CN116537926A - 一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统，包括散热器和风扇，所述风扇设置在散热器的一侧，所述散热器内部包括低温水散热单元和高温水散热单元，所述散热器外部分别设置有高温水循环管路和低温水循环管路。所述高温水循环管路包括高温水泵、机油冷却器和高温水节温器，所述高温水泵的一端与高温水散热单元连接，所述高温水泵的另一端与机油冷却器连接，机油冷却器的一端与柴油机连接，柴油机的输出管路与高温水节温器连接，本适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统可以实现柴油机低温环境的快速启动、快速加载、可变风扇转速、可变喷油提前角的功能，提高了柴油机的使用经济性。

Description

一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体为一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统。
背景技术
采用风扇散热器进行冷却的大功率柴油机，散热器分为高温水、低温水两个散热单元，散热器的风扇由柴油机皮带轮通过皮带驱动，风扇的速度与柴油机的转速成正比。常规的风冷柴油机冷却系统存在低温环境下运行存在以下问题：(1)风扇散热器都是以最高温度进行设计，在低温环境下运行，风扇的冷却不变，柴油机存在过冷的风险；(2)低温环境、低负荷高转速运行时柴油机风扇的功耗高；(3)柴油机启动后，由于负载较小、风扇转速高，柴油一冷却水升温较慢，影响柴油机加载速度；(4)过冷的进气导致柴油机燃烧不充分，导致柴油机冒白烟；(5)过高的风扇转速导致柴油机功耗增加，影响柴油机的经济性；(6)低温环境下机油粘度高，启动困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统，实现柴油机低温环境的快速启动、快速加载、可变风扇转速、可变喷油提前角的功能，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统，包括散热器和风扇，所述风扇设置在散热器的一侧，所述散热器内部包括低温水散热单元和高温水散热单元，所述散热器外部分别设置有高温水循环管路和低温水循环管路；
所述高温水循环管路包括高温水泵、机油冷却器和高温水节温器，所述高温水泵的一端与高温水散热单元连接，所述高温水泵的另一端与机油冷却器连接，机油冷却器的一端与柴油机连接，柴油机的输出管路与高温水节温器连接，高温水节温器的一端与高温水散热单元连接，所述高温水节温器与高温水泵之间设置有管路，所述高温水循环管路外并联有燃油锅炉预热器，燃油锅炉预热器分别与高温水节温器和高温水泵之间的管路、高温水泵和机油冷却器之间的管路以及油底壳连接，所述油底壳的输出管路与机油冷却器连接；
所述低温水循环管路包括低温水泵、空冷器和低温水节温器，所述低温水泵的一端与低温水散热单元连接，所述低温水泵的另一端与空冷器连接，所述空冷器的一端与低温水节温器连接，所述低温水节温器的一端与低温水散热单元连接，所述低温水节温器与低温水泵之间设置有管路；
还包括用于控制风扇转速的控制系统。
作为本发明的一种优选技术方案，所述油底壳的输出管路与机油冷却器之间设置有机油预供泵。
作为本发明的一种优选技术方案，所述高温水泵和机油冷却器之间的管路上设置有单向阀。
作为本发明的一种优选技术方案，所述控制系统包括柴油机ECU、风扇离合器、高温水温度传感器、低温水温度传感器、起动电机和环境温度传感器，所述风扇离合器与风扇连接，所述高温水温度传感器设置在高温水节温器和高温水散热单元之间的管路上，所述低温水温度传感器设置在低温水散热单元和低温水泵之间的管路上，所述起动电机与柴油机连接，所述环境温度传感器设置在柴油机内，所述柴油机ECU的输入端分别与低温水温度传感器、高温水温度传感器和环境温度传感器的输出端电连接，所述柴油机ECU的输出端分别与风扇离合器、机油预供泵、燃油锅炉预热器和起动电机的输入端电连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述风扇离合器内部设置有电池阀和转速传感器，所述转速传感器的输出端与柴油机ECU的输入端电连接，所述柴油机ECU的输出端与电池阀的输入端电连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述燃油锅炉预热器的内部包括循环泵、点火器和加热器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统通过设置燃油锅炉预热器对柴油机中的高温水进行加热，燃油锅炉预热器对油底壳进行加热，当高温水或进气温度满足启动要求时，柴油机方可起动，避免柴油机运行时出现过冷的风险，同时提高冷却水的升温速度，提高柴油机的加载速度，降低机油粘度，使得柴油机燃烧充分，方便起动，通过设置柴油机ECU便于根据柴油机温度调整风扇的转速，降低功率损耗，提高柴油机的经济性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明控制系统示意图。
