CN210126632U - 一种船机发动机系统及船机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种船机发动机系统及船机，属于船舶冷却控制技术领域。船机发动机系统，包括发动机、供气系统、热交换器和海水泵，供气系统包括增压器和中冷器，气体依次通过增压器和中冷器后进入到发动机中；热交换器与发动机连通形成内冷却循环回路；海水泵能将海水依次泵入中冷器和热交换器中形成外冷却循环回路，海水泵设置有用于控制其开启的启动开关，中冷器和热交换器之间的冷却通路设置有控制阀，控制阀能选择性将经过中冷器的海水直接排出至大海或流入热交换器中。船机包括上述船机发动机系统。本实用新型中避免了海水泵在发动机无需冷却时持续做功，导致附加功累计损耗大以及能源浪费的现象。

Description

一种船机发动机系统及船机

技术领域

本实用新型涉及船舶冷却控制技术领域，尤其涉及一种船机发动机系统及船机。

背景技术

船机发动机系统包括发动机、与发动机连接的供气系统、以及与发动机连接的冷却系统，其中冷却系统包括与发动机连接的海水泵。由于船机工作环境复杂，发动机运行工况多样，不论发动机长时间怠速、低速运转、以及工况变化时，还是船机处于高温环境还是低温环境，海水泵一直处于工作状态。具体的，低温环境中，供气系统提供的气体温度较低，发动机本身无需再进行冷却，然而海水泵一直工作对发动机进行冷却，导致柴油燃烧恶化，出现整船排放恶化、冒白烟等问题；同时海水泵在发动机无需冷却时持续做功，使得附加功累计损耗大，造成了能源浪费。另外，高温环境中，海上空气湿度大，海水泵持续工作使得发动机过冷，导致船机产生大量冷凝水，影响整机可靠性。

为此，亟需提供一种船机发动机系统及船机以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种船机发动机系统，提高发动机效率，减少附加功消耗，节约能源。

本实用新型的另一个目的在于提供一种船机，可靠性高。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种船机发动机系统，包括发动机，还包括：

供气系统，包括增压器和中冷器，气体依次通过所述增压器和所述中冷器后进入到所述发动机中；

热交换器，其与所述发动机连通形成内冷却循环回路；

海水泵，其能将海水依次泵入所述中冷器和所述热交换器中形成外冷却循环回路，所述海水泵设置有用于控制其开启的启动开关，所述中冷器和所述热交换器之间的冷却通路设置有控制阀，所述控制阀能选择性将经过所述中冷器的海水直接排出至大海或流入所述热交换器中。

作为可选，所述船机发动机系统还包括换热泵和节温器，所述发动机、所述换热泵和所述节温器形成第一内冷却循环回路；所述发动机、所述换热泵、所述节温器和所述热交换器形成第二内冷却循环回路，所述节温器能选择性与所述发动机连通形成所述第一内冷却循环回路或与所述热交换器连通形成所述第二内冷却循环回路。

作为可选，所述控制阀包括阀入口、阀出口和排放口，所述控制阀具有所述阀入口与所述排放口连通的第一连通状态和所述阀入口与所述阀出口连通的第二连通状态，其中所述中冷器与所述阀入口连通，所述阀出口和所述热交换器连通。

作为可选，所述供气系统还包括空气滤清器，所述气体依次经过所述空气滤清器、所述增压器和所述中冷器后进入所述发动机。

作为可选，所述控制阀设置有流量调节模块，所述流量调节模块能调节海水的通流量。

作为可选所述中冷器设置有用于监控其冷却液温度或排出气体温度的第一温度传感器，所述第一温度传感器和所述启动开关均与中央控制模块通讯连接。

作为可选，所述发动机设置有分别用于监控所述中冷器排出气体流量和压力的气体流量传感器以及气体压力传感器，所述气体流量传感器和所述气体压力传感器均与所述中央控制模块通讯连接，且所述中央控制模块能控制所述海水泵的转速。

