CN112145276A - 一种发动机的散热系统 - Google Patents

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吕蒙
魏保立
牛晨旭
牛可
李春亚
柴亮
王文峥
张�成
孙康萌
朱明俊
吴柘
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Abstract

本发明涉及一种发动机的散热系统，包括连接发动机的散热器、控制单元、液压机构、风扇和水泵，所述液压机构包括连接控制单元的溢流阀、液压马达和驱动液压马达的液压泵，所述风扇和水泵由液压马达同轴驱动，所述水泵通过冷却管的一端连接至散热器的输入端，所述散热器的输出端通过设于冷却管另一端上的温度传感器连接至控制单元；本发明提供的散热系统，风扇和水泵的转速随发动机温度的高低而自动调节，使发动机在任何工况下，都有适当的冷却风量和冷却液的循环流量，避免发动机因过热致使设备停机的现象发生。

Description

一种发动机的散热系统
技术领域
本发明属于散热技术领域，具体涉及一种发动机的散热系统。
背景技术
发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，是指产生动力的机械装置，包括如内燃机如汽油发动机等、外燃机如斯特林发动机、蒸汽机、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能，发动机既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器，如汽油发动机、航空发动机。
目前，国内大多数发动机由于长时间低速大负荷工作在高温多灰尘的环境中，发动机冷却风扇一般是和水泵一起由发动机曲轴通过皮带以定传动比驱动的，从而使冷却风扇和水泵的转速只能随发动机的转速调节，致使发动机经常出现过热致使设备停机间歇的现象，影响发动机的正常使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种发动机的散热系统，风扇和水泵的转速随发动机温度的高低而自动调节，使发动机在任何工况下，都有适当的冷却风量和冷却液的循环流量，避免发动机因过热致使设备停机的现象发生。
本发明的目的是这样实现的：
一种发动机的散热系统，包括连接发动机的散热器、控制单元、液压机构、风扇和水泵，所述液压机构包括连接控制单元的溢流阀、液压马达和驱动液压马达的液压泵，所述风扇和水泵由液压马达同轴驱动，所述水泵通过冷却管的一端连接至散热器的输入端，所述散热器的输出端通过设于冷却管另一端上的温度传感器连接至控制单元。
优选的，所述溢流阀的输出端连接至液压马达和液压泵的连接管路，所述溢流阀用以改变液压马达的进出口压力差。
优选的，所述溢流阀、液压马达和液压泵均连接至油箱，所述液压泵的进油管路连接至油箱，所述液压泵的出油管路连接至液压马达的进油管路，所述液压马达的出油管路连接至油箱。
优选的，所述控制单元采用ECU电子控制单元。
优选的，所述风扇的扇叶外部套设有风罩，所述风罩采用PP+30%GF材质。
优选的，所述散热器上设有多个并列的散热片，所述散热片采用梯形结构，所述风罩与散热片之间的距离为5-8mm，所述相邻散热片之间的间距为3-5mm，所述散热片的数量为5-10个，所述散热片的厚度为1.2-1.5mm。
优选的，所述与散热器连接的散热片根部呈倒圆设置，所述散热片根部倒圆半径为1-3mm。
优选的，所述风罩的熔融时密度为0.89-0.92g/cm3，固态时密度为1.07-1.12g/cm3，最大剪切应力为0.22-0.26MPa。
优选的，所述相邻的散热片之间的截面面积与相邻散热片端部和风罩之间的截面面积比为1-7:3-15。
优选的，所述相邻散热片的上散热片的底部面积S1、下散热片的上部面积S2与相邻散热片端部与风罩之间的面积S3满足（S1+S2）/（S1+S2+S3）大于等于25%且小于等于35%。
优选的，所述液压马达采用转速高于500r/min的外啮合式高速齿轮液压马达，液压马达的输出转矩T（N·m）、工作压力P（MPa）、排量V（mL/r）及液压马达所需流量Q（L/min）之间满足：
