排气冷却器的制造方法
【专利摘要】具有冷却单元(272)的排气冷却器(260)可以应用于例如利用低硫船用柴油运行的内燃发动机中的排气再循环，所述排气冷却器使用液体喷射系统(270)保持清洁和/或清洁冷却单元(272)的冷却表面。所述液体喷射系统(270)可以在冷却表面凝结开始区域的上游或者沿着该凝结开始区域地将液体供给到排气通路(268)中，借此减少由颗粒物质和排气中的诸如硫酸和/或水的汽化液体的凝结液体形成的膜和沉积物，否则所述沉积物会至少部分地堵塞所述排气冷却器(260)。
【专利说明】排气冷却器
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及排气冷却器，更具体地涉及排气再循环(EGR)管路中的排气冷却器。
【背景技术】
[0002]由于近来对环境增强的责任感以及当前和预期的排放法规，所以发动机制造商的目标是降低由内燃机产生的空气污染物的量。那些空气污染物可以包括颗粒物质(PM)、氮氧化物(NOx)和硫组分。
[0003]发动机制造商已经研发了多种用于减少空气污染物的生成和排放的方法。用于减少NOx的生成的广为人知的技术是EGR。EGR可以通过使一部分排气再循环回到燃烧过程中来完成。借此，燃烧室中的温度会降低，因而可以减少NOx的生成。为了将排气引导至增压空气系统，可以在内燃发动机的排气系统中的不同位置处分出EGR管路。
[0004]例如，所谓的高压EGR可以具有设置在排气涡轮上游的进口。术语“高压”由被抽取出的排气的压力比环境压力大的事实而得。EGR管路的出口可以通入内燃发动机的增压空气系统中——例如，通入增压空气歧管中，或者位于增压空气歧管的上游和增压空气冷却器的下游。
[0005]专利W02011/066871A1公开了高压EGR管路的示例性实施例。EGR管路在排气管路与进气口之间并与这二者相互连通。高温(HT)冷却器、排气压缩机和低温(LT)冷却器设置在EGR管路中。被抽取出的排气可以随后在HT冷却器中被冷却、在排气压缩机中加压并且在LT冷却器中被进一步冷却。
[0006]冷却到例如位于“高压”或“低压” EGR管路内的被抽取出的排气中的汽化液体的露点之下或该露点的范围内，会引起所述液体在凝结核周围凝结。所述凝结核可以是PM或者排气冷却器的冷却表面。因为LT冷却器通常包括可以达到所述露点的凝结开始区域，所以尤其该凝结开始区域会受到影响。例如，含有PM和硫酸的形成沉积物可能沉积在冷却表面上，并且可随后在操作期间生长。所述沉积物(也被称为积垢)可能在EGR系统和发动机上造成多种负面影响，诸如造成整个LT冷却器上的增大的压降、LT冷却器的降低的冷却效率，和/或由于腐蚀性硫酸的原因而腐蚀冷却表面。
[0007]本发明旨在一至少部分地一改进或克服现有系统的一个或多个方面。
【发明内容】
[0008]根据本发明的一个方案，用于冷却内燃发动机的排气的排气冷却器可以包括冷却器壳体。该冷却器壳体可具有排气进口和排气出口，形成在所述排气进口与所述排气出口之间延伸的排气通路。所述排气冷却器可包括冷却单元。所述冷却单元可安装在所述排气通路中，并可具有用于冷却所述排气的冷却表面。所述冷却表面可包括凝结开始区域，在该凝结开始区域中所述排气可被冷却至该排气中的汽化液体的露点的范围内的温度。此外，所述排气冷却器可包括液体喷射系统，该液体喷射系统可包括可安装在所述排气通路中的至少一个液体喷洒出口，并且可构造成使得在所述内燃发动机的运行期间自所述至少一个液体喷洒出口喷洒的至少一些液体可例如以液相被输送至所述凝结开始区域。
[0009]根据本发明的另一方案，一种闭环排气冷却系统可包括排气冷却器、至少一个液体收集部分和清洁器。所述至少一个液体收集部分可按照安装取向(in a mountedorientat1n,以悬挂方位)定位在液体喷射系统、冷却单元和/或夹带物分离器下方。所述清洁器可在所述至少一个收集部分与所述液体喷射系统之间并与这二者流体地相互连通。
[0010]根据本发明的又一方案，一种内燃发动机可包括:燃烧单元，该燃烧单元具有一个或多个气缸和相关联的燃烧室；以及排气再循环系统，该排气再循环系统具有排气冷却器和/或闭环排气冷却系统。
[0011]根据本发明的又一方案，一种用于减少排气冷却器的冷却单元——该冷却单元具有冷却表面一的阻塞的方法可包括:藉由所述冷却表面将排气流中的排气冷却到所述排气中的汽化液体的露点的范围内，所述汽化液体诸如是硫酸和/或水；同时，将液体供给到所述排气流中，使得所述冷却表面可以保持清洁和/或通过液体与所述冷却表面的相互作用而被清洁。
