CN111811825A - 一种多功能发动机冷却温控系统及其控制方法 - Google Patents

一种多功能发动机冷却温控系统及其控制方法 Download PDF

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陈顺章
李畅
李海波
杨晓娜
袁旭
王芳
高文雄
陈川
解亚东
孙仁楷
陈盈智
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Abstract

一种多功能发动机冷却温控系统，包括发动机、冷水罐、电动三通阀，冷水罐内部的冷却盘管的进、出水端分别与外接循环水进水管、外接循环水出水管相通，冷水罐的内循环水进口通过一号进水管与发动机的冷却水出口相通，冷水罐的内循环水出口依次通过电动三通阀的第一进水端、电动三通阀的出水端、二号进水管与发动机的冷却水进口相通，电动三通阀的第二进水端通过旁通管路与一号进水管相通。该系统不仅能够同时用于发动机冷却温度恒温控制、不同温度设定条件下的冷热冲击温度交变控制，而且结构简单、不会改变发动机水系统的压力，同时降低了冷冲击试验工况下的温度波动。

Description

一种多功能发动机冷却温控系统及其控制方法
技术领域
本发明属于汽车发动机温度控制技术领域，具体涉及一种多功能发动机冷却温控系统及其控制方法，可用于发动机常规冷却温度恒温控制、不同温度设定条件下的冷热冲击温度交变控制。
背景技术
传统的发动机冷却温控系统一般仅用于发动机出水温度恒定控制，对于不同温度设定条件下的冷热冲击试验，则需要采用结构复杂、成本高昂的冷热冲击水系统试验设备，而冷热冲击试验在发动机耐久试验开发过程中经常进行，因此通常会导致冷热冲击水系统试验设备严重不足。另外，由于冷热冲击水系统试验设备通常包含热水罐、冷水罐、冷热管路气动切换阀、外接电动水泵等结构，改变了发动机水系统的原本结构，使得发动机的循环水容积增加几十倍甚至上百倍；同时外接电动水泵的供水能力很难在全工况下匹配到仅克服冷热冲击试验设备的系统阻力，改变了发动机水系统的运行阻力及发动机各用水部件的流量分配，使得发动机水泵无法在冷热冲击试验中进行考核，同时，外接电动水泵在试验过程中的介入会导致无法评价试验条件控制是否过严或过松，影响发动机耐久试验的试后结果判断。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够实现不同温度设定条件下的冷热冲击温度交变控制、结构简单且不改变发动机水系统压力的多功能发动机冷却温控系统及其控制方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种多功能发动机冷却温控系统，包括发动机、冷水罐、电动三通阀，所述冷水罐内部的冷却盘管的进、出水端分别与外接循环水进水管、外接循环水出水管相通，冷水罐的内循环水进口通过一号进水管与发动机的冷却水出口相通，冷水罐的内循环水出口依次通过电动三通阀的第一进水端、电动三通阀的出水端、二号进水管与发动机的冷却水进口相通，所述电动三通阀的第二进水端通过旁通管路与一号进水管相通。
所述外接循环水进水管上设置有热交换器，所述热交换器的热交换介质通道两端分别与外接制冷水进水管、外接制冷水出水管相通，且外接制冷水进水管上设置有常闭二通阀。
所述系统还包括台架测控单元，所述台架测控单元的信号输入端与一号进水管上设置的发动机出水温度压力传感器、二号进水管上设置的发动机进水温度压力传感器连接，台架测控单元的信号输出端与发动机、电动三通阀、台架报警系统连接。
所述台架测控单元的内部设置有高温工况PID模块、低温工况PID模块，所述高温工况PID模块、低温工况PID模块的信号输入端与发动机出水温度压力传感器连接，高温工况PID模块、低温工况PID模块的信号输出端与电动三通阀连接。
所述系统还包括膨胀箱，所述膨胀箱与发动机除气管、发动机水泵补水管、冷水灌除气管相通，且膨胀箱上设置有与台架测控单元的信号输入端连接的液位传感器。
所述热交换器为双层不锈钢波纹管。
一种多功能发动机冷却温控系统的控制方法，包括热冲击试验温度控制、冷冲击试验温度控制；
所述热冲击试验温度控制为：热冲击试验时，发动机冷却水经由一号进水管分成两路，一路依次经过冷水罐、第一进水端、出水端、二号进水管后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路、第二进水端、出水端、二号进水管后进入发动机，同时，外接循环水进水管向冷却盘管提供试验室常温循环水，所述高温工况PID模块启动，将发动机出水温度压力传感器实时检测的发动机出水温度信号与该工况下的温度设定值进行比较分析，并根据比较分析结果控制电动三通阀调整第一进水端和第二进水端的流量比，以实现热冲击试验的温度控制；
