一种配置过滤装置的高EGR率单缸机废气再循环系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种配置过滤装置的高EGR率单缸机废气再循环系统，包括气缸单元、背压阀、前置滤器、EGR冷却器、螺杆压气机、油气分离器、EGR率调节阀、EGR二级冷却器以及EGR止回阀，其中：气缸单元采通入压缩空气，压缩空气燃烧后产生的排气一路从排气总管经背压阀排出；另一路经过EGR开关阀依次经过前置滤器、EGR冷却器、螺杆压气机、油气分离器、EGR率调节阀、EGR二级冷却器以及EGR止回阀再进入气缸单元，形成循环回路。本发明专利技术能够采用高EGR率有效实现高密度‑低温燃烧的燃烧策略，实现船用柴油机低排放和高效率。

A high EGR rate single cylinder exhaust gas recirculation system with filter

【技术实现步骤摘要】
一种配置过滤装置的高EGR率单缸机废气再循环系统
本专利技术涉及废气处理领域，具体地，涉及一种配置过滤装置的高EGR率单缸机废气再循环系统。
技术介绍
随着材料学科、制造能力、环保意识以及电子技术等不断的发展，高功率密度、低排放成为当前船用柴油机领域产品创新和新技术研发的主要方向。在高功率密度方面，意味着更高航速、机动性、更大装载能力和更大容量供电能力。而环境保护意识的不断提高，国际相关组织对船用柴油机排放限制也越来越严格，特别是国际海事组织TierIII的实施给船用柴油机的发展带来重大影响。EGR(ExhaustGasRecirculation,废气再循环系统)技术是目前实用有效的降低柴油机NOx排放的机内控制措施之一，但它也会给柴油机带来一些不良的影响，如可能导致燃油消耗率和颗粒排放上升，因此在船用柴油机领域实际应用较少。但另一方面，采用高EGR率(>50％)则是实现低温燃烧模式的一个主要方案，柴油机实现低温燃烧一直是低温燃烧研究领域的难点，其中EGR率是指再循环废气量与吸入气缸的进气总量之比。天津大学苏万华教授在十年“973项目”的支持下，提出高密度-低温燃烧理论，结合高EGR率使柴油机在降低NOx排放的同时，不产生更多的Soot排放物，且能维持输出功率。实现上述要求的另一个关键是提高柴油机进气压力来保持燃烧过程所需的空气量，保证缸内平均当量比在一定限值之内。综上，随着船用柴油机对高功率密度的追求，以及实施严格的排放法规，单级涡轮增压的进气压力(＜0.5MPa)已经不能满足柴油机大范围流量使用需求。提高进气压力和平均有效压力，满足更多的新鲜充量需求，进一步增加EGR率，高密度低温燃烧技术成为发展的主要方向之一。目前，EGR技术广泛使用在作为满足TierIII排放标准的一种机内净化技术措施。在“高密度-低温燃烧”策略中，进一步需要通过采用更高EGR率来降低缸内温度，实现低温燃烧，控制缸内的温度，抑制碳烟生成，从而允许在混合气较浓的条件下实现低碳烟排放，得到较好的氮氧化物和碳烟排放折中结果。在进气压力超高(0～1Mpa)的单缸柴油机上采用更高EGR率实现“高密度-低温燃烧”策略，必须要解决的技术问题有2个：克服更大的进排气压力逆差和解决碳烟、硫化物对系统部件的堵塞、腐蚀问题。首先，为满足缸内低温燃烧研究的要求，EGR率需要大幅扩展。EGR率评价方法较多，通过测量进、排气管中的CO2或O2浓度进行计算。EGR率调整范围受排气背压和进气压力之差影响较大，克服进排气压力逆差是EGR系统设计的主要难点。专利CN102937043B(一种EGR滤水箱和滤水式废气再循环系统)中特别说明在没有运用特殊手段的情况下，EGR率很难超过25％。增压柴油机，特别是两级高增压柴油机的进气压力在增压加压作用后，在高负荷时进气压力更高，造成排气管内的平均压力相对进气管的平均压力更低。为研制功率密度和热效率更高、更低排放大功率柴油机，开发的新型单缸柴油机采用“高密度-低温燃烧”技术，显著特点是具备超高进气压力，同时要求尽可能实现70％左右的高EGR率，必须首先克服进排气压力逆差问题。其次，EGR技术是把上一循环的部分燃烧产物引入新鲜可燃混合气中，从而降低NOx有害燃烧产物的排放，由于排气中含有碳烟颗粒、硫氧化物等成分，会对EGR冷却器、EGR压气机等部件产生腐蚀、污染等不利影响。通过制定严格的排放标准，特别是针对船用柴油机的污染物排放，国际和国内法规要求的船用油品燃料的硫含量大幅降低，国际海事组织附则6要求2012年船舶燃料硫含量不高于3.5％，至2020年硫含量不高于0.5％。我国船用燃料油质量按照国际标准IS08217执行：硫含量≤0.1％m/m，通过制定燃料法规大幅减少了二氧化硫排放，但是碳烟仍然存在，在经过EGR冷却后，碳烟与冷凝后水蒸气聚合粒径会长大并粘结，微量的硫元素会析出会生成极少的硫酸等腐蚀产物。综上，本专利主要解决的问题是：在具备超高进气压力的大功率单缸柴油机上设计一种带过滤装置的废气再循环系统，克服更大的进排气压力逆差和碳烟及腐蚀问题，实现70％左右的高EGR率，结合“高密度-低温燃烧”技术，实现船用柴油机低排放和高效率。船用柴油机行业发展2013-2014年度研究报告披露，曼恩公司采用EGR增压器方式开发了32/44CR单缸机的的EGR系统。单缸机稳压箱的增压空气最大气压1MPa，克服进排气压力方式为EGR增压器，即将一部分废气进入EGR增压器涡轮中做功，做完功后排入大气环境，另一部分废气则进入EGR冷却器中冷却后通入压气机中压缩，增压后进入进气稳压箱中和新鲜空气混合，再度进行冷却后通入缸内参与燃烧，从而完成废气再循环。文献说明可以控制NOx排放降到TierIII排放限值，但是需要解决碳烟排放过高和耐腐蚀问题，没有开展进一步提高EGR率的研究；哈尔滨工程大学张超等人在2012年左右设计研究某620型单缸柴油机EGR系统(见论文《船用柴油机EGR与掺水燃烧技术的研究》)，采用了类似曼恩公司单缸机EGR增压器的方式，但是EGR增压器的涡轮动力来源是由高压空气吹动，该高压空气来自于为柴油机提供进气的高压气源，压气机作为从动件由涡轮带动其旋转压缩废气进行升压。由于高压空气焓值明显低于高温燃气，EGR增压器能力受限，试验仅实现了25％工况以下10％EGR率，且存在Soot排放增加问题；天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室张全长、郑尊清等人在论文《废气再循环对柴油机排气组分影响的试验研究》中说明了由于车用发动机进气压力较低(0.10MPa、0.15MPa、0.19MPa和0.24MPa)，试验时在排气管上安装背压阀，通过采用简单的背压阀开度控制，即可以实现EGR率有效调节，且实现了70％-80％的EGR率。对于超高进气压力的单缸柴油机，如果仅仅采用EGR阀门控制，会由于排气背压的急剧增加，过量空气系数显著减小，排气温度过高，超过单缸机热负荷，因此在高功率密度单缸柴油机上不能采用上述EGR背压阀方式。专利CN102937043B(一种EGR滤水箱和滤水式废气再循环系统)在一台两级增压多缸发动机上的高、低压级管路间设计连接管路及EGR滤水装置、EGR阀门和EGR冷却器，为研究低温燃烧模式，将EGR率扩展至40％左右。专利描述的EGR滤水装置是将EGR气体中的冷凝水、部分凝结在其中的烟尘及碳氢化合物沉积在罐底，浮子所受液态浮力大于重力后，罐内液态排放。该滤水装置可靠性较差，在大功率柴油机的大流量条件下，无法实现工程应用，过滤水会迅速溢出，颗粒去除效率逐渐降低甚至无法实现。专利US2012/0137679A1(INTERNALCOMBUSTIONENGINEEGRAPPARATUS)采用电动EGR泵在一台4缸汽油机上实现了约60％的EGR率，EGR流量最大45g/s。汽油机采用尾气后处理装置SCR和颗粒捕集器，EGR气体取自后处理装置后的管路，无颗粒和硫化物的影响，EGR系统设计主要是冷却器和EGR泵。EGR泵采用具有压力适中、长期运行磨损后自补偿的偏心转子泵。但是对于大功率柴油机，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配置过滤装置的高EGR率单缸机废气再循环系统，其特征在于，包括气缸单元、背压阀、前置滤器、EGR冷却器、螺杆压气机、油气分离器、EGR率调节阀、EGR二级冷却器以及EGR止回阀，其中：/n气缸单元采通入压缩空气，压缩空气燃烧后产生的排气一路从排气总管经背压阀排出；另一路经过EGR开关阀依次经过前置滤器、EGR冷却器、螺杆压气机、油气分离器、EGR率调节阀、EGR二级冷却器以及EGR止回阀再进入气缸单元，形成循环回路。/n