作为可选，所述控制阀为电控阀，所述电控阀与所述中央控制模块通讯连接。

作为可选，所述热交换器设置有能监测其冷却液出口温度的第二温度传感器，所述第二温度传感器和所述电控阀与所述中央控制模块通讯连接。

一种船机，包括上述任意一种船机发动机系统。

本实用新型的有益效果：

1)通过设置能控制海水泵开启的启动开关，使得船机发动机冷却系统可以根据需要开启海水泵，避免了海水泵在发动机无需冷却时持续做功，导致附加功累计损耗大以及能源浪费的现象；

2)外冷却循环回路中海水泵还能与供气系统中的中冷器连通，中冷器无法满足气体冷却需求时，外冷却循环回路中的海水泵可将温度较低的海水泵入中冷器中，确保中冷器能够继续对气体进行冷却，另外在中冷器和热交换器之间的冷却通路中设置控制阀，控制阀可以根据发动机是否需要冷却而设定海水的流向，使得外冷却循环回路既能对中冷器进行冷却还能对发动机进行了冷却，实现了外冷却循环回路的用途多样化。

附图说明

图1是本实用新型实施例中船机发动机系统的原理图。

图中：

1、发动机；2、换热泵；3、节温器；4、热交换器；5、海水泵；6、启动开关；7、电控阀；8、空气滤清器；9、增压器；10、中冷器；11、海水。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。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。

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实施例公开一种船机，其包括船机发动机系统。如图1所示，该船机发动机系统包括发动机1、供气系统、内冷却循环回路和外冷却循环回路。

其中供气系统包括增压器9和中冷器10，气体先经过增压器9使得气体压力和温度升高，然后再经过中冷器10降低气体温度，以提高气体密度，进而确保发动机1高效率工作。可选地，供气系统还包括空气滤清器8，气体先经过空气滤清器8后再进入到增压器9，避免外界杂质进入到发动机1中，影响发动机1使用寿命。

可选地，船机发动机系统设置有热交换器4，热交换器4与发动机1连通形成循环回路以对发动机1进行冷却。于本实施例中，内冷却循环回路分为第一内冷却循环回路和第二内冷却循环回路。船机发动机系统还包括换热泵2和节温器3，其中换热泵2可为淡水泵。发动机1、淡水泵和节温器3连通并形成第一内冷却循环回路；发动机1、淡水泵、节温器3和热交换器4形成第二内冷却循环回路。其中节温器3能选择性与发动机1连通形成第一内冷却循环回路或与热交换器4连通形成第二内冷却循环回路。即，当发动机1内温度较低时，节温器3与发动机1连通，仅通过第一内冷却循环回路中淡水泵进行冷却；当发动机1内温度较高时，节温器3与热交换器4连通，通过第二内冷却循环回路中淡水泵和热交换器4共同作用对发动机1进行冷却。

进一步地，船机发动机系统包括海水泵5，海水泵5能将海水依次泵入中冷器10和热交换器4中形成外冷却循环回路，海水泵5设置有用于控制其开启的启动开关6，中冷器10和热交换器4的冷却通路之间设置有控制阀7，控制阀7能选择性将经过中冷器10的海水直接排出或流入热交换器4中。可见，上述启动开关6以及控制阀7的设置使得船机发动机系统可根据需要调整外冷却循环回路中海水泵5是否需要工作，以及需要工作时可单独对供气系统进行冷却或同时对供气系统和发动机1进行冷却。其中启动开关6的设置使得船机发动机系统可以根据需要开启海水泵5，避免了海水泵5在发动机1无需冷却时持续做功，导致附加功累计损耗大以及能源浪费的现象；并且外冷却循环回路中海水泵5还能与供气系统中的中冷器10连通，中冷器10无法满足气体冷却需求时，外冷却循环回路中的海水泵5可将温度较低的海水泵入中冷器10中，确保中冷器10能够继续对气体进行冷却；另外在中冷器10和热交换器4之间的冷却通路中设置控制阀7，控制阀7可以根据发动机1是否需要冷却而设定海水的流向，使得外冷却循环回路既能对中冷器10进行冷却还能对发动机1进行冷却，实现了外冷却循环回路的用途多样化。同时避免了中冷器10无需冷却时持续对气体冷却，导致船机排放恶化，冒白烟，以及在高温环境中海水泵5持续工作导致船机产生大量冷凝水等问题。

