CN111173654A - Egr单元及发动机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及EGR单元及发动机系统。为了提供一种发动机运行中在停止EGR风机时能使微小量的扫气流入EGR流路的EGR单元，本发明一形态的EGR单元是设置于具备船用二冲程发动机的发动机系统，从排气流路抽出排气气体并将抽出的排气气体向比排气流路压力高的扫气流路供给的EGR单元，具备：衔接排气流路与扫气流路的EGR流路和设置于EGR流路的EGR风机；EGR流路形成为在EGR风机停止时，利用排气流路与扫气流路的压力差使冲扫气体从EGR流路的出口流入，藉由流入的冲扫气体使该EGR流路内的排气气体向排气流路排出的结构；EGR风机形成为发动机运行中在该EGR风机停止时，冲扫气体漏流于该EGR风机所具有的多个构件中相对移动的构件间的间隙的结构。

Description

EGR单元及发动机系统
技术领域
本发明涉及EGR单元及发动机系统。
背景技术
近年来，船用发动机的排气气体限制受到了加强，IMO（国际海事组织）对2016年1月1日以后开始建造的船舶在ECA（排放限制海域；Emission Control Area）航行的情况适用相比一级限制值削减80％NOx排出量的三级限制值。对该限制的对策之一是设置排气气体再循环（Exhaust Gas Recirculation；EGR）单元。EGR单元将从发动机排出的排气气体通过EGR流路向扫气流路供给。将排气气体供给至扫气流路（进行EGR），由此使冲扫气体的氧浓度下降，缸内的燃烧时间增长，结果是燃烧最高温度降低，能抑制NOx的排出量。不过，进行EGR会使燃料消耗率恶化，所以一般会进行如下运用：在ECA内运行EGR风机以进行EGR，而在ECA外停止EGR风机从而不进行EGR。又，处于在发动机低负荷时等NOx排出量较少的负荷区域时也会停止EGR风机。
此处，在现有的EGR单元中设置有向EGR流路压送排气气体的EGR风机且设置有在EGR风机停止时关闭的开闭阀或防止逆流的逆止阀（例如参照专利文献1）。像这样在EGR流路中设置开闭阀、逆止阀等，由此能防止冲扫气体在EGR风机停止时从扫气流路流入EGR流路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-122575号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
然而，如果使排气气体就这样残留在EGR流路内，恐怕会使构成EGR流路的配管等的污垢、腐蚀加剧。因此，明确了理想的是发动机运行中在停止EGR风机时使冲扫气体流入EGR流路从而排出排气气体。不过，若流入EGR流路的冲扫气体的量过多，则会使向发动机供给的冲扫气体的供给量不足，还会有燃料消耗率的恶化、甚至失火这些问题。
鉴于上述情况，本发明目的在于提供一种发动机运行中在停止EGR风机时能使微小量的冲扫气体流入EGR流路的EGR单元。又，目的在于提供一种发动机运行中在停止EGR风机时能使微小量的冲扫气体流入EGR流路的发动机系统。
解决问题的手段：
根据本发明一形态的EGR单元是设置于具备船用二冲程发动机的发动机系统，从排气流路抽出排气气体并将抽出的排气气体向压力比所述排气流路高的扫气流路供给的EGR单元，具备：衔接所述排气流路与所述扫气流路的EGR流路和设置于所述EGR流路的EGR风机；所述EGR流路形成为在所述EGR风机停止时，利用所述排气流路与所述扫气流路的压力差使冲扫气体从所述EGR流路的出口流入，藉由流入的冲扫气体使该EGR流路内的排气气体向所述排气流路排出的结构；所述EGR风机形成为在发动机运行中该EGR风机停止时，冲扫气体漏流于该EGR风机所具有的多个构件中相对移动的构件间的间隙的结构。
