CN105986939A - 具有排气器通气的被动填充空气冷凝物***的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于具有排气器通气的被动填充空气冷凝物***的设备和方法。具体而言，一种填充空气冷却室(202)具有下壁，该下壁具有下壁中的孔口(206)。冷凝物管(208)流体地连接，以将排气烟雾冷凝物从孔口***到收集储槽(210)中。通气管(216)流体地连接，以将烟雾从收集储槽的上开口排至排气器(218)。流动密封(212)流体地连接，以从收集储槽的下开口***冷凝物。排出气体水分冷凝物(214)从冷却室经由持续打开的孔口***到收集储槽中。排出气体水分冷凝物烟雾从收集储槽排至排气器。

Description

具有排气器通气的被动填充空气冷凝物***的设备和方法
技术领域
本发明的实施例大体上涉及发动机空气***。特定实施例涉及缓解排出气体再循环发动机空气***内的冷凝物收集。
背景技术
响应于演变的排放法规(例如，Tier 4和IMO 3)，全球的发动机制造者正在投资诸如两级涡轮增压、公共轨道燃料***、排出气体再循环(“EGR”)、选择性催化还原(“SCR”)和排出气体后处理的技术。例如，两级涡轮增压和EGR可组合以用于提高燃料效率和排气清洁度。但在某些环境条件下，特别是在海洋环境中，吸入空气水分可在涡轮增压期间冷凝。该冷凝物必须在到达吸入歧管之前移除，以便避免侵蚀和其他发动机损伤。另外，当含有硫的燃料(例如，船用柴油)在发动机燃烧室内侧焚烧时，燃烧产物包括硫氧化物。含有硫氧化物的排出气体在经由EGR与湿的吸入空气混合时形成可在发动机中冷凝的酸性蒸气。酸性冷凝物的量取决于燃料中的含硫量以及发动机操作状态。除非从***移除，否则冷凝的酸性介质将至少侵蚀排出气体再循环(EGR)冷却器以及空气吸入歧管。
鉴于上文，可能期望提供在填充空气包含柴油燃烧排气的产物且不可直接地排到当地环境的情况下从柴油发动机的填充空气***被动地***冷凝物的设备和方法。
发明内容
在一个实施例中，一种设备包括填充空气冷却室、冷凝物管、通气管、收集储槽、和流动密封(loop seal)。冷却室具有下壁，该下壁具有在下壁中(即，贯穿其)的孔口。冷凝物管流体地连接，以将冷凝物(例如，排气烟雾冷凝物)从孔口***到收集储槽中。通气管流体地连接，以将烟雾从收集储槽的上开口排至排气器。流动密封流体地连接，以从收集储槽的下开口***冷凝物。在另一个实施例中，冷凝物管流体地连接，以直接地且连续地将冷凝物从孔口***到收集储槽中。
在另一个实施例中，一种设备包括发动机空气吸入仓室和EGR阀，该EGR阀连接成允许排出气体从发动机排出管线进入发动机空气吸入仓室中。该设备还包括冷却室，该冷却室与发动机空气吸入仓室流体地联接，且在冷却室的下壁中(即，贯穿其)具有孔口。设备还包括冷凝物管，该冷凝物管操作地连接，以将冷凝物从孔口***到收集储槽中。例如，冷凝物管可与孔口结合地构造成直接地且连续地将冷凝物从孔口***到收集储槽中。该设备还包括操作地连接以将烟雾从收集储槽的上开口排到发动机排气器的通气管，和操作地连接以从收集储槽的下开口***冷凝物的流动密封。冷却室可为中间冷却器室、后冷却器室、或EGR冷却器室中的一者。
在另一个实施例中，一种方法包括将冷凝物(例如，排出气体水分冷凝物)从发动机排出气体再循环***的冷却室经由持续打开的孔口***到收集储槽中。该方法还包括将冷凝物烟雾从收集储槽排至发动机的排气器。
技术方案1：一种设备，其包括：
填充空气冷却室，该冷却室具有下壁，所述下壁具有在所述下壁中的孔口；
冷凝物管，其流体地连接，以将冷凝物从所述孔口***到收集储槽中；
通气管，其流体地连接，以将烟雾从所述收集储槽的上开口排至排气器；和
流动密封，其流体地连接，以从所述收集储槽的下开口***冷凝物。
技术方案2：根据技术方案1所述的设备，其中，所述冷却室为柴油排出气体再循环***中的中间冷却器室、后冷却器室、或EGR冷却器室中的一者，所述柴油排出气体再循环***连接在柴油发动机的排出管线与空气吸入仓室之间。
技术方案3：根据技术方案1所述的设备，其中，所述冷却室具有向下凹到所述下壁中的冷凝物收集容积，且所述孔口从所述冷凝物收集容积敞开。
