CN106523238A - 一种装载机发动机水循环控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机水循环系统的控制方法，该水循环系统包括水泵、常规水箱、副水箱、节温器和散热器，副水箱进水管与水泵连通，副水箱出水管与机体内循环气缸出水口相连通，机体内循环出水管连通节温器，节温器出水口一路与散热器连通，一路连通至水泵，节温器出水管上还有旁通管连接至常规水箱，散热器通过出水管与常规水箱连通，常规水箱通过出水管与水泵连通，机体内循环通过进水管与水泵连通，副水箱进水管、机体内循环进水管、常规水箱出水管、散热器出水管、节温器旁通管、节温器出水管上分别都设置有连接到控制单元ECU上的电磁阀，副水箱内设置有电预热器。该方法可以实现对发动机的预热，确保发动机的起动过程平稳，同时还具有加强散热的效果。

Description

一种装载机发动机水循环控制方法和系统

技术领域

本发明涉及一种水循环方法和系统，尤其涉及一种用于装载机发动机的水循环方法和系统。

背景技术

发动机水循环系统通常用于发动机的冷却，通常包括水泵和散热器，水泵将水箱中的冷却水引向发动机，吸收发动机的热量后在散热器中进行冷却以便进行下一次的循环。然而现有技术的水箱通常仅为一个，存在冷却水不足的现象，同时散热器的散热面积有限，不能对冷却水进行充分冷却。

另外，我国北方气候寒冷，在冬日容易结冰，这给装载机的发动机的起动造成了困难。通常，当发动机在低温环境下使用时，由于燃油的蒸发性、燃烧性和低温流动性降低，润滑油和润滑脂的黏度增大，蓄电池的工作能力降低，给柴油机的起动造成一定的困难。对于水冷式柴油机，发动机在零下20℃左右，基本无法起动。

常规的发动机预热的方法有：

1.在发动机进气支管加装电阻丝，利用原车24V电瓶做电源，通电后电阻丝加热进气支管的空气进行预热。但这种预热效果不理想，电瓶耗电快，易造成起动电机运转困难。

2.在发动机汽缸内加装电阻丝，利用原车24V电瓶的电源，通电后电阻丝加热汽缸内的空气进行预热，该预热效果还可以，但同样原车电瓶耗电大，汽缸工作压力大，没用多长时间汽缸漏气。

以上两种预热方式均采用通过对进来的空气进行电预热，以达到预热发动机的目的。但缺点很明显，电阻丝功率小，预热效果不明显；使用蓄电瓶为能量源，电瓶耗电快而补充不易，加热介质为空气，空气比重轻，流动性大，造成能量容易流失。因此以上两种预热方式效果均不理想。

3.东北三省用户常用土办法，用柴油喷灯加热发动机，同时加热起动液，但是在低温下喷灯的柴油不易雾化，就连起动液也成滴状而难以喷出来；而且北方温度很低(常在零下20℃左右)，操作环境非常艰苦。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明由此提供了一种发动机循环水控制方法，该方法能够有效的根据天气变化的情况，自动控制发动机的循环水工作，在冬天尤其有利于起动，确保整个发动机起动平稳。具体而言本发明采用了如下技术方案：

一种发动机水循环系统的控制方法，该水循环系统包括水泵、常规水箱、副水箱、节温器和散热器，所述副水箱的进水管与所述水泵连通，所述副水箱的出水管与机体内循环的气缸出水口相连通，机体内循环的出水管连通节温器，节温器的出水口一路与散热器连通，一路通过节温器出水管连通至水泵，节温器出水管上还具有节温器旁通管连接至常规水箱，散热器通过散热器出水管与常规水箱连通，常规水箱通过常规水箱出水管与水泵连通，机体内循环通过机体内循环进水管与水泵连通，所述副水箱进水管、机体内循环进水管、常规水箱出水管、散热器出水管以及节温器出水管、节温器旁通管上分别都设置有电磁阀，所述电磁阀全部都连接到控制单元ECU上，所述副水箱内设置有电预热器，所述ECU执行如下步骤：

