CN111365114A - 一种发动机自动冷却控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机自动冷却控制系统及控制方法，系统包括均受控于发动机控制单元的电控海水泵、电控淡水泵和电控节温器以及中冷器和热交换器；方法包括：当水温≤第一预设阈值时，电控海水泵和电控淡水泵以最低运行转速运行；电控节温器的开度调至0。当第一预设阈值＜水温≤第二预设阈值时，执行电控节温器开度控制步骤。当第二预设阈值＜水温≤第三预设阈值时，电控节温器的开度调至100％，执行电控淡水泵转速控制步骤；当水温＞第四预设阈值时，电控节温器的开度保持100％；电控淡水泵以最高运行转速运行，执行电控海水泵转速控制步骤。本发明可对冷却水温度和进气温度进行有效控制使船用发动机始终运行在最佳工作温度下运行。

Description

一种发动机自动冷却控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于发动机冷却技术领域，尤其涉及一种发动机自动冷却控制系统及控制方法。

背景技术

发动机在工作时，自身会产生大量的热量，造成发动机机体和整机相关部件的温度升高，当温度高于一定的值后，会影响到发动机的正常工作，发动机冷却系统是用于对发动机机体和整机相关部件进行冷却的系统。冷却系统中通常利用一个可以感知温度的节温器来根据冷却水温度的高低自动调节进入热交换器的水量，改变水的循环范围(大循环、小循环)，提到调节冷却水温度的目的。

但是船用发动机是借助外界海水对增压后的空气、循环冷却水(淡水)进行冷却，通常存在过度冷却问题。采集的船用发动机数据中，进气温度一般在30-50度，水温和机油温度一般在50-80度之间，这都不是船用发动机的最佳运行温度。如何对冷却水温度和进气温度进行有效控制，使船用发动机始终运行在最佳工作温度下是目前亟需研究的课题。

鉴于此，亟需针对现有技术进行改进，研发一种可对冷却水温度和进气温度进行有效控制使船用发动机始终运行在最佳温度下的自动冷却控制系统及控制方法。

发明内容

旨在克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的技术问题是，提供了一种发动机自动冷却控制系统及控制方法，可对冷却水温度和进气温度进行有效控制使船用发动机始终运行在最佳工作温度下运行。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种发动机自动冷却控制系统，包括海水泵、淡水泵、节温器、中冷器和热交换器；所述海水泵的出水口与所述中冷器的冷却介质入口连通，所述中冷器的冷却介质出口与所述热交换器的冷却介质入口连通；发动机冷却水进口与所述淡水泵的出口连通，发动机冷却水出口与所述节温器的进口连通，所述节温器的小循环出口与所述淡水泵的进口连通，所述节温器的大循环出口与所述热交换器的冷却水进口连通，所述热交换器的冷却水出口与所述淡水泵的进口连通；所述海水泵为电控海水泵，所述淡水泵为电控淡水泵，所述节温器为电控节温器；所述电控海水泵、所述电控淡水泵和所述电控节温器均受控于发动机控制单元。

进一步，所述电控海水泵和所述电控淡水泵均为电控硅油水泵。

第二方面，本发明实施例提供一种发动机自动冷却控制方法，使用上述的发动机自动冷却控制系统；所述控制方法包括以下步骤：

当发动机内部冷却水的温度小于等于第一预设阈值时，控制所述电控海水泵和所述电控淡水泵以最低运行转速运行；同时将所述电控节温器的开度调节至0，使所述电控节温器的大循环出口关闭；

当发动机内部冷却水的温度大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值时，控制所述电控海水泵和所述电控淡水泵仍以最低运行转速运行；并执行电控节温器开度控制步骤；

当发动机内部冷却水的温度大于第二预设阈值小于等于第三预设阈值时，将所述电控节温器的开度调节至100％，使所述电控节温器的小循环出口关闭；同时控制所述电控海水泵仍以最低运行转速运行，并执行电控淡水泵转速控制步骤；

