CN112594051B - 一种柴油机高温冷却水温度的控制方法及控制*** - Google Patents

一种柴油机高温冷却水温度的控制方法及控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柴油机高温冷却水温度的控制方法及控制***，涉及柴油机领域，获取混合点实时温度Tx1和实时工况；根据实时工况，查得混合点温度设定值；将混合点实时温度Tx1与混合点温度设定值T1进行比较；根据比较结果，生成对应的控制信号；根据控制信号，控制电动阀的开度。本发明利用混合点的温度来控制冷却水出机温度，解决了控制点与执行机构间距太长，无法快速恢复因负荷频繁变动及转速变动引起的机带泵流量变化对冷却水出机温度造成的扰动；使冷却水出机温度可以保持稳定。

Description

一种柴油机高温冷却水温度的控制方法及控制***
技术领域
本发明涉及柴油机技术领域，尤其涉及一种柴油机高温冷却水温度的控制方法及控制***。
背景技术
大缸径船用柴油机高温水***如图1所示。高温冷却水出机后经过电动阀2分流，一部分经过冷却水冷凝器冷却后与未冷却的高温冷却水混合后由机带泵抽入到中冷器和发动机内部，冷却增压空气和发动机。
现有技术中根据高温冷却水出机实时温度与高温冷却水出机温度设定值之间的差值，通过控制电动阀开度,来调整冷却水冷凝器分路的流量，使高温冷却水出机实时温度达到与高温冷却水出机温度设定值一致的要求。
现有的控制方法，在负荷稳定的工况下，可以达到控制要求。但是如果在负荷频繁波动（例如配置固定桨的船舶在狭窄水道航行，进出港或是大风浪海况）的工况下，由于变动转速对机带泵流量的影响（低转速低流量，高转速高流量），混水点和发动机出口间距（经过混合点与发动机空气冷却器间管路+空气冷却器+发动机）造成的反应滞后，无法恢复负荷波动造成的对高温冷却水出机温度的扰动，经常会造成高温冷却水出机温度达到停车报警值紧急停车。
发明内容
针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种柴油机高温冷却水温度的控制方法及控制***，通过将固定的温度控制设定值改为与工况相关的动态温度设定值，以此改善高温冷却水温度控制的动态响应性，在出现柴油机大范围负荷波动或转速波动的扰动时，高温冷却水温度可以保持稳定。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种柴油机高温冷却水温度的控制方法，包括以下步骤：
获取混合点实时温度Tx1和实时工况；
根据实时工况，得到混合点温度设定值T1；
将混合点实时温度Tx1与混合点温度设定值T1进行比较；
根据比较结果，生成对应的控制信号；
根据控制信号，控制电动阀的开度。
优选方式为，所述根据实时工况，得到混合点温度设定值T1，包括以下步骤：
获取增压器的第一实时转速n1；
根据第一实时转速n1，查得冷却水出机温度设定值T2；
将冷却水出机温度设定值T2与混合点实时温度Tx1作差，得到温度差值ΔT；
利用公式Tv=T2-ΔT，计算出混合点温度预计算值Tv;
将混合点温度预计算值Tv作为混合点温度设定值T1。
优选方式为，在所述得到温度差值ΔT步骤之后，还包括以下步骤：
获取发动机的第二实时转速n2；
根据第二实时转速n2，查得修正因子KF；
利用修正因子KF，对温度差值ΔT进行修正；
利用公式Tv=T2-ΔT*KF，计算出混合点温度预计算值Tv;
将混合点温度预计算值Tv作为混合点温度设定值T1。
优选方式为，得到混合点温度设定值T1后，还包括以下步骤：
获取冷却水出机实时温度Tx2；
根据实时工况和冷却水出机实时温度Tx2，查得修正冷却水出机设定温度Tx；
利用修正冷却水出机设定温度Tx对混合点温度设定值T1进行修正。
优选方式为，在所述获取混合点实时温度Tx1和冷却水出机实时温度Tx2步骤之前，还包括数据滤波处理步骤：
