CN112303064B - 一种柴油机及液压系统复合温度控制系统及方法 - Google Patents

一种柴油机及液压系统复合温度控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种柴油机及液压系统复合温度控制系统及方法，包括控制器、冷却风扇、液压马达、液压泵、电磁换向阀、温度传感器以及冷却风扇正对的复合风冷散热器：液压散热器、中冷散热器和水冷散热器；控制器能控制冷却风扇转速；控制器通过第一温度传感器获取液压散热器入口油温进而控制第一电磁换向阀以调节流经液压散热器液压油量；还通过第二温度传感器获取柴油机冷却液出口温度进而控制第二电磁换向阀以调节流经水冷散热器冷却液流量；还能控制预加热器为冷却液预热且冷却液流经散热铜管能为液压油加热。本发明通过柴油机及液压油温度复合控制，调节全局温度实现全局散热功率的合理分配，使柴油机及液压系统工作于最佳状态。

Description

一种柴油机及液压系统复合温度控制系统及方法
技术领域
本发明属于柴油动力及液压系统领域，具体涉及一种柴油机及液压系统复合温度控制系统及方法。
背景技术
柴油机与液压系统组合动力形式在机械装备行业有广泛的应用，柴油机冷却系统及液压油冷却系统优劣是评判装备效率及性能关键因素之一。
柴油机在工作中保持正常机油温度的目的：一是为了不使摩擦机件特别是曲轴轴承的温度过高，以免零件强度降低、磨损加剧；二是使机油泵有较大的泵油量，以保证摩擦表面得到可靠的冷却和润滑。因为机油泵的泵油量与机油的温度有很大关系，温度过高或过低，均可使泵油量降低，只有油温正常时，泵油量最大，这时机油黏度适当，既有较好的流动性，又可减少泵内的回流量；三是机油保持正常温度，可以降低机油在高温下氧化的速度，以延长机油的使用寿命。
一般情况下，液压油会在高温时变稀，黏度降低，润滑性能下降，当温度升高时，液体分子活动加剧，内聚力减小，液压油变稀，液压油油膜变薄并极易被破坏，润滑性能变差，液压元件磨损加剧，损害液压泵、阀、锁等重要液压元件。在温度过低时，液压油流动性变差会变得粘稠甚至结块，液压系统的效率下降，同时由于温度过低时，由于热胀冷缩作用和橡胶遇冷变硬的原因，密封圈、泵、阀的效率下降。
目前，常规的解决办法是为柴油机及液压系统分别增加冷却系统，在为柴油增加水冷机中冷散热器，柴油机主轴通过带传动驱动冷却风扇转动，由于带传动传动比固定，所以，冷却风扇转速与柴油机主轴转速相关，为避免过冷却，在柴油机冷却循环中，安装有节温器，当冷却温度过低时，冷却液外循环截止。此散热系统较好的避免柴油机过冷却问题，但存在冷却风扇功率损失大的问题。在液压系统冷却中，一般设置独立的液压散热器，采用液压驱动或电驱动方式，驱动风扇转速无法调节，在低温时已出现油温过低现象，在液压系统低功率输出时，冷却风扇功耗大等问题。影响设备整体性能和效率的发挥。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种柴油机及液压系统复合温度控制系统及方法，以解决现有技术中柴油机及液压系统独立冷却，无法实现全局温度智能化控制，温度控制效果差、能量损失大等问题。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种柴油机及液压系统复合温度控制系统，包括控制器、复合风冷散热器、冷却风扇、液压马达、液压泵、多个电磁换向阀和多个温度传感器，且冷却风扇正对复合风冷散热器；
所述复合风冷散热器包括液压散热器、中冷散热器和水冷散热器；
所述液压散热器设在液压油箱的液压油回油油路上，在液压散热器和液压油箱之间的油路上设有第一电磁换向阀；在液压油箱的液压油回油油路上还设有第一温度传感器；
所述中冷散热器设在柴油机的柴油回油油路上；
所述水冷散热器设在柴油机水冷回路上，在水冷散热器和柴油机冷却液出口之间的水冷回路上设有第二电磁换向阀；在柴油机的水冷回路上还设有第二温度传感器；
