CN203655418U - 一种用于船用中速柴油机的egr系统 - Google Patents

一种用于船用中速柴油机的egr系统 Download PDF

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平涛
胡必柱
仲杰
李先南
张文正
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Abstract

本实用新型公开了一种用于船用中速柴油机的废气再循环系统，包括排气管路、EGR管路、EGR旁通管路、EGR混合器和废气旁通管路。EGR管路安装有EGR阀和EGR单向阀，EGR阀用于开启和关闭EGR管路，EGR单向阀用于阻止空气流入EGR管路。EGR旁通管路上安装EGR旁通阀，EGR旁通阀用于控制流向EGR旁通管路和EGR管路的废气流量。废气旁通管路上安装有废气旁通阀，废气旁通阀用于控制通过涡轮增压器的废气流量。通过调节EGR旁通阀的开合，使排气重新进入气缸，克服船用中速柴油机较大的进排气压力逆差，降低NOx排放。

Description

一种用于船用中速柴油机的EGR系统
技术领域
本实用新型涉及一种废气再循环系统，尤其涉及一种用于船用中速柴油机的EGR系统。
背景技术
废气再循环EGR（Exhaust Gas Recirculation）技术是通过将一定量的燃烧废气以一定的方式重新引入到发动机气缸中，使气缸内的进气空气的惰性气体（水蒸汽、氮气和二氧化碳等）比例增加，由于惰性气体具有较高的比热容，所以含有较高比例惰性气体的进气空气的比热容增加，从而降低了燃烧过程的最高燃烧温度，抑制NOx的生成。
目前，小型柴油机上广泛使用的是高压EGR系统，但高压EGR系统并不适用于船用中速柴油机。例如，专利CN102797595A提出的采用文丘里管的方式将排气引入至进气管，以及CN101255822A提出的采用进气节流阀对进气节流，使废气能够进入进气管。但对于进排气压力差大于1.2bar的高增压船用中速柴油机而言，这些系统会造成较大的节流损失，空燃比降低，使得燃烧恶化，燃油消耗率和颗粒物排放会急剧增加，因此必须采用能够提供更高EGR驱动力的EGR系统。
虽然目前已经有一些系统可以提供更高的EGR驱动力，但这些方法也存在一些问题。例如，美国专利US5564275公开了一种适用于高增压柴油机的高压EGR系统，该系统加装了额外的EGR增压器，利用废气在涡轮中膨胀做功驱动压气机对EGR进行增压的方式来克服进排气压力逆差，但是该系统的管路设计和控制系统比较复杂，另外EGR增压器压气机的工作介质为高温高压的柴油机排气，目前市场找不到成熟可靠的产品，即使市场上出现该产品，由于其特殊的使用环境，其成本也会非常高。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种废气再循环系统，以满足船用中速柴油机的需求。
实用新型内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种船用中速柴油机的废气再循环系统。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于船用中速柴油机的EGR系统，包括进气管、排气管、涡轮增压器、涡轮、压力机和中冷器，其特征在于，
所述废气再循环系统包括排气管路、EGR管路和EGR旁通管路；所述排气管路与所述柴油机、所述EGR管路和所述EGR旁通管路连接，所述EGR管路与所述排气管路和所述EGR混合器连接，所述EGR旁通管路与所述EGR管路、所述排气管路和所述涡轮增压器连接；
所述排气管路包括所述排气管、排气支管和个别气缸排气管，所述排气管与所述柴油机的气缸和所述EGR旁通管路连接，所述排气支管与所述柴油器的个别气缸和所述个别气缸排气管连接，所述个别气缸排气管与所述排气支管、所述EGR管路和所述EGR旁通管路相连；