S1，接通电预热器的电源，选择预热动作，此时电流导通至电预热器对副水箱中的水进行加热；S2，ECU控制常规水箱出水管上的电磁阀，散热器出水管的电磁阀以及发动机机体内循环的进水管和节温器旁通管上的电磁阀处于关闭状态；而节温器的出水管以及副水箱的进水管上的电磁阀处于打开状态；S3，ECU控制器监测发动机系统的温度，如果所述温度值达到了可以正常起动发动机的值，则所述ECU进行报警，通知驾驶员发动机预热完毕，此时，如果发动机正常起动则可以拔下电预热器的电源，如果发动机仍不能正常起动，再次起动发动机的预热步骤，重复以上步骤。

特别的，所述副水箱的安装位置与发动机的起动机相平行，确保发动机气缸内循环水的最低位置不低于水箱的最低点。

特别的，所述副水箱的进、出水口都低于发动机气缸的出水口。

特别的，所述副水箱进水管还与所述常规水箱通过旁通管相连通，所述旁通管上设置有电磁阀。

特别的，所述ECU执行继续如下步骤S4，ECU控制水泵起动，控制常规水箱出水管、散热器的出水管、节温器旁通管上设置的电磁阀都处于关闭状态，而发动机机体内循环的进水管、副水箱的进水管和节温器的出水管上的电磁阀处于打开状态。

优选的，所述ECU执行继续如下步骤S5，ECU监测发动机循环水的温度，当该温度值大于第一温度值时，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管以及节温器旁通管上的电磁阀打开，而控制副水箱进水管和散热器出水管、节温器出水管上的电磁阀关闭。

优选的，所述ECU执行继续如下步骤S6，当ECU监测到发动机循环水的温度大于第二温度值时，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管以及散热器的出水管上的电磁阀打开，而控制节温器出水管、节温器旁通管和副水箱进水管上的电磁阀关闭。

优选的，所述ECU执行继续如下步骤S7，当ECU监测到发动机循环水的温度大于第三温度值时，该第三温度值大于第二温度值，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管以及散热器的出水管和控制副水箱进水管上的电磁阀打开，而节温器出水管、节温器旁通管上的电磁阀保持关闭。

优选的，还包括大气温度检测单元，如果大气温度低于预定值时，所述ECU执行步骤S1到S7；如果大气温度高于预定值时，执行以下步骤：S21，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管、节温器旁通管上的电磁阀打开，而控制散热器出水管、节温器出水管和副水箱进水管上的电磁阀关闭；S22：ECU监测发动机循环水的温度，当所述循环水温度大于所述第二温度值时，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管以及散热器出水管上的电磁阀打开，而控制节温器出水管、节温器旁通管和副水箱进水管上的电磁阀关闭；S23，当ECU监测到发动机循环水的温度大于所述第三温度值时，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管以及散热器的出水管和控制副水箱进水管上的电磁阀打开，而节温器出水管、节温器旁通管上的电磁阀保持关闭。

进一步的，所述副水箱可以设置为翅片形，也可以将副水箱设置与一冷却风扇连接。

进一步的，所述电预热器采用民用220V电源进行加热。

本发明的有益效果为：

1.操作简单易行，只要有220V照明电源的都能使用。

2.减少了蓄电池的放电强度，延长了蓄电池与起动机的使用寿命。

3.降低了工程机械在冬季作业时柴油机系统中汽缸、汽缸盖、曲轴、正时齿等的低温下磨损。

4.材料、安装、工艺成本低，简单易行。

5.副水箱内的电预热器可随意更换，维修方便。

6.副水箱的安装，不仅不影响发动机的正常水循环运动，反而能增加冷却水的冷却效果。

附图说明

当结合附图考虑时，参考下面的描述能够很好的理解本发明的结构、原理、工作特点和优点，但此处说明的附图用来对本发明的进一步解释，所附示意图只是为了更好的对本发明进行说明，并不对本发明构成不当限定，其中：

