CN101424273A - 冷却风扇驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却风扇驱动系统。该冷却风扇驱动系统包括冷却风扇，该风扇包括数个风扇叶片，这些叶片能够引导机器的气流。该冷却风扇驱动系统包括能够检测机器的工作参数的传感器和与传感器通信耦合的控制器。该控制器能够调节冷却风扇的转速和风扇叶片的间距。

Description

冷却风扇驱动系统

技术领域

本发明涉及一种机器，更具体地说，涉及一种具有冷却风扇驱动系统的机器。

背景技术

诸如公路或非公路用的车辆这类机器和例如为发动机、发电机、电子设备等的固定机器，通常在工作期间产生相当大量的热量。该热量如果没有妥当处理，会降低燃料效率和/或引起机器部件的损坏。同样地，机器通常包括冷却系统以在工作期间将热量从机器带走。这些冷却系统可以包括特别是冷却风扇，该冷却风扇被设计成用于将热量从机器部件中引开，和/或迫使冷却气流流向机器部件。

传统的冷却风扇与发动机耦合，且以一个由发动机速度决定的速度转动。然而，这样的冷却风扇对于从动力源吸收的功率值的控制是有限的。再者，这些传统的冷却风扇可能产生大量的噪音。因此，已经开发出可变速度风扇组件，例如那些机械控制或电控制的组件，和可变间距风扇组件。总的来说，可变速度风扇组件将工作速度和所要求的冷却程度紧密地联系起来。另一方面，可变间距风扇组件通过根据冷却要求改变叶片间距来调节气流。

为了使通过冷却风扇产生的功率消耗和噪音降至最小，可以将可变速度风扇和可变间距风扇结合在一起以提高工作效率。在于2000年9月5日授予McCallum等人的美国专利US 6113351(‘351专利)描述了一种这样的系统。‘351专利描述了一种可变间距风扇，其中，风扇叶片的间距是在控制器的控制之下根据冷却风扇的速度而改变。该控制器被编程，以通过减小风扇叶片间距来对风扇速度的增加作出反应。

虽然‘351专利的冷却风扇可以在恒定速度下通过改变风扇叶片的间距来减少功率消耗和噪音产生，但是‘351专利的冷却风扇本可以以更高效率进行工作。特别是，因为冷却风扇的速度与发动机温度无关，冷却风扇可能仍然会以比必需的速度更高的速度工作。此外，改变风扇间距可能无法使从动力源吸收的功率充分优化。

发明内容

本发明的冷却风扇驱动系统专注于对现有技术的改进。

本发明的一方面涉及一种冷却风扇驱动系统。该冷却风扇驱动系统包括冷却风扇，该冷却风扇具有数个风扇叶片，这些风扇叶片被设计成用于引导机器的气流。该冷却风扇驱动系统还包括用于检测机器的工作参数的传感器和与该传感器通信耦合的控制器。该控制器被设计成用于调节冷却风扇的速度和风扇叶片的间距。

本发明的另一方面涉一种包括数个风扇叶片的冷却风扇驱动系统的操作方法。该方法包括用传感器检测机器工作参数。该方法还包括基于工作参数确定何时改变冷却风扇和/或风扇叶片间距会引起功率消耗和噪音产生的变化。该方法也包括通过选择性地调节冷却风扇的转速和风扇叶片的间距，对检测到的工作参数作出响应。

附图说明

图1是具有根据本发明的一种示例性实施方式的冷却风扇的机器的示意性简图；

图2是根据本发明的一种示例性实施方式的示例性冷却风扇驱动系统的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一种实施方式的示例性机器10，轮式装载机。但是，机器10可以包括任何在工作期间产生热量并得益于冷却气流的移动或固定机器。例如，机器10可以是客运车辆、航空器、海船、机车、发电机或电动机，或其他任何适合的机器。特别地，机器10可以是任何执行某个类型作业的移动机器，该作业与诸如矿业、建筑业、农业、运输业之类的产业，或与任何其他本领域已知的产业有关。例如，机器10可以是铲土机，例如轮式装载机、推土机、开凿机、非公路用载重车、反铲挖土机、平地机或诸如之类。机器10可以包括动力源12，该动力源具有冷却系统14。