对所获取的混合点实时温度Tx1进行滤波处理，得到稳定的混合点实时温度Tx1；和/或，
对所获取的冷却水出机实时温度Tx2进行滤波处理，得到稳定的冷却水出机实时温度Tx2。
优选方式为，所述滤波处理为：去掉混合点实时温度Tx1或冷却水出机实时温度Tx2的最大值和最小值后，再求平均值，平均值作为稳定的混合点实时温度Tx1或稳定的冷却水出机实时温度Tx2。
优选方式为，当所述第二实时转速n2为发动机额定转速时，修正因子KF为1；当所述第二实时转速n2不为发动机额定转速时，修正因子KF为1.12。
一种柴油机高温冷却水温度的控制***，包括主控单元及分别与所述主控单元电连接的：数据采集单元，所述数据采集单元用于获取混合点实时温度Tx1和实时工况，再根据实时工况，得到混合点温度设定值T1；数据比较单元，所述数据处理单元用于将混合点实时温度Tx1与混合点温度设定值T1进行比较，根据比较结果生成对应的控制信号；电动阀，所述电动阀的一端与冷却水冷凝器连接，另一端发动机冷却水出口连接，第三端与混合点连接；第一温度传感器，所述第一温度传感器设在混合点处用于采集混合点温度；第二温度传感器，所述第二温度传感器设置发动机冷却水出口处用于采集冷却水出机温度；所述主控单元用于根据控制信号控制所述电动阀的开度，通过调整混合点温度，来调整冷却水出机温度。
优选方式为，还包括与所述主控单元电连接的预设定单元，所述预设定单元用于根据增压器的第一实时转速n1，预设定冷却水出机温度设定值T2；所述预设定单元用于根据发动机的第二实时转速n2，预设定修正因子KF。
优选方式为，还包括与所述主控单元电连接的数据滤波单元，所述数据滤波单元用于求取混合点实时温度的平均值，并将混合点实时温度的平均值作为混合点实时温度。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
由于本发明的柴油机高温冷却水温度的控制方法及控制***，其中控制方法包括以下步骤：获取混合点实时温度Tx1和实时工况；根据实时工况，得到混合点温度设定值T1；将混合点实时温度Tx1与混合点温度设定值T1进行比较；根据比较结果，生成对应的控制信号；根据控制信号，控制电动阀的开度。本发明利用混合点的温度来控制冷却水出机温度，解决了控制点与执行机构间距太长，无法快速恢复因负荷频繁变动及转速变动引起的机带泵流量变化对冷却水出机温度造成的扰动；使高温冷却水出机温度可以保持稳定。
本发明通过将固定的温度控制设定值改为与工况相关的动态温度设定值，以此改善高温冷却水温度控制的动态响应性，在出现柴油机大范围负荷波动或转速波动的扰动时，高温冷却水温度可以保持稳定。
附图说明
图1是本柴油机高温冷却水温度的控制***的结构示意图；
图2是本发明柴油机高温冷却水温度的控制方法的逻辑图；
图3是本发明柴油机高温冷却水温度的控制方法的流程示意图；
图4是柴油机高温冷却水温度的控制***的原理框图；
图中：1-发动机冷却水出口，2-电动阀，3-冷却水冷凝器，4-第一温度传感器，5-第二温度传感器，6-机带泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
如图1至图3共同所示，一种柴油机高温冷却水温度的控制方法，应用于柴油机高温冷却水温度控制***，包括以下步骤：
步骤S1、获取混合点实时温度Tx1和实时工况；
步骤S2、根据实时工况，得到混合点温度设定值T1；
步骤S3、将混合点实时温度Tx1与混合点温度设定值T1进行比较；
步骤S4、根据比较结果，生成对应的控制信号；
步骤S5、根据控制信号，控制电动阀的开度。
本发明的控制方法，引入了混合点温度测点，通过将控制点由原来的高温冷却水出机实时温度转变为混合点实时温度，缩短了控制点与执行机构的距离，解决了控制点变换后引发的控制问题。并通过将固定的温度控制设定值改为与工况相关的动态温度设定值，以此改善高温冷却水温度控制的动态响应性，在出现柴油机大范围负荷波动或转速波动的扰动时，高温冷却水温度可以保持稳定。
