CN110714825B - 一种二冲程柴油机的排气和扫气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于柴油机技术领域，公开了一种二冲程柴油机的排气和扫气系统，包括排气装置和扫气装置，其中：排气装置朝向扫气装置的一侧可选择地设有废气后处理单元；扫气装置具有两种连接状态：当排气装置设有废气后处理单元时，扫气装置朝向排气装置的一侧设有第二连接单元，第二连接单元被配置为连接废气后处理单元；当排气装置未设有废气后处理单元时，扫气装置朝向排气装置的一侧设有第一连接单元，第一连接单元被配置为连接排气装置。本发明的有益效果：在排气装置和扫气装置之间可选择地设有废气后处理单元，根据是否设有废气后处理单元设置不同的连接单元，并且不同的连接单元不会影响主机的整体外形尺寸，从而适应不同的改造需求。

Description

一种二冲程柴油机的排气和扫气系统
技术领域
本发明涉及柴油机技术领域，尤其涉及一种二冲程柴油机的排气和扫气系统。
背景技术
随着废气后处理技术广泛应用于大功率低速二冲程柴油机，对废气后处理单元的集成化设计需求也越来越迫切，尤其是对于船用大功率低速二冲程柴油机，机外废气后处理单元占用的空间过大，对整船经济性造成极大影响。对于机上废气后处理单元设计需要解决的问题有两方面，一方面是在主机已经捉襟见肘的空间中找出可以用于布置废气后处理单元的合理方案；另一方面是让相关改进设计具有较为易于在带废气后处理单元和不带废气后处理单元的排气装置间切换的特性，以适应不同使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二冲程柴油机的排气和扫气系统，使之不因废气后处理单元的增加而额外增加主机的整体外形尺寸，同时由于排气装置安装布置在扫气系统上方，两者的连接方式设计为可在同一扫气系统上安装集成了废气后处理单元的排气装置，也能够安装未集成废气后处理单元的排气装置。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种二冲程柴油机的排气和扫气系统，包括排气装置和扫气装置，其中：
所述排气装置朝向所述扫气装置的一侧可选择地设有废气后处理单元；
所述扫气装置具有两种连接状态：
当所述排气装置未设有所述废气后处理单元时，所述扫气装置朝向所述排气装置的一侧设有第一连接单元，所述第一连接单元被配置为连接所述排气装置；
当所述排气装置设有所述废气后处理单元时，所述扫气装置朝向所述排气装置的一侧设有第二连接单元，所述第二连接单元被配置为连接所述排气装置；
所述扫气装置连接所述第一连接单元时的所述二冲程柴油机的排气和扫气系统和所述扫气装置连接所述第二连接单元时的所述二冲程柴油机的排气和扫气系统的总占用体积相同。
作为上述二冲程柴油机的排气和扫气系统的一种优选方案，当所述排气装置不设有所述废气后处理单元时，所述排气装置具有进气端面和出气端面，所述进气端面上设有若干个进气支管，所述出气端面上设有排气支管，所述排气支管与所述扫气装置连通。即，主机的多个排气阀排出的废气通过进气支管进入排气装置中平抑压力后从排气支管排出至扫气装置。
作为上述二冲程柴油机的排气和扫气系统的一种优选方案，当所述排气装置设有所述废气后处理单元时，所述排气装置沿靠近所述扫气装置的方向设有混合腔室以及催化腔室和输出腔室，所述催化腔室被配置为混合气体在所述催化腔室中能够发生催化，所述混合腔室设有进气支管，所述输出腔室设有与所述扫气装置连通的排气支管。
废气先进入混合腔室，可以在催化腔室中催化后从输出腔室输出，这种排气路径较长、催化效果明显；也可不经过催化腔室直接从输出腔室输出，这种种排气路径较短，排气时间较短。
作为上述二冲程柴油机的排气和扫气系统的一种优选方案，所述催化腔室与所述混合腔室之间、所述催化腔室和所述输出腔室之间、所述混合腔室与所述输出腔室之间均能够可选择地打开和关闭。
废气可控制地按照先进入混合腔室，可以在催化腔室中催化后从输出腔室输出的路径输出或不经过催化腔室直接从输出腔室输出的路径输出。