图1为本发明发动机水循环在预热模式下的水循环系统示意图。

图2为本发明发动机水循环在双冷却模式下的水循环系统示意图。

图3为本发明另一个实施例的发动机水循环在双冷却模式下的水循环系统示意图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步的描述，应当指出的是，以下实施例仅仅为示意性的，其并非意图限制本发明。

图1-2示出了本发明的水循环系统示意图。柴油发动机本体1上设置有起动机2，该起动机2为电动机，由车载电瓶提供电源。柴油发动机1包括冷却水循环系统，该冷却水循环系统包括水泵3、节温器5、散热器4、常规水箱9，水泵3从常规水箱9中抽取冷却水，对发动机机体内循环8进行冷却后经过节温器5和散热器4散热，再次进入水箱中完成一次冷却循环。

本发明的水循环系统还包括副水箱6，该副水箱6安装在发动机本体上。该副水箱6内安装有(220V/1000W)电预热器，将电预热器安装在副水箱内，在副水箱上开一可封闭的注水口：副水箱两头安装管接头，管接头可连接1/4″胶管，将做好的副水箱加水增压2-3公斤压力，保压5分钟无泄漏即可。副水箱的外部设有插座，以供民用电源接入。

将副水箱的管接头分别连接在发动机气缸的出水口和发动机水泵3连接，副水箱的安装位置最好与发动机的起动机2相平行，也就是说发动机机体内循环的最低位置不能低于水箱的最低点，因为副水箱加热时，根据热学对流原理，热水比重轻向上，冷水比重重向下，同样副水箱不能置于发动机气缸的出水口之上，当处于出水口上时，副水箱内的热水无法形成热循环达不到预热效果。优选的，副水箱的进水口都低于气缸的出口。

本发明的水循环系统包括自动控制器ECU，该ECU控制电预热器的导通，这提高了加热的自动化。

水泵3与多个管路相连通，如图1所示，水泵3与常规水箱9的出水管14、节温器5的出水管12、副水箱6的进水管10以及发动机机体内循环8的进水管11分别连通，散热器4通过出水管13连接至常规水箱9，节温器5的出水管12具有连通常规水箱9的旁通管17。常规水箱9的出水管14、散热器4的出水管13、节温器5的出水管12和旁通管17、副水箱6的进水管10以及发动机机体内循环8的进水管11上都设置有电磁阀，用于控制水流的通断，上述电磁阀部都连接到ECU控制单元。上述电磁阀处于常闭的状态。

同时所述ECU控制器还连接有温度传感器，所述温度传感器用于检测发动机系统的温度，优选地用于检测汽缸系统的温度。

当在冬天需要对发动机进行预热时，接通电源，采用民用220V电压，电预热体温度升高，副水箱6内的水由于热水比重比较轻向上移动，如图1所示，加热后的水通过发动机机体内循环下方进水口进入发动机机体内循环8，对发动机机体进行预热，冷水比重较重向下移动，在重力作用下不断向副水箱进行补充，这样在水的热对流作用下，实现了机体内的热循环，通过水的热循环运动，不断向发动机机体带去热能，最终实现了对发动机体的预热。此时，水泵3不用起动，整个发动机系统都处于停止工作状态，加热后的水经过发动机机体内循环8后，经过节温器5后进入水泵3中，并从水泵3中再次上升到副水箱6中，进行下一次加热循环。

本发明改造后的装载机在零下20℃左右预热30分钟，发动机飞轮转半圈即能正常起动。

发动机正常工作时(不论是夏天还是冬天)本发明的水循环系统如图2所示，水泵3从常规水箱9抽取冷水，进入发动机机体内循环8中对发动机进行冷却，冷却后的冷却水分两路，一路经节温器5和散热器4散热后，回到常规水箱9中，另一路从发动机机体内循环的气缸出水管进入副水箱6中，再回到水泵3。