[0012]本发明的其它特征和方案将从以下描述和所附附图中显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1示出具有燃烧单元和EGR管路的内燃发动机的示意图；
[0014]图2示出排气冷却器的实施例的示意图；
[0015]图3示出闭环排气冷却系统的示意图；
[0016]图4示出包括表明分别通过图5和图6的冷却单元的排气的温度的曲线图的图；
[0017]图5示出液体喷射系统和安装在排气通路中的冷却单元的示意图；
[0018]图6示出安装在排气通路中的冷却单元的示意图。
【具体实施方式】
[0019]以下是对本发明的示例性实施例的详细描述。在本文中描述且在附图中示出的示例性实施例旨在教导本发明的原理，以使本领域技术人员能够在许多不同的环境中并针对许多不同的应用来实施和使用本发明。因此，不应认为所述示例性实施例是对本发明保护范围的限制性描述。本发明范围应由所附权利要求限定。
[0020]本发明可以部分地基于这样的认识，即，如具有例如100ppm的燃料硫含量的低硫船用柴油(LSMDO)燃烧，可能因为排气中会含有硫组分和PM而对内燃发动机的EGR系统造成影响。
[0021]对于EGR而言，一定量的排气可以被分流出来并再循环到燃烧单元中。当将被抽取出的排气冷却到硫酸的露点以下时，会在排气冷却器中发生凝结，这——与PM结合——会导致例如排气冷却器阻塞、堵塞和积垢。结果，在整个排气冷却器上会出现增大的压降。另外，排气冷却器的冷却效率会降低，并且已凝结的硫酸会在排气冷却器中以及设置在排气冷却器下游的管道和设备中引起腐蚀。注意到，汽化液体(已蒸发的液体)在冷却表面上凝结可能增大阻塞趋势。例如，少量水的凝结也可能增加具有PM的沉积物的形成。来自其它燃料——诸如替代燃料(例如，基于热解的燃料)——的燃烧的排气可能含有当在冷却表面上凝结时会造成相似影响的其它汽化液体。
[0022]因此，本发明公开了一种由于自清洁(作用)而可以可靠地减少堵塞和积垢的排气冷却器。
[0023]另外，PM和凝结的硫酸可以聚集在设置在排气冷却器下面的收集部分中，以减小聚集的流体在设置于排气冷却器下游的管道和任何设备上的腐蚀作用。
[0024]以下参照图1描述了内燃发动机10的EGR系统的示例性实施例。
[0025]内燃发动机10可以包括燃烧单元12，该燃烧单元具有一个或多个气缸以及相关联的燃烧室14。内燃发动机10还可以包括进气系统18、排气管路22和排气系统24。
[0026]燃烧单元12可以是例如以柴油、重质燃料和/或气体为能量源的燃烧单元。气缸可以例如设置成直列式构型、V构型、W构型或其它任何已知构型。
[0027]燃烧单元12还可包括进气口 16。进气口 16可以例如构造成为进气歧管。进气系统18可以连接至进气口 16用以将经压缩的增压空气供给至燃烧室14。
[0028]燃烧单元12还可包括排气出口 20。排气管路22可以与排气出口 20流体地连通。排气管路22可以将排气从燃烧室14引导至排气系统24。
[0029]进气系统18和排气系统24可以构造成单级或两级涡轮增压系统。
[0030]燃烧单元12还可包括EGR系统30。EGR系统30可包括EGR管路32、36、40、44、46、50、HT冷却器38、排气压缩机42、LT冷却器60以及阀34、48。
[0031]EGR管路32可从排气管路22中分出来。EGR管路32可以流体地连接至阀34。HT冷却器38可设置在阀34的下游并且通过EGR管路36流体地连接至阀34。排气压缩机42可设置在HT冷却器38的下游。EGR管路40可将HT冷却器38与排气压缩机42流体地连接起来。EGR管路44可利用进口端而流体地连接至排气压缩机42。EGR管路44的出口端可以流体地连接至LT冷却器60。
[0032]LT冷却器60可以例如是如本发明所提出的并在下文中被较详细地描述的排气冷却器。
[0033]EGR管路46可以使LT冷却器60 (排气冷却器)与阀48流体地相互连通。EGR管路50可以使阀48与进气口 16流体地连通。
[0034]如图所示，EGR管路50可以通入进气口 16。在一些实施例中，EGR管路50可以通入进气系统18。在两级涡轮增压系统的情况中，EGR管路50可以通入两级涡轮增压系统的两个压缩机的流体连通结构。
[0035]参见图2,示出了排气冷却器260的示例性实施例。
[0036]排气冷却器260可包括具有排气进口 264和排气出口 266的冷却器壳体262。冷却器壳体262可以在排气进口 264与排气出口 266之间限定出排气通路268。
