用于发动机系统的吹扫系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及用于发动机系统的吹扫系统。所述发动机系统包括发动机和待吹扫的多个子系统。所述吹扫系统包括集中式吹扫单元，其具有：至少一个压缩空气源以存储和提供压缩空气。控制阀组件包括可操作地定位在压缩空气源和子系统之间流体连通中的至少一个阀。与控制阀组件控制连通的控制器配置成使阀在开启状态和关闭状态之间交替以改变压缩空气源和待吹扫子系统之间的流体连通。所述交替基于一组预定阈值条件。本实用新型提供集中式空气存储和控制能力以有效地吹扫多个子系统。
【专利说明】
用于发动机系统的吹扫系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种集中式吹扫系统，用于与发动机相关联的一个或多个待吹扫的子系统。
【背景技术】
[0002]发动机系统一般包括一个或多个废气后处理子系统。一些公知的子系统包括废气再循环(EGR)系统、选择性催化还原(SCR)系统、柴油机微粒过滤(DPF)再生装置等等。与这些子系统有关的其它子系统可以包括EGR冷却器，其根据需要适当地冷却EGR系统。
[0003]废气后处理子系统通常处理发动机废气中的发出燃烧的副产物，诸如未燃烧的燃料、颗粒物、硫化合物、水、烃化合物的形式。此类副产物是通常凝结并沉淀在与上述子系统相关联的部件的内表面上的残留物。这些子系统可各自具有吹扫能力，以帮助避免或去除相关联的副广物。
[0004]美国专利8，499，739中描述了DPF再生装置的一个例子，其公开了吹扫DPF再生装置以冲刷可能阻塞相关联喷嘴的杂质。此外，美国专利8，359，833公开了一种SCR系统，其具有吹扫功能以冲刷可能阻塞配送部件的、由尿素形成的沉积物。
[0005]类似地，EGR冷却器内可能形成来自冷却剂流的残留物。发生这种情况可能是因为环境条件相对较冷、废气温度低或流经EGR冷却器的废气流量低造成的。在EGR冷却器内积聚的此类残余沉积物通常降低EGR冷却器的效率，并可能导致部件的腐蚀和恶化。因此，要进行吹扫。在EGR冷却器中的吹扫操作过程中，通常以合适的压力和温度传输压缩流体流，以却器冲刷和吹扫冷却剂。
[0006]然而，在EGR冷却器中，可能因为另外的原因进行吹扫。为此，当给予EGR流的冷却受到限制时，可能对一些发动机运行条件和模式带来益处。在一个示例中，从EGR热交换器中吹扫冷却剂可以令EGR冷却器准备好在非冷却模式下运行，诸如在发动机的均质充量压缩点火(HCCI)模式下。此模式提供了避免EGR冷却器内冷却剂沸腾的好处，并增加了对从EGR流入传热介质流路的热损失的耐热性。冷却剂通常是具有高热导率和高热容量的液体，而吹扫流体是与冷却剂相比具有较低热导率和热容量的气体。因此，与用冷却剂填充传热介质流路相比，吹扫流体具有从EGR流向外传热的更高的耐热性。这有利于实现HCCI模式下更高的进气歧管温度。
[0007]第7，849，682号美国专利涉及一种废气后处理装置，其具有燃料动力燃烧器，以通过周期性燃烧废气副产品提供再生。一个实施例设想使用压缩空气源，以首先辅助燃烧，然后在装置内的再生周期结束时吹扫未燃烧的燃料。替代实施例设想为吹扫阶段使用不同的流体，诸如液体清洁溶液。
[0008]由于每个子系统都指定不同的吹扫要求，诸如但不限于，吹扫流速、吹扫流温度、吹扫流压力等等，因此通常安装对应于每个子系统的单独的吹扫系统。这种添加可能使整个系统体积庞大且相对复杂。另外，由于颁布了更严格的排放要求，附加的子系统可能需要被添加到已很笨重的系统中。因此，可能发生的是，单独的吹扫系统需要被应用到每个新引入的子系统。这可能进一步增加系统的庞大和复杂性，增加成本，并可能影响发动机系统的整体效率。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型涉及减少在包括具有彼此不同的吹扫频率或吹扫要求的废气处理子系统的发动机系统内提供吹扫能力给多个子系统的成本和复杂性。
[0010]在一个方面，本实用新型示出了用于一种发动机系统中的一种吹扫系统。所述发动机系统包括发动机和多个需要吹扫的子系统。吹扫系统包括集中式吹扫单元，带有至少一个压缩空气源，其存储并提供压缩空气。压缩空气源通过一个控制阀组件与多个子系统流体连通，所述控制阀组件包括可操作地定位在所述压缩空气源和子系统之间的至少一个阀。此外，还包括控制器，其与控制阀组件控制连通。控制器被配置为使阀在开启状态和关闭状态之间交替，以改变所述压缩空气源和子系统之间的流体连通。所述改变基于一组预定义的阈值条件。