本例中，步骤S2包括以下步骤：
步骤S20、获取增压器的第一实时转速n1；
步骤S21、根据第一实时转速n1，查得冷却水出机温度设定值T2；
步骤S22、将冷却水出机温度设定值T2与混合点实时温度Tx1作差，得到温度差值ΔT；
步骤S23、利用公式Tv=T2-ΔT，计算出混合点温度预计算值Tv;
步骤S24、将混合点温度预计算值Tv作为混合点温度设定值T1。
通过采用“设定值预计算”的方法，预设一个温度差值DT特性曲线将高温冷却水出机温度、混合点温度和负荷三者之间建立了关联。
本例中，在步骤S22之后，还包括以下步骤：
获取发动机的第二实时转速n2；
根据第二实时转速n2，查得修正因子KF；当第二实时转速n1为发动机额定转速时，修正因子KF为1；当第二实时转速n2不为发动机额定转速时，修正因子KF为1.12。
利用修正因子KF，对温度差值ΔT进行修正；
利用公式Tv=T2-ΔT*KF，计算出混合点温度预计算值Tv;
将混合点温度预计算值Tv作为混合点温度设定值T1。
通过在混合点温度设定值预计算过程中引入了修正因子KF，解决了因转速降低引发的机带泵流量下降对温度控制影响的问题。
本例中，在得到混合点温度设定值T1后，还包括以下步骤：
获取冷却水出机实时温度Tx2；
根据实时工况和冷却水出机实时温度Tx2，查得修正冷却水出机设定温度Tx；
利用修正冷却水出机设定温度Tx对混合点温度设定值T1进行修正。
此步骤使本发明的方法保有了现有技术中的温度控制方法，可避免增压器出现故障，第一实时转速n1采集不准确时（比如采集增压器的转速传感器出现故障时，所采集的第一实时转速n1为零时，此时得到混合点温度预计算值Tv为零），利用现有技术中的温度控制方法获取冷却水出机实时温度Tx2，将冷却水出机实时温度Tx2作为混合点温度设定值T1，仍旧能够正常控制电动阀，使高温冷却水出机温度保持稳定，提高了本发明的可靠性。
如图2所示，在获取混合点实时温度Tx1和冷却水出机实时温度Tx2步骤之前，还包括数据滤波处理（图中PT2处）步骤：
对所获取的混合点实时温度Tx1进行滤波处理，得到稳定的混合点实时温度Tx1；和/或，对所获取的冷却水出机实时温度Tx2进行滤波处理，得到稳定的冷却水出机实时温度Tx2。其中滤波处理为：去掉混合点实时温度Tx1或冷却水出机实时温度Tx2的最大值和最小值后，再求平均值，平均值作为稳定的混合点实时温度Tx1或稳定的冷却水出机实时温度Tx2。通过数据滤波处理步骤，使采集的数据更加稳定可靠，进而使电动阀的控制更加精确，最终使冷却水出机温度更加稳定。
如图1至图3共同所示，本发明控制方法的原理为：将控制对象由原来的高温冷却水出机温度改为混合点温度，需要在不同负荷工况下通过控制混合点温度来控制高温冷却水出机温度，因此需要将负荷，高温冷却水出机温度和混合点温度关联起来。通过试验测量得到一个温差特性曲线，根据该曲线可以直接得到在不同负荷（以增压器转速信号表征）时，高温冷却水出机温度要达到的冷却水出机温度设定值T2，需要混合点实时温度Tx1与高温冷却水出机温度设定值T2之间达到一个具体温度差值ΔT。由于在不同发动机转速下，机带泵6的流量会发生变化，发动机转速低时流量减少，冷却效果会降低，应降低进水温度即增大温度差值ΔT，因此在温度差值ΔT的基础上引入修正因子KF，以解决了上述的问题。用高温冷却水出机温度设定值T2减去ΔT *KF就得到混合点温度预计算设定值Tv（Tv=T2-ΔT*KF）。
混合点温度预计算设定Tv再经过修正冷却水出机设定温度Tx的修正得到混合点温度设定值T1，根据混合点温度设定值T1和混合点实时温度Tx1控制电动阀2开度,使混合点实时温度Tx1稳定在混合点温度设定值T1，此时按照特性曲线，高温冷却水出机温度可稳定在冷却水出机温度设定值T2。
实施例二：
如图1、图2和图4所示，一种柴油机高温冷却水温度的控制***，包括主控单元及分别与主控单元电连接的数据采集单元，数据比较单元,电动阀2，第一温度传感器4和第二温度传感器5.
