基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)，水冷卻系統(tǒng)、增壓空氣冷卻系統(tǒng)、液壓油冷卻系統(tǒng)、冷卻風扇驅(qū)動系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)集成為一個動力包；水冷卻系統(tǒng)用于冷卻發(fā)動機(4)水套和永磁發(fā)電機(14)；增壓空氣冷卻系統(tǒng)用于冷卻發(fā)動機(4)增壓空氣；液壓油冷卻系統(tǒng)用于風扇驅(qū)動系統(tǒng)冷卻；冷卻風扇驅(qū)動系統(tǒng)用于控制風扇轉(zhuǎn)速；熱管理系統(tǒng)用于冷卻水和液壓油的低溫預熱和流向控制。本發(fā)明的有益效果是安裝簡單方便，節(jié)省了空間尺寸和重量，減少了能源浪費，使發(fā)動機絕大多數(shù)時間始終處于較佳的工作溫度，有效的延長了發(fā)動機、發(fā)電機等部件的使用壽命，而且動車組的應用也不受外界環(huán)境的制約。
【專利說明】基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)，具體涉及基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]動車組是城際和市郊鐵路實現(xiàn)小編組、大密度的高效運輸工具，以其編組靈活、方便、快捷、安全，可靠、舒適為特點備受世界各國鐵路運輸和城市軌道交通運輸?shù)那嗖A。內(nèi)燃動車組是以柴油機為牽引動力的動車組，主要用于非電氣化鐵路的城際運輸。相對于動力集中式動車組，動力分散式動車組是國內(nèi)外最為常見的動車組。冷卻系統(tǒng)是內(nèi)燃動車組牽引動力包的重要部件，其功能是保證柴油機始終處于較佳工作溫度，動力分散式內(nèi)燃動車組的冷卻系統(tǒng)一般安裝在動車組車架下或車頂部。鑒于排放要求，內(nèi)燃動車組一般采用增壓型柴油機，其冷卻系統(tǒng)一般包括柴油機冷卻水系統(tǒng)、增壓空氣冷卻系統(tǒng)和靜液壓冷卻系統(tǒng)，分別冷卻柴油機冷卻水、增壓空氣和靜液壓油。限于動車組空間尺寸，國內(nèi)外內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)冷卻風扇的驅(qū)動大多采用靜液壓驅(qū)動。
[0003]目前，國內(nèi)內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)一般由動車組集成商整體設計，并負責冷卻控制邏輯、冷卻管路、液壓泵、膨脹水箱及其附件、液壓油箱及其附件的設計和制造，而冷卻裝置的風機和散熱器的集成則委托部件供應商設計和制造。這種設計制造模式要求動車組集成商具備較高的冷卻系統(tǒng)及其零部件綜合設計集成能力，而動車組集成商一般并不具備這種能力，所以往往會導致冷卻系統(tǒng)控制邏輯不合理、冷卻介質(zhì)壓力損失與水泵匹配不合理、液壓泵與風扇驅(qū)動馬達匹配不合理、冷卻裝置冷卻能力與外界環(huán)境匹配不合理等系統(tǒng)問題，并缺乏對冷卻系統(tǒng)進行綜合熱能管理，造成動車組輔助功率浪費，環(huán)境適用性差，冷卻能力不足或裕度過大，甚至降低部件使用壽命。
[0004]國外內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)一般由動車組集成商以集成動力包方式整體委托部件供應商設計和制造。動力包將柴油機、發(fā)電機或液力傳動箱、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等集成在一起整體供貨。動力包直接整體懸掛在動車組車架下。冷卻系統(tǒng)一般包括膨脹水箱、靜液壓油箱、I臺冷卻裝置、油水熱交換器、水溫控閥等部件組成。冷卻裝置包括2臺風機，由風扇和馬達組成、I臺水散熱器和I臺空氣冷卻器等部件，用于冷卻柴油機冷卻水和增壓空氣。靜液壓油則采用二次冷卻，即由油水熱交換器將靜液壓油的熱量傳遞到柴油機冷卻水中，然后由水散熱器通過風扇散發(fā)到大氣中。