当发动机内部冷却水的温度大于第四预设阈值时，所述电控节温器的开度保持100％；同时控制所述电控淡水泵以最高运行转速运行，并执行电控海水泵转速控制步骤。

进一步，所述电控节温器开度控制步骤包括：

查找最佳运行水温MAP图，找到发动机当前工况下的最佳运行水温；

查找节温器开度MAP图，找到最佳运行水温所对应的节温器目标开度，调节所述电控节温器的实际开度，使其等于所述节温器目标开度。

进一步，所述电控淡水泵转速控制步骤包括：

查找所述最佳运行水温MAP图，找到发动机当前工况下的最佳运行水温；

查找淡水泵转速MAP图，找到最佳运行水温所对应的淡水泵目标转速，调节所述电控淡水泵的实际转速，使其等于所述淡水泵目标转速。

进一步，所述电控海水泵转速控制步骤包括：

查找所述最佳运行水温MAP图，找到发动机当前工况下的最佳运行水温；

查找第一海水泵转速MAP图，找到最佳运行水温所对应的第一海水泵目标转速；

查找第二海水泵转速MAP图，找到发动机当前进气温度所对应的第二海水泵目标转速；

所述第一海水泵目标转速和所述第二海水泵目标转速两者之中的最大值为最终海水泵目标转速，调节所述电控海水泵的实际转速，使其等于所述最终海水泵目标转速。

进一步，所述控制方法还包括：

通过台架试验标定出发动机不同转速不同负荷下所对应的最佳运行水温，绘制出所述最佳运行水温MAP图并预先存储到所述发动机控制单元中。

进一步，所述控制方法还包括：

通过台架试验标定出不同运行水温所对应的淡水泵目标转速，绘制出所述淡水泵转速MAP图并预先存储到所述发动机控制单元中。

进一步，所述控制方法还包括：

通过台架试验标定出不同运行水温所对应的第一海水泵目标转速，绘制出所述第一海水泵转速MAP图并预先存储到所述发动机控制单元中；

通过台架试验标定出不同进气温度所对应的第二海水泵目标转速，绘制出所述第二海水泵转速MAP图并预先存储到所述发动机控制单元中。

由于采用了上述技术方案，取得的有益效果如下：

本发明发动机自动冷却控制系统及控制方法，其控制系统中的海水泵、淡水泵和节温器均为受控于发动机电控单元的电控件，便于自动化调节的实施。控制方法包括；当冷却水温度(由水温传感器传送)小于等于第一预设阈值时，电海水泵和电控淡水泵以最低运行转速运行，电控节温器的开度最小、冷却水走小循环流路；使冷却水温度可以快速上升，以防过度冷却问题的出现。当冷却水温度大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值时，电控海水泵和电控淡水泵仍以最低运行转速运行；调节电控节温器开度，改变进入热交换器的水量，改变水的循环范围，使其到达最佳运行水温。当冷却水温度大于第二预设阈值小于等于第三预设阈值时，电控节温器的开度最大、冷却水走大循环流路；电控海水泵仍以最低运行转速运行，调节淡水泵的速度，使其到达最佳运行水温。当冷却水温度大于等于第四预设阈值时，冷却水仍走大循环流路；电控淡水泵以最高运行转速运行，调节海水泵的速度，以确最大限度的满足发动机对运行水温和进气温度的需求。

综上，本发明可对冷却水温度和进气温度进行有效控制使船用发动机始终在最佳工作温度下运行；提高了船用发动机的性能。

附图说明

图1是本发明发动机自动冷却控制系统的结构原理图；

图2是本发明发动机自动冷却控制方法的逻辑原理图；

图3是图2中电控节温器开度控制步骤的逻辑原理图；

图4是图2中电控淡水泵转速控制步骤的逻辑原理图；

图5是图2中电控海水泵转速控制步骤的逻辑原理图；

图中，1-电控海水泵，2-电控淡水泵，3-电控节温器，4-发动机控制单元，5-中冷器，6-热交换器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

由图1所示，本实施例中，发动机自动冷却控制系统包括电控海水泵1、电控淡水泵2、电控节温器3、中冷器5和热交换器6；电控海水泵1的出水口与中冷器5的冷却介质入口连通，中冷器5的冷却介质出口与热交换器6的冷却介质入口连通；发动机冷却水进口与电控淡水泵2的出口连通，发动机冷却水出口与电控节温器3的进口连通，电控节温器3的小循环出口与电控淡水泵2的进口连通，电控节温器3的大循环出口与热交换器6的冷却水进口连通，热交换器6的冷却水出口与电控淡水泵2的进口连通；电控海水泵1、电控淡水泵2和电控节温器3均受控于发动机控制单元4。