所述EGR管路位于所述EGR旁通管路和所述进气管之间，所述EGR管路上安装有EGR阀、EGR单向阀和EGR冷却器，所述EGR阀用于开启和关闭所述EGR管路，所述EGR单向阀用于阻止空气流入所述EGR管路，所述EGR冷却器用于降低混合了废气和空气的气体温度。
所述EGR旁通管路位于所述排气管、所述EGR管路和所述涡轮增压机之间，所述EGR旁通管路上安装EGR旁通阀，所述EGR旁通阀用于控制流向所述EGR旁通管路和所述EGR管路的废气流量。
进一步地，所述EGR系统还包括安装于所述涡轮入口的排气管和所述涡轮出口的排气管之间的废气旁通管路。
进一步地，所述废气旁通管路上安装有废气旁通阀，所述废气旁通阀用于控制通过所述涡轮增压器的废气流量。
进一步地，所述EGR系统还包括EGR混合器，所述EGR混合器与所述EGR管路、所述中冷器和所述进气管连接。
进一步地，所述EGR混合器用于充分混合燃烧废气和空气。
进一步地，所述EGR阀是一个开关阀，用于控制EGR管路的开关和闭合。
在本实用新型的较佳实施方式中，所述EGR旁通阀采用电动式蝶阀或气动式蝶阀。
进一步地，所述柴油机的个别气缸的数量和位置的选择取决于所述柴油机所需的废气量和发火顺序。
本实用新型的一种用于船用中速柴油机的废气再循环系统，选择柴油机的个别气缸作为再循环使用，为了配合个别气缸，相应地规划了排气管路。同时本实用新型EGR系统还包括EGR旁通路和EGR管路。EGR管路位于EGR旁通管路和进气管之间，EGR管路上安装有EGR阀、EGR单向阀和EGR冷却器，通过EGR管路，有效地阻止了空气流入EGR管路；EGR旁通管路用于控制流向EGR旁通管路和EGR管路的废气流量。通过这种结构，通过调节EGR旁通阀的开度，可使某些气缸的排气压力高于进气压力，使排气重新进入气缸，从而实现不增加过多辅助装置克服船用中速柴油机较大的进排气压力逆差，引入EGR降低NOx排放的目的。
本实用新型结构简单，制造成本低，不需要增加过多的设备即可为船用中速柴油机提供足够的EGR驱动力，克服1.2bar以上的进排气压力逆差，使其能够满足更为严格的排放要求。
以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本实用新型的一种用于船用中速柴油机的废气再循环系统的一个较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
本实用新型的一种用于船用中速柴油机的EGR系统具体如图1所示，首先在柴油机本体1中设有提供EGR的个别气缸13。本实用新型的EGR系统的排气管路是专门针对个别气缸13的，其包括排气支管3和排气管4。而柴油机本体1的其他气缸与排气管2、进气管12和涡轮增压器21连接。其次本实用新型还包括EGR旁通管路7和EGR管路8，其中EGR管路8与排气管路和EGR混合器15连接，EGR旁通管路7与EGR管路8、排气管路和涡轮增压器21连接。并且，为保证废气与空气均匀混合，本系统中还设置有EGR混合器15；同时本系统还设有废气旁通管路9，通过该管路上的废气旁通阀10可使EGR系统在的关闭状态下，涡轮增压器21不会发生超速和喘振。该系统将从个别气缸排出的废气经冷却后引入进气管，并进入气缸重新参与燃烧过程，抑制NOx生成。最后，本系统在柴油机进气管12和中冷器19之间设有EGR混合器15，以保证进气箱入口处燃烧废气与空气充分混合。
EGR旁通管路7上设有EGR旁通阀6，EGR旁通阀可控制流向排气管的EGR流量，提高提供再循环废气气缸的排气压力，使其高于进气压力，从而克服进排气逆差，使EGR进入到进气管；EGR管路8设有EGR阀5和单向阀16，EGR阀5用于不需要EGR的工况下关闭EGR管路8；单向阀6是为了防止进气压力高于EGR压力时，空气倒流入EGR管路8。通过该构造，进入气缸参与燃烧的EGR率可以达到精确控制。同时，为了降低EGR与空气的混合气温度，增大柴油机充气效率，EGR管路8上还可设置EGR冷却器。
