CN106507868B

CN106507868B - 一种柴油机智能化控制冷却系统

Info

Publication number: CN106507868B
Application number: CN201010048609.8A
Authority: CN
Inventors: 骆清国; 桂勇; 张更云; 韩树; 王军; 龚正波; 刘红彬; 冯建涛; 闫宜鹏; 冉光政
Original assignee: Academy of Armored Forces Engineering of PLA
Current assignee: Academy of Armored Forces Engineering of PLA
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2030-05-27

Abstract

本发明涉及一种柴油机智能化控制冷却系统，系统由高温循环回路和低温循环回路组成。高温循环回路机件包括高温回路电控水泵、发动机冷却水腔、高温回路节温器、高温回路水散热器、高温回路电控阀；低温循环回路机件包括低温回路电控水泵、中冷器、机油热交换器、低温回路节温器、低温回路水散热器、低温回路电控阀。高、低温回路电控阀开度进行开环控制。高低温回路电控水泵转速进行闭环控制。采用本发明可使发动机各部件的工作温度限制在最佳范围，延长受热部件的使用寿命，减少故障率；减少发动机的传热损失和功率损失，提高其经济性；缩短冬季加温时间；便于冷却系统的预警和故障诊断。

Description

一种柴油机智能化控制冷却系统

技术领域

本发明涉及一种通过自动调节柴油机冷却介质的温度，从而使柴油机各部件的工作温度限制在一定范围内的冷却系统。

背景技术

随着装甲车辆发动机升功率的大幅度提高，以主战坦克发动机为代表的大功率高紧凑柴油机的热效率、热负荷及相关的可靠性问题变的越来越突出。高功率密度柴油机的升功率可达80～90kw/L，柴油机燃烧过程、热工转换效率、零部件工作环境等都对冷却系统提出了更高的要求。传统冷却系统由于冷却水泵和冷却风扇可控性差，效率低，已经不能满足高功率密度柴油机的冷却要求。所以，针对高功率密度柴油机，摸索其冷却系统的设计方法，研究一套性能稳定，冷却效果好的智能化冷却系统，以提高发动机工作效率，可靠性和稳定性，延长发动机寿命，降低功率损失，已经成为一项刻不容缓的工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种柴油机冷却控制系统，能精确、自动地调节冷却介质的温度，从而使发动机各部件的工作温度限制在最佳范围。

本发明采用的技术方案是：由高温循环回路和低温循环回路组成；高温循环回路包括高温回路电控水泵、发动机冷却水腔、高温回路节温器、高温回路水散热器、高温回路电控阀；冷却水被高温水泵泵入发动机冷却水腔，冷却发动机后流入高温回路节温器；高温回路节温器关闭时，冷却水经高温回路电控水泵流回发动机冷却水腔；高温回路节温器开启时，冷却水经高温回路水散热器、高温回路电控水泵流回发动机冷却水腔，高温回路电控阀根据发动机工况及环境参数对流向高温回路水散热器的外源水进行开环控制；高温回路电控水泵以发动机出水温度与目标温度的误差及误差变化率为反馈，以转速作为输出进行闭环控制。低温循环回路包括低温回路电控水泵、中冷器、机油热交换器、低温回路节温器、低温回路水散热器、低温回路电控阀；冷却水被低温回路电控水泵泵入中冷器后流入机油热交换器、低温回路节温器；低温回路节温器关闭时，冷却水经低温回路电控水泵流回中冷器；低温回路节温器开启时，冷却水经低温回路水散热器、低温回路电控水泵流回中冷器；低温回路电控阀根据发动机工况及环境参数分别对流向低温回路水散热器的外源水进行开环控制，低温回路电控水泵以中冷器出水温度与目标温度的误差及误差变化率为反馈，以转速作为输出进行闭环控制；