该EGR单元中，EGR风机形成为发动机运行中在该EGR风机停止时，使冲扫气体漏流于该EGR风机具有的多个构件中进行相对移动的构件间的间隙的结构。即，在EGR风机停止时EGR风机自身作为节流器（orifice）发挥功能，因此能在停止EGR风机时防止向发动机供给的冲扫气体的供给量过度降低，同时使微小量的冲扫气体流入EGR流路。因此，根据上述结构，能提供一种发动机运行中在停止EGR风机时能使微小量的冲扫气体流入EGR流路的EGR单元。
也可以是在上述的EGR单元中，所述EGR风机是具备具有多个第一叶片的第一转子、具有多个第二叶片的第二转子和容纳所述第一转子及所述第二转子的壳体的罗茨风机；所述EGR风机形成为在发动机运行中该EGR风机停止时，冲扫气体漏流于所述第一叶片与所述第二叶片的间隙、所述第一叶片与所述壳体的间隙以及所述第二叶片与所述壳体的间隙的结构。
容积式的罗茨风机与轴流式的风机等相比构件间的间隙较小。因此，根据上述结构，能实现冲扫气体漏流于相对移动的构件间的间隙的EGR风机。
也可以是在上述的EGR单元中，所述第一叶片与所述第二叶片的间隙、所述第一叶片与所述壳体的间隙以及所述第二叶片与所述壳体的间隙均在0.1mm以上1.5mm以下。
根据该结构，发动机运行中在停止EGR风机时能使适量的冲扫气体流入EGR流路。
也可以是在上述的EGR单元中，还具备设置于所述EGR流路的比所述EGR风机靠排气流路侧处，在发动机运行中所述EGR风机停止时关闭的入口阀；所述入口阀形成为在所述EGR风机停止而该入口阀关闭时，冲扫气体漏流于所述入口阀具有的阀片与阀座的间隙的结构。
根据该结构，在入口阀关闭时入口阀作为节流器发挥功能，因此能进一步抑制流入EGR流路的冲扫气体的量。其结果是，能使供给至发动机的冲扫气体的供给量增加，从而改善发动机的燃料消耗率。
又，根据本发明一形态的发动机系统具备上述的EGR单元中的任意一种。
根据该结构，能提供一种发动机运行中在停止EGR风机时能使微小量的冲扫气体流入EGR流路的发动机系统。
发明效果：
根据上述结构，能提供一种发动机运行中在停止EGR风机时能使微小量的冲扫气体流入EGR流路的EGR单元。又，能提供一种发动机运行中在停止EGR风机时能使微小量的冲扫气体流入EGR流路的发动机系统。
附图说明
图1是发动机系统的整体图；
符号说明：
10　发动机；
20　排气流路；
40　扫气流路；
50　EGR单元；
51　EGR流路；
53　EGR风机；
54　入口阀；
61　第一转子；
62　第二转子；
63　壳体；
65　第一叶片；
66　第二叶片；
71　阀片；
72　阀座；
100 发动机系统。
具体实施方式
＜发动机系统＞
以下，说明根据本发明的实施形态的发动机系统100。首先，说明发动机系统100的整体结构。图1是发动机系统100的整体图。图1中，粗描虚线示出了排气气体的流动，粗描实线示出了冲扫气体的流动。如图1所示，本实施形态的发动机系统100是大型船船用的发动机系统，具备发动机10、排气流路20、增压机30、扫气流路40以及EGR单元50。
本实施形态的发动机10是大型船舶的推进用主机，为二冲程柴油发动机。发动机10具有多个缸11（图1中仅图示了一个缸11），各缸11内燃料爆发燃烧由此活塞12进行驱动。另外，发动机10是二冲程发动机即可，除二冲程柴油发动机以外也可以是二冲程二元燃料发动机等。
排气流路20是将缸11内由燃料的爆发燃烧产生的排气气体向外部排出的流路。排气流路20由图外的配管、除此以外的位于发动机10出口附近的排气管21等形成。即，排气流路20具有排气管21。发动机10产生的排气气体在排气管21中暂时积存后，向增压机30排出。
