CN209569060U - 一种外循环冷却系统及船用发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船用发动机的外循环冷却系统，包括依次串接的水泵、中冷器组件和换热器，外循环冷却系统还包括设置在水泵与中冷器组件之间的第一连通管路上的第一旁通管路，第一旁通管路用于将水泵的出水口泵出的水体直接排至外界水域，且第一旁通管路上设置有用于控制第一旁通管路的导通流量的第一控制阀。上述外循环冷却系统，在实际工作过程中，当发动机处于某些进气温度本来就较低的工况下，如中冷器不需要对空气进气进行降温时，此时通过开启第一控制阀，第一旁通管路会将水泵泵出的冷却水直接越过中冷器组件，继而能够避免中冷器组件对进气温度的进一步降低，也即降低了外循环冷却系统运行时对发动机性能的影响。

Description

一种外循环冷却系统及船用发动机

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种外循环冷却系统及船用发动机。

背景技术

一般来说，船用发动机需要使用外循环水体(比如海洋中的海水、又或内河或湖泊中的淡水，为了方便描述以下均统称为外界水域的水体)通过换热器冷却发动机内冷却系统中的冷却水。其中，换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。冷却系统的作用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内，一般来说，冷却系统既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。

目前，常见的船用发动机外循环冷却系统的存在形式主要采用水泵(在海水域中水泵为海水泵，淡水域中水泵为淡水泵，为了方便描述以下均统称为水泵)、中冷器和热交换器依次串联的方式布置，通过水泵使外界水域的水体依次经过中冷器和热交换器，继而实现外循环冷却的功能。

现有的外循环冷却系统一般处于常运行状态，始终保持对中冷器执行冷却的状态。但在发动机的某些工况下，还存在不需要中冷器对进气进行冷却的情况，如果继续冷却则会产生进气温度过低，使得发动机进气过冷，影响发动机性能；此外，当发动机冷却系统处于小循环时，若继续向换热器内通入外界水体进行冷却，此时会存在发动机的动能的无谓消耗。

综上所述，如何解决发动机的外循环冷却系统工作时存在降低发动机性能的问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种外循环冷却系统及船用发动机，以解决发动机的外循环冷却系统工作时存在降低发动机性能的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种外循环冷却系统，应用于船用发动机，包括依次串接的水泵、中冷器组件和换热器，所述外循环冷却系统还包括第一旁通管路，所述第一旁通管路的一端与所述中冷器组件的进水口连通，所述第一旁通管路的另一端与所述中冷器组件的出水口连通，且所述第一旁通管路上设置有用于控制所述第一旁通管路的导通流量的第一控制阀。

优选地，所述中冷器组件包括依次布置的用于冷却一次增压进气的次中冷器和用于冷却二次增压进气的主中冷器，所述次中冷器包括第一中冷器和第二中冷器，所述主中冷器包括第一冷芯和第二冷芯；所述第一中冷器与所述第一冷芯水路串联构成第一水路，所述第二中冷器与所述第二冷芯水路串联构成第二水路，且所述第一水路与所述第二水路并联。

优选地，所述外循环冷却系统还包括用于检测所述中冷器组件排出的空气温度的第一温度传感器，当所述第一温度传感器检测的空气温度低于第一预设温度时，所述第一控制阀开启。

优选地，所述第一温度传感器检测的温度与第一预设温度的差值和所述第一控制阀的开度呈正比。

优选地，所述第一旁通管路上还设置有变速箱冷却管路，所述变速箱冷却管路用于将所述出水口泵出的水体引入变速箱冷却器。

优选地，所述变速箱冷却管路上设置有用于控制所述变速箱冷却管路的导通流量的第二控制阀。

优选地，所述外循环冷却系统还包括用于检测所述变速箱冷却器的冷却后油温的第二温度传感器，所述第二控制阀用于根据所述第二温度传感器反馈的温度信号进行开度的调节。

优选地，所述外循环冷却系统还包括第二旁通管路，所述第二旁通管路的一端与所述换热器的冷却水进口连通，所述第二旁通管路的另一端与所述换热器的冷却水出口连通，且所述第二旁通管路上设置有用于控制所述第二旁通管路的导通流量的第三控制阀。