[0037]冷却器壳体262可由耐腐蚀材料制成以耐受排气中的水、硫酸和/或其它组分。冷却器壳体262可以构造成用于如下文中描述的那样容纳各种部件。应注意的是，冷却器壳体262的其它实施例可以容纳与EGR再循环和/或排气处理相关联的附加部件。
[0038]排气进口 264和排气出口 266可以将排气冷却器260流体连接至EGR管路——例如图1示出的EGR管路44和46。
[0039]排气冷却器260还可包括液体喷射系统270,该液体喷射系统可以提供设置在排气通路268内和/或通入排气通路268的至少一个液体喷洒出口 270A。
[0040]一些实施例可以额外地包括如图2中示出的设置在排气通路268内和/或通入排气通路268的至少一个其它液体喷洒出口 270B。
[0041]液体喷射系统270可与液体源(未示出)流体地连通，所述液体源可以按照在图2的液体喷射系统270上方示出的两个箭头指示地将液体供给至液体喷射系统270。
[0042]排气冷却器260还可包括冷却单元272。在图2的实施例中，液体喷射系统270可以设置在冷却单元272的上游。在一些实施例中，液体喷射系统的至少一个液体喷洒出口可以替代地或额外地沿着位于凝结开始区域和/或初始冷却区域中的冷却单元设置，如将于下文较详细地描述且如虚线的液体喷洒出口 270A’表明的那样。
[0043]在一些实施例中，排气冷却器可包括这样的液体喷射系统，即，该液体喷射系统可仅包括至少一个液体喷洒出口，或者额外地包括一组或多组液体喷洒出口。
[0044]液体喷射系统270可包括一个管或流体地连通的多个管。所述一个或多个管可包括一组或多组液体喷洒出口，例如，包括至少一个液体喷洒出口 270A和至少一个其它液体喷洒出口 270B。至少一个其它液体喷洒出口 270B可构造成容许将液体喷洒和/或冲入排气通路268中。例如，液体喷洒出口可构造成喷嘴一诸如位于流体引导管道内的喷洒喷嘴或开口。在示出的实施例中，液体喷射系统270可包括六个液体喷洒出口 270A和六个液体喷洒出口 270B。
[0045]在一些实施例中，至少一个液体喷洒出口 270A可构造成使得液体可被朝向冷却单元272导引。因此，可以确保液体可与排气流一起流动并与冷却单元272的表面接触。
[0046]在一些实施例中，至少一个液体喷洒出口 270A中的至少一者可以将液体喷洒到冷却表面573上。
[0047]一些实施例还可包括设置在液体喷射系统内、用于允许或限制液体流动的一个或多个阀。
[0048]冷却单元272可以例如是用于排气冷却和/或气态介质冷却的带翅片管束、无翅片管束、板式冷却器或其它已知类型的冷却单元。具体地，冷却单元272可包括用于与通过的排气相互作用的被冷却的表面。
[0049]在一些实施例中，排气冷却器260还可包括图2中所示的夹带物分离器/雾沫分离器274。夹带物分离器274可以是任何类型的分离器，其能够显著地减少通过的排气中的夹带物——诸如水滴、硫酸滴和/或PM——的量。例如，夹带物分离器274可以是用于将液体和/或固体组分从气态介质中分离出来的气旋式分离器、网垫分离器、叶片分离器、它们的组合，或任何其它已知类型的分离器。夹带物分离器274可定位在冷却单元272与排气出口 266之间。
[0050]排气冷却器的其它实施例可不包括夹带物分离器。替代地，单独的夹带物分离器可以独立地较远地设置在排气冷却器的下游，或者，由于已经将大量的夹带物从例如设置在排气冷却器的排气通路中的冷却单元内的排气中分离出来，所以可能不需要夹带物分离器。
[0051 ] 排气冷却器还可包括可设置在液体喷射系统270、冷却单元272和/或夹带物分离器274下方的收集部分276。收集部分276可以例如是具有至少一个进口的槽、池和/或管，以及可以例如由耐腐蚀材料制成。
[0052]排气通路268可包括可将收集部分276与排气通路268流体地连通的一个或多个开口 275。开口 275可以设置在液体喷射系统270下方和/或沿着液体喷射系统270设置，如图2中所示。另外，可在冷却单元272和/或夹带物分离器274下方设置例如裂缝样的开口。
[0053]收集部分276还可包括用于按照图2中示出的箭头指示地将收集的液体和PM排到收集部分276下方的排出装置。
[0054]在一些实施例中，可以提供分离的或连接的多个收集部分。例如，第一收集部分可以设置在液体喷射系统下方，第二收集部分可以设置在冷却单元下方，第三收集部分可以设置在夹带物分离器下方。当然，排气冷却器的一些实施例可以只包括前述第一、第二和第三收集部分中的一个或两个。此外，附加的收集部分可以设置在其它适合的位置处，例如，设置在排气冷却器内或下游。
