本發(fā)明涉及工程機械技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種冷卻系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

工程機械主要用于土方施工、工程建設(shè)等復(fù)雜、惡劣工況，作業(yè)負(fù)荷大，因此發(fā)動機經(jīng)常處于高轉(zhuǎn)速、大扭矩狀態(tài)下工作，由于變矩器、變速箱等傳動件的功率損失，導(dǎo)致整機的散熱功率比較大。同時工程機械應(yīng)用地域廣泛，需要適應(yīng)極寒、高溫等不同環(huán)境，具備良好的環(huán)境適應(yīng)性。上述因素對工程機械的冷卻系統(tǒng)提出了比較高的要求。

目前工程機械普遍采用的冷卻系統(tǒng)主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是由發(fā)動機通過皮帶直接驅(qū)動的定傳動比式冷卻風(fēng)扇，實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的散熱；另一種是相對比較先進的溫控液驅(qū)風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)，其原理為控制器根據(jù)溫度傳感器測量的溫度數(shù)據(jù)按預(yù)定程序控制比例溢流閥的開度，進而改變液壓馬達的壓力和流量，從而控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速，以此實現(xiàn)對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和冷卻系統(tǒng)的散熱。

定傳動比式風(fēng)扇由曲軸以定傳動比驅(qū)動，按最大熱負(fù)荷工況設(shè)計。其結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本較低，但存在以下重大缺陷：①發(fā)動機啟動轉(zhuǎn)矩較大，預(yù)熱時間長；②風(fēng)扇能耗大；③不能根據(jù)發(fā)動機的散熱需要調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致發(fā)動機超熱負(fù)荷或冷態(tài)磨損；④風(fēng)扇安裝位置嚴(yán)重受限；⑤產(chǎn)生嚴(yán)重噪聲。

溫控液驅(qū)風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)可以根據(jù)發(fā)動機水溫等參數(shù)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而合理控制工程機械的散熱情況，使整機始終保持在最佳工作溫度，具有工況及環(huán)境適應(yīng)性好、易于控制、對發(fā)動機影響小等優(yōu)點。但也存在以下重大缺陷：①液驅(qū)系統(tǒng)的效率受泵、馬達、管路等多因素影響，整體效率比較低，在增大整機能耗同時還造成了液壓系統(tǒng)散熱量的增加；②由于成本、空間布置等因素實現(xiàn)工程機械上發(fā)動機散熱器、空空中冷器、工作油冷器等多個散熱模塊各自獨立的風(fēng)扇散熱控制比較困難，無法使各系統(tǒng)都達到最佳的工作溫度；③為了實現(xiàn)風(fēng)扇的快速響應(yīng)，減小驟增的扭矩對液驅(qū)系統(tǒng)的影響，即使在各散熱模塊依靠自然散熱能夠滿足散熱需要的情況下風(fēng)扇也低速待命轉(zhuǎn)動，這造成了一定的能量浪費；④同時還存在維護成本高、維修性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點。

有鑒于此，亟待針對工程機械開發(fā)一種新的冷卻系統(tǒng)及其控制方法，以解決目前傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)存在的缺。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種冷卻系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，可以根據(jù)各散熱模塊散熱負(fù)荷的大小自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了對各散熱模塊的合理熱管理。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述冷卻系統(tǒng)的控制方法。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種冷卻系統(tǒng)，包括：

溫度傳感器、控制器、PWM直流調(diào)速器、節(jié)溫器和風(fēng)扇；

各散熱模塊處均設(shè)置有獨立的所述溫度傳感器、節(jié)溫器和風(fēng)扇；所述控制器與所述溫度傳感器相連，所述控制器還與所述PWM直流調(diào)速器相連；所述PWM直流調(diào)速器分別與所述節(jié)溫器和風(fēng)扇連接，用于調(diào)節(jié)所述節(jié)溫器的開閉和所述風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速；所述風(fēng)扇上設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器，所述轉(zhuǎn)速傳感器與所述控制器連接，用于將所述風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速信號反饋至所述控制器。

作為優(yōu)選，所述PWM直流調(diào)速器由發(fā)電機為其提供電源，所述發(fā)電機并聯(lián)有蓄電池。

作為優(yōu)選，所述發(fā)電機與所述PWM直流調(diào)速器的連接回路上設(shè)置有熔斷器。

作為優(yōu)選，每個散熱模塊處設(shè)置有一個節(jié)溫器和至少一個風(fēng)扇。

一種如上述任一項所述的冷卻系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

a)以散熱系統(tǒng)中任意一個散熱模塊為例，設(shè)定該散熱模塊的冷卻介質(zhì)的最佳溫度下限為T_1min，最佳溫度上限為T_1max，在T_1min和T_1max之間設(shè)定一預(yù)設(shè)值T₁，極限溫度下限為T₃，極限溫度上限為T₄；

