CN106150658A - 内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法，包括2个冷却水回路，为高温冷却水回路和中冷水回路，高温冷却水回路包括高温水泵、柴油机、高温散热器，中冷水回路包括中冷水泵、中冷器、中冷散热器，所述的高温冷却水回路和中冷水回路通过阀A和阀B连接，所述的阀A的两端分别连接中冷水泵的出口和高温水泵的入口，所述的阀B的两端分别连接高温水泵的出口和中冷水泵的入口，阀A受控于阀控器A，阀B受控于阀控器B，控制计算机输出控制信号给阀控器A和阀控器B，温度传感器检测柴油机高温出口水温T，将检测信号传输给控制计算机；对改善柴油机性能和减少排放能起到积极的作用。

Description

内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机车柴油机冷却水***控制领域，具体涉及一种内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法。

背景技术

内燃机车涡轮增压柴油机的冷却水***分高温冷却水***和中冷水***(中冷水***也称作低温冷却水***)，高温冷却水***和中冷水***是两个完全独立的冷却水循环***。冷却水***的散热器在设计时是通过两个完全独立的循环***分别设计的，柴油机启动后，高温水泵和中冷水泵开始工作，水泵将冷却水输入柴油机的进水总管，冷却水受热升温后，由出水总管流出，流进机车冷却装置的散热器中，由冷却风扇驱动空气进行冷却。流经散热器冷却后的冷却水，流回高温水泵和中冷水泵，这样不断地往复循环。

通过内燃机车运用工况的最高环境温度和柴油机性能实验所得的热量、柴油机高温冷却水出口水温限值、柴油机中冷水进口水温限值、水泵流量等相关参数，通过换热学计算，分别计算出柴油机高温冷却水***和中冷水***所需的散热器的尺寸，并在此基础上为高温散热器和中冷散热器各预留10％的余量来满足机车正常运用的要求。

将柴油机中冷器的进气温度控制在50℃～55℃时，可以改善柴油机性能和减少排放，这是众所周知的。柴油机中冷器的进气是通过中冷水***来冷却的，换言之，将柴油机的中冷水进口水温控制在45℃以下，可以有效的改善柴油机性能和减少排放。然而，使用现有技术在设计时将柴油机的中冷水进口水温设定在45℃(柴油机的中冷水进口水温限值通常在60℃以上)，中冷散热器会非常的大，这样在空间布置非常紧张的内燃机车中很难实现。

这种现有技术的设计方法可以保证机车的正常运用，但无法改善柴油机性能和减少排放。随着世界性的能源紧张和环境，污染等问题严重影响着全球的经济发展以及人类的生存环境。节能、环保课题逐渐提上日程，显然对于采用节能、环保理念的今天，现有技术的设计方法已经无法满足要求。

发明内容

本发明提供一种内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法,机车实际运用中最高环境温度很少出现并且机车并不是一直在满负荷下工作，环境温度越低或机车使运用功率越小，高温散热器和中冷散热器的散热能力的余量越大。这时高温冷却水的散热能力显然过剩，将高温冷却水的过剩的散热能力应用到中冷水***中，对改善柴油机性能和减少排放能起到积极的作用。

本发明所采用的技术方案是内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法，包括2个冷却水回路，为高温冷却水回路和中冷水回路，高温冷却水回路包括高温水泵、柴油机、高温散热器，中冷水回路包括中冷水泵、中冷器、中冷散热器，所述的高温冷却水回路和中冷水回路通过阀A和阀B连接，所述的阀A的两端分别连接中冷水泵的出口和高温水泵的入口，所述的阀B的两端分别连接高温水泵的出口和中冷水泵的入口，阀A受控于阀控器A，阀B受控于阀控器B，控制计算机输出控制信号给阀控器A和阀控器B，温度传感器检测柴油机高温出口水温T，将检测信号传输给控制计算机；

设置T1为阀开启温度，当柴油机高温出口水温T<T1时，阀A和阀B关闭，高温冷却水回路和中冷水回路独立循环，高温冷却水回路消耗常规的冷却能力，而剩余的冷却能力分配给中冷水回路；当柴油机高温出口水温T＝T1时，控制计算机激活阀控器A和阀控器B打开阀A和阀B，中冷水回路中的一些相对温度低的冷却液流向高温冷却水回路，同时，高温冷却水回路中相同体积的相对温度高的冷却液流向中冷水回路，一部分中冷散热器内设的冷却能力有效的转移去冷却高温冷却水回路中的冷却液；