[0055]如图3所示，闭环排气冷却系统361的示例性实施例可包括排气冷却器360、清洁器378以及冷却回路380。
[0056]排气冷却器360可以如同关于图2中示出的排气冷却器260所阐明地那样构造。为了便于比较，将以“300”系列的类似附图标记指代相似的构件。应注意的是，闭环排气冷却系统的其它实施例可以包括诸如结合图2描述的排气冷却器的其它实施例。
[0057]参见图3，清洁器378可与收集部分376流体地连通，或者在一些实施例中可与多于一个的收集部分流体地连通。具体地，清洁器378可以使收集部分376与排气冷却器360的液体喷射系统370流体地相互连通。液体泵379可以流体地连接在清洁器378的上游或下游。液体泵379可连接至液体喷射控制单元371。
[0058]清洁器378可以是构造成将PM、硫酸和/或其它组分从初始供给的由液体喷射系统370喷洒或冲入到排气通路368中的液体中分离出来的任意类型的清洁器。例如，清洁器378可包括一个或多个用于对液体进行物理净化、化学净化和/或生物净化的构件。例如，清洁器378可包括沉淀池、任意类型的过滤器和/或脱酸单元。
[0059]在一些实施例中，排气冷却器360的冷却单元372可与冷却回路380流体地连通。冷却回路380可受控于冷却回路控制单元382。
[0060]在一些实施例中，一般而言，冷却回路380还可包括增压空气系统、EGR系统、排气后处理系统和/或内燃发动机的一个或多个冷却单元。
[0061]在一些实施例中，冷却回路控制单元382可以与液体喷射控制单元371 —起设置在共同控制单元中。在一些实施例中，共同控制单元可以是EGR控制单元和/或发动机控制单元的一部分。
[0062]以下简短地参照图4至图6对排气冷却器的操作和功能进行描述，尤其描绘了其与常规排气冷却器的区别。
[0063]图4示出温度-距离图。在该温度-距离图中，线400表示排气在流过冷却单元时的温度。距离Xe处的温度Tc表示临界温度，在该临界温度例如由于排气中的化学和/或物理反应，所以会在冷却单元的表面处形成沉积物。在图5和图6中，箭头表明排气正通过的方向。
[0064]图5示出沿着喷射系统570和冷却单元572的排气通路568的示意图。为了便于比较，与已经参照图2和图3描述过的那些构件相似的构件将以“500”系列的相似附图标记指代。
[0065]相比之下，图6示出在具有常规冷却单元600的常规排气冷却器内的示例性排气通路610的示意图。注意到，图6的常规冷却器不包括如上结合图2和图3讨论过的喷射系统。
[0066]如上所述，图5和图6的冷却单元572和600分别构造成带翅片管束，并且可以分别包括例如三个冷却管573A和673A以及多个相关联的提供大冷却表面573和673的散热片573B和673B，所述冷却表面可以分别被冷却管573A和673A冷却。应注意的是，根据不同方面一诸如希望的冷却效率、压力范围和温度范围一可以改变和选择一些冷却管573A和673A以及散热片573B和673B。
[0067]各散热片573B和673B可以与相对的散热片分隔距离D。距离D可以在例如0.1mm至1mm的范围内。
[0068]如前所述，其它实施例可包括可构造成用于排气冷却和/或气态介质冷却的无翅片管束、板式冷却器或其它已知类型的冷却单元。在带翅片管束或无翅片管束的情况中，排气可以流动通过冷却管或者在冷却管周围流动。
[0069]工业适用性
[0070]以下将参照图1至图6描述排气冷却器的上述示例性实施例的基本操作。
[0071]在内燃发动机10的正常运行期间，燃料和增压空气可被供给至燃烧单元12并在该燃烧单元中燃烧。排气可通过排气出口 20离开燃烧单元到达排气管路22。排气的一部分可自排气管路22分流至EGR管路32。
[0072]EGR管路32中的排气可以随后经过HT冷却器38和排气压缩机42。之后，排气可进入可构造成为排气冷却器260的LT冷却器60。
[0073]如在图2中看到的，排气冷却器260的冷却单元272可以藉由冷却表面573 (参见图5)将排气冷却至排气中的汽化液体的露点Tc的范围内的温度或露点Tc之下的温度。所述汽化液体可以例如是硫酸和/或水。
[0074]典型地，在LT EGR冷却器的常规系统中，在温度水平、阻塞和积垢方面可区分出三个区域。排气可以在初始冷却区域中被冷却至在汽化液体的露点之上的温度，在凝结开始区域中被冷却至在汽化液体的露点内的温度，在端部冷却区域被冷却至水的露点之下的温度。初始冷却区域可以与凝结开始区域交汇，并且凝结开始区域可以与端部冷却区域交汇。
