[发明专利]带有冷凝物去除的排气再循环系统

说明书

政府权利

本发明是在美国能源署颁发的合同编号DE-FC26-01CH11080下利用政府支持做出的。政府在本发明中享有某些权利。

技术领域

本文公开的主题大体上涉及排气再循环系统，并且更具体地涉及配置成控制EGR系统中使用的排气的蒸汽含量以及去除冷凝物、蒸汽、气体、灰尘和微粒的排气再循环系统。

背景技术

内燃机在燃烧室中用氧化剂燃烧燃料。燃烧所产生的膨胀气体施加直接的力至活塞、涡轮叶片或喷嘴，将化学能转换成有用的机械能。经常需要使内燃机满足排放的严格标准，该排放包括氮氧化物(NO_x)、碳氢化合物(HC)、甲醛(HCHO)、一氧化碳(CO)、氨(NH₃)、微粒的排放物和其它排放物。

通过使用排气再循环(“EGR”)稀释增压空气和抑制燃烧期间达到的最高温度，可减少NO_x排放物。通常，冷却排气以避免可不利地影响发动机操作的升高的进气温度。在一些情况下，发动机冷却剂被用作低温流体以在EGR系统中冷却排气温度。

关于EGR系统中使用的排气的冷却所产生的问题是水滴在冷却期间从EGR排气析出。水滴可促成来自发动机气缸孔的油的孔洗(bore washing)，从而降低润滑。水滴还可在涡轮增压器压缩机叶片上具有不利影响。水还促进EGR系统和发动机进气系统中的腐蚀。另一问题是，缺乏对排气中水蒸汽的百分比的控制可使得难以控制在不发火(misfire)与敲缸之间的燃烧窗口中一致地操作所需的稀释剂的量。还一个问题是，EGR排气中存在的灰尘和微粒可促成发动机中的磨损。

发明内容

根据一个示例性的非限制性实施例，本发明涉及一种用于使排气再循环的系统，其包括：配置成冷却排气的冷却子系统；冷凝物去除子系统；以及温度调节子系统。在一些实施例中，冷却子系统配置成将排气冷却至低于饱和温度。在一些实施例中，冷凝物去除子系统配置成从排出物去除冷凝的水滴并且吸收和洗涤其他排出物成分。

在另一实施例中，一种发动机包括：燃烧室，燃料在其中燃烧，产生处于第一温度的排气；与燃烧室联接的排气系统，其收集排气。排气冷却系统可配置成将排气温度降低至低于饱和温度。冷凝物去除系统可与排气冷却系统联接，配置成使冷凝物从排气沉积。进气系统可与冷凝物去除系统和燃烧室联接。

在另一实施例中，一种使排气再循环的方法可包括：将排气冷却至低于饱和温度的温度；从排气去除冷凝水；以及将排气加热至高于饱和温度的温度。

根据一方面，本发明提供了一种用于使排气再循环的系统，其包括：冷却子系统，其配置成冷却排气；冷凝物去除子系统；以及温度调节子系统。

优选地，冷却子系统配置成将排气冷却到低于饱和温度。

优选地，温度调节子系统配置成将排气的温度增加至高于饱和温度。

优选地，冷却子系统包括第一冷却构件和第二冷却构件，第一冷却构件配置成将排气冷却至第一中间温度，第二冷却构件配置成将排气冷却至低于饱和温度的温度。

优选地，冷却子系统包括换热器。

优选地，换热器包括从由壳管式换热器、板式换热器、板壳式换热器和板翅式换热器组成的组中选择的换热器。

优选地，冷凝物去除子系统包括配置成从排气去除冷凝物的除雾器。

优选地，冷凝物去除子系统包括配置成充当吸收器的除雾器。

优选地，冷凝物去除子系统包括配置成充当洗涤器的除雾器。

优选地，冷凝物去除子系统还包括用于将冷凝物从除雾器去除的管道。

优选地，冷凝物包括水、溶解的有机化合物和固体颗粒的混合物。

优选地，除雾器包括从由网型、静叶型、离心型、声波型、电磁型、挡板型和静电型组成的组中选择的除雾器。

优选地，该系统还包括设置在管道上的阀。

优选地，该系统还包括用于控制阀的控制子系统。

根据另一方面，本发明提供了一种发动机，其包括：燃烧室，燃料在其中燃烧，产生处于第一温度的排气；与燃烧室联接的排气系统，其收集排气；排气冷却系统，其配置成将排气温度降低至低于饱和温度；与排气冷却系统联接的冷凝物去除系统，其配置成使冷凝物从排气沉积；以及与冷凝物去除系统和燃烧室联接的进气系统。

优选地，排气冷却系统包括：第一冷却器，其配置成将排气冷却至第一温度；和第二冷却器，其配置成将排气冷却至低于饱和温度。

优选地，冷凝物去除系统包括除雾器。

优选地，发动机还包括与配置成去除水和微粒物质的除雾器联接的管道。