优选地，还包括用于检测所述换热器中的内循环水的出水温度的第三温度传感器，所述第三控制阀能够根据所述第三温度传感器反馈的温度信号进行开度的调节。

相比于背景技术介绍内容，上述船用发动机的外循环冷却系统，包括依次串接的水泵、中冷器和换热器，外循环冷却系统还包括第一旁通管路，该第一旁通管路的一端与中冷器的进水口连通，第一旁通管路的另一端与中冷器的出水口连通，且第一旁通管路上设置有用于控制第一旁通管路的导通流量的第一控制阀。上述外循环冷却系统，在实际工作过程中，当发动机处于某些进气温度本来就较低的工况下，比如发动机在冷启动及低温环境工况下，为了使得发动机能够快速启动，中冷器并不需要对空气进气进行降温，此时通过开启第一控制阀，第一旁通管路会将水泵泵出的冷却水直接越过中冷器，继而能够避免中冷器对进气温度的进一步降低，也即降低了外循环冷却系统运行时对发动机性能的影响。

另外，本实用新型，还提供了一种船用发动机，包括外循环冷却系统，该外循环冷却系统为上述任一方案所描述的外循环冷却系统。由于上述外循环冷却系统具有上述技术效果，因此具有上述外循环冷却系统的船用发动机也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的船用发动机的外循环冷却系统的结构原理示意图。

上图1中，

水泵1、中冷器组件2、第一中冷器21、第二中冷器22、第一冷芯23、第二冷芯24、热换器3、第一控制阀4、第一温度传感器5、变速箱冷却管路6、变速箱冷却器7、第二控制阀8、第二旁通管路9、第三控制阀10、第一旁通管路11；

其中，图1中的箭头方向为进气空气的流动方向。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种外循环冷却系统及船用发动机，以解决发动机的外循环冷却系统工作时存在降低发动机性能的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种船用发动机的外循环冷却系统，包括依次串接的水泵1、中冷器组件2和换热器3，外循环冷却系统还包括第一旁通管路11，第一旁通管路11的一端与中冷器组件2的进水口连通，第一旁通管路的另一端与中冷器组件2的出水口连通，且第一旁通管路11上设置有用于控制第一旁通管路11的导通流量的第一控制阀4。

上述外循环冷却系统，在实际工作过程中，当发动机处于某些进气温度本来就较低的工况下，比如发动机在冷启动及低温环境工况下，为了使得发动机能够快速启动，中冷器组件并不需要对空气进气进行降温，此时通过开启第一控制阀，第一旁通管路会将水泵泵出的冷却水直接越过中冷器组件，继而能够避免中冷器组件对进气温度的进一步降低，也即降低了外循环冷却系统运行时对发动机性能的影响。

通过控制第一控制阀的开启与关闭，又或是开度的调节，可实现精确控制发动机进气在一定温度范围内。发动机在冷启动及低温环境中，不但不需要中冷器对进气冷却还需要加热器对进气加热，以达到顺利启动发动机及正常工作的目的。控制策略为：当进气管进气温度T2≤y1时，第一控制阀完全关闭，不冷却进气；当y1＜T2≤z2时，第一控制阀按照设定比例打开；当y2 ＜T2时，第一控制阀全开，达到最大冷却能力，其中，y1为发动机的进气温度的预设温度下限，y2为发动机的进气温度的预设温度上限。

需要说明的是，第一控制阀可以是仅仅用于控制第一旁通管路的导通与开闭，也可以是能够控制导通流量的开度调节。第一控制阀可以是手动控制阀，也可以是自动控制阀。并且第一控制阀可以有不同结构及开闭方式，比例阀，开闭阀，蝶阀，球阀等。

在一些具体的实施方案中，上述中冷器组件2包括依次布置的次中冷器和主中冷器，其中，次中冷器用于冷却一次增压进气的次中冷器，主中冷器用于冷却二次增压进气；并且次中冷器包括第一中冷器21和第二中冷器22，主中冷器包括第一冷芯23和第二冷芯24；第一中冷器21与第一冷芯23水路串联构成第一水路，第二中冷器22与第二冷芯24水路串联构成第二水路，且第一水路与第二水路并联。通过设计成主、次中冷器的结构主要是为了适应发动机为二级增压的结构形式而已。当然通过次中冷器和主中冷器依次布置的形式，更加利于对进气空气的冷却。

