一種冷卻系統及控制方法與流程
本發明涉及工程機械技術領域，尤其涉及一種冷卻系統及控制方法。
背景技術：
工程機械主要用于土方施工、工程建設等復雜、惡劣工況，作業負荷大，因此發動機經常處于高轉速、大扭矩狀態下工作，由于變矩器、變速箱等傳動件的功率損失，導致整機的散熱功率比較大。同時工程機械應用地域廣泛，需要適應極寒、高溫等不同環境，具備良好的環境適應性。上述因素對工程機械的冷卻系統提出了比較高的要求。
目前工程機械普遍采用的冷卻系統主要有兩種結構，一種是由發動機通過皮帶直接驅動的定傳動比式冷卻風扇，實現冷卻系統的散熱；另一種是相對比較先進的溫控液驅風扇冷卻系統，其原理為控制器根據溫度傳感器測量的溫度數據按預定程序控制比例溢流閥的開度，進而改變液壓馬達的壓力和流量，從而控制液壓馬達的轉速，以此實現對風扇轉速的調節和冷卻系統的散熱。
定傳動比式風扇由曲軸以定傳動比驅動，按最大熱負荷工況設計。其結構簡單、性能可靠、成本較低，但存在以下重大缺陷：①發動機啟動轉矩較大，預熱時間長；②風扇能耗大；③不能根據發動機的散熱需要調整風扇轉速，導致發動機超熱負荷或冷態磨損；④風扇安裝位置嚴重受限；⑤產生嚴重噪聲。
溫控液驅風扇冷卻系統可以根據發動機水溫等參數實現自動調節風扇的轉速，從而合理控制工程機械的散熱情況，使整機始終保持在最佳工作溫度，具有工況及環境適應性好、易于控制、對發動機影響小等優點。但也存在以下重大缺陷：①液驅系統的效率受泵、馬達、管路等多因素影響，整體效率比較低，在增大整機能耗同時還造成了液壓系統散熱量的增加；②由于成本、空間布置等因素實現工程機械上發動機散熱器、空空中冷器、工作油冷器等多個散熱模塊各自獨立的風扇散熱控制比較困難，無法使各系統都達到最佳的工作溫度；③為了實現風扇的快速響應，減小驟增的扭矩對液驅系統的影響，即使在各散熱模塊依靠自然散熱能夠滿足散熱需要的情況下風扇也低速待命轉動，這造成了一定的能量浪費；④同時還存在維護成本高、維修性差、結構復雜等缺點。
有鑒于此，亟待針對工程機械開發一種新的冷卻系統及其控制方法，以解決目前傳統冷卻系統存在的缺。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種冷卻系統，解決了現有技術存在的缺點，可以根據各散熱模塊散熱負荷的大小自動調節風扇轉速，實現了對各散熱模塊的合理熱管理。
本發明的另一目的在于提供一種上述冷卻系統的控制方法。
為達此目的，本發明采用以下技術方案：
一種冷卻系統，包括：
溫度傳感器、控制器、PWM直流調速器、節溫器和風扇；
各散熱模塊處均設置有獨立的所述溫度傳感器、節溫器和風扇；所述控制器與所述溫度傳感器相連，所述控制器還與所述PWM直流調速器相連；所述PWM直流調速器分別與所述節溫器和風扇連接，用于調節所述節溫器的開閉和所述風扇的轉速；所述風扇上設置有轉速傳感器，所述轉速傳感器與所述控制器連接，用于將所述風扇的轉速信號反饋至所述控制器。
作為優選，所述PWM直流調速器由發電機為其提供電源，所述發電機并聯有蓄電池。
作為優選，所述發電機與所述PWM直流調速器的連接回路上設置有熔斷器。
作為優選，每個散熱模塊處設置有一個節溫器和至少一個風扇。
一種如上述任一項所述的冷卻系統的控制方法，包括如下步驟：
a)以散熱系統中任意一個散熱模塊為例，設定該散熱模塊的冷卻介質的最佳溫度下限為T1min，最佳溫度上限為T1max，在T1min和T1max之間設定一預設值T1，極限溫度下限為T3，極限溫度上限為T4；
b)當溫度傳感器檢測到冷卻介質的溫度達到T1min時，節溫器開啟，并以溫度為參數實現比例開度，當冷卻介質的溫度達到T1時，節溫器達到最大開度，當冷卻介質的溫度升高至T1與T1max之間時，節溫器保持最大開度，同時風扇啟動，并以一恒定的速度保持轉動；
c)當冷卻介質的溫度升高至T1max與T3之間時，風扇轉速隨冷卻介質溫度的升高而加快；
d)當冷卻介質的溫度升高至T3和T4之間時，風扇保持最大轉速恒速運轉；當溫度繼續升高至極限溫度T4以上時，風扇保持以最大轉速恒速運轉，同時系統對該散熱模塊的高溫狀態進行報警；
e)當冷卻介質的溫度下降且處于T4以上或T4至T3之間時，風扇仍保持最大轉速恒速運轉，轉速不作調整；