技术方案4：根据技术方案3所述的设备，其中，所述冷却室作为连接在发动机的排出管线与空气吸入仓室之间的排出气体再循环***的一部分而可操作地连接，且其中，在所述发动机的操作期间，所述冷却室在比所述排气器的压力大的压力下加压，所述收集储槽在所述冷却室与所述排气器之间的中间压力下加压，且所述流动密封排放至大气压力。
技术方案5：根据技术方案4所述的设备，其中，所述冷却室被加压至至少大约6 bar。
技术方案6：根据技术方案4所述的设备，其中，所述孔口在尺寸方面确定为允许穿过所述冷却室的流的不大于大约0.01%的气流。
技术方案7：根据技术方案1所述的设备，其中，所述流动密封的排放口定位成在所述收集储槽内维持冷凝物的剩余液。
技术方案8：根据技术方案7所述的设备，其中，所述流动密封的排放口定位在封闭空间内。
技术方案9：根据技术方案8所述的设备，其中，所述封闭空间为船舶发动机舱。
技术方案10：根据技术方案1所述的设备，其中，所述冷凝物管操作地连接，以将冷凝物直接地且连续地从所述孔口***到所述收集储槽中。
技术方案11：一种设备，包括：
发动机空气吸入仓室；
EGR阀，其连接成允许排出气体从发动机排出管线进入所述发动机空气吸入仓室中；
冷却室，其与所述发动机空气吸入仓室流体地联接，且具有在所述冷却室的下壁中的孔口；
冷凝物管，其操作地连接，以将冷凝物从所述孔口***到收集储槽中；
通气管，其操作地连接，以将烟雾从所述收集储槽的上开口排到发动机排气器；和
流动密封，其操作地连接，以从所述收集储槽的下开口***冷凝物，
其中，所述冷却室为中间冷却器室、后冷却器室、或EGR冷却器室中的一者。
技术方案12：根据技术方案11所述的设备，其中，所述冷却室具有向下凹到所述下壁中的冷凝物收集容积，且所述孔口从所述冷凝物收集容积敞开。
技术方案13：根据技术方案12所述的设备，其中，在所述发动机的操作期间，所述冷却室在比所述发动机排气器的压力大的压力下加压，所述收集储槽在所述冷却室与所述发动机排气器之间的中间压力下加压，且所述流动密封排放到大气压力。
技术方案14：根据技术方案13所述的设备，其中，所述冷却室被加压至至少大约6 bar。
技术方案15：根据技术方案13所述的设备，其中，所述孔口在尺寸方面确定为允许穿过所述冷却室的流的不大于大约0.01%的气流。
技术方案16：根据技术方案11所述的设备，其中，所述流动密封的排放口定位成在所述收集储槽内维持冷凝物的剩余液。
技术方案17：根据技术方案16所述的设备，其中，所述流动密封的排放口定位在封闭空间内。
技术方案18：根据技术方案17所述的设备，其中，所述封闭空间为船舶发动机舱。
技术方案19：根据技术方案11所述的设备，其中，所述冷凝物管操作地连接，以将冷凝物直接地且连续地从所述孔口***到所述收集储槽中。
技术方案20：一种方法，其包括：
将冷凝物从发动机排出气体再循环***的冷却室经由持续打开的孔口***到收集储槽中；和
将冷凝物烟雾从所述收集储槽排至所述发动机的排气器。
技术方案21：根据技术方案20所述的方法，其还包括：
在所述收集储槽内维持冷凝物的剩余液；和
在所述剩余液超过由流动密封位置确定的水平的情况下，从所述收集储槽经由流动密封***冷凝物。
技术方案22：根据技术方案21所述的方法，其中，所述流动密封***到封闭空间内的气氛。
附图说明
通过参照附图阅读非限制性实施例的以下描述，将更好地理解本发明，在以下附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的实施例的燃烧发动机；且
图2示意性地示出了根据本发明的实施例的能够结合图1的燃烧发动机使用的被动冷凝物******。
具体实施方式
现在将在下文中详细地参照本发明的示范实施例，其实例在附图中示出。只要可能，则贯穿附图使用的相同的参考标号来表示相同或类似的部分，而不重复描述。尽管参照船用柴油发动机描述了本发明的示范实施例，但本发明的实施例还可适于通用地与构造成排出气体再循环的涡轮增压发动机一起使用。
