船舶柴油机废气再循环系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种船舶柴油机废气再循环系统，该废气再循环系统包括依次连接形成循环回路的柴油机、涡轮增压器和中冷器，还包括EGR电子阀、EGR冷却器和文丘里管，所述柴油机的废气出口经由排气管分为第一支路和第二支路，所述第一支路与涡轮增压器的输入端相连，所述涡轮增压器的输出端与中冷器的进口相连；所述第二支路与EGR电子阀的入口相连，所述EGR电子阀的出口与EGR冷却器进气口相连；所述中冷器出口和EGR冷却器的出气口均通过文丘里管与柴油机的进气口连接。本实用新型能根据船舶航行状态、以及柴油机不同工况等因素实现对EGR电子阀的控制，自动设置出最优EGR率，从而尽可能的减少NOX的排放，保证船舶柴油机在节能与减排上取得一个最佳平衡点。
【专利说明】
船舶柴油机废气再循环系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及柴油机的废气循环技术领域，具体地指一种船舶柴油机废气再循环系统。
【背景技术】
[0002]随着全球环境的恶化和人们环保意识的加强，船舶防污染的相关法规日益严苛，控制发动机有害气体排放的要求强烈。其中，以船舶柴油机的污染物排放为主的环境污染尤为引人关注，世界海事组织对船舶主动力即柴油机污染的控制也越来越严格。柴油机及其能源向绿色环保方向发展已经成为一种必然的趋势。
[0003]2008年10月10日，頂O的海洋环境保护委员会(MPEC)会议上通过MARP0L73/78附则的VI的修正案，定义了包括三个级别在内的MO船用柴油机排放标准体系，增加了更为严格的TierIII标准，同意实现减排目标:2016年在排放控制区域(ECAs)达到更严格的TierIII。頂O排放标准日趋严格，满足Tierm阶段法规的技术措施主要有以下三种:在满足Tierm排放法规的柴油机机型上加装选择性催化还原(SCR)技术、废气再循环(EGR)技术、以及双燃料的柴油机天然气模式。目前SCR技术相比于其他技术，更加灵活，技术也相对更加成熟，所以众多大的柴油机厂商选择了SCR技术来应对TierIII排放法规。但是SCR技术也有着其弊端，这项技术设备投资和运行成本都相对高昂，因此各个船用柴油机厂商都没有放弃对成本相对低廉的EGR技术进行探索与研究。
[0004]国外针对废气再循环(EGR)系统的研究，已经在车用上有了很大的进展，并且也对船用的EGR系统进行了初步的研究。对于EGR系统的初步研究发现，EGR的确可以有效减低NOx的排放，但是对于柴油机的动力性能却有所影响，并且不是在所有的工况下，EGR系统都可以运行。随着不同的工况，EGR率要有改变，甚至要关闭EGR系统，实验数据证明中小负荷时宜采用较大EGR率，在大负荷时宜采用较小EGR率，在全负荷或接近全负荷时，不宜引入废气，因此单纯的EGR系统不能最有效的满足国际严格的排放标准。
[0005]我国对柴油机尾气排放控制起步较晚，标准也相对宽松，因此相应的净化水平与发达国家的相比存在一定差距。目前国内在降低柴油机尾气排放方面的重点基本在车用燃油系统和尾气系统的研究，而船舶EGR的研究仍处于初级阶段。在远洋船舶航行的时候，由于环境的变化，船舶的实际负荷变化很大，会对重油燃烧过程中NOx产生影响，同时排气中的循环废气中的成分也对柴油机的工作循环变动有很大的影响，但是现有的EGR只是对废气循环的流量和温度进行了控制，而没有考虑到结合船舶的实际运行负荷实时调整EGR，不能有效的构造出最佳的EGR率ο此外，现有的EGR也没有考虑到EGR循环中废气中的污染物质和颗粒物对柴油机性能的影响，不能更好的满足节能减排的要求，因而需要对现有的EGR及其控制系统进行优化。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的就是要提供一种船舶柴油机废气再循环系统。该废气再循环系统能根据船舶航行状态、以及柴油机不同工况等因素实现对EGR电子阀的控制，自动设置出最优EGR率，从而尽可能的减少NOx的排放，优化了船舶柴油机节能减排的性能。
[0007]为实现上述目的，本实用新型所设计的船舶柴油机废气再循环系统，包括依次连接形成循环回路的柴油机、涡轮增压器和中冷器，还包括EGR电子阀、EGR冷却器和文丘里管，所述柴油机的废气出口经由排气管分为第一支路和第二支路，所述第一支路与涡轮增压器的输入端相连，所述涡轮增压器的输出端与中冷器的进口相连;所述第二支路与EGR电子阀的入口相连，所述EGR电子阀的出口与EGR冷却器进气口相连;所述中冷器出口和EGR7令却器的出气口均通过文丘里管与柴油机的进气口连接。这样，通过控制EGR电子阀，柴油机产生的废气一部分进行再循环，再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程，从而减缓燃烧室中压力的形成，进而减少氮氧化合物的生成。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证排放物中的污染成份最低。