f)當冷卻介質的溫度下降至T3與T1max之間時，控制器連續采集預設次數內的平均溫度數據，并進行循環比對，當溫度環比降低時，控制器延遲預設時間后降低風扇轉速，如果在延遲時間內溫度上升，則不進行降速動作，而執行提高轉速動作；
g)當冷卻介質的溫度下降至T1max與T1之間時，對于具有單一風扇的散熱模塊，則風扇保持恒速運轉；
h)當冷卻介質的溫度下降至T1與T1min之間時，風扇停止運轉；
i)當冷卻介質的溫度下降至低于T1min時，風扇保持靜止，同時節溫器關閉。
作為優選，在T1max與T3之間還設定有一中間值T2，當冷卻介質溫度介于T1max和T2之間時風扇轉速隨溫度升高的加快速度，小于，當溫度介于T2和T3之間時風扇轉速隨溫度升高的加快速度。
作為優選，在運行步驟b)的過程中，若該散熱模塊處設置有多個風扇，當冷卻介質的溫度升高至大于T1時，則節溫器保持開啟，同時控制第一個風扇啟動，并以一恒定的速度保持轉動，當冷卻介質的溫度在T1與T1max的溫度區間內繼續上升時，則啟動第二個風扇以一恒定的速度保持轉動，并以此類推直至所有風扇全部啟動。
作為優選，在步驟g)中，對于具有多個風扇的散熱模塊，控制器連續采集預設次數內的平均溫度數據，并進行循環比對，當溫度環比降低時，控制器延遲預設時間后減少運轉風扇數量，并以此類推直至所有風扇全部停止；如果在延遲時間內溫度上升，則進行增加運轉風扇數量動作；
作為優選，在運行步驟b)至i)的過程中，控制器同時通過轉速傳感器采集風扇的轉速，如果出現轉速異常則進行報警。
本發明的有益效果：
本發明提供一種冷卻系統及控制方法，包括控制器、溫度傳感器、PWM直流調速器、節溫器、風扇和轉速傳感器，溫度傳感器可實時監測各散熱模塊的溫度，控制器根據該溫度信號向PWM直流調速器發出控制信號，PWM直流調速器可根據該控制信號調節各散熱模塊處節溫器的開閉和風扇的轉速，從而實時、合理的控制整機散熱，使整機各散熱模塊始終保持在最理想的溫度范圍內，同時最大程度上降低了風扇功率消耗，提高了整機的效率。
附圖說明
圖1是本發明提供的冷卻系統的結構原理示意圖；
圖2是本發明提供的冷卻介質溫度與風扇轉速的函數圖；
圖3是本發明提供的冷卻系統控制流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
如圖1所示，本發明提供一種冷卻系統，包括控制器、溫度傳感器、PWM直流調速器、節溫器、風扇和轉速傳感器，其中：
各散熱模塊處均設置有各自獨立的溫度傳感器，用于檢測散熱模塊的溫度信號，各溫度傳感器僅對相對應的散熱模塊的風扇起作用，在本實施例中，散熱模塊包括發動機散熱器、液壓油冷器及空空中冷器等；
控制器與溫度傳感器相連，控制器通過溫度信號來向與其相連的PWM直流調速器發出控制信號，PWM直流調速器由發電機為其提供電源，發電機并聯有蓄電池，以起到穩壓作用，發電機與PWM直流調速器的連接回路上設置有熔斷器，PWM直流調速器具有穩速精度高、調速范圍寬及電機損耗小的優勢；
PWM直流調速器分別與各個散熱模塊處的節溫器和風扇連接，用于根據控制器的控制信號來調節各散熱模塊處節溫器的開閉和風扇的轉速；為杜絕傳統工程機械各散熱模塊共用一個冷卻風扇而無法兼顧所有散熱模塊的散熱需求，造成部分散熱模塊過冷或過熱等不良影響，故在每個散熱模塊處設置有一個節溫器和至少一個風扇，并由控制器進行獨立控制，從而避免各散熱模塊的相互影響；各個散熱模塊處風扇的具體數量可根據散熱模塊散熱功率的實際需求而定，矩形或正面積較大的散熱模塊布置有多個風扇(例如本實施例中的發動機散熱器)，且風扇直徑可以不同，同一散熱模塊的各風扇由控制器和PWM直流調速器獨立控制，各風扇之間不存在聯系；
風扇上設置有轉速傳感器，轉速傳感器與控制器連接，用于將風扇的轉速信號反饋至控制器。
如圖2-3所示，本發明還提供了一種如上述任一項所述的冷卻系統的控制方法，在散熱系統開始工作前，首先給車輛通電，對各溫度傳感器進行檢測，當判斷某一溫度傳感器出現故障時進行報警，當各溫度傳感器無故障判定后車輛啟動，然后對各風扇進行檢測，檢測方法為：通過控制PWM直流調速器的電壓輸出測試風扇轉速，當控制器發現風扇的轉速傳感器檢測到的轉速與實際測試的經驗轉速存在較大差異時，如果風扇實際轉速過快，判斷為PWM直流調速器輸出電壓過高或風扇外負載過低，則執行報警；如果風扇轉速過低，則判斷為PWM直流調速器輸出電壓過低或風扇故障或風扇外負載過高，則進行報警；同時為避免潛在的高溫故障導致車輛損壞，出現上述故障的散熱模塊執行故障模式。當各風扇無故障判定后，散熱系統開始工作，具體包括如下步驟：
