專利名稱：柴油機冷卻控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機電一體化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對柴油機機體、進氣空氣以及潤滑油進行智能集散控制的柴油機冷卻控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
柴油機的熱狀態(tài)既是柴油機設(shè)計的一個重要依據(jù)，也是船舶動力艙冷卻系統(tǒng)設(shè)計的重要因素。柴油機燃料燃燒的熱量部分轉(zhuǎn)化為有效功(約40%)，其余由冷卻介質(zhì)(約30%),排氣(約30% )等帶走。與高溫氣體直接接觸的氣門、缸壁、缸套、活塞及缸蓋等，溫度迅速升高。而零件可靠工作的溫度范圍是有限的，冷卻不足會導(dǎo)致充氣系數(shù)降低，燃燒不正常，功率輸出降低；工作粗暴，機件承受額外沖擊載荷；運動件因受熱膨脹而破壞正常間隙，造成“拉缸”，甚至活塞熔化；機件剛度、強度將會大大降低，機械性能下降，甚至損壞；潤滑油粘度降低，變質(zhì)甚至結(jié)膠，使?jié)櫥到y(tǒng)工作不良，加速機件的磨損。而冷卻過度會導(dǎo)致燃油霧化不良，燃料消耗增大、排放增加；進入曲軸箱的燃料稀釋潤滑油，潤滑性能下降； 功率輸出減小，造成動力輸出不足；燃燒廢氣中的硫化物遇水生成亞硫酸，腐蝕機件表面；潤滑油粘度過大，運動件摩擦阻力增大，柴油機摩擦損失增加。因此柴油機冷卻系統(tǒng)的首要任務(wù)就是保證冷卻適度，確保受熱關(guān)鍵零部件在安全溫度范圍內(nèi)工作。傳統(tǒng)柴油機冷卻系統(tǒng)采用靜態(tài)匹配方法，以額定功率點為冷卻系統(tǒng)最大負荷點，計算所需冷卻水量，以最大扭矩點進行冷卻量校核，該設(shè)計方法能夠滿足柴油機額定功率下的散熱要求。雖然采用了節(jié)溫閥等措施保證出水溫度，但在中小負荷下，冷卻水量過大，柴油機容易出現(xiàn)過度冷卻問題。過度冷卻一方面過多地帶走了柴油機燃燒放熱，導(dǎo)致輸出功率下降，油耗增加；另一方面導(dǎo)致水泵消耗功率增加，輔助系統(tǒng)損失功率增加。隨著低速柴油機設(shè)計技術(shù)發(fā)展，通過燃燒過程優(yōu)化方法降低油耗已經(jīng)非常困難，而冷卻系統(tǒng)消耗功率約占柴油機輸出功率5%，冷卻水帶走熱量約占燃燒放熱量30%，因此優(yōu)化冷卻系統(tǒng)匹配與控制對降低油耗具有巨大的潛力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，為滿足柴油機動力性與經(jīng)濟性要求，采用變流量及集散控制方法，平衡與優(yōu)化機體、進氣空氣以及潤滑油各冷卻回路散熱量，而提供的一種柴油機冷卻控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下
本發(fā)明包括柴油機、海水泵、第一路海水調(diào)節(jié)閥、第二路海水調(diào)節(jié)閥、第一路高低溫換熱器、中冷水泵、中冷器、出氣溫度傳感器、第一路出水溫度傳感器、第二路高低溫換熱器、冷卻水泵、機體冷卻調(diào)節(jié)閥、滑油冷卻調(diào)節(jié)閥、潤滑油冷卻器、第二路出水溫度傳感器、出油溫度傳感器、機體溫度傳感器。海水泵的輸出端分兩路，一路接第一路海水調(diào)節(jié)閥的一端，另一路接第二路海水調(diào)節(jié)閥的一端，第一路海水調(diào)節(jié)閥的另一端接第一路高低溫換熱器的第一進口，且第一路高低溫換熱器的第二出口設(shè)置有第一路出水溫度傳感器，第一路高低溫換熱器的第一出口為排水口，第二出口接中冷水泵的一端，中冷水泵的另一端接中冷器的第一進口，中冷器的第一出口接第一路高低溫換熱器的第二進口，形成循環(huán)；中冷器的第二出口接柴油機的第一進口，且在中冷器的第二出口設(shè)置有出氣溫度傳感器，柴油機的第一出口接中冷器的第二進口，形成循環(huán)；
