CN115355115A - 具有氧浓度控制系统的发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及双燃料机技术领域，具体公开了具有氧浓度控制系统的发动机，包括发动机本体、增压器和氧浓度控制系统，增压器设置于发动机本体，且具有压气端和涡轮端；氧浓度控制系统设置于发动机本体且包括第一流量调节阀、第一废气经济器和冷却及除雾装置，增压器的涡轮端、第一流量调节阀、冷却及除雾装置和增压器的压气端依次串联，冷却及除雾装置对流过的气体进行冷却、除杂及干燥，第一废气经济器的进气接头和冷却及除雾装置与增压器的出气接头之间的管路连通，涡轮端与外界连通。其将氧浓度控制系统集成于发动机本体，进而缓解发动机及氧浓度控制系统分别独立设置带来的体积大且占据机舱空间的问题。

Description

具有氧浓度控制系统的发动机
技术领域
本发明涉及双燃料机技术领域，尤其涉及具有氧浓度控制系统的发动机。
背景技术
随着排放限制越来越严苛，以天然气为燃料的主机逐渐成为船舶动力的热点。对于大型远洋船舶，出于风险考虑，单一燃料的气体机在可靠性及适用性方面还不能满足使用需求，因此二冲程低速双燃料机成为最优的选择。现有技术中二冲程低速双燃料机采用低压缸内直喷的进气方式，即在扫气行程中将压力低于16bar的天然气直接喷入气缸内，在压缩行程终点附近由微量引燃油点燃天然气，实现Otto循环(四冲程循环)。由于这一过程中，天然气与空气的混合气体会参与整个缸内压缩过程，燃烧室内的高温高压可能会引起气体的不受控燃烧，产生高压冲击波作用在缸盖、缸套和活塞上，即爆燃现象。爆燃不仅使发动机工作状态恶化，还会缩短发动机零件寿命。为解决发动机动力性与爆燃之间的矛盾，可以采用稀薄燃烧技术。稀薄燃烧技术是指向缸内供给不含氧的气体，降低缸内氧气的含量，在相同的放热量条件下，由于部分热量用来加热多余的气体，从而起到降低缸内燃烧温度的作用，抑制爆燃倾向。
当前已有一项氧浓度控制设备，用于解决双燃料发动机燃气模式空燃比问题，在较小功率船舶发动机上已经实现实船应用，获得较好的效果。
由于氧浓度控制设备与发动机独立设置，进而面临着氧浓度控制设备的外形尺寸随着所适配发动机总功率的增加而成比例放大的问题。因此，当为其匹配氧浓度控制设备时，会占用非常大的机舱空间，这为本就局促的船舶机舱增加了负担，甚至不得不对船体设计进行更改以适应附加设备的安装。
发明内容
本发明的目的在于：提供具有氧浓度控制系统的发动机，以解决相关技术中氧浓度控制设备存在占用机舱空间大的问题。
本发明提供具有氧浓度控制系统的发动机，该具有氧浓度控制系统的发动机包括：
发动机本体和增压器，所述增压器设置于所述发动机本体上，且具有压气端和涡轮端；
氧浓度控制系统，设置于所述发动机本体且包括第一流量调节阀、第一废气经济器和冷却及除雾装置，所述涡轮端、所述第一流量调节阀、所述冷却及除雾装置和所述压气端依次串联，所述冷却及除雾装置对流过所述冷却及除雾装置的气体进行冷却、除杂及干燥，所述第一废气经济器的进气接头和所述冷却及除雾装置与所述涡轮端之间的管路连通，所述第一废气经济器的出气接头与外界连通。
作为具有氧浓度控制系统的发动机的优选技术方案，所述冷却及除雾装置集成设置有冷却件和干燥器，所述冷却件包括进气口和出气口，所述进气口与所述第一流量调节阀连通，所述出气口与所述干燥器的进气口连通，所述干燥器的出气口与所述压气端连通；
还包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统对所述冷却件进行冷却。
作为具有氧浓度控制系统的发动机的优选技术方案，所述冷却水循环系统包括冷却器和水泵，所述冷却件设置有进水口和出水口，所述出水口、所述冷却器、所述水泵和所述进水口依次连通。
