动力设备及其发动机系统的制作方法

本实用新型涉及动力机械领域，特别是涉及一种动力设备的发动机系统。此外，本实用新型还涉及一种包括上述发动机系统的动力设备。

背景技术：

随着现代船舶、发动机设备等动力机械需求量激增，发动机使用量已达到历史最高值。由于发动机的广泛应用，人们不仅对其动力性的要求越来越高，也更加重视其所造成的尾气排放污染问题。

现有的发动机系统中，涡轮增压器是一种应用较为普遍的增压手段，可有效利用发动机排气能量、提高发动机气缸充气密度、增加新鲜空气的绝对量，从而满足发动机动力性要求，减少尾气排放污染。具体工作方式为将发动机排放的废气输送至涡轮机，使涡轮机中的叶片旋转，通过连接轴带动压气机，将高压空气输送至发动机。

但现有涡轮增压技术中，由于其工作方式的限制，输送的高压控制中的氧气比例是一定的，无法进行调节，对于发动机初启动、急加速、低速大扭矩以及废气排放管控等特殊工况下需要的不同氧气比例，无法进行调节，难以体现涡轮增压器提高动力性、降低排放的优势。而对于重载货车、货运轮船、复杂路况和城市行车、近港航行等条件下，以上问题的解决又是体现产品优势、提高产品竞争力、满足排放法规要求的关键所在。

因此，如何提供一种能够有效地调节氧气供应量的发动机系统是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种动力设备的发动机系统，通过分子筛和多个阀门的共同作用，能够根据不同的工况调节氧气供应量，满足不同情况下的动力需要和排放管控规定。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述发动机系统的动力设备。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种动力设备的发动机系统，包括发动机、连通所述发动机出气口的涡轮机和连通所述发动机进气口的压气机，所述涡轮机和所述压气机通过连接轴传动，还包括用于分离氧气氮气的分子筛以及分别连接所述分子筛并用于储存氧气的氧气压力容器和用于储存氮气的氮气压力容器，所述氮气压力容器通过第一阀门连接所述压气机的进气口，所述氧气压力容器通过第二阀门连接所述压气机的进气口，所述压气机的出气口通过旁通阀分别连接所述发动机的进气口和所述分子筛；

所述发动机正常工作时，所述旁通阀仅连通所述压气机和所述发动机，所述第一阀门关闭，所述第二阀门关闭；

所述发动机处于高转速大流量工况时，所述旁通阀同时连通所述压气机、所述发动机和所述分子筛，所述第一阀门关闭，所述第二阀门关闭；

需要增加所述发动机氧燃比时，所述旁通阀仅连通所述压气机和所述发动机，所述第一阀门关闭，所述第二阀门打开；

需要减少所述发动机氧燃比时，所述旁通阀仅连通所述压气机和所述发动机，所述第一阀门打开，所述第二阀门关闭。

优选地，所述压气机和所述旁通阀之间设置有中冷器。

优选地，所述旁通阀和所述分子筛之间设置有减压阀。

优选地，所述减压阀进口端设置有第三阀门。

优选地，还包括连通所述压气机的进气口的空气滤清器。

优选地，所述分子筛包括并联设置的氧气分子筛和氮气分子筛，所述氧气分子筛的进气口和所述氮气分子筛的进气口同时连接所述旁通阀的一个接口，所述氧气分子筛的出气口连通所述氧气压力容器，所述氮气分子筛的出气口连通所述氮气压力容器。

本实用新型还提供一种动力设备，包括发动机系统，所述发动机系统具体为上述任意一项所述的发动机系统。

优选地，所述动力设备为发电机组或轮船。

本实用新型提供一种动力设备的发动机系统，包括发动机、连通发动机出气口的涡轮机和连通发动机进气口的压气机，涡轮机和压气机通过连接轴传动，还包括用于分离氧气氮气的分子筛以及分别连接分子筛并用于储存氧气的氧气压力容器和用于储存氮气的氮气压力容器，氮气压力容器通过第一阀门连接压气机的进气口，氧气压力容器通过第二阀门连接压气机的进气口，压气机的出气口通过旁通阀分别连接发动机的进气口和分子筛；发动机正常工作时，旁通阀仅连通压气机和发动机，第一阀门关闭，第二阀门关闭；发动机处于高转速大流量工况时，旁通阀同时连通压气机、发动机和分子筛，第一阀门关闭，第二阀门关闭；需要增加发动机氧燃比时，旁通阀仅连通压气机和发动机，第一阀门关闭，第二阀门打开；需要减少发动机氧燃比时，旁通阀仅连通压气机和发动机，第一阀门打开，第二阀门关闭。

