[發(fā)明專利]一種配置過濾裝置的高EGR率單缸機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010102516.2
• 申請(qǐng)日: 2020-02-19
• 公開（公告）號(hào): CN111237099A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金玉山;鄭亮;張麗君;李垂孝;張慰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所
• 主分類號(hào): F02M26/35
• 分類號(hào): F02M26/35;F02M26/34
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明提供了一種配置過濾裝置的高EGR率單缸機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，包括氣缸單元、背壓閥、前置濾器、EGR冷卻器、螺桿壓氣機(jī)、油氣分離器、EGR率調(diào)節(jié)閥、EGR二級(jí)冷卻器以及EGR止回閥，其中：氣缸單元采通入壓縮空氣，壓縮空氣燃燒后產(chǎn)生的排氣一路從排氣總管經(jīng)背壓閥排出；另一路經(jīng)過EGR開關(guān)閥依次經(jīng)過前置濾器、EGR冷卻器、螺桿壓氣機(jī)、油氣分離器、EGR率調(diào)節(jié)閥、EGR二級(jí)冷卻器以及EGR止回閥再進(jìn)入氣缸單元，形成循環(huán)回路。本發(fā)明能夠采用高EGR率有效實(shí)現(xiàn)高密度?低溫燃燒的燃燒策略，實(shí)現(xiàn)船用柴油機(jī)低排放和高效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及廢氣處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種配置過濾裝置的高EGR率單缸機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著材料學(xué)科、制造能力、環(huán)保意識(shí)以及電子技術(shù)等不斷的發(fā)展，高功率密度、低排放成為當(dāng)前船用柴油機(jī)領(lǐng)域產(chǎn)品創(chuàng)新和新技術(shù)研發(fā)的主要方向。在高功率密度方面，意味著更高航速、機(jī)動(dòng)性、更大裝載能力和更大容量供電能力。而環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高，國際相關(guān)組織對(duì)船用柴油機(jī)排放限制也越來越嚴(yán)格，特別是國際海事組織Tier III的實(shí)施給船用柴油機(jī)的發(fā)展帶來重大影響。

EGR(Exhaust Gas Recirculation,廢氣再循環(huán)系統(tǒng))技術(shù)是目前實(shí)用有效的降低柴油機(jī)NOx排放的機(jī)內(nèi)控制措施之一，但它也會(huì)給柴油機(jī)帶來一些不良的影響，如可能導(dǎo)致燃油消耗率和顆粒排放上升，因此在船用柴油機(jī)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用較少。但另一方面，采用高EGR率(50％)則是實(shí)現(xiàn)低溫燃燒模式的一個(gè)主要方案，柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)低溫燃燒一直是低溫燃燒研究領(lǐng)域的難點(diǎn)，其中EGR率是指再循環(huán)廢氣量與吸入氣缸的進(jìn)氣總量之比。天津大學(xué)蘇萬華教授在十年“973項(xiàng)目”的支持下，提出高密度-低溫燃燒理論，結(jié)合高EGR率使柴油機(jī)在降低NOx排放的同時(shí)，不產(chǎn)生更多的Soot排放物，且能維持輸出功率。實(shí)現(xiàn)上述要求的另一個(gè)關(guān)鍵是提高柴油機(jī)進(jìn)氣壓力來保持燃燒過程所需的空氣量，保證缸內(nèi)平均當(dāng)量比在一定限值之內(nèi)。

綜上，隨著船用柴油機(jī)對(duì)高功率密度的追求，以及實(shí)施嚴(yán)格的排放法規(guī)，單級(jí)渦輪增壓的進(jìn)氣壓力(＜0.5MPa)已經(jīng)不能滿足柴油機(jī)大范圍流量使用需求。提高進(jìn)氣壓力和平均有效壓力，滿足更多的新鮮充量需求，進(jìn)一步增加EGR率，高密度低溫燃燒技術(shù)成為發(fā)展的主要方向之一。

目前，EGR技術(shù)廣泛使用在作為滿足Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)的一種機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)措施。在“高密度-低溫燃燒”策略中，進(jìn)一步需要通過采用更高EGR率來降低缸內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)低溫燃燒，控制缸內(nèi)的溫度，抑制碳煙生成，從而允許在混合氣較濃的條件下實(shí)現(xiàn)低碳煙排放，得到較好的氮氧化物和碳煙排放折中結(jié)果。在進(jìn)氣壓力超高(0～1Mpa)的單缸柴油機(jī)上采用更高EGR率實(shí)現(xiàn)“高密度-低溫燃燒”策略，必須要解決的技術(shù)問題有2個(gè)：克服更大的進(jìn)排氣壓力逆差和解決碳煙、硫化物對(duì)系統(tǒng)部件的堵塞、腐蝕問題。

首先，為滿足缸內(nèi)低溫燃燒研究的要求，EGR率需要大幅擴(kuò)展。EGR率評(píng)價(jià)方法較多，通過測(cè)量進(jìn)、排氣管中的CO₂或O₂濃度進(jìn)行計(jì)算。EGR率調(diào)整范圍受排氣背壓和進(jìn)氣壓力之差影響較大，克服進(jìn)排氣壓力逆差是EGR系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)。專利CN 102937043 B(一種EGR濾水箱和濾水式廢氣再循環(huán)系統(tǒng))中特別說明在沒有運(yùn)用特殊手段的情況下，EGR率很難超過25％。增壓柴油機(jī)，特別是兩級(jí)高增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力在增壓加壓作用后，在高負(fù)荷時(shí)進(jìn)氣壓力更高，造成排氣管內(nèi)的平均壓力相對(duì)進(jìn)氣管的平均壓力更低。為研制功率密度和熱效率更高、更低排放大功率柴油機(jī)，開發(fā)的新型單缸柴油機(jī)采用“高密度-低溫燃燒”技術(shù)，顯著特點(diǎn)是具備超高進(jìn)氣壓力，同時(shí)要求盡可能實(shí)現(xiàn)70％左右的高EGR率，必須首先克服進(jìn)排氣壓力逆差問題。