本发明可依据发动机的热状况，综合控制冷却系统各部件，精确、自动地调节冷却介质的温度，从而使发动机各部件的工作温度限制在最佳范围。延长受热部件的使用寿命，减少故障率；减少发动机的传热损失和功率损失，提高其经济性；缩短冬季加温时间；便于冷却系统的预警和故障诊断。

附图说明

图1为高低温循环回路布置示意图。

图2为电控阀开度开环控制示意图。

图3为水泵转速闭环控制示意图。

图4为模糊控制中误差隶属度函数。

图5为模糊控制中误差变化率隶属度函数。

图6为模糊控制中输出量隶属度函数。

图7为模糊控制规则表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

(1)高温循环回路的布置

如图1所示为本发明实施例的示意图，高温循环回路包括高温回路电控水泵(1)、发动机冷却水腔(2)、高温回路节温器(3)、高温回路水散热器(5)、高温回路电控阀(4)；冷却水被高温回路电控水泵(1)泵入发动机冷却水腔(2)，冷却发动机冷却水腔(2)后流入高温回路节温器(3)；高温回路节温器(3)关闭时，冷却水经高温回路电控水泵(1)流回发动机冷却水腔(3)；高温回路节温器(3)开启时，冷却水流向高温回路水散热器(5)，经过外源水冷却后，流回高温回路电控水泵(1)。

(2)低温循环回路的布置

如图1所示，低温循环回路包括低温回路电控水泵(6)、中冷器(7)、机油热交换器(8)、低温回路节温器(9)、低温回路水散热器(11)、低温回路电控阀(10)；冷却水被低温回路电控水泵(6)泵入中冷器(7)，经过机油热交换器(8)流入低温回路节温器(9)；低温回路节温器(9)关闭时，冷却水经低温回路电控水泵(6)流回中冷器(7)；低温回路节温器(9)开启时，冷却水流入低温回路水散热器(11)、经外源水冷却后，流回低温回路电控水泵(6)。

(3)高温回路电控阀的开环控制

如图2，高温回路电控阀采取开环控制，控制参数包括发动机参数及环境参数，发动机参数为发动机转速及加油齿杆位置，环境参数为环境温度和压力，流量算法为通过四维MAP进行插值计算在不同发动机转速、加油齿杆位置、环境温度和压力下，保证发动机冷却水腔出水温度为目标温度(90℃)时所需外源水流量，开度算法为通过一维MAP进行插值计算不同外源水流量所需的电控阀开度。

(4)低温回路电控阀的开环控制

如图2，低温回路电控阀采取开环控制，控制参数包括发动机参数及环境参数，发动机参数为发动机转速及加油齿杆位置，环境参数为环境温度和压力，流量算法为通过四维MAP进行插值计算在不同发动机转速、加油齿杆位置、环境温度和压力下，保证中冷器出水温度为目标温度(60℃)时所需外源水流量，开度算法为通过一维MAP进行插值，计算不同外源水流量所需的电控阀开度。

(4)高温回路电控水泵转速闭环控制

如图3，高温回路电控水泵闭环控制为模糊控制，以发动机出水温度与目标温度(90℃)的误差及误差变化率为输入，经过模糊控制输出水泵转速，通过驱动电路将控制信号转换为PWM信号，对电控水泵转速进行控制，模糊控制中：误差的论域为{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}；误差变化率的论域为{-0.1，-0.08，-0.06，-0.04，-0.02，0，0.02，0.04，0.06，0.08，0.1}，控制量的论域为{-2，-1.5，-1，-0.5，0，0.5，1，1.5，2}；误差量化因子为2，误差变化率的量化因子为1，输出比例因子为2500，误差隶属函数见图4，误差变化率隶属函数见图5，输出量隶属度函数见图6，模糊控制规则表见图7。