第二路海水調(diào)節(jié)閥的另一端接第二路高低溫換熱器的第一進口，第二路高低溫換熱器的第一出口為排水口，第二出口接冷卻水泵的一端，且第二路高低溫換熱器的第二出口設(shè)置有第二路出水溫度傳感器，冷卻水泵的另一端分兩路，一路接機體冷卻調(diào)節(jié)閥的一端，另一路接滑油冷卻調(diào)節(jié)閥的一端，滑油冷卻調(diào)節(jié)閥的一端的另一端接潤滑油冷卻器的第一進口，潤滑油冷卻器的第一出口接第二路高低溫換熱器的第二進口，形成循環(huán)；潤滑油冷卻器的第二出口接柴油機的第三進口，且在潤滑油冷卻器的第二出口處設(shè)置有出油溫度傳感器，機體冷卻調(diào)節(jié)閥的另一端接柴油機的第二進口，柴油機的第三出口接 潤滑油冷卻器的第二進口，形成循環(huán)；柴油機機體上設(shè)置有機體溫度傳感器。第一路高低溫換熱器的第二出口、中冷器的第二出口、第二路高低溫換熱器的第二出口、潤滑油冷卻器的第二出口和柴油機的機體均設(shè)置有溫度傳感器；
中冷器出氣口設(shè)置溫度傳感器、機體上設(shè)置溫度傳感器、潤滑油冷卻器出油口設(shè)置溫度傳感器、二個高低溫換熱器出水口設(shè)置溫度傳感器
所述的海水泵可利用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)總冷卻水量，第一路海水調(diào)節(jié)閥和第二路海水調(diào)節(jié)閥用于獨立調(diào)節(jié)海水泵的海水供給量，第一路高低溫換熱器為中冷器提供冷卻水，通過中冷器，將增壓后的空氣冷卻至低于60° ;第二路高低溫換熱器的出水，分兩路用于柴油機機體的冷卻和潤滑油冷卻器的進水。兩路的流量分配，根據(jù)冷卻要求，分別由第一路海水調(diào)節(jié)閥和第二路海水調(diào)節(jié)閥控制。柴油機冷卻控制方法，具體步驟如下
首先，測得第一路出水溫度傳感器、第二路出水溫度傳感器、出氣溫度傳感器、機體溫度傳感器、出油溫度傳感器五路的溫度信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理后，傳送給CPU電路。其次，采用建立的流量調(diào)節(jié)公式，計算出海水泵的頻率調(diào)節(jié)量，以及第一路海水調(diào)節(jié)閥、第二路海水調(diào)節(jié)閥、機體冷卻調(diào)節(jié)閥、滑油冷卻調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)量，由CPU電路發(fā)送調(diào)節(jié)指令給D/A及驅(qū)動電路，從而控制海水泵以及四個調(diào)節(jié)閥。最后，CPU電路通過CAN總線電路,與主控系統(tǒng)通信。具體操作步驟如下
首先設(shè)定第一路出水溫度傳感器、第二路出水溫度傳感器、出氣溫度傳感器、機體溫度傳感器、出油溫度傳感器各點的溫度控制值分別為1\、T2、T3、T4、T5。接著全部打開第一路海水調(diào)節(jié)閥、第二路海水調(diào)節(jié)閥、機體冷卻調(diào)節(jié)閥、滑油冷卻調(diào)節(jié)閥四個調(diào)節(jié)閥，即Fi、F2、F3、F4=l ;啟動額定工況的變頻海水泵，即F5=50Hz ;啟動中冷水泵、冷卻水泵。然后，再次測量第一路出水溫度傳感器、第二路出水溫度傳感器、出氣溫度傳感器、機體溫度傳感器、出油溫度傳感器各點溫度，即WWt515根據(jù)建立的流量調(diào)節(jié)公式計算5 (海水泵的調(diào)節(jié)量)、S1 (兩路海水調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)量)、S2 (機體冷卻調(diào)節(jié)閥和滑油冷卻調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)量):
權(quán)利要求
1.柴油機冷卻控制系統(tǒng)，包括柴油機(I)、海水泵(2)、第一路海水調(diào)節(jié)閥(3)、第二路海水調(diào)節(jié)閥(4)、第一路高低溫換熱器(5)、中冷水泵￠)、中冷器(7)、出氣溫度傳感器(8)、第一路出水溫度傳感器(9)、第二路高低溫換熱器(10)、冷卻水泵(11)、機體冷卻調(diào)節(jié)閥(12)、滑油冷卻調(diào)節(jié)閥(13)、潤滑油冷卻器(14)、第二路出水溫度傳感器(15)、出油溫度傳感器(16)、機體溫度傳感器(17);其特征在于 