一种内燃机车用智能节能水冷却系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种内燃机车用智能节能水冷却系统。


背景技术：

2.内燃机运行时，机车的冷却水、润滑油、牵引电机及电器或液力传动装置的传动油等温度会不断升高，若不加以冷却，将会影响内燃机及传动装置的功率发挥和机车零部件的使用寿命。因此，内燃机车上都会采取一定的冷却措施，保证内燃机和传动装置工作时所产生的热量能及时排放，使其温度维持在允许的范围内。
3.目前内燃机车的冷却系统可分为通风冷却系统和水冷却系统两类，其中，水冷却系统主要对内燃机部件进行冷却，保证内燃机正常运行。无论内燃机工作温度是多少，只要内燃机启动，水冷却系统即开始运行，如果车刚启动或处于低温环境下需要热车时，水冷却系统运行将会起到反作用。此外，在长距离下坡时，内燃机处于待机状态，也不需要水冷却系统额定工作。水冷却系统运行是通过内燃机中柴油机提供动能的，因此，如果能合理控制水冷却系统运转将会取得节能环保的效果。


技术实现要素：

4.为了解决现有内燃机车的水冷却系统随内燃机启动而运行，并保持额定工作，耗能较大的问题，本实用新型现提供一种内燃机车用智能节能水冷却系统。
5.为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
6.一种内燃机车用智能节能水冷却系统，其特殊之处在于：
7.包括柴油机、控制单元和冷却水回路；
8.所述冷却水回路包括第一温度传感器、高温散热器组、膨胀水箱、机油热交换器、燃油预热器、第一水泵、第一流量调节电磁阀、第二温度传感器、第三温度传感器、低温散热器组、第二水泵、第二流量调节电磁阀及第四温度传感器；
9.所述柴油机的高温冷却水出口与高温散热器组入口相连；所述高温散热器组出口分为两路，其中一路经膨胀水箱与第一水泵入口相连，另一路依次经机油热交换器、燃油预热器与第一水泵入口相连；所述第一水泵出口经第一流量调节电磁阀与柴油机的高温冷却水入口相连；
10.所述柴油机的低温冷却水出口依次经低温散热器组、膨胀水箱、第二水泵、第二流量调节电磁阀与柴油机的低温冷却水入口相连；
11.所述第一温度传感器和第二温度传感器分别设置在柴油机的高温冷却水出口和入口处；
12.所述第三温度传感器和第四温度传感器分别设置在柴油机的低温冷却水出口和入口处；
13.所述控制单元根据第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器的温度信号，分别控制第一流量调节电磁阀和第二流量调节电磁阀的开度。
14.进一步地，所述高温散热器组包括并联的多个高温散热器以及用于高温散热器散热的第一散热风扇；所述低温散热器组包括并联的多个低温散热器以及用于低温散热器散热的第二散热风扇。
15.进一步地，所述控制单元包括依次连接的温度传感器接口模块、第一信号调理模块、处理器模块、da转换模块、第二信号调理模块、组合控制模块、电磁阀接口模块，以及can收发模块、逻辑监控模块、电源模块；
16.所述温度传感器接口模块接收第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器的温度信号，并经第一信号调理模块进行滤波和幅值调整后传输至处理器模块；所述处理器模块根据接收的温度信号产生电磁阀调节信号，并依次经da转换模块、第二信号调理模块进行数模转换、滤波和幅值调整后，传输至组合控制模块；所述组合控制模块根据接收的电磁阀调节信号，通过电磁阀接口模块分别控制第一流量调节电磁阀和第二流量调节电磁阀的开度；
17.所述处理器模块通过can收发模块与can总线通讯；
18.所述逻辑监控模块用于检测系统电路故障，并将故障信号传输至处理器模块；
19.所述电源模块用于向控制单元的各个模块供电。
20.进一步地，所述控制单元根据第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器的温度信号，分别控制第一散热风扇和第二散热风扇的转速。
21.进一步地，所述控制单元包括依次连接的温度传感器接口模块、第一信号调理模块、处理器模块、da转换模块、第二信号调理模块、组合控制模块、电磁阀接口模块，以及pwm控制模块、散热风扇接口模块、can收发模块、逻辑监控模块、电源模块；
