一种双燃料DF发动机的新型高温冷却水系统的制作方法

一种双燃料df发动机的新型高温冷却水系统
技术领域
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本发明涉及船用柴油机的部件，具体涉及一种双燃料df发动机的新型高温冷却水系统，属于内燃机技术领域。


背景技术：

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随着国际贸易和船舶运输的发展，以石油产品为燃料的船舶柴油机的废气排放对当前环境的污染越来越严重，为了实现节能减排，船用双燃料发动机技术获得了越来越多的关注。船舶低速双燃料发动机是指，不仅可以使用燃油(柴油/重油)作为燃料，同时也能采用燃气(天然气)作为燃料的船舶发动机。对于在燃气模式下采用otto循环的双燃料df发动机，其工作原理是，低压天然气(1.6mpa以下)在发动机压缩行程中直接进入缸套与扫气空气进行预混合，当压缩行程活塞到达上止点附近后，通过点火油直接点燃混合气体并燃烧做功。
[0003]
由于双燃料df发动机燃气模式采用otto循环，缸套在发动机高负荷时的热负荷显著提升，因此需要根据缸套的热负荷状态动态调整缸套冷却水的流量及温度，以避免缸套在发动机高负荷运转时热负荷过高，出现拉缸等恶劣工况。另一方面，双燃料df发动机在燃油模式下，在非硫排放控制区域由于仍可以采用高硫油(硫含量0.1％＜s≤0.5％)，因此如果发动机缸套温度过低，尤其是低负荷运转时，则燃烧过程中产生的硫化物则会冷凝附着在缸套内壁，从而导致缸套内壁出现冷腐蚀等恶劣工况，因此也需要根据缸套的温度状态动态调整缸套冷却水的流量及温度。
[0004]
船用发动机的冷却水系统分为低温冷却水系统和高温冷却水系统，低温冷却水系统主要流经空冷器，用于冷却扫气空气，而高温冷却水系统则包括缸套冷却水系统和缸盖冷却水系统，也即高温冷却水系统流经缸套和缸盖，用于冷却缸套和缸盖。常规的高温冷却水系统为单独一路，即只有一个外接进口，这部分高温冷却水先流入缸套，从缸套流出后再流入缸盖。