所述冷冲击试验温度控制为：冷冲击试验时，发动机冷却水经由一号进水管分成两路，一路依次经过冷水罐、第一进水端、出水端、二号进水管后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路、第二进水端、出水端、二号进水管后进入发动机，同时，若温度设定值在40-60℃，外接循环水进水管向冷却盘管提供试验室常温循环水，若温度设定值为25-45℃，外接循环水进水管向冷却盘管提供试验室常温循环水，并打开常闭二通阀进行辅助制冷，若温度设定值为10-30℃，外接循环水进水管向冷却盘管提供发动机试验室制冷水，所述低温工况PID模块启动，将发动机出水温度压力传感器实时检测的发动机出水温度信号与该工况下的温度设定值进行比较分析，并根据比较分析结果控制电动三通阀调整第一进水端和第二进水端的流量比，以实现冷冲击试验的温度控制。
所述控制方法还包括发动机冷却温度恒温控制，具体为：发动机冷却水经由一号进水管分成两路，一路依次经过冷水罐、第一进水端、出水端、二号进水管后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路、第二进水端、出水端、二号进水管后进入发动机，同时，外接循环水进水管向冷却盘管提供试验室常温循环水，台架测控单元控制电动三通阀调整第一进水端和第二进水端的流量比以实现恒温控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种多功能发动机冷却温控系统包括发动机、冷水罐、电动三通阀，冷水罐内部的冷却盘管的进、出水端分别与外接循环水进水管、外接循环水出水管相通，冷水罐的内循环水进口通过一号进水管与发动机的冷却水出口相通，冷水罐的内循环水出口依次通过电动三通阀的第一进水端、电动三通阀的出水端、二号进水管与发动机的冷却水进口相通，电动三通阀的第二进水端通过旁通管路与一号进水管相通，一方面，该系统不仅可同时用于发动机冷却温度控制、不同温度设定条件下的冷热冲击温度交变控制，而且无需采用加热罐、外接电动水泵、冷热管路气动切换阀等装置，在简化结构的同时不会改变发动机水系统的压力，从而能够有效进行发动机试后评价，另一方面，该结构使得在进行热冲击试验温度控制时，外接循环水进水管会向冷却盘管提供试验室常温循环水，对冷水灌进行冷却，起到了储存冷源的作用，为发动机冷冲击试验温度控制提供足够的冷源，从而降低冷冲击试验工况下的温度波动，确保冷冲击试验工况时低温设定温度与实际温度无超差。因此，本发明不仅能够同时用于发动机冷却温度恒温控制、不同温度设定条件下的冷热冲击温度交变控制，而且结构简单、不会改变发动机水系统的压力，同时降低了冷冲击试验工况下的温度波动。
2、本发明一种多功能发动机冷却温控系统中台架测控单元的内部设置有高温工况PID模块、低温工况PID模块，本设计针对高、低温工况分别采用对应的PID模块进行控制，通过高、低温工况温度控制的切换，使得台架测控单元更能适应高、低温工况的温度响应，提高温度控制的精度，确保温度设定值与实际温度无超差。因此，本发明提高了温度控制的精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的控制原理图。
图中，发动机1、冷水罐2、电动三通阀3、第一进水端31、第二进水端32、出水端33、外接循环水进水管4、外接循环水出水管5、一号进水管6、发动机出水温度压力传感器61、二号进水管7、发动机进水温度压力传感器71、旁通管路8、热交换器9、外接制冷水进水管10、外接制冷水出水管20、常闭二通阀30、台架测控单元40、高温工况PID模块401、低温工况PID模块402、膨胀箱50、液位传感器501、发动机除气管60、发动机水泵补水管70、冷水灌除气管80。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1、图2，一种多功能发动机冷却温控系统，包括发动机1、冷水罐2、电动三通阀3，所述冷水罐2内部的冷却盘管21的进、出水端分别与外接循环水进水管4、外接循环水出水管5相通，冷水罐2的内循环水进口通过一号进水管6与发动机1的冷却水出口相通，冷水罐2的内循环水出口依次通过电动三通阀3的第一进水端31、电动三通阀3的出水端33、二号进水管7与发动机1的冷却水进口相通，所述电动三通阀3的第二进水端32通过旁通管路8与一号进水管6相通。