V=2πT/Pη1，Q=Vn×10-3/η2，
其中η1为液压马达的机械效率，且η1为0.94-0.97，η2为液压马达的容积效率，且输出转矩T大于风扇和水泵的驱动转矩之和，n为风扇和水泵的修正转速（r/min）。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的一种发动机的散热系统，风扇和水泵由液压马达同轴驱动，冷却液温度传感器将检测到的发动机冷却液温度信号传给ECU控制单元，ECU控制单元处理该信号后并发出控制信号，继而调节溢流阀的输入电流，改变溢流阀的调整压力，调节风扇和水泵液压驱动压力以及液压马达的进出口压力差，油压的改变就会对风扇和水泵起到调速的作用，自动调节风扇和水泵的转速，从而满足发动机的散热要求。
2、本发明提供的一种发动机的散热系统，液压马达主要用来同轴驱动冷却风扇和水泵，而液压泵则主要是在溢流阀根据发动机冷却液温度的控制调节作用下来随时改变液压马达的进出口压力差，从而改变液压马达的输出转矩，根据发动机的温度变化来调节风扇和水泵的转速，使发动机在各种工况下都能保证适当的冷却风量和冷却液的循环量，以满足发动机的散热需要。
3、本发明提供的一种发动机的散热系统，风罩与散热片距离影响散热片的散热系数的变化，改变散热片的散热量，散热片根部倒圆影响散热片根部热流的分布和导热量，同时根部倒圆的加大能增强散热片的强度,减少振动噪声。
附图说明
图1是本发明一种发动机的散热系统结构示意图。
图2是本发明一种发动机的散热系统散热片示意图。
图3是本发明一种发动机的散热系统控制单元原理图。
图4是本发明实施例2示意图。
图中：1、散热器；101、散热片；2、冷却管；3、温度传感器；4、控制单元；5、溢流阀；6、液压马达；7、风扇；8、水泵；9、风罩；10、液压泵；11、油箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
结合图1和图3，一种发动机的散热系统，包括连接发动机的散热器1、控制单元4、液压机构、风扇7和水泵8，所述液压机构包括连接控制单元4的溢流阀5、液压马达6和驱动液压马达6的液压泵10，所述控制单元4采用ECU电子控制单元，所述溢流阀5采用电磁比例溢流阀，所述风扇7和水泵8由液压马达6同轴驱动，所述水泵8通过冷却管2的一端连接至散热器1的输入端，所述散热器1的输出端通过设于冷却管2另一端上的温度传感器3连接至控制单元4。
所述溢流阀5的输出端连接至液压马达6和液压泵10的连接管路，所述溢流阀5、液压马达6和液压泵10均连接至油箱11，所述液压泵10的进油管路连接至油箱11，所述液压泵10的出油管路连接至液压马达6的进油管路，所述液压马达6的出油管路连接至油箱11。
风扇7和水泵8由液压马达6同轴驱动，冷却液温度传感器3将检测到的发动机冷却液温度信号传给ECU控制单元4，ECU控制单元4处理该信号后并发出控制信号，继而调节溢流阀5的输入电流，改变溢流阀5的调整压力，液压泵10则主要是在溢流阀5根据发动机冷却液温度的控制调节作用下来随时改变液压马达6的进出口压力差，从而改变液压马达6的输出转矩，根据发动机的温度变化来调节风扇7和水泵8的转速，使发动机在各种工况下都能保证适当的冷却风量和冷却液的循环量，从而满足发动机的散热要求。
实施例2
结合图4，设定水泵低速为1800r/min，高速为3600r/min，风扇低速为900r/min，高速为1800r/min，冷却液采用冷却水，设定温度界限为100℃、95℃、90℃、85℃及85℃以下，当检测到的水温高于100℃（含100℃）时，水泵和风扇均高速运行，当检测到的水温高于95℃（含95℃）低于100℃时，水泵高速运行，风扇低速运行，当检测到的水温高于90℃（含90℃）低于95℃时，水泵高速运行，风扇关闭，当检测到的水温高于85℃（含85℃）低于90℃时，水泵低速运行，风扇关闭，当检测到的水温低于85℃时，风扇和水泵均关闭，此时的环境温度足以满足发动机的散热，以此循环调节水泵和风扇的转速。
