一種液壓驅動的柴油機散熱系統及其方法
2023-05-22 02:26:41 2
專利名稱：一種液壓驅動的柴油機散熱系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種柴油機散熱系統及其方法，具體地，涉及一種液壓驅動的柴油機 散熱系統及其方法。
背景技術：
在工程機械中，發動機進氣的溫度越低，空氣中的含氧量就越高。相應地，空氣密 度隨之加大，則燃燒過程中的燃燒效力就越好。因此，為了提高氣缸空氣供應量和供氣壓 力，內燃機車柴油機普遍採用中冷器。中冷器可對增壓空氣進行冷卻，從而降低空氣溫度， 提高空氣密度，使得柴油機的功率提高，熱負荷降低。為了對發動機等機件進行散熱，通常也採用冷卻液進行散熱。冷卻液散熱系統是 以冷卻液為冷卻介質。柴油機產生的熱量首先由機件傳給冷卻液，再靠冷卻液的流動將熱 量帶走，而後散入大氣中。散熱後的冷卻液重新回到發熱機件處，循環進行冷卻過程。通常 可採用水作為冷卻液。目前，工程機械中使用的柴油機同時使用空空中冷系統和冷卻液散熱系統進行散 熱。傳統的安裝方式將中冷器和水冷器都置於發動機端部。通過發動機自帶的風扇對中冷 器和水冷器進行吹風或吸風，從而實現熱交換。但是上述散熱方式中，當發動機工作時，中 冷器和水冷器同時工作，無法根據溫度的變化進行自動調控，使得兩個散熱器分別獨立工 作，從而導致整個散熱系統的效率相對較低，且耗能大。
發明內容
本發明的目的在於提供一種液壓驅動的柴油機散熱系統及其方法，其中散熱器與 發動機分離安裝，可根據柴油機的使用工況，選擇性的設置水冷器的工作狀態，從而提高散 熱器的效率，降低能量消耗。為了實現上述目的，本發明的一種液壓驅動的柴油機散熱系統，其包括液壓泵，中 冷器，水冷器，先導式溢流閥和熱敏式溢流閥，其中，所述中冷器連接在所述齒輪油泵上，所 述水冷器串聯在所述中冷器上，所述中冷器和水冷器分別與一個先導式溢流閥並聯，所述 熱敏式溢流閥連接在所述水冷器上，並與水冷器上並聯的先導式溢流閥的遠程調壓口相連接。上述的液壓驅動的柴油機散熱系統，其中，所述中冷器和所述水冷器中各包含一 個液壓馬達，用於驅動各自的風扇進行散熱。上述的液壓驅動的柴油機散熱系統，其中，所述中冷器和所述水冷器上還分別並 聯一個單向閥，所述單向閥用於所述液壓馬達停止時對其進行補油。上述的液壓驅動的柴油機散熱系統，其中，所述液壓泵為齒輪油泵。另外，本發明還提供一種如上述的液壓驅動的柴油機散熱系統的散熱方法，其包 括如下步驟；步驟1.啟動柴油機，在液壓泵的驅動下，中冷器和水冷器分別開始工作；
步驟2.隨著水溫不斷上升，熱敏式溢流閥的工作壓相應水溫線性上升，水冷器的 液壓馬達轉速也不斷提高；步驟3.當水溫達到熱敏式溢流閥的終點控制溫度時，液壓馬達的轉速達到最大 值，則所述轉速保持恆定，不再隨水溫的上升而上升，熱敏式溢流閥的工作壓力也保持不 變；步驟4.隨著風扇的持續工作，水溫逐漸下降，在水溫低於熱敏式溢流閥的終點控 制溫度前，所述轉速和工作壓力保持不變，水溫低於熱敏式溢流閥的終點控制溫度，高於熱 敏式溢流閥的起點控制溫度時，所述轉速和工作壓力相應的下降，當水溫低於熱敏式溢流 閥的起點控制溫度時，所述和工作壓力趨於0，液壓馬達逐漸停止轉動，從而實現隨水溫變 化對水冷器的自動調節。