进一步的实施方案中，上述外循环冷却系统还包括用于检测中冷器组件2 排出的空气温度的第一温度传感器5，当第一温度传感器5检测的空气温度低于第一预设温度时，第一控制阀4开启。通过设置第一温度传感器使得第一控制阀能够根据需要工况，进行自动开启，进一步提升了外循环冷却系统正常运行的可靠性。

具体地，第一温度传感器5检测的温度与第一预设温度的差值和第一控制阀4的开度呈正比，第一控制阀的开度控制可以通过电控单元或者控制电路实现，又或本领域技术人员常用的其他现有的控制方式实现。

在一些更具体的实施方案中，上述第一旁通管路上还设置有变速箱冷却管路6，变速箱冷却管路6用于将出水口泵出的水体引入变速箱冷却器7。控制变速箱(机油)冷却器的进水，可实现精确控制变速箱机油温度。避免变速箱机油温度过高，致使变速箱各个部位出现高温卡死及异常磨损的情况。避免变速箱机油温度过低，降低变速箱的传动效率。具体的控制方式为变速箱冷却管路6上设置有用于控制变速箱冷却管路6的导通流量的第二控制阀 8。需要说明的是，为了方便对第二控制阀的自动化控制，一般来说，外循环冷却系统还包括用于检测变速箱冷却器7的冷却后油温的第二温度传感器，第二控制阀8用于根据第二温度传感器反馈的温度信号进行开度的调节。控制策略为：当变速箱机油温度T1≤x1时，第二控制阀完全关闭，不冷却变速箱机油；当x1＜T1≤x2时，第二控制阀通过开度调节按照设定比例打开；当 x2＜T1时，第二控制阀全开，达到最大冷却能力，其中x1为变速箱机油的预设温度下限，x2为变速箱机油的预设温度上限。另外需要说明的是，第二控制阀可以有不同结构及开闭方式，比例阀，开闭阀，蝶阀，球阀等。

更进一步的实施方案中，外循环冷却系统中可单独旁通热交换器，实现快速暖机的作用。此功能一是可以降低外循环的系统阻力，降低水泵负荷和功耗，间接延长水泵寿命。船用发动机在必要时，此结构的功能可替换发动机内循环冷却系统中节温器的功能。取消内循环冷却系统中的节温器结构降低成本节省空间。但是考虑到发动机在海陆的通用性，一般不会取消内循环中的节温器。实现的具体结构形式为，外循环冷却系统还包括第二旁通管路9，第二旁通管路9的一端与换热器3的冷却水进口连通，第二旁通管路9的另一端与换热器3的冷却水出口连通，且第二旁通管路9上设置有用于控制第二旁通管路9的导通流量的第三控制阀10。并且为了方便第三控制阀对第二旁通管路的导通量进行自动化调节，外循环冷却系统还包括用于检测换热器中的内循环水的出水温度的第三温度传感器，第三控制阀10能够根据第三温度传感器反馈的温度信号进行开度的调节。控制策略为：当换热器中的内循环水的出水温度T3≤z1时，第三控制阀完全开启，不冷却换热器的内循环水；当z1＜T3≤z2时，第三控制阀按照设定比例打开；当T3＞z2时，第三控制阀完全关闭，达到最大冷却能力，其中，z1为换热器中的内循环水的出水温度的预设温度下限，z2为换热器中的内循环水的出水温度的预设温度上限。另外，需要说明的是，上述第三控制阀以及第一控制阀可以是不同结构及开闭方式的阀体，比例阀，开闭阀，蝶阀，球阀等。

此外，外循环冷却系统还可以实现同时旁通中冷器组件2和换热器3的功能，比如在热交换器在冷启动同时发动机又是在高寒地带运行时，中冷器和换热器均不需要起作用的。此时通过同时开启第一控制阀和第三控制阀，即可实现第一旁通管路与第二旁通管路的连通，使得水泵泵出的冷却水体直接旁通引流至外界水域，能有效降低水路中流动阻力，降低水泵负荷和功耗，间接延长水泵寿命。需要说明的是，外界水域可以是海水域(即海洋)，也可以是淡水域(即，内河或湖泊)，而水泵若在海水域中，则水泵为海水泵；若水泵在淡水域中水泵为淡水泵。

