發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估方法、評(píng)估裝置及挖掘的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估方法、評(píng)估裝置及挖掘機(jī)。該方法包括：接收冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度、冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度和散熱器的散熱效能；根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算熱平衡飽和溫度；根據(jù)熱平衡飽和溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度來(lái)判斷冷卻系統(tǒng)是否可用；其中，在熱平衡狀態(tài)下，冷卻液通過(guò)散熱器之前的溫度即為熱平衡飽和溫度。本發(fā)明根據(jù)計(jì)算得到的熱平衡飽和溫度來(lái)判斷冷卻系統(tǒng)是否可用，實(shí)現(xiàn)了在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)前對(duì)冷卻系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，在判斷結(jié)果為不可用的情況下可以對(duì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以避免進(jìn)行無(wú)用的細(xì)化設(shè)計(jì)并可以選擇到適合的冷卻系統(tǒng)以達(dá)到更好的冷卻效果。
【專利說(shuō)明】發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估方法、評(píng)估裝置及挖掘機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及判斷冷卻系統(tǒng)可用性的技術(shù)，具體地，涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估方法、評(píng)估裝置及具有該評(píng)估裝置的挖掘機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]冷卻系統(tǒng)性能的好壞對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)壽命有著至關(guān)重要的影響，然而，工程機(jī)械冷卻系統(tǒng)的冷卻效果一致是依賴散熱器廠家通過(guò)軟件進(jìn)行計(jì)算提供給購(gòu)買(mǎi)方，也就是說(shuō)購(gòu)買(mǎi)方并未掌握對(duì)冷卻系統(tǒng)的散熱效果的計(jì)算方法，而只能通過(guò)樣機(jī)測(cè)試來(lái)得到冷卻系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。因此，購(gòu)買(mǎi)方在設(shè)計(jì)主機(jī)時(shí)期并不能對(duì)冷卻系統(tǒng)的可用性進(jìn)行判斷，也就是不能自主對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估來(lái)選擇合適的冷卻系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估方法、評(píng)估裝置及挖掘機(jī)，用于解決判斷冷卻系統(tǒng)是否可用的問(wèn)題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估方法，該冷卻系統(tǒng)包括散熱器、風(fēng)扇和水泵，所述散熱器中的冷卻液用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，冷卻液在水泵的作用下由發(fā)動(dòng)機(jī)流入散熱器，在風(fēng)扇的作用下，冷卻空氣流過(guò)所述散熱器，以吸收散熱器散出的熱量，該方法包括:接收冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度、冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度和散熱器的散熱效能；根據(jù)冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度、冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度和散熱器的散熱效能來(lái)計(jì)算熱平衡飽和溫度；以及根據(jù)所述熱平衡飽和溫度和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度來(lái)判斷所述冷卻系統(tǒng)是否可用；其中，在熱平衡狀態(tài)下，冷卻液通過(guò)所述散熱器之前的溫度即為熱平衡飽和溫度。
[0005]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估裝置，該冷卻系統(tǒng)包括散熱器、風(fēng)扇和水泵，所述散熱器中的冷卻液用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，冷卻液在水泵的作用下由發(fā)動(dòng)機(jī)流入散熱器，在風(fēng)扇的作用下，冷卻空氣流過(guò)所述散熱器，以吸收散熱器散出的熱量，該裝置包括:計(jì)算裝置，用于根據(jù)冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度、冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度和散熱器的散熱效能來(lái)計(jì)算熱平衡飽和溫度；以及處理裝置，用于根據(jù)所述熱平衡飽和溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度來(lái)判斷所述冷卻系統(tǒng)是否可用；其中，在熱平衡狀態(tài)下，冷卻液通過(guò)所述散熱器之前的溫度即為熱平衡飽和溫度。
