CN112983623B - 一种防爆柴油机的冷却系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防爆柴油机的冷却系统及其控制方法，属于防爆柴油机的冷却控制领域。该系统包括：第一水泵，第一水泵的进口分别与第一出水管路及第二出水管路连通；其中，第一出水管路与发动机本体连通；第二出水管路与发动机壳体连通，第一出水管路上设置第一可调电磁阀，第一水泵的出口通过第一回水管路与散热水箱的进口连通；第二水泵，第二水泵的进口分别与第一出水管路及第二出水管路连通，第二水泵的出口通过第二回水管路与散热水箱的进口连通；散热水箱的出口与发动机本体通过第一进水管路连通，散热水箱的出口与发动机壳体通过第二进水管路连通。本发明解决了现有防爆发动机冷却效果差的问题。

Description

一种防爆柴油机的冷却系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种防爆发动机冷却系统，特别涉及一种防爆柴油机冷却系统。

背景技术

矿井下作业空间相对比较封闭，含有甲烷等易燃易爆气体，在发动机运行过程中，其内部流动气流温度可高达700℃，导致发动机外表面温度超过许多易燃物的着火温度，因此《矿用柴油机通用技术条件MT990-2006》规定防爆柴油机表面温度不得超过150℃，避免表面温度过高引起爆炸。

防爆柴油机通常采用水套式结构控制表面温度，水套式结构所用冷却水与发动机冷却水共享，因此当发动机水套温度较高时，会导致发动机冷却水温度过高，影响发动机正常运转。而要增强发动机散热强度，可以选择增加散热器面积或者增加发动机循环冷却水路增压度以提高冷却液循环速度两种方式，但是选择增加散热器面积的方式需要考虑到整车安装布局空间等问题，限值了其适用范围。常规防爆发动机冷却系统面临一个很严重的问题，当发动机大功率运转时，发动机排气热流量较大，发动机表面温度较高，发动机转速降低后，虽然热流量降低，但是此时外表面温度依然较高，需要高效降低温度的措施，但是现有常规机械水泵的配置会由于转速降低而导致增压度显著降低，无法有效降低低转速的温度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有防爆发动机的冷却系统设计不合理导致发动机冷却效果差的问题。

针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种防爆柴油机的冷却系统，其包括：第一水泵，所述第一水泵的进口分别与第一出水管路及第二出水管路连通；其中，所述第一出水管路与发动机本体连通；所述第二出水管路与所述发动机壳体连通，所述第一出水管路上设置第一可调电磁阀，所述第一可调电磁阀的流量可调，所述第一水泵的出口通过第一回水管路与散热水箱的进口连通；第二水泵，所述第二水泵的进口分别与第一出水管路及第二出水管路连通，所述第二水泵的出口通过第二回水管路与所述散热水箱的进口连通；所述散热水箱的出口与所述发动机本体通过第一进水管路连通，所述散热水箱的出口与所述发动机壳体通过第二进水管路连通。

本发明的部分实施方式中，所述第二水泵为机械水泵，所述第二回水管路上设置第一电磁阀，所述第二水泵的进口通过第二电磁阀与所述第一出水管路及所述第二出水管路连通；所述第一电磁阀与所述第二电磁阀为二位三通式电磁阀，所述第一电磁阀的第一端与所述第二电磁阀的第二端连通，所述第一电磁阀的第二端与所述散热水箱的进口连通，所述第一电磁阀的第三端与所述第二水泵的出口连通；所述第二电磁阀的第三端与所述第二水泵的进口连通，所述第二电磁阀的第一端与所述第一出水管路及所述第二出水管路连通。

本发明的部分实施方式中，还包括第三水泵，所述第三水泵的进口通过第一开关电磁阀与第一出水管路及第二出水管路连通，所述第三水泵的出口通过第三回水管路与所述散热水箱的进口连通。

本发明的部分实施方式中，还包括副水箱，所述第三水泵的进口与所述副水箱的出口连通，所述第三水泵的出口通过第三电磁阀与所述散热水箱的进口连通。

本发明的部分实施方式中，所述第三电磁阀为二位三通电磁阀，所述第三电磁阀的第一端与所述散热水箱的进口连通，所述第三电磁阀的第二端与所述第三水泵连通，所述第三电磁阀的第三端与所述副水箱的进口连通。

本发明的部分实施方式中，所述散热水箱的出口与所述副水箱的进口通过第三进水管路连通，所述第三进水管路上设有第二开关电磁阀。

本发明的部分实施方式中，还包括用于检测所述发动机本体内的冷却液温度的第一温度传感器、用于检测所述散热水箱温度的第二温度传感器以及用于检测所述发动机壳体温度的第三温度传感器。

