CN107389352B - 发动机台架冷却循环系统运行稳定设备和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种发动机台架冷却循环系统运行稳定设备，运行稳定设备包括设置在所述膨胀水箱内设有第一温度传感器、设置在所述补水箱内设有第二温度传感器和加热器，所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一液位传感器、第二液位传感器均输出感应信号至PLC，所述PLC输出驱动信号至加热器、电磁阀和补水泵。本发明的优点在于：1、操作便捷：可以通过测试软件设定排气压力值，操作方便；2：高安全性：此发明可以在PLC设定压力上、下线报警值，并通过声光报警输出；3:高可靠性：在加热电路中安装过热、过流保护开关，在补水箱中设置低液位保护，防止低液位加热器干烧引起故障。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机冷却系统可靠性试验领域。
背景技术
随着发动机技术水平的不断提高，发动机测试领域对发动机冷却循环系统压力及温度精度要求越来越高，冷却液温度、压力的变化对发动机性能有很大影响；过高的压力对发动机水泵叶轮造成损伤，过低的压力容易对发动机水路造成气蚀，损坏发动机。
目前水温控制系统冷却液缺少时，采用直接补水方式(补水箱布置在大气中，故冷却液温度与环境温度相同)，混合后会导致发动机冷却液温度出现波动，对发动机性能产有影响；水温控制系统采用常规机械弹簧式放气方式，由于受到使用环境及使用时间的影响，导致弹簧失效，存在内部压力不稳定性。如何规避试验过程中水温水压的不稳定性，是目前试验开发过程面临的重要问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种能够稳定、可靠的保持发动机运行过程循环冷却系统温度及压力的设备。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：发动机台架冷却循环系统运行稳定设备，发动机台架冷却循环系统设有膨胀水箱，所述膨胀水箱通过进水管和出水管与发动机的进水口和出水口连接构成循环管路，所述循环管路上设有循环泵，所述膨胀水箱通过补水泵连接补水箱，所述膨胀水箱内设有第一液位传感器，所述补水箱内设有第二液位传感器，运行稳定设备包括设置在所述膨胀水箱内设有第一温度传感器、设置在所述补水箱内设有第二温度传感器和加热器，所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一液位传感器、第二液位传感器均输出感应信号至PLC，所述PLC输出驱动信号至加热器和补水泵。
所述运行稳定设备包括设置在发动机的进水口侧的压力传感器，所述补水箱通过电磁阀连接大气，所述压力传感器输出压力信号至PLC，所述膨胀水箱通过比例阀连接稳压腔，所述稳压腔通过管路连通补水箱，所述PLC输出控制信号至比例阀、电磁阀。
所述运行稳定设备包括设置在试验间中的声光报警器，所述PLC输出报警信号至声光报警器。
所述PLC的供电接口通过交流电空气开关连接市电。
基于所述发动机台架冷却循环系统运行稳定设备的控制方法：
发动机台架冷却循环系统启动后，第一液位传感器、第二液位传感器、第一温度传感器和第二温度传感器实时将采集的信号输送至PLC；
开启加热器使膨胀水箱和补水箱的水温相同；
当膨胀水箱中冷却液液位低于下限时，补水泵开始工作补液。
当补水箱液位低于下限时，声光报警器报警，并且加热器停止。
发动机台架冷却循环系统启动后，压力传感器实时将采集的信号输送至PLC；
当PLC检测到冷却循环系统内的压力达到在测控系统中设定的压力值时，PLC控制排气比例阀及补水箱电磁阀开始排气工作。
常态下补水箱电磁阀开启、比例阀关闭，所述排气工作步骤如下：
1)电磁阀关闭；
2)比例阀打开向补水箱中泄压排气，并在开启设定时间后关闭；
3)电磁阀打开排气，并在开启设定时间后关闭。
本发明的优点在于：
1、操作便捷：可以通过测试软件设定排气压力值，操作方便；