当柴油机高温出口水温T>T1时，阀A和阀B逐渐开大，对流速率增加，使高温冷却水回路和中冷水回路的冷却液的温度保持在允许的设计温限范围内；当柴油机运行在标定的最高环境温度40℃时，柴油机高温冷却水出口水温的限值为98℃，柴油机中冷水进口水温的限值为65℃。

所述的阀开启温度T1为90℃。

本发明的有益效果是对于机车发展的环保要求得到改善，在内燃机车的冷却水***中采用内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法，并对本发明进行合理应用，预计燃油消耗率可以降低2-3的百分点，NOx排放约降低8-12个百分点，提高柴油机性能。

附图说明

图1为内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法原理框图。

图2为内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法3种工作状态图。

具体实施方式

现结合附图1和附图2对发明做进一步的说明，机车实际运用中最高环境温度很少出现并且机车并不是一直在满负荷下工作，环境温度越低或机车使用功率越小，高温散热器和中冷散热器的散热能力的余量越大。这时高温冷却水的散热能力显然过剩，如果能把这部分过剩的散热能力应用到中冷水***中，显然对改善柴油机性能和减少排放能起到积极的作用。

本发明应用于涡轮增压柴油机的冷却水***，定义了一种当散热器和风扇尺寸确定的冷却水***内设冷却能力超过需求时有能力用一部分冷却能力来增强中冷器进气空气的冷却，增强的中冷器冷却会改善柴油机性能和减少排放。机车的冷却能力主要取决于散热器和冷却风扇的尺寸，并且设计机车在运用的最高环境温度工况下和柴油机功率满负荷的条件下可以将柴油机中冷却液的温度冷却到可接受的范围内。另一方面，机车运用不在最高环境温度工况下或者柴油机功率较低时所需要的冷却能力会低于冷却***设计的最大冷却能力。这样，散热器就有过剩冷却能力。如何利用这一部分过剩的冷却能力在中冷器中对柴油机进气进行冷却是本发明的关键。

本发明方案如下：设计时，高温散热器的冷却能力只能满足柴油机全功率、环境温度25℃条件下的冷却，此时柴油机高温冷却水出口水温为98℃(柴油机高温冷却水出口水温的限值为98℃)。中冷散热器的冷却能力可以满足柴油机全功率、环境温度25℃条件下的冷却，此时柴油机中冷水进口水温为45℃(柴油机中冷水进口水温的限值为65℃),如果换算柴油机中冷水进口水温为65℃，中冷散热器的余量约为150％左右。依据散热器、风扇和水泵的规格，可以确定柴油机高温出口水温T达到一个不会危害机车可靠运行的上限温度T1(通常T1为90℃左右)，这个温度T1称之为阀开启温度，阀A和阀B的开启温度，图2为柴油机高温出口水温T在大于、等于、小于阀开启温度T1的三种工作状态下的方框图，从图1可以看出，当温度传感器测定的柴油机高温冷却水出口水温T小于T1时，高温冷却水回路和中冷水回路独立循环，此时***总冷却能力的一大部分分配给中冷水***，增强对中冷器进气空气的冷却。当温度传感器测定的柴油机高温冷却水出口水温T等于T1时，控制计算机就会激活阀控器来打开连接阀(阀A和阀B)。由于开启了连接阀，中冷水回路中的一些相对温度低的冷却液流向高温冷却水回路，同时，高温冷却水回路中相同体积的相对温度高的冷却液流向中冷水回路。随着温度传感器测定的高温出口水温T的上升，连接阀越开越大，对流速率也在增加，最终使高温冷却水回路和中冷水回路的冷却液的温度保持在允许的设计温限范围内。实际上，通过这种对流传质，一部分中冷散热器内设的冷却能力有效的转移去冷却高温冷却水回路中的冷却液。当柴油机运行在标定的最高环境温度40℃时，可以使柴油机高温出口水温低于98℃，中冷水进口水温低于65℃，使高温冷却水回路和中冷水回路的冷却液保持在柴油机可接受的最高冷却液温限范围内。