本发明还公开了一种水循环的控制方法。当在冬天，需要对发动机进行预热时，本发明执行如下操作：S1，接通电预热器的电源，选择预热动作，此时ECU控制电流导通至电预热器对副水箱6中的水进行加热；S2，ECU控制常规水箱9的出水管14上的电磁阀，散热器4的出水管13的电磁阀以及发动机机体内循环8的进水管11，节温器5的旁通管17上的电磁阀处于关闭状态；而节温器5的出水管12以及副水箱6的进水管10上的电磁阀处于打开状态；此时，副水箱6的水被加热后，在温度梯度和重力的作用下自动地在整个发动机机体内循环8中流动，对发动机系统进行加热。此时的循环水并不会经过常规水箱9和散热器4，而是直接对发动机系统进行加热，确保了热量不会散失。S3，ECU控制器监测发动机系统的温度，如果所述温度值达到了可以正常起动发动机的值(该值可以在ECU中进行手工设定)，则所述ECU进行报警，如蜂鸣或闪光报警，通知驾驶员发动机预热完毕。此时驾驶员可以起动发动机，如果正常起动则可以拔下电预热器的电源，完成发动机预加热动作。如果发动机仍不能正常起动，则可以调高ECU中设定的温度值，再次起动发动机的预热步骤，重复S1到S3的步骤，直到发动机可以正常起动为止。

在一个优选的实施例中，也可以对所述预加热的时间进行设定，此时不需要对发动机的温度进行监控，只需要在ECU中设定加热时间，例如30分钟即可，此时上述的控制方法，仅对S3步骤进行替换为S31，即在ECU中设定预热时间，该预热时间由驾驶员根据天气情况进行设定，当预热时间达到时，所述ECU进行报警，如蜂鸣或闪光报警，通知驾驶员发动机预热完毕。

在驾驶员顺利起动发动机后，所述ECU继续以下控制步骤：S4，ECU控制水泵3起动，控制常规水箱9的出水管14、散热器4的出水管13、节温器旁通管17上设置的电磁阀都处于关闭状态，而发动机机体内循环8的进水管11、副水箱6的进水管10和节温器5的出水管上12的电磁阀处于打开状态。这样在发动机起动的初期是尤其有利的，因为此时发动机刚刚起动，而冬天的温度过低，如果立刻切换到发动机的主水箱来进行冷却循环，则会造成冷却水的温度过低，不利于刚刚暖和的发动机正常运行。此时由于副水箱中的水仍处于较高的温度，因此将其用作循环冷却水有利于维持发动机的暖机状态。

步骤S5，ECU监测发动机循环水的温度，当该温度值大于第一温度值时，ECU控制常规水箱9的出水管14、发动机机体内循环8的进水管11以及节温器旁通管17上的电磁阀打开，而控制副水箱6的进水管10和散热器4的出水管13、节温器5的出水管12上的电磁阀关闭。此时发动机进行常规水箱的冷却水循环。由于此时发动机已经正常工作了一段时间，而副水箱中的冷却水较少，温度已经升到较高的水平，因此，此时采用发动机的常规水循环系统，而副水箱不参与循环，这有利于发动机的主循环水系统快速进入工作状态。但是由于发动机的工作时间并不长，循环水的温度仍然保持在相对低的范围，因此不宜采用散热器对其进行散热，这将有利于发动机的平稳运行。

继续执行步骤S6，当ECU监测到所述循环水的温度大于第二温度值时(该第二温度值并不一定大于所述第一温度值，其具体值应当根据发动机的传热水平确定，因为此时参与发动机冷却循环的循环水较多，其温度可能会低于所述第一温度)，ECU控制常规水箱出水管14，发动机机体内循环8的进水管11，以及散热器出水管13上的电磁阀打开，而控制节温器出水管12、节温器旁通管17和副水箱进水管10上的电磁阀关闭。此时发动机进入了平稳运行状态，冷却水温度较高，散热器进入正常工作，节温器起到过渡作用。考虑到发动机的正常工作循环水的温度必然逐渐升高，因此将散热器引入到循环水系统中。