动力源12可以包括发动机，诸如柴油发动机、汽油发动机、例如为天然气发动机的气体燃料发动机之类，或其他对于本领域技术人员来说显而易见的发动机。动力源12也可以包括其他类型的动力源，诸如燃料电池、动力存储装置之类，或任何其他合适的动力源。

动力源12可以与流体冷却系统14相连。冷却系统14的某些部件(泵、换热器、管道及类似部件)可以与动力源12分开设置在机器10的某处上。根据一种实施方式，冷却系统14可以靠近动力源12设置在机器10的前面。冷却系统14被设计成用于冷却从动力源12循环流进或流出的流体。根据图1所示的示例性实施方式，冷却系统14包括散热器或其他换热器和冷却风扇18。冷却系统14总的可以是闭路冷却系统，该冷却系统例如具有泵和换热器，该泵通过各种各样的管道连接以使经过与动力源12相连的冷却套的冷却流体循环。其他部件，例如油冷却器、液压流体冷却器、变速箱或变矩器冷却器以及类似装置也可以与冷却系统相连。

冷却风扇18可以包括一个或多个风扇，该风扇带有本领域已知的用于产生气流的呈径向和/或轴向定向的叶片。替代地，冷却风扇18可以是任何其他合适的电、液压、电液或机械致动装置，这些装置工作以将气流提供给动力源12和/或从动力源12中带走热量，和/或可以与换热器相连。

冷却风扇18可以包括数个风扇叶片20，这些叶片是可操作的，以驱动或吸取来自动力源12的空气(或引起空气在动力源12上方流动)。例如，风扇叶片20可以是本领域已知的任何类型的叶片，例如螺旋桨状的叶片。风扇叶片20可以是呈轴向和/或径向布置。每个风扇叶片20可以由各种各样已知的材料构成，例如塑料和金属。如在本领域中所已知的，叶片的具体形状、定向和数量能够改变且可以是奇数或偶数。偶数个径向对置的叶片可以有助于动态平衡。可以改变冷却风扇18的风扇叶片20的转速和风扇叶片20的间距，以获得用于冷却动力源12的有益气流特征。

图2示出了冷却风扇驱动系统的一种示例性的实施方式。冷却风扇驱动系统22可以是独立的系统或者是整个冷却系统14的子系统。冷却风扇驱动系统22可以包括冷却风扇18、传感器24和控制器26，该控制器是可操作的以调节冷却风扇18的转速和风扇叶片20的间距。

传感器24可以围绕机器10设置在数个部位之一中，以检测一个或多个工作参数。在示例性的实施方式中，传感器24可以测量进气歧管空气温度、液压槽温度、变速箱油温度、发动机冷却剂温度、发动机油温度、环境温度，或任何其他关心的期望温度。替代地，传感器24可以测量空调系统压力，以及其他任何期望的工作参数。

至少一个控制器26可以经由通信链路28与传感器24和/或机器10的任何其他系统部件通信耦合，特别是用以影响风扇的控制。控制器26可以包括单个微型处理器或多个微型处理器，用于控制冷却风扇驱动系统22的工作。因此，控制器26可以包括指令和/或数据，它们作为硬件、软件和/或固件存储在存储器、二级存储装置和/或微型处理器中。替代地或附加地，控制器26可以包括各种各样其他的合适设置的硬件和/或软件部件或与之相连。例如，如果想要的话，控制器26还可以包括电源电路、信号调节电路、螺线管驱动电路、放大电路、定时电路、滤波电路、开关，和/或其他任何类型的电路。