[0011]所述控制阀组件包括多个控制阀，每个控制阀与所待吹扫述子系统中的对应一个流体连通;并且所述压缩空气源包括与所述多个控制阀流体连通的压缩空气轨道。
[0012]所述待吹扫子系统为废气后处理子系统，包括废气再循环系统、废气再循环冷却器、选择性催化还原系统、柴油微粒过滤器和尿素管路中的至少两个。
[0013]所述压缩空气源进一步包括与所述压缩空气轨道流体连通的:空气压缩机，以及可变容积蓄能器。
[0014]所述控制阀组件包括减压阀，所述减压阀配置成，当所述压缩空气轨道内的压力大于阈值时释放压缩空气。
[0015]所述阀组件还包括快速接头阀，所述快速接头阀配置成将压缩空气提供给辅助子系统。
[0016]上述技术解决方案提供了集中式存储和控制能力，以有效地吹扫多个子系统。
【附图说明】
[0017]图1是根据本实用新型的构思，具有集中式吹扫单元的示例性吹扫系统的示意图；
[0018]图2是根据本实用新型的构思，图1的吹扫系统的详细示意图；以及
[0019]图3是说明根据本实用新型的构思，图1的吹扫系统的示例性操作的流程图。
【具体实施方式】
[0020]参考图1，示出了用于发动机系统102的示例性吹扫系统100。吹扫系统100包括集中式吹扫单元104，并且发动机系统102包括发动机106。发动机106可以为传统发动机，其应用于多种基于动力的应用，诸如建筑机械、发电机组等。作为示例，发动机106为内燃机。发动机系统102可包括与发动机的废气后处理相关联的一个或多个“待吹扫”子系统。在所示实施例中，示例性地示出了一个以上“待吹扫”子系统。即，包括第一子系统108、第二子系统110、第三子系统112和第四子系统114。这些子系统中的每个可以互换地和分别地称为废气再循环(EGR)冷却器108、选择性催化还原系统(SCR)llO、柴油机微粒过滤再生装置，还可称为DPF再生装置112和尿素管路114。进一步地，发动机系统102包括辅助子系统116。此辅助子系统116代表与可能需要吹扫操作的发动机106相关联的许多附加子系统，诸如维护工具。这些“待吹扫”子系统可以统称为子系统108、110、112、114和116。
[0021]集中式吹扫单元104配置成满足发动机系统102的吹扫要求。集中式吹扫单元104包括压缩空气源118、控制阀组件120和控制器122。
[0022]压缩空气源118配置成结合栗送和存储压缩空气。压缩空气源118与子系统108、110、112、114和116中的每个流体连通，以向子系统108、110、112、114和116供应所存储的压缩空气。为了便于描述，仅示出了单个压缩空气源118。然而，可以设想，压缩空气源118作为包括多个单元的组件工作，该多个单元包括空气轨道124、电动空气压缩机126和可变容积蓄能器128(图2)。压缩空气可以在空气轨道124、电动空气压缩机126和可变容积蓄能器128(图2)中的任意一个或者每个中被维持为高于环境压力。一般而言，压缩空气源118是将由发动机106和/或可选地由电动机产生的动力，和/或由液压蓄能器回收的动力转换成势能的装置。这种转化通过将环境空气栗入大致较小容积的压缩空气源118中来实现。这导致压缩空气源118内的增大的空气压力。该增大的空气压力可以传输至子系统108、110、112、114和 116。
[0023]控制阀组件120或简单的阀组件120可操作地定位在压缩空气源118和子系统108、110、112、114和116中的每个之间。通常，阀组件120可包括有助于压缩空气经由流体导管(未示出)流向每个子系统108、110、112、114和116的一个或多个阀。这种流动在识别出子系统108、110、112、114和116中的一个或多个中的吹扫要求时发生。阀组件120可包括控制压缩空气从压缩空气源118到每个子系统108、110、112、114和116的流动的一个或多个流动控制装置。由于每个子系统108、110、112、114和116可具有不同的吹扫要求，所以到每个子系统108、110、112、114和116的特定流动很关键。作为示例，EGR冷却器108的吹扫要求可以不同于SCR 110的吹扫要求。因此，吹扫要求的因素可以从一个子系统到另一子系统变化。此夕卜，来自压缩空气源118的压缩空气传输到EGR冷却器108的温度可以取决于压缩空气被传输的压力和/或流速。类似地，其它特性特征和到子系统108、110、112、114和116中的每个的空气传输参数(诸如与所传输空气的密度有关的那些参数)的组合也可以受到控制。