继续执行步骤S7，当ECU监测到所述循环水的温度大于第三温度值时，该第三温度值大于第二温度值，ECU控制常规水箱出水管14，发动机机体内循环8的进水管11以及散热器出水管13和控制副水箱进水管10上的电磁阀打开，而节温器出水管12、节温器旁通管17上的电磁阀保持关闭。此时，由于发动机已经工作了较长时间，冷却水温度已经维持在较高范围，因此，将副水箱进水管10的电磁阀也打开，在水泵3的作用下，该水循环系统将有两套冷却系统同时工作，节温器起到过渡作用，这提高了发动机的冷却效果。

优选的，本发明的副水箱6可以设置为翅片形，这样就可以利用水箱的表面与空气进行换热，这相当于增大发动机系统的散热器面积。也可以将副水箱6设置与一冷却风扇连接，该冷却风扇起到增加空气对流换热的效果。

本发明的水循环系统，不仅仅满足了在冬天时对发动机进行预热起动的目的，在其他时间，如气温不是很低，不需要对发动机进行预热时，也能够对发动机的水循环进行有效控制。

此时，所述ECU将执行如下步骤：S21，ECU控制常规水箱出水管14、发动机机体内循环8的进水管11、节温器旁通管上17的电磁阀打开，而控制散热器出水管13、节温器出水管12和副水箱进水管10上的电磁阀关闭。此时散热器4和副水箱6不参与冷却循环。S22，ECU监测发动机冷却水的温度，当所述温度大于第二温度值时，ECU控制常规水箱出水管14、发动机机体内循环8的进水管11以及散热器的出水管13上的电磁阀打开，而控制节温器出水管12、节温器旁通管17和副水箱进水管10上的电磁阀关闭。此时散热器4接入循环水系统，而副水箱6仍不参与工作。S23，当ECU监测到所述循环水的温度大于第三温度值时，该第三温度值大于第二温度值，ECU控制常规水箱出水管14、发动机机体内循环8的进水管11，以及散热器的出水管13和控制副水箱进水管10上的电磁阀打开，而节温器出水管12、节温器旁通管17上的电磁阀保持关闭。此时，该水循环系统将有两套冷却系统同时工作，节温器起到过渡作用。

参照图2，在一个优选的实施例中，所述副水箱进水管还与所述常规水箱通过旁通管15相连通，所述旁通管上设置有电磁阀，该电磁阀同样连接至ECU。该电磁阀处于常闭状态，仅当执行上述步骤S7或S23时，进行如下操作，此时ECU控制常规水箱出水管14，发动机机体内循环8的进水管11，以及散热器出水管13和控制副水箱旁通管15上的电磁阀打开，而副水箱进水管10和节温器出水管12，节温器旁通管17上的电磁阀保持关闭。这样，经过副水箱6的冷却水先进入到常规水箱中与其中的冷却水进行混合后再由水泵抽取循环，这样可以使发动机系统的冷却水温度更为均衡。

在另一个优选的实例中，所述副水箱进水管还与所述散热器4通过旁通管16相连通，所述旁通管上设置有电磁阀，该电磁阀同样连接至ECU。(如图3所示)该电磁阀处于常闭状态，仅当执行上述步骤S7或S23时，进行如下操作，此时ECU控制常规水箱出水管14，发动机机体内循环8的进水管11，以及散热器出水管13和控制副水箱旁通管16上的电磁阀打开，而副水箱进水管10和节温器出水管12，节温器旁通管17上的电磁阀保持关闭。这样，经过副水箱6的冷却水先进入到散热器4中进行冷却。这种情况下，相当于发动机具有两套经过散热器的水循环系统。