【技术特征摘要】
1.一种配置过滤装置的高EGR率单缸机废气再循环系统，其特征在于，包括气缸单元、背压阀、前置滤器、EGR冷却器、螺杆压气机、油气分离器、EGR率调节阀、EGR二级冷却器以及EGR止回阀，其中：
气缸单元采通入压缩空气，压缩空气燃烧后产生的排气一路从排气总管经背压阀排出；另一路经过EGR开关阀依次经过前置滤器、EGR冷却器、螺杆压气机、油气分离器、EGR率调节阀、EGR二级冷却器以及EGR止回阀再进入气缸单元，形成循环回路。


2.根据权利要求1所述的配置过滤装置的高EGR率单缸机废气再循环系统，其特征在于，所述气缸单元的入口设置有能够产生稳定的进气压力的进气稳压桶；所述气缸单元的出口设置有能够产生稳定的排气压力的排气稳压桶。


3.根据权利要求1所述的配置过滤装置的高EGR率单缸机废气再循环系统，其特征在于，压缩空气燃烧后产生的排气一路从排气总管经背压阀排出后接入SCR尾气处理装置。


4.根据权利要求1所述的配置过滤装置的高EGR率单缸机废气再循环系统，其特征在于，前置滤器采用防腐不锈钢材质。


5.根据权利要求1所述的配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：金玉山，郑亮，张丽君，李垂孝，张慰，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31