a)以散熱系統中任意一個散熱模塊為例，設定該散熱模塊的冷卻介質的最佳溫度下限為T1min，最佳溫度上限為T1max，在T1min和T1max之間設定一預設值T1，T1max與T3之間還設定有一中間值T2，極限溫度下限為T3，極限溫度上限為T4，參見圖2；
b)當溫度傳感器檢測到冷卻介質的溫度低于T1min時，控制器控制該散熱模塊處的節溫器關閉，風扇靜止不轉動，當冷卻介質的溫度達到T1min時，節溫器開啟，并以溫度為參數實現比例開度，當冷卻介質的溫度達到T1時，節溫器達到最大開度，在此過程中，控制器同時通過轉速傳感器采集風扇的轉速，如果出現轉速異常即風扇轉速大于允許風扇受氣流影響而自然轉動的最大數值，則進行報警；
當冷卻介質的溫度升高至T1與T1max之間時，節溫器保持最大開度，同時風扇啟動，并以一恒定的速度保持轉動；
若該散熱模塊處設置有多個風扇，則當冷卻介質的溫度升高至大于T1時，節溫器保持開啟，同時控制第一個風扇啟動，并以一恒定的速度保持轉動，當冷卻介質的溫度在T1與T1max的溫度區間內繼續上升時，則啟動第二個風扇以一恒定的速度保持轉動，并以此類推直至該散熱模塊處所有風扇全部啟動；
c)當冷卻介質溫度升高至T1max和T2之間時，風扇轉速隨溫度的升高而加快，某一溫度T時刻的風扇轉速當溫度繼續升高至T2和T3之間時，風扇隨溫度的升高而轉動更快以使系統溫度快速下降，某一溫度T時刻的風扇轉速參見圖2；
d)當冷卻介質的溫度升高至T3和T4之間時，風扇保持最大轉速恒速運轉；當溫度繼續升高至極限溫度T4以上時，風扇保持以最大轉速恒速運轉，同時系統對該散熱模塊的高溫狀態進行報警。
e)當冷卻介質的溫度下降且處于T4以上或T4至T3之間時，為了確保系統的散熱性能，風扇仍保持最大轉速恒速運轉，轉速不作調整；
f)當冷卻介質的溫度下降至T3與T1max之間時，控制器連續采集預設次數內的平均溫度數據，并進行循環比對，當溫度環比降低時，控制器延遲預設時間后降低風扇轉速，如果在延遲時間內溫度上升，則不進行降速動作，而執行提高轉速動作；
g)當冷卻介質的溫度下降至T1max與T1之間時，對于具有單一風扇的散熱模塊，則風扇保持恒速運轉；對于具有多個風扇的散熱模塊，控制器連續采集預設次數內的平均溫度數據，并進行循環比對，當溫度環比降低時，控制器延遲預設時間后減少運轉風扇數量，并以此類推直至所有風扇全部停止，如果在延遲時間內溫度上升，則進行增加運轉風扇數量動作；
h)當冷卻介質的溫度下降至T1與T1min之間時，風扇停止運轉；
i)當冷卻介質的溫度下降至低于T1min時，風扇保持靜止，同時節溫器關閉。
在運行步驟b)至i)的過程中，控制器同時通過轉速傳感器采集風扇的轉速，如果出現轉速異常即風扇轉速明顯異常于控制器指令對應的轉速范圍時，則進行報警。
另外，為了實現某些特殊功能：比如檢測某一或全部散熱模塊，可以通過控制器將全部或部分散熱模塊的風扇和電控節溫器關閉，即風扇和電控節溫器不隨溫度的升高變化而開啟和運轉；再比如對某一散熱模塊內部進行清理、除銹等，可以通過控制器將全部或部分節溫器開啟，即節溫器不隨溫度的降低變化而關閉；再比如對某一散熱模塊外部進行清潔、清理等，可以通過控制器將全部或部分風扇開啟并高速運轉，即風扇轉速及運行狀態與冷卻介質溫度無關。
控制器可以基于冷卻介質溫度參數控制風扇和節溫器的運轉狀態和開啟、關閉。同時還可以通過控制器單獨控制節溫器的開啟、關閉以及風扇的靜止或高速運轉。并且，所有的風扇都為控制器和PWM獨立控制，具備反轉功能。當某一散熱模塊的某一風扇出現故障時，執行故障模式防止系統高溫。并且，由于正常狀態下風扇都是基于冷卻介質溫度參數進行運轉，因此控制器按相應散熱模塊的實際散熱功率需要最優的控制風扇運轉數量和轉速，使風扇所消耗的功率降到最小。
顯然，本發明的上述實施例僅僅是為了清楚說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。
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