铁道机车车辆用内燃机冷却系统静液压控制方式

摘 要：本文主要解决在内燃动车组柴油机冷却系统中的静液压控制。基于静液压控制的冷却系统工作原理是静液压控制器采集从总线传入的温度信号，通过控制器内部温度-转速曲线，进而控制电机转速。通过实时采集温度信号，实现对风扇转速进行闭环控制，使风扇转速始终稳定在规定的转速范围内。同时从信号采集、静液压控制两个角度与以往的冷却控制进行了对比，体现出静液压控制在内燃动车组的优势。

关键词：内燃动车；冷却系统；静液压控制

1背景与研究意义

随着中国内燃动车组的出口和发展，内燃机的高效性、经济性、以及排放问题都成为了全球高度关注的问题。随着柴油机升功率不断提高，高温环境下各零部件的磨损加剧，工作粗暴，功率下降，柴油机的冷却散热问题也就显得愈发突，成为制约其进一步发展的瓶颈问题[1]。冷却系统作为发动机不可或缺的一部分，是发动机稳定、可靠运转的基础。冷却系统的主要任务是保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

本文针对内燃动车组对影响冷却系统关键部位的参数进行研究分析，模拟车辆运行极限工况，提出新型静液压冷却系统的优化设计提供充分的依据，在满足车辆运行要求的前提下降低成本。本文的研究对象是某车用柴油发动机，掌握系统关键参数变化对冷却液温度的影响规律。

传统的内燃动车组柴油机冷却系统采用电机直接驱动冷却风机或者双速电机控制方式，为满足不同季节及负荷对冷却风扇转速的要求，风扇转速为双速，风扇的启动停止转换和高低转速转换，通过柴油机冷却水管路上设置的温度控制器。

由于启动以后只有高/低两个档位，不能根据不同需求而改变转速，存在极大的浪费了电能和无法满足冷却要求的可能，不利于内燃机内部燃烧，效率低、费用高，同时故障率也较高，此外该方式还会导致风机的频繁启动带来大电流对电网的冲击和温度波动变化的问题。

没有与机车控制系统通信的接口，无法实现实时监测和自动控制。

为了进一步降低列车的生产制造成本，提高冷却系统的效率和智能化水平，开发一套新型的智能化冷却驱动系统已经成为一个急需解决的问题。采用静液压驱动的新型冷却系统不仅要能够解决上述传统冷却方式所带来的问题，同时还可以进一步实现冷却系统运行状态的实时控制与监测，进一步提高整个列车牵引系统的可靠性。

2车辆柴油机冷却系统模型

冷却系统由冷却装置、水空中冷器、水泵、膨胀水箱、静液压控制器、水泵、冷却风机、管路、节温器、传感器组成。柴油机高温水经水泵进入散热器，经散热器冷却后回到柴油机。柴油机高温增压空气和高温液压油经空冷装置冷却后回到柴油机，水-空中冷器通过低温水循环中的冷却液将增压空气的热量带走，经低温水泵流至散热器后回到水-空中冷器。

3冷却控制设计

3.1静液压控制方案

冷却系统热工模型具有大延迟性和非线性，传统的内燃动车组内燃机冷却调速方式不能准确满足内燃机对冷却系统的要求，极大的浪费了电能效率低、费用高，同时故障率也较高，此外还会导致风机的频繁启动带来大电流的冲击和温度的波动变化的问题[2]。

采用静液压控制方式的新型冷却系统可对冷却风机进行闭环控制，实时对风机转速进行补偿计算，把柴油机工作温度稳定在最适宜范围内，同时提高了冷却系统的效率和智能化水平，精确实时监控柴油机工作温度[3]，实现冷却系统智能化、精确化控制。

如图2所示，静液压控制器采集温度信号，基于内燃机冷却要求设计程序，控制器通过电流控制电流调节比例电磁阀的开度，进而调节变量泵的流量，最终实现温度/风机转速闭环控制。

3.2详细技术方案

基于静液压的内燃机冷却系统主要包括静液压控制器、柴油机控制器ECM、泵、马达、风扇、增压空气冷却装置、冷却水冷却装置等。ECM将柴油机增压空气温度和冷却水温度通过CAN/RS485传输给静液压控制器，通过内部温度/转速曲线程序，根据负载不同要求实现温度/转速闭环控制。

空冷系统和水冷控制方式完全相同，不再赘述。

4车辆静液压控制模型

动力包配套试验主要由主控通讯系统、柴油机动力系统、柴油机冷却系统、主发电机、电缆等附件组成。柴油机型号为：D2876LUE604，额定输出功率：365kW。主发电机容量：355KVA。风机额定功率：5kW，液压泵功率：20kW。

静液压控制器两个水泵电磁阀相连，控制线束集中于电气柜。

如图4所示，柴油机冷却系统采用了液力耦合传动，控制柴油机水冷的液压泵1和控制柴油机空冷与液压油冷却的液压泵2通过万向轴和柴油机曲轴连接，柴油机曲轴向液压泵输出动力，冷却装置的冷却风扇由马达驱动，风扇转速通过安装在柴油机管路上的温度传感器，将温度信号输入控制器，经输出自动控制静液压泵的排量[4]，从而改变静液压马达驱动冷却风扇转速。

此静液压控制方案具有减缓冲击和隔离扭振功能，具有在外载荷超载时保护电机和工作机不受损坏的过载保护功能，且具有柔性制动减速功能，启动扭矩大，冷却系统可平稳工作，传递功率与其输入转速的平方成正比，输入转速高时，能容量大，性能价格比高。具有节电效果，能降低电机的启动电流和持续时间，降低对电网的冲击，故障率低，使用寿命长。静液压器控制指令及状态反馈均通过CAN/RS485总线与机车控制系统通信，减少了传感器的数量，进一步提高整个列车牵引系统的可靠性。

通过实验数据的采集，静液压器冷却系统满足柴油机对冷却系统的要求。

5结论

本文对影响发动机冷却系统冷却性能的诸多因素进行比较详细的分析和研究，对于柴油机冷却系统提供了一种智能、可靠的调速方式。实验室建立柴油机冷却模型，实时监控柴油机的工作温度，此种控制方式为列车安全高效提供了基础，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1]程利军.利渤海尔静液压驱动冷却系统简介[J].装载机与维修.2004（7）：136-137.

[2]李奕.凉水塔风机网络化在线监测与故障诊断系统研究[J].石油化工设备技术.2002，8-45，46.

[3]吴乘礼.国内外冷却塔风机综述[J].流体工程，1993，21（4）：35-38.

[4]张传芹，盛昭寒，郭佳志，基于OPC技g的生产管理信息集成方法[J].计算机工程.2002，28（3）：17-21.