在发动机的四种不同工况下，通过控制各个阀门的开闭及连通状态，配合分子筛及压力容器，实现不同工况下与氧气供应量的调节，以满足发动机初启动、急加速、低速大扭矩等情况下动力需求以及城市行车、近港航行等情况下的排放法规要求。

本实用新型还提供一种包括上述发动机系统的动力设备，由于上述动力设备具有上述技术效果，上述发动机系统也应具有同样的技术效果，在此不再向详细介绍。

附图说明

图1为本实用新型所提供的发动机系统的一种具体实施方式的平面结构示意图。

其中，1-发动机，2-旁通阀，3-涡轮机，4-连接轴，5-压气机，6-中冷器，7-减压阀，8-氧气分子筛，9-氮气分子筛，10-氧气压力容器，11-氮气压力容器，12-空气滤清器，13-第一阀门，14-第二阀门，15-第三阀门。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种动力设备的发动机系统，通过分子筛和多个阀门的共同作用，能够根据不同的工况调节氧气供应量，满足不同情况下的动力需要和排放管控规定。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述发动机系统的动力设备。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本实用新型所提供的发动机系统的一种具体实施方式的平面结构示意图。

本实用新型具体实施方式提供一种动力设备的发动机系统，包括发动机1、涡轮机3、压气机5和连接轴4，其中涡轮机3、压气机5和连接轴4构成涡轮增压器，发动机1的出气口连通涡轮机3的进气口，涡轮机3和压气机5通过连接轴4传动，压气机5的出气口连通发动机1的进气口，压气机5的进气口连通外界以吸入空气。工作时，发动机1所排出的废气冲击涡轮机3叶片，推动涡轮旋转，从而带动连接轴4上压气机5叶轮转动；叶轮旋转后，其进气前方管道内产生负压，将空气吸入，通过叶轮压缩，增加同体积空气的密度、动能、压力能，最终将高压空气输入发动机1。

还包括分子筛、氧气压力容器10和氮气压力容器11，分子筛能够分离氧气和氮气，同时将分离出的氧气输送至氧气压力容器10内存储，将分离出的氮气输送至氮气压力容器11内存储。氮气压力容器11通过第一阀门13连接压气机5的进气口，氧气压力容器10通过第二阀门14连接压气机5的进气口，压气机5的出气口通过旁通阀2分别连接发动机1的进气口和分子筛。即旁通阀2包括三个接口，第一接口连通压气机5的出气口，第二接口连通发动机1的进气口，第三接口连通分子筛的进气口，分子筛输出氧气的接口连通氧气压力容器10的进气口，氧气压力容器10的出气口通过第二阀门14连接压气机5的进气口，分子筛输出氮气的接口连通氮气压力容器11的进气口，氮气压力容器11的出气口通过第一阀门13连接压气机5的进气口。

发动机1正常工作时，旁通阀2仅连通压气机5和发动机1，即旁通阀2的第一接口和第二接口连通，第三接口关闭，第一阀门13关闭，第二阀门14关闭，分子筛及压力容器均不参与工作，发动机1、涡轮机3及压气机5正常工作，压缩空气经旁通阀2后，压缩空气全部输入发动机1，至此，完成发动机系统基本工作流程

发动机1处于高转速大流量工况时，旁通阀2同时连通压气机5、发动机1和分子筛，即旁通阀2的三个接口同时连通，第一阀门13关闭，第二阀门14关闭。发动机1高速运转，进而增加了压气机5输出的空气量，输入发动机1的压缩空气量产生富余，压缩空气经旁通阀2处将一部分输入发动机1，而另一部分输入分子筛处理，分别生成氮气和氧气，分别储存于氧气压力容器10和氮气压力容器11中。此过程中，发动机1以高转速大流量工作，同时将富余的压缩空气储存起来以备后续使用。