作为上述二冲程柴油机的排气和扫气系统的一种优选方案，所述催化腔室和所述输出腔室沿所述混合腔室的长度方向设置，所述催化腔室设置两组，且两组所述催化腔室关于所述输出腔室对称。
催化腔室和输出腔室沿混合腔室的长度方向设置，不会增加主机的长度尺寸，也可以避免废气集中一个路径排出，增加废气排除效率；另外，两组催化腔室关于输出腔室对称，即催化腔室连接在混合腔室的两端，输出腔室连接在混合腔室的中部，在布局上更加对称，同时设置两种排气路径更方便。
作为上述二冲程柴油机的排气和扫气系统的一种优选方案，所述废气后处理单元包括尿素喷射装置和SCR催化剂，所述尿素喷射装置设置在所述混合腔室中，所述SCR催化剂设置在每个所述催化腔室中。
此时排气装置的混合腔室同时作为排气压力波动平抑装置，以及废气与尿素充分混合装置，借助废气的高温，混合尿素使之发生水解和热解反应。设置SCR催化剂，使气体流经催化剂后送入扫气装置。
作为上述二冲程柴油机的排气和扫气系统的一种优选方案，所述尿素喷射与所述进气支管一一对应，每个所述尿素喷射装置的喷射方向与其对应的所述进气支管的进气方向相互垂直。
尿素喷射装置对应进气支管一一使得喷射尿素能够与各缸排气气流交叉充分混合，提高反应效率。
作为上述二冲程柴油机的排气和扫气系统的一种优选方案，所述排气装置的底部设有安装座，所述扫气装置的顶部设有用于固定连接所述安装座的连接座，所述安装座和所述连接座组成所述第二连接单元。
作为上述二冲程柴油机的排气和扫气系统的一种优选方案，所述第一连接单元包括沿所述排气装置长度方向间隔布置的竖直连接板。
作为上述二冲程柴油机的排气和扫气系统的一种优选方案，所述第一连接单元还包括连接设置在相邻两个所述竖直连接板对角端的倾斜连接板。
本发明的有益效果：在排气装置和扫气装置之间可选择地设有废气后处理单元，根据是否设有废气后处理单元设置不同的连接单元，并且不同的连接单元不会影响主机的整体外形尺寸，从而适应不同的改造需求。
附图说明
图1是本发明具体实施例一提出的二冲程柴油机的排气和扫气系统的结构示意图；
图2是本发明具体实施例二提出的二冲程柴油机的排气和扫气系统的结构示意图；
图3是图2中的排气装置的一种气体流动示意图；
图4是图2中的排气装置的另一种气体流动示意图。
图中：
1-排气装置；2-扫气装置；
11-进气支管；12-出气支管；13-混合腔室；14-催化腔室；15-输出腔室；16-安装座；17-竖直连接板；18-倾斜连接板；21-连接座；
131-尿素喷射装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例一
如图1所示，本发明提供的一种二冲程柴油机的排气和扫气系统，包括排气装置1和扫气装置2，排气装置1和扫气装置2均与二冲程柴油机的主机连接。
需要说明的是，该主机包括焊接成型的机座、机架和铸造成型的气缸体，主机的扫气方式为直流扫气。
在本实施例中，排气装置1位于扫气装置2的上方，排气装置1用于收集并容纳来自主机各排气阀排出的废气，平抑压力波动后送入扫气装置2，排气装置1的长度不超过主机上层平台的长度，宽度不超过主机缸径的三倍，排气装置1的安装高度不超过主机冲程的两倍。
扫气装置2包括扫气主体、空气冷凝器、滴水分离器和涡轮增压器，扫气主体的内部设有空气冷凝器、滴水分离器，扫气主体的外部设有至少一套涡轮增压器。空气冷凝器和滴水分离器的作用在于将涡轮增压器提供的高温高压空气冷却至主机工作所需的扫气温度，并将空气冷却后析出的水滴与气体分离并泄放；涡轮增压器用于将主机各排气阀排出的高温废气作为能量来源驱动涡轮机，带动压气机将空气压缩并提供给扫气主体的内部，气体经过空气冷凝器冷却作用和滴水分离器的滴水分离作用后送入扫气主体的扫气箱内。
继续参见图1，该排气装置1不设有废气后处理单元，此时排气装置1与扫气装置2间隔一定距离设置。
排气装置1朝向扫气装置2的一侧沿长度方向间隔布置多个竖直连接板17，竖直连接板17同时与扫气装置2连接，此时竖直连接板17构成用于连接排气装置1和扫气装置2的第一连接单元。
为了提高连接的稳定效果，相邻两个竖直连接板17的对角端设有倾斜连接板18。在本实施例中，排气装置1的下端设有三个竖直连接板17，相邻两个竖直连接板17之间设有一个倾斜连接板18。
