CN102979613B - 控制内燃机的增压空气冷却器的风扇驱动装置的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制轨道机动车的增压空气冷却器的风扇驱动装置的装置，其具有用于调节和/或控制增压空气冷却器的调节装置。在此情况下，借助于内燃机的发动机数据确定增压空气冷却器的冷却需求，该内燃机的增压空气应该被冷却。附加地或备选地，增压空气冷却器可以通过调节装置依据环境温度和/或环境空气密度进行控制。

Description

控制内燃机的增压空气冷却器的风扇驱动装置的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制内燃机的增压空气冷却器的风扇驱动装置的装置和方法，其中，增压空气冷却器尤其用于冷却被增压的空气，并且其中，该装置具有用于风扇驱动装置的调节装置。

背景技术

在文献EP1953362A2中公开一种这样的用于调节内燃机的增压空气温度的装置。该装置具有增压空气冷却器，它尤其被应用于具有增压的柴油机的轨道机动车中。利用该增压空气冷却器将压缩机或涡轮增压器压缩的进气空气在进入柴油机气缸之前冷却下来，由此实现气缸的较高的充气系数。增压空气冷却器具有增压空气入口和增压空气出口，其中，在其之间设置一个由增压空气通流的管装置。该管装置在此处被空气流环流，其中，热量经该管从增压空气排出到该空气流上。该空气流由轴流式风扇产生，它具有由液压马达驱动的转子。该液压马达在此情况下由调节装置控制。作为该调节装置的输入参量使用增压空气冷却器的增压空气输入端和输出端处的增压空气温度，其中该增压空气温度经传感器进行测量。依赖于由调节装置探测的温度可以控制轴流式风扇的转速或液压马达的转速。在此处的缺点是，这种装置由于具有多个传感器而成本极高。此外调节质量低，因此轴流式风扇一般地要比要求的更强烈地冷却该增压空气，这导致装置的高的能量需求，高的运行噪音和高的磨损。

发明内容

与此相对地，本发明的目的在于提供一种用于控制增压空气冷却器的风扇驱动装置的装置，其是成本有利的，在运行中具有相对较小的噪音，较小的能量需求和较小的磨损。此外，本发明的目的在于提供一种控制增压空气冷却器的风扇驱动装置的方法，其导致风扇驱动装置的成本有利的运行，相对较小的噪音，较小的能量需求和较小的磨损。

该目的就装置而言按照权利要求1的特征来实现而就方法而言按照权利要求13的特征来实现。

本发明的其它有利的改进方案是从属权利要求的主题。

按照本发明，用于控制内燃机例如汽油机或柴油机的增压空气冷却器的风扇驱动装置的装置具有用于风扇驱动装置的调节装置。风扇驱动装置最好用于冷却内燃机的燃烧室的压缩的或增压的进气空气，以便提高燃烧室的容积效率。有利地，风扇驱动装置可以通过调节装置依赖于内燃机的发动机数据进行预控制。

这具有好处，即增压空气的冷却可以通过风扇驱动装置依赖于内燃机的运行状态进行控制，并且由此例如在内燃机转速提高期间，这直接地例如通过调节装置的预控制导致风扇驱动装置的转速的改变，因为增压空气在内燃机的功率提高期间被更强烈地加热。与此不同，在现有技术中，例如参见EP1953362A2,内燃机的运行状态的改变通过测量增压空气冷却器的增压空气输入端和输出端处的增压空气温度来探测并且风扇驱动装置在该测量期间或之后才与新的运行状态相适配。按照本发明的装置因此可以预先或与增压空气温度的改变的同时地使风扇驱动装置的转速适配，增压空气温度的所述改变是由于内燃机的运行状态的改变而产生的，由此风扇驱动装置被预控制。一般地，内燃机的发动机数据由发动机控制器探测，因此为了预控制风扇驱动装置不需要附加的传感器，这与开头所述的现有技术不同，其中在增压空气冷却器中使用至少两个传感器，这导致高的成本。通过利用按照本发明的装置对增压空气冷却器进行预先控制，由此可以直接地对内燃机的运行状态的改变作出反应，由此改善风扇驱动装置的调节质量，这又导致增压空气冷却器的能量需求的减少，运行噪音的减少和较小的磨损。

附加地或备选地，可以设想，通过调节装置依赖于环境温度来控制风扇驱动装置。在较高的环境温度下，一般地，依据法律规定，增压空气也可以具有提高的温度，因为允许内燃机的较大的废气排放。由于较小的冷却需求，增压空气可以由风扇驱动装置较小地冷却，这导致减小的能量需求，噪音减小和较小的磨损。

