一种船艇发动机冷却系统及控制方法

1.本发明涉及发动机冷却技术领域，更具体地说，它涉及一种船艇发动机冷却系统及控制方法。


背景技术：

2.发动机一般使用内燃机，内燃机是通过燃烧所产生的热能来作功。但是，有效动力仅仅是燃料所具有的全能量的30％～40％，剩下的能量作为排气热损失、机械摩擦热损失而耗损，从而释放大量热量，使发动机温度升高。而发动机温度过高可能导致气缸充气量减少和燃烧不正常，发动机功率下降或燃料经济性差，汽油机易产生早燃和爆燃等不良后果，所以需对内燃机各部位进行冷却。
3.相比于汽车最终与空气进行换热，换热效率较低且空气受环境因素影响更大，水作为高速船艇的载体，既是良好、天然的换热介质，换热效率也优于风冷。
4.专利cn210660286u公开了一种船舶发动机海水冷却系统，该冷却系统根据发动机的水温、油温和进气温度来控制第一电子节流阀的开度，从而进入发动机的冷却水流量。该冷却系统仅仅是控制单一的第一电子节流阀的开度，控制不够精细，存在发动机的冷却液温度波动大的问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种船艇发动机冷却系统。
6.本发明的目的二是提供一种船艇发动机冷却系统的控制方法。
7.为了实现上述目的一，本发明提供一种船艇发动机冷却系统，包括控制器、连接在发动机冷却液回路上的冷却管、用于检测外部水源温度的第一温度传感器，所述冷却管包括依次连接入口段、中间段、散热段；所述入口段设有第二温度传感器，所述中间段的外围设有第一冷却壳，所述第一冷却壳内设有射流喷管，所述射流喷管设有向所述中间段喷水的射流喷口，所述射流喷管的一端延伸到所述第一冷却壳的外侧并连接有智能泵，所述第一冷却壳设有第一排水口；所述散热段的外围设有第二冷却壳，所述第二冷却壳的一端设有入水口，另一端设有第二排水口，所述入水口、第二排水口均设有智能阀，所述入水口连接有水泵，所述散热段的出口设有第三温度传感器，所述第二排水口设有第四温度传感器；所述智能泵、水泵通过水管连接外部水源，所述控制器电性连接所述智能泵、智能阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器。
8.作为进一步地改进，所述入口段为入口处较厚、出口处较薄的变厚度圆管。
9.进一步地，所述入口段为入口处的直径较小、出口处的直径较大的变直径圆管。
10.进一步地，所述射流喷管与所述中间段平行布置，所述射流喷口数量为多个，且沿所述中间段的流向均匀间隔布置。
11.进一步地，所述射流喷管数量为多个，多个所述射流喷管围绕所述中间段均匀布
置。
12.进一步地，所述中间段的外壁设有第一扰流肋。
13.进一步地，所述散热段的外壁设有第二扰流肋。
14.进一步地，所述控制器为ecu或单片机或plc控制器。
15.为了实现上述目的二，本发明提供一种船艇发动机冷却系统的控制方法，包括以下步骤：
16.步骤1.启动发动机后，发动机温度控制系统首先自检各部件是否能正常工作；若检查结果显示各部件正常，则进入到正常航行模式；否则报错；
17.步骤2.通过第一温度传感器获取外部水源温度，通过第二温度传感器获取入口的冷却液温度，通过第三温度传感器获取出口的冷却液温度，通过第四温度传感器获取第二排水口的水温度，以及获取船艇的相对行驶速度；根据外部水源温度、入口的冷却液温度、出口的冷却液温度、相对行驶速度来控制智能泵的工作流量，以及控制入水口、第二排水口的智能阀开度来控制第二冷却壳内水的流量，使冷却液达到最适宜的温度，最终使发动机在最适宜的工况下运行。
18.作为进一步地改进，控制智能泵的工作流量如下式：
[0019][0020][0021][0022]
式中，hm/h为流体对流换热系数，d为特征长度，λ为流体热传导率，red为雷诺数，pr为普朗特数，(nud)m为努塞尔数，ue为相对行驶速度，v运动粘度，tw/tj为流体进/出口温度，φ/q为热流量/热流密度；