[0024]控制器122与阀组件120控制连接。例如，这使得能够控制压缩空气的流速。控制器122还可调节所传输空气的其它特性，诸如传输的容积。更具体地说，控制器122配置成管理阀组件120的一个或多个阀处于开启状态或关闭状态，以改变压缩空气源118和子系统108、110、112、114和116中的一个或组合之间的流体连通。该改变可以基于一组预定阈值条件来管理，诸如子系统108、110、112、114和116的计算的效率。吹扫要求的识别可能使得控制器122有必要将阀组件120切换成开启状态。
[0025]作为一种选择，控制器122可以为发动机的电子控制模块(ECM)。然而，控制器122可以为独立的基于微型处理器的装置。控制器122可以可操作地经由有线链路138连接到阀组件120。控制器122可包括一组易失性存储器单元，诸如包括相关联的输入和输出总线的随机存取存储器(RAM)/只读存储器(ROM)。更具体地，控制器122可以被设想为提供控制器功能的专用集成电路、或其它逻辑装置，且这些装置对本领域普通技术人员来说是已知的。在示例性实施例中，控制器122可构成发动机的现有控制单元中的一个的一部分，诸如安全模块、燃料调节模块和/或类似物。控制器122可容纳在发动机系统102的面板或一些部分内，从这些位置发动机122保持便于进入以维护和修理。
[0026]控制器122可包括存储器(未示出)，其中存储与对应于每个子系统108、110、112、114和116的压缩空气的流动有关的数据。例如，在吹扫期间压缩空气到EGR冷却器108的流动可能需要一定程度的流速、压力、温度和其它特性，其可以仅对EGR冷却器108是唯一的。类似地，关于其它子系统的数据可以不同，且一旦确定，这些数据同样可存储在存储器内(未示出)。
[0027]参考图2，描述了吹扫系统100的更多细节。显然，图示描述了吹扫系统100的操作的优选模式。然而，本实用新型的实施例不应该被视为仅限于所描述的该实施例。结合图1来描述图2。
[0028]如以上所示和所述，压缩空气可以存储在空气轨道124、电动空气压缩机126和可变容积蓄能器128中的一个或组合中。类似地，阀组件120可包括一个或多个阀。更具体地，阀组件120包括减压阀130、快速接头阀132和流量阀134。假设控制器122与阀组件120控制连通，减压阀130和快速接头阀132也与控制器122控制连通。此外，吹扫系统100还包括如所示出的压力传感器136。
[0029]空气轨道124为压缩空气轨道，其一般为具有共轨结构的腔室。空气轨道124流体连接至电动空气压缩机126和可变容积蓄能器128(或压缩空气源)。空气轨道124配置成存储由电动空气压缩机126产生的压缩空气。当可变容积蓄能器128中的压缩空气达到阈值时空气轨道124还配置成存储从可变容积蓄能器128释放的压缩空气。以这种方式，当电动空气压缩机126大致可操作地联接至源自发动机106的发电机(未示出)时，可以由空气轨道124从电动空气压缩机126接收压缩空气。空气轨道124存储从电动空气压缩机126获得的压缩空气的能量，且当所存储空气逐渐减压时，该能量用于吹扫子系统108、110、112、114和116。
[0030]可变容积蓄能器128用作附加气源，经由可变容积蓄能器128可以回能量收且可以将压缩空气传输到空气轨道124，然后至子系统108、110、112、114和116中的一个或多个。一般而言，可变容积蓄能器128可以为压力贮存器，其中可压缩流体(诸如空气)在通过外部装置产生的压力下存储。这样，压缩空气可以在空气轨道124中基本上维持加压状态。可变容积蓄能器128经由包括阀131的流体管路129连接至空气轨道124。阀131可以为止回阀，该止回阀确保可变容积蓄能器128内的阈值压力的建立和维持，以及基于要求确保压力释放。