具体地，控制阀7包括阀入口、阀出口和排放口，控制阀7具有阀入口与排放口连通的第一连通状态和阀入口与阀出口连通的第二连通状态，其中中冷器10与阀入口连通，阀出口和热交换器4连通，以实现控制阀7能选择性将经过中冷器10的海水直接排出或流入热交换器4中。

进一步可选地，控制阀7设置有流量调节模块，流量调节模块能调节海水的通流量，这样设置可以使得外冷却循环回路根据需要冷却程度来调节海水的流量，提高冷却效率。

具体可选地，船机发动机系统包括中央控制模块，其中中央控制模块可选集成在发动机1的ECU上。控制阀7优选电控阀，其中启动开关6和电控阀均与中央控制模块通讯连接，中央控制模块根据船机发动机系统冷却需要操作启动开关和电控阀。可选地，启动开关6对海水泵5的开启控制通过在海水泵以及驱动海水泵5转动的电机之间设置离合器来实现。进一步可选，海水泵5转速可调，中央控制模块还可调节海水泵5转速。

其中，供气系统中的中冷器10设置有用于监控其冷却液温度或排出气体温度的第一温度传感器，第一温度传感器和启动开关6均与中央控制模块通讯连接。这样设置，使得中央控制模块可以根据第一温度传感器的温度来确定是否需要控制启动开关6以开启海水泵5。本实施例中，第一温度传感器优选气体温度传感器，以测量中冷器10排出的气体温度，其中可选当排出气体温度T₁高于中央控制模块中第一预设温度T₁₀时，中央控制模块控制启动开关6开启海水泵5，对供气系统的中冷器10进行外循环冷却，确保气体以适宜温度进入发动机1中。于本实施例中第一预设温度T₁₀可选50℃。其中，电控阀处于第一连通状态，海水经过海水泵5泵入中冷器10中，然后经过中冷器10进入到电控阀的阀入口，并从排放口排至大海11中。

进一步可选地，热交换器4设置有能监测其冷却液出口温度的第二温度传感器，第二温度传感器和电控阀与中央控制模块通讯连接。通过第二温度传感器监测内循环回路中的冷却液温度，中央控制模块确定是否切换电控阀的工作状态。可选，当第二温度传感器监测的温度T₂高于中央控制模块的第二预设温度T₂₀时，中央控制模块切换电控阀使其处于第二连通状态，使得海水经过海水泵5泵入中冷器10后，又经过电控阀进入到热交换器4中，辅助热交换器4对发动机1进行冷却，从而实现外冷却循环回路对发动机1进行冷却。通常第二预设温度T₂₀均会高于第一预设温度T₁₀，可选第二预设温度T₂₀为90℃。并且，由于发动机1还配设有内循环冷却系统，通常当第二温度传感器监测的温度T₂超过第二预设温度T₂₀时，第一温度传感器监测的温度T₁超过第一预设温度T₁₀，为此本实施例设定，外循环冷却回路对热交换器4进行辅助冷却时，其也对中冷器10进行辅助冷却。

进一步可选地，发动机1还设置有分别用于监控中冷器10排出气体流量和压力的气体流量传感器以及气体压力传感器，气体流量传感器和气体压力传感器均与中央控制模块通讯连接，且中央控制模块能控制海水泵5的转速。