本发明的上述防爆柴油机的冷却系统的控制方法，其包括：

第一温度传感器检测的温度<第一阈值时，控制第一可调电磁阀关闭，控制第一电磁阀的第一端与第三端接通，控制第二电磁阀的第二端与第三端接通；

第一温度传感器检测的温度≥第一阈值且第二温度传感器检测的温度＜第二阈值时，控制第一可调电磁阀关闭，控制第一电磁阀的第一端与第三端接通，控制第二电磁阀的第二端与第三端接通；

第一阈值≤第一传感器检测的温度＜第三阈值，且第二阈值≤第二温度传感器检测的温度<第四阈值时，控制第一可调电磁阀打开，并控制其开启量逐渐升高；控制第一电磁阀的第一端与第三端接通，控制第二电磁阀的第二端与第三端接通；

第三阈值≤第一温度传感器检测的温度＜第三阈值，或第四阈值≤第二传感器检测的温度＜第六阈值，或第七阈值≤第三传感器检测的温度＜第八阈值时，控制第一可调电磁阀打开，并控制其开启量达到最大；控制第一电磁阀的第二端与第三端连通，第二电磁阀的第一端和第三端连通。

本发明的部分实施方式中，第一温度传感器检测的温度≥第五阈值，或第二传感器检测的温度≥第六阈值，或第三传感器检测的温度≥第八阈值时，控制第一可调电磁阀打开，并控制其开启量达到最大；控制第一电磁阀的第二端与第三端连通，第二电磁阀的第一端和第三端连通；控制第一开关电磁阀与第二开关电磁阀打开，第三电磁阀的第一端与第三端连通。

本发明的部分实施方式中，所述第二传感器检测的温度＜第九阈值时，控制第一可调电磁阀打开，并控制其开启量达到最大；控制第一电磁阀的第二端与第三端连通，第二电磁阀的第一端和第三端连通；控制第一开关电磁阀与第二开关电磁阀关闭，第三电磁阀的第二端与第三端连通。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：

本发明提供的防爆发动机的冷却系统中，包括多级水泵，发动机整体温度低时采用单级降温，当发动机转速降低需要高增压时，接入多级水泵，提供足够的高增压度，可以有效降低发动机温度，防止过热问题的发生。多级水泵的采用可以使每一级水泵都选用比常规水泵更小的水泵，此时单个水泵的转动惯量更小，发动机转速变化时响应速度更快，单个泵的消耗的驱动力也更小，且由于多级水泵的配置，当单级水泵产生故障时，可以短时间使用其余水泵保证发动机短时间正常运行，提高了系统可靠性和灵活性。

附图说明

下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:

图1为本发明一种防爆柴油机的冷却系统的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明的防爆柴油机的冷却系统中第一水泵的安装示意图；

图3为本发明的防爆柴油机的冷却系统中第一水泵及第二水泵的安装示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1为本发明一种防爆柴油机的冷却系统的一种具体实施方式，其包括：

第一水泵11及第二水泵12，所述第一水泵11的进口分别与第一出水管路a1及第二出水管路a2连通；其中，所述第一出水管路a1与发动机本体A1连通；所述第二出水管路a2与所述发动机壳体A2连通，所述第一出水管路a1上设置第一可调电磁阀21，所述第一可调电磁阀21的流量可调，所述第一水泵11的出口通过第一回水管路a3与散热水箱31的进口连通；所述第二水泵12的进口分别与第一出水管路a1及第二出水管路a2连通，所述第二水泵12的出口通过第二回水管路a4与所述散热水箱31的进口连通；所述散热水箱31的出口与所述发动机本体A1通过第一进水管路a5连通，所述散热水箱31的出口与所述发动机壳体A2通过第二进水管路a6连通。

本发明的上述柴油机的冷却系统中，通过设置第一水泵11和第二水泵12，可以在结合发动机的运行工况智能地控制对发动机本体A1及发动机壳体A2的降温冷却，避免了冬季发动机冷启动困难或者循环水温度过高的问题。多级水泵的使用可以使每一级水泵都选用比常规水泵更小的水泵，此时单个水泵的转动惯量更小，发动机转速变化时响应速度更快，单个泵的消耗的驱动力也更小，具有一定的节油效果。另外，当单级水泵产生故障时，可以短时间使用其余水泵保证发动机短时间正常运行，提高了系统可靠性和灵活性。