因柴油機冷卻出水溫度較高，一般在90-95°C，經(jīng)冷卻裝置冷卻后冷卻水溫度約在84-88°C，然后再冷卻液壓油，因此液壓油的溫度會經(jīng)常處于85-95 °C。而不同牌號的液壓油有自身的最佳工作黏度和最低傾點溫度,在該溫度下選用的合適的滿足標準的液壓油，在外界環(huán)境溫度較低的情況下會出現(xiàn)啟動困難或無法啟動等問題，動車組的應用將局限于特定的外界環(huán)境。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所解決的技術問題是所述的基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)為客戶提供了一種冷卻系統(tǒng)的整體解決方案。本發(fā)明將冷卻系統(tǒng)各子系統(tǒng)集成為I個整體模塊，并通過采用冷卻邏輯控制和溫控部件對冷卻系統(tǒng)進行熱能管理，以實現(xiàn)各子系統(tǒng)的最優(yōu)匹配，在-45-50°C外界環(huán)境溫度的條件下，均能保證柴油機、水冷發(fā)電機及液壓驅(qū)動元件始終處于較佳工作溫度。
[0006]基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)，水冷卻系統(tǒng)、增壓空氣冷卻系統(tǒng)、液壓油冷卻系統(tǒng)、冷卻風扇驅(qū)動系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)集成為一個動力包；水冷卻系統(tǒng)用于冷卻發(fā)動機水套和永磁發(fā)電機；增壓空氣冷卻系統(tǒng)用于冷卻發(fā)動機增壓空氣；液壓油冷卻系統(tǒng)用于風扇驅(qū)動系統(tǒng)冷卻；冷卻風扇驅(qū)動系統(tǒng)用于控制風扇轉(zhuǎn)速；熱管理系統(tǒng)包括發(fā)動機CAN總線、冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器、水溫控閥、油溫控閥、冷卻水預熱器、溫控加熱器、油溫傳感器；冷卻水預熱器和溫控加熱器分別對冷卻水和靜液壓油進行低溫預熱；水溫控閥和油溫控閥通過冷卻介質(zhì)溫度控制冷卻水、液壓油的流向，發(fā)動機CAN總線為冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器提供冷卻水溫度信號、增壓空氣溫度信號，油溫傳感器為冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器提供油溫信號。
[0007]所述水冷卻系統(tǒng)包括水散熱器、膨脹水箱、水溫控閥、發(fā)電機旁通管路、冷卻水管路；冷卻水通過水溫控閥控制流經(jīng)水散熱器為發(fā)動機水套冷卻，冷卻水通過水溫控閥控制流經(jīng)發(fā)電機旁通管路為永磁發(fā)電機冷卻。
[0008]所述的冷卻系統(tǒng)設置有冷卻裝置，冷卻裝置包括水散熱器、空氣冷卻器、油冷卻器、水散熱器風扇、中冷風扇、2個馬達；水散熱器、空氣冷卻器、油冷卻器、水散熱器風扇、中冷風扇、2個馬達集成在冷卻裝置框架內(nèi)；水散熱器由水散熱器風扇進行冷卻，空氣冷卻器和油冷卻器并排安裝，共同由中冷風扇進行冷卻。
[0009]所述的液壓油冷卻系統(tǒng)設有液壓管路，液壓管路通過第一油路板和第二油路板聯(lián)接，并通過2個單向閥控制液壓油流向。
[0010]所述的水散熱器、空氣冷卻器、油冷卻器均采用整體鋁板翅式結構。
[0011]本發(fā)明的有益效果是，主要采用了整體集成技術和熱管理系統(tǒng)技術，實現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)的整體模塊化設計，安裝簡單方便，節(jié)省了空間尺寸和重量，減少了能源浪費，使發(fā)動機絕大多數(shù)時間始終處于較佳的工作溫度，有效的延長了發(fā)動機、發(fā)電機等部件的使用壽命，而且動車組的應用也不受外界環(huán)境的制約。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為冷卻系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)工作原理圖。
