内燃机车柴油机冷却水系统分离式中冷控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种内燃机车柴油机冷却水系统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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机车柴油机冷却水系统控制领域，具体涉及一种内燃机车柴油机冷却水系统分离式中冷控制方法。
技术介绍
内燃机车涡轮增压柴油机的冷却水系统分高温冷却水系统和中冷水系统(中冷水系统也称作低温冷却水系统)，高温冷却水系统和中冷水系统是两个完全独立的冷却水循环系统。冷却水系统的散热器在设计时是通过两个完全独立的循环系统分别设计的，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系统和中冷水系统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系统来冷却的，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。
技术实现思路
本专利技术提供一种内燃机车柴油机冷却水系统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系统中，对改善柴油机性能和减少排放能起到积极的作用。本专利技术所采用的技术方案是内燃机车柴油机冷却水系统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℃。本专利技术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系统中采用内燃机车柴油机冷却水系统分离式中冷控制方法，并对本专利技术进行合理应用，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系统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系统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对专利技术做进一步的说明，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系统中，显然对改善柴油机性能和减少排放能起到积极的作用。本专利技术应用于涡轮增压柴油机的冷却水系统，定义了一种当散热器和风扇尺寸确定的冷却水系统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系统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专利技术的关键。本专利技术方案如下：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，此时系统总冷却能力的一大部分分配给中冷水系统，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。运用此种专利技术方法，系统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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
内燃机车柴油机冷却水系统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℃。...

【技术特征摘要】
1.内燃机车柴油机冷却水系统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...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆洋，董志忠，陶红杰，韩亮，高俊帅，王小博，
申请(专利权)人：中车大连机车车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21