所述控制器分别连接液压泵、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第一温度传感器和第二温度传感器；所述液压泵、液压马达和冷却风扇依次连接，控制器连接液压泵以控制液压泵排量进而控制冷却风扇转速来控制散热风量；控制器能通过第一温度传感器获取液压散热器入口油温，进而控制第一电磁换向阀开口以调节流经液压散热器液压油量；控制器能通过第二温度传感器获取柴油机冷却液出口温度，进而控制第二电磁换向阀开口以调节流经水冷散热器冷却液流量。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，所述柴油机水冷回路上还设有预加热器，预加热器一端通过管路连通至柴油机冷却液出口和水冷散热器之间的水冷回路上，预加热器的另一端通过管路连通至水冷散热器和柴油机冷却液入口之间的水冷回路上。
具体的，所述预加热器连接控制器，控制器能控制预加热器工作，当液压油箱温度和冷却液温度低于设定值时，控制器控制预加热器工作为冷却液预热，同时控制器控制第二电磁换向阀，使部分冷却液流经散热铜管为液压油箱内液压油预热。
具体的，所述液压油箱上安装有散热铜管，散热铜管的一端通过管路连通第二电磁换向阀的一个出口上，散热铜管另一端通过管路连通至水冷散热器和柴油机冷却液入口之间的水冷回路上。
具体的，所述液压油箱上设有第三温度传感器，且第三温度传感器连接至控制器；控制器通过第三温度传感器获取液压油箱温度，从而控制第二电磁换向阀开口以控制流经散热铜管的冷却液流量为油箱预热。
具体的，在第一电磁换向阀的一个入口上连通有管路，且该管路连通至液压油箱和第一电磁阀之间的油路上，在该管路上设有第一单向阀；第一单向阀开启压力略高于正常液压油温下的第一电磁换向阀入口背压；当液压油油温较低时，液压油粘度增大，第一电磁换向阀入口压力增大，当压力超过第一单向阀开启压力时，第一单向阀开启，液压油直接回液压油箱。
具体的，所述预加热器的管路、散热铜管的管路和水冷回路相连通处为交汇点，交汇点和散热铜管出口之间的管路上设有第二单向阀，交汇点和水冷散热器之间的水冷回路上设有第三单向阀；所述第二单向阀与第三单向阀组成冷却液流动方向控制回路，保证水冷散热器回水及散热铜管回水互不影响。
一种柴油机及液压系统复合温度控制方法，该方法通过所述的柴油机及液压系统复合温度控制系统实现，具体包括：
通过第一温度传感器获取液压油温度以及第二温度传感器获取冷却液温度，通过控制器控制第一电磁换向阀调节液压油流经液压散热器的流量以及第二电磁换向阀调节冷却液流经水冷散热器的流量；
同时通过控制器控制液压泵排量进而控制冷却风扇转速来控制散热风量；
通过控制器控制预加热器工作状态，同时利用柴油机冷却液多余热量为低温状态下液压油预热。
具体的，当设备工作在低温状态下时，控制器通过第一温度传感器获取液压油温度及第二温度传感器获取柴油机冷却液温度，当柴油机冷却液及液压油温度较低时，控制器控制第一电磁换向阀及第二电磁换向阀开口，柴油机冷却液部分或全部不通过水冷散热器，及液压油部分或全部不通过液压散热器；当温度过低时，预加热器工作，为柴油机冷却液进行预热，同时部分冷却液流经散热铜管为液压油箱中的液压油加热。
具体的，当设备工作在高温状态下时，控制器通过第一温度传感器获取液压油温度、第二温度传感器获取柴油机冷却液温度以及第三温度传感器获取液压油箱温度，控制器通过预设程序自动控制冷却液压泵排量，从而控制冷却风量，同时通过控制第一电磁换向阀及第二电磁换向阀开口，控制柴油机冷却液流经水冷散热器及液压油流经液压散热器的流量，以匹配散热功率，达到最优温度控制。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明通过柴油机及液压油温度复合控制，调节全局温度，使柴油机及液压系统工作于最佳状态，同时通过复合温度控制，可实现全局散热功率的合理分配，具有较好的节能效果。