对于具有防爆要求的发动机来说，为了适应其防爆要求，所述第一水泵11及所述第二水泵12均为机械水泵，所述第二回水管路a4上设置第一电磁阀22，所述第二水泵12的进口通过第二电磁阀23与所述第一出水管路a1及所述第二出水管路a2连通；所述第一电磁阀22与所述第二电磁阀23为二位三通式电磁阀，所述第一电磁阀22的第一端与所述第二电磁阀23的第二端连通，所述第一电磁阀22的第二端与所述散热水箱31的进口连通，所述第一电磁阀22的第三端与所述第二水泵12的出口连通；所述第二电磁阀23的第三端与所述第二水泵12的进口连通，所述第二电磁阀23的第一端与所述第一出水管路a1及所述第二出水管路a2连通。

通过两个二位三通式电磁阀的使用，其可以通过控制所述第一电磁阀22与第二电磁阀23的不同通道的开与关使第二水泵12接入冷却管路或使第二水泵12脱离冷却管路，当第二水泵12脱离冷却管路时，使其短路，以减少其负载。

一种具体实施方式中，所述冷却系统还包括第三水泵13，所述第三水泵13的进口通过第一开关电磁阀24与第一出水管路a1及第二出水管路a2连通，所述第三水泵13的出口通过第三回水管路a7与所述散热水箱31的进口连通。这样，在发动机的负载进一步增大时，可以通过三个水泵同时运行，增加整个冷却系统的冷却液的流速以提高换热效率。更具体地，所述第三水泵13为机械水泵。所述第一开关电磁阀24为开关阀，该电磁阀用于打开或关闭所在管路。

一种具体实施方式中，为了进一步增大冷却系统的换热效率以及提高其工作灵活性，所述冷却系统还包括副水箱32，所述第三水泵13的进口与所述副水箱32的出口连通，所述第三水泵13的出口通过第三电磁阀25与所述散热水箱31的进口连通。所述第三电磁阀25为二位三通电磁阀，所述第三电磁阀25的第一端与所述散热水箱31的进口连通，所述第三电磁阀25的第二端与所述第三水泵13连通，所述第三电磁阀25的第三端与所述副水箱32的进口连通。

当采用两个水泵或三个水泵同时进行冷却循环发动机的温度仍然过高时，通过控制所述第三电磁阀25则可以将副水箱32引入该冷却循环系统中，使副水箱32内的水与散热水箱31的水连通，使冷却系统更快地降温。

所述散热水箱31的出口与所述副水箱32的进口通过第三进水管路a8连通，所述第三进水管路a8上设有第二开关电磁阀26。所述第一开关电磁阀24为开关阀，即该电磁阀用于打开或关闭所在管路。第三水泵13及副水箱32引入该冷却系统后，发动机本体A1及发动机壳体A2快速降温后，则可以通过控制第一开关电磁阀24及第二开关电磁阀26将副水箱32脱离该冷却循环，使发动机温度保持在设定温度下不继续降低。

为了实现精确控制，所述冷却系统还包括用于检测所述发动机本体A1内的冷却液温度的第一温度传感器41、用于检测所述散热水箱31温度的第二温度传感器42以及用于检测所述发动机壳体A2温度的第三温度传感器43。根据不同位置处的温度传感器反馈的温度值可以针对性地控制不同水泵的引入或脱离。

具体地，所述散热水箱31的进口位于散热水箱31的上侧，所述散热水箱31的出口位于散热水箱31的下侧，所述副水箱32的进口位于副水箱32的上侧，所述副水箱32的出口位于所述副水箱32的下侧。第一水泵11、第二水泵12及第三水泵13从发动机侧(包括发动机本体A1、发动机壳体A2)或副水箱32抽吸冷却液泵送至所述散热水箱31位于上侧的进口后，经过充分换热后，经过位于下侧的出口送至发动机侧或副水箱32。该结构换热充分，冷却效率较高。

具体地，为了使冷却系统的结构紧凑，如图2所示，所述第一水泵11由所述发动机的空压机50驱动，所述第一水泵11与所述空压机50之间通过联轴器机械连接，并通过安装轴套保证水泵和空压机50之间的密封性。

如图3所示，所述第二水泵12由发动机曲轴60驱动，所述第二水泵12与所述发动机曲轴60之间通过皮带70及皮带轮传动。所述第三水泵13由发动机的风扇轴80驱动，所述第三水泵13与所述风扇轴80通过皮带60及皮带轮连接；第一水泵11、第二水泵12及第三水泵13的安装充分利用了发动机上的安装空间位置，可以在不大幅改变发动机安装空间布局的情况下满足该系统的安装，减低了改装发动机舱的复杂程度。