[0075]排气进入冷却单元672处于冷却表面673的初始冷却区域中。初始冷却区域的特征可以是，将排气冷却至可在排气中的任何汽化液体的露点之上的温度。排气中的PM可在初始冷却区域中在冷却表面673上形成干而薄的膜。注意到，排气中实质上没有汽化液体会在初始冷却区域中凝结。初始冷却区域中的薄而干的膜会略微降低冷却单元的冷却效率。
[0076]排气可以在冷却表面673的凝结开始区域(在下文中称为凝结开始区域)中被进一步冷却，所述凝结开始区域的特征是，将排气冷却至排气中的汽化液体的露点Tc的范围内的温度。所述汽化液体可以例如是水或硫酸。
[0077]当达到汽化液体的露点时，汽化液体可以在凝结核一诸如PM和冷却表面
673-周围凝结。起初，凝结的液体可以与PM —起在冷却表面673的凝结开始区域中形成粘性的膜。所述粘性的膜会进一步吸引PM和正冷凝的液体。沉积物可以在凝结开始区域中形成，所述沉积物可以随后在操作期间生长。凝结的液体和PM的更大沉积物会形成，并且会部分地堵塞排气通路610，进而会使整个冷却单元的压降增大，会降低冷却单元672的冷却效率，并且会进一步导致冷却表面673的腐蚀。
[0078]冷却表面673的散热片673B以例如数十毫米的距离D设置会进一步促进沉积物生长。参见图4，表示排气在通过已部分阻塞的冷却单元时的温度的修正线与线400相比而言，在相似位置X处可以具有减小的负梯度。
[0079]在冷却表面673的端部冷却区域中，排气可以被冷却至显著低于水的露点的温度。排气中的汽化水可以在端部冷却区域中以显著的量凝结。显著量的凝结水会减少冷却表面673的端部冷却区域内的沉积物的形成。
[0080]注意到，由于排气在其进入冷却单元时可能已经具有排气中的汽化液体的露点的范围内的温度，所以冷却表面可不包括初始冷却区域。
[0081]还注意到，因为排气可以仅在冷却单元中被冷却至排气中的汽化液体的露点的范围内的温度，所以冷却表面可不包括端部冷却区域。
[0082]在燃烧具有100ppm的燃料含硫量的LSMDO的情况下，排气会含有硫组分。硫酸可以在凝结开始区域中凝结，以及可以与PM—起形成所描述的沉积物。在端部冷却区域中，排气中的汽化水可以显著量凝结。显著量的凝结水会减少沉积物在冷却表面的端部冷却区域内的形成。
[0083]注意到，基本上不具有硫含量的其它燃料也可以在冷却表面的凝结开始区域中形成沉积物。例如，排气可以在冷却表面的凝结开始区域中被冷却至水的露点的范围内的温度。少量的水可以凝结并可与PM—起形成沉积物。在冷却表面的端部冷却区域一在该区域中排气可以被冷却至显著低于水的露点的温度——中，凝结水的量可足以减少沉积物的形成。
[0084]注意到，如果排气可以被冷却至排气中的汽化液体的露点的范围内的温度，则以上描述的影响就会在冷却单元中发生。
[0085]还注意到，排气中的汽化液体的露点取决于许多因素，诸如压力水平、燃料空气t匕、燃料组分——例如，燃料硫含量。例如，硫酸的露点在6bar的绝对压力、1.8的空燃比、100ppm的燃料硫含量以及5%的从SO2到SO3的转化程度下可以是约140°C。一般而言，硫酸的露点的范围可以是100°C至140°C。
[0086]安装在排气通路中的液体喷射系统可以减小如上提及的影响——包括沉积物在冷却表面上的生长。
[0087]如在图2中所见，排气冷却器260的液体喷射系统270可以将诸如水的液体供给到排气通路268中。排气可以从排气进口 264到排气出口 266地通过排气通路268。借此，排气可以与来自液体喷射系统270的液体在排气通路268内混合，并作为混合物通过冷却单元272。
[0088]至少一个液体喷洒出口 270A可以将液体喷洒到可被输送至冷却单元272的排气中。被供给的液体可以与冷却单元的冷却表面573相互作用，借此可以保持清洁和/或清洁冷却表面573。具体地，液体可以以液相被输送至例如冷却单元272的凝结开始区域，在该凝结开始区域排气可以被冷却至排气中的汽化液体的露点上下的温度。凝结开始区域在图4至图6中最佳示出，以及可处于在温度Tc的位置Xe的范围内。