本发明通过复合控制实现柴油机及液压油的复合温度控制，通过全局温度控制策略对柴油机及液压系统温度进行控制，在低温及液压系统低功率情况下，降低散热器风扇转速，降低散热功率，通过预加热器提高柴油机冷却液及液压油温度，避免柴油机及液压系统过冷却，通过自动控制散热功率，降低散热系统能耗，提高动力及液压系统性能。在高温工况下，提高散热系统散热功率。通过智能化复合温度控制，可实现全局散热功率的合理分配，提高系统性能，同时具有较好的节能效果。
附图说明
图1是本柴油机及液压系统复合温度控制系统原理图；
图2是低温温度控制原理图；
图3是高温温度控制原理图；
图4是复合温度控制系统控制流程图。
附图标号含义：
1.柴油机，2.液压油箱，3.控制器，4.冷却风扇，5.液压马达，6.液压泵，7.液压散热器，8.中冷散热器，9.水冷散热器，10.第一电磁换向阀，11.第一温度传感器，12.第二电磁换向阀，13.第二温度传感器，14.预加热器，15.散热铜管，16.第三温度传感器，17.第一单向阀，18.第二单向阀，19.第三单向阀。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
如图1至图4所示，本实施例提供一种柴油机及液压系统复合温度控制系统，包括控制器3、复合风冷散热器、冷却风扇4、液压马达5、液压泵6、多个电磁换向阀和多个温度传感器，且冷却风扇4正对复合风冷散热器。
柴油机1、液压泵6、液压马达5和冷却风扇4依次连接，以通过柴油机1驱动液压泵6，液压泵6为液压马达5提供高压油源，液压马达5驱动冷却风扇4转动；冷却风扇4正对复合风冷散热器。
复合风冷散热器包括液压散热器7、中冷散热器8和水冷散热器9。
液压散热器7设在液压油箱2的液压油回油油路上，在液压散热器7和液压油箱2之间的油路上设有第一电磁换向阀10；在液压油箱2的液压油回油油路上还设有第一温度传感器11。
中冷散热器8设在柴油机1的柴油回油油路上。
水冷散热器9设在柴油机1水冷回路上，在水冷散热器9和柴油机1冷却液出口之间的水冷回路上设有第二电磁换向阀12；在柴油机1的水冷回路上还设有第二温度传感器13。
控制器3分别连接液压泵6、第一电磁换向阀10、第二电磁换向阀12、第一温度传感器11和第二温度传感器13；控制器3连接液压泵6以控制液压泵6排量进而控制冷却风扇4转速来控制散热风量；控制器3能通过第一温度传感器11获取液压散热器7入口油温，进而控制第一电磁换向阀11开口以调节流经液压散热器7液压油量；控制器3能通过第二温度传感器13获取柴油机1冷却液出口温度，进而控制第二电磁换向阀12开口以调节流经水冷散热器9冷却液流量。
柴油机1水冷回路上还设有预加热器14，预加热器14一端通过管路连通至柴油机1冷却液出口和水冷散热器9之间的水冷回路上，预加热器14的另一端通过管路连通至水冷散热器9和柴油机1冷却液入口之间的水冷回路上。
液压油箱2上安装有散热铜管15，散热铜管15的一端通过管路连通第二电磁换向阀12的一个出口上，散热铜管15另一端通过管路连通至水冷散热器9和柴油机1冷却液入口之间的水冷回路上。
预加热器14连接控制器3，控制器3能控制预加热器14工作，当液压油箱2温度和冷却液温度低于设定值时，控制器3控制预加热器14工作为冷却液预热，同时控制器3控制第二电磁换向阀12，使部分冷却液流经散热铜管15为液压油箱2内液压油预热。
液压油箱2上设有第三温度传感器16，且第三温度传感器16连接至控制器3；控制器3通过第三温度传感器16获取液压油箱2温度，从而控制第二电磁换向阀12开口以控制流经散热铜管15的冷却液流量为液压油箱2预热。
