专利名称：排气再循环系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将来自于内燃发动机尤其是具有500 kW或更大发动机功率的大型内燃发动机的排气管道的排气再循环到其空气进气装置的排气再循环系统。
背景技术：
当今，日益期望减少对环境有害的物质排放，例如NOx。因而，日益需要可以与大型内燃发动机一起使用以便减少从发动机的排气管道释放到大气的排气中的NOx含量的系统。 具有500 kW或更大发动机功率的大型内燃发动机可例如连接到发电机，以在火车或轮船中或在发电站处产生电功率。这种内燃发动机显著大于道路车辆的常规柴油发动机，因而与这种常规柴油发动机相比产生显著更大量的排气。这将对用于净化来自于这种大型内燃发动机的排气的设备产生重的需求，且通常不可能使用定尺寸用于道路车辆的常规柴油发动机的标准排气净化部件。当今使用两种主要技术来减少来自于道路车辆的常规柴油发动机的排气中的NOx含量，即SCR催化剂技术(SCR =选择性催化还原)和EGR技术(EGR =排气再循环)。SCR催化剂技术是最有效的技术，但是遭受设计用于大型内燃发动机的SCR催化剂将非常大而笨重的缺陷。SCR催化剂技术的另一个缺陷在于需要大的贮存器来存储SCR催化剂操作所需的还原剂。EGR技术比SCR催化剂技术效率更低，且至今尚未用于具有500 kW或更大发动机功率的大型内燃发动机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于净化来自于内燃发动机尤其是具有500 kW或更大发动机功率的大型内燃发动机的排气的有利方案。根据本发明，该目的通过具有权利要求I限定的特征的排气再循环系统实现。本发明的排气再循环系统用于将来自于内燃发动机的排气管道的排气再循环到其空气进气装置，且包括
过滤器装置，用于从自排气管道通过再循环系统传送到发动机空气进气装置的排气去除颗粒成分，所述过滤器装置包括彼此并联设置的两个或更多个颗粒过滤器；
阀机构，用于使得相应过滤器在活动状态和非活动状态之间选择性地切换，所述阀机构配置成允许排气从排气管道通过处于活动状态的过滤器传送到发动机的空气进气装置，且防止排气从排气管道通过处于非活动状态的过滤器传送到发动机的空气进气装置；和过滤器再生机构，用于在过滤器处于非活动状态时选择性地启动相应过滤器的再生。通过将颗粒过滤器设置在排气再循环系统中而不是在发动机的常规排气管道中，可以使用具有减少尺寸的颗粒过滤器。当本发明的排气再循环系统用于净化来自于具有500 kW或更大发动机功率的大型内燃发动机的排气时，将可以使用具有当前用于道路车辆中的柴油发动机的排气管道中的类型和尺寸的颗粒过滤器。这是由于以下事实具有500kW或更大发动机功率的大型内燃发动机的排气再循环系统中的再循环排气流通常具有与来自于道路车辆的常规柴油发动机的排气管道中的排气流大约相同的大小。因而，可以使用标准颗粒过滤器，这将有助于相对低的安装和维护成本以及减少的空间要求。此外，通过使用两个或更多个并联颗粒过滤器，过滤器可以在一个或多个其它过滤器操作时再生。从而，过滤器可以在再循环系统继续正常操作的同时再生。本发明的进一步优势以及有利特征将从以下描述和从属权利要求显而易见。
参考附图，作为示例记载的本发明优选实施例的具体描述如下。在附图中
图I是根据本发明实施例的设置有排气再循环系统的内燃发动机从上面看的示意性平面图。