[0031]压力传感器136可操作地连接至吹扫系统100的吹扫管路140。压力传感器136可监测传输到一个或多个子系统108、110、112、114和116的压缩空气的压力。压力传感器136配置成将增加或降低吹扫空气的压力水平的要求通信到控制器122。控制器122进而可借助于流量阀134来改变压缩空气源118和子系统108、110、112、114和116之间的流体连通。此外，可相对于吹扫管路140设置多个其它传感器类型，以确定和传输作为有效吹扫操作因素的一组或多组数据。作为示例，温度传感器(未示出)可测量被传输的压缩空气的温度。进一步地，流速传感器可检测压缩空气的流速。每个这种检测因素可以传输至控制器122。
[0032]流量阀134可便于将压缩空气传输到子系统108、110、112、114和116。流量阀134可以为一系列两通阀或者两通阀与三通阀的组合。根据本实用新型的一个方面，流量阀134可以在全关闭状态和全开启或较大开启状态之间直接切换。根据本实用新型的另一个方面，流量阀134可实现流阻的比例控制或者子系统108、110、112、114和116中的一个和空气轨道124之间的有效流动面积。有效地，控制阀组件120的流量阀134可操作地定位在空气轨道124和子系统108、110、112、114和116中的每个之间。
[0033]流量阀134可配置成接收来自压缩空气源118的压缩空气，并调节压缩空气到子系统108、110、112、114和116的流动。这使得阀组件120的流量阀134实现压缩空气源118 (或空气轨道124)和子系统108、110、112、114和116中的每个之间的流体连通的不同状态。作为示例，流量阀134可影响压缩空气源118到EGR冷却器108的流体连通。同时，压缩空气源118与SCR 110的流体连通的阻断可能受影响。这样做，具有合适压力特性的压缩空气可以传输至EGR冷却器108以执行EGR冷却器108内的吹扫操作。类似地，不同压力下的压缩空气可以实现与SCR 110的流体连通以及阻断与EGR冷却器108的流体连通。因此，流量阀134可选择地改变、阻断以及影响压缩空气源118和子系统108、110、112、114和116中的每个之间的流体连通。以这种方式，与每个子系统108、110、112、114和116对应的压缩空气的传输可以被唯一地表征以满足每个子系统108、110、112、114和116的特定要求。
[0034]当压缩空气的压力高于阈值时，减压阀130被配置成通过经由出口133将过剩压力排出到环境来释放到吹扫系统100(或空气轨道124)内的阈值压力。快速接头阀132有助于吹扫系统100的连接以及压缩空气到发动机系统102的附加子系统(诸如辅助子系统)的传输。阀130、132和134中的每个流体连接至空气轨道124。此外，阀130、132和134中的每个可以或者是液压、气压或者是电动地开启和关闭。这种开启和关闭可以由控制器122来控制。
[0035 ]参考图3，描述本实用新型的各方面的操作的示例性方法。该示例性方法通过流程300描述。图3与图1和2结合起来描述。
[0036]在步骤302，识别吹扫的需要。例如设置在控制器122内的定时器可以辅助该识别。可以设置定时器以周期性地识别和汇总与子系统108、100、112、114和116对应的数据，以及确定子系统108、100、112、114和116中的哪一个需要吹扫操作。由于定时器可以记录在子系统108、100、112、114和116任何一个中执行最后一次吹扫操作的时间，所以可以识别出需要下一次吹扫的时间。可以确立这种识别的另一个因素是子系统108、100、112、114和116的效率。例如，如果子系统108、100、112、114和116中的一个运作不良，则可以识别出效率低的子系统需要吹扫。效率和周期性两个因素均可以被设定为吹扫识别的阈值条件，但是还可以设想多个其它因素。可替代地，例如当维护和/或维修时可以手动地确定该识别。一般而言，此阶段伴随吹扫系统100的开启。方法前进到步骤304。
[0037]在步骤304，控制器122计算所识别的子系统的吹扫要求。吹扫要求可以基于子系统108、100、112、114和116的目的和操作要求。因此，可能发生的是，具有特定压力、温度和流速的压缩空气被传输至108、100、112、114和116中的一个。方法前进到步骤306。
[0038]在步骤306，控制器致动和/或开启流量阀134到基于所获取的预定吹扫要求参数的程度。方法前进到步骤308。
[0039]在结束步骤308，空气轨道124关闭空气轨道124和待吹扫子系统之间的流体连通。结束步骤308继续直至需要进行吹扫操作，其还可以被确立为预设参数。当所选子系统释放可能已经影响相关联操作的杂质时，吹扫过程停止。