[0006]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種挖掘機(jī)，包括:以上所述的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估裝置。
[0007]通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明根據(jù)計(jì)算得到的熱平衡飽和溫度來(lái)判斷冷卻系統(tǒng)是否可用，實(shí)現(xiàn)了在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)前對(duì)冷卻系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，在判斷結(jié)果為不可用的情況下可以對(duì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以避免進(jìn)行無(wú)用的細(xì)化設(shè)計(jì)并可以選擇到適合的冷卻系統(tǒng)以達(dá)到更好的冷卻效果。
[0008]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0009]附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0010]圖1是本發(fā)明提供的冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明提供的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0012]圖3是本發(fā)明提供的發(fā)動(dòng)機(jī)水泵的P-Q曲線；
[0013]圖4是本發(fā)明提供的風(fēng)扇的P-Q曲線；以及
[0014]圖5是本發(fā)明提供的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估方法流程圖。
[0015]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0016]I散熱器2風(fēng)扇
[0017]3水泵4發(fā)動(dòng)機(jī)入水管 [0018]10計(jì)算裝置20處理裝置
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0020]圖1是本發(fā)明提供的冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，冷卻系統(tǒng)包括散熱器1、風(fēng)扇2和水泵3。在水泵3的作用下，冷卻液由發(fā)動(dòng)機(jī)流入散熱器1，在風(fēng)扇2的作用下，冷卻空氣流過(guò)散熱器1，吸收散熱器I散出的熱量，以降低冷卻液的溫度，然后，冷卻液在水泵3的作用下，將流出散熱器I的冷卻液經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)入水管5吸回發(fā)動(dòng)機(jī)，以冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱部件。其中冷卻空氣吸收散熱器I散出的熱量也就是風(fēng)扇2的出風(fēng)口面向散熱器以使得風(fēng)扇2對(duì)散熱器I進(jìn)行散熱。
[0021]具體來(lái)說(shuō)，冷卻液首先進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱部件，之后冷卻液從發(fā)動(dòng)機(jī)流至散熱器1，冷卻空氣在風(fēng)扇2的作用下流過(guò)散熱器I以吸收散熱器散出的熱量，冷卻液通過(guò)散熱器I被冷卻后再重新回到發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱部件進(jìn)行冷卻。
[0022]圖2是本發(fā)明提供的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，該裝置包括計(jì)算裝置10和處理裝置20。其中，計(jì)算裝置10用于根據(jù)冷卻空氣通過(guò)散熱器I之前的溫度、冷卻空氣通過(guò)散熱器I之后的溫度和散熱器I的散熱效能來(lái)計(jì)算熱平衡飽和溫度。處理裝置20用于根據(jù)計(jì)算裝置10計(jì)算出的熱平衡飽和溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度來(lái)判斷所述冷卻系統(tǒng)是否可用，這里可用指的是該冷卻系統(tǒng)可以被選擇作為所需冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)。其中，在熱平衡狀態(tài)下，冷卻液通過(guò)散熱器之前的溫度即為熱平衡飽和溫度。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度指的是發(fā)動(dòng)機(jī)最高可以承受的溫度。熱平衡狀態(tài)是指發(fā)動(dòng)機(jī)出水口的溫度達(dá)到恒定時(shí)的狀態(tài)。
[0023]熱平衡飽和溫度是指冷卻系統(tǒng)達(dá)到平衡后冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)出水口的溫度，理想情況下，冷卻液通過(guò)散熱器I之前的溫度與冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)出水口的溫度相同，在達(dá)到平衡后，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)冷卻系統(tǒng)釋放的熱量φε、冷卻液吸收的熱量0￥及冷卻空氣吸收的熱量OaH者達(dá)到平衡狀態(tài)，在數(shù)值上相等。其中，冷卻液吸收發(fā)動(dòng)機(jī)釋放的熱量，然后冷卻液通過(guò)散熱器I散熱，在散熱器I散熱過(guò)程中，冷卻空氣會(huì)吸收散熱器I中的冷卻液散出的熱量，從而達(dá)到平衡。
[0024]為了能夠?qū)鋮s系統(tǒng)是否可用的判斷更加準(zhǔn)確，可以計(jì)算在發(fā)動(dòng)機(jī)處于最大扭矩的情況下的第一熱平衡飽和溫度、計(jì)算在發(fā)動(dòng)機(jī)處于最大功率情況下的第二熱平衡飽和溫度及計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定功率的情況下的第三熱平衡飽和溫度，然后取第一至第三熱平衡飽和溫度中的最大值，作為最終計(jì)算得到的熱平衡飽和溫度。