具体实施例方式图I中示出了内燃发动机I。在所示示例中，内燃发动机I是大型柴油发动机，但是其可以可选地为大型汽油发动机。在所示示例中，发动机I的输出轴连接到发电机2，发电机由发动机驱动以产生电功率。发动机I设置有空气进气装置3，燃烧空气通过空气进气装置3供应到发动机中。在所示示例中，空气进气装置3包括两个空气入口通道4a、4b，其中每个都设置有空气过滤器 5a、5b。在所示示例中，发动机I设置有涡轮增压器6a、6b以便实现至发动机的增压(即，强制)空气供应。第一涡轮增压器6a包括设置在第一个空气入口通道4a中的压缩机叶轮7a，第二涡轮增压器6b包括设置在另一个空气入口通道4b中的压缩机叶轮7b。相应压缩机叶轮7a、7b由相关涡轮叶轮8a、8b驱动，涡轮叶轮8a、8b设置成由来自于发动机I的排气旋转地驱动。相应涡轮增压器6a、6b的压缩机叶轮7a、7b和涡轮叶轮8a、8b操作性地彼此连接，例如通过设置在同一个轴上。作为可选，通过空气入口通道4a、4b进入发动机I的空气流可以在没有任何涡轮增压器的情况下实现，即，仅仅通过由发动机中的活塞移动引起的吸力。排气管道9连接到发动机I。由发动机I产生的排气被传导通过排气管道9，且其主要部分经由连接到排气管道的排气出口(未示出)进入环境。排气再循环系统10设置用于将来自于排气管道9的排气再循环到空气进气装置3。再循环系统10包括过滤器装置11，用于从自排气管道9通过再循环系统传送到空气进气装置3的排气去除颗粒成分。在所示示例中，所述过滤器装置11包括彼此并联设置在再循环系统10中的第一颗粒过滤器12a和第二颗粒过滤器12b。然而，如果期望，过滤器装置可包括彼此并联设置在再循环系统中的多于两个的颗粒过滤器。相应过滤器12a、12b具有这样的过滤效率，使得其能够捕获颗粒成分至使得排气在传送通过过滤器之后充分过滤以便再循环到发动机的空气进气装置3且引入发动机I而不是引起对发动机的任何损害的程度。过滤器12a、12b构成所谓的柴油颗粒过滤器。再循环系统10包括用于从排气管道9接收排气的入口 13。入口 13包括拾取管14，拾取管14设置在排气管道9中，其入口开口 15定向为对着流经排气管道的排气的预期流动方向。通过入口 13进入再循环系统的排气通过管道16朝向过滤器12a、12b引导。再循环系统10包括阀机构17，用于使得相应过滤器12a、12b在活动状态和非活动状态之间选择性地切换。阀机构17配置成允许排气从排气管道9通过处于活动状态的过滤器传送到空气进气装置3，且防止排气从排气管道9通过处于非活动状态的过滤器传送到空气进气装置3。阀机构17优选配置成将过滤器12a、12b中的一个从活动状态切换到非活动状态，而同时将所述过滤器中的另一个从非活动状态切换到活动状态。在所示示例中，所述阀机构17包括阀装置18，阀装置18设置在管道16中在入口13和过滤器12a、12b之间，以便将管道16中的排气流引导到过滤器12a、12b中的一个，同时防止管道16中的排气流到达另一个过滤器。因而，阀装置18配置成一次设定一个过滤器与进气装置13连通，同时将另一个过滤器从进气装置13断开。再循环系统10包括连接到发动机I的空气进气装置3的两个第一出口 19a、19b， 用于将再循环排气排放到空气进气装置。所述第一出口中的一个19a连接到第一空气入口通道4a，所述第一出口中的另一个19b连接到第二空气入口通道4b。再循环系统10还包括在入口 13的下游连接到排气管道9的第二出口 20，用于将相应过滤器12a、12b再生期间产生的燃烧气体排放到排气管道。在所示示例中，阀装置21a、21b设置在相应过滤器12a、12b的下游，以便将过滤器的出口 22a、22b选择性地设定为与再循环系统的第一出口 19a、19b连通或者与再循环系统的第二出口 20连通。再循环系统10包括过滤器再生机构40，用于在过滤器处于非活动状态时选择性地启动相应过滤器12a、12b的再生。