22.所述温度传感器接口模块接收第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器的温度信号，并经第一信号调理模块进行滤波和幅值调整后传输至处理器模块；所述处理器模块根据接收的温度信号产生电磁阀调节信号和风速调节信号，其中电磁阀调节信号依次经da转换模块、第二信号调理模块进行数模转换、滤波和幅值调整后，传输至组合控制模块；所述组合控制模块根据接收的电磁阀调节信号，通过电磁阀接口模块分别控制第一流量调节电磁阀和第二流量调节电磁阀的开度；所述pwm控制模块接收风速调节信号，并通过散热风扇接口模块分别控制第一散热风扇和第二散热风扇的转速；
23.所述处理器模块通过can收发模块与can总线通讯；
24.所述逻辑监控模块用于检测系统电路故障，并将故障信号传输至处理器模块；
25.所述电源模块用于向控制单元的各个模块供电。
26.本实用新型相比现有技术的有益效果是：
27.本实用新型提供的内燃机车用智能节能水冷却系统，通过温度传感器采集柴油机的冷却水出口和入口温度，控制单元根据温度传感器的温度信号调节冷却水回路上的流量调节电磁阀开度和散热风扇转速，从而实现水冷却系统的智能节能控制，节省内燃机车的油耗，延长系统的使用寿命，降低系统的维护成本。
附图说明
28.图1是本实用新型内燃机车用智能节能水冷却系统的结构示意图；
29.图2是本实用新型中控制单元的结构示意图；
30.图3是本实用新型中逻辑监控模块的结构示意图。
31.图中，1-柴油机，2-控制单元，3-第一温度传感器，4-高温散热器组，41-第一散热风扇，5-膨胀水箱，6-机油热交换器，7-燃油预热器，8-第一水泵，9-第一流量调节电磁阀，10-第二温度传感器，11-第三温度传感器，12-低温散热器组，121-第二散热风扇，13-第二水泵，14-第二流量调节电磁阀，15-第四温度传感器；
32.201-温度传感器接口模块，202-第一信号调理模块，203-处理器模块，204-da转换模块，205-第二信号调理模块，206-组合控制模块，207-电磁阀接口模块，208-can收发模块，209-逻辑监控模块，210-pwm控制模块，211-散热风扇接口模块，212-电源模块。
具体实施方式
33.为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的内燃机车用智能节能水冷却系统作进一步详细说明。
34.本实施例提供的内燃机车用智能节能水冷却系统如图1所示，包括柴油机1、控制单元2和冷却水回路。用于对柴油机1进行冷却的冷却水通过与柴油机1连接的冷却水回路进行循环工作，控制单元2根据冷却水的温度调节冷却水回路中的冷却水流量及温度。
35.具体来说，冷却水回路包括第一温度传感器3、高温散热器组4、膨胀水箱5、机油热交换器6、燃油预热器7、第一水泵8、第一流量调节电磁阀9、第二温度传感器10、第三温度传感器11、低温散热器组12、第二水泵13、第二流量调节电磁阀14及第四温度传感器15。高温散热器组4包括并联的多个高温散热器以及用于高温散热器散热的第一散热风扇41，低温散热器组12包括并联的多个低温散热器以及用于低温散热器散热的第二散热风扇121。
36.所述柴油机1的高温冷却水出口与高温散热器组4入口相连，高温散热器组4出口分为两路，其中一路经膨胀水箱5与第一水泵8入口相连，另一路依次经机油热交换器6、燃油预热器7与第一水泵8入口相连，第一水泵8出口经第一流量调节电磁阀9与柴油机1的高温冷却水入口相连。
37.柴油机1的低温冷却水出口依次经低温散热器组12、膨胀水箱5、第二水泵13、第二流量调节电磁阀14与柴油机1的低温冷却水入口相连。
38.第一温度传感器3和第二温度传感器10分别设置在柴油机1的高温冷却水出口和入口处；第三温度传感器11和第四温度传感器15分别设置在柴油机1的低温冷却水出口和入口处。
39.控制单元2根据第一温度传感器3、第二温度传感器10、第三温度传感器11和第四温度传感器15的温度信号，分别控制第一流量调节电磁阀9和第二流量调节电磁阀14的开度以及第一散热风扇41和第二散热风扇121的转速。