冷却液温度传感器主要完成对冷却液温度信号的循环采样，ECU控制单元调用滤波程序对采样值进行处理，同时判断所检测水温是否超出设定的温度上下限，在水温控制模块中，ECU控制单元根据检测到的温度信号进行计算，然后输出相对应的脉冲通过溢流阀经液压驱动系统对风扇和水泵的转速进行自动调节。
实施例3
风扇7安装在发动机与散热器1之间，从前往后抽风，增加散热器1的风流量以冷却散热器1里的冷却液温度，再通过散热器1散热来使发动机降温，最终实现冷却发动机的目的，所述风扇7的扇叶外部套设有风罩9，所述风罩9采用PP+30%GF材质，风罩的注塑成型质量相对要求较高，要求框架平面较高的平面度，从而更好的贴合散热器散热片，风扇或电机轴线与框架平面较高的垂直度，防止风扇叶在运转时受力不平衡，所述风罩的熔融时密度为0.89-0.92g/cm3，固态时密度为1.07-1.12g/cm3，最大剪切应力为0.22-0.26MPa。
所述散热器上设有多个并列的散热片，所述散热片采用梯形结构，所述风罩与散热片之间的距离为5-8mm，所述相邻散热片之间的间距为3-5mm，所述散热片的数量为5-10个，所述散热片的厚度为1.2-1.5mm。
所述与散热器连接的散热片根部呈倒圆设置，所述散热片根部倒圆半径为1-3mm，所述相邻的散热片之间的截面面积与相邻散热片端部和风罩之间的截面面积比为1-7:3-15，所述相邻散热片的上散热片的底部面积S1、下散热片的上部面积S2与相邻散热片端部与风罩之间的面积S3满足（S1+S2）/（S1+S2+S3）大于等于25%且小于等于35%。
风罩与散热片距离影响散热片的散热系数的变化，改变散热片的散热量，散热片根部倒圆影响散热片根部热流的分布和导热量，同时根部倒圆的加大能增强散热片的强度,减少振动噪声。
所述液压马达采用转速高于500r/min的外啮合式高速齿轮液压马达，液压马达的输出转矩T（N·m）、工作压力P（MPa）、排量V（mL/r）及液压马达所需流量Q（L/min）之间满足：V=2πT/Pη1，Q=Vn×10-3/η2，其中η1为液压马达的机械效率，且η1为0.94-0.97，η2为液压马达的容积效率，且输出转矩T大于风扇和水泵的驱动转矩之和，n为风扇和水泵的修正转速（r/min），通过确定的液压马达主要设计参数来选择液压马达的型号，从而确定液压马达的排量、额定工作压力、容积效率等参数。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发动机的散热系统，其特征在于：包括连接发动机的散热器（1）、控制单元（4）、液压机构、风扇（7）和水泵（8），所述液压机构包括连接控制单元（4）的溢流阀（5）、液压马达（6）和驱动液压马达（6）的液压泵（10），所述风扇（7）和水泵（8）由液压马达（6）同轴驱动，所述水泵（8）通过冷却管（2）的一端连接至散热器（1）的输入端，所述散热器（1）的输出端通过设于冷却管（2）另一端上的温度传感器（3）连接至控制单元（4）。
2.根据权利要求1所述的一种发动机的散热系统，其特征在于：所述溢流阀（5）的输出端连接至液压马达（6）和液压泵（10）的连接管路。
3.根据权利要求2所述的一种发动机的散热系统，其特征在于：所述溢流阀（5）、液压马达（6）和液压泵（10）均连接至油箱（11），所述液压泵（10）的进油管路连接至油箱（11），所述液压泵（10）的出油管路连接至液压马达（6）的进油管路，所述液压马达（6）的出油管路连接至油箱（11）。
4.根据权利要求1所述的一种发动机的散热系统，其特征在于：所述控制单元（4）采用ECU电子控制单元，所述溢流阀（5）采用电磁比例溢流阀。
5.根据权利要求1所述的一种发动机的散热系统，其特征在于：所述风扇（7）的扇叶外部套设有风罩（9），所述风罩（9）采用PP+30%GF材质。
6.根据权利要求5所述的一种发动机的散热系统，其特征在于：所述散热器（1）上设有散热片（101），所述散热片（101）采用梯形结构，所述风罩（9）与散热片（101）之间的距离为5-8mm。
7.根据权利要求6所述的一种发动机的散热系统，其特征在于：所述与散热器（1）连接的散热片（101）根部呈倒圆设置，所述散热片（101）根部倒圆为1-3mm。
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