[0089]具体地如图5中所示，由至少一个液体喷洒出口 570A喷洒的液体可以显著地减少在初始冷却区域中膜的形成和在凝结开始区域中沉积物的形成，如参照图6针对常规系统所描述地那样。具体地，被供给液体中的至少一些液体会以液相撞击在冷却表面(573)的例如起始冷却区域、凝结开始区域和/或端部冷却区域上，并且可以使膜和沉积物的颗粒松散、溶解和/或吸收所述颗粒。液体可以将来自排气的凝结液体和PM的那些颗粒输送离开冷却表面573、经开口 275进入到如图2中最佳示出的至少一个收集部分276中。借此，因为被供给的液体可以借助于沿着排气通路568流过的排气被输送，所以被供给的液体可以保持清洁和/或可以清洁冷却表面573。
[0090]作为示例，水可以由液体喷射系统570作为液体供给。被供给的水可以被喷洒并可形成水滴584。
[0091]在一些实施例中，液体喷射控制单元371可以对液体喷射系统370和/或相关联的液体泵379的操作进行调节。例如，液体喷射控制单元371可以构造成用于以连续的和/或非连续的(例如，脉冲的)操作模式对液体喷射系统370的操作进行调节。另外或替代地，液体喷射控制单元371可以构造成用于根据一个或多个控制参数——诸如，燃料类型、燃料的硫含量、空气-燃料比、时间间隔、通过排气冷却器的体积流量、整个排气冷却器上的压降、排气冷却器上游的压力以及排气冷却器下游的压力一来对液体喷射系统370的操作进行调节。因此，可以在排气冷却器中或者EGR管路的相邻构件内设置相应的传感器。在一些实施例中，液体喷射控制单元可以是EGR控制单元和/或发动机控制单元和/或冷却回路控制单元382的一部分。
[0092]在一些实施例中，至少一个液体喷洒出口 270A’可以如图2中所示地沿着冷却单元270设置。在一些实施例中，那些液体喷洒出口 270A’可以设置在凝结开始区域附近，在该凝结开始区域中排气被冷却至排气中的汽化液体——诸如硫酸——的露点的范围内的温度。该凝结开始区域可以在图5至图6中最佳示出，以及可处于在温度Tc的位置Xe的范围内。此外并且如图2中所示，至少一个其它液体喷洒出口 270B可以进一步将液体供给到排气通路268中。具体地，借助于由至少一个其它液体喷洒出口 270B供给的液体可以将PM从排气中洗掉。
[0093]总体上，由至少一个液体喷洒出口 270A和至少一个其它液体喷洒出口 270B供给的液体可以减少沿着排气冷却器360通过的排气中的PM的量。
[0094]收集部分276可以收集由液体喷射系统270供给的液体、排气的凝结液体和液体中的PM。
[0095]参见图3，至少一个收集部分376中的收集液体和PM可以被导引至清洁器378以从液体清除掉PM、硫酸以及其它成分。清洁器378可以藉由液体泵379而将经清洁的液体供给至液体喷射系统370用以重新使用。液体喷射控制单元371可控制液体泵379以调节至液体喷射系统370的液体流。
[0096]冷却单元372可与冷却回路380连通。冷却回路可以将冷却剂供给至冷却单元372。冷却回路控制单元382可以配置成用于将被供给至冷却单元372的冷却剂的冷却剂温度和/或冷却剂流速设定成使得通过冷却单元372的排气可以被冷却至希望的温度。该温度可以低于排气中的汽化液体的露点，可以至少是140°C、100°C、80°C、50 V、45°C、40 V或35°C。在一些实施例中，冷却回路控制单元可以是EGR控制单元和/或发动机控制单元和/或液体喷射控制单元371的一部分。
[0097]夹带物分离器374可以安装在排气通路368中。在排气被导引至内燃机10的进气口 16(参见图1)之前，夹带物分离器374可以去除通过排气冷却器360的排气中的残留夹带物。
[0098]在一些实施例中，离开排气冷却器360的排气的温度可以与进气口 16内的增压空气温度相似，例如是45°C。
[0099]注意到，所描述的排气冷却器可以用于可包括排气冷却器的EGR、后处理和/或其它应用，所述排气冷却器可将排气冷却至排气中的汽化液体的露点内的温度。
[0100]尽管已在本文中描述了本发明的优选实施例，但是还可以在不超出所附权利要求的范围的情况下包含改进和修改。
[0101]附图标记
[0102]发明名称:排气冷却器
[0103]10内燃发动机
[0104]12燃烧单元
[0105]14燃烧室
[0106]16 进气口
[0107]18进气系统
[0108]20排气出口
[0109]22排气管路
[0110]24排气系统
[0111]30 EGR 系统
[0112]32 EGR 管路
[0113]34 阀
[0114]36 EGR 管路
[0115]38 HT 冷却器
[0116]40 EGR 管路
[0117]42排气压缩机
[0118]44 LT冷却器/排气冷却器
[0119]260排气冷却器
[0120]262冷却器壳体
