安装第一捕雾器19，第一捕雾器19通过第一废水管连通废水槽12，喷淋腔8和EGR阀10之间的EGR管路上安装第二捕雾器9，喷淋腔8旁通第二废水管，第二废水管连通废水槽12，第二捕雾器9通第二废水管相连通。在喷水控制阀5与喷淋腔8之间的管路上安装加压泵6。在进气管13上安装与文丘里管18并联的旁通阀16。在进气管13上分别安装温度传感器、压力传感器、湿度传感器15，温度传感器、压力传感器、湿度传感器15、喷水控制阀5均连接控制系统7，控制系统7采集温度传感器、压力传感器、湿度传感器15的信号从而控制喷水控制阀5的开度。

柴油机排出的高温废气一部分进入涡轮1，另一部分引入EGR系统，进入EGR部分的废气先经过滤网3进行过滤，除去对设备有严重损害的颗粒后，再经过EGR冷却器4对其进行初步冷却，然后进入喷淋腔8，由喷雾器中的水对其进行加湿，同时利用水蒸汽的汽化潜热对高温废气进一步冷却，使得整个EGR系统的冷却效率大幅度提高，这样就不会全部依赖使用复杂的EGR冷却器4对高温废气达到充分的冷却效果，还能回收利用废气中的部分热能。喷雾所使用的水是由EGR冷却器4出口的水经过分流来提供，为了保证水的雾化效果，本发明在进入喷淋腔8的管路上设置了加压泵6，进一步提高水的压力。喷淋腔中未蒸发的水滴经管道流到到废水槽12中。喷淋腔之后安装一个捕雾器9，用来捕集废气中未蒸发完全的水滴，收集到的水也经管道流到废水槽12中。废气经过EGR阀10后在文丘里管18内与压气机2出口的新鲜空气混合，并设置一个旁通阀16与文丘里管18并联，通过旁通阀16可以间接控制EGR率，这样与EGR阀10联合使用可以更加灵活的控制柴油机11不同工况下的EGR率。在EGR阀10以及柴油机进气管13之间设置有捕雾器19，用来捕集废气中析出的水，避免其对设备造成腐蚀，捕集到的水经管道流入到废水槽12中。在进气口处的捕雾器19前端的温度、压力、湿度传感器15，采集进气口处的温度、压力、湿度信号，并传输给控制喷水控制阀5的控制系统7，然后这些信号与控制系统中的MAP图进行插值，MAP图是柴油机在不同工况下的温度、压力、湿度所对应的喷水控制阀开度，是由试验与仿真计算得到。

本发明的原理如下：

具体的原理如下：

柴油机排放的废气是一种惰性气体，进气与再循环废气混合后将减少混合气体的含氧量，从而降低最高燃烧温度以达到降低NOx的生成量的目的。但是高温废气与新鲜的空气混合后会提高进气温度，降低了进气的体积效率，同时燃烧过程的氧气量也减少，这样会增加微粒排放量。如果将再循环废气冷却，增加EGR气体密度，就能最大程度地降低进气与废气之间的容量冲突。如附图1所示，EGR气体经滤网3过滤后，进入EGR冷却器4进行初步冷却，冷却后的气体进入喷淋腔8，在其中进行喷水加湿，由于水是三原子分子，比热容比对称两原子分子大，同时水有很大的汽化潜热，因此与EGR气体混合后可以进一步降低其温度，进而降低缸内最高温度。再者，水蒸气的加入会降低缸内氧气的浓度。降低缸内温度和氧气浓度都可以降低NOX排放。

如附图1所示，为了避免由于加湿后的EGR气体在文丘里管与从增压器2出来的新鲜空气混合后温度降低，露点降低而析出水，会腐蚀设备并恶化气缸内燃烧，在柴油机进气口处安装温度、压力、湿度传感器15，监测进气的温度、压力、湿度值，并将监测信号传递给喷水控制阀5，根据水蒸气的相图来控制喷水阀的开度，使进气湿度始终小于其在对应压力和温度下的饱和值，从而避免加湿后的EGR气体因遇到新鲜空气再次冷却而析出水。由于柴油机进气管13处的温度比喷淋腔8出口的温度低，所以柴油机进气口的气体湿度饱和值要比喷淋腔出口气体湿度饱和值要高，进气口处的气体不析出水时，喷淋腔出口的气体也不会析出水。

Claims (5)

1.具有加湿效果的柴油机EGR系统，包括柴油机、涡轮增压器，涡轮增压器的压气机安装在柴油机进气管上，涡轮增压器的涡轮安装在柴油机排气管上，其特征是：还包括废水槽、第一捕雾器、第二捕雾器，压气机与柴油机之间的进气管上依次安装中冷器、文丘里管，涡轮与柴油机之间的排气管旁通EGR管路，EGR管路连通文丘里管，EGR管路上自排气管向文丘里管方向依次安装滤网、EGR冷却器、喷淋腔、EGR阀，EGR冷却器采用水冷，其上设置进水管和回水管，回水管连通喷淋腔，在回水管与喷淋腔间的管路上安装喷水控制阀；

文丘里管与柴油机之间的进气管上安装第一捕雾器，第一捕雾器通过第一废水管连通废水槽，喷淋腔和EGR阀之间的EGR管路上安装第二捕雾器，喷淋腔旁通第二废水管，第二废水管连通废水槽，第二捕雾器通第二废水管相连通。

2.根据权利要求1所述的具有加湿效果的柴油机EGR系统，其特征是：在喷水控制阀与喷淋腔之间的管路上安装加压泵。

3.根据权利要求1或2所述的具有加湿效果的柴油机EGR系统，其特征是：在进气管上安装与文丘里管并联的旁通阀。

4.根据权利要求1或2所述的具有加湿效果的柴油机EGR系统，其特征是：在进气管上分别安装温度传感器、压力传感器、湿度传感器，温度传感器、压力传感器、湿度传感器、喷水控制阀均连接控制系统，控制系统采集温度传感器、压力传感器、湿度传感器的信号从而控制喷水控制阀的开度。

5.根据权利要求3所述的具有加湿效果的柴油机EGR系统，其特征是：在进气管上分别安装温度传感器、压力传感器、湿度传感器，温度传感器、压力传感器、湿度传感器、喷水控制阀均连接控制系统，控制系统采集温度传感器、压力传感器、湿度传感器的信号从而控制喷水控制阀的开度。