[发明专利]一种配置过滤装置的高EGR率单缸机废气再循环系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及废气处理领域，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。

背景技术

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Tier III的实施给船用柴油机的发展带来重大影响。

EGR(Exhaust Gas Recirculation,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Tier III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CN 102937043 B(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。