本实施例中，电控海水泵1和电控淡水泵2均为电控硅油水泵。通过调节内部硅油电磁阀的开度，实现转速的调节；该工作原理为本领域技术人员所熟知的，在此不做赘述。

实施例二：

本实施例公开了一种发动机自动冷却控制方法，基于实施例一公开的发动机自动冷却控制系统进行实施的。

由图2至图5共同所示，本实施例中，一种发动机自动冷却控制方法，包括以下步骤：

S1、当发动机内部冷却水的温度(基于水温传感器获得)小于等于第一预设阈值时，发动机控制单元4控制电控海水泵1和电控淡水泵2以最低运行转速运行(内部硅油电磁阀的开度为零，并不代表运行转速为零)；同时将电控节温器3的开度调节至0，使电控节温器3的大循环出口关闭。

此时冷却水走小循环流路，使冷却水温度可以快速上升，以防过度冷却问题的出现。

S2、当发动机内部冷却水的温度大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值时，发动机控制单元4控制电控海水泵1和电控淡水泵2仍以最低运行转速运行；并执行电控节温器开度控制步骤。

电控节温器开度控制步骤：S21、查找最佳运行水温MAP图，找到发动机当前工况下的最佳运行水温；S22、查找节温器开度MAP图，找到最佳运行水温所对应的节温器目标开度，调节电控节温器3的实际开度，使其等于节温器目标开度。(原则上是，在该温度范围内，水温呈现下降趋势时，电控节温器3开度往小调；水温呈上升趋势时，电控节温器3开度往大调，调节进入热交换器6的水量，提前抑制水温的过快上升，防止水温度过高时来不及完成降温。)

S3、当发动机内部冷却水的温度大于第二预设阈值小于等于第三预设阈值时，将电控节温器3的开度调节至100％，使电控节温器3的小循环出口关闭；同时控制电控海水泵1仍以最低运行转速运行，并执行电控淡水泵转速控制步骤。

电控淡水泵转速控制步骤：S31、查找最佳运行水温MAP图，找到发动机当前工况下的最佳运行水温。S32、查找淡水泵转速MAP图，找到最佳运行水温所对应的淡水泵目标转速，调节电控淡水泵2的实际转速，使其等于淡水泵目标转速。

此时冷却水走大循环流路，利用热交换器6中的海水对冷却水进行加速降温；原则上是，在该温度范围内，水温呈现下降趋势时，电控淡水泵2转速往小调；水温呈上升趋势时，电控淡水泵2转速往大调，提高水循环速度加快降温。

S4、当发动机内部冷却水的温度大于第四预设阈值时，电控节温器3的开度保持100％；同时控制电控淡水泵2以最高运行转速(内部硅油电磁阀的开度为100％)运行，并执行电控海水泵转速控制步骤。

电控海水泵转速控制步骤：S41、查找最佳运行水温MAP图，找到发动机当前工况下的最佳运行水温；S42、查找第一海水泵转速MAP图，找到最佳运行水温所对应的第一海水泵目标转速；S43、查找第二海水泵转速MAP图，找到发动机当前进气温度所对应的第二海水泵目标转速；S44、第一海水泵目标转速和第二海水泵目标转速两者之中的最大值为最终海水泵目标转速，调节电控海水泵1的实际转速，使其等于最终海水泵目标转速。

虽然冷却水此时走大循环流路，且电控淡水泵2也以最高运行转速运行，但是水温持续升高，此时需要加到电控海水泵转速，提高海水的循环速度，同时还需要保证进气温度的冷却不受到影响，因此取第一海水泵目标转速和第二海水泵目标转速中的最大值作为目标转速。以确最大限度的满足发动机对运行水温和进气温度的需求。

原则上，进气温度与电控海水泵转速的转速呈线性关系。

其中，在执行步骤S1-S4之前，需要通过台架试验标定出发动机不同转速不同负荷下所对应的最佳运行水温，绘制出最佳运行水温MAP图并预先存储到发动机控制单元中。通过台架试验标定出不同运行水温所对应的淡水泵目标转速，绘制出淡水泵转速MAP图并预先存储到发动机控制单元中。通过台架试验标定出不同运行水温所对应的第一海水泵目标转速，绘制出第一海水泵转速MAP图并预先存储到所述发动机控制单元中；通过台架试验标定出不同进气温度所对应的第二海水泵目标转速，绘制出第二海水泵转速MAP图并预先存储到所述发动机控制单元中。以便于后面的直接查找调用。利用台架试验获取数据标定出相关MAP图是本领技术人员所惯用的技术手段，在此不做赘述。