[0013]圖2為冷卻系統(tǒng)結構圖。
[0014]圖3為冷卻裝置結構圖。
[0015]圖4為膨脹水箱結構圖。
[0016]圖5為液壓油箱結構圖。
[0017]圖中標記:1發(fā)動機CAN總線；2冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器；3冷卻水循環(huán)轉(zhuǎn)速控制器；4發(fā)動機；5水泵；6膨脹水箱；7液壓泵；8單向閥；9馬達；10水散熱器風扇；11水散熱器；12水溫控閥；13發(fā)電機旁通管路14永磁發(fā)電機；15空氣冷卻器；16中冷風扇；17油溫控閥；18油冷卻器；19回油過濾器；20液壓油箱；21溫控加熱器；22吸油過濾器；23油溫傳感器；24冷卻裝置；25液壓管路；26第一油路板；27增壓空氣進氣管；28增壓空氣出氣管；29第二油路板；30冷卻水管路31永磁發(fā)電機進出水管路；32水散熱器防護網(wǎng)；33空氣冷卻器防護網(wǎng)；34冷卻裝置框架；35冷卻水預熱器；6-1水箱箱體；6-2工作閥；6_3安全閥；6_4水位傳感器；6_5水位計；20-1油位計；20-2油位傳感器；20-3油箱箱體；20_4空氣過濾器。
【具體實施方式】
[0018]現(xiàn)結合附圖1到附圖5，對本發(fā)明作進一步的說明:
[0019]一、冷卻系統(tǒng)總體結構見圖2，該發(fā)明的冷卻系統(tǒng)由水冷卻系統(tǒng)、增壓空氣冷卻系統(tǒng)、液壓油冷卻系統(tǒng)、冷卻風扇驅(qū)動系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)等組成，所有的冷卻系統(tǒng)部件集成在I個框架上，同時該框架也集成發(fā)動機4、發(fā)電機、控制系統(tǒng)等部件，并吊裝在動車組車架下。
[0020]發(fā)動機4冷卻水系統(tǒng)主要包括水散熱器11、膨脹水箱6、水溫控閥12、發(fā)電機旁通管路13、冷卻水管路30 ;水溫控閥12根據(jù)設定的溫度控制冷卻水是否流經(jīng)水散熱器11為發(fā)動機4水套冷卻，流經(jīng)發(fā)電機旁通管路13的冷卻水為永磁發(fā)電機14冷卻。永磁發(fā)電機進出水管路31為永磁發(fā)電機14冷卻提供管路。如圖4所示，膨脹水箱6主要由水箱箱體6-1、水位傳感器6-4、工作閥6-2、安全閥6-3、水位計6-5等組成，水冷卻系統(tǒng)可以實現(xiàn)發(fā)動機4水套和永磁發(fā)電機14的冷卻要求，其中對永磁發(fā)電機14的冷卻是通過發(fā)電機旁通管路13的合理分流來實現(xiàn)的。增壓空氣冷卻系統(tǒng)主要包括空氣冷卻器15、增壓空氣進氣管27、增壓空氣出氣管28等部件，其中空氣冷卻器15的增壓空氣進氣管27外表面設有隔熱材料。
[0021]液壓油冷卻系統(tǒng)和冷卻風扇驅(qū)動系統(tǒng)主要包括液壓泵7、馬達9、水散熱器風扇10、中冷風扇16、油溫控閥17、油冷卻器18、回油過濾器19、液壓油箱20、第一油路板26、第二油路板29、單向閥8、液壓管路25等零部件。液壓管路25是通過第一油路板26和第二油路板29聯(lián)接在一起的，并通過2個單向閥8控制液壓油流向，避免了液壓管路25的吸空。液壓泵7為雙聯(lián)泵結構，由發(fā)動機4驅(qū)動，同時給2個馬達9供油。如圖5所示，液壓油箱20主要由油箱箱體20-3、空氣過濾器20-4、吸油過濾器22、油位計20_1、油溫傳感器23、油位傳感器20-2、溫控加熱器21等組成。
[0022]如圖3所示，水散熱器11、空氣冷卻器15、油冷卻器18、水散熱器風扇10、中冷風扇16、2個馬達9和冷卻裝置框架34集成在一套冷卻裝置24內(nèi)，水散熱器11單獨由水散熱器風扇10進行冷卻，而空氣冷卻器15和油冷卻器18并排安裝，共同由中冷風扇16進行冷卻，兩個風扇轉(zhuǎn)速可以分別獨立控制，該裝置吊裝在發(fā)動機4側(cè)面。冷卻裝置24進風側(cè)安裝水散熱器防護網(wǎng)32和空氣冷卻器防護網(wǎng)33。水散熱器11、空氣冷卻器15和油冷卻器18均采用整體鋁板翅式結構。