[0121]264 排气进口
[0122]266 排气出口
[0123]268排气通路
[0124]270液体喷射系统
[0125]270’液体喷射系统
[0126]270A液体喷洒出口
[0127]270A’ 液体喷洒出口
[0128]270B液体喷洒出口
[0129]272冷却单元
[0130]274夹带物分离器
[0131]275开口
[0132]276收集部分
[0133]360排气冷却器
[0134]361闭环排气系统
[0135]362冷却器壳体
[0136]364排气进口
[0137]366排气出口
[0138]368排气通路
[0139]370液体喷射系统
[0140]371液体喷射控制单元
[0141]372冷却单元
[0142]373冷却表面
[0143]374夹带物分离器
[0144]376收集部分
[0145]378清洁器
[0146]379液体泵
[0147]380冷却回路
[0148]382冷却回路控制单元
[0149]400线
[0150]568排气通路
[0151]570液体喷射系统
[0152]570A液体喷洒出口
[0153]572冷却单元
[0154]573冷却表面
[0155]573A冷却管
[0156]573B散热片
[0157]584水滴
[0158]668排气通路
[0159]672冷却单元
[0160]673冷却表面
[0161]673A冷却管
[0162]673B散热片
【权利要求】
1.一种用于冷却内燃发动机(10)的排气的排气冷却器(60，260，360)，所述排气冷却器(60，260，360)包括: 具有排气进口(264，364)和排气出口(266，366)的冷却器壳体(262，362)，该冷却器壳体形成在所述排气进口(264，364)与所述排气出口(266，366)之间延伸的排气通路(268，368,568)； 安装在所述排气通路(268，368，568)中、具有用于冷却所述排气的冷却表面(573)的冷却单元(272，372，572)，所述冷却表面(573)包括凝结开始区域，在该凝结开始区域中所述排气被冷却至该排气中的汽化液体的露点的范围内的温度；和 液体喷射系统(270，370，570)，所述液体喷射系统包括安装在所述排气通路(268，368，568)中的至少一个液体喷洒出口(270A，570A)，并且构造成使得在所述内燃发动机(10)的运行期间自所述至少一个液体喷洒出口(270A，570A)喷洒的至少一些液体被输送至所述凝结开始区域。
2.根据权利要求1所述的排气冷却器(60，260，360)，其特征在于，所述至少一个液体喷洒出口(270A，570A)在所述凝结开始区域上游和/或沿着该凝结开始区域安装在所述排气通路(268，368，568)中，和/或 其中所述冷却表面(573)还包括初始冷却区域，在该初始冷却区域中所述排气被冷却至该排气中的汽化液体的露点之上的温度，所述至少一个液体喷洒出口(270A，570A)在所述初始冷却区域上游和/或沿着该初始冷却区域安装在所述排气通路(268，368，568)中，并且由所述至少一个液体喷洒出口(270A，570A)喷洒的至少一些液体被输送至所述初始冷却区域。
3.根据权利要求1或2所述的排气冷却器(60，260，360)，其特征在于，所述至少一个液体喷洒出口(270A，570A)中的至少一者构造成用于将液体喷洒到所述冷却表面(573)上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的排气冷却器(60,260, 360),其特征在于，所述排气冷却器还包括液体喷射控制单元(371)，该液体喷射控制单元构造成用于以连续的和/或不连续的操作模式对所述液体喷射系统(270，370，570)的操作进行调节，和/或根据控制参数对由所述液体喷射系统(270，370，570)喷射的液体的量进行调节，所述控制参数选自包括燃料类型、燃料的硫含量、空气-燃料比、时间间隔、在整个所述排气冷却器(60，260,360)上的压降、时间间隔、通过所述排气冷却器出0，260，360)的体积流量、所述排气冷却器出0，260，360)上游的压力、所述排气冷却器出0，260，360)下游的压力的参数组。