上述的液壓驅動的柴油機散熱系統工作方法，其中，在散熱過程中，中冷器始終保 持正常工作，只有當中冷器液壓馬達的工作壓力超過與中冷器並聯的先導式溢流閥的壓力 上限閾值時，才自動開啟所述先導式溢流閥，使中冷器液壓馬達的工作壓力不再上升。上述的液壓驅動的柴油機散熱系統工作方法，其中，只有當水冷器的液壓馬達的 工作壓力超過與水冷器並聯的先導式溢流閥的壓力上限閾值時，才自動開啟與水冷器並聯 的先導式溢流閥，使水冷器的液壓馬達的工作壓力不再上升。因此，本發明的一種液壓驅動的柴油機散熱系統及其方法將中冷器和水冷器獨立 設置，並使用液壓馬達驅動兩個風扇單獨對中冷器和水冷器進行散熱，從而實現溫度自動 平衡調節，極大的降低了柴油機散熱器的耗能，提高了其散熱效率。
圖1為本發明的一種液壓驅動的柴油機散熱系統的結構框圖；圖2為本發明的一種液壓驅動的柴油機散熱系統的水冷器的熱敏式溢流閥的溫 度-壓力控制曲線；圖3為本發明的一種液壓驅動的柴油機散熱系統的熱敏式溢流閥與馬達轉速關 系圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。在本發明的液壓驅動的柴油機散熱系統將散熱器與發動機分離安裝，通過專門的 馬達來分別驅動中冷器和水冷器，使得中冷器和水冷器獨立工作，速度互不影響。其中，中 冷器在柴油機啟動時就工作，而水冷器則可根據冷卻液溫度的變化實現自動控制，從而使 得整個散熱系統更加高效，節能。圖1為本發明的液壓驅動的柴油機散熱系統的結構框圖。如圖所示，本發明的液 壓驅動的柴油機散熱系統包括液壓泵1，中冷器2，水冷器5，先導式溢流閥4，以及熱敏式溢 流閥6。其中，中冷器2連接在液壓泵1上，而水冷器5則串聯連接在中冷器2上。在中冷 器2和水冷器5上分別並聯一個先導式溢流閥4，而熱敏式溢流閥6連接在所述水冷器5 上，並與水冷器5上並聯的先導式溢流閥4的遠程調壓口相連接。在本發明中，液壓泵1採 用的是齒輪油泵G5-32，其可為整個系統提供壓力油，是整個柴油機散熱系統的動力源。熱敏式溢流閥6為直動式溢流閥，其內含熱敏元件。該熱敏元件可根據水溫變化來控制彈簧 預緊力，從而實現該熱敏式溢流閥6的設定壓力與水溫之間的比例變換。具體地，在中冷器2和水冷器5中分別並聯安裝一個液壓馬達，用於驅動各自的風 扇以進行散熱。在本發明中，在中冷器2中採用的液壓馬達為GM5-25，而水冷器5中採用的 液壓馬達為GM5-20。另外，在中冷器2和水冷器5的兩端還分別並聯一個單向閥3。單向 閥3用於保護上述液壓馬達，當液壓馬達停止時，對其進油口進行補油，從而避免停止供油 時，液壓馬達因急速停止而遭到損壞。而並聯的先導式溢流閥4則用於控制上述液壓馬達 的壓力，使其達到一定的上限閾值後便不再上升，從而間接控制液壓馬達的轉速，實現對中 冷器2和水冷器5功率的調整。下面詳細介紹一下本發明的液壓驅動的柴油機散熱系統的工作方法。當柴油機啟動時，發動機開始點火，在液壓泵1的驅動下，整個散熱系統開始工 作。中冷器2和水冷器5分別進行運轉，以向外散發熱量，進行系統散熱。其中，當發動機 點火後，中冷器2便立即開始工作，且中冷器2的散熱功率不需要進行調整。因此，中冷器2 的液壓馬達的工作壓力也無需進行實時調整。