在第一电磁换向阀10的一个入口上连通有管路，且该管路连通至液压油箱2和第一电磁阀10之间的油路上，在该管路上设有第一单向阀17；第一单向阀17开启压力略高于正常液压油温下的第一电磁换向阀10入口背压；当液压油油温较低时，液压油粘度增大，第一电磁换向阀10入口压力增大，当压力超过第一单向阀17开启压力时，第一单向阀17开启，液压油直接回液压油箱2。
预加热器14的管路、散热铜管15的管路和水冷回路相连通处为交汇点，交汇点和散热铜管15出口之间的管路上设有第二单向阀18，交汇点和水冷散热器9之间的水冷回路上设有第三单向阀19；第二单向阀18与第三单向阀19组成冷却液流动方向控制回路，保证水冷散热器9回水及散热铜管15回水互不影响。
图4是复合温度控制系统控制流程图，通过第一温度传感器获取液压油温度以及第二温度传感器获取冷却液温度，通过控制器控制第一电磁换向阀调节液压油流经液压散热器的流量以及第二电磁换向阀调节冷却液流经水冷散热器的流量；同时通过控制器控制液压泵排量进而控制冷却风扇转速来控制散热风量；通过控制器控制预加热器工作状态，同时利用柴油机冷却液多余热量为低温状态下液压油预热。
实施例2：
本实施例提供一种柴油机及液压系统复合温度控制方法，该方法通过柴油机及液压系统复合温度控制系统实现，具体包括：通过第一温度传感器获取液压油温度以及第二温度传感器获取冷却液温度，通过控制器控制第一电磁换向阀调节液压油流经液压散热器的流量以及第二电磁换向阀调节冷却液流经水冷散热器的流量；同时通过控制器控制液压泵排量进而控制冷却风扇转速来控制散热风量；通过控制器控制预加热器工作状态，同时利用柴油机冷却液多余热量为低温状态下液压油预热。
当设备工作在低温状态下时，如图2所示，控制器通过第一温度传感器获取液压油温度及第二温度传感器获取柴油机冷却液温度，当柴油机冷却液及液压油温度较低时，控制器控制第一电磁换向阀及第二电磁换向阀开口，柴油机冷却液部分或全部不通过水冷散热器，及液压油部分或全部不通过液压散热器；当温度过低时，预加热器工作，为柴油机冷却液进行预热，同时部分冷却液流经散热铜管为液压油箱中的液压油加热。
当设备工作在高温状态下时，如图3所示，控制器通过第一温度传感器获取液压油温度、第二温度传感器获取柴油机冷却液温度以及第三温度传感器获取液压油箱温度，控制器通过预设程序自动控制冷却液压泵排量，从而控制冷却风量，同时通过控制第一电磁换向阀及第二电磁换向阀开口，控制柴油机冷却液流经水冷散热器及液压油流经液压散热器的流量，以匹配散热功率，达到最优温度控制。

Claims (6)

1.一种柴油机及液压系统复合温度控制系统，其特征在于，包括控制器(3)、复合风冷散热器、冷却风扇(4)、液压马达(5)、液压泵(6)、多个电磁换向阀和多个温度传感器，且冷却风扇(4)正对复合风冷散热器；
所述复合风冷散热器包括液压散热器(7)、中冷散热器(8)和水冷散热器(9)；
所述液压散热器(7)设在液压油箱(2)的液压油回油油路上，在液压散热器(7)和液压油箱(2)之间的油路上设有第一电磁换向阀(10)；在液压油箱(2)的液压油回油油路上还设有第一温度传感器(11)；
所述中冷散热器(8)设在柴油机(1)的柴油回油油路上；
所述水冷散热器(9)设在柴油机(1)水冷回路上，在水冷散热器(9)和柴油机(1)冷却液出口之间的水冷回路上设有第二电磁换向阀(12)；在柴油机(1)的水冷回路上还设有第二温度传感器(13)；
所述控制器(3)分别连接液压泵(6)、第一电磁换向阀(10)、第二电磁换向阀(12)、第一温度传感器(11)和第二温度传感器(13)；所述液压泵(6)、液压马达(5)和冷却风扇(4)依次连接，控制器(3)连接液压泵(6)以控制液压泵(6)排量进而控制冷却风扇(4)转速来控制散热风量；控制器(3)能通过第一温度传感器(11)获取液压散热器(7)入口油温，进而控制第一电磁换向阀(10)开口以调节流经液压散热器(7)液压油量；控制器(3)能通过第二温度传感器(13)获取柴油机(1)冷却液出口温度，进而控制第二电磁换向阀(12)开口以调节流经水冷散热器(9)冷却液流量；