图1示意性地示出了燃烧发动机10，例如，船用柴油发动机，其可位于封闭空间300内，例如，船舶的发动机舱内。发动机100包括燃烧缸110，燃烧缸110操作地连接，以驱动传动装置112以用于将机械动力输送至负载。燃烧缸110从吸入仓室114摄入空气，在摄入的空气中混合和燃烧燃料，且将排出气体排到排出歧管116。吸入仓室114内的空气被从吸入过滤器118吸收，吸入过滤器118可配置在封闭空间300内或外侧。为了提高燃料效率、动力输送等，来自吸入过滤器118的空气由第一涡轮压缩机120和第二涡轮压缩机122的相应的压缩机部分加压。涡轮压缩机120、122由排出气体驱动，该排出气体从排出歧管116通过发动机排出管线流至涡轮压缩机的涡轮部分，且然后从涡轮压缩机流至排气器218，排气器218排到封闭空间300的外侧。为了提高燃料效率，加压的吸入空气由(第一与第二涡轮压缩机122、124之间的)中间冷却器24内和(第二涡轮压缩机124与吸入仓室114之间的)后冷却器126内的水、空气、或其他冷却剂冷却。为了减少NOx排放，在其他情况下将直接流至排气器218的排出气体的一部分改为根据发动机操作状态而由包括EGR阀128的排出气体再循环(“EGR”)***127成比例地转移。转移的排出气体然后经由EGR冷却器130和(在一些实施例中)文氏管泵132反馈回燃烧缸110。中间冷却器124、后冷却器126、和EGR冷却器130可共同地描述为“填充空气冷却室”。
如上所述，对加压排出气体进行冷却的一个问题是，水分与颗粒如硫氧化物一同冷凝出冷却的气体。所得的排出气体水分冷凝物可为酸性、腐蚀性的，且通常对发动机操作和寿命是不利的。例如，在冷凝物聚集在填充空气冷却室的表面上的情况下，导致的侵蚀可引起来自室的泄漏。在泄漏包括排出气体烟雾的情况下，这可使得封闭空间(诸如船舶发动机舱)不适于居住。因此，期望的是，避免冷凝物聚集在填充空气冷却室内。
从填充空气冷却室***冷凝物的前述模式通常利用汽阱技术，例如，浮阀或其他水平感测阀，它们直接地***到舱底且在阀处维持冷凝物的小的剩余液(heel)以用于蒸气密封(从而防止排出气体烟雾泄漏到封闭空间中)。然而，在侵蚀性排出气体水分冷凝物的背景下，此种技术是有问题的，因为冷凝物剩余液将趋于损坏用于维持该剩余液的阀。
因此，本发明的示范实施例提供了图2中示意性地示出的无阀或被动的冷凝物******或设备200。该设备200从填充空气冷却室200连接，以通过流动密封重力***口212来***冷凝物，且将烟雾排至排气器218。(填充空气冷却室202可为如图1中所示的中间冷却器124、后冷却器126、和/或EGR冷却器130中的任一个或更多个。)更具体而言，设备200可包括冷凝物收集容积204，其向下凹到填充空气冷却室202的下表面中。设备200还包括孔口206，孔口206从填充空气冷却室202的下表面(例如，从冷凝物收集容积204)直接通到冷凝物管208中。冷凝物管208延伸至冷凝物收集储槽210。(例如，冷凝物管可直接地延伸到储槽210，这意味着除管之外没有发动机构件配置在孔口与储槽之间。)冷凝物收集储槽210具有两个出口：流动密封重力***口212和通气管216。流动密封212流体地连接，以将冷凝物从收集储槽的下开口***到封闭空间300中，例如，到舱底漏斗中。通气管216流体地连接，以将烟雾从收集储槽的上开口排至排气器218中。
在发动机100的操作期间，填充空气冷却室202通常将在比发动机排气器218的压力大的压力下加压，例如，在大约6bar下或更高。收集储槽210将在冷却室与发动机排气器之间的中间压力下加压，例如，高于1bar，且发动机排气器218可处于大气压力或略高于大气压力。具体而言，可能将通气管216连接在***和颗粒过滤器的上游或下游，因为到达收集储槽210的任何排出气体颗粒将沉淀到排出气体水分冷凝物中。
因此，冷凝物***设备200允许已经与排气烟雾混合的少量填充空气(例如，不大于通过冷却室202的填充空气流的大约0.01%)从填充空气冷却室内202经由孔口206、冷凝物管208、收集储槽210和通气管216流至排气器218。在填充空气***中自然地发生的排出气体水分冷凝物混合物将累积在冷凝物收集容积204中，然后通过孔口206滴下且沿冷凝物管208向下滴至收集储槽210。在冷凝物填充储槽210时，溢流将经由流动密封212离开储槽。流动密封212排放口定位成在储槽210内维持冷凝物混合物剩余液214，从而相对于流动密封的排放口密封排气烟雾。通过提供用于从填充空气冷却室202***冷凝物的无阀***，减少维护且改善可靠性。
有利地，冷凝物***设备200使得柴油发动机填充空气冷凝物能够从填充空气***安全地移除，而不排到在填充空气中存在的发动机舱排出气体中。各种安全标准和当地法律禁止排出气体排到除发动机排气器***外。