b)當(dāng)溫度傳感器檢測到冷卻介質(zhì)的溫度達到T_1min時，節(jié)溫器開啟，并以溫度為參數(shù)實現(xiàn)比例開度，當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度達到T₁時，節(jié)溫器達到最大開度，當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度升高至T₁與T_1max之間時，節(jié)溫器保持最大開度，同時風(fēng)扇啟動，并以一恒定的速度保持轉(zhuǎn)動；

c)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度升高至T_1max與T₃之間時，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨冷卻介質(zhì)溫度的升高而加快；

d)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度升高至T₃和T₄之間時，風(fēng)扇保持最大轉(zhuǎn)速恒速運轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度繼續(xù)升高至極限溫度T₄以上時，風(fēng)扇保持以最大轉(zhuǎn)速恒速運轉(zhuǎn)，同時系統(tǒng)對該散熱模塊的高溫狀態(tài)進行報警；

e)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度下降且處于T₄以上或T₄至T₃之間時，風(fēng)扇仍保持最大轉(zhuǎn)速恒速運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速不作調(diào)整；

f)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度下降至T₃與T_1max之間時，控制器連續(xù)采集預(yù)設(shè)次數(shù)內(nèi)的平均溫度數(shù)據(jù)，并進行循環(huán)比對，當(dāng)溫度環(huán)比降低時，控制器延遲預(yù)設(shè)時間后降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，如果在延遲時間內(nèi)溫度上升，則不進行降速動作，而執(zhí)行提高轉(zhuǎn)速動作；

g)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度下降至T_1max與T₁之間時，對于具有單一風(fēng)扇的散熱模塊，則風(fēng)扇保持恒速運轉(zhuǎn)；

h)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度下降至T₁與T_1min之間時，風(fēng)扇停止運轉(zhuǎn)；

i)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度下降至低于T_1min時，風(fēng)扇保持靜止，同時節(jié)溫器關(guān)閉。

作為優(yōu)選，在T_1max與T₃之間還設(shè)定有一中間值T₂，當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度介于T_1max和T₂之間時風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨溫度升高的加快速度，小于，當(dāng)溫度介于T₂和T₃之間時風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨溫度升高的加快速度。

作為優(yōu)選，在運行步驟b)的過程中，若該散熱模塊處設(shè)置有多個風(fēng)扇，當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度升高至大于T₁時，則節(jié)溫器保持開啟，同時控制第一個風(fēng)扇啟動，并以一恒定的速度保持轉(zhuǎn)動，當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度在T₁與T_1max的溫度區(qū)間內(nèi)繼續(xù)上升時，則啟動第二個風(fēng)扇以一恒定的速度保持轉(zhuǎn)動，并以此類推直至所有風(fēng)扇全部啟動。

作為優(yōu)選，在步驟g)中，對于具有多個風(fēng)扇的散熱模塊，控制器連續(xù)采集預(yù)設(shè)次數(shù)內(nèi)的平均溫度數(shù)據(jù)，并進行循環(huán)比對，當(dāng)溫度環(huán)比降低時，控制器延遲預(yù)設(shè)時間后減少運轉(zhuǎn)風(fēng)扇數(shù)量，并以此類推直至所有風(fēng)扇全部停止；如果在延遲時間內(nèi)溫度上升，則進行增加運轉(zhuǎn)風(fēng)扇數(shù)量動作；

作為優(yōu)選，在運行步驟b)至i)的過程中，控制器同時通過轉(zhuǎn)速傳感器采集風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)速異常則進行報警。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供一種冷卻系統(tǒng)及控制方法，包括控制器、溫度傳感器、PWM直流調(diào)速器、節(jié)溫器、風(fēng)扇和轉(zhuǎn)速傳感器，溫度傳感器可實時監(jiān)測各散熱模塊的溫度，控制器根據(jù)該溫度信號向PWM直流調(diào)速器發(fā)出控制信號，PWM直流調(diào)速器可根據(jù)該控制信號調(diào)節(jié)各散熱模塊處節(jié)溫器的開閉和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而實時、合理的控制整機散熱，使整機各散熱模塊始終保持在最理想的溫度范圍內(nèi)，同時最大程度上降低了風(fēng)扇功率消耗，提高了整機的效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的冷卻介質(zhì)溫度與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的函數(shù)圖；

圖3是本發(fā)明提供的冷卻系統(tǒng)控制流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種冷卻系統(tǒng)，包括控制器、溫度傳感器、PWM直流調(diào)速器、節(jié)溫器、風(fēng)扇和轉(zhuǎn)速傳感器，其中：