所述外接循环水进水管4上设置有热交换器9，所述热交换器9的热交换介质通道两端分别与外接制冷水进水管10、外接制冷水出水管20相通，且外接制冷水进水管10上设置有常闭二通阀30。
所述系统还包括台架测控单元40，所述台架测控单元40的信号输入端与一号进水管6上设置的发动机出水温度压力传感器61、二号进水管7上设置的发动机进水温度压力传感器71连接，台架测控单元40的信号输出端与发动机1、电动三通阀3、台架报警系统连接。
所述台架测控单元40的内部设置有高温工况PID模块401、低温工况PID模块402，所述高温工况PID模块401、低温工况PID模块402的信号输入端与发动机出水温度压力传感器61连接，高温工况PID模块401、低温工况PID模块402的信号输出端与电动三通阀3连接。
所述系统还包括膨胀箱50，所述膨胀箱50与发动机除气管60、发动机水泵补水管70、冷水灌除气管80相通，且膨胀箱50上设置有与台架测控单元40的信号输入端连接的液位传感器501。
所述热交换器9为双层不锈钢波纹管。
一种多功能发动机冷却温控系统的控制方法，包括热冲击试验温度控制、冷冲击试验温度控制；
所述热冲击试验温度控制为：热冲击试验时，发动机冷却水经由一号进水管6分成两路，一路依次经过冷水罐2、第一进水端31、出水端33、二号进水管7后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路8、第二进水端32、出水端33、二号进水管7后进入发动机，同时，外接循环水进水管4向冷却盘管21提供试验室常温循环水，所述高温工况PID模块401启动，将发动机出水温度压力传感器61实时检测的发动机出水温度信号与该工况下的温度设定值进行比较分析，并根据比较分析结果控制电动三通阀3调整第一进水端31和第二进水端32的流量比，以实现热冲击试验的温度控制；
所述冷冲击试验温度控制为：冷冲击试验时，发动机冷却水经由一号进水管6分成两路，一路依次经过冷水罐2、第一进水端31、出水端33、二号进水管7后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路8、第二进水端32、出水端33、二号进水管7后进入发动机，同时，若温度设定值在40-60℃，外接循环水进水管4向冷却盘管21提供试验室常温循环水，若温度设定值为25-45℃，外接循环水进水管4向冷却盘管21提供试验室常温循环水，并打开常闭二通阀30进行辅助制冷，若温度设定值为10-30℃，外接循环水进水管4向冷却盘管21提供发动机试验室制冷水，所述低温工况PID模块402启动，将发动机出水温度压力传感器61实时检测的发动机出水温度信号与该工况下的温度设定值进行比较分析，并根据比较分析结果控制电动三通阀3调整第一进水端31和第二进水端32的流量比，以实现冷冲击试验的温度控制。
所述控制方法还包括发动机冷却温度恒温控制，具体为：发动机冷却水经由一号进水管6分成两路，一路依次经过冷水罐2、第一进水端31、出水端33、二号进水管7后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路8、第二进水端32、出水端33、二号进水管7后进入发动机，同时，外接循环水进水管4向冷却盘管21提供试验室常温循环水，台架测控单元40控制电动三通阀3调整第一进水端31和第二进水端32的流量比以实现恒温控制。
本发明的原理说明如下：
本发明提供了一种多功能发动机冷却温控系统及其控制方法，该系统可用于发动机出水温度恒定控制、不同温度设定条件下的冷热冲击温度交变控制两种控制模式，实现了发动机水系统多功能化。对于冷热冲击试验温度交变控制，根据冷热冲击试验的低温工况温度要求进行管路对接。冷热冲击高低温目标温度值在台架测控单元40中设定，冷热冲击高低温工况对应的高低温PID参数值需要在实际工况运行时进行调整，以适应高低温不同工况的目标温度快速稳定达成，冷热冲击高低温工况对应的PID值调整后将高低温PID参数值设定在台架测控单元40中，冷热工况时自动进行切换即可。
本发明中，台架测控单元40的信号输入端与发动机出水温度压力传感器61、发动机进水温度压力传感器71、液位传感器501连接，当这些部件发出的电信号出现异常时将触发台架报警系统，同时台架测控单元40控制发动机1怠速运行或者停机，以保护发动机1。
实施例1：