[0023]二、熱管理系統(tǒng)如圖1所示，從結構上劃分，熱管理系統(tǒng)包括發(fā)動機CAN總線1、冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器2、水溫控閥12、油溫控閥17、冷卻水預熱器35、溫控加熱器21、油溫傳感器23 ;冷卻水預熱器35和溫控加熱器21分別對冷卻水和靜液壓油進行低溫預熱；水溫控閥12和油溫控閥17通過內(nèi)部的冷卻介質(zhì)溫度控制冷卻水、液壓油的流向，發(fā)動機CAN總線I為冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器2提供冷卻水溫度信號、增壓空氣溫度信號，油溫傳感器23為冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器2提供油溫信號。
[0024]熱管理系統(tǒng)從功能上劃分包括低溫預熱、冷卻介質(zhì)流向控制和風扇轉(zhuǎn)速控制等部分。冷卻水預熱器35和溫控加熱器21分別對冷卻水和靜液壓油進行低溫預熱，這2個元件是根據(jù)自己內(nèi)部設定的溫度范圍自行進行加熱、停止加熱，預熱過程是在發(fā)動機啟動前進行的。
[0025]發(fā)動機啟動后，水溫控閥12和油溫控閥17根據(jù)自身設定的溫度范圍用于冷卻水、液壓油的流向控制，這2個元件內(nèi)部流體流向控制取決于冷卻介質(zhì)溫度。而冷卻介質(zhì)溫度是由冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器2根據(jù)發(fā)動機CAN總線I提供的冷卻水溫度信號、增壓空氣溫度信號，以及油溫傳感器23給出的油溫信號，對液壓泵泵出壓力進行控制，從而控制馬達9的轉(zhuǎn)速，即控制冷卻風扇轉(zhuǎn)速，保證冷卻介質(zhì)溫度在合適的工作范圍內(nèi)。
[0026]低溫預熱，當冷卻水和液壓油溫度低于_25°C時，冷卻水預熱器35和溫控加熱器21將自動分別對冷卻水和液壓油進行預熱，直到達到設定的預熱溫度。冷卻水循環(huán)轉(zhuǎn)速控制器3對水泵5進行控制。
[0027]冷卻介質(zhì)流向控制，水溫控閥12開啟溫度為79_88°C，當水溫低于79°C時，冷卻水不經(jīng)過水散熱器11散熱；當水溫高于88°C時，冷卻水全部經(jīng)過水散熱器11散熱；當水溫不低于79°C且不高于88°C，冷卻水為混流。
[0028]液壓油流向控制，油溫控閥17開啟溫度為40_55°C，當油溫低40°C時，液壓油不經(jīng)過油冷卻器18散熱；當油溫高于55°C時，液壓油全部經(jīng)過油冷卻器18散熱；當油溫不低于40°C且不高于55°C，液壓油為混流。
[0029]風扇轉(zhuǎn)速控制，由冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器2進行控制,冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器2根據(jù)預先設定的參數(shù)和控制邏輯，實時檢測發(fā)動機4出水溫度、增壓空氣進氣溫度和靜液壓油溫度信號，并根據(jù)檢測到的溫度信號控制液壓泵7的輸出壓力，從而控制風扇的轉(zhuǎn)速。水散熱器風扇10控制參數(shù)及邏輯:當冷卻水溫度<85°C時，水散熱器風扇10以設定的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)；當冷卻液溫度> 85°C時，水散熱器風扇10轉(zhuǎn)速開始增加，當冷卻水溫度達到93°C時水散熱器風扇10以設定的最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。