在本發明的液壓驅動的柴油機散熱系統中， 根據齒輪油泵和液壓馬達的排量比計算，若發動機的轉速為800-2100r/min時，中冷器2中 的液壓馬達的轉速約為1024-2750r/min。此時，液壓馬達的轉速在合理的範圍內，從而風扇 的風量也合理，故只需設置先導式溢流閥的上限閾值即可。通常，中冷器2的液壓馬達的工 作壓力為4-8MPa。因此，相應地，中冷器2並聯的先導式溢流閥4的閾值上限為lOMPa。當 整個散熱系統由於故障而超出上述壓力時，先導式溢流閥4將自行開啟，以保證中冷器2的 液壓馬達的工作壓力不再上升，從而保護整個散熱系統不受破壞。對於水冷器5，其由熱敏式溢流閥6和先導式溢流閥4共同控制。通常，水冷器5 中的冷卻液的溫度控制在70-110°C之間，而熱敏式溢流閥6的起點控制溫度為82°C，設定 工作壓力為0. 7MPa ；其終點控制溫度為92°C，設定工作壓力為21MPa。圖2即為熱敏式溢 流閥的溫度-壓力控制曲線。由圖可知，熱敏式溢流閥6的溫度越高，其設定工作壓力就越 大，二者為線性關係。在本發明的液壓驅動的柴油機散熱系統中，當水溫達到82°C時，熱敏 式溢流閥6的設定工作壓力為0. 7MPa,而先導式溢流閥4的自帶先導閥的閾值為14MPa，則 此時，水冷器5以0. 7MPa的壓力進行工作。當發動機的轉速為2100r/min時，水冷器5的 液壓馬達的轉速約為250r/min。隨著水溫的不斷升高，水冷器5的壓力線性上升，相應的 液壓馬達的轉速也加快。當水溫達到88°C時，熱敏式溢流閥6的工作壓力為12MPa，液壓馬 達的轉速也達到3300r/min的最大值。而後，水溫繼續上升，當水冷器5的風扇已經達到最 大負載，轉速不再提高。因此，水冷器5的工作壓力不再上升，液壓馬達的轉速也不再上升。 隨著風扇的持續工作，水溫逐漸下降。在水溫低於88°C之前，風扇一直保持3300r/min的轉 速。當水溫低於88°C後，水冷器5的工作壓力開始下降，液壓馬達的轉速也相應的下降，直 至水溫低於82°C後，熱敏式溢流閥6的設定壓力趨於0，液壓馬達也逐漸停止轉動。圖3為 本發明中上述關係變化的具體曲線圖。當水冷器的液壓馬達的工作壓力大於與其並聯的先 導式溢流閥的閾值上限時，該先導式溢流閥自行開啟，從而使得水冷器的液壓馬達的工作 壓力不再上升，以保護整個散熱系統。通過上述的結構設計和參數設置，保證了中冷器的正常工作運轉，實現了水冷器 隨水溫變化自動調節風速。且本發明中僅用一個液壓泵同時為中冷器和水冷器提供壓力，並由並聯的先導式溢流閥作為安全閥，保證了散熱系統的安全可靠運行。因此，本發明的一種液壓驅動的柴油機散熱系統及其方法將中冷器和水冷器獨立 設置，二者共用一個液壓泵，並使用兩個液壓馬達驅動兩個風扇分別對中冷器和水冷器進 行散熱，從而實現溫度的自動平衡調節，極大的降低了柴油機散熱器的耗能，提高了散熱效率。以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但本發明並不限制於以上描述的具 體實施例，其只是作為範例。對於本領域技術人員而言，任何對該液壓驅動的柴油機散熱系 統及其方法進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精 神和範圍下所作出的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