作为具有氧浓度控制系统的发动机的优选技术方案，所述冷却水循环系统还包括水处理器，所述水处理器串联于所述水泵和所述进水口之间的管路上。
作为具有氧浓度控制系统的发动机的优选技术方案，所述冷却水循环系统还包括循环水罐，所述循环水罐串联于所述水处理器与所述进水口之间的管路上。
作为具有氧浓度控制系统的发动机的优选技术方案，所述冷却水循环系统还包括第二流量调节阀，所述第二流量调节阀串联于所述出水口和所述冷却器之间的管路上。
作为具有氧浓度控制系统的发动机的优选技术方案，所述氧浓度控制系统还包括第二废气经济器，所述第二废气经济器串联于所述第一流量调节阀和所述涡轮端之间的管路上。
作为具有氧浓度控制系统的发动机的优选技术方案，所述氧浓度控制系统还包括空气滤清器，所述空气滤清器串联于所述冷却及除雾装置和所述压气端之间的管路上。
作为具有氧浓度控制系统的发动机的优选技术方案，所述氧浓度控制系统还包括第三流量调节阀，所述第三流量调节阀串联于所述冷却及除雾装置和所述空气滤清器之间。
作为具有氧浓度控制系统的发动机的优选技术方案，所述增压器设置有多个，所述氧浓度控制系统设置有多个，多个所述氧浓度控制系统与多个所述增压器一一对应。
本发明的有益效果为：
本发明提供具有氧浓度控制系统的发动机，该具有氧浓度控制系统的发动机包括发动机本体、增压器和氧浓度控制系统，增压器设置于发动机本体上，且具有压气端和涡轮端；氧浓度控制系统设置于发动机本体且包括第一流量调节阀、第一废气经济器和冷却及除雾装置，涡轮端、第一流量调节阀、冷却及除雾装置和压气端依次串联，冷却及除雾装置对流过冷却及除雾装置的气体进行冷却、除杂及干燥，第一废气经济器的进气接头和冷却及除雾装置与涡轮端之间的管路连通，第一废气经济器的出气接头与外界连通，第一废气经济器用于储存流过气体的热量。该具有氧浓度控制系统的发动机将氧浓度控制系统集成于发动机本体上，进而可以缓解发动机及氧浓度控制系统分别独立设置带来的体积大且占据大量机舱空间的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中具有氧浓度控制系统的发动机的结构示意图一；
图2为本发明实施例中具有氧浓度控制系统的发动机的结构示意图二(部分结构未示出)。
图中：
1、发动机本体；2、增压器；21、压气端；22、涡轮端；
31、第一流量调节阀；32、第一废气经济器；33、冷却及除雾装置；331、冷却件；332、干燥器；34、第二废气经济器；35、空气滤清器；36、第三流量调节阀；
41、冷却器；42、水泵；43、水处理器；44、循环水罐；45、第二流量调节阀。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示，本实施例提供具有氧浓度控制系统的发动机，该具有氧浓度控制系统的发动机包括发动机本体1、增压器2和氧浓度控制系统，增压器2设置于发动机本体1上，且具有压气端21和涡轮端22；氧浓度控制系统设置于发动机本体1且包括第一流量调节阀31、第一废气经济器32和冷却及除雾装置33，涡轮端22、第一流量调节阀31、冷却及除雾装置33和压气端21依次串联，冷却及除雾装置33对流过冷却及除雾装置33的气体进行冷却、除杂及干燥，第一废气经济器32的进气接头和冷却及除雾装置33与涡轮端22之间的管路连通，第一废气经济器32的出气接头与外界连通，第一废气经济器32用于储存流过气体的热量。该具有氧浓度控制系统的发动机将氧浓度控制系统集成于发动机本体1上，进而可以缓解发动机及氧浓度控制系统分别独立设置带来的体积大且占据大量机舱空间的问题。