增压机30是压缩冲扫气体的装置。增压机30具有设置于排气流路20的涡轮部31、设置于扫气流路40的压缩机部32以及连结涡轮部31与压缩机部32的连结轴33。在藉由排气气体的能量使涡轮部31旋转时，压缩机部32也随之旋转。压缩机部32旋转，由此压缩从外部引入的冲扫气体（新气）。
扫气流路40是向发动机10供给冲扫气体的流路。被增压机30压缩的冲扫气体在扫气流路40中流动，在汇合点41引入从后述的EGR流路51供给的排气气体后向发动机10供给。扫气流路40由图外的配管、除此以外的位于发动机10入口附近的扫气管42等形成。即，扫气流路40具有扫气管42。扫气管42将冲扫气体暂时积存后向发动机10供给。
另外，如上所述本实施形态的发动机10为二冲程发动机。二冲程发动机形成为在活塞12处于下死点附近且扫气道打开时，使冲扫气体流入缸11内并将缸11内的排气气体排出的结构。因此，扫气流路40的压力总是高于排气流路20的压力。
EGR单元50是将排气气体从排气流路20抽出并向扫气流路40供给的单元。将排气气体供给至扫气流路40，由此使冲扫气体的氧浓度下降，缸内的燃烧时间增长，结果是燃烧最高温度降低，抑制了与冲扫气体中的氮结合的热力型NOx的产生，所以能抑制排气气体中含有的NOx的排出量。EGR单元50的具体内容后述。
＜EGR单元＞
接着，详细说明EGR单元50。如图1所示，本实施形态的EGR单元50具有EGR流路51、洗涤器52、EGR风机53以及入口阀54。
EGR流路51是从排气流路20抽出排气气体，并将抽出的排气气体向扫气流路40供给的流路。本实施形态的EGR流路51由图外的配管等形成，衔接排气流路20的排气管21与较扫气流路40的扫气管42靠上游侧的部分。不过，EGR流路51衔接排气流路20与扫气流路40即可，连接位置并不限定。例如，也可以是EGR流路51衔接排气管21与扫气管42。
洗涤器52是将引入EGR流路51的排气气体洗净的装置。本实施形态的发动机10以重油为燃料，排气气体中含有SOx及大量的煤烟等。若将引入EGR流路51的排气气体直接供给至发动机10，则排气气体中含有的SOx及煤烟等会对发动机10造成不良影响。因此，本实施形态使用洗涤器52以从排气气体中除去SOx及煤烟等。
EGR风机53是设置于较EGR流路51的洗涤器52靠下游处，将排气气体向扫气流路40压送的装置。本实施形态的EGR风机53是转速与送风量呈比例的容积式的风机，更具体而言是罗茨风机。如图1所示，EGR风机53具有第一转子61、第二转子62和容纳第一转子61及第二转子62的壳体63。
本实施形态的EGR风机53是三叶式的罗茨风机，因此第一转子61具有三片第一叶片65，第二转子62具有三片第二叶片66。如果EGR风机53为二叶式的罗茨风机，那么第一转子61具有两片第一叶片65，第二转子62会具有两片第二叶片66。在EGR风机53进行驱动期间，第一转子61与第二转子62以在壳体63内相互啮合的形式旋转。因此，第一叶片65与第二叶片66相对移动，第一叶片65与壳体63相对移动，第二叶片66与壳体63相对移动。
如上所述，罗茨风机是容积式的风机，从而理想的是压送的流体尽可能不从第一叶片65与第二叶片66之间、第一叶片65与壳体63之间以及第二叶片66与壳体63之间泄漏。然而，若这些构件之间没有间隙那么第一转子61及第二转子62就无法旋转。因此，实际上这些构件之间形成有细微的间隙。本实施形态中，这些间隙均设定在0.1mm以上1.5mm以下。
入口阀54是设置在EGR流路51的入口侧的阀。本实施形态中，设置于较EGR流路51的洗涤器52靠上游侧处。又，入口阀54形成为在EGR风机53停止时关闭的结构。另外，本实施形态的入口阀54为蝶形阀，但入口阀54除蝶形阀之外也可以是闸阀等其他阀。