各散熱模塊處均設(shè)置有各自獨立的溫度傳感器，用于檢測散熱模塊的溫度信號，各溫度傳感器僅對相對應(yīng)的散熱模塊的風(fēng)扇起作用，在本實施例中，散熱模塊包括發(fā)動機散熱器、液壓油冷器及空空中冷器等；

控制器與溫度傳感器相連，控制器通過溫度信號來向與其相連的PWM直流調(diào)速器發(fā)出控制信號，PWM直流調(diào)速器由發(fā)電機為其提供電源，發(fā)電機并聯(lián)有蓄電池，以起到穩(wěn)壓作用，發(fā)電機與PWM直流調(diào)速器的連接回路上設(shè)置有熔斷器，PWM直流調(diào)速器具有穩(wěn)速精度高、調(diào)速范圍寬及電機損耗小的優(yōu)勢；

PWM直流調(diào)速器分別與各個散熱模塊處的節(jié)溫器和風(fēng)扇連接，用于根據(jù)控制器的控制信號來調(diào)節(jié)各散熱模塊處節(jié)溫器的開閉和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速；為杜絕傳統(tǒng)工程機械各散熱模塊共用一個冷卻風(fēng)扇而無法兼顧所有散熱模塊的散熱需求，造成部分散熱模塊過冷或過熱等不良影響，故在每個散熱模塊處設(shè)置有一個節(jié)溫器和至少一個風(fēng)扇，并由控制器進行獨立控制，從而避免各散熱模塊的相互影響；各個散熱模塊處風(fēng)扇的具體數(shù)量可根據(jù)散熱模塊散熱功率的實際需求而定，矩形或正面積較大的散熱模塊布置有多個風(fēng)扇(例如本實施例中的發(fā)動機散熱器)，且風(fēng)扇直徑可以不同，同一散熱模塊的各風(fēng)扇由控制器和PWM直流調(diào)速器獨立控制，各風(fēng)扇之間不存在聯(lián)系；

風(fēng)扇上設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器與控制器連接，用于將風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速信號反饋至控制器。

如圖2-3所示，本發(fā)明還提供了一種如上述任一項所述的冷卻系統(tǒng)的控制方法，在散熱系統(tǒng)開始工作前，首先給車輛通電，對各溫度傳感器進行檢測，當(dāng)判斷某一溫度傳感器出現(xiàn)故障時進行報警，當(dāng)各溫度傳感器無故障判定后車輛啟動，然后對各風(fēng)扇進行檢測，檢測方法為：通過控制PWM直流調(diào)速器的電壓輸出測試風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，當(dāng)控制器發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的轉(zhuǎn)速與實際測試的經(jīng)驗轉(zhuǎn)速存在較大差異時，如果風(fēng)扇實際轉(zhuǎn)速過快，判斷為PWM直流調(diào)速器輸出電壓過高或風(fēng)扇外負(fù)載過低，則執(zhí)行報警；如果風(fēng)扇轉(zhuǎn)速過低，則判斷為PWM直流調(diào)速器輸出電壓過低或風(fēng)扇故障或風(fēng)扇外負(fù)載過高，則進行報警；同時為避免潛在的高溫故障導(dǎo)致車輛損壞，出現(xiàn)上述故障的散熱模塊執(zhí)行故障模式。當(dāng)各風(fēng)扇無故障判定后，散熱系統(tǒng)開始工作，具體包括如下步驟：

a)以散熱系統(tǒng)中任意一個散熱模塊為例，設(shè)定該散熱模塊的冷卻介質(zhì)的最佳溫度下限為T_1min，最佳溫度上限為T_1max，在T_1min和T_1max之間設(shè)定一預(yù)設(shè)值T₁，T_1max與T₃之間還設(shè)定有一中間值T₂，極限溫度下限為T₃，極限溫度上限為T₄，參見圖2；

b)當(dāng)溫度傳感器檢測到冷卻介質(zhì)的溫度低于T_1min時，控制器控制該散熱模塊處的節(jié)溫器關(guān)閉，風(fēng)扇靜止不轉(zhuǎn)動，當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度達到T_1min時，節(jié)溫器開啟，并以溫度為參數(shù)實現(xiàn)比例開度，當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度達到T₁時，節(jié)溫器達到最大開度，在此過程中，控制器同時通過轉(zhuǎn)速傳感器采集風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)速異常即風(fēng)扇轉(zhuǎn)速大于允許風(fēng)扇受氣流影響而自然轉(zhuǎn)動的最大數(shù)值，則進行報警；

當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度升高至T₁與T_1max之間時，節(jié)溫器保持最大開度，同時風(fēng)扇啟動，并以一恒定的速度保持轉(zhuǎn)動；