5.根据前述权利要求中任一项所述的排气冷却器(60，260，360)，其特征在于，所述至少一个液体喷洒出口(270A，570A)构造成用于在一温度下和/或以一液滴尺寸供给液体使得所述液体以液相被输送至所述初始冷却区域和/或所述凝结开始区域，和/或 所述液体喷射控制单元(371)构造成用于调节所述液体的流速和/或所述液体的温度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的排气冷却器(60,260,360),其特征在于,所述液体喷射系统(270，370，570)还包括至少一个其它液体喷洒出口(270B)，该至少一个其它液体喷洒出口定位在所述至少一个液体喷洒出口(270A，570A)上游，并且构造成用于在所述内燃发动机(10)运行期间将液体喷洒到所述排气通路(268，368，568)中用以将颗粒物质从所述排气中去除。
7.根据前述权利要求中任一项所述的排气冷却器(60,260, 360),其特征在于,所述冷却单元(272，372，572)构造为带翅片管束，所述冷却表面(573)由至少一个冷却管(573A)和分隔且对置的多个翅片(573B)构成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的排气冷却器(60，260，360)，其特征在于，所述排气冷却器还包括安装在所述排气通路(268，368，568)中位于所述冷却单元(272，372，572)下游的夹带物分离器(274，374)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的排气冷却器(60,260, 360),其特征在于,所述露点是所述排气中的汽化的水和/或硫酸的露点。
10.一种闭环排气冷却系统(361)，包括: 根据权利要求1至9中任一项所述的排气冷却器出0，260，360)； 至少一个液体收集部分(276，376)，其以安装取向定位在所述液体喷射系统(270，370，570)、所述冷却单元(272，372，572)和/或所述夹带物分离器(274，374)下方；和 清洁器(378)，该清洁器在所述至少一个液体收集部分(276，376)与所述液体喷射系统(270，370，570)之间并与二者流体地相互连通。
11.根据权利要求10所述的闭环排气冷却系统(361)，其特征在于，所述闭环排气冷却系统还包括: 用于将冷却剂供给至所述冷却单元(272，372，572)的冷却回路(380);和 冷却回路控制单元(382)， 其中，所述冷却回路控制单元(382)构造成用于设定冷却剂温度和/或冷却剂流速，使得通过所述冷却单元(272，372，572)的排气被冷却至至少140°C、100°C、80°C、50°C、45°C、40°C或 35°C，和 / 或 其中所述冷却回路控制单元(382)构造成用于设定所述冷却剂温度和/或冷却剂流速，使得通过所述冷却单元的排气被冷却至所述排气中的汽化液体的露点的范围内的温度或低于该露点的温度，所述汽化液体诸如是硫酸和/或水。
12.一种内燃发动机(10),包括: 具有一个或多个气缸和相关联的燃烧室(14)的燃烧单元(12);和 排气再循环系统(30)，该排气再循环系统具有根据权利要求1至9中任一项所述的排气冷却器(60,260,360)和/或根据权利要求10或11所述的闭环排气冷却系统(361)。
13.一种用于减少排气冷却器(60，260，360)的冷却单元(272，372，572)的阻塞的方法，所述冷却单元(272，372，572)具有冷却表面(573)，所述方法包括: 藉由所述冷却表面(573)将排气流中的排气冷却到所述排气中的汽化液体的露点的范围内，所述汽化液体诸如是硫酸和/或水； 同时，将液体供给到所述排气流中，使得所述冷却表面(573)保持清洁和/或通过所述液体与所述冷却表面(573)的相互作用而被清洁。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述液体以液相喷洒到所述冷却单元(272，372，572)的冷却表面(573)的凝结开始区域上。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 收集包含颗粒物质的被供给液体；清洁所述液体；以及使经清洁的液体返回以供给到所述排气流中。
【文档编号】F23J15/02GK104271906SQ201380008959
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年2月8日 优先权日:2012年2月10日
【发明者】D·克劳斯, J·德雷维斯, M·斯图尔姆, C·里克特, U·施莱默-克琳 申请人:Hx控股有限公司, 卡特彼勒发动机有限及两合公司