[0023]
控制第二冷却壳内水的流量如下式：
[0024]
φ＝kaδtm[0025]
φ＝q
m1
c1(t1'-t
1”)＝q
m2
c2(t2”‑
t2')
[0026]
式中:φ为热流量，δ:为对流平均温差，c1、c2分别为冷却液和水的比热容，q
m1
、q
m2
分别为冷却液和水的质量流量，k为散热段与冷却液的传热系数，a为散热段与冷却液的换热面积，t1'、t
1”分别为入口的冷却液温度、出口的冷却液温度，分别，t2'、t
2”分别为外部水源温度、第二排水口的水温度。
[0027]
有益效果
[0028]
本发明与现有技术相比，具有的优点为：
[0029]
本发明先通过控制智能泵的工作流量在第一冷却壳内向中间段喷水，进行一级散热，使高温的发动机冷却液降到较低温度，然后控制入水口、第二排水口的智能阀开度来控制在第二冷却壳内流动水的流量，进行二级散热，使冷却液达到最适宜的温度，最终使发动机在最适宜的工况下运行，本发明通过两级散热进行船艇发动机温度控制，与现有技术相比，控制更加精细，发动机的冷却液温度波动更小。
附图说明
[0030]
图1为本发明的结构示意图；
[0031]
图2为本发明的中间段的结构示意图；
[0032]
图3为本发明的控制流程图。
[0033]
其中：1-入口段、2-中间段、3-散热段、4-第一冷却壳、5-射流喷管、6-射流喷口、7-智能泵、8-第一排水口、9-第二冷却壳、10-入水口、11-第二排水口、12-第一扰流肋。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
[0035]
参阅图1～图3，一种船艇发动机冷却系统，包括控制器、连接在发动机冷却液回路上的冷却管、用于检测外部水源温度的第一温度传感器。冷却管包括依次连接入口段1、中间段2、散热段3；入口段1设有第二温度传感器，中间段2的外围设有第一冷却壳4，第一冷却壳4内设有射流喷管5，射流喷管5设有向中间段2喷水的射流喷口6，射流喷管5的一端延伸到第一冷却壳4的外侧并连接有智能泵7，智能泵7即可以根据参数调节流量的泵，第一冷却壳4设有第一排水口8；散热段3的外围设有第二冷却壳9，第二冷却壳9的一端设有入水口10，另一端设有第二排水口11，入水口10、第二排水口11均设有智能阀，智能阀即可以根据参数调节流量的阀，入水口10连接有水泵，散热段3的出口设有第三温度传感器，第二排水口11设有第四温度传感器；智能泵7、水泵通过水管连接外部水源，控制器电性连接智能泵7、智能阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器。
[0036]
入口段1为入口处较厚、出口处较薄的变厚度圆管。高温流体在温度最高的入口部位相应的入口段1的厚度越大，结构强度好安全可靠。
[0037]
入口段1为入口处的直径较小、出口处的直径较大的变直径圆管，能够把冷却液减速扩压。
[0038]
射流喷管5与中间段2平行布置，射流喷口6数量为多个，且沿中间段2的流向均匀间隔布置。射流喷管5数量为多个，多个射流喷管5为并联设置，即多个射流喷管5共用一个智能泵7，且围绕中间段2均匀布置。中间段2的外壁设有第一扰流肋12，可以用来强化中间段2内冷却液的传热。
[0039]
散热段3的外壁设有第二扰流肋，可以用来强化散热段3内冷却液的传热。
[0040]
控制器为ecu或单片机或plc控制器。
[0041]
一种船艇发动机冷却系统的控制方法，包括以下步骤：
[0042]
步骤1.启动发动机后，发动机温度控制系统首先自检各部件是否能正常工作；若检查结果显示各部件正常，则进入到正常航行模式；否则报错；需要说明的是，发动机系统自检属于目前安装有发动机控制系统的船艇的原有功能，本发明并不对其实现方式进行改进；
[0043]