运用此种发明方法，***内设的冷却能力可以以受控的方式分配给不同的回路。当环境温度较低时，高温冷却水回路的冷却能力会使柴油机工作在预期的温限范围内，而剩余的冷却能力可全部分配去冷却进气空气。当环境温度较高时，分配给高温冷却水回路的冷却能力会必要地增大以保持高温冷却回路在预期的温限范围内，相应的，分配给中冷水回路的冷却能力会减小。本发明的本质贡献就是通过对流来实现冷却能力的分配控制。

如图1所示，***中有两个冷却水回路，一个用于高温冷却水的冷却，另一个用于中冷水的冷却。高温冷却水回路包括高温水泵、柴油机、高温散热器等。中冷水回路包括中冷水泵、中冷器、中冷散热器等。冷却风扇强迫中冷散热器和高温散热器通风。从图1可以看出，有两个阀(阀A和阀B)连接高温冷却水回路和中冷水回路。受控于控制计算机的阀控器控制着这些阀的开启。阀A连接中冷水泵的出口和高温水泵的入口，类似的，阀B连接高温水泵的出口和中冷水泵的入口。***部件按如下设计：柴油机高温出口水温T低于90℃时，阀A和阀B完全关闭，没有对流。冷却回路之间没有冷却液的传递，就如两个独立的回路一样各自运行，此时高温冷却水回路消耗常规的冷却能力，而剩余的冷却能力分配给中冷水回路。当柴油机高温出口水温T达到90℃时，阀A和阀B开启，中冷水回路的相对温度较低的冷却水会从压力较高的中冷水泵出口流向压力较低的高温水泵入口。相反，高温冷却水回路的相同体积的水会从高温水泵的出口流向中冷水泵的入口。在稳定的状态下，从高温冷却水回路流到中冷水回路的相对温度高的冷却液体积等于从中冷水回路流到高温冷却水回路的相对温度低的冷却液。尽管从一个回路到另一个回路与反过程的对流速率是相同的，但是由于回路中的冷却液的温度的差异，导致从一个回路到另一个回路的传热量不同。因而，就存在从高温冷却回路到中冷水回路的净传热，这也是本发明的关键技术。

Claims (2)

1.内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法，其特征在于：包括2个冷却水回路，为高温冷却水回路和中冷水回路，高温冷却水回路包括高温水泵、柴油机、高温散热器，中冷水回路包括中冷水泵、中冷器、中冷散热器，所述的高温冷却水回路和中冷水回路通过阀A和阀B连接，所述的阀A的两端分别连接中冷水泵的出口和高温水泵的入口，所述的阀B的两端分别连接高温水泵的出口和中冷水泵的入口，阀A受控于阀控器A，阀B受控于阀控器B，控制计算机输出控制信号给阀控器A和阀控器B，温度传感器检测柴油机高温出口水温T，将检测信号传输给控制计算机；

设置T1为阀开启温度，当柴油机高温出口水温T<T1时，阀A和阀B关闭，高温冷却水回路和中冷水回路独立循环，高温冷却水回路消耗常规的冷却能力，而剩余的冷却能力分配给中冷水回路；当柴油机高温出口水温T＝T1时，控制计算机激活阀控器A和阀控器B打开阀A和阀B，中冷水回路中的一些相对温度低的冷却液流向高温冷却水回路，同时，高温冷却水回路中相同体积的相对温度高的冷却液流向中冷水回路，一部分中冷散热器内设的冷却能力有效的转移去冷却高温冷却水回路中的冷却液；

当柴油机高温出口水温T>T1时，阀A和阀B逐渐开大，对流速率增加，使高温冷却水回路和中冷水回路的冷却液的温度保持在允许的设计温限范围内；当柴油机运行在标定的最高环境温度40℃时，柴油机高温冷却水出口水温的限值为98℃，柴油机中冷水进口水温的限值为65℃。

2.根据权利要求1所述的内燃机车柴油机冷却水***分离式中冷控制方法，其特征在于：所述的阀开启温度T1为90℃。