CN114382584A - 一种发动机温度控制装置与温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机温度控制装置与温度控制方法，其包括连接在发动机上的水箱和热交换器，水箱分别通过热介质进水管和热介质出水管与热交换器连接，热交换器上还连接有冷却水进水管和冷却水出水管，热介质进水管和热介质出水管上分别装有第一测温计和第二测温计，冷却水进水管和冷却水出水管上分别装有第三测温计和第四测温计，冷却水进水管上装有能控制流量的比例阀，第一测温计和第二测温计、第三测温计和第四测温计以及比例阀皆与控制器电连接。本发明可以实时监测热介质的进出温度和冷却水的进出温度，具有精确实时调控、调控精度高以及有效保证发动机正常运行的优点。

Description

一种发动机温度控制装置与温度控制方法

技术领域

本发明涉及发动机的温度控制领域，具体是一种发动机温度控制装置与控制方法。

背景技术

现有的发动机领域中，无论是柴油机还是汽油机，皆采用冷却液进行冷却，冷却液再使用水箱或风扇进行冷却循环使用。在柴油机技术领域中，冷却液采用水箱进行冷却循环使用，具体的过程为闭环控制过程，即分别将冷却液和冷却水通入换热器中，在换热器和发动机之间的回水管上设置调节阀，调节阀为三通阀，调节阀的第三根管路连接在换热器和发动机之间的进水管上，通过控制调节阀的大小，限制进入换热器中的冷却液的量，而冷却水一直循环冷却。

而在实际的发动机冷却液温度控制过程中，出液温度作为被控制对象，温度信号被反馈给PLC，此时根据实际温度与设置温度的差值根据PID来控制调节阀开度，直至水温达到设定值。这种控制方式存在一定的延时性，比如液温控制在80℃，当检测到液温达到80℃时，PLC（控制器）开始输出控制信号，调节阀开始动作，但是这一过程需要时间，在这一段时间内液温必然已经超过80℃，降温过程亦是如此，即这种控制方式存在震荡过程，在液温温度过高的过程中，容易损伤发动机。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种发动机温度控制装置，该测量装置可以精确且实时控制发动机的出液温度以及进液温度，不会出现调控过程的过量起伏问题。

为解决上述技术问题，所提供的发动机温度控制装置，其包括连接在发动机上的水箱和热交换器，水箱分别通过热介质进水管和热介质出水管与热交换器连接，热交换器上还连接有冷却水进水管和冷却水出水管，其结构特点在于，所述热介质进水管和热介质出水管上分别装有第一测温计和第二测温计，冷却水进水管和冷却水出水管上分别装有第三测温计和第四测温计，所述冷却水进水管上装有能控制流量的比例阀，所述第一测温计和第二测温计、第三测温计和第四测温计以及比例阀皆与控制器电连接。

所述控制器包括接收单元、比较计算单元和控制单元，接收单元能接收第一测温计、第二测温计、第三测温计和第四测温计的数值，比较计算单元能将接收到的数值进行计算，并通过电信号传递给控制单元，控制单元控制比例阀的开度进而控制冷却水的流量。

所述热交换器为管壳式热交换器，所述热介质进水管、热介质出水管与管壳式热交换器的管程联通，冷却水进水管、冷却水出水管与管壳式热交换器的壳程联通。

采用上述结构后，通过第一测温计和第二测温计、第三测温计和第四测温计可以实时检测热介质的进出温度以及冷却水的进出温度，并且通过控制器控制比例阀的开度，充分保证进入足够多的冷却水对热介质进行冷却，从而使热介质进入发动机时的温度以及热介质在发动机中的温度不会超过设定值，以保证发动机的正常运行。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种发动机温度控制方法，其使用上述结构的发动机温度控制装置，包括以下步骤：

1）通过第一测温计、第二测温计、第三测温计和第四测温计实时检测热介质的进出温度以及冷却水的进出温度，并将温度数据传送给控制器；

2）根据发动机的热介质的设定值，控制器判断热介质的温度是否有超过设定值的趋势；

3）如若控制器判断热介质的温度在单位时间内能超过设定值，控制器控制比例阀的开度增大，如若控制器判断热介质的温度在单位时间内不会超过设定值，控制器控制比例阀的开度不变或缩小。