[0008]进一步地，还包括用于监测柴油机的动力输出轴转动速度的速度传感器、用于监测柴油机的动力输出轴扭矩的扭矩传感器、以及用于控制EGR电子阀闭合状态的控制器，所述控制器的信号输入端分别与速度传感器、扭矩传感器的信号输出端连接，所述控制器的信号输出端与EGR电子阀的信号输入端连接。这样，通过速度传感器和扭矩传感器监测柴油机动力输出轴的速度和扭矩信号，从而能够根据船舶航行状态、以及柴油机不同工况等因素实现对EGR电子阀的控制，自动设置出最优EGR率，尽可能的减少NOx的排放，从而保证船舶柴油机在节能与减排上取得一个最佳平衡点。
[0009]进一步地，所述控制器为模糊PID控制器。这是因为模糊PID控制器结合了模糊控制器以及PID控制器的优点，具有良好的校正性能，改善了二次调节加载系统的动态响应，提高了控制效果。
[0010]再进一步地，所述EGR电子阀与EGR冷却器之间的管路内设有用于对废气净化的废气净化装置。这样，既降低了废气中污染物含量，同时防止废气中的颗粒物对柴油机造成损伤。
[0011]更进一步地，所述废气净化装置由静电补集器和三元催化转换器组成。这样，静电补集器能把废气里的颗粒物过滤掉，不仅降低了 EGR废气中颗粒对柴油机活塞环、气缸套等零部件磨损加剧，还减小了对机油的污染，进而提高了柴油机的可靠性和寿命。三元催化转换器能把废气里的可燃物转化成0)2和出0，保证了 EGR废气再循环系统运行的稳定性和安全性，扩大了 EGR废气再循环系统的使用范围。
[0012]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点:
[0013]其一，本实用新型通过速度传感器和扭矩传感器监测柴油机动力输出轴的速度和扭矩信号，从而能够根据船舶航行状态、以及柴油机不同工况等因素实现对EGR电子阀的控制，自动设置出最优EGR率，尽可能的减少NOx的排放，从而保证船舶柴油机在节能与减排上取得一个最佳平衡点。
[0014]其二，本实用新型通过控制器控制EGR电子阀的闭合状态，而不是传统的依靠废气的压力来控制其开启，因此控制更为精确，更能保证EGR率的最优化。
[0015]其三，本实用新型采用废气净化装置处理流经第二支路的废气，不仅能过滤废气里的颗粒物，还能把废气里的可燃物转化成0)2和出0，保证了 EGR废气再循环系统运行的稳定性和安全性，扩大了 EGR废气再循环系统的使用范围。
[0016]其四，本实用新型采用文丘里管来解决高压回路在部分工况排气压力低于进气压力的问题，从而保证了废气能顺利进入柴油机，并且减小了对进气流动的影响。
【附图说明】
[0017]图1为一种船舶柴油机废气再循环系统的结构示意图；
[0018]其中:柴油机1、涡轮增压器2、中冷器3、EGR电子阀4、EGR冷却器5、文丘里管6、排气管7、第一支路8、第二支路9、动力输出轴10、速度传感器11、扭矩传感器12、控制器13、废气净化装置14。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0020]图中所示的船舶柴油机废气再循环系统，包括依次连接形成循环回路的柴油机1、涡轮增压器2和中冷器3，还包括EGR电子阀4、EGR冷却器5和文丘里管6，柴油机I的废气出口经由排气管7分为第一支路8和第二支路9，第一支路8与涡轮增压器2的输入端相连，涡轮增压器2的输出端与中冷器3的进口相连;第二支路9与EGR电子阀4的入口相连，EGR电子阀4的出口与EGR冷却器5进气口相连；中冷器3出口和EGR冷却器5的出气口均通过文丘里管6与柴油机I的进气口连接。通过控制EGR电子阀，柴油机I产生的废气一部分进行再循环，再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程，从而减缓燃烧室中压力的形成，进而减少氮氧化合物的生成。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证排放物中的污染成份最低。