若該散熱模塊處設(shè)置有多個風(fēng)扇，則當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度升高至大于T₁時，節(jié)溫器保持開啟，同時控制第一個風(fēng)扇啟動，并以一恒定的速度保持轉(zhuǎn)動，當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度在T₁與T_1max的溫度區(qū)間內(nèi)繼續(xù)上升時，則啟動第二個風(fēng)扇以一恒定的速度保持轉(zhuǎn)動，并以此類推直至該散熱模塊處所有風(fēng)扇全部啟動；

c)當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度升高至T_1max和T₂之間時，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨溫度的升高而加快，某一溫度T時刻的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速當(dāng)溫度繼續(xù)升高至T₂和T₃之間時，風(fēng)扇隨溫度的升高而轉(zhuǎn)動更快以使系統(tǒng)溫度快速下降，某一溫度T時刻的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速參見圖2；

d)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度升高至T₃和T₄之間時，風(fēng)扇保持最大轉(zhuǎn)速恒速運轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度繼續(xù)升高至極限溫度T₄以上時，風(fēng)扇保持以最大轉(zhuǎn)速恒速運轉(zhuǎn)，同時系統(tǒng)對該散熱模塊的高溫狀態(tài)進行報警。

e)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度下降且處于T₄以上或T₄至T₃之間時，為了確保系統(tǒng)的散熱性能，風(fēng)扇仍保持最大轉(zhuǎn)速恒速運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速不作調(diào)整；

f)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度下降至T₃與T_1max之間時，控制器連續(xù)采集預(yù)設(shè)次數(shù)內(nèi)的平均溫度數(shù)據(jù)，并進行循環(huán)比對，當(dāng)溫度環(huán)比降低時，控制器延遲預(yù)設(shè)時間后降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，如果在延遲時間內(nèi)溫度上升，則不進行降速動作，而執(zhí)行提高轉(zhuǎn)速動作；

g)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度下降至T_1max與T₁之間時，對于具有單一風(fēng)扇的散熱模塊，則風(fēng)扇保持恒速運轉(zhuǎn)；對于具有多個風(fēng)扇的散熱模塊，控制器連續(xù)采集預(yù)設(shè)次數(shù)內(nèi)的平均溫度數(shù)據(jù)，并進行循環(huán)比對，當(dāng)溫度環(huán)比降低時，控制器延遲預(yù)設(shè)時間后減少運轉(zhuǎn)風(fēng)扇數(shù)量，并以此類推直至所有風(fēng)扇全部停止，如果在延遲時間內(nèi)溫度上升，則進行增加運轉(zhuǎn)風(fēng)扇數(shù)量動作；

h)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度下降至T₁與T_1min之間時，風(fēng)扇停止運轉(zhuǎn)；

i)當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度下降至低于T_1min時，風(fēng)扇保持靜止，同時節(jié)溫器關(guān)閉。

在運行步驟b)至i)的過程中，控制器同時通過轉(zhuǎn)速傳感器采集風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)速異常即風(fēng)扇轉(zhuǎn)速明顯異常于控制器指令對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍時，則進行報警。

另外，為了實現(xiàn)某些特殊功能：比如檢測某一或全部散熱模塊，可以通過控制器將全部或部分散熱模塊的風(fēng)扇和電控節(jié)溫器關(guān)閉，即風(fēng)扇和電控節(jié)溫器不隨溫度的升高變化而開啟和運轉(zhuǎn)；再比如對某一散熱模塊內(nèi)部進行清理、除銹等，可以通過控制器將全部或部分節(jié)溫器開啟，即節(jié)溫器不隨溫度的降低變化而關(guān)閉；再比如對某一散熱模塊外部進行清潔、清理等，可以通過控制器將全部或部分風(fēng)扇開啟并高速運轉(zhuǎn)，即風(fēng)扇轉(zhuǎn)速及運行狀態(tài)與冷卻介質(zhì)溫度無關(guān)。

控制器可以基于冷卻介質(zhì)溫度參數(shù)控制風(fēng)扇和節(jié)溫器的運轉(zhuǎn)狀態(tài)和開啟、關(guān)閉。同時還可以通過控制器單獨控制節(jié)溫器的開啟、關(guān)閉以及風(fēng)扇的靜止或高速運轉(zhuǎn)。并且，所有的風(fēng)扇都為控制器和PWM獨立控制，具備反轉(zhuǎn)功能。當(dāng)某一散熱模塊的某一風(fēng)扇出現(xiàn)故障時，執(zhí)行故障模式防止系統(tǒng)高溫。并且，由于正常狀態(tài)下風(fēng)扇都是基于冷卻介質(zhì)溫度參數(shù)進行運轉(zhuǎn)，因此控制器按相應(yīng)散熱模塊的實際散熱功率需要最優(yōu)的控制風(fēng)扇運轉(zhuǎn)數(shù)量和轉(zhuǎn)速，使風(fēng)扇所消耗的功率降到最小。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為了清楚說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。