对于氧浓度控制系统的具体结构，可选地，氧浓度控制系统包括第一流量调节阀31、第一废气经济器32和冷却及除雾装置33，涡轮端22、第一流量调节阀31、冷却及除雾装置33和压气端21依次串联，冷却及除雾装置33对流过其的气体进行冷却、除杂及干燥。本实施例中，从发动机排出的废气进入到氧浓度控制系统中，冷却及除雾装置33除去废气中的颗粒物后对废气进行冷却和干燥，进而重新进入到压气端21，处理后的废气与增压泵内的空气混合，降低气缸内气体的含氧量，进而可以防止缸体内发生爆燃现象。第一流量调节阀31可以调节氧浓度控制系统中废气的流量，进而调节缸体内的含氧量。由于从涡轮端22排出的废气的流量是一定的，当第一流量调节阀31调节通过其内的废气的流量时，第一废气经济器32将多余的废气排出。具体地，第一废气经济器32为现有技术，故在此不再赘述。
可选地，冷却及除雾装置33包括冷却件331和干燥器332，冷却件331包括进气口和出气口，进气口与第一流量调节阀31连通，出气口与干燥器332的进气口连通，干燥器332的出气口与压气端21连通；具有氧浓度控制系统的发动机还包括冷却水循环系统，冷却水循环系统对冷却件进行冷却。本实施例中，冷却水循环系统对冷却件331进行降温处理。
可选地，冷却水循环系统包括冷却器41和水泵42，冷却件331设置有进水口和出水口，出水口、冷却器41、水泵42和进水口依次连通。本实施例中，冷却件331内储有冷却水，进气口位于冷却水的水面以下，出气口位于冷却水的水面以上。废气从进气口进入，进而从出气口流出，由于进气口位于冷却水的水面以下，出气口位于冷却水的水面以上，废气先进入冷却水中，然后从出气口流出。在此过程中，冷却水一方面可以带走废气中的热量，另一方面可以带走废气中的颗粒物。从出气口排出的废气进入干燥器332中，进而对废气进行干燥处理。水泵42使冷却水循环系统内的冷却水和冷却件331内的冷却水循环流动，具体地，冷却件331相当于冷却罐。
可选地，冷却水循环系统还包括水处理器43，水处理器43串联于水泵42和进水口之间的管路上。本实施例中，废气进入到冷却水中进行冷却的过程中，废气中的颗粒物、酸碱性气体等会存留在水中，如果不及时清理，一方面会对冷却水循环系统的管路造成堵塞或腐蚀，另一方面会对废气造成二次污染。因此，水处理器43可以除去水中不溶于水的物体以及中和冷却水的酸碱度。
可选地，冷却水循环系统还包括循环水罐44，循环水罐44串联于水处理器43与进水口之间的管路上。本实施例中，循环水罐44用于冷却水循环系统的不同工作状态下循环水量差异的冗余储备。
可选地，冷却水循环系统还包括第二流量调节阀45，第二流量调节阀45串联于出水口和冷却器41之间的管路上。本实施例中，根据废气所需的冷却程度，需要调节冷却水循环系统中冷却水的流量，进而设置第二流量调节阀45可以调节冷却水循环系统中冷却水的流量。
可选地，氧浓度控制系统还包括第二废气经济器34，第二废气经济器34串联于第一流量调节阀31和涡轮端22之间的管路上。本实施例中，第二废气经济器34用于对留下的废气进行热能回收。
可选地，氧浓度控制系统还包括空气滤清器35，空气滤清器35串联于冷却及除雾装置33和压气端21之间的管路上。本实施例中，空气滤清器35对冷却及除雾装置33流出的废气再次去除颗粒杂质，进而保证进入到增压器2内的气体为无颗粒物的气体，进而防止颗粒物对发动机本体1内部的缸体造成损伤。
可选地，氧浓度控制系统还包括第三流量调节阀36，第三流量调节阀36串联于冷却及除雾装置33和空气滤清器35之间。本实施例中，第三流量调节阀36可以调节进入压气端21的废气的流量。