其中数据采集单元用于获取混合点实时温度Tx1和实时工况，再根据实时工况，得到混合点温度设定值T1；
其中数据处理单元用于将混合点实时温度Tx1与混合点温度设定值T2进行比较，根据比较结果生成对应的控制信号；
其中电动阀2的一端与冷却水冷凝器3连接，另一端发动机冷却水出口1连接，第三端与混合点连接；
其中第一温度传感器4设在混合点处用于采集混合点温度；
其中第二温度传感器5设置发动机冷却水出口处用于采集冷却水出机温度；
其中主控单元用于根据控制信号控制电动阀2的开度，通过调整混合点温度，来调整冷却水出机温度。
本例中还包括与主控单元电连接的预设定单元，预设定单元用于根据增压器的转速，预设定冷却水出机温度设定值T2；预设定单元用于根据发动机的转速，预设定修正因子KF。本例中预设定单元还用于根据发动机转速和冷却水出机实时温度Tx2，预设定修正冷却水出机设定温度Tx。
本例中还包括与主控单元电连接的数据滤波单元，数据滤波单元用于求取混合点实时温度的平均值，冷却水出机实时温度的平均值，并将混合点实时温度的平均值作为混合点实时温度Tx1，并将冷却水出机实时温度的平均值作为冷却水出机实时温度Tx2。
本实施例的柴油机高温冷却水温度的控制***，将控制对象由原来的高温冷水出机温度改为混合点温度，需要在不同负荷工况下通过控制混合点温度来控制高温水出机温度，因此需要将负荷，高温水出机温度和混合点温度关联起来。
主控单元启动数据采集单元工作，则第一温度传感器4不停采集混合点实时温度，该温度转换成对应的电信号传输至数据滤波单元，经过数据滤波单元去掉最大值和最小值，再取平均值的处理后，将平均值作为混合点实时温度Tx1传输至数据采集单元，同时，第二温度传感器5不停采集高温冷却水出机实时温度，该温度转换成对应的电信号传输至数据滤波单元，经过数据滤波单元去掉最大值和最小值，再取平均值的处理后，将平均值作为冷却水出机实时温度Tx2至数据采集单元。同时，设在增压器上的第一转速传感器不停采集增压器的第一实时转速n1，并转化成对应的电信号传输至数据采集单元；设在发动机上的第二实时转速传感器不停采集发动机的第二实时转速n2，并转化成对应的电信号传输至数据采集单元。
数据采集单元将混合点实时温度Tx1、冷却水出机实时温度Tx2和第一实时转速n1和第二实时转速n2传输至主控单元，主控单元再启动数据比较单元。主控单元根据第一实时转速n1,查得冷却水出机温度设定值T2，将冷却水出机温度设定值T2与混合点实时温度Tx1作差，得到温度差值ΔT；利用公式Tv=T2-ΔT，计算出混合点温度预计算值Tv；接着根据第二实时转速n2，查得修正因子KF；其中修正因子KF在第二实时转速n2为发动机额定转速时取1；在第二实时转速n2不为发动机额定转速时取1.12；利用修正因子KF，对温度差值ΔT进行修正；则，利用公式Tv=T2-ΔT*KF，计算出混合点温度预计算值Tv;最终将混合点温度预计算值Tv作为混合点温度设定值T1，混合点温度设定值T1传输至主控单元。
主控单元还根据实时工况和冷却水出机实时温度Tx2，查得修正冷却水出机设定温度Tx；利用修正冷却水出机设定温度Tx对混合点温度设定值T1进行修正。可避免增压器出现故障，第一实时转速n1采集不准确时（比如采集增压器的转速传感器出现故障时，所采集的第一实时转速n1为零时，此时得到混合点温度预计算值Tv为零），利用现有技术中的温度控制方法获取冷却水出机实时温度Tx2，将冷却水出机实时温度Tx2作为混合点温度设定值T1，仍旧能够正常控制电动阀，使高温冷却水出机温度保持稳定，提高了本发明的可靠性。
主控单元将与将混合点温度设定值T1对应的电信号与传输至数据比较单元，数据比较单元生成对应的控制信号，控制信号传输至主控单元后，主控单元再控制电动阀2的开度，以调整混合点温度，最终达到调整高温冷却水出机温度保持稳定的目的。
综上所述，本发明的控制***相比于现有技术：
1.高温水出机温度控制结构进行了创新，转变的了控制点，由原来的直接控制高温冷却水出机温度转变为通过控制混合点温度来实现对高温冷却水出机温度的控制。
2.采用“设定值预计算”的方法通过预设一个温差ΔT特性曲线将高温水出机温度、混合点温度和负荷三者之间建立了关联；解决了控制点变换后引发的控制问题。
3.引入了修正因子KF，解决了因转速降低引发的机带泵流量下降对温度控制影响的问题。