在所示示例中，过滤器再生机构40包括加热器41a、41b，所述加热器41a、41b连接到过滤器12a、12b中的相应一个，以便给过滤器产生热量，用于启动其再生；和空气送风机42，用于在要启动过滤器再生时将空气吹送通过相应加热器41a、41b且进入与加热器有关的过滤器12a、12b。空气送风机42包括风扇43，风扇43的速度由电动马达44控制，从而藉此控制在要启动过滤器再生时从与其有关的加热器41a、41b进入过滤器12a、12b的热空气的温度。阀装置45设置在风扇43和加热器41a、41b之间，以便将空气流从空气送风机42引导到加热器41a、41b中的一个，同时防止空气流从空气送风机42到达另一个加热器。因而，阀装置45能够一次设定一个加热器41a、41b与空气送风机42连通，同时将另一个加热器从空气送风机断开。相应过滤器12a、12b包括用于从排气管道9接收排气的第一入口 23a、23b和用于从空气送风机42接收空气的第二入口 24a、24b。相应加热器41a、41b连接到其所属于的过滤器12a、12b的第二入口 24a、24b。截止阀46a、46b设置在相应加热器41a、41b和相关过滤器12a、12b的第二入口 24a、24b之间。该截止阀在相关过滤器再生时打开。否则，截止阀46a、46b关闭，从而防止未过滤排气在再生操作之间的时间段期间进入加热器41a、41b。冷却器25设置在过滤器12a、12b和发动机的空气进气装置3之间，以便冷却再循环排气。在所示示例中，冷却器25通过管道26连接到发动机I的冷却系统，从而从该冷却系统供应冷却水。冷凝物捕集器27设置在冷却器25的紧接下游。阀装置28设置在再循环系统10中在过滤器12a、12b和发动机的空气进气装置3之间，且再循环系统包括用于控制阀装置28的电子控制装置29，从而藉此调节再循环到发动机I的排气量。该阀装置28构成所谓的EGR阀。流量计30设置用于测量通过再循环系统10的排气量。控制装置29连接到该流量计30，从而从其接收关于当前再循环到发动机的排气量的信息。在所示示例中，辅助过滤器31a、31b设置在阀装置28和再循环系统的第一出口19a、19b之间。第一辅助过滤器31a设置在所述第一出口中的一个19a的上游，第二辅助过滤器31b设置在这些出口中的另一个19b的上游。辅助过滤器31a、31b具有比颗粒过滤器12a、12b的过滤效率更低的过滤效率，且旨在在再循环系统10的颗粒过滤器12a、12b或任何其它部件遭受故障时保护发动机I不受较大颗粒损害。截止阀32、33设置在再循环系统10的入口 13和第二出口 20处，以便使之可以将再循环系统从排气管道9断开。阀装置18、21a、21b ;截止阀32、33、46a、46b ;加热器41a、41b ;阀装置45和空气吹风机的电动马达44由控制装置29或由另一个电子控制装置控制。当再循环系统10操作时，过滤器中的一个，例如第一过滤器12a，处于活动状态且因而连接到再循环系统的入口 13，从而从排气管道9接收排气；而另一个过滤器12b处于·非活动状态且因而从入口 13断开。活动第一过滤器12a的出口 22a连接到发动机I的空气进气装置3，且从再循环系统的第二出口 20断开；而非活动第二过滤器12b的出口 22b从空气进气装置3断开，且连接到第二出口 20。当活动第一过滤器12a已经收集给定量的颗粒或者当从该过滤器设定为活动状态以来已经经过给定时间段时，阀装置18将该过滤器12a从入口 13断开，而将第二过滤器12b连接到入口 13，从而藉此将第一过滤器12a从活动状态切换到非活动状态且将第二过滤器12b从非活动状态切换到活动状态。