此外，针对各种实施方式，可以附加地或备选地对风扇驱动装置依赖于环境空气目的通过调节装置进行预控制。较高的环境空气密度导致增压空气冷却器的较高的冷却能力，因为用于冷却增压空气的空气流能够吸收更多的热量。由于这个原因，风扇驱动装置的冷却能力在高的环境空气密度下被减小，这导致增压空气冷却器的较小的能量需求，运行噪音的减小和减小的磨损。

有利地，风扇驱动装置通过调节装置附加地依赖于增压空气温度，尤其是在增压空气冷却器的输出端处的增压空气温度，进行控制。由此进一步改进对风扇驱动装置和/或增压空气冷却器的调节品质，由此使其最佳地运行。

发动机数据涉及的尤其是内燃机的当前的或实时的负荷数据，其中可以涉及例如转速和/或负荷要求和/或增压压力。负荷要求例如可以通过加速踏板的位置来探测。

环境空气密度可以成本有利地和简单地由环境温度和环境空气压力来确定。

为了改变风扇驱动装置的冷却能力，简单地经调节装置控制其转速，其中较高的转速导致较大的冷却能力。

为了探测发动机数据，可以利用存在的发动机基础设施，其中例如从发动机控制器的总线线路，尤其是CAN总线的总线线路，中截取发动机数据。调节装置最好具有与发动机控制器相同的网络协议，其中，其可以是网络协议SAEJ1939。

风扇驱动装置以有利的方式涉及一种可调节的、用于驱动液压马达的液压泵，该液压马达驱动所述风扇，其中，尤其是液压泵的输送容量是可以调整的并且其中，液压泵可以由内燃机驱动。液压泵此时由调节装置控制。这种液压的风扇驱动装置有利地具有极小的结构空间要求，例如与电动驱动装置相比，由此它可以节省空间地布置在轨道机动车的车顶区域中。

为了避免在风扇驱动装置的转速改变期间大的加速度，该转速通过调节装置经一个斜坡函数来改变。

用于按照本发明的装置的按照本发明的方法包括以下步骤：

－借助于内燃机的发动机数据确定冷却需求，其中该发动机数据尤其是由调节装置获取；

－依赖于所述发动机数据调整所述风扇驱动装置的冷却能力，其中该调整尤其是通过调节装置来实施。

附图说明

以下借助于示意图详细说明本发明的优选实施方式。

附图中所示：

图1是增压空气冷却器的液压线路图；和

图2是按照本发明的装置的按照一个实施例的示意框图。

具体实施方式

图1示出了两个液压的增压空气冷却器2和4的简化的液压线路图，该增压空气冷却器分别由一个具有调节装置6和8的装置控制。增压空气冷却器2和4在轨道技术中用于冷却内燃机的增压空气。

增压空气冷却器2具有液压泵10，借助于它可以驱动液压马达12。液压泵10具有驱动轴14，经联结器16可以在驱动轴上耦联内燃机15，尤其是柴油机，用于驱动液压泵10。

此外，液压泵10具有输入接头A，其上连接压力介质管路18。该压力介质管路又连接到控制块20的压力介质接头S上。此外，液压泵10具有压力接头P，其上连接一个与液压马达12连接的压力管路22。压力管路22在此情况下与液压马达12的压力接头P连接。液压马达12除了压力接头P以外具有流出接头B，该流出接头与流出管路24连接，该流出管路又连接到控制块20的流出接头B上。此外，液压泵10与泄漏管路26连接并且液压马达12与泄漏管路28连接，该泄漏管路分别连接到控制块20的泄漏接头L1及L2上。在液压马达12的泄漏管路28中设置一个在流动方向上背离液压马达12地打开的止回阀30。在流出管路24中串联地布置第一和第二压力介质过滤器32和34，其中，与相应的压力介质过滤器32或34并联地，设置一个在流动方向上背离液压马达12地打开的止回阀36或38，其用于流出压力介质，如果相应的压力介质过滤器32或34被堵塞的话。

增压空气冷却器4的在图1右边的液压循环回路基本上对应于前述的液压循环回路地进行构造。在此情况下，液压泵40同样由内燃机42驱动并且经压力介质管路44与控制块20连接和经压力管路46与液压马达48连接。该液压马达经流出管路50与控制块20连接，其中该流出管路在两个压力介质过滤器32和34之间汇入到第一液压循环回路的流出管路24中。在流出管路50中也设置一个压力介质过滤器52，止回阀54与该压力介质过滤器并联。液压泵40的泄漏管路56与控制块20连接并且液压马达8的泄漏管路58在止回阀30的下游通入液压马达12的泄漏管路28，其中，泄漏管路58也具有止回阀60。