如图1所示，附图中的箭头表示了废气再循环系统中废气和空气的流向，A表示排气，B表示进气。其中，EGR从个别气缸13中排出，通过排气管路，即与其连接的排气支管3和排气管4，流向EGR旁通管路7和EGR管路8；同时EGR旁通管路7与其他气缸的排气管路2和涡轮增压器21的涡轮11连通。EGR旁通阀6安装在EGR旁通管路7上，通过EGR旁通阀6可以调节EGR压力，并控制流向EGR旁通管路7和EGR管路8的废气流量。在本实用新型的较佳实施例中，EGR旁通阀6即可以选用电动式蝶阀也可以选用气动式蝶阀。EGR管路8上安装有EGR阀5和单向阀16，EGR阀5为开关阀，用于开启和关闭EGR管路8，单向阀16安装于EGR阀5和EGR混合器15之间，由于单向阀16的单向特性，所以有效地防止空气流入EGR管路8；同时，为了降低EGR与空气的混合气温度，增大柴油机充气效率，EGR管路8上还设有EGR冷却器17，EGR冷却器17安装于EGR阀5与单向阀16之间。通过该构造，可为船用中速柴油机提供更高的EGR驱动力，且进入气缸的废气流量和温度可实现精确控制。
进一步地，本实用新型的废气再循环系统还包括EGR混合器15，EGR混合器15安装于中冷器19后的进气管路18、单向阀16和进气管路14之间。进入进气侧的再循环废气与经压气机20增压后的空气在EGR混合器15内充分混合进入进气管12，通过该结构设计，可保证进入各气缸的EGR率均匀性，从而避免了因EGR率不均造成的各缸性能差异。
进一步地，本实用新型的EGR系统还包括废气循环系统，其包括的废气旁通管路9。废气旁通管路9安装于涡轮11入口的排气管2和涡轮11出口的排气管路之间。并且还在废气旁通管路9上安装废气旁通阀10。当EGR阀5关闭时，通过废气旁通阀10可以控制通过涡轮增压器21的涡轮11的废气流量，而且通过该结构，可以有效地防止涡轮增压器21超速和喘振。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于船用中速柴油机的EGR系统，包括进气管、排气管、涡轮增压器、涡轮、压力机和中冷器，其特征在于， 
所述废气再循环系统包括排气管路、EGR管路和EGR旁通管路；所述排气管路与所述柴油机、所述EGR管路和所述EGR旁通管路连接，所述EGR管路与所述排气管路和所述EGR混合器连接，所述EGR旁通管路与所述EGR管路、所述排气管路和所述涡轮增压器连接； 
所述排气管路包括所述排气管、排气支管和个别气缸排气管，所述排气管与所述柴油机的气缸和所述EGR旁通管路连接，所述排气支管与所述柴油器的个别气缸和所述个别气缸排气管连接，所述个别气缸排气管与所述排气支管、所述EGR管路和所述EGR旁通管路相连； 
所述EGR管路位于所述EGR旁通管路和所述进气管之间，所述EGR管路上安装有EGR阀和EGR单向阀； 
所述EGR旁通管路位于所述排气管、所述EGR管路和所述涡轮增压机之间， 
所述EGR旁通管路上安装有EGR旁通阀。 
2.如权利要求1所述的一种用于船用中速柴油机的EGR系统，其中，所述EGR系统还包括安装于所述涡轮入口的排气管和所述涡轮出口的排气管之间的废气旁通管路。 
3.如权利要求2所述的一种用于船用中速柴油机的EGR系统，其中，所述废气旁通管路上安装有废气旁通阀。 
4.如权利要求1所述的一种用于船用中速柴油机的EGR系统，其中，所述EGR系统还包括EGR混合器，所述EGR混合器与所述EGR管路、所述中冷器和所述进气管连接。 
5.如权利要求1所述的一种用于船用中速柴油机的EGR系统，其中，所述EGR阀是一个开关阀。 
6.如权利要求1所述的一种用于船用中速柴油机的EGR系统，其中，所述EGR旁通阀是电动式蝶阀或气动式蝶阀。 
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