[0025]其中，處理裝置在判斷得到熱平衡飽和溫度比發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度低預(yù)定溫度值以上的情況下，則可以判斷冷卻系統(tǒng)為可用，否則，判斷為不可用。其中預(yù)定溫度值可以設(shè)定為8度。當(dāng)然，熱平衡飽和溫度比發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度低太多也不適用，因?yàn)闊崞胶怙柡蜏囟仍降停硎纠鋮s系統(tǒng)的冷卻效果越好，但冷卻效果太好了也并不是必要的，所以，可以將判斷標(biāo)準(zhǔn)定為熱平衡飽和溫度比發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度低8至11度，以節(jié)省資源，同時(shí)也能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱要求。一般情況下，熱平衡飽和溫度比發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度低10度最適宜。
[0026]計(jì)算裝置10計(jì)算熱平衡飽和溫度的公式如下:
[0027]twi = tai+(tao-tai)/ ε(O
[0028]其中，twi為冷卻液通過(guò)散熱器I之前的溫度，即熱平衡飽和溫度，tai為冷卻空氣通過(guò)散熱器I之前的溫度，tao為冷卻空氣通過(guò)散熱器I之后的溫度，ε為散熱器I的散熱效能。
[0029]其中，冷卻空氣通過(guò)散熱器I之后的溫度可以根據(jù)冷卻空氣吸收散熱器I散出的熱量、冷卻空氣質(zhì)量流量和冷卻空氣通過(guò)散熱器I之前的溫度計(jì)算得到，計(jì)算公式如下:
[0030]tao = Oa/qac+tai(2)
[0031]其中，ta。為冷卻空氣通過(guò)散熱器I之后的溫度，Oa為冷卻空氣吸收散熱器I散出的熱量，Ca為冷卻空氣的比熱容，tai為冷卻空氣通過(guò)散熱器I之前的溫度，qa = Qa P a，qa為冷卻空氣質(zhì)量流量，Qa為冷卻液體積流量，Pa為冷卻空氣的密度。其中，ta1、(Da、Qa為已知的冷卻系統(tǒng)參數(shù)，Pa為公知參數(shù)。
[0032]冷卻液通過(guò)散熱器I前后的溫度差可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)釋放出的熱量和冷卻液質(zhì)量流量計(jì)算得到，計(jì)算公式如下:
[0033]Atw= OJ qwcw(3)
[0034]其中，Λ tw為冷卻液通過(guò)散熱器I前后的溫度差，Φ e為發(fā)動(dòng)機(jī)釋放出的熱量，Cw為冷卻液的比熱容，Qw = QwPw, Qw為冷卻液質(zhì)量流量，Qw為冷卻液體積流量，P w為冷卻液的密度。其中φε為已知發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，Qw為已知的冷卻系統(tǒng)參數(shù)，Cw、Pw為公知參數(shù)。這里，因?yàn)?br> [0035]Atw = Φ./q^(4)
[0036]而在達(dá)到熱平衡后，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)冷卻系統(tǒng)釋放的熱量Φε、冷卻液吸收的熱量Φν及冷卻空氣吸收的熱量Oa三者達(dá)到平衡狀態(tài)，在數(shù)值上相等，所以，可以將公式(4)中的Φν用Φε替換。
[0037]由于目前絕大部分工程機(jī)械的散熱器為板翅式散熱器，其流道和冷卻形式為交叉流(單程)兩側(cè)流體均不混合，所以散熱效能計(jì)算公式如下:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估方法，該冷卻系統(tǒng)包括散熱器、風(fēng)扇和水泵，所述散熱器中的冷卻液用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，冷卻液在水泵的作用下由發(fā)動(dòng)機(jī)流入散熱器，在風(fēng)扇的作用下，冷卻空氣流過(guò)所述散熱器，以吸收散熱器散出的熱量，其特征在于，該方法包括: 接收冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度、冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度和散熱器的散熱效能； 根據(jù)冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度、冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度和散熱器的散熱效能來(lái)計(jì)算熱平衡飽和溫度；以及 根據(jù)所述熱平衡飽和溫度和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度來(lái)判斷所述冷卻系統(tǒng)是否可用； 其中，在熱平衡狀態(tài)下，冷卻液通過(guò)所述散熱器之前的溫度即為熱平衡飽和溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡飽和溫度包括: 分別計(jì)算在發(fā)動(dòng)機(jī)處于最大扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)處于最大功率及發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定功率的情況下的第一至第三熱平衡飽和溫度，并將所述第一至第三熱平衡飽和溫度中的最大值作為所述熱平衡飽和溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)熱平衡飽和溫度和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度來(lái)判斷所述冷卻系統(tǒng)是否可用包括: 在所述熱平衡飽和溫度比發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度低預(yù)定溫度值以上的情況下則判斷所述冷卻系統(tǒng)可用，否則，判斷所述冷卻系統(tǒng)不可用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡飽和溫度的公式如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度根據(jù)所述冷卻空氣吸收散熱器散出的熱量、冷卻空氣質(zhì)量流量和所述冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度計(jì)算得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度的計(jì)算公式如下:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述散熱器的散熱效能計(jì)算公式如下:
8.一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)評(píng)估裝置，該冷卻系統(tǒng)包括散熱器、風(fēng)扇和水泵，所述散熱器中的冷卻液用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，冷卻液在水泵的作用下由發(fā)動(dòng)機(jī)流入散熱器，在風(fēng)扇的作用下，冷卻空氣流過(guò)所述散熱器，以吸收散熱器散出的熱量，其特征在于，該裝置包括: 計(jì)算裝置，用于根據(jù)冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度、冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度和散熱器的散熱效能來(lái)計(jì)算熱平衡飽和溫度；以及 處理裝置，用于根據(jù)所述熱平衡飽和溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度來(lái)判斷所述冷卻系統(tǒng)是否可用； 其中，在熱平衡狀態(tài)下，冷卻液通過(guò)所述散熱器之前的溫度即為熱平衡飽和溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算裝置分別計(jì)算在發(fā)動(dòng)機(jī)處于最大扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)處于最大功率及發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定功率的情況下的第一至第三熱平衡飽和溫度，并將所述第一至第三熱平衡飽和溫度中的最大值作為所述熱平衡飽和溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述處理裝置根據(jù)熱平衡飽和溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度來(lái) 判斷所述冷卻系統(tǒng)是否可用包括: 在所述熱平衡飽和溫度比發(fā)動(dòng)機(jī)的容許溫度低預(yù)定溫度值以上的情況下則判斷所述冷卻系統(tǒng)可用，否則，判斷所述冷卻系統(tǒng)不可用。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算裝置計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡飽和溫度的公式如下:
twi = tai+ (tao-tai) / ε 其中，twi為冷卻液通過(guò)所述散熱器之前的溫度，即熱平衡飽和溫度，tai為所述冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度，ta。為所述冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度，ε為所述散熱器的散熱效能。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度根據(jù)所述冷卻空氣吸收散熱器散出的熱量、冷卻空氣質(zhì)量流量和所述冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度計(jì)算得到。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算裝置根據(jù)以下公式計(jì)算所述冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度:
tao = 0a/qaCa+tai 其中，ta。為所述冷卻空氣通過(guò)散熱器之后的溫度，OaS所述冷卻空氣吸收散熱器散出的熱量，Ca為所述冷卻空氣的比熱容，tai為所述冷卻空氣通過(guò)散熱器之前的溫度，Qa =QaPa, qa為所述冷卻空氣質(zhì)量流量，Qa為所述冷卻液體積流量，P a為冷卻空氣的密度。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述散熱器的散熱效能計(jì)算公式如下:
s=l-cxpj 丄 NTU0" [cxp(- cr NTU078) -1]|其中，q = ca/cw, Cr為冷卻空氣與冷卻液的熱容比，Ca為所述冷卻空氣的比熱容，Cw為 所述冷卻液的比熱容，NTU = kA/qaca，NTU為冷卻空氣的傳熱單元數(shù)，A為散熱器的散熱面積，qa為所述冷卻空氣質(zhì)量流量，k為傳熱系數(shù)，k的值與單位面積的冷卻空氣質(zhì)量流量一一對(duì)應(yīng)，所述單位面積的冷卻空氣質(zhì)量流量計(jì)算公式如下:
Qal = Qa/Al 其中，Qal為單位面積的冷卻空氣質(zhì)量流量，A1為散熱器芯體的迎風(fēng)面積。
15.一種挖掘機(jī)，其特征在于，包括: 權(quán)利要求8至14中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置。
【文檔編號(hào)】F01P3/00GK103899404SQ201410113527
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】魏新, 張明珍, 東榮, 李勇強(qiáng) 申請(qǐng)人:中聯(lián)重科股份有限公司渭南分公司, 中聯(lián)重科股份有限公司