尽管已经结合实施例对本发明进行了详细描述，但本领域技术人员应当理解地是，本发明并非仅限于特定实施例。相反，在没有超出本申请精神和实质的各种修正、变形和替换都落入到本申请的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种发动机水循环系统的控制方法，该水循环系统包括水泵、常规水箱、副水箱、节温器和散热器，所述副水箱的进水管与所述水泵连通，所述副水箱的出水管与机体内循环的气缸出水口相连通，机体内循环的出水管连通节温器，节温器的出水口一路与散热器连通，一路通过节温器出水管连通至水泵，节温器出水管上还具有节温器旁通管连接至常规水箱，散热器通过散热器出水管与常规水箱连通，常规水箱通过常规水箱出水管与水泵连通，机体内循环通过机体内循环进水管与水泵连通，所述副水箱进水管、机体内循环进水管、常规水箱出水管、散热器出水管以及节温器出水管、节温器旁通管上分别都设置有电磁阀，所述电磁阀全部都连接到控制单元ECU上，所述副水箱内设置有电预热器，所述ECU执行如下步骤：S1，接通电预热器的电源，选择加热动作，此时电流导通至电预热器对副水箱中的水进行加热；S2，ECU控制常规水箱出水管上的电磁阀，散热器出水管的电磁阀以及发动机体内循环的进水管和节温器旁通管上的电磁阀处于关闭状态；而节温器的出水管以及副水箱的进水管上的电磁阀处于打开状态；S3，ECU控制器监测发动机系统的温度，如果所述温度值达到了可以正常起动发动机的值，则所述ECU进行报警，通知驾驶员发动机预热完毕，此时，如果发动机正常起动则可以拔下电预热器的电源；如果发动机仍不能正常起动，重复以上步骤。

2.如权利要求1所述的发动机水循环系统的控制方法，其特征在于，所述副水箱的安装位置与发动机的起动机相平行，确保发动机气缸内循环水的最低位置不低于水箱的最低点。

3.如权利要求2所述的发动机水循环系统的控制方法，其特征在于，所述副水箱的进、出水口都低于发动机气缸的出水口。

4.如权利要求3所述的发动机水循环系统的控制方法，其特征在于，所述ECU执行继续如下步骤S4：ECU控制水泵起动，控制常规水箱出水管、散热器的出水管、节温器旁通管上设置的电磁阀都处于关闭状态，而发动机机体内循环的进水管、副水箱的进水管和节温器的出水管上的电磁阀处于打开状态。

5.如权利要求4所述的发动机水循环系统的控制方法，其特征在于，所述ECU执行继续如下步骤S5：ECU监测发动机循环水的温度，当该温度值大于第一温度值时，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管以及节温器旁通管上的电磁阀打开，而控制副水箱进水管和散热器出水管、节温器出水管上的电磁阀关闭。

6.如权利要求5所述的发动机水循环系统的控制方法，其特征在于，所述ECU执行继续如下步骤S6：当ECU监测到所述循环水的温度大于第二温度值时，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管以及散热器的出水管上的电磁阀打开，而控制节温器出水管、节温器旁通管和副水箱进水管上的电磁阀关闭。

7.如权利要求6所述的发动机水循环系统的控制方法，其特征在于，所述ECU执行继续如下步骤S7：当ECU监测到发动机循环水的温度大于第三温度值时，该第三温度值大于第二温度值，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管以及散热器的出水管和控制副水箱进水管上的电磁阀打开，而节温器出水管、节温器旁通管上的电磁阀保持关闭。

8.如权利要求7所述的发动机水循环系统的控制方法，其特征在于，还包括大气温度检测单元，如果大气温度低于预定值时，所述ECU执行步骤S1到S7，如果大气温度高于预定值时，执行以下步骤S21：ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管、节温器旁通管上的电磁阀打开，而控制散热器出水管、节温器出水管和副水箱进水管上的电磁阀关闭；S22：ECU监测发动机循环水的温度，当所述循环水温度大于所述第二温度值时，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管以及散热器的出水管上的电磁阀打开，而控制节温器出水管、节温器旁通管和副水箱进水管上的电磁阀关闭；S23：当ECU监测到发动机循环水的温度大于所述第三温度值时，ECU控制常规水箱出水管、发动机机体内循环的进水管以及散热器的出水管和控制副水箱进水管上的电磁阀打开，而节温器出水管、节温器旁通管上的电磁阀保持关闭。

9.如权利要求1-8任意一项所述的发动机水循环系统的控制方法，其特征在于，所述副水箱可以设置为翅片形，也可以将副水箱设置与一冷却风扇连接。

10.如权利要求1-9任意一项所述的发动机水循环系统的控制方法，其特征在于，所述电预热器采用民用220V电源进行加热。