图中：1散热器、2风扇、3风扇离合器、4高温水温度传感器、5高温水节温器、6油底壳、7燃油锅炉预热器、8机油预供泵、9机油冷却器、10单向阀、11高温水泵、12空冷器、13低温水节温器、14低温水泵、15低温水温度传感器、16环境温度传感器、17起动电机、18柴油机ECU。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统，包括散热器1和风扇2，风扇2设置在散热器1的一侧，散热器1内部包括低温水散热单元和高温水散热单元，散热器1外部分别设置有高温水循环管路和低温水循环管路；
高温水循环管路包括高温水泵11、机油冷却器9和高温水节温器5，高温水泵11的一端与高温水散热单元连接，高温水泵的另一端与机油冷却器9连接，机油冷却器9的一端与柴油机连接，柴油机的输出管路与高温水节温器5连接，高温水节温器5的一端与高温水散热单元连接，高温水节温器5与高温水泵11之间设置有管路，高温水循环管路外并联有燃油锅炉预热器7，所述燃油锅炉预热器7的内部包括循环泵、点火器和加热器，燃油锅炉预热器7采用DC24V供电，由点火器点燃柴油机对冷却水进行加热，再有自带循环泵进行循环，同时预热器排出的高温燃气也可以对油底壳6加热，燃油锅炉预热器7分别与高温水节温器5和高温水泵11之间的管路、高温水泵11和机油冷却器9之间的管路以及油底壳6连接，油底壳6的输出管路与机油冷却器9连接，油底壳6的输出管路与机油冷却器9之间设置有机油预供泵8，高温水出柴油机后进入高温水节温器5，高温水节温器5开启温度为72～80℃，当水温低于70℃时，高温水重新流入高温水泵11进入柴油机循环，水温高于80℃时，高温水流经高温水散热单元进行冷却；
低温水循环管路包括低温水泵14、空冷器12和低温水节温器13，低温水泵14的一端与低温水散热单元连接，低温水泵14的另一端与空冷器12连接，空冷器12的一端与低温水节温器13连接，低温水节温器13的一端与低温水散热单元连接，低温水节温器13与低温水泵14之间设置有管路，柴油机低温水经低温水泵14加压，然后进入空冷器12冷却增压空气，从空冷器12出柴油机后进入低温水节温器13，低温水节温器13开启温度为27～32℃，当水温低于27℃时，低温水重新流入低温水泵14进入柴油机循环，水温高于32℃，低温水经低温水散热单元进行冷却；
还包括用于控制风扇2转速的控制系统，控制系统包括柴油机ECU18、风扇离合器3、高温水温度传感器4、低温水温度传感器15、起动电机17和环境温度传感器16，风扇离合器3与风扇2连接，高温水温度传感器4设置在高温水节温器5和高温水散热单元之间的管路上，低温水温度传感器15设置在低温水散热单元和低温水泵14之间的管路上，起动电机17与柴油机连接，所述环境温度传感器16设置在柴油机内，风扇离合器3内部设置有电池阀31和转速传感器32，柴油机ECU18的输入端分别与低温水温度传感器15、高温水温度传感器4、环境温度传感器16和转速传感器32的输出端电连接，柴油机ECU18的输出端分别与风扇离合器3、机油预供泵8、燃油锅炉预热器7、电池阀31和起动电机17的输入端电连接。
散热器1由风扇2进行冷却，风扇2由风扇离合器3驱动，风扇离合器3与柴油机通过皮带传动，风扇离合器3可调整风扇2的转速，风扇2转速根据柴油机低温水进机温度、高温水出机温度进行调整，柴油机冷却水温度由安装在冷却水管路中的高温水温度传感器4、低温水温度传感器15采集，并进入柴油机ECU18，经柴油机ECU18判断后控制风扇离合器3控制电池阀31的开度，进而控制风扇离合器3的输出转速，风扇离合器3内部安装有转速传感器32，并将风扇2转速提供给柴油机ECU18进行监控，同时柴油机ECU18控制柴油机机油预供、冷却水预热和柴油机起动。
高温水泵11和机油冷却器9之间的管路上设置有单向阀10，单向阀10保证柴油机内部的冷却液全部参与循环。
柴油机实时监控高温水与进气温度，当高温水温度≤25℃或进气温度≤5℃时，不允许柴油机起动马达起动柴油机，当柴油机开启预热功能时，燃油锅炉预热器7燃烧柴油对柴油机高、低温水进行加热，燃油锅炉自带的循环泵带动高、低温水在柴油机内部循环，高、低温水循环管路中的节温器保证散热器的冷却液不参与预热，当高温水或进气温度满足启动要求时，柴油机方可起动。