以上所述本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种柴油机高温冷却水温度的控制方法及控制***改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柴油机高温冷却水温度的控制方法，其特征在于，应用于柴油机高温冷却水温度的控制***，所述柴油机高温冷却水温度的控制***包括电动阀和冷却水冷凝器，所述电动阀的一端与发动机的出水端连接，所述电动阀的第二端与所述冷却水冷凝器的进水端连接，所述电动阀的第三端与所述冷却水冷凝器的出水端连接，定义所述电动阀的第三端与所述冷却水冷凝器出水端的连接处为混合点；
所述控制方法，包括以下步骤：
获取混合点实时温度Tx1和实时工况；
根据实时工况，得到混合点温度设定值T1；
将混合点实时温度Tx1与混合点温度设定值T1进行比较；
根据比较结果，生成对应的控制信号；
根据控制信号，控制电动阀的开度；
所述根据实时工况，得到混合点温度设定值T1，包括以下步骤：
获取增压器的第一实时转速n1；
根据第一实时转速n1，查得冷却水出机温度设定值T2；
将冷却水出机温度设定值T2与混合点实时温度Tx1作差，得到温度差值ΔT；
利用公式Tv=T2-ΔT，计算出混合点温度预计算值Tv;
将混合点温度预计算值Tv作为混合点温度设定值T1。
2.根据权利要求1所述的柴油机高温冷却水温度的控制方法，其特征在于，在所述得到温度差值ΔT步骤之后，还包括以下步骤：
获取发动机的第二实时转速n2；
根据第二实时转速n2，查得修正因子KF；
利用修正因子KF，对温度差值ΔT进行修正；
则利用公式Tv=T2-ΔT*KF，计算出混合点温度预计算值Tv;
将混合点温度预计算值Tv作为混合点温度设定值T1。
3.根据权利要求1或2所述的柴油机高温冷却水温度的控制方法，其特征在于，得到混合点温度设定值T1后，还包括以下步骤：
获取冷却水出机实时温度Tx2；
根据实时工况和冷却水出机实时温度Tx2，查得修正冷却水出机设定温度Tx；
利用修正冷却水出机设定温度Tx对混合点温度设定值T1进行修正。
4.根据权利要求3所述的柴油机高温冷却水温度的控制方法，其特征在于，在所述获取混合点实时温度Tx1和冷却水出机实时温度Tx2步骤之前，还包括数据滤波处理步骤：
对所获取的混合点实时温度Tx1进行滤波处理，得到稳定的混合点实时温度Tx1；和/或，
对所获取的冷却水出机实时温度Tx2进行滤波处理，得到稳定的冷却水出机实时温度Tx2。
5.根据权利要求4所述的柴油机高温冷却水温度的控制方法，其特征在于，所述滤波处理为：去掉混合点实时温度Tx1或冷却水出机实时温度Tx2的最大值和最小值后，再求平均值，平均值作为稳定的混合点实时温度Tx1或稳定的冷却水出机实时温度Tx2。
6.根据权利要求2所述的柴油机高温冷却水温度的控制方法，其特征在于，
当所述第二实时转速n2为发动机额定转速时，修正因子KF为1；
当所述第二实时转速n2不为发动机额定转速时，修正因子KF为1.12。
7.一种柴油机高温冷却水温度的控制***，其特征在于，包括主控单元及分别与所述主控单元电连接的：
数据采集单元，所述数据采集单元用于获取增压器的第一实时转速n1；根据第一实时转速n1，查得冷却水出机温度设定值T2；将冷却水出机温度设定值T2与混合点实时温度Tx1作差，得到温度差值ΔT；利用公式Tv=T2-ΔT，计算出混合点温度预计算值Tv;将混合点温度预计算值Tv作为混合点温度设定值T1；
数据比较单元，所述数据比较单元用于将混合点实时温度Tx1与混合点温度设定值T1进行比较，根据比较结果生成对应的控制信号；
电动阀，所述电动阀的一端与冷却水冷凝器连接，另一端与发动机冷却水出口连接，第三端与混合点连接，该混合点为所述冷却水冷凝器的出水端与所述电动阀的第三端的连接处，且发动机高温水直接从所述电动阀的第三端流入混合点；
第一温度传感器，所述第一温度传感器设在混合点处用于采集混合点温度；
第二温度传感器，所述第二温度传感器设置发动机冷却水出口处用于采集冷却水出机温度；
所述主控单元用于根据控制信号控制所述电动阀的开度，通过调整混合点温度，来调整冷却水出机温度。
8.根据权利要求7所述的柴油机高温冷却水温度的控制***，其特征在于，还包括与所述主控单元电连接的预设定单元，所述预设定单元用于根据增压器的第一实时转速n1，预设定冷却水出机温度设定值T2；所述预设定单元用于根据发动机的第二实时转速n2，预设定修正因子KF。
9.根据权利要求7所述的柴油机高温冷却水温度的控制***，其特征在于，还包括与所述主控单元电连接的数据滤波单元，所述数据滤波单元用于求取混合点实时温度的平均值，并将混合点实时温度的平均值作为混合点实时温度。
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