采用上述防爆柴油机的冷却系统的控制方法包括：

第一温度传感器41检测的温度<第一阈值时，例如，所述第一阈值为80℃；控制第一可调电磁阀21关闭，控制第一电磁阀22的第一端与第三端接通，控制第二电磁阀23的第二端与第三端接通；此时由第一水泵11单独驱动发动机壳体A2侧的冷却循环，使发动机本体A1内部冷却液可以快速升温，实现快速热机，保证发动机在冬季等低温情况下可以快速热机。

第一温度传感器41检测的温度≥第一阈值且第二温度传感器42检测的温度＜第二阈值时，例如，所述第二阈值为40℃；即当第一温度传感器41检测的温度≥80℃且第二温度传感器42检测的温度＜40℃时，控制第一可调电磁阀21关闭，当发动机本体A1内冷却液温度超过第一阈值后但是散热水箱31出水温度仍然较低时，继续关闭第一可调电磁阀21以保证发动机循环冷却液的温度。

第一阈值≤第一传感器检测的温度＜第三阈值，例如，所述第三阈值为95℃，且第二阈值≤第二温度传感器42检测的温度<第四阈值时，所述第四阈值为60℃，即80℃≤第一传感器检测的温度＜95℃，40℃≤第二温度传感器42检测的温度＜60℃时，控制第一可调电磁阀21打开，并控制其开启量逐渐升高；通过第一可调电磁阀21的开度控制发动机本体A1一侧支路的流量增加，使其快速降温。第一可调电磁阀21的开度逐渐升高，直至散热水箱31出水温度达到60℃时完全开启。

以上两种情况中，由于通过控制第一电磁阀22的第一端与第三端接通，控制第二电磁阀23的第二端与第三端接通，使第二水泵12自身短路，仅保留少量冷却液用于自身循环，减少其负载。

第三阈值≤第一温度传感器41检测的温度＜第五阈值，所述第五阈值为100或第四阈值≤第二传感器检测的温度＜第六阈值，例如，所述第六阈值为95℃，或第七阈值≤第三传感器检测的温度＜第八阈值时，例如，所述第七阈值为120℃，所述第八阈值为130℃；即当95℃≤第一传感器检测的温度＜100℃，60℃≤第二温度传感器42检测的温度＜95℃，120℃≤第三传感器检测的温度＜130℃时，控制第一可调电磁阀21打开，并控制其开启量达到最大；控制第一电磁阀22的第二端与第三端连通，第二电磁阀23的第一端和第三端连通。此时由于发动机本体A1内冷却液温度、发动机壳体A2以及散热水箱31的温度均较高时，控制第一电磁阀22与第二电磁阀23可将第二水泵12引入该冷却系统内，使该冷却系统的冷却效率得到进一步提高。

第一温度传感器41检测的温度≥第五阈值，或第二传感器检测的温度≥第六阈值，或第三传感器检测的温度≥第八阈值时，即第一温度传感器41检测的温度≥100℃，或第二传感器检测的温度≥95℃，或第三传感器检测的温度≥130℃时，控制第一可调电磁阀21打开，并控制其开启量达到最大；控制第一电磁阀22的第二端与第三端连通，第二电磁阀23的第一端和第三端连通；控制第一开关电磁阀24与第二开关电磁阀26打开，第三电磁阀25的第一端与第三端连通。此时，第三水泵13及副水箱32分别接入冷却水路，第三水泵13提高冷却系统冷却液循环速度的同时，副水箱32的接入增大了整个冷却系统的冷却液总量，提高系统整体热容量，进一步降低冷却系统温度。

所述第二传感器检测的温度＜第九阈值时，例如，所述第九阈值为80℃，控制第一可调电磁阀21打开，并控制其开启量达到最大；控制第一电磁阀22的第二端与第三端连通，第二电磁阀23的第一端和第三端连通；控制第一开关电磁阀24与第二开关电磁阀26关闭，第三电磁阀25的第二端与第三端连通。经过将三个水泵及副水箱32引入至冷却循环后，冷却液的总量增加，冷却液的温度迅速降低，当散热水箱31内的水温较低后；通过两个水泵进行循环足以为发动机冷却，此时，则将第三水泵13及副水箱32脱离该冷却循环水路，冷却系统恢复至通过第一水泵11及第二水泵12共同冷却。避免了循环水温过低影响发动机性能的问题。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种防爆柴油机的冷却系统，其特征在于，其包括：

第一水泵，所述第一水泵的进口分别与第一出水管路及第二出水管路连通；其中，所述第一出水管路与发动机本体连通；所述第二出水管路与所述发动机壳体连通，所述第一出水管路上设置第一可调电磁阀，所述第一可调电磁阀的流量可调，所述第一水泵的出口通过第一回水管路与散热水箱的进口连通；