柴油机起动后在怠速或空载运行，进气流量小，进气温度低，柴油机ECU18根据水温与空冷后进气温度调整喷油提前角，在进气温度≤0℃时，每下降5℃，喷油提前角增加2°，此时气缸内温度提升，柴油机燃烧良好。高温水、低温水在各自节温器的作用下仅进行机内小循环，不参与散热器冷却的大循环，水温、进气温度迅速提升；风扇离合器2在高温水、低温水温度的控制下，风扇2在最低的转速区间运行，风扇的风量较低，柴油机的辐射热较小，有利于柴油机水温提升速度增加。
水温提升至合理范围后，柴油机可进行升速加载，水温与空冷后进气温度较快提升，节温器逐渐开启，冷却液进入散热器1进行冷却。水温与空冷后进气温度提升的同时，风扇离合器3开始啮合，风扇2转速提升，散热器1冷却能力加强，维持柴油机的水温在合理的运行区间。在柴油机整个运行区间内，风扇离合器3根据高温水、低温水温度，控制风扇转速，可减低风扇的功率损耗，提升柴油机的经济性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统，包括散热器(1)和风扇(2)，所述风扇(2)设置在散热器(1)的一侧，其特征在于：所述散热器(1)内部包括低温水散热单元和高温水散热单元，所述散热器(1)外部分别设置有高温水循环管路和低温水循环管路；
所述高温水循环管路包括高温水泵(11)、机油冷却器(9)和高温水节温器(5)，所述高温水泵(11)的一端与高温水散热单元连接，所述高温水泵的另一端与机油冷却器(9)连接，机油冷却器(9)的一端与柴油机连接，柴油机的输出管路与高温水节温器(5)连接，高温水节温器(5)的一端与高温水散热单元连接，所述高温水节温器(5)与高温水泵(11)之间设置有管路，所述高温水循环管路外并联有燃油锅炉预热器(7)，燃油锅炉预热器(7)分别与高温水节温器(5)和高温水泵(11)之间的管路、高温水泵(11)和机油冷却器(9)之间的管路以及油底壳(6)连接，所述油底壳(6)的输出管路与机油冷却器(9)连接；
所述低温水循环管路包括低温水泵(14)、空冷器(12)和低温水节温器(13)，所述低温水泵(14)的一端与低温水散热单元连接，所述低温水泵(14)的另一端与空冷器(12)连接，所述空冷器(12)的一端与低温水节温器(13)连接，所述低温水节温器(13)的一端与低温水散热单元连接，所述低温水节温器(13)与低温水泵(14)之间设置有管路；
还包括用于控制风扇(2)转速的控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统，其特征在于：所述油底壳(6)的输出管路与机油冷却器(9)之间设置有机油预供泵(8)。
3.根据权利要求1所述的一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统，其特征在于：所述高温水泵(11)和机油冷却器(9)之间的管路上设置有单向阀(10)。
4.根据权利要求2所述的一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统，其特征在于：所述控制系统包括柴油机ECU(18)、风扇离合器(3)、高温水温度传感器(4)、低温水温度传感器(15)、起动电机(17)和环境温度传感器(16)，所述风扇离合器(3)与风扇(2)连接，所述高温水温度传感器(4)设置在高温水节温器(5)和高温水散热单元之间的管路上，所述低温水温度传感器(15)设置在低温水散热单元和低温水泵(14)之间的管路上，所述起动电机(17)与柴油机连接，所述环境温度传感器(16)设置在柴油机内，所述柴油机ECU(18)的输入端分别与低温水温度传感器(15)、高温水温度传感器(4)和环境温度传感器(16)的输出端电连接，所述柴油机ECU(18)的输出端分别与风扇离合器(3)、机油预供泵(8)、燃油锅炉预热器(7)和起动电机(17)的输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统，其特征在于：所述风扇离合器(3)内部设置有电池阀(31)和转速传感器(32)，所述转速传感器(32)的输出端与柴油机ECU(18)的输入端电连接，所述柴油机ECU(18)的输出端与电池阀(31)的输入端电连接。
6.根据权利要求1所述的一种适应低温环境的柴油机大功率风扇冷却系统，其特征在于：所述燃油锅炉预热器(7)的内部包括循环泵、点火器和加热器。
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