權利要求
一種液壓驅動的柴油機散熱系統，其特徵在於，包括液壓泵，中冷器，水冷器，先導式溢流閥和熱敏式溢流閥，其中，所述中冷器連接在所述齒輪油泵上，所述水冷器串聯在所述中冷器上，所述中冷器和水冷器分別與一個先導式溢流閥並聯，所述熱敏式溢流閥連接在所述水冷器上，並與水冷器上並聯的先導式溢流閥的遠程調壓口相連接。
2.根據權利要求1所述的液壓驅動的柴油機散熱系統，其特徵在於，所述中冷器和所 述水冷器中各包含一個液壓馬達，用於驅動各自的風扇進行散熱。
3.根據權利要求2所述的液壓驅動的柴油機散熱系統，其特徵在於，所述中冷器和所 述水冷器上還分別並聯一個單向閥，所述單向閥用於所述液壓馬達停止時對其進行補油。
4.根據權利要求1所述的液壓驅動的柴油機散熱系統，其特徵在於，所述液壓泵為齒 輪油泵。
5.一種如權利要求1所述的液壓驅動的柴油機散熱系統的散熱方法，其特徵在於，包 括如下步驟；步驟1.啟動柴油機，在液壓泵的驅動下，中冷器和水冷器分別開始工作；步驟2.隨著水溫不斷上升，熱敏式溢流閥的工作壓相應水溫線性上升，水冷器的液壓 馬達轉速也不斷提高；步驟3.當水溫達到熱敏式溢流閥的終點控制溫度時，液壓馬達的轉速達到最大值，則 所述轉速保持恆定，不再隨水溫的上升而上升，熱敏式溢流閥的工作壓力也保持不變；步驟4.隨著風扇的持續工作，水溫逐漸下降，在水溫低於熱敏式溢流閥的終點控制溫 度前，所述轉速和工作壓力保持不變，水溫低於熱敏式溢流閥的終點控制溫度，高於熱敏式 溢流閥的起點控制溫度時，所述轉速和工作壓力相應的下降，當水溫低於熱敏式溢流閥的 起點控制溫度時，所述和工作壓力趨於0，液壓馬達逐漸停止轉動，從而實現隨水溫變化對 水冷器的自動調節。
6.根據權利要求5所述的液壓驅動的柴油機散熱系統工作方法，其特徵在於，在散熱 過程中，中冷器始終保持正常工作，只有當中冷器液壓馬達的工作壓力超過與中冷器並聯 的先導式溢流閥的壓力上限閾值時，才自動開啟與中冷器並聯的先導式溢流閥，使中冷器 液壓馬達的工作壓力不再上升。
7.根據權利要求5所述的液壓驅動的柴油機散熱系統工作方法，其特徵在於，只有當 水冷器的液壓馬達的工作壓力超過與水冷器並聯的先導式溢流閥的壓力上限閾值時，才自 動開啟與水冷器並聯的先導式溢流閥，使水冷器的液壓馬達的工作壓力不再上升。
全文摘要
本發明提供一種液壓驅動的柴油機散熱系統，其包括液壓泵，中冷器，水冷器，先導式溢流閥和熱敏式溢流閥，其中，所述中冷器連接在所述齒輪油泵上，所述水冷器串聯在所述中冷器上，所述中冷器和水冷器分別與一個先導式溢流閥並聯，所述熱敏式溢流閥連接在所述水冷器上，並與水冷器上並聯的先導式溢流閥的遠程調壓口相連接。因此，本發明的一種液壓驅動的柴油機散熱系統將中冷器和水冷器獨立設置，二者共用一個液壓泵，並使用兩個液壓馬達驅動兩個風扇分別對中冷器和水冷器進行散熱，從而實現溫度的自動平衡調節，極大的降低了柴油機散熱器的耗能，提高了散熱效率。
文檔編號F01P7/00GK101892894SQ20101020928
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者劉士傑, 彭繼文, 朱泉明 申請人:上海三一科技有限公司