入口阀54具有由金属形成为能使高温的排气气体关停或通过的结构的阀片71以及同样由金属形成的阀座72。并且，在入口阀54关闭时，阀片71与阀座72不经由密封构件等而直接接触。即，本实施形态的入口阀54采用金属接触结构。因此，即便在入口阀54关闭的状态下阀片71与阀座72之间仍形成有细微的间隙。
如上，本实施形态的EGR单元50中没有设置如发动机10运行中在EGR风机53停止时使EGR流路51内的流体完全停止那样的阀或构件。EGR风机53在构件间存在细微的间隙，入口阀54在关闭时在阀片71与阀座72之间存在细微的间隙。
＜EGR单元的动作＞
接着，说明EGR单元50的动作。在发动机系统100进行驱动期间并不总是执行EGR，根据装载有发动机系统100的船舶的航行海域、发动机系统100的运行状況等来停止EGR。在发动机10运行中停止EGR风机53，由此不向扫气流路40供给排气气体从而停止EGR。又，随着EGR风机53的停止，入口阀54关闭。
如前所述，扫气流路40的压力高于排气流路20的压力。并且，本实施形态的EGR单元50中没有设置如发动机10运行中在EGR风机53停止时使EGR流路51内的流体完全停止那样的阀或构件。因此，在EGR风机53停止时，冲扫气体因排气流路20与扫气流路40的压力差而从EGR流路51的出口流入。藉此，残留于EGR流路51的排气气体因流入的冲扫气体而向排气流路20排出。其结果是，能藉由残留于EGR流路51的排气气体来抑制构成EGR流路51的配管等的污垢、腐蚀加剧等。
此外，虽然在形成EGR风机53的构件间存在间隙，在入口阀54的阀片71与阀座72之间存在间隙，然而这些间隙为细微的间隙。因此，发动机10运行中在EGR风机53停止时，EGR风机53及入口阀54分别作为节流器发挥功能。藉此，流入EGR流路51的冲扫气体的量为微小量，能抑制冲扫气体的减少所带来的发动机10燃料消耗率的恶化。

Claims (5)

1.一种EGR单元，其特征在于，
是设置于具备船用二冲程发动机的发动机系统，从排气流路抽出排气气体并将抽出的排气气体向压力比所述排气流路高的扫气流路供给的EGR单元；
具备：衔接所述排气流路与所述扫气流路的EGR流路；和
设置于所述EGR流路的EGR风机；
所述EGR流路形成为在所述EGR风机停止时，利用所述排气流路与所述扫气流路的压力差使冲扫气体从所述EGR流路的出口流入，藉由流入的冲扫气体使该EGR流路内的排气气体向所述排气流路排出的结构；
所述EGR风机形成为在发动机运行中该EGR风机停止时，冲扫气体漏流于该EGR风机所具有的多个构件中相对移动的构件间的间隙的结构。
2.根据权利要求1所述的EGR单元，其特征在于，
所述EGR风机是具备具有多个第一叶片的第一转子、具有多个第二叶片的第二转子和容纳所述第一转子及所述第二转子的壳体的罗茨风机；
所述EGR风机形成为在发动机运行中该EGR风机停止时，冲扫气体漏流于所述第一叶片与所述第二叶片的间隙、所述第一叶片与所述壳体的间隙以及所述第二叶片与所述壳体的间隙的结构。
3.根据权利要求2所述的EGR单元，其特征在于，
所述第一叶片与所述第二叶片的间隙、所述第一叶片与所述壳体的间隙以及所述第二叶片与所述壳体的间隙均在0.1mm以上1.5mm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的EGR单元，其特征在于，
还具备设置于所述EGR流路的比所述EGR风机靠排气流路侧处，在发动机运行中所述EGR风机停止时关闭的入口阀；
所述入口阀形成为在发动机运行中所述EGR风机停止而该入口阀关闭时，冲扫气体漏流于所述入口阀具有的阀片与阀座的间隙的结构。
5.一种发动机系统，其特征在于，
具备权利要求1至4中任一项所述的EGR单元。
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