控制器26可以包括一个或多个存储在计算机可读介质上的映射表，这些映射表包含预定的数据以便确定冷却风扇10的转速和风扇叶片20的间距。这些映射表例如可以是数据存储结构，例如数组矩阵，表格，等等。预定的数据可以是基于已知的机器规格、风扇控制系统规格、泵的规格、马达规格、性能测试结果等等。例如，控制器26可以包括通过机器10的动力源12和其他部件的工作参数索引的风扇速度映射表和可变间距映射表。映射表的每个单元可以包括可实现的冷却风扇速度和相关的风扇叶片20的间距，以针对相应的工作参数实现功率消耗和噪音产生的改变。替代地或附加地，各个单元可以包括可实现的冷却风扇速度和相关的风扇叶片20的间距，以分别地优化功率消耗、噪音产生、燃料消耗或冷却。

基于由传感器24提供的参数值信号，控制器26可以确定风扇需求并参照存储在计算机可读存储器中的映射表，以生成相应的风扇需求信号。作为反应，控制器26可以产生期望的风扇速度信号和间距信号。在一种实施方式中，控制器26可以产生电信号，以调节冷却风扇18的转速和风扇叶片20的间距。应当理解，信号也可以包括模拟电流和/或电压信号、编码数字信号，或表示各种关心的值的其他合适信号。在另一种实施方式中，控制器26可以相互独立或者相互协调的方式调节多个冷却风扇18的转速和间距。然而，在另一种实施方式中，风扇叶片20的转速和间距可以通过一种可选择地操作的模式选择器进行调节。

期望的风扇速度信号和间距信号可以代表这样的风扇速度和相关的风扇叶片间距，该速度和间距根据检测到的工作参数和存储在控制器26的计算机可读存储器中的预定的映射表，在给定的情形下为机器10提供足够冷却且提供足够的工作效率。在一种实施方式中，在低发动机速度下，可以对控制器26进行编程，在维持某一风扇速度的同时增加风扇叶片20的间距，以使用最小量的动力。替代地，在高发动机速度下，控制器26可以既增加风扇叶片20的间距也增加冷却风扇18的转速，以获得气流的增加。在另一种实施方式中，除了调节冷却风扇18的转速和风扇叶片20的转速之外，或者取而代之，控制器26可以改变冷却风扇18的方向。

冷却风扇驱动系统22可以包括可变速度驱动装置36。在一种实施方式中，可变速度驱动装置36还可以包括处于液压回路33中的可变位移泵30和液压动力马达32。控制器26可以接收一个或多个来自传感器24的指示动力源12和/或冷却风扇18工作的输入并调节可变位移泵30的位移，以增加或减小冷却风扇18的转速。泵30可以驱动地与液压动力马达32连接，而该液压动力马达又可以固定地与风扇叶片20连接。泵30例如可以包括一个或多个流体致动器(未示出)，这些致动器对来自控制器26的通信作出响应，调整泵30的位移。因此，在工作期间，风扇转速可以通过调整泵30的位移来改变。在一种实施方式中，可变速度驱动装置36可以与单独的液压系统，例如为机器10的制动系统相结合。然后，控制器22可以调节马达32和其他液压系统之间的流动。在另一种实施方式中，可变速度驱动装置可以包括发电机/电动机(未示出)，它们被设置成用于对来自控制器26的通信作出响应，使叶片20转动。

冷却风扇驱动系统22还可以包括流体致动器34。控制器26可以被设计成用来调节流体致动器34，以调整风扇叶片20的间距。可以使用各种致动系统，例如机械、电、液压和气动致动系统。

风扇叶片20的间距可以改变，以呈现多种不同风扇叶片20布置之一。在一种实施例中，风扇叶片20的间距可以变平，从而几乎无法或不能得到气流。替代地，间距可以被转动至更陡的角度，以获得增加的气流。在另一种实施例中，流体致动器34的安装可以被修改为引起反向流动，以获得用于清除碎片或清洁过滤器的最大力。