步骤2.通过第一温度传感器获取外部水源温度，通过第二温度传感器获取入口的冷却液温度，通过第三温度传感器获取出口的冷却液温度，通过第四温度传感器获取第二排水口11的水温度，以及获取船艇的相对行驶速度，相对行驶速度为船艇行驶与水流的相对速度；根据外部水源温度、入口的冷却液温度、出口的冷却液温度、相对行驶速度来控制智能泵7的工作流量，以及控制入水口10、第二排水口11的智能阀开度来控制第二冷却壳9
内水的流量，使冷却液达到最适宜的温度，最终使发动机在最适宜的工况下运行。即当行驶水域水温较低或者刚启动发动机时，射流喷管5的射流强度会减弱，智能阀的开度会变小或者关闭，当行驶水域水温较高或是发动机温度过高时，射流喷管5的射流强度会增强，智能阀的开度会增大。
[0044]
控制智能泵7的工作流量如下式：
[0045][0046][0047][0048]
式中，hm/h为流体对流换热系数，d为特征长度，λ为流体热传导率，red为雷诺数，pr为普朗特数，(nud)m为努塞尔数，ue为相对行驶速度，v运动粘度，tw/tj为流体进/出口温度，φ/q为热流量/热流密度；
[0049]
控制第二冷却壳9内水的流量如下式：
[0050]
φ＝kaδtm[0051]
φ＝q
m1
c1(t1'-t
1”)＝q
m2
c2(t2”‑
t2')
[0052]
式中:φ为热流量，δ:为对流平均温差，c1、c2分别为冷却液和水的比热容，q
m1
、q
m2
分别为冷却液和水的质量流量，k为散热段3与冷却液的传热系数，a为散热段3与冷却液的换热面积，t1'、t
1”分别为入口的冷却液温度、出口的冷却液温度，分别，t2'、t
2”分别为外部水源温度、第二排水口11的水温度。最终根据第二冷却壳9内水的流量来控制入水口10、第二排水口11的智能阀开度。
[0053]
由于行驶环境的变化是不固定的。若系统采集到的参数会来回波动。射流喷管5的射流强度、智能阀的开度会不断变化，不仅增加了系统的负担，给乘客带来非常不好的体验。为解决这一问题，本实施作出了进一步的改进。
[0054]
具体的改进为，预设最大波动温度；在发动机冷却液温度发生变化时，再判断波动温度与最大波动温度之间的关系。若波动温度大于最大波动温度，则对射流喷管5的射流强度、智能阀的开度进行调整。
[0055]
与现有技术相比，本发明的技术方案把水作为冷却介质，大大增加了换热效率，并且水作为良好、天然的换热介质在船艇上易于获取。
[0056]
用冷却系统对射流喷管5的射流强度、第二冷却壳9的智能阀的开度进行调节，以便更好地对冷却剂温度、发动机温度进行控制，适应不同的水域环境。
[0057]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

技术特征：
1.一种船艇发动机冷却系统，其特征在于，包括控制器、连接在发动机冷却液回路上的冷却管、用于检测外部水源温度的第一温度传感器，所述冷却管包括依次连接入口段(1)、中间段(2)、散热段(3)；所述入口段(1)设有第二温度传感器，所述中间段(2)的外围设有第一冷却壳(4)，所述第一冷却壳(4)内设有射流喷管(5)，所述射流喷管(5)设有向所述中间段(2)喷水的射流喷口(6)，所述射流喷管(5)的一端延伸到所述第一冷却壳(4)的外侧并连接有智能泵(7)，所述第一冷却壳(4)设有第一排水口(8)；所述散热段(3)的外围设有第二冷却壳(9)，所述第二冷却壳(9)的一端设有入水口(10)，另一端设有第二排水口(11)，所述入水口(10)、第二排水口(11)均设有智能阀，所述入水口(10)连接有水泵，所述散热段(3)的出口设有第三温度传感器，所述第二排水口(11)设有第四温度传感器；所述智能泵(7)、水泵通过水管连接外部水源，所述控制器电性连接所述智能泵(7)、智能阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器。