(5)低温回路电控水泵转速闭环控制

如图3，低温回路电控水泵闭环控制为模糊控制，以中冷器出水温度与目标温度(60℃)的误差及误差变化率为输入，经过模糊控制输出低温回路电控水泵转速，通过驱动电路将控制信号转换为PWM信号，对低温回路电控水泵转速进行控制，其中模糊控制中：误差的论域为{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}；误差变化率的论域为{-0.1，-0.08，-0.06，-0.04，-0.02，0，0.02，0.04，0.06，0.08，0.1}，控制量的论域为{-2，-1.5，-1，-0.5，0，0.5，1，1.5，2}；误差量化因子为2.5，误差变化率的量化因子为2，输出比例因子为475，误差隶属函数见图4，误差变化率隶属函数见图5，输出量隶属度函数见图6，模糊控制规则表见图7。

以上实施方式可依据发动机的热状况，综合控制冷却系统的电控阀开度及电控水泵转速，精确、自动地调节冷却水的温度，使发动机冷却水腔出水温度稳定在90℃，中冷器出水温度稳定在60℃的目标值。延长受热部件的使用寿命，减少故障率；减少发动机的传热损失和功率损失，提高其经济性；缩短冬季加温时间；便于冷却系统的预警和故障诊断。

Claims

1.一种柴油机智能化控制冷却系统，其特征在于：由高温循环回路和低温循环回路组成：

高温循环回路包括高温回路电控水泵(1)、发动机冷却水腔(2)、高温回路节温器(3)、高温回路水散热器(5)、高温回路电控阀(4)；冷却水被高温回路电控水泵(1)泵入发动机冷却水腔(2)，冷却发动机后流入高温回路节温器(3)；高温回路节温器(3)关闭时，冷却水经高温回路电控水泵(1)流回发动机冷却水腔(2)；高温回路节温器(3)开启时，冷却水经高温回路水散热器(5)、高温回路电控水泵(1)流回发动机冷却水腔(2)；高温回路电控阀(4)开度根据发动机工况参数及环境参数进行开环控制，以控制流向高温回路水散热器的外源水流量；高温回路电控水泵(1)以发动机冷却水腔出水温度与目标温度的误差及误差变化率为反馈，以转速作为输出进行闭环控制；

低温循环回路包括低温回路电控水泵(6)、中冷器(7)、机油热交换器(8)、低温回路节温器(9)、低温回路水散热器(11)、低温回路电控阀(10)；冷却水被低温回路电控水泵(6)泵入中冷器(7)后流入机油热交换器(8)、低温回路节温器(9)；低温回路节温器(9)关闭时，冷却水经低温回路电控水泵(6)流回中冷器(7)；低温回路节温器(9)开启时，冷却水经低温回路水散热器(11)、低温回路电控水泵(6)流回中冷器(7)；低温回路电控阀(10)开度根据发动机工况及环境参数进行开环控制，以控制流向低温回路水散热器的外源水流量；低温回路电控水泵(6)以中冷器(7)出水温度与目标温度的误差及误差变化率为反馈，以转速作为输出进行闭环控制。

2.如权利要求1所述的柴油机智能化控制冷却系统，其特征在于：高温回路电控阀(4)、低温回路电控阀(10)开环控制中控制参数包括发动机参数和环境参数，发动机参数包括发动机转速和加油尺杆位置，环境参数包括环境温度和压力，由控制参数进行四维MAP图插值，计算外源冷却水流量，再根据外源冷却水流量进行一维MAP图插值，计算电控阀开度。

3.如权利要求1所述的柴油机智能化控制冷却系统，其特征在于：高温回路电控水泵、低温回路电控水泵转速闭环控制为模糊控制，输入变量为冷却水温与目标温度的误差及误差变化率，输出变量为水泵转速，其中误差的论域为{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}，误差变化率的论域为{-0.1，-0.08，-0.06，-0.04，-0.02，0，0.02，0.04，0.06，0.08，0.1}，水泵转速的论域为{-2，-1.5，-1，-0.5，0，0.5，1，1.5，2}；低温回路误差量化因子为2.5，误差变化率的量化因子为2，输出比例因子为475；高温回路误差量化因子为2，误差变化率的量化因子为1，输出比例因子为2500。