液压马达12具有输出轴62，它可经联结器64耦联到转子68的驱动轴68上。通过转子68产生用于冷却内燃机15的增压空气的空气流。

增压空气2和4各具有一个基本上相同的液压循环回路，其用于冷却一个增压空气流或分别用于一个对应的增压空气流。可以设想，可以仅设置一个具有调节装置6或8的增压空气2或4。此外可以设想，设置数个这种液压循环回路。

在以下，为了简单起见，本发明借助于在图1左边的增压空气冷却器2进行说明。该增压空气冷却器用于冷却已经由内燃机15的压缩机或涡轮增压器压缩的增压空气，以便实现内燃机气缸的提高的容积效率。转子68的转速在此情况下取决于液压马达12的转速，经该液压马达驱动转子。其中，该转速又取决于液压泵10的输送功率。为了冷却增压空气使用一种常规的布置。在此处例如可以涉及一种热交换器，它被增压空气通流并且被由转子68产生的空气流或冷却空气流环绕流动。冷却空气流然后经热交换器吸收增压空气的热量。转子68的转速越大，冷却空气流的流动速度也越大并且由此增压空气冷却器2的冷却能力越大。

液压泵10是可调节的，由此由其输送的压力介质体积流是可以调整的。液压泵10例如涉及一种可偏转（摆动）的轴流式活塞泵。为了运行液压马达12，液压泵10将压力介质从与压力介质源连接的控制块20的压力介质接头S经压力介质管路18和压力管路22输送到液压马达12。在该液压马达之后，压力介质经流出管路24到达控制块20的流出接头B，它与压力介质槽连接。液压泵10的要输送的压力介质体积流经调节装置6进行调整，其中，该调整取决于调节装置6的确定的输入参量。这在以下的图2中详细说明。

在图2中简化地以框图的形式示出用于控制具有调节装置6的风扇驱动装置2的装置。应该指出，图2中的图应该是示意地说明调节装置6的作用方式。调节装置6具有多个输入参量70至80，它们以箭头在图2中示出。输入参量70涉及发动机负荷要求，它从图1中的内燃机15的没有示出的CAN总线的总线线路中获取。CAN总线在此处以通常的方式与内燃机15的发动机控制器连接并且是内燃机15的通常的发动机基本设施的一部分。发动机负荷要求例如可以通过内燃机15的加速踏板或加速杆的位置确定，其中该位置或测量信号经总线线路通报到发动机控制器。

此外，从CAN总线截取内燃机15的转速作为输入参量72并且将其输送给调节装置6。

输入参量74代表可以从CAN总线截取的其它的数据，并且借助于该数据可以通过调节装置6确定冷却需求。由此通过输入参量70至74借助于发动机模型确定要冷却的增压空气的冷却需求，这在图2中通过块82说明。

输入参量76涉及在通过增压空气冷却器2的冷却之后的增压空气温度。增压空气温度76也经CAN总线的总线线路输送给调节装置6。借助于增压空气温度76，调节装置6附加地确定增压空气的冷却需求，这通过块84说明，增压空气温度76的箭头指向该块。在该块84中简化地示出该函数，通过该函数，借助于增压空气温度计算冷却需求。增压空气温度在此处在横坐标上以Temp和冷却需求在纵坐标上以KB[％]绘出。通过该函数可以看到，自一定的增压空气温度起，冷却需求线性地升高，直到达到100％。

在块82和块84中确定的这两个冷却需求接下来由调节装置6进行相互比较，这示意地通过在图2中布置在块82和84右边的块86示出，该块具有两个冷却需求作为输入。然后依据较大的冷却需求对液压泵10和液压马达12形式的风扇驱动装置进行控制，参见图1。按照图1的风扇驱动装置，较高的冷却需求意味着在压力介质体积流的提高的输送量的方向上偏转液压泵10，由此液压马达12的转速并且因此转子68的转速升高。