2：高安全性：此发明可以在PLC设定压力上、下线报警值，并通过声光报警输出。并使发动机运行怠速状态，待试验人员检查确认无问题后，方可进行试验；
3:高可靠性：在加热电路中安装过热、过流保护开关，在补水箱中设置低液位保护，防止低液位加热器干烧引起故障。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为设备总布置图；
图2为PLC内部图及接线示意图；
图3PLC控制外置继电器线圈图；
图4温度报警、压力报警、控制补水泵继电器电路图；
图5比例阀信号控制电路图；
图6加热器控制单元电路图；
上述图中的标记均为：1、膨胀水箱；2、第一温度传感器；3、比例阀；4、稳压腔；5、补水箱；6、第二温度传感器；7、电磁阀；8、补水泵；9、循环泵；10、压力传感器；11、发动机；12、单向阀；13、加热器；14、PLC；15、第二液位传感器；16、第一液位传感器。
具体实施方式
如图1所示，发动机11台架冷却循环系统设有膨胀水箱1，膨胀水箱1通过进水管和出水管与发动机11的进水口和出水口连接构成循环管路，循环管路上设有循环泵9，膨胀水箱1通过补水泵8连接补水箱5，为了控制补水水温，在补水箱5中安装加热器13及第二温度传感器6、第二液位传感器15，同时在发动机11水温控制系统膨胀水箱1中安装第一温度传感器2和第一液位传感器16，让膨胀水箱1中温度传感器信号作为至PLC14控制单元设定输入，通过PLC14内部程序运算，PLC14模拟量输出模块输出信号至固态继电器，控制补水箱5加热器13加热。，以保证补水箱5中冷却液温度与发动机11循环管路中冷却液温度一致，消除补水过程中温度变化对发动机11试验影响。
运行稳定设备包括设置在发动机11的进水口侧的压力传感器10，补水箱5通过电磁阀7连接大气，压力传感器10输出压力信号至PLC14，膨胀水箱1通过比例阀3连接稳压腔4，稳压腔4通过管路连通补水箱5，PLC14输出控制信号至比例阀3、电磁阀7。PLC14根据在测控软件中设定冷却液循环系统排气压力对比压力传感器10采集压力，通过模拟量、开关量模块输出信号控制排气比例阀3、电磁阀7按顺序开启与关闭排气，保证排气时发动机11冷却系统压力的稳定。
为方便报警提示，运行稳定设备包括设置在试验间中的声光报警器，PLC14输出报警信号至声光报警器。可以在PLC14设定压力上、下线报警值，并通过声光报警输出，并使发动机11运行怠速状态，待试验人员检查确认无问题后，方可进行试验。
如图2所示，PLC14设有RS485接口，RS485接口5为与台架测控软件通讯设定排气压力值，Q1为220V交流电空气开关，防止负载电路出现异常，固态继电器控制信号为PLC14通过温度传感器采集发动机11冷却循环管路中冷却液温，对比补水箱5中的温度传感器采集的冷却液温度，通过固态继电器输出信号控制加热器13加热。声光报警及测控软件输入为压力传感器10采集压力值超过压力设定上下限报警时的输出。
如图3所示，K1、K2、K3三个继电器线圈分别由图2中低液位报警、水路低压报警、水路高压端口报警控制，K4线圈由PLC14控制，在系统排气时PLC14控制工作。
如图4所示，低液位蜂鸣器报警、水路高压蜂鸣器报警、水路低压蜂鸣器报警、补水箱5常开排气电磁阀7分别由K1、K2、K3、K4四个继电器线圈控制。低液位报警时K1继电器常闭触电断开，补水泵8停止工作，防止损坏。
如图5所示，Q3为交流220V过流过热保护开关；T1为24V直流变压器为系统中的控制电路供电；T2为24V交流变压器为比例阀3供电,V2为固态继电器，E1为加热器13。
基于上述发动机11台架冷却循环系统运行稳定设备的控制方法：
1、温度控制原理及步骤：
当发动机11循环冷却系统开启后，检查补水箱5中液位(高于下限)。
开启装置总电源(图2中Q1)，检查PLC14控制单元工作情况。
PLC14正常后开启加热器13开关，此时膨胀水箱1与补水箱5温度一致，为环境温度，加热器13不工作。
启动发动机11，随着发动机11冷却循环系统冷却液温度升高，PLC14通过固态继电器(图6中V2)加热补水箱5，使补水箱5内冷却液温度与发动机11冷却循环系统冷却液温度一致。