[0021]上述技术方案中，还包括用于监测柴油机I的动力输出轴10转动速度的速度传感器11、用于监测柴油机I的动力输出轴10扭矩的扭矩传感器12、以及用于控ffjijEGR电子阀4闭合状态的控制器13，控制器13的信号输入端分别与速度传感器11、扭矩传感器12的信号输出端连接，控制器13的信号输出端与EGR电子阀4的信号输入端连接。通过速度传感器11和扭矩传感器12监测柴油机I的动力输出轴的速度和扭矩信号，从而能够根据船舶航行状态、以及柴油机不同工况等因素实现对EGR电子阀的控制，自动设置出最优EGR率，尽可能的减少NOx的排放，保证柴油机稳定运行。该系统可对柴油机的扭矩、柴油机转速、柴油机负荷等数据进行显示与记录，以便管理人员进行进一步的研究和分析。同时也可对报警进行显示和记录，并给予相关报警的支持信息，便于管理人员进行维护和管理。
[0022]上述技术方案中，控制器13为模糊PID控制器，传统的控制方法满足不了控制精度的要求，而且抗干扰的能力较差。采用模糊PID调节，模糊PID自整定控制具有模糊控制和PID控制的优点，克服了二次调节系统的非线性和时变性。模糊PID自整定控制使得二次元件输出动态响应性能大大改善，具有良好校正性能。速度传感器11和扭矩传感器12的信号输出端与模糊PID控制器信号输入端相连接，用来测出柴油机动力输出轴的速度值以及扭矩值，从而将测得的数值传送模糊PID控制系统，该系统会根据速度值和扭矩值得出柴油机的负荷，从而根据不同负荷下对应的EGR率来调节EGR电子阀。当柴油机低负荷时，增加EGR电子阀的开启时间，适当增大E G R率；当柴油机中负荷时，选取适中E G R电子阀的开启时间；当柴油机高负荷时，减少EGR率或者停止EGR，适当减小EGR率。
[0023]上述技术方案中，EGR电子阀4与EGR冷却器5之间的管路内设有用于对废气净化的废气净化装置14。废气净化装置14由静电补集器和三元催化转换器组成，通过静电补集器可以减少废气中颗粒物含量，不仅降低了柴油机活塞环、气缸套等零部件磨损，还减小了颗粒物对机油的污染，进而提高了柴油机的可靠性和寿命。该静电补集器能够在发动机广阔的转速和负荷范围内有效地控制微粒的排放，大部分工况下净化效率达80%左右。柴油机废气净化装置通过三元催化转换器把废气中的可燃物转化成CO2和水H2O，保证了 EGR废气再循环系统运行的稳定性和安全性，同时扩大EGR的使用范围，具有较大的经济性、实用性和社会价值。
[0024]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种船舶柴油机废气再循环系统，包括依次连接形成循环回路的柴油机(I)、涡轮增压器(2)和中冷器(3)，其特征在于:还包括EGR电子阀(4)、EGR冷却器(5)和文丘里管(6)，所述柴油机(I)的废气出口经由排气管(7)分为第一支路(8)和第二支路(9)，所述第一支路(8)与涡轮增压器(2)的输入端相连，所述涡轮增压器(2)的输出端与中冷器(3)的进口相连;所述第二支路(9)与EGR电子阀(4)的入口相连，所述EGR电子阀(4)的出口与EGR冷却器(5)进气口相连;所述中冷器(3)的出口和EGR冷却器(5)的出气口均通过文丘里管(6)与柴油机(I)的进气口连接。2.根据权利要求1所述的船舶柴油机废气再循环系统，其特征在于:还包括用于监测柴油机(I)的动力输出轴(10)转动速度的速度传感器(11)、用于监测柴油机(I)的动力输出轴(10)扭矩的扭矩传感器(12)、以及用于控制EGR电子阀(4)闭合状态的控制器(13)，所述控制器(13)的信号输入端分别与速度传感器(11)、扭矩传感器(12)的信号输出端连接，所述控制器(13)的信号输出端与EGR电子阀(4)的信号输入端连接。3.根据权利要求2所述的船舶柴油机废气再循环系统，其特征在于:所述控制器(13)为模糊PID控制器。4.根据权利要求1或2所述的船舶柴油机废气再循环系统，其特征在于:所述EGR电子阀(4)与EGR冷却器(5)之间的管路内设有用于对废气净化的废气净化装置(14)。5.根据权利要求3所述的船舶柴油机废气再循环系统，其特征在于:所述EGR电子阀(4)与EGR冷却器(5)之间的管路内设有用于对废气净化的废气净化装置(14)。6.根据权利要求4所述的船舶柴油机废气再循环系统，其特征在于:所述废气净化装置(14)由静电补集器和三元催化转换器组成。7.根据权利要求5所述的船舶柴油机废气再循环系统，其特征在于:所述废气净化装置(14)由静电补集器和三元催化转换器组成。
【文档编号】F02M26/35GK205477991SQ201620238834
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】尚前明, 余秋媛
【申请人】武汉理工大学