大功率中速發動機前端溫控冷卻水箱模塊化設計探究

高楊 肖芃

摘 要：大功率中速發動機，在設計研發中引入前端模塊化設計理念。大功率中速發動機前端溫控冷卻水箱模塊化設計集成了發動機潤滑油、高低溫冷卻水方式等模塊，進而實現了發動機高低溫循環冷卻水的自動化控制。本文就溫控水箱結構設計以及工作原理進行闡述，并具體探究前端溫控冷卻水箱模塊化設計應用。

關鍵詞：大功率;發動機;冷卻水箱

引 言

冷卻水箱作為大功率中速發動機重要的組成部分，良好的溫控冷卻水內外循環，保障發動機各零部件在適宜的溫度下工作，通常大功率中速發動機前端系統構成為外管路的連接方式，在實際安裝中涉及的管路較多。因此，相關研發人員，增加了發動機前端溫控系統的模塊化設計，提升冷卻水箱自動化控制能力。

一、溫控水箱結構設計以及工作原理

（一）溫控水箱內部結構設計

以某系列的發動機為例，設計人員針對不同客戶群體的需求，在發動機前端集成了多元化的冷卻水循環方式，確保提升大功率中速發動機前端溫控冷卻水箱模塊化設計的可行性。基于前端溫控冷卻水箱工作原理角度來說，設計人員在前端溫控水箱中設計，合理進行循環水路的規劃布局，在溫控水箱內部設置了節溫器，并將高低溫循環水分為循環水吸入層、循環水超溫排除層、循環水回流層等，由節溫器全程監測回流層的水溫[1]。在具體的操作使用中，通過調節節溫器的閥套，可實現冷卻水箱內外部循環冷卻水比例自動調節，確保最終實現冷卻循環水串聯和并聯方式之間的轉換。

（二）冷卻水系統原理

相關軟件開發人員，在冷卻水系統設計上，涉及到水泵、中冷器、滑油冷卻器、節溫閥、熱交換器等模塊的處理置。基于冷卻水系統的工作原理來說，將冷卻水箱外部的低溫水注入到水箱中，在低溫水泵壓力作用下，水箱中的水進入中冷器，經過冷卻滑油后，研究人員利用低溫節溫閥進行低溫冷卻水篩選，并對篩選出的低溫冷卻水再次進行加壓循環處置，并輸送回低溫水泵中。同時，在溫度的作用下，部分回流到低溫水泵中的低溫冷卻水，會流入到水箱外部的熱交換器中進行散熱處理，確保低溫冷卻水溫度達到冷卻循環標準。另外，低溫冷卻水在循環工作時，在回路中存在高溫水泵，用于補充水箱因蒸發損失的高溫循環冷卻水，高溫冷卻水通常是在空冷器和滑油的作用下提升溫度的，確保在不進行二次加熱的情況下，提升大功率中速發動機前端溫控冷卻水箱模塊化設計的可行性，最大化提高發動機的熱效率。高溫水泵將高溫冷卻循環水進行加壓后，輸送到中冷器中，冷卻后在高溫調節器作用下實現回流，實現高溫水泵內部循環[2]。研發的大功率中速發動機前端溫控冷卻水箱模塊化設計系統，優勢作用明顯，熱機效率較高，廣泛應用在船舶機械制造行業中。

（三）溫控水箱效果

冷卻水箱的循環水泵從吸水層進行吸水加壓，進而實現對發動機零部件的冷卻，在實際的應用中，效果顯著。發動機前端溫控水箱裝置在輔助支撐箱體上，承載力、耐久性較好，整體的冷卻性能良好，全面保障了發動機各零部件在適宜的溫度下工作運轉，促進工作效率的提升。

二、前端溫控冷卻水箱模塊化設計探究

（一）發動機冷卻水泵智能控制系統設計

冷卻水泵的智能控制系統設計，在實際工作中溫度傳感器對冷卻液溫度進行采集，通過控制冷卻風扇、冷卻水泵，進行溫度調節。冷卻水泵智能控制系統，可將發動機轉速、冷卻液溫度等相關參數值，實時反映在顯示模塊中，便于相關溫度檢測人員更好掌握冷卻循環水的溫度變化情況。冷卻水泵智能控制系統的硬件設計包含了控制器、溫度傳感器、風扇、水泵驅動模塊等，系統中的顯示模塊支持手機端連接，方便快捷、可控性強。冷卻水泵智能控制系統中的溫度傳感器器件供電方式穩定，不易發生傳感器故障問題，實現了雙向通信方式，一定程度上簡化了通信模塊的設計。例如在車輛運行過程中，發動機始終處于高溫運行狀態下，在冷卻水泵智能控制系統控制下，提升了發動機工作的穩定性，并在冷卻區間內有序運行。冷卻水泵智能控制系統具體應用在發動機試驗環境中，能夠進一步驗證系統的實用性，同時，當發動機冷卻系統結束工作后，支持監測人員通過手機APP進行系統控制，相關人員通過觀察溫度顯示數據變化規律，及時進行調節，當發動機轉速超過冷卻溫度值，便會預警顯示，全程實現智能化控制。

（二）冷卻水溫度電子控制系統設計

基于現代化科學技術發展下，電子信息技術發展速度飛快，相關設計人員將電子技術運用在冷卻水溫度電子控制系統中，進一步改善了發動機使用性能，更好進行循環水溫度的調節。冷卻水溫度電子控制系統的設計，根據傳感器溫度變化檢測，將產生的數字信號上傳到系統的核心模塊，并在溫度超過規定值時進行預警，便于相關人員及時作出處理。

（三）發動機冷卻系統建模與水溫控制

發動機冷卻水系統涉及的環節較多，將電控節溫器應用在發動機前端溫控系統中，可有效提升發動機的冷卻效率，更好提升發動機的運行效果。大功率中速發動機在實際運行過程中電控節溫器可以對風扇轉速進行調節。為進一步降低發動機的耗能，減少冷卻水路阻力，可將發動機原水泵葉輪拆下來，改為變頻電機，進而提升冷卻水箱的高低溫循環水效果。通過將電控控制系統運用在發動機前端冷卻水箱控制中，與發動機的運行狀態相匹配，大大提升了發動機運行效果。

結 論

綜上所述，通過對冷卻水系統工作原理的分析，對溫控系統內部結構的優化設計，大大提升了發動機前端冷卻水箱的使用性能，并在電控控制系統的支持下，為發動機營造適宜的冷卻溫度，最大程度上為用戶提供便捷途徑，在實際的行業應用中，具有良好的發展前景和應用價值。

參考文獻

[1] 黃怡青，倪明江，甘智華.基于三階分析模型的斯特林發動機系統模擬和優化[J].太陽能學報，2020，41（06）：310-316.

[2] 高騰麟，劉宇，徐小俊.發動機高效冷卻系統NEDC循環節能效果仿真分析[J].車用發動機，2020（03）：64-70.

作者簡介：高楊（1987.6.20--）;性別：男，民族：漢，籍貫：黑龍江省伊春市，學歷：本科;現有職稱：無;研究方向：機械。