实施例二
参见图2～图4，本发明提供的另一种二冲程柴油机的排气和扫气系统，包括排气装置1和扫气装置2，排气装置1和扫气装置2均与二冲程柴油机的主机连接。
需要说明的是，该主机包括焊接成型的机座、机架和铸造成型的气缸体，主机的扫气方式为直流扫气。
在本实施例中，排气装置1位于扫气装置2的上方，排气装置1设有废气后处理单元，排气装置1用于收集并处理来自主机各排气阀排出的废气，平抑压力波动后送入扫气装置2，排气装置1的长度不超过主机上层平台的长度，宽度不超过主机缸径的三倍，排气装置1的安装高度不超过主机冲程的两倍。
扫气装置2包括扫气主体、空气冷凝器、滴水分离器和涡轮增压器，扫气主体的内部设有空气冷凝器、滴水分离器，扫气主体的外部设有至少一套涡轮增压器。空气冷凝器和滴水分离器作用在于将涡轮增压器提供的高温高压空气冷却至主机工作所需的扫气温度，并将空气冷却后析出的水滴与气体分离并泄放；涡轮增压器用于将主机各排气阀排出的高温废气作为能量来源驱动涡轮机，带动压气机将空气压缩并提供给扫气主体的内部，气体经过空气冷凝器冷却作用和滴水分离器的滴水分离作用后送入扫气主体的扫气箱内。
需要说明的是，扫气装置2连接第二连接单元时的二冲程柴油机的排气和扫气系统与扫气装置2连接第一连接单元时的二冲程柴油机的排气和扫气系统的总占用体积相同：即扫气装置2连接第二连接单元时的二冲程柴油机的排气和扫气系统整体的长、宽、高与扫气装置2连接第一连接单元时的二冲程柴油机的排气和扫气系统整体的长、宽、高相同。
继续参见图2～图4，排气装置1的内部设有混合腔室13、催化腔室14和输出腔室15，在本实施例中，混合腔室13位于排气装置1的顶部，催化腔室14和输出腔室15设置在混合腔室13的下方。即改装后的排气装置1填补了不设置废气后处理单元时排气装置1与扫气装置2之间的间距。
进一步，在本实施例中，混合腔室13上设有进气支管11用于接收废气并在其内部混合，催化腔室14与混合腔室13连接，气体可在催化腔室中进行催化，从而减少废气中的NOx，气体可通过输出腔室15的出气支管12输出至涡轮增压器中。
在本实施例中，混合腔室13和催化腔室14之间能够可选择的打开和关闭，混合腔室13与输出腔室15也能够可选择的打开和关闭，同时催化腔室14和输出腔室15也能够可选择的打开和关闭。
上述实现两个腔室之间“打开和关闭”是通过控制阀门的开启和关闭来实现的。
如图3，打开混合腔室13和催化腔室14之间的阀门、打开催化腔室14和输出腔室15之间的阀门以及关闭混合腔室13与输出腔室15之间的阀门时，气体能够从混合腔室13到达催化腔室14再由输出腔室15输出(图3中箭头方向)，此过程气体会受到催化作用。
如图4，当打开混合腔室13和输出腔室15之间的阀门、关闭混合腔室13与催化腔室14之间的阀门，同时关闭催化腔室14和输出腔室15之间的阀门时，气体能够直接从混合腔室13到达输出腔室15后排出(图4中箭头方向)，从而缩短了气体输出路径，加快了气体输出效率。
在本实施例中，输出腔室15位于混合腔室13中部下方，两组催化腔室14对称地设置在输出腔室15的两侧，此时方便设计上述两种气体输出路径(催化路径和不催化路径)，并且气体能够从混合腔室13的两侧均匀的进入到催化腔室14中，从而提高催化效率。
另外，在本实施例中，催化腔室14共有上下两层，输出腔室15的高度与两层催化腔室14的总高度一致。即上下两侧催化腔室14均可沿水平方向进入输出腔室15中。
需要说明的是，催化腔室14的层数不限于两层，也可以为一层、三层、四层或更多，本发明不限于此。
进一步，废气后处理单元包括尿素喷射装置131和SCR催化剂，尿素喷射装置131设置在混合腔室13上用于向后者内部喷射尿素，SCR催化剂填充在每个催化腔室14中用于对气体进行催化。
在本实施例中，尿素喷射装置131与进气支管11一一对应，每个尿素喷射装置131的喷射方向与其对应的进气支管11的进气方向相互垂直。即进气支管11的进气方向沿水平方向时，尿素喷射装置131的喷射方向沿竖直方向，此时尿素与各缸排气气流相互交叉、充分混合。