海水泵(2)的輸出端分兩路，一路接第一路海水調(diào)節(jié)閥(3)的一端，另一路接第二路海水調(diào)節(jié)閥(4)的一端，第一路海水調(diào)節(jié)閥(3)的另一端接第一路高低溫換熱器(5)的第一進口，且第一路高低溫換熱器(5)的第二出口設(shè)置有第一路出水溫度傳感器(9)，第一路高低溫換熱器(5)的第一出口為排水口，第二出口接中冷水泵(6)的一端，中冷水泵(6)的另一端接中冷器(7)的第一進口，中冷器(7)的第一出口接第一路高低溫換熱器(5)的第二進口，形成循環(huán)；中冷器(7)的第二出口接柴油機(I)的第一進口，且在中冷器(7)的第二出口設(shè)置有出氣溫度傳感器(8)，柴油機(I)的第一出口接中冷器(7)的第二進口，形成循環(huán)； 第二路海水調(diào)節(jié)閥(4)的另一端接第二路高低溫換熱器(10)的第一進口，第二路高低溫換熱器(10)的第一出口為排水口，第二出口接冷卻水泵(11)的一端，且第二路高低溫換熱器(10)的第二出口設(shè)置有第二路出水溫度傳感器(15)，冷卻水泵(11)的另一端分兩路，一路接機體冷卻調(diào)節(jié)閥(12)的一端，另一路接滑油冷卻調(diào)節(jié)閥(13)的一端，滑油冷卻調(diào)節(jié)閥(13)的一端的另一端接潤滑油冷卻器(14)的第一進口，潤滑油冷卻器(14)的第一出口接第二路高低溫換熱器(10)的第二進口，形成循環(huán)；潤滑油冷卻器(14)的第二出口接柴油機(I)的第三進口，且在潤滑油冷卻器(14)的第二出口處設(shè)置有出油溫度傳感器(16)，機體冷卻調(diào)節(jié)閥(12)的另一端接柴油機(I)的第二進口，柴油機(I)的第三出口接潤滑油冷卻器(14)的第二進口，形成循環(huán)；柴油機⑴機體上設(shè)置有機體溫度傳感器(17)。
2.使用權(quán)利要求I所述的一種柴油機冷卻控制系統(tǒng)的方法，其特征在于包括如下具體步驟 步驟(I).設(shè)定第一路出水溫度傳感器(9)、第二路出水溫度傳感器(15)、出氣溫度傳感器(8)、機體溫度傳感器(17)、出油溫度傳感器(16)各點的溫度控制值分別為I\、T2、T3、T4、T5 ； 步驟(2).全部打開第一路海水調(diào)節(jié)閥(3)、第二路海水調(diào)節(jié)閥(4)、機體冷卻調(diào)節(jié)閥(12)、滑油冷卻調(diào)節(jié)閥(13)四個調(diào)節(jié)閥，即FpF2ApF4=I ;啟動額定工況的變頻海水泵，即F5=50Hz ;啟動中冷水泵、冷卻水泵； 步驟(3).再次測量第一路出水溫度傳感器(9)、第二路出水溫度傳感器(15)、出氣溫度傳感器⑶、機體溫度傳感器(17)、出油溫度傳感器(16)各點溫度，即tpt2、t3、t4、t5 M據(jù)建立的流量調(diào)節(jié)公式計算S、S p S 2 :
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柴油機冷卻控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明設(shè)置有二個高低溫換熱器，海水泵利用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)總冷卻水量；二個高低溫換熱器海水進口處分別設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥，對海水供給量進行調(diào)節(jié)，一個高低溫換熱器，為中冷器提供冷卻水；通過中冷器，將增壓后的空氣冷卻至低于60°，另一個高低溫換熱器分兩路用于機體的冷卻和潤滑油冷卻器的進水；系統(tǒng)中的中冷器出氣口設(shè)置溫度傳感器、機體上設(shè)置溫度傳感器、潤滑油冷卻器出油口設(shè)置溫度傳感器、二個高低溫換熱器出水口設(shè)置溫度傳感器。本發(fā)明通過檢測各點溫度與設(shè)定溫度的比較，采用流量調(diào)節(jié)公式和控制模型，通過變頻調(diào)速器和流量調(diào)節(jié)閥控制各進口處的流量，從而使各點的溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。
文檔編號F01P7/16GK102777251SQ20121028219
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者元廣杰, 劉婷婷, 劉忠民, 彭章明, 朱澤飛, 蘇少輝, 陳國金, 龔友平 申請人:杭州電子科技大學(xué)