工业实用性

本发明的冷却风扇驱动系统可以适用于任何希望从动力源带走热量和/或迫使冷却气流流向动力源的机器。特别地，本发明的冷却风扇驱动系统可以提高工作效率并可得到有益的气流特征。

参照图2所示的示例性的实施方式，传感器24可以被用于监控机器10的工作参数。在一种实施方式中，工作参数可以包括与机器10的部件有关的温度，例如发动机冷却液温度、进气歧管温度、变速箱油温度，和发动机油温度。至少一个控制器26可以与传感器24通信并被设计成对检测到的工作参数作出响应。也就是说，基于由传感器24提供的检测到的工作参数，控制器26可以产生需求信号，例如如上面讨论的风扇速度信号和间距信号。然后，控制器26可以将风扇速度信号和间距信号转换，映射，或在其他情况下转换成期望的风扇速度(例如1350RPM)和期望的间距，以调节冷却风扇18的转速和风扇叶片20的间距。

通过实施本发明的冷却风扇驱动系统22来控制冷却风扇18的速度和风扇叶片20的间距，可以实现效率增益。特别地，因为冷却风扇18的转速和风扇叶片20的间距都可以独立于发动机速度进行调节，因此可以获得更高的控制程度。特别地，转速和间距可以独立地进行调节，以获得最小的功率消耗并产生最小噪音，同时为机器10的动力源12和其他部件提供必需的冷却程度。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以对本发明公开的冷却风扇驱动系统进行各种修改或变型。显然，本领域技术人员通过研究在说明书和对本文揭露的实施方式的实践，可以获得其他实施方式。说明书和实施例应当被认为仅仅是示例性的，真正的保护范围可以由后附的权利要求书明确。

附图标记清单

10.机器                          30.可变位移泵

12.动力源                        32.液压动力马达

14.冷却系统                      33.液压回路

16.散热器                        34.流体致动器

18.冷却风扇                      36.可变速度驱动装置

20.风扇叶片

22.冷却风扇驱动系统

24.传感器

26.控制器

28.通信链路

Claims (10)

1.一种冷却风扇驱动系统，包括：

冷却风扇，其包括数个风扇叶片并能够引导机器的气流；

传感器，其能够检测机器的工作参数；

控制器，其与所述传感器通信耦合，所述控制器能够调节所述冷却风扇的转速和所述风扇叶片的间距。

2.如权利要求1所述的风扇驱动装置，其特征在于，所述传感器是温度传感器，而所述工作参数是下列参数之一：发动机冷却液温度，进气歧管温度，变速箱油温度，和发动机油温度。

3.如权利要求1所述的风扇驱动装置，其特征在于，还包括与所述冷却风扇连接的液压动力马达。

4.如权利要求3所述的风扇驱动装置，其特征在于，还包括可变位移泵，所述泵能够向所述马达提供加压流体。

5.如权利要求4所述的风扇驱动装置，其特征在于，所述控制器能够向所述泵提供电信号，以更改加压流体的输出流量。

6.如权利要求1所述的风扇驱动装置，其特征在于，还包括至少一个与所述至少一个控制器通信耦合的流体致动器，所述流体致动器可操作地与所述风扇连接，以控制所述风扇叶片的间距。

7.一种操作冷却风扇驱动系统的方法，所述驱动系统包括具有数个可调间距叶片的冷却风扇，所述方法包括：

检测机器的工作参数，

基于所述工作参数，确定何时改变所述冷却风扇的转速和所述风扇叶片的间距会引起功率消耗和噪音产生方面的改变，和

对检测到的所述工作参数作出响应，选择性地调节所述冷却风扇的转速和所述风扇叶片的间距。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，监控工作参数包括监控温度参数。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，选择性地调节包括改变带有液压动力马达的冷却风扇的转速。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，选择性地调节包括调整带有流体致动器的风扇叶片的间距。

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