第一预设阈值、第二预设阈值、第三预设阈值和第四预设阈值不同发动机可以相同也可以不同，通过试验、仿真模拟或理论计算获得后预先存储到发动机控制单元4中。

综上，本发明仅需将原有的海水泵、淡水泵和节温器，替换为受发动机控制单元4控制的电控海水泵1、电控淡水泵2和电控节温器3；并在发动机控制单元4内植入控制程序，便可实现对冷却水温度和进气温度进行有效控制，使船用发动机始终在最佳工作温度下运行；提高了船用发动机的性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限值本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种发动机自动冷却控制系统，包括海水泵、淡水泵、节温器、中冷器和热交换器；所述海水泵的出水口与所述中冷器的冷却介质入口连通，所述中冷器的冷却介质出口与所述热交换器的冷却介质入口连通；发动机冷却水进口与所述淡水泵的出口连通，发动机冷却水出口与所述节温器的进口连通，所述节温器的小循环出口与所述淡水泵的进口连通，所述节温器的大循环出口与所述热交换器的冷却水进口连通，所述热交换器的冷却水出口与所述淡水泵的进口连通；其特征在于，所述海水泵为电控海水泵，所述淡水泵为电控淡水泵，所述节温器为电控节温器；

所述电控海水泵、所述电控淡水泵和所述电控节温器均受控于发动机控制单元。

2.根据权利要求1所述的发动机自动冷却控制系统，其特征在于，所述电控海水泵和所述电控淡水泵均为电控硅油水泵。

3.一种发动机自动冷却控制方法，其特征在于，使用权利要求1或2所述的发动机自动冷却控制系统；所述控制方法包括以下步骤：

当发动机内部冷却水的温度小于等于第一预设阈值时，控制所述电控海水泵和所述电控淡水泵以最低运行转速运行；同时将所述电控节温器的开度调节至0，使所述电控节温器的大循环出口关闭；

当发动机内部冷却水的温度大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值时，控制所述电控海水泵和所述电控淡水泵仍以最低运行转速运行；并执行电控节温器开度控制步骤；

当发动机内部冷却水的温度大于第二预设阈值小于等于第三预设阈值时，将所述电控节温器的开度调节至100％，使所述电控节温器的小循环出口关闭；同时控制所述电控海水泵仍以最低运行转速运行，并执行电控淡水泵转速控制步骤；

当发动机内部冷却水的温度大于第四预设阈值时，所述电控节温器的开度保持100％；同时控制所述电控淡水泵以最高运行转速运行，并执行电控海水泵转速控制步骤。

4.根据权利要求3所述的发动机自动冷却控制方法，其特征在于，所述电控节温器开度控制步骤包括：

查找最佳运行水温MAP图，找到发动机当前工况下的最佳运行水温；

查找节温器开度MAP图，找到最佳运行水温所对应的节温器目标开度，调节所述电控节温器的实际开度，使其等于所述节温器目标开度。

5.根据权利要求4所述的发动机自动冷却控制方法，其特征在于，所述电控淡水泵转速控制步骤包括：

查找所述最佳运行水温MAP图，找到发动机当前工况下的最佳运行水温；

查找淡水泵转速MAP图，找到最佳运行水温所对应的淡水泵目标转速，调节所述电控淡水泵的实际转速，使其等于所述淡水泵目标转速。

6.根据权利要求5所述的发动机自动冷却控制方法，其特征在于，所述电控海水泵转速控制步骤包括：

查找所述最佳运行水温MAP图，找到发动机当前工况下的最佳运行水温；

查找第一海水泵转速MAP图，找到最佳运行水温所对应的第一海水泵目标转速；

查找第二海水泵转速MAP图，找到发动机当前进气温度所对应的第二海水泵目标转速；

所述第一海水泵目标转速和所述第二海水泵目标转速两者之中的最大值为最终海水泵目标转速，调节所述电控海水泵的实际转速，使其等于所述最终海水泵目标转速。

7.根据权利要求6所述的发动机自动冷却控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

通过台架试验标定出发动机不同转速不同负荷下所对应的最佳运行水温，绘制出所述最佳运行水温MAP图并预先存储到所述发动机控制单元中。

8.根据权利要求7所述的发动机自动冷却控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

通过台架试验标定出不同运行水温所对应的淡水泵目标转速，绘制出所述淡水泵转速MAP图并预先存储到所述发动机控制单元中。

9.根据权利要求8所述的发动机自动冷却控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

通过台架试验标定出不同运行水温所对应的第一海水泵目标转速，绘制出所述第一海水泵转速MAP图并预先存储到所述发动机控制单元中；

通过台架试验标定出不同进气温度所对应的第二海水泵目标转速，绘制出所述第二海水泵转速MAP图并预先存储到所述发动机控制单元中。

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