[0040]工业实用性
[0041]在工作中，当发动机系统102运行时，杂质和其它颗粒物可以沉积在子系统108、100、112、114和116中的一个或多个的内表面上。因此，吹扫系统100识别吹扫子系统108、100、112、114和116中的至少一个的需要。该需要可以基于可在一段时间内子系统108、100、112、114和116的变差的效率。可替代地，还可在周期性工作过程中发现该需要。
[0042]更具体地说，可以存在吹扫发动机系统102的各种目的。当多模式内燃发动机以均质充量压缩点火(HCCI)模式运行时，其期望将冷却剂吹扫出EGR冷却器108。一旦识别出吹扫的需要，则控制器12 2确定需要吹扫的子系统中的吹扫要求。在传输空气的同时，该要求可以从需要传输的空气的气量到需要维持的空气的流速而变化。一旦确定(或从预设参数中获取)对应于子系统108、100、112、114和116当中的特定子系统的压缩空气的气量和流速，则控制器122致动流量阀134并将压缩空气释放到“待吹扫”子系统。压缩空气的此气量和流速与其它特性数据(诸如压缩空气的温度)一起形成预定阈值条件。预定阈值条件可以作为数据存储在控制器122的存储器内，并可以在每个吹扫工作时获取，如已经指出的。
[0043]显然，控制器122可以配置成接收来自压力传感器136的感测压力信号。在所述接收之后，控制器122处理所接收信号并将该信号转换成反馈特定格式，该反馈特定格式适用于传输到减压阀130、快速接头阀132和流量阀134中的一个或多个，用于附属操作。流量阀134的附属操作可以涉及子系统108、110、112、114和116与压缩空气源118之间的流体连通的变化。
[0044]由于吹扫系统100为集中式系统，所以为发动机系统102使用最小空间。进一步地，降低了燃烧损失，且降低了与发动机系统102和吹扫系统的结合相关的复杂性。由于分离的子系统也可以需要规律地吹扫，所以吹扫系统100还提供一种用以将这些附加子系统流体连接到集中式吹扫单元104的方法。
【主权项】
1.一种用于发动机系统的吹扫系统，所述发动机系统包括发动机和一个或多个待吹扫子系统，其特征在于，所述吹扫系统包括: 集中式吹扫单元，其包括: 至少一个压缩空气源，其用以存储和提供压缩空气； 控制阀组件，其包括至少一个阀，所述阀可操作地定位在所述压缩空气源和所述待吹扫子系统之间的流体连通中；以及 控制器，其与所述控制阀组件控制连接并配置成使所述阀在开启状态和关闭状态之间交替以改变所述压缩空气源和至少一个所述待吹扫子系统之间的流体连通，所述改变基于一组预定阈值条件。2.根据权利要求1所述的用于发动机系统的吹扫系统，其特征在于: 所述控制阀组件包括多个控制阀，每个控制阀与所待吹扫述子系统中的对应一个流体连通;并且 所述压缩空气源包括与所述多个控制阀流体连通的压缩空气轨道。3.根据权利要求2所述的用于发动机系统的吹扫系统，其特征在于，所述待吹扫子系统为废气后处理子系统，包括废气再循环系统、废气再循环冷却器、选择性催化还原系统、柴油微粒过滤器和尿素管路中的至少两个。4.根据权利要求2所述的用于发动机系统的吹扫系统，其特征在于，所述压缩空气源进一步包括与所述压缩空气轨道流体连通的: 空气压缩机，以及 可变容积蓄能器。5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于发动机系统的吹扫系统，其特征在于，所述控制阀组件包括减压阀，所述减压阀配置成，当所述压缩空气轨道内的压力大于阈值时释放压缩空气。6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于发动机系统的吹扫系统，其特征在于，所述阀组件还包括快速接头阀，所述快速接头阀配置成将压缩空气提供给辅助子系统。
【文档编号】F01N3/029GK205677733SQ201620510381
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月31日 公开号201620510381.2, CN 201620510381, CN 205677733 U, CN 205677733U, CN-U-205677733, CN201620510381, CN201620510381.2, CN205677733 U, CN205677733U
【发明人】葛新宇, 齐永利
【申请人】卡特彼勒公司