另外，由于船机工况复杂，影响船机发动机系统温度因素众多，可选地，热交换器4设置有能监测其入口处和出口处内循环冷却液之间温度差的温差传感器，温差传感器和电控阀均与中央控制模块通讯连接。通过监测热交换器4入口处和出口处的内循环冷却液的温度差，使得中央控制模块可调整电控阀的开度以及海水泵5的转速。具体的，当温度差差值较小时，表明热交换器4的内循环冷却液冷却能力明显不足，需要调整电控阀的流量调节模块，以增大温度较低的海水的通流量；当电控阀的流量调节模块已达到最大开度时，可通过提高海水泵5转速，以提供更多温度较低的海水来辅助热交换器4进行换热，反之则可以控制电控阀减小海水的通流量以及减小海水泵5转速，避免能源浪费。进一步可选地，发动机1设置有用于监测其机油温度的第三温度传感器，第三温度传感器与中央控制模块通讯连接。通过监测发动机1内部机油温度，可直接明确内冷却循环回路和外冷却循环回路对发动机1的冷却是否满足需求，当第三传感器监测的机油温度T3高于第三预设温度T₃₀，可通过中央控制模块来调整电控阀中流量调节模块的开度以及海水泵5的转速进而降低机油温度。另外，外界环境温度对船机发动机系统的温度也有一定影响，进一步可选地，船机发动机系统还包括用于监测外界环境温度的第四温度传感器，第四温度传感器与中央控制模块通讯连接。当外界环境温度低时，可提前减小电控阀中流量调节模块的开度以及海水泵5转速，从而节约能源。通过将外界环境温度作为中央控制模块控制海水泵5转速以及调节电控阀中流量调节模块的参考，使得海水泵5转速以及电控阀能够更好地与发动机1及供气系统匹配，实现船机发动机系统做功少、冷却效率高。

进一步可选地，中央控制模块还设置有延时模块，延时模块被配置为发动机1停车时间t后，控制海水泵5和电控阀关闭。当发动机1停车后，发动机1内部余热需要进一步散发，延时模块的设置有助于延长发动机1的使用寿命。

具体地，上述船机发动机系统可包括以下冷却模式：

模式一：第一温度传感器监测的中冷器10排出的气体温度T₁低于第一预设温度T₁₀时，供气系统无需海水泵5进行辅助冷却，此时发动机1正常运转，海水泵5和电控阀不工作，减少了附加功及热损失；

模式二：第一温度传感器监测的中冷器10排出的气体温度T₁高于第一预设温度T₁₀，且第二温度传感器监测的热交换器4内循环冷却液出口的温度T₂低于第二预设温度T₂₀时，中央控制模块控制启动开关6开启海水泵5，同时电动阀处于第一连通状态，此时海水泵5将海水泵入中冷器10后，可通过电控阀直接排放至大海11中。并且，中央控制模块可根据气体压力传感器、气体流量传感器等监测的数值控制海水泵5的转速以调节外冷却回路对中冷器10的冷却速度。

在上述模式一和模式二中，发动机1主要依靠内冷却循环回路对自身进行冷却。具体地，当发动机1内部温度较低时，可仅依靠第一内冷却循环回路进行冷却，此时节温器3直接与发动机1连通，处于关闭状态；当发动机1内部温度较高时，发动机1需要依靠第二内冷却循环回路进行冷却，此时节温器3与热交换器4连通，处于开启状态，主要依靠淡水泵和热交换器4共同作用以对发动机1进行换热。当第二内冷却循环回路无法满足发动机1冷却需求时，需要外冷却循环回路对发动机1进行冷却，此时进入模式三。