2.根据权利要求1所述的一种船艇发动机冷却系统，其特征在于，所述入口段(1)为入口处较厚、出口处较薄的变厚度圆管。3.根据权利要求1所述的一种船艇发动机冷却系统，其特征在于，所述入口段(1)为入口处的直径较小、出口处的直径较大的变直径圆管。4.根据权利要求1所述的一种船艇发动机冷却系统，其特征在于，所述射流喷管(5)与所述中间段(2)平行布置，所述射流喷口(6)数量为多个，且沿所述中间段(2)的流向均匀间隔布置。5.根据权利要求1所述的一种船艇发动机冷却系统，其特征在于，所述射流喷管(5)数量为多个，多个所述射流喷管(5)围绕所述中间段(2)均匀布置。6.根据权利要求1所述的一种船艇发动机冷却系统，其特征在于，所述中间段(2)的外壁设有第一扰流肋(12)。7.根据权利要求1所述的一种船艇发动机冷却系统，其特征在于，所述散热段(3)的外壁设有第二扰流肋。8.根据权利要求1所述的一种船艇发动机冷却系统，其特征在于，所述控制器为ecu或单片机或plc控制器。9.一种船艇发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.启动发动机后，发动机温度控制系统首先自检各部件是否能正常工作；若检查结果显示各部件正常，则进入到正常航行模式；否则报错；步骤2.通过第一温度传感器获取外部水源温度，通过第二温度传感器获取入口的冷却液温度，通过第三温度传感器获取出口的冷却液温度，通过第四温度传感器获取第二排水口(11)的水温度，以及获取船艇的相对行驶速度；根据外部水源温度、入口的冷却液温度、出口的冷却液温度、相对行驶速度来控制智能泵(7)的工作流量，以及控制入水口(10)、第二排水口(11)的智能阀开度来控制第二冷却壳(9)内水的流量，使冷却液达到最适宜的温度，最终使发动机在最适宜的工况下运行。10.根据权利要求9所述的一种船艇发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，控制智能泵(7)的工作流量如下式：
式中，h
m
/h为流体对流换热系数，d为特征长度，λ为流体热传导率，re
d
为雷诺数，pr为普朗特数，(nu
d
)
m
为努塞尔数，u
e
为相对行驶速度，v运动粘度，t
w
/t
j
为流体进/出口温度，φ/q为热流量/热流密度；控制第二冷却壳(9)内水的流量如下式：φ＝kaδt
m
φ＝q
m1
c1(t1'-t
1”)＝q
m2
c2(t2”‑
t2')式中:φ为热流量，δ:为对流平均温差，c1、c2分别为冷却液和水的比热容，q
m1
、q
m2
分别为冷却液和水的质量流量，，k为散热段(3)与冷却液的传热系数，a为散热段(3)与冷却液的换热面积，t1'、t
1”分别为入口的冷却液温度、出口的冷却液温度，分别，t2'、t
2”分别为外部水源温度、第二排水口(11)的水温度。

技术总结
本发明公开了一种船艇发动机冷却系统及控制方法，属于发动机冷却技术领域，解决现有船艇冷却系统在进行发动机冷却时控制不够精细的技术问题，系统包括控制器、冷却管、第一温度传感器，冷却管包括入口段、中间段、散热段；入口段设有第二温度传感器，中间段的外围设有第一冷却壳，第一冷却壳内设有射流喷管、第一排水口，射流喷管连接有智能泵；散热段的外围设有第二冷却壳，第二冷却壳设有入水口、第二排水口，入水口、第二排水口均设有智能阀，入水口连接有水泵，散热段的出口设有第三温度传感器，第二排水口设有第四温度传感器；控制器电性连接智能泵、智能阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器。第四温度传感器。第四温度传感器。


技术研发人员：潘明章 周敬承 苏铁城 梁科 梁璐 官维 曹鑫鑫
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/5/24