40.控制单元2的具体结构如图2所示，包括依次连接的温度传感器接口模块201、第一信号调理模块202、处理器模块203、da转换模块204、第二信号调理模块205、组合控制模块206、电磁阀接口模块207，以及pwm控制模块210、散热风扇接口模块211、can收发模块208、逻辑监控模块209、电源模块212。
41.温度传感器接口模块201接收第一温度传感器3、第二温度传感器10、第三温度传感器11和第四温度传感器15的温度信号，并经第一信号调理模块202进行滤波和幅值调整后传输至处理器模块203。处理器模块203根据接收的温度信号产生电磁阀调节信号和风速
调节信号，其中电磁阀调节信号依次经da转换模块204、第二信号调理模块205进行数模转换、滤波和幅值调整后，传输至组合控制模块206，组合控制模块206根据接收的电磁阀调节信号，通过电磁阀接口模块207分别控制第一流量调节电磁阀9和第二流量调节电磁阀14的开度。第一流量调节电磁阀9和第二流量调节电磁阀14的控制电流为4～20ma，4ma以下关闭，20ma开启最大，控制电流和阀门开度大小等比例。pwm控制模块210接收风速调节信号，并通过散热风扇接口模块211分别控制第一散热风扇41和第二散热风扇121的转速。
42.处理器模块203通过can收发模块208与can总线通讯。逻辑监控模块209用于检测系统电路故障，并将故障信号传输至处理器模块203。电源模块212用于向控制单元2的其他各个模块供电。
43.本实用新型提供的智能节能水冷却系统是对现有内燃机车的水冷却系统进行的改进，通过在冷却水回路中增加流量调节电磁阀，并在柴油机的冷却水出口和入口处安装温度传感器，利用控制单元基于温度信号实现对流量调节电磁阀和散热风扇的调节控制。
44.该系统有三种工作模式，分别为自动运行模式、恒值运行模式、设定运行模式。
45.内燃机车启动后，智能节能水冷却系统以自动运行模式开始运行，第一温度传感器3和第二温度传感器10分别采集柴油机1的高温冷却水出口和入口处温度，第三温度传感器11和第四温度传感器15分别采集柴油机1的低温冷却水出口和入口处温度，并向控制单元2发送温度信号。控制单元2自动根据预置pid控制算法调节第一流量调节电磁阀9和第二流量调节电磁阀14的开度以及第一散热风扇41和第二散热风扇121的转速，使得柴油机1温度较低时，冷却水回路中冷却水流量也相应较低，且第一散热风扇41和第二散热风扇121的转速较低，节省能耗；柴油机1温度较高时，冷却水回路中冷却水流量也相应较高，且第一散热风扇41和第二散热风扇121的转速较高，以进行快速散热，从而达到最佳冷却效果。
46.另外司机也可以通过can通讯发送指令，控制智能节能水冷却系统运行，即恒值运行模式和设定运行模式。
47.恒值运行模式为通过can通讯向控制单元2发送第一流量调节电磁阀9和第二流量调节电磁阀14的固定开度值，can收发模块208接收指令并传输至处理器模块203，处理器模块203按照给定的开度值控制第一流量调节电磁阀9和第二流量调节电磁阀14的开度。
48.设定运行模式为通过can通讯向控制单元2发送一组系统运行参数，can收发模块208接收指令并传输至处理器模块203，处理器模块203按照给定的系统运行参数控制第一流量调节电磁阀9和第二流量调节电磁阀14的开度。系统运行参数包括运行曲线，运行时间等，这种模式主要是在系统调试阶段获取最佳冷却参数时使用。
49.智能节能水冷却系统一旦发生故障，不能正常运行，将会导致柴油机1冷却不足而损坏。为了保证系统的可靠性，控制单元2中加入了逻辑监控模块209，以实现故障锁定功能。逻辑监控模块209在运行过程中会对系统电路进行实时监控，如果发现故障，立刻将故障信号传输至处理器模块203，处理器模块203将控制第一流量调节电磁阀9和第二流量调节电磁阀14开度最大，并通过can收发模块208输出故障信号。
50.逻辑监控模块209的具体结构如图3所示，其中故障信号是判断处理器模块203采集输出信号和输入信号是否相符，如果不相符说明控制输出回路故障，然后输出此信号；看门狗信号是检测处理器模块203是否正常运行，如果不能正常运行输出此信号；复位信号是检测供电是否正常，如果供电异常输出此信号。
51.该系统中没有控制水泵工作，这是因为水泵在工作过程中会自动检测压力，当压力达到一定值时会自动停止运转，所以只要控制流量调节电磁阀就可以间接控制水泵工作，而控制流量调节电磁阀比控制水泵的成本更低。