除此之外，还需要说明的是，上述第一/第二/第三控制阀均优选为电控比例阀，电控比例阀可以根据T1、T2、T3存在的风险程度在一定范围内调节各部分水体的流量，从而降低高风险位置的温度。

例如：当T1接近x1，而T2的温度却远超过y2并接近报警温度。此时可以调节第二控制阀减小开度甚至关闭，提高流经中冷器的海水流量。如果仍不能满足，而T3接近z1，可以调节第一控制阀增大开度甚至全开，降低水路流动阻力。根据水泵的扬程流量特性，流动阻力降低，水泵流量水相应增加，此时流经中冷器的海水会大大增加，实现极限冷却能力。

另外，本实用新型，还提供了一种船用发动机，包括外循环冷却系统，该外循环冷却系统为上述任一方案所描述的外循环冷却系统。由于上述外循环冷却系统具有上述技术效果，因此具有上述外循环冷却系统的船用发动机也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

以上对本实用新型所提供的外循环冷却系统及船用发动机进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种外循环冷却系统，应用于船用发动机，包括依次串接的水泵(1)、中冷器组件(2)和换热器(3)，其特征在于，所述外循环冷却系统还包括第一旁通管路(11)，所述第一旁通管路(11)的一端与所述中冷器组件(2)的进水口连通，所述第一旁通管路的另一端与所述中冷器组件(2)的出水口连通，且所述第一旁通管路(11)上设置有用于控制所述第一旁通管路(11)的导通流量的第一控制阀(4)。

2.如权利要求1所述的外循环冷却系统，其特征在于，所述中冷器组件(2)包括依次布置的用于冷却一次增压进气的次中冷器和用于冷却二次增压进气的主中冷器，所述次中冷器包括第一中冷器(21)和第二中冷器(22)，所述主中冷器包括第一冷芯(23)和第二冷芯(24)；所述第一中冷器(21)与所述第一冷芯(23)水路串联构成第一水路，所述第二中冷器(22)与所述第二冷芯(24)水路串联构成第二水路，且所述第一水路与所述第二水路并联。

3.如权利要求1所述的外循环冷却系统，其特征在于，所述外循环冷却系统还包括用于检测所述中冷器组件(2)排出的空气温度的第一温度传感器(5)，当所述第一温度传感器(5)检测的空气温度低于第一预设温度时，所述第一控制阀(4)开启。

4.如权利要求3所述的外循环冷却系统，其特征在于，所述第一温度传感器(5)检测的温度与第一预设温度的差值和所述第一控制阀(4)的开度呈正比。

5.如权利要求1所述的外循环冷却系统，其特征在于，所述第一旁通管路上还设置有变速箱冷却管路(6)，所述变速箱冷却管路(6)用于将所述出水口泵出的水体引入变速箱冷却器(7)。

6.如权利要求5所述的外循环冷却系统，其特征在于，所述变速箱冷却管路(6)上设置有用于控制所述变速箱冷却管路(6)的导通流量的第二控制阀(8)。

7.如权利要求6所述的外循环冷却系统，其特征在于，所述外循环冷却系统还包括用于检测所述变速箱冷却器(7)的冷却后油温的第二温度传感器，所述第二控制阀(8)用于根据所述第二温度传感器反馈的温度信号进行开度的调节。

8.如权利要求1-7中任一项所述的外循环冷却系统，其特征在于，所述外循环冷却系统还包括第二旁通管路(9)，所述第二旁通管路(9)的一端与所述换热器(3)的冷却水进口连通，所述第二旁通管路(9)的另一端与所述换热器(3)的冷却水出口连通，且所述第二旁通管路(9)上设置有用于控制所述第二旁通管路(9)的导通流量的第三控制阀(10)。

9.如权利要求8所述的外循环冷却系统，其特征在于，还包括用于检测所述换热器中的内循环水的出水温度的第三温度传感器，所述第三控制阀(10)能够根据所述第三温度传感器反馈的温度信号进行开度的调节。

10.一种船用发动机，包括外循环冷却系统，其特征在于，所述外循环冷却系统为如权利要求1-9中任一项所述的外循环冷却系统。