因此，本发明的实施例提供了一种设备，该设备包括：填充空气冷却室，该冷却室具有下壁，该下壁具有贯穿下壁的孔口；冷凝物管，其流体地连接以将冷凝物(例如，排气烟雾冷凝物)从孔口***到收集储槽中(例如，直接到储槽中)；通气管，其流体地连接，以将烟雾从收集储槽的上开口排至排气器；和流动密封，其流体地连接以从收集储槽的下开口***冷凝物。冷却室可为连接在柴油发动机的排出管线与空气吸入仓室之间的柴油排出气体再循环***中的中间冷却器室、后冷却器室、或EGR冷却器室中的一者。冷却室可具有向下凹到下壁中的冷凝物收集容积，且孔口可从冷凝物收集容积敞开。在发动机的操作期间，冷却室在高于排气器压力的压力下加压，收集储槽在冷却室与排气器之间的中间压力下加压，且流动密封排放至大气压力。例如，冷却室可被加压至至少大约6 bar。孔口可在尺寸方面确定成允许通过冷却室的流的不大于大约0.01%的气流。流动密封排放口可定位成在收集储槽内维持冷凝物剩余液。流动密封排放口可定位在封闭空间内，例如，船舶发动机舱内。
其他实施例提供了一种设备，其包括：发动机空气吸入仓室；EGR阀，其连接成允许排出气体从发动机排出管线进入发动机空气吸入仓室中；冷却室，其与发动机空气吸入仓室流体地联接，且具有贯穿冷却室下壁的孔口；冷凝物管，其操作地连接以将冷凝物从孔口(例如，直接地且连续地)***到收集储槽中；通气管，其操作地连接以将烟雾从收集储槽的上开口排到发动机排气器；和流动密封，其操作地连接以从收集储槽的下开口***冷凝物。冷却室可为中间冷却器室、后冷却器室、或EGR冷却器室中的一者。冷却室可具有向下凹到下壁中的冷凝物收集容积，且孔口可从冷凝物收集容积敞开。在发动机操作期间，冷却室在比发动机排气器的压力大的压力下加压，收集储槽在冷却室与发动机排气器之间的中间压力下加压，且流动密封排放至大气压力。例如，冷却室可被加压至至少大约6 bar。孔口可在尺寸方面确定成允许穿过冷却室的流的不大于大约0.01%的气流。流动密封排放口可定位成在收集储槽内维持冷凝物剩余液。流动密封排放口可定位在封闭空间内，例如，船舶发动机舱内。
其他实施例实现了一种方法，其包括将冷凝物(例如，排出气体水分冷凝物)从发动机排出气体再循环***的冷却室经由持续打开的孔口***到收集储槽中；和将冷凝物烟雾(例如，排出气体水分冷凝物烟雾)从收集储槽排至发动机的排气器。该方法还可包括在收集储槽内维持冷凝物剩余液；和在剩余液超过由流动密封位置确定的水平的情况下，经由流动密封从收集储槽***冷凝物。流动密封可***到封闭空间内的气氛中。例如，封闭空间可为船舶发动机舱。
在另一个实施例中，一种方法包括经由(i)定位在向下凹到冷却室下壁中的冷凝物收集容积中的持续打开的孔口和(ii)将孔口与收集储槽互连的冷凝物管，将冷凝物从发动机排出气体再循环***的填充空气冷却室***到收集储槽中。该方法还包括：将冷凝物烟雾从收集储槽排至发动机的排气器(经由使收集储槽与排气器流体地联接的通气管，例如，该通气管可联接到收集储槽的顶壁)；和经由可操作地连接到收集储槽底部的流动密封来在收集储槽内维持冷凝物剩余液，且在该剩余液超过由流动密封的位置确定的水平的情况下从收集储槽***冷凝物。
在另一实施例中，发动机***包括两个或更多个填充空气冷却室202(例如，如图1中所示的中间冷却器124、后冷却器126、和/或EGR冷却器130中的两个或更多个)。该两个或更多个填充空气冷却室中的至少两个各自包括如图2中所示的相应的收集储槽204和孔口206，以用于将冷凝物从填充空气冷却室发送至一个或更多个冷凝物管208和一个或更多个收集储槽210。例如，各此种填充空气冷却室可具有相应的冷凝物管208，冷凝物管208延伸至相应的收集储槽210或延伸至公共的收集储槽210。在公共收集储槽210的情况下，公共收集储槽210、单个流动密封212、和单个通气管216支持多个填充空气冷却室，以用于移除冷凝物，从而与对于各此种装备的填充空气冷却室的具有单独的收集储槽相比，降低了***成本和容积。