当膨胀水箱1中冷却液液位低于下限时，补水泵8开始工作补液，使发动机11试验过程中不会出现温度波动影响试验。
当补水箱5液位低于下限时，在程序中增加了低液位报警及加热停止的保护功能。
2、压力控制原理及步骤
开启发动机11循环冷却系统开启，由于循环泵9工作，系统产生压力。
启动发动机11，冷却循环系统内压力因热胀冷缩，压力随冷却液温度升高而加大。
当PLC14检测到冷却循环系统内的压力达到在测控系统中设定的压力值时，PLC14内的程序通过PI D计算输出信号控制排气比例阀3及补水箱5电磁阀7工作。
为了平衡气压，达到平缓降压目的。根据理想气体方程：
PV＝nRT
P：气体压强，单位Pa
V:气体体积，单位m3
T:气体温度，单位K
n：气体物质的量，单位mo l
R:比例系数，单位J/(mo l*K)
常态下补水箱5电磁阀7开启、比例阀3关闭。具体排气步骤如下：
电磁阀7关闭；
比例阀3打开向补水箱5中泄压排气(在排气管路中增加稳压腔4)，目的是保证比例阀3开启瞬间，系统内部压力不会突然性下降，排气过程压力下降更加稳定；
比例阀3开启3S后关闭；
电磁阀7打开排气
2S后电磁阀7关闭
如此执行的过程，直到系统压力达到最低设定值，排气过程结束。
为了避免试验过程中突发性问题发生。在PLC14程序中设定冷却循环系统压力上限、下限报警，如果出现压力失控，PLC14触点输出信号至台架测控系统，使发动机11运行怠速状态，避免发动机11因冷却系统问题导致损毁。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.发动机台架冷却循环系统运行稳定设备，发动机台架冷却循环系统设有膨胀水箱，所述膨胀水箱通过进水管和出水管与发动机的进水口和出水口连接构成循环管路，所述循环管路上设有循环泵，所述膨胀水箱通过补水泵连接补水箱，所述膨胀水箱内设有第一液位传感器，所述补水箱内设有第二液位传感器，其特征在于：运行稳定设备包括设置在所述膨胀水箱内设有第一温度传感器、设置在所述补水箱内设有第二温度传感器和加热器，所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一液位传感器、第二液位传感器均输出感应信号至PLC，所述PLC输出驱动信号至加热器和补水泵;
所述运行稳定设备包括设置在发动机的进水口侧的压力传感器，所述补水箱通过电磁阀连接大气，所述压力传感器输出压力信号至PLC，所述膨胀水箱通过比例阀连接稳压腔，所述稳压腔通过管路连通补水箱，所述PLC输出控制信号至比例阀、电磁阀。
2.根据权利要求1所述的发动机台架冷却循环系统运行稳定设备，其特征在于：所述运行稳定设备包括设置在试验间中的声光报警器，所述PLC输出报警信号至声光报警器。
3.根据权利要求2所述的发动机台架冷却循环系统运行稳定设备，其特征在于：所述PLC的供电接口通过交流电空气开关连接市电。
4.基于权利要求1-3所述发动机台架冷却循环系统运行稳定设备的控制方法，其特征在于：
发动机台架冷却循环系统启动后，第一液位传感器、第二液位传感器、第一温度传感器和第二温度传感器实时将采集的信号输送至PLC；
开启加热器使膨胀水箱和补水箱的水温相同；
当膨胀水箱中冷却液液位低于下限时，补水泵开始工作补液。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：当补水箱液位低于下限时，声光报警器报警，并且加热器停止。
6.根据权利要求4或5所述的控制方法，其特征在于：发动机台架冷却循环系统启动后，压力传感器实时将采集的信号输送至PLC；
当PLC检测到冷却循环系统内的压力达到在测控系统中设定的压力值时，PLC控制排气比例阀及补水箱电磁阀开始排气工作。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：常态下补水箱电磁阀开启、比例阀关闭，所述排气工作步骤如下：
1）电磁阀关闭；
2）比例阀打开向补水箱中泄压排气，并在开启设定时间后关闭；
3）电磁阀打开排气，并在开启设定时间后关闭。
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