可选地，增压器2设置有多个，氧浓度控制系统设置有多个，多个氧浓度控制系统与多个增压器2一一对应。本实施例中，发动机本体1设置有多个缸体，多个增压器2与多个发动机缸体一一对应设置，多个氧浓度控制系统与多个增压器2一一对应，水循环系统设置有一个，水循环系统的进水端同时与多个冷却件331的出水口连通，水循环系统的出水端同时与多个冷却件331的进水口连通。在其他实施例中，也可以将水循环系统设置有多个，多个水循环系统与多个冷却件331一一对应设置。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.具有氧浓度控制系统的发动机，其特征在于，包括：
发动机本体(1)和增压器(2)，所述增压器(2)设置于所述发动机本体(1)上，且具有压气端(21)和涡轮端(22)；
氧浓度控制系统，设置于所述发动机本体(1)且包括第一流量调节阀(31)、第一废气经济器(32)和冷却及除雾装置(33)，所述涡轮端(22)、第一流量调节阀(31)、所述冷却及除雾装置(33)和所述压气端(21)依次串联，所述冷却及除雾装置(33)对流过所述冷却及除雾装置(33)的气体进行冷却、除杂及干燥，所述第一废气经济器(32)的进气接头和所述冷却及除雾装置(33)与所述涡轮端(22)之间的管路连通，所述第一废气经济器(32)的出气接头与外界连通。
2.根据权利要求1所述的具有氧浓度控制系统的发动机，其特征在于，所述冷却及除雾装置(33)集成设置有冷却件(331)和干燥器(332)，所述冷却件(331)包括进气口和出气口，所述进气口与所述第一流量调节阀(31)连通，所述出气口与所述干燥器(332)的进气口连通，所述干燥器(332)的出气口与所述压气端(21)连通；
还包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统对所述冷却件进行冷却。
3.根据权利要求2所述的具有氧浓度控制系统的发动机，其特征在于，所述冷却水循环系统包括冷却器(41)和水泵(42)，所述冷却件(331)设置有进水口和出水口，所述出水口、所述冷却器(41)、所述水泵(42)和所述进水口依次连通。
4.根据权利要求3所述的具有氧浓度控制系统的发动机，其特征在于，所述冷却水循环系统还包括水处理器(43)，所述水处理器(43)串联于所述水泵(42)和所述进水口之间的管路上。
5.根据权利要求4所述的具有氧浓度控制系统的发动机，其特征在于，所述冷却水循环系统还包括循环水罐(44)，所述循环水罐(44)串联于所述水处理器(43)与所述进水口之间的管路上。
6.根据权利要求5所述的具有氧浓度控制系统的发动机，其特征在于，所述冷却水循环系统还包括第二流量调节阀(45)，所述第二流量调节阀(45)串联于所述出水口和所述冷却器(41)之间的管路上。
7.根据权利要求1所述的具有氧浓度控制系统的发动机，其特征在于，所述氧浓度控制系统还包括第二废气经济器(34)，所述第二废气经济器(34)串联于所述第一流量调节阀(31)和所述涡轮端(22)之间的管路上。
8.根据权利要求1所述的具有氧浓度控制系统的发动机，其特征在于，所述氧浓度控制系统还包括空气滤清器(35)，所述空气滤清器(35)串联于所述冷却及除雾装置(33)和所述压气端(21)之间的管路上。
9.根据权利要求8所述的具有氧浓度控制系统的发动机，其特征在于，所述氧浓度控制系统还包括第三流量调节阀(36)，所述第三流量调节阀(36)串联于所述冷却及除雾装置(33)和所述空气滤清器(35)之间。
10.根据权利要求1-9任一项所述的具有氧浓度控制系统的发动机，其特征在于，所述增压器(2)设置有多个，所述氧浓度控制系统设置有多个，多个所述氧浓度控制系统与多个所述增压器(2)一一对应。
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