步骤3）中，热交换器中，

Qs=C1*M1*△t1，Qx=C2*M2*△t2，Qs= Qx；

其中Qs为释放热量，Qx为吸收热量，C1为热介质的比热容，C2为冷却水的比热容，M1为单位时间内通过热交换器中的热介质的质量，M2为单位时间内通过热交换器中的冷却水的质量，△t1为实时检测的第一测温计、第二测温计的温度值的差值，△t2为实时检测的第三测温计、第四测温计的温度值的差值；

根据上述公式，通过控制器控制比例阀的开度大小，得到确切的M2，从而保证△t1达到一定的温度值，即保证热介质出水管的热介质进入发动机后的温度满足设定值要求。

采用上述方法后，可以同时实时精确检测热介质的进出温度和冷却水的进出温度，并且能保证冷却水的进出量，从而保证热介质出水管的热介质进入发动机后的温度满足设定值要求，保证发动机的正常运行。

综上所述，本发明可以实时监测热介质的进出温度和冷却水的进出温度，具有精确实时调控、调控精度高以及有效保证发动机正常运行的优点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是现有技术中发动机温控装置的结构示意图；

图2是温控过程中的温度曲线图；

图3是本发明一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，现有技术中发动机的温度控制结构，图1中示意出了发动机的部分机构，发动机的具体结构在此不详细描述，发动机的机体上连接冷却液箱30，冷却液箱30分别通过冷却液进入管31、冷却液流出管32连接有换热器33，换热器上连接有冷水进入管34和冷水流出管35，冷却液流出管32上还连接有调节阀36，调节阀36为三通阀，调节阀36的另一支路连接在冷却液进入管31上，控制调节阀的开度，可以使部分冷却液或全部冷却液进入换热器33，从而保证发动机的温度控制。但其缺点在于，第一，即便全部冷却液进入换热器33仍不能满足发动机的温度控制要求，即发动机冷却液温度过高时，需要再控制冷水的流量（加大）才能满足要求，因而需要两套控制程序；第二，当发觉进入发动机的冷却液温度不能满足设定要求时，需要控制调节阀的开度大小，在此过程中需要一定时间（虽然时间可能很短），冷却液进入发动机后的温度有可能出现部分时间温度过高的问题，同样的道理，当进入发动机的冷却液的温度过低也存在上述问题，即存在图2中的震荡曲线。上述结构水温控制不精确且有可能影响发动机的正常运行。在此需要解释的是，现有技术中，正常的温度控制过程中，发动机设定的PID为一组参数（或者多组参数），发动机转速不同以及冷却液的温度不同时，调节阀的开度不同。

如图3所示，本发明提供了一种发动机温度控制装置，其包括连接在发动机上的水箱1和热交换器2，在本实施例中，所述热交换器为管壳式热交换器，所述热介质进水管、热介质出水管与管壳式热交换器的管程联通，冷却水进水管、冷却水出水管与管壳式热交换器的壳程联通，当然也可以采用其他结构的热交换器，采用该结构的热交换器可以更加精确算出管程以及壳程的体积。水箱1分别通过热介质进水管3和热介质出水管4与热交换器2连接，热交换器2上还连接有冷却水进水管5和冷却水出水管6，所述热介质进水管3和热介质出水管4上分别装有第一测温计7和第二测温计8，冷却水进水管5和冷却水出水管6上分别装有第三测温计9和第四测温计10，所述冷却水进水管5上装有能控制流量的比例阀11，所述第一测温计7和第二测温计8、第三测温计9和第四测温计10以及比例阀11皆与控制器20电连接。所述控制器20包括接收单元、比较计算单元和控制单元，接收单元能接收第一测温计7、第二测温计8、第三测温计9和第四测温计10的数值，比较计算单元能将接收到的数值进行计算，并通过电信号传递给控制单元，控制单元控制比例阀11的开度进而控制冷却水的流量，根据上述控制器的结构描述，可以采用现有技术中对应型号的单片机，当然可以将该控制器集成至发动机ECU中（利用ECU的空置管脚）。