同时，阀装置21a将第一过滤器12a的出口 22a从空气进气装置3断开，而是将该出口 22a连接到再循环系统的第二出口 20 ;而阀装置21b将第二过滤器12b的出口 22b从再循环系统的第二出口 20断开，而将该出口 22b连接到空气进气装置3。之后，截止阀46a打开且空气吹风机42的电动马达44和加热器41a打开，从而藉此启动此时非活动的第一过滤器12a的再生。加热器41a加热来自于空气吹风机42的空气流，且加热空气引导到过滤器12a中，从而升高其中的温度至将发生积聚在过滤器中的颗粒燃烧的水平。从而，再生非活动过滤器12a。在非活动过滤器12a再生期间形成的燃烧气体将通过再循环系统的第二出口 20排放到排气管道9。当非活动过滤器12a再生完成时，例如在自再生过程开始以来已经经过给定时间段时，空气吹风机的电动马达44和加热器41a关闭且截止阀46a关闭。当此时活动的第二过滤器12b已经收集给定量的颗粒或者当从该过滤器设定为活动状态以来已经经过给定时间段时，阀装置18将该过滤器12b从入口 13断开，而将第一过滤器12a连接到入口 13，从而藉此将第二过滤器12b从活动状态切换到非活动状态且将第一过滤器12a从非活动状态切换到活动状态。同时，阀装置21b将第二过滤器12b的出口 22b从空气进气装置3断开，而是将该出口 22b连接到再循环系统的第二出口 20 ;而阀装置21a将第一过滤器12a的出口22a从再循环系统的第二出口 20断开，而将该出口 22a连接到空气进气装置3。之后，截止阀46b打开且空气吹风机42的电动马达44和加热器41b打开，从而藉此启动此时非活动的第二过滤器12b的再生。在非活动过滤器12b再生期间形成的燃烧气体将通过再循环系统的第二出口 20排放到排气管道9。当非活动过滤器12b再生完成时，空气吹风机的电动马达44和加热器41b关闭且截止阀46b关闭。只要发动机I操作，就重复上述操作序列。积聚在活动过滤器中的颗粒量可以例如通过测量经过过滤器的压力下降和通过过滤器的容积流量产生。本发明的排气再循环系统尤其用于具有500 kff或更大发动机功率的大型内燃发动机。这种内燃发动机可例如连接到发电机，以在火车或轮船中或在发电站处产生电功率。当然，本发明并不以任何方式限于上述实施例。相反，其许多可能变型对于本领域 普通技术人员而言将是显而易见的，而不偏离由所附权利要求限定的本发明的基本思想。
权利要求
1.一种排气再循环系统,用于将来自于内燃发动机尤其是具有500 kW或更大发动机功率的大型内燃发动机的排气管道的排气再循环到其空气进气装置，其特征在于，所述排气再循环系统包括 过滤器装置(11 )，用于从自排气管道通过再循环系统(10)传送到发动机空气进气装置的排气去除颗粒成分，所述过滤器装置包括彼此并联设置的两个或更多个颗粒过滤器(12a、12b)； 阀机构(17)，用于使得相应过滤器(12a、12b)在活动状态和非活动状态之间选择性地切换，所述阀机构(17)配置成允许排气从排气管道通过处于活动状态的过滤器传送到发动机的空气进气装置，且防止排气从排气管道通过处于非活动状态的过滤器传送到发动机的空气进气装置；和 过滤器再生机构(40)，用于在过滤器处于非活动状态时选择性地启动相应过滤器(12a、12b)的再生。
2.根据权利要求I所述的排气再循环系统，其特征在于，所述过滤器再生机构(40)包括加热器(41a、41b)，所述加热器(41a、41b)连接到所述过滤器(12a、12b)中的相应一个，以便给过滤器产生热量，用于启动其再生。
3.根据权利要求2所述的排气再循环系统，其特征在于，所述过滤器再生机构(40)包括空气吹风机(42)，用于在要启动过滤器再生时将空气吹送通过相应加热器(41a、41b)且进入与加热器有关的过滤器(12a、12b)。