[0030]中冷風扇16控制邏輯:空氣冷卻器15和液壓油冷卻器18共用一個中冷風扇16進行冷卻，風扇轉(zhuǎn)速的控制以發(fā)動機4氣缸進氣溫度為主，當發(fā)動機4氣缸進氣溫度<35°C時，風扇以設定的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)；當發(fā)動機4氣缸進氣溫度> 35°C時，中冷風扇16轉(zhuǎn)速開始增加，在發(fā)動機4氣缸進氣溫度達到55°C時，中冷風扇16以設定的最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。當發(fā)動機4氣缸進氣溫度未達到55°C，但液壓油溫度達到80°C時，中冷風扇16轉(zhuǎn)速也以設定的最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。
【權利要求】
1.基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)，其特征在于:水冷卻系統(tǒng)、增壓空氣冷卻系統(tǒng)、液壓油冷卻系統(tǒng)、冷卻風扇驅(qū)動系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)集成為一個動力包；水冷卻系統(tǒng)用于冷卻發(fā)動機(4)水套和永磁發(fā)電機(14);增壓空氣冷卻系統(tǒng)用于冷卻發(fā)動機(4)增壓空氣；液壓油冷卻系統(tǒng)用于風扇驅(qū)動系統(tǒng)冷卻；冷卻風扇驅(qū)動系統(tǒng)用于控制風扇轉(zhuǎn)速；熱管理系統(tǒng)包括發(fā)動機CAN總線(I)、冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器(2)、水溫控閥(12)、油溫控閥(17)、冷卻水預熱器(35)、溫控加熱器(21)、油溫傳感器(23);冷卻水預熱器(35)和溫控加熱器(21)分別對冷卻水和靜液壓油進行低溫預熱；水溫控閥(12)和油溫控閥(17)通過冷卻介質(zhì)溫度控制冷卻水、液壓油的流向，發(fā)動機CAN總線(I)為冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器(2)提供冷卻水溫度信號、增壓空氣溫度信號，油溫傳感器(23)為冷卻風扇轉(zhuǎn)速控制器(2)提供油溫信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng),其特征在于:所述水冷卻系統(tǒng)包括水散熱器(11)、膨脹水箱￠)、水溫控閥(12)、發(fā)電機旁通管路(13)、冷卻水管路(30);冷卻水通過水溫控閥(12)控制流經(jīng)水散熱器(11)為發(fā)動機(4)水套冷卻，冷卻水通過水溫控閥(12)控制流經(jīng)發(fā)電機旁通管路(13)為永磁發(fā)電機(14)冷卻。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng),其特征在于:冷卻系統(tǒng)設置有冷卻裝置(24)，冷卻裝置(24)包括水散熱器(11)、空氣冷卻器(15)、油冷卻器(18)、水散熱器風扇(10)、中冷風扇(16)、2個馬達(9);水散熱器(11)、空氣冷卻器(15)、油冷卻器(18)、水散熱器風扇(10)、中冷風扇(16)、2個馬達(9)集成在冷卻裝置框架(34)內(nèi)；水散熱器(11)由水散熱器風扇(10)進行冷卻，空氣冷卻器(15)和油冷卻器(18)并排安裝，共同由中冷風扇(16)進行冷卻。
4.根據(jù)權利要求4所述的基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述的液壓油冷卻系統(tǒng)設有液壓管路(25)，液壓管路(25)通過第一油路板(26)和第二油路板(29)聯(lián)接，并通過2個單向閥(8)控制液壓油流向。
5.根據(jù)權利要求3所述的基于熱管理系統(tǒng)的動力分散式內(nèi)燃動車組冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述的水散熱器(11)、空氣冷卻器(15)、油冷卻器(18)均采用整體鋁板翅式結構。
【文檔編號】B61C17/00GK104265440SQ201410495774
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權日:2014年9月24日
【發(fā)明者】周美旺, 王博, 李海倫 申請人:中國北車集團大連機車研究所有限公司