参照图3所示，本发明还提供了一种发动机温度控制方法，其使用上述结构的发动机温度控制装置，包括以下步骤：1）通过第一测温计、第二测温计、第三测温计和第四测温计实时检测热介质的进出温度以及冷却水的进出温度，并将温度数据传送给控制器的接收单元；2）根据发动机的热介质的设定值，控制器的比较计算单元判断热介质的温度是否有超过设定值的趋势；3）如若控制器的比较计算单元判断热介质的温度在单位时间内能超过设定值，控制器的控制单元控制比例阀的开度增大，如若控制器的比较计算单元判断热介质的温度在单位时间内不会超过设定值，控制器的控制单元控制比例阀的开度不变或缩小。热交换器中，

Qs=C1*M1*△t1，Qx=C2*M2*△t2，Qs= Qx；

其中Qs为释放热量，Qx为吸收热量，C1为热介质的比热容，C2为冷却水的比热容，M1为单位时间内通过热交换器中的热介质的质量，M2为单位时间内通过热交换器中的冷却水的质量，△t1为实时检测的第一测温计、第二测温计的温度值的差值，△t2为实时检测的第三测温计、第四测温计的温度值的差值；

根据上述公式，通过控制器控制比例阀的开度大小，得到确切的M2，从而保证△t1达到一定的温度值，即保证热介质出水管的热介质进入发动机后的温度满足设定值要求。在上述公式中，提供的冷却水为恒压供应，根据压力相同的情况下，截面积不同，流量就有所不同的道理，可以通过比例阀的开度大小，精确算出上述质量。根据热交换器的上述结构（管程和壳程的体积），也可以算出热介质的质量，从而保证上述控制过程的精确性。

本发明不受上述实施例的限制，在本技术领域人员来说，基于本发明上具体结构的等同变化以及方法步骤的简单替换皆在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种发动机温度控制装置，包括连接在发动机上的水箱和热交换器，水箱分别通过热介质进水管和热介质出水管与热交换器连接，热交换器上还连接有冷却水进水管和冷却水出水管，其特征在于，所述热介质进水管和热介质出水管上分别装有第一测温计和第二测温计，冷却水进水管和冷却水出水管上分别装有第三测温计和第四测温计，所述冷却水进水管上装有能控制流量的比例阀，所述第一测温计和第二测温计、第三测温计和第四测温计以及比例阀皆与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的发动机温度控制装置，其特征在于：所述控制器包括接收单元、比较计算单元和控制单元，接收单元能接收第一测温计、第二测温计、第三测温计和第四测温计的数值，比较计算单元能将接收到的数值进行计算，并通过电信号传递给控制单元，控制单元控制比例阀的开度进而控制冷却水的流量。

3.根据权利要求1所述的发动机温度控制装置，其特征在于：所述热交换器为管壳式热交换器，所述热介质进水管、热介质出水管与管壳式热交换器的管程联通，冷却水进水管、冷却水出水管与管壳式热交换器的壳程联通。

4.一种发动机温度控制方法，其特征在于使用权利要求1-3中任一项所述的发动机温度控制装置，包括以下步骤：

1）通过第一测温计、第二测温计、第三测温计和第四测温计实时检测热介质的进出温度以及冷却水的进出温度，并将温度数据传送给控制器；

2）根据发动机的热介质的设定值，控制器判断热介质的温度是否有超过设定值的趋势；

3）如若控制器判断热介质的温度在单位时间内能超过设定值，控制器控制比例阀的开度增大，如若控制器判断热介质的温度在单位时间内不会超过设定值，控制器控制比例阀的开度不变或缩小。

5.根据权利要求4所述的发动机温度控制方法，其特征在于：步骤3）中，热交换器中，

Qs=C1*M1*△t1，Qx=C2*M2*△t2，Qs= Qx；

其中Qs为释放热量，Qx为吸收热量，C1为热介质的比热容，C2为冷却水的比热容，M1为单位时间内通过热交换器中的热介质的质量，M2为单位时间内通过热交换器中的冷却水的质量，△t1为实时检测的第一测温计、第二测温计的温度值的差值，△t2为实时检测的第三测温计、第四测温计的温度值的差值；

根据上述公式，通过控制器控制比例阀的开度大小，得到确切的M2，从而保证△t1达到一定的温度值，即保证热介质出水管的热介质进入发动机后的温度满足设定值要求。

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