4.根据权利要求3所述的排气再循环系统，其特征在于，空气送风机(42)包括风扇(43)，所述风扇(43)的速度由电动马达(44)控制，从而藉此控制在要启动过滤器再生时从与其有关的加热器(41&、4113)进入过滤器(12&、1213)的热空气的温度。
5.根据权利要求3或4所述的排气再循环系统，其特征在于，相应过滤器(12a、12b)包括用于从排气管道(9)接收排气的第一入口( 23a、23b)和用于从空气送风机(42)接收空气的第二入口(24a、24b)，相应加热器(41a、41b)连接到其所属于的过滤器的第二入口(24a、24b)。
6.根据权利要求I一 5中任何一项所述的排气再循环系统,其特征在于,冷却器(25)设置在过滤器(12a、12b)和发动机的空气进气装置之间，以便冷却再循环排气。
7.根据权利要求6所述的排气再循环系统，其特征在于，冷凝物捕集器(27)设置在冷却器(25)和发动机的空气进气装置之间。
8.根据权利要求I一 7中任何一项所述的排气再循环系统，其特征在于，所述排气再循环系统包括 入口(13)，用于从发动机的排气管道接收排气； 连接到发动机的空气进气装置的一个或多个第一出口( 19a、19b)，用于将再循环排气排放到空气进气装置；和 在入口(13)的下游连接到发动机排气管道的一个或多个第二出口(20)，用于将相应过滤器(12a、12b)再生期间产生的燃烧气体排放到排气管道。
9.根据权利要求8所述的排气再循环系统，其特征在于，再循环系统(10)的入口(13)包括拾取管(14)，所述拾取管(14)设置在发动机的排气管道中，其入口开口( 15)定向为对着流经排气管道的排气的预期流动方向。
10.根据权利要求8或9所述的排气再循环系统，其特征在于，阀装置(21a、21b)设置在相应过滤器(12a、12b)的下游，以便将过滤器的出口(22a、22b)选择性地设定为与再循环系统的所述一个或多个第一出口( 19a、19b)中的至少一个连通或者与再循环系统的所述一个或多个第二出口(20)中的至少一个连通。
11.根据权利要求I一 10中任何一项所述的排气再循环系统，其特征在于，所述排气再循环系统包括设置在过滤器(12a、12b)和发动机的空气进气装置之间的阀装置(28);以及用于控制阀装置(28 )的电子控制装置(29 )，从而藉此调节再循环到发动机的排气量。
12.根据权利要求I一 11中任何一项所述的排气再循环系统，其特征在于，所述阀机构(17)配置成将所述过滤器(12a、12b)中的至少一个从活动状态切换到非活动状态，而同时将所述过滤器(12a、12b)中的至少另一个从非活动状态切换到活动状态。
全文摘要
一种排气再循环系统(10)，用于将来自于内燃发动机(1)尤其是具有500kW或更大发动机功率的大型内燃发动机的排气管道(9)的排气再循环到其空气进气装置(3)，所述系统包括彼此并联设置的两个或更多个颗粒过滤器(12a、12b)；阀机构(17)，用于使得相应过滤器在活动状态和非活动状态之间选择性地切换，所述阀机构配置成允许排气从排气管道通过处于活动状态的过滤器传送到空气进气装置，且防止排气从排气管道通过处于非活动状态的过滤器传送到空气进气装置；和过滤器再生机构(40)，用于在过滤器处于非活动状态时选择性地启动相应过滤器的再生。
文档编号F01N3/027GK102803696SQ200980159807
公开日2012年11月28日 申请日期2009年6月11日 优先权日2009年6月11日
发明者M.勃朗奎斯特 申请人:Stt伊姆特克公司