需要说明的是，此时混合腔室13作为排气压力波动平抑装置，以及废气与尿素充分混合装置，借助废气的高温，混合尿素使之发生水解和热解反应。
进一步，排气装置1的底部设有安装座16，扫气装置2的顶部设有用于固定连接安装座的连接座21，安装座16和连接座21组成用于连接排气装置1和扫气装置2的第二连接单元。
本发明的安装过程为：当排气装置1不集成废气后处理单元时，排气装置1和扫气装置2之间通过竖直连接板17和倾斜连接板18连接；当排气装置1集成废气后处理单元时，排气装置1和扫气装置2之间通过安装座16和连接座21连接。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二冲程柴油机的排气和扫气系统，其特征在于，包括排气装置(1)和扫气装置(2)，其中：
所述排气装置(1)朝向所述扫气装置(2)的一侧可选择地设有废气后处理单元；
所述扫气装置(2)具有两种连接状态：
当所述排气装置(1)未设有所述废气后处理单元时，所述排气装置(1)具有进气端面和出气端面，所述进气端面上设有若干个进气支管(11)，所述出气端面上设有排气支管(12)，所述排气支管(12)与所述扫气装置(2)连通，所述扫气装置(2)朝向所述排气装置(1)的一侧设有第一连接单元，所述第一连接单元被配置为连接所述排气装置(1)；
当所述排气装置(1)设有所述废气后处理单元时，所述排气装置(1)沿靠近所述扫气装置(2)的方向设有混合腔室(13)以及催化腔室(14)和输出腔室(15)，所述催化腔室(14)被配置为混合气体在所述催化腔室(14)中能够发生催化，所述混合腔室(13)设有进气支管(11)，所述输出腔室(15)设有与所述扫气装置(2)连通的排气支管(12)，所述扫气装置(2)朝向所述排气装置(1)的一侧设有第二连接单元，所述第二连接单元被配置为连接所述排气装置(1)；
所述扫气装置(2)连接所述第一连接单元时的所述二冲程柴油机的排气和扫气系统和所述扫气装置(2)连接所述第二连接单元时的所述二冲程柴油机的排气和扫气系统的总占用体积相同。
2.根据权利要求1所述的二冲程柴油机的排气和扫气系统，其特征在于，所述催化腔室(14)与所述混合腔室(13)之间、所述催化腔室(14)和所述输出腔室(15)之间、所述混合腔室(13)与所述输出腔室(15)之间均能够可选择地打开和关闭。
3.根据权利要求2所述的二冲程柴油机的排气和扫气系统，其特征在于，所述催化腔室(14)和所述输出腔室(15)沿所述混合腔室(13)的长度方向设置，所述催化腔室(14)设置两组，且两组所述催化腔室(14)关于所述输出腔室(15)对称。
4.根据权利要求2或3所述的二冲程柴油机的排气和扫气系统，其特征在于，所述废气后处理单元包括尿素喷射装置(131)和SCR催化剂，所述尿素喷射装置(131)设置在所述混合腔室(13)中，所述SCR催化剂设置在所述催化腔室(14)中。
5.根据权利要求4所述的二冲程柴油机的排气和扫气系统，其特征在于，所述尿素喷射装置(131)与所述进气支管(11)一一对应，每个所述尿素喷射装置(131)的喷射方向与其对应的所述进气支管(11)的进气方向相互垂直。
6.根据权利要求5所述的二冲程柴油机的排气和扫气系统，其特征在于，所述排气装置(1)的底部设有安装座(16)，所述扫气装置(2)的顶部设有用于固定连接所述安装座(16)的连接座(21)，所述安装座(16)和所述连接座(21)组成所述第二连接单元。
7.根据权利要求1所述的二冲程柴油机的排气和扫气系统，其特征在于，所述第一连接单元包括多个竖直连接板(17)，多个所述竖直连接板(17)沿所述排气装置(1)的长度方向间隔布置。
8.根据权利要求7所述的二冲程柴油机的排气和扫气系统，其特征在于，所述第一连接单元还包括连接相邻两个所述竖直连接板(17)对角端的倾斜连接板(18)。
CN201911018433.9A 2019-10-24 2019-10-24 一种二冲程柴油机的排气和扫气系统 Active CN110714825B (zh)

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