在图2右边的块90中示意地示出图1的调节装置6的输出，通过该输出控制液压泵10的压力介质体积流。

冷却需求的改变因此导致增压空气冷却器2的转速的改变，其中，转速的改变经一个斜坡函数（Rampe）来实施，其示意地在块88中示出，它的输入参量是块86的最大(max)的冷却需求。在斜坡函数的横坐标上绘出冷却需求KB的百分数而在纵坐标上绘出在升高冷却需求时的时间。在提高的冷却需求情况下，液压泵10线性地在提高的输送的压力介质体积流的方向上偏转。在冷却需求下降期间，液压泵10则线性地往回偏转。

可以设想仅仅借助于输入参量70，72和/或74平均该冷却需求，而不将该冷却需求与通过增压空气温度确定的冷却需求进行比较。

作为用于确定冷却需求的其它的输入参量，可以使用环境空气密度80，它由环境温度和环境空气压力确定。在块82和84中确定的最大冷却需求依赖于环境空气密度80通过一个系数进行匹配，这示意地通过块92说明，该块在图2中设置在块88和90之间并且具有块88的斜坡函数的冷却需求和环境空气密度80作为输入。例如在提高的环境空气密度情况下，增压空气冷却器2的冷却能力较大，因为由该增压空气冷却器输送的、用于冷却增压空气的空气可以比具有较小密度的空气吸收更多的热量。冷却需求的大小因此在块92中在较高的环境空气密度下以一定的系数被减小并且在较小的环境空气密度下被相应地增大。块92的该系数连接在块88的斜坡函数的下游。环境空气密度80和/或环境空气温度和环境空气压力也可以经CAN总线传输给调节装置6。

在块84中依据增压空气温度76确定冷却需求时，附加地可以考虑将环境空气温度作为输入参量78，它通过CAN总线传递到调节装置6上。这通过块94说明。在块94中为此示意地示出一个函数。在纵坐标上绘出单位为ºC的偏移量Offset和在横坐标上绘出环境空气温度（Temp）。

自一定的温度起确定一个偏移量，它在块84中确定冷却需求时被考虑。该偏移量直到一个确定的环境温度之前是恒定的，然后线性地与环境温度一起升高并且接着在环境温度升高期间又保持恒定。由此得出，自一定的环境温度起，在块84的函数中冷却需求的线性升高被向右沿着横坐标移动，其中该偏移量被加到横坐标上的增压空气温度上，由此在升高的环境温度下冷却需求下降。该下降的冷却需求由此产生，即一般地法定的极限值，尤其是在图1的内燃机15的废气值情况下，在升高的环境温度下也增大。由此，内燃机的燃烧在高的环境温度下具有比在低的环境温度下较低的品质，由此在高的环境温度下增压空气必须被较小地冷却。

如果在块86中不能够确定冷却需求的话,规定在块86和88之间可以将冷却需求的一个替换值经输入参量96输送给块88。为此经电路98将块88与输入参量96连接并且使块88和块86之间的连接100分开。

以下举例说明地说明图1中的增压空气冷却器2的工作方式。发动机负荷要求的改变由调节装置6识别，其中该改变从内燃机15的CAN总线中截出（输入参量70）。调节装置6由此确定增压空气的冷却需求，参见图2的说明，并且相应地控制增压空气冷却器2。增压空气冷却器2在图1中具有液压泵10和液压马达12。可以设想，增压空气冷却器2在装置技术上被不同地设计构造，并且例如具有用于驱动转子68的电动机。如果例如内燃机15的发动机负荷要求提高，那么可以同时地依据由调节装置探测的发动机数据提高增压空气冷却器2的冷却能力。由此增压空气冷却器2可以最佳地在一个冷却需求上直接地依据发动机负荷要求进行运行。相反，在开头所述的现有技术中，由于升高的增压空气温度，冷却需求被延迟地确定，这是提高的发动机负荷要求的结果。这经常导致在现有技术中的增压空气冷却器的冷却能力的突然升高，这通过增大的噪声发射而可以觉察到（增压空气冷却器的“突然尖啸”）。相反，增压空气冷却器2的冷却能力基本上与发动机负荷同步地相适配。发动机负荷的升高也导致内燃机15的噪声发射的升高。增压空气冷却器2的噪声发射由此有利地也基本上与内燃机的噪声发射同步。通过对增压空气的极其快速的冷却，同样也减小了在增压空气冷却器中产生的温度波动和温度峰值，这导致寿命的提高。