第二水泵，所述第二水泵的进口分别与第一出水管路及第二出水管路连通，所述第二水泵的出口通过第二回水管路与所述散热水箱的进口连通；

所述散热水箱的出口与所述发动机本体通过第一进水管路连通，所述散热水箱的出口与所述发动机壳体通过第二进水管路连通；

所述第二回水管路上设置第一电磁阀，所述第二水泵的进口通过第二电磁阀与所述第一出水管路及所述第二出水管路连通；所述第一电磁阀与所述第二电磁阀为二位三通式电磁阀，所述第一电磁阀的第一端与所述第二电磁阀的第二端连通，所述第一电磁阀的第二端与所述散热水箱的进口连通，所述第一电磁阀的第三端与所述第二水泵的出口连通；所述第二电磁阀的第三端与所述第二水泵的进口连通，所述第二电磁阀的第一端与所述第一出水管路及所述第二出水管路连通。

2.根据权利要求1所述的一种防爆柴油机的冷却系统，其特征在于，所述第二水泵为机械水泵。

3.根据权利要求1或2所述的一种防爆柴油机的冷却系统，其特征在于，还包括第三水泵，所述第三水泵的进口通过第一开关电磁阀与第一出水管路及第二出水管路连通，所述第三水泵的出口通过第三回水管路与所述散热水箱的进口连通。

4.根据权利要求3所述的一种防爆柴油机的冷却系统，其特征在于，还包括副水箱，所述第三水泵的进口与所述副水箱的出口连通，所述第三水泵的出口通过第三电磁阀与所述散热水箱的进口连通。

5.根据权利要求4所述的一种防爆柴油机的冷却系统，其特征在于，所述第三电磁阀为二位三通电磁阀，所述第三电磁阀的第一端与所述散热水箱的进口连通，所述第三电磁阀的第二端与所述第三水泵连通，所述第三电磁阀的第三端与所述副水箱的进口连通。

6.根据权利要求5所述的一种防爆柴油机的冷却系统，其特征在于，所述散热水箱的出口与所述副水箱的进口通过第三进水管路连通，所述第三进水管路上设有第二开关电磁阀。

7.根据权利要求6所述的一种防爆柴油机的冷却系统，其特征在于，还包括用于检测所述发动机本体内的冷却液温度的第一温度传感器、用于检测所述散热水箱温度的第二温度传感器以及用于检测所述发动机壳体温度的第三温度传感器。

8.根据权利要求7所述的一种防爆柴油机的冷却系统的控制方法，其特征在于，其包括：

第一温度传感器检测的温度<第一阈值时，控制第一可调电磁阀关闭，控制第一电磁阀的第一端与第三端接通，控制第二电磁阀的第二端与第三端接通；

第一温度传感器检测的温度≥第一阈值且第二温度传感器检测的温度＜第二阈值时，控制第一可调电磁阀关闭，控制第一电磁阀的第一端与第三端接通，控制第二电磁阀的第二端与第三端接通；

第一阈值≤第一传感器检测的温度＜第三阈值，且第二阈值≤第二温度传感器检测的温度<第四阈值时，控制第一可调电磁阀打开，并控制其开启量逐渐升高；控制第一电磁阀的第一端与第三端接通，控制第二电磁阀的第二端与第三端接通；

第三阈值≤第一温度传感器检测的温度＜第三阈值，或第四阈值≤第二传感器检测的温度＜第六阈值，或第七阈值≤第三传感器检测的温度＜第八阈值时，控制第一可调电磁阀打开，并控制其开启量达到最大；控制第一电磁阀的第二端与第三端连通，第二电磁阀的第一端和第三端连通。

9.根据权利要求8所述的一种防爆柴油机的冷却系统的控制方法，其特征在于，

第一温度传感器检测的温度≥第五阈值，或第二传感器检测的温度≥第六阈值，或第三传感器检测的温度≥第八阈值时，控制第一可调电磁阀打开，并控制其开启量达到最大；控制第一电磁阀的第二端与第三端连通，第二电磁阀的第一端和第三端连通；控制第一开关电磁阀与第二开关电磁阀打开，第三电磁阀的第一端与第三端连通。

10.根据权利要求9所述的一种防爆柴油机的冷却系统的控制方法，其特征在于，所述第二传感器检测的温度＜第九阈值时，控制第一可调电磁阀打开，并控制其开启量达到最大；控制第一电磁阀的第二端与第三端连通，第二电磁阀的第一端和第三端连通；控制第一开关电磁阀与第二开关电磁阀关闭，第三电磁阀的第二端与第三端连通。

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