参见图1、图2，一种多功能发动机冷却温控系统，包括发动机1、冷水罐2、电动三通阀3、台架测控单元40、膨胀箱50，所述冷水罐2内部的冷却盘管21的进、出水端分别与外接循环水进水管4、外接循环水出水管5相通，所述外接循环水进水管4上设置有热交换器9，所述热交换器9为双层不锈钢波纹管，热交换器9的热交换介质通道两端分别与外接制冷水进水管10、外接制冷水出水管20相通，且外接制冷水进水管10上设置有常闭二通阀30，所述冷水罐2的内循环水进口通过一号进水管6与发动机1的冷却水出口相通，冷水罐2的内循环水出口依次通过电动三通阀3的第一进水端31、电动三通阀3的出水端33、二号进水管7与发动机1的冷却水进口相通，所述电动三通阀3的第二进水端32通过旁通管路8与一号进水管6相通，所述膨胀箱50与发动机除气管60、发动机水泵补水管70、冷水灌除气管80相通，膨胀箱50上设置有液位传感器501，所述台架测控单元40的信号输入端与一号进水管6上设置的发动机出水温度压力传感器61、二号进水管7上设置的发动机进水温度压力传感器71、液位传感器501连接，台架测控单元40的信号输出端与发动机1、电动三通阀3、台架报警系统连接，且台架测控单元40的内部设置有高温工况PID模块401、低温工况PID模块402，所述高温工况PID模块401、低温工况PID模块402的信号输入端与发动机出水温度压力传感器61连接，高温工况PID模块401、低温工况PID模块402的信号输出端与电动三通阀3连接。
上述多功能发动机冷却温控系统的控制方法，包括热冲击试验温度控制、冷冲击试验温度控制、发动机冷却温度控制；
所述热冲击试验温度控制为：热冲击试验时，发动机冷却水经由一号进水管6分成两路，一路依次经过冷水罐2、第一进水端31、出水端33、二号进水管7后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路8、第二进水端32、出水端33、二号进水管7后进入发动机，同时，外接循环水进水管4向冷却盘管21提供试验室常温循环水，所述高温工况PID模块401启动，将发动机出水温度压力传感器61实时检测的发动机出水温度信号与该工况下的温度设定值进行比较分析，并根据比较分析结果控制电动三通阀3调整第一进水端31和第二进水端32的流量比，以实现热冲击试验的温度控制；
所述冷冲击试验温度控制为：冷冲击试验时，发动机冷却水经由一号进水管6分成两路，一路依次经过冷水罐2、第一进水端31、出水端33、二号进水管7后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路8、第二进水端32、出水端33、二号进水管7后进入发动机，同时，若温度设定值在40-60℃，外接循环水进水管4向冷却盘管21提供试验室常温循环水，若温度设定值为25-45℃，外接循环水进水管4向冷却盘管21提供试验室常温循环水，并打开常闭二通阀30进行辅助制冷，若温度设定值为10-30℃，外接循环水进水管4向冷却盘管21提供发动机试验室制冷水，所述低温工况PID模块402启动，将发动机出水温度压力传感器61实时检测的发动机出水温度信号与该工况下的温度设定值进行比较分析，并根据比较分析结果控制电动三通阀3调整第一进水端31和第二进水端32的流量比，以实现冷冲击试验的温度控制；
所述发动机冷却温度恒温控制为：发动机冷却水经由一号进水管6分成两路，一路依次经过冷水罐2、第一进水端31、出水端33、二号进水管7后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路8、第二进水端32、出水端33、二号进水管7后进入发动机，同时，外接循环水进水管4向冷却盘管21提供试验室常温循环水，台架测控单元40控制电动三通阀3调整第一进水端31和第二进水端32的流量比以实现恒温控制。

Claims (8)

1.一种多功能发动机冷却温控系统，其特征在于：
所述系统包括发动机(1)、冷水罐(2)、电动三通阀(3)，所述冷水罐(2)内部的冷却盘管(21)的进、出水端分别与外接循环水进水管(4)、外接循环水出水管(5)相通，冷水罐(2)的内循环水进口通过一号进水管(6)与发动机(1)的冷却水出口相通，冷水罐(2)的内循环水出口依次通过电动三通阀(3)的第一进水端(31)、电动三通阀(3)的出水端(33)、二号进水管(7)与发动机(1)的冷却水进口相通，所述电动三通阀(3)的第二进水端(32)通过旁通管路(8)与一号进水管(6)相通。