所述柴油机(1)水冷回路上还设有预加热器(14)，预加热器(14)一端通过管路连通至柴油机(1)冷却液出口和水冷散热器(9)之间的水冷回路上，预加热器(14)的另一端通过管路连通至水冷散热器(9)和柴油机(1)冷却液入口之间的水冷回路上；
所述液压油箱(2)上安装有散热铜管(15)，散热铜管(15)的一端通过管路连在第二电磁换向阀(12)的一个出口上，散热铜管另一端通过管路连通至水冷散热器(9)和柴油机(1)冷却液入口之间的水冷回路上；
所述预加热器(14)连接控制器(3)，控制器(3)能控制预加热器(14)工作，当液压油箱(2)温度和冷却液温度低于设定值时，控制器(3)控制预加热器(14)工作为冷却液预热，同时控制器(3)控制第二电磁换向阀(12)，使部分冷却液流经散热铜管(15)为液压油箱(2)内液压油预热；
所述液压油箱(2)上设有第三温度传感器(16)，且第三温度传感器(16)连接至控制器(3)；控制器(3)通过第三温度传感器(16)获取液压油箱(2)温度，从而控制第二电磁换向阀(12)开口以控制流经散热铜管(15)的冷却液流量为液压油箱(2)预热。
2.如权利要求1所述的柴油机及液压系统复合温度控制系统，其特征在于，在第一电磁换向阀(10)的一个入口上连通有管路，且该管路连通至液压油箱(2)和第一电磁换向阀(10)之间的油路上，在该管路上设有第一单向阀(17)；第一单向阀(17)开启压力略高于正常液压油温下的第一电磁换向阀(10)入口背压；当液压油油温较低时，液压油粘度增大，第一电磁换向阀(10)入口压力增大，当压力超过第一单向阀(17)开启压力时，第一单向阀(17)开启，液压油直接回液压油箱(2)。
3.如权利要求1所述的柴油机及液压系统复合温度控制系统，其特征在于，所述预加热器(14)的管路、散热铜管(15)的管路和水冷回路相连通处为交汇点，交汇点和散热铜管(15)出口之间的管路上设有第二单向阀(18)，交汇点和水冷散热器(9)之间的水冷回路上设有第三单向阀(19)；所述第二单向阀(18)与第三单向阀(19)组成冷却液流动方向控制回路，保证水冷散热器(9)回水及散热铜管(15)回水互不影响。
4.一种柴油机及液压系统复合温度控制方法，其特征在于，该方法通过权利要求1所述的柴油机及液压系统复合温度控制系统实现，具体包括：
通过第一温度传感器获取液压油温度以及第二温度传感器获取冷却液温度，通过控制器控制第一电磁换向阀调节液压油流经液压散热器的流量以及第二电磁换向阀调节冷却液流经水冷散热器的流量；
同时通过控制器控制液压泵排量进而控制冷却风扇转速来控制散热风量；
通过控制器控制预加热器工作状态，同时利用柴油机冷却液多余热量为低温状态下液压油预热。
5.如权利要求4所述的柴油机及液压系统复合温度控制方法，其特征在于，当设备工作在低温状态下时，控制器通过第一温度传感器获取液压油温度及第二温度传感器获取柴油机冷却液温度，当柴油机冷却液及液压油温度较低时，控制器控制第一电磁换向阀及第二电磁换向阀开口，柴油机冷却液部分或全部不通过水冷散热器，及液压油部分或全部不通过液压散热器；当温度过低时，预加热器工作，为柴油机冷却液进行预热，同时部分冷却液流经散热铜管为液压油箱中的液压油加热。
6.如权利要求4所述的柴油机及液压系统复合温度控制方法，其特征在于，当设备工作在高温状态下时，控制器通过第一温度传感器获取液压油温度、第二温度传感器获取柴油机冷却液温度以及第三温度传感器获取液压油箱温度，控制器通过预设程序自动控制冷却液压泵排量，从而控制冷却风量，同时通过控制第一电磁换向阀及第二电磁换向阀开口，控制柴油机冷却液流经水冷散热器及液压油流经液压散热器的流量，以匹配散热功率，达到最优温度控制。
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