当发动机1处于初启动、急加速或低转速大扭矩工况时，此时需要的氧气供应量增加，即需要增加发动机1氧燃比时，旁通阀2仅连通压气机5和发动机1，即旁通阀2的第一接口和第二接口连通，第三接口关闭，第一阀门13关闭，第二阀门14打开。将在高速工况下预先存储于氧气压力容器10中的氧气通过第二阀门14输入至压气机5，进而向发动机1额外供应氧气，增加发动机氧燃比，允许发动机1加快喷油、加速燃烧，从而增强发动机低速时的动力性。

当受到排放法规的限制时，此时需要减少氧气供应量，即需要减少发动机1氧燃比时，旁通阀2仅连通压气机5和发动机1，即旁通阀2的第一接口和第二接口连通，第三接口关闭，第一阀门13打开，第二阀门14关闭。将在高速工况下预先存储于氮气压力容器11中的氮气通过第一阀门13输入至压气机5，向发动,1供给额外的氮气，稀释发动机1供应氧气量，造成低温贫氧的燃烧环境，从而减少氮氧化合物的产生。

在发动机1的四种不同工况下，通过控制各个阀门的开闭及连通状态，配合分子筛及压力容器，实现不同工况下与氧气供应量的调节，以满足发动机初启动、急加速、低速大扭矩等情况下动力需求以及城市行车、近港航行等情况下的排放法规要求。

在本实用新型具体实施方式提供的发动机系统中，压气机5和旁通阀2之间设置有中冷器6，用于降低压气机5压缩空气温度，提高压缩空气密度，提高发动机1进气量。旁通阀2和分子筛之间设置有减压阀7，以控制分子筛进气压力保持稳定，提高设备稳定性。

在本实用新型具体实施方式提供的发动机系统中，还包括连通压气机5的进气口的空气滤清器12，用于清除外部空气中的微粒杂质，保护压气机5部件。

还可通过设置第三阀门15实现对气体流向的控制，且此时旁通阀2可以一直处于三个接口同时连通的状态，通过第三阀门15的开闭控制气体是否进入分子筛，第三阀门15设置于减压阀7的进口端。

发动机1正常工作时，第一阀门13关闭，第二阀门14关闭，第三阀门15关闭，禁止空气进入分子筛，发动机1正常工作；

发动机1处于高转速大流量工况时，第一阀门13关闭，第二阀门14关闭，第三阀门15打开，允许空气进入分子筛，富余空气分离为氧气和氮气分别储存；

需要增加发动机1氧燃比时，第一阀门13关闭，第二阀门14打开，第三阀门15关闭，禁止空气进入分子筛，储存的氧气进入压气机；

需要减少发动机1氧燃比时，第一阀门13打开，第二阀门14关闭，第三阀门15关闭，禁止空气进入分子筛，储存的氮气进入压气机。

也可第三阀门15和旁通阀2同时工作，提高设备安全性和稳定性。

在上述各具体实施方式提供的发动机系统的基础上，分子筛可以为并联设置的氧气分子筛8和氮气分子筛9，氧气分子筛8的进气口和氮气分子筛9的进气口同时连接旁通阀2的第三接口，氧气分子筛8的出气口连通氧气压力容器10，氮气分子筛9的出气口连通氮气压力容器11，即两种分子筛同时工作，提高压力容器内气体纯度。

也可只设置一种类型的分子筛，如只设置一个氧气分子筛8，能够将空气分离为氧气和其他气体，氧气出口连通氧气压力容器10，其他气体出口连通氮气压力容器11，也可实现气体分离，只设置一个氮气分子筛9的情况同时，均在本实用新型的保护范围之内。

除了上述发动机系统，本实用新型的具体实施方式还提供一种包括上述发动机系统的动力设备，该动力设备其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

具体地，上述动力设备可以是发电机组和轮船。

以上对本实用新型所提供的动力设备及其发动机系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。