2.根据权利要求1所述的一种多功能发动机冷却温控系统，其特征在于：所述外接循环水进水管(4)上设置有热交换器(9)，所述热交换器(9)的热交换介质通道两端分别与外接制冷水进水管(10)、外接制冷水出水管(20)相通，且外接制冷水进水管(10)上设置有常闭二通阀(30)。
3.根据权利要求2所述的一种多功能发动机冷却温控系统，其特征在于：所述系统还包括台架测控单元(40)，所述台架测控单元(40)的信号输入端与一号进水管(6)上设置的发动机出水温度压力传感器(61)、二号进水管(7)上设置的发动机进水温度压力传感器(71)连接，台架测控单元(40)的信号输出端与发动机(1)、电动三通阀(3)、台架报警系统连接。
4.根据权利要求3所述的一种多功能发动机冷却温控系统，其特征在于：所述台架测控单元(40)的内部设置有高温工况PID模块(401)、低温工况PID模块(402)，所述高温工况PID模块(401)、低温工况PID模块(402)的信号输入端与发动机出水温度压力传感器(61)连接，高温工况PID模块(401)、低温工况PID模块(402)的信号输出端与电动三通阀(3)连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种多功能发动机冷却温控系统，其特征在于：所述系统还包括膨胀箱(50)，所述膨胀箱(50)与发动机除气管(60)、发动机水泵补水管(70)、冷水灌除气管(80)相通，且膨胀箱(50)上设置有与台架测控单元(40)的信号输入端连接的液位传感器(501)。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种多功能发动机冷却温控系统，其特征在于：所述热交换器(9)为双层不锈钢波纹管。
7.一种权利要求4所述的多功能发动机冷却温控系统的控制方法，其特征在于：
所述控制方法包括热冲击试验温度控制、冷冲击试验温度控制；
所述热冲击试验温度控制为：热冲击试验时，发动机冷却水经由一号进水管(6)分成两路，一路依次经过冷水罐(2)、第一进水端(31)、出水端(33)、二号进水管(7)后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路(8)、第二进水端(32)、出水端(33)、二号进水管(7)后进入发动机，同时，外接循环水进水管(4)向冷却盘管(21)提供试验室常温循环水，所述高温工况PID模块(401)启动，将发动机出水温度压力传感器(61)实时检测的发动机出水温度信号与该工况下的温度设定值进行比较分析，并根据比较分析结果控制电动三通阀(3)调整第一进水端(31)和第二进水端(32)的流量比，以实现热冲击试验的温度控制；
所述冷冲击试验温度控制为：冷冲击试验时，发动机冷却水经由一号进水管(6)分成两路，一路依次经过冷水罐(2)、第一进水端(31)、出水端(33)、二号进水管(7)后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路(8)、第二进水端(32)、出水端(33)、二号进水管(7)后进入发动机，同时，若温度设定值在40-60℃，外接循环水进水管(4)向冷却盘管(21)提供试验室常温循环水，若温度设定值为25-45℃，外接循环水进水管(4)向冷却盘管(21)提供试验室常温循环水，并打开常闭二通阀(30)进行辅助制冷，若温度设定值为10-30℃，外接循环水进水管(4)向冷却盘管(21)提供发动机试验室制冷水，所述低温工况PID模块(402)启动，将发动机出水温度压力传感器(61)实时检测的发动机出水温度信号与该工况下的温度设定值进行比较分析，并根据比较分析结果控制电动三通阀(3)调整第一进水端(31)和第二进水端(32)的流量比，以实现冷冲击试验的温度控制。
8.根据权利要求7所述的一种多功能发动机冷却温控系统的控制方法，其特征在于：
所述控制方法还包括发动机冷却温度恒温控制，具体为：发动机冷却水经由一号进水管(6)分成两路，一路依次经过冷水罐(2)、第一进水端(31)、出水端(33)、二号进水管(7)后进入发动机，另一路则依次通过旁通管路(8)、第二进水端(32)、出水端(33)、二号进水管(7)后进入发动机，同时，外接循环水进水管(4)向冷却盘管(21)提供试验室常温循环水，台架测控单元(40)控制电动三通阀(3)调整第一进水端(31)和第二进水端(32)的流量比以实现恒温控制。
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