技术实现要素：

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本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种双燃料df发动机的新型高温冷却水系统，有效地改善双燃料df发动机在燃气模式下高负荷状态缸套热负荷过高以及燃油模式下低负荷状态缸套温度过低的情况，改善发动机缸套的工况，延长发动机缸套的运转寿命。
[0006]
本发明用以解决其技术问题的技术方案如下：
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一种双燃料df发动机的新型高温冷却水系统，其特征在于：所述高温冷却水系统包括有压差传感器、气动流量调节阀、主控制器、冷却水出口以及相互独立的缸盖冷却水进口和缸套冷却水进口；所述缸套冷却水进口连接气缸套，所述缸盖冷却水进口通过所述气动流量调节阀连接气缸盖，该气缸盖和气缸套连接所述冷却水出口，所述压差传感器连接于所述缸盖冷却水进口和缸套冷却水进口之间，所述主控制器分别与所述压差传感器和气
动流量调节阀连接，并且依照所述双燃料df发动机在不同运转模式及负荷下的缸套-缸盖冷却水进口压差与流量map参数表，根据所述压差传感器反馈的缸盖进口冷却水与缸套进口冷却水之间的压差信号，控制调整所述气动流量调节阀的开度，实现高温冷却水流量的动态调节，确保所述双燃料df发动机在燃气运行模式和燃油运行模式的各种不同负荷状态下，所述气缸盖和气缸套都能够得到充分的冷却，以满足所述双燃料df发动机稳定可靠运转的要求。
[0008]
进一步地，所述的高温冷却水系统还包括有设置于所述气缸套上的缸套温度传感器，该缸套温度传感器与所述主控制器连接且向该主控制器实时反馈所述气缸套的温度信号，以作为所述高温冷却水流量的动态调节的辅助反馈，所述主控制器基于所述气缸套的实际温度在允许的压差偏差范围内，对所述气动流量调节阀的开度自动进行调整。
[0009]
进一步地，所述的高温冷却水系统还包括有节流孔板，该节流孔板连接于所述缸盖冷却水进口与气动流量调节阀之间，以使所述高温冷却水系统的动态调节功能出现故障时，该高温冷却水系统能够切换回常规的高温冷却水系统，确保所述双燃料df发动机的正常运转。
[0010]
进一步地，所述的气动流量调节阀为故障常开阀。
[0011]
本发明的另一技术方案为：
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一种采用上述高温冷却水系统实现的双燃料df发动机高温冷却水流量的动态调节方法，其包括具体步骤如下：
[0013]
步骤一，通过试验及实际测量，针对各种型号的双燃料df发动机，依照缸套在各典型负荷下的工作温度要求，获得在燃气运行模式和燃油运行模式以及典型负荷状态下的缸套-缸盖冷却水进口压差值，并制成map参数表，再将该map参数表与缸套在各典型负荷下的工作温度值一并写入所述主控制器4；
[0014]
步骤二，所述双燃料df发动机运行时，所述主控制器根据步骤一中取得的map参数表和反馈的缸盖进口冷却水与缸套进口冷却水之间的压差，动态控制调整所述气动流量调节阀的开度，使该压差的实际值符合该map参数表中相应负荷下的压差设定值；
[0015]
步骤三，所述主控制器对所述气缸套的实际温度进行监测，若该气缸套的实际温度超差，则所述主控制器在所述map参数表允许的偏差范围内对所述气动流量调节阀进行调整，调整的幅度依照所述实际温度的偏差值确定。
[0016]
进一步地，所述的步骤一中，各典型负荷点之间的负荷点的缸套-缸盖冷却水进口压差值map参数采用线性差值的方法取得。
[0017]
进一步地，所述的步骤二中，所述压差的动态控制调整的响应时间允许有延时，所述压差的实际值与设定值之间允许有偏差。
[0018]
进一步地，所述的步骤三中，当缸盖进口冷却水与缸套进口冷却水之间的压差实际值达到设定值的上偏差或者下偏差时，则在所述主控制器上提示缸套温度报警，并提示采用手动调节所述气动流量调节阀的开度。
[0019]
与现有高温冷却水系统相比，本发明达到了下列效果：
[0020]
1、实现了高温冷却水流量的动态调节，有效改善了双燃料df发动机在燃气模式下高负荷状态时缸套热负荷过高，以及燃油模式下低负荷状态时缸套温度过低的状况，改善了发动机缸套工况，延长了发动机缸套的运转寿命。
[0021]
2、系统结构简单可靠，仅增加了压差传感器、温度传感器以及气动流量调节阀，一旦系统出现故障，能够自动切换回常规的高温冷却水系统，从而不影响发动机的正常运转。
附图说明
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图1是本发明的系统图。
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图中，
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1—气动流量调节阀，2—压差传感器，3—缸套温度传感器，4—主控制器，5—节流孔板。
具体实施方式
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下面结合图1对本发明的实施例作详细的说明。
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请参阅图1，所述双燃料df发动机新型高温冷却水系统设有独立的缸盖冷却水进口和缸套冷却水进口以及主控制器4，在缸盖冷却水进口增加设有气动流量调节阀1(故障常开)，在所述缸盖冷却水进口与缸套冷却水进口之间增加设有压差传感器2，以及在缸套上增加设置缸套温度传感器3。
[0027]
所述主控制器4分别与所述压差传感器2和气动流量调节阀1连接，并且依照发动机在不同运转模式及负荷下的缸套-缸盖冷却水进口压差与流量map参数表，根据所述压差传感器2反馈的缸盖进口冷却水与缸套进口冷却水之间的压差信号，并以缸套的温度信号进行修正反馈，动态调整缸盖冷却水进口的气动流量调节阀1的开度，确保双燃料df发动机在两种运行模式的各种负荷下，缸盖和缸套都可以得到合适程度的冷却，满足发动机稳定可靠运转要求。
[0028]
为避免该高温冷却水系统出现故障导致发动机高温冷却水无法正常工作的发生，所述气动流量调节阀1采用故障常开阀，并在缸盖冷却水进口额外增加节流孔板5，以确保所述高温冷却水系统出现故障时，发动机的高温冷却水系统仍能切换回常规的高温冷却水系统，而不影响发动机正常运转。
[0029]
本发明的工作过程如下：
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当发动机运行时，主控制器4根据控制系统中的发动机在不同运转模式及负荷下的缸套-缸盖冷却水进口压差与流量map参数表，通过调节气动流量调节阀1的开度，完成缸套-缸盖冷却水进口压差的调整(如，当前为燃油模式负荷15％，而map参数表中燃油模式下10％负荷时压差要求0.4bar，20％负荷时压差要求0.6bar，考虑偏差范围20％，则当前15％负荷下的压差调整范围为0.4～0.6bar)；同时缸套温度传感器3开始监测缸套温度并进行反馈，如果温度超差(如，当前负荷下缸套实际温度为175度，同时压差显示为0.45bar，二要求的最大工作温度为160度，180度报警，200度发动机降速)，则控制所述气动流量调节阀1进一步减小开度，提高缸套-缸盖冷却水进口的压差(提高压差可以提高缸套水流速和流量，有利于缸套散热)，如果压差处于上偏差时(如0.6bar)，缸套温度仍然超差，则发动机控制系统反馈缸套温度报警，改由手动操作。当本系统出现故障时，如气动流量调节阀1的开度反馈故障报警，压差传感器2信号反馈报警等，则气动流量调节阀1常开，切回常规的高温冷却水系统。
[0031]
采用所述高温冷却水系统实现的双燃料df发动机高温冷却水流量的动态调节方
法，具体步骤如下：
[0032]
步骤一，通过试验及实际流量测量，针对各型号双燃料df发动机，依照缸套在各负荷下的工作温度要求，将两种不同运行模式以及典型运行负荷所要求的缸套-缸盖冷却水进口压差做成map参数表，和缸套在各负荷下的工作温度要求(及其报警值)一并写入发动机控制系统主控制器4，各典型负荷点之间的压差map参数采用线性差值的方法。
[0033]
步骤二，双燃料df发动机运行时，根据发动机控制系统中的该map参数表，动态调整气动流量调节阀的开度，使相应负荷下的缸套-缸盖冷却水进口压差满足该map参数表，设定值和实际值允许有偏差(比如最大偏差为设定值的
±
20％)，动态调整的响应时间允许有延时(比如最大30s)。
[0034]
步骤三，当缸套-缸盖冷却水进口压差调整结束后，发动机控制系统需监测缸套的实际工作温度，该监测反馈要求有延时(比如最小30s，最大100s)，如果监测到的缸套实际工作温度超差，应控制气动流量调节阀在允许的偏差范围内进行调整，调整的幅度依照温度偏差进行。如果缸套-缸盖冷却水进口压差达到设定值的上偏差或者下偏差时，缸套实际工作温度依然触发报警，则在控制系统上提示缸套温度报警，并提示可采用遥控手动调节气动流量调节阀1的开度。
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凡依据本说明书的内容所做的等效变化及修改，都属于本发明申请的技术范围；本发明要求的保护范围不仅限于上述实施例，也应包括其他对本发明显而易见的变换和替代方案。