DE10044607A1 - Verfahren und Einrichtung zur Regelung eines Lüfterantriebes einer Brennkraftmaschine in Bau- und/oder Arbeitsmaschinen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Regelung eines Lüfterantriebes einer Brennkraftmaschine in Bau- und/oder Arbeitsmaschinen

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Abstract

Verfahren zur Regelung eines Lüfterantriebes einer, insbesondere mit mehreren voneinander unabhängigen Kühlkreisläufen ausgestatteten Brennkraftmaschine in Bau- und/oder Arbeitsmaschinen, indem die Aufnahmeleistung des Lüfterantriebes bei vorgebbaren Arbeitsabläufen der Bau- und/oder Arbeitsmaschine gegen Null geregelt und diese Aufnahmeleistung derjenigen des Arbeitsablaufes hinzu addiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Lüfterantriebes einer, insbesondere mit mehreren voneinander unabhängigen Kühlkreisläufen ausgestatteten Brennkraftmaschine in Bau- und/oder Arbeitsmaschinen.
In der DE-A 195 35 674 wird ein Verfahren zur Regelung der Kühleinrichtung eines, insbesondere leistungsstarken dieselmotorischen Baggerantriebes vorgeschlagen, indem ein im Bereich des Dieselmotors vorgesehener Thermostat bei einer vorgegebenen Wassertemperatur den Strömungsweg vom Dieselmotor zu einem mit einem Lüfter zusammenwirkenden Wasserkühler freigibt, wobei eine im Bereich des Strömungsweges angeordnete Temperaturmeßeinrichtung den Lüfter dergestalt ansteuert, daß innerhalb eines vorgebbaren Temperaturbereiches oberhalb der thermostatgeregelten Wassertemperatur die Drehzahl des Lüfters im Bereich zwischen 0 min-1 und einer Maximaldrehzahl geregelt wird.
Durch die DE-A 198 25 759 ist eine hydraulische Antriebsbaugruppe bekannt geworden, umfassend eine Verstellpumpe, die strömungsfähig in einem geschlossenen Kreislauf mit einem Motor verbunden ist, um eine Hilfsvorrichtung anzutreiben, wie beispielsweise einen Lüfter. Eine Hilfspumpe kann funktionell mit der Pumpe, dem Motor und einem Behälter verbunden werden, um die Verluste an fließendem Medium im geschlossenen Kreislauf wieder aufzufüllen. Ein Hilfskreislauf, der mit der Pumpe verbunden ist, weist einen Umlaufdurchgang auf, der strömungsfähig mit dem geschlossenen Kreislauf stromabwärts vom Motor verbunden ist, um das erforderliche Volumen des Behälters zu reduzieren.
Bau- oder Arbeitsmaschinen, insbesondere Hydraulikbagger, werden für bestimmte maximale Leistungen ausgelegt, die sich z. B. aus zum Teil stets wiederkehrenden gleichen Arbeitsbewegungen, wie beispielsweise das Anheben des Auslegers und das Verschwenken des Oberwagens gegenüber dem Unterwagen, ergeben.
Die Brennkraftmaschinen dieser Bau- oder Arbeitsmaschinen, insbesondere Hydraulikbagger, werden üblicherweise mit Wasser gekühlt, wobei ein regelbarer Lüfter vorgesehen ist, der von einem separaten, insbesondere von der Brennkraftmaschine angesteuerten hydraulischen Antrieb in Abhängigkeit sich erhöhender Temperaturen im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine in zuschaltender/abschaltender Weise geregelt