通过从内燃机15的CAN总线中截取输入参量，有利地不需要通过上位的控制装置向调节装置6传输数据。

可以设想，按照本发明的风扇调节机构例如也应用于机动车中，如载重汽车或轿车并且在此情况下例如对电的风扇装置进行调节。

公开了一种用于控制轨道机动车的增压空气冷却器的风扇驱动装置的装置，其具有用于调节和/或控制增压空气冷却器的调节装置。在此情况下，借助于内燃机的发动机数据确定增压空气冷却器的冷却需求，该内燃机的增压空气应该被冷却。附加地或备选地，增压空气冷却器可以通过调节装置依据环境温度和/或环境空气密度进行控制。

附图标记表

2增压空气冷却器

4增压空气冷却器

6调节装置

8调节装置

10液压泵

12液压马达

14驱动轴

15内燃机

16联结器

A输入接头

B流出接头

P压力接头

S压力介质接头

L1,L2泄漏接头

18压力介质管路

20控制块

22压力管路

24流出管路

26泄漏管路

28泄漏管路

30止回阀

32压力介质过滤器

34压力介质过滤器

36止回阀

38止回阀

40液压泵

42内燃机

44压力介质管路

46压力管路

48液压马达

50流出管路

52压力介质过滤器

54止回阀

56泄漏管路

58泄漏管路

60止回阀

62输出轴

64联结器

66驱动轴

68转子

70输入参量发动机/负荷要求

72输入参量发动机/转速

74输入参量发动机/其它数据

76输入参量发动机/增压空气温度

78输入参量环境/温度

80输入参量环境/空气密度

82块

84块

86块

88块

90块

92块

94块

96输入参量/替换值

98电路

100连接

Claims (13)

1.用于控制内燃机（15）的增压空气冷却器（2）的风扇驱动装置（10，12）的装置，其具有用于风扇驱动装置（10，12）的调节装置（6），其特征在于，所述调节装置（6）具有多个输入参量，其中，多个输入参量是发动机数据（70，72，74），其中，所述发动机数据（70，72，74）是所述内燃机（15）的当前的负荷数据并且所述发动机数据（70，72，74）从用于所述内燃机（15）的发动机控制器的总线线路中截取，并且利用所述发动机数据借助于发动机模型确定要冷却的增压空气的冷却需求，从而已经能够预先地或能够与增压空气温度的改变同时地对所述风扇驱动装置预控制地进行适配，所述增压空气温度的所述改变是由于所述内燃机的运行状态的改变而产生的，并且其中，一个输入参量是所述增压空气温度（76），所述增压空气温度（76）是在所述增压空气冷却器（2）的输出处的增压空气温度（76），并且所述调节装置借助所述增压空气温度附加地确定所述增压空气的冷却需求，并且其中，所述两个冷却需求由所述调节装置进行比较，并且其中，依据较大的冷却需求通过所述调节装置来控制所述风扇驱动装置。

2.按照权利要求1所述的装置，其中，所述风扇驱动装置（10，12）能够通过所述调节装置（6）还依赖于环境温度（78）和/或环境空气密度（80）进行预控制。

3.按照权利要求1所述的装置，其中，所述负荷数据是转速和/或负荷要求和/或增压压力。

4.按照权利要求2所述的装置，其中，所述环境空气密度（80）由所述环境温度（78）和环境空气压力确定。

5.按照权利要求1所述的装置，其中，所述调节装置（6）控制所述风扇驱动装置（10，12）的转速。

6.按照权利要求2所述的装置，其中，所述增压空气温度（76）和/或所述环境空气密度（80）从用于所述内燃机（15）的发动机控制器的总线线路中截取。

7.按照权利要求6所述的装置，其中，所述发动机控制器和所述调节装置（6）使用共同的网络协议。

8.按照权利要求1所述的装置，其中，所述风扇驱动装置具有用于驱动液压马达（12）的可调节的液压泵（10），所述液压马达驱动所述风扇，其中，所述液压泵（10）由所述调节装置（6）控制。

9.按照权利要求1所述的装置，其中，所述调节装置（6）以一个斜坡函数改变所述风扇驱动装置（10，12）的冷却能力。

10.按照权利要求3所述的装置，其中，所述负荷要求是加速踏板的位置。

11.按照权利要求1或6所述的装置，其中，所述总线线路是CAN总线的总线线路。

12.按照权利要求7所述的装置，其中，所述网络协议是SAEJ1939网络协议。

13.用于按照前述权利要求中任一项所述的装置的方法，包括步骤：

－利用所述发动机数据（70，72，74）借助于发动机模型确定冷却需求；

－借助所述增压空气温度（76）附加地确定冷却需求；

－由所述调节装置比较所述两个冷却需求；和

－依据较大的冷却需求通过所述调节装置来控制所述风扇驱动装置。

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