应理解的是，以上描述旨在为例示性而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可与彼此组合地使用。此外，可作出许多改变来使特定情形或材料适于本发明的教导，而不脱离其范围。尽管本文中所述的材料的大小和类型旨在限定本发明的参数，但它们决不是限制性的，且为示范实施例。在阅读以上描述之后，许多其他实施例对于本领域技术人员而言将是清楚的。因此，本发明的范围应当参照所附权利要求以及此种权利要求享有权利的等同物的完整范围来确定。在所附权利要求中，用语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应用语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的普通英语同义词。此外，在以下权利要求中，用语“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”等仅用作标记，且不旨在对其对象强加数字或位置要求。此外，以下权利要求的限制不是以装置加功能的格式撰写的，且不旨在基于35 U.S.C.§112第六段来解释，除非且直到此种权利要求限制明确地使用短语“一种装置，其用于”后面跟着没有其他结构的功能声明。
本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何装置或***，并执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
如本文中使用的，以单数形式叙述且前缀词语“一个”或“一种”的元件或步骤应当理解为不排除多个该元件或步骤，除非明确地陈述此种排除。此外，对本发明的“一个实施例”参照不意图解释为排除存在也包括所叙述特征的附加实施例。此外，除非明确地相反陈述，否则“包括(comprising)”、“包括(including)”或“具有”带特定性质的元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的额外的此种元件。

Claims (10)

1. 一种设备(200)，其包括：
填充空气冷却室(202)，该冷却室具有下壁，所述下壁具有在所述下壁中的孔口(206)；
冷凝物管(208)，其流体地连接，以将冷凝物从所述孔口***到收集储槽(210)中；
通气管(216)，其流体地连接，以将烟雾从所述收集储槽的上开口排至排气器(218)；和
流动密封(212)，其流体地连接，以从所述收集储槽的下开口***冷凝物。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述冷却室为柴油排出气体再循环***(127)中的中间冷却器室(124)、后冷却器室(126)、或EGR冷却器室(130)中的一者，所述柴油排出气体再循环***(127)连接在柴油发动机的排出管线与空气吸入仓室(114)之间。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述冷却室具有向下凹到所述下壁中的冷凝物收集容积(204)，且所述孔口从所述冷凝物收集容积敞开。
4. 根据权利要求3所述的设备，其中，所述冷却室(200)作为连接在发动机的排出管线与空气吸入仓室(114)之间的排出气体再循环***(127)的一部分而可操作地连接，且其中，在所述发动机的操作期间，所述冷却室(202)在比所述排气器(218)的压力大的压力下加压，所述收集储槽(210)在所述冷却室与所述排气器之间的中间压力下加压，且所述流动密封(212)排放至大气压力。
5. 根据权利要求4所述的设备，其中，所述冷却室被加压至至少大约6 bar。
6. 根据权利要求4所述的设备，其中，所述孔口在尺寸方面确定为允许穿过所述冷却室的流的不大于大约0.01%的气流。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述流动密封的排放口定位成在所述收集储槽内维持冷凝物的剩余液。
8. 根据权利要求7所述的设备，其中，所述流动密封的排放口定位在封闭空间内。
9. 根据权利要求8所述的设备，其中，所述封闭空间为船舶发动机舱。
10. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述冷凝物管操作地连接，以将冷凝物直接地且连续地从所述孔口***到所述收集储槽中。
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