模式三：当第二温度传感器监测到的温度T₂高于第二预设温度T₂₀时，海水泵5处于工作状态，同时电控阀处于第二连通状态，海水泵5将海水泵入中冷器10，然后再经过电控阀进入到热交换器4中，对热交换器4进行辅助换热，进而冷却发动机1，然后再由热交换器4将完成换热的海水排至大海11中，同时中央控制模块可综合气体压力传感器、气体流量传感器、温差传感器、第三温度传感器以及第四温度传感器等监测的数值来控制海水泵5的转速以及电控阀中流量调节模块的开度，使得外冷却循环回路等冷却效率能与船机发动机1系统的发热效率适应，实现做功小、冷却效率快。

模式四：发动机1停车，外循环冷却回路中海水泵5依然运转，电控阀处于第二连通状态，继续冷却发动机1，待第一温度传感器监测的气体温度T₁小于第一预设温度T₁₀，第二温度传感器监测的温度T₂小于第二预设温度T₂₀时，海水泵5停止运转。于另一实施例中，模式四可选发动机1停车后，海水泵5继续运转预设时间t₀后，直接自动停止运转。其中中可选预设时间t₀为30s。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船机发动机系统，包括发动机(1)，其特征在于，还包括：

供气系统，包括增压器(9)和中冷器(10)，气体依次通过所述增压器(9)和所述中冷器(10)后进入到所述发动机(1)中；

热交换器(4)，其与所述发动机(1)连通形成内冷却循环回路；

海水泵(5)，其能将海水依次泵入所述中冷器(10)和所述热交换器(4)中形成外冷却循环回路，所述海水泵(5)设置有用于控制其开启的启动开关(6)，所述中冷器(10)和所述热交换器(4)之间的冷却通路设置有控制阀(7)，所述控制阀(7)能选择性将经过所述中冷器(10)的海水直接排出至大海(11)或流入所述热交换器(4)中。

2.根据权利要求1所述的船机发动机系统，其特征在于，所述船机发动机系统还包括换热泵(2)和节温器(3)，所述发动机(1)、所述换热泵(2)和所述节温器(3)形成第一内冷却循环回路；所述发动机(1)、所述换热泵(2)、所述节温器(3)和所述热交换器(4)形成第二内冷却循环回路，所述节温器(3)能选择性形成所述第一内冷却循环回路或形成所述第二内冷却循环回路。

3.根据权利要求1所述的船机发动机系统，其特征在于，所述控制阀(7)包括阀入口、阀出口和排放口，所述控制阀(7)具有所述阀入口与所述排放口连通的第一连通状态和所述阀入口与所述阀出口连通的第二连通状态，其中所述中冷器(10)与所述阀入口连通，所述阀出口和所述热交换器(4)连通。

4.根据权利要求1所述的船机发动机系统，其特征在于，所述供气系统还包括空气滤清器(8)，所述气体依次经过所述空气滤清器(8)、所述增压器(9)和所述中冷器(10)后进入所述发动机(1)。

5.根据权利要求1所述的船机发动机系统，其特征在于，所述控制阀(7)设置有流量调节模块，所述流量调节模块能调节所述海水的通流量。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的船机发动机系统，其特征在于，所述中冷器(10)设置有用于监控其冷却液温度或排出气体温度的第一温度传感器，所述第一温度传感器和所述启动开关(6)均与中央控制模块通讯连接。

7.根据权利要求6所述的船机发动机系统，其特征在于，所述发动机(1)设置有分别用于监控所述中冷器(10)排出气体流量和压力的气体流量传感器以及气体压力传感器，所述气体流量传感器和所述气体压力传感器均与所述中央控制模块通讯连接，且所述中央控制模块能控制所述海水泵(5)的转速。

8.根据权利要求6所述的船机发动机系统，其特征在于，所述控制阀(7)为电控阀，所述电控阀与所述中央控制模块通讯连接。

9.根据权利要求8所述的船机发动机系统，其特征在于，所述热交换器(4)设置有能监测其冷却液出口温度的第二温度传感器，所述第二温度传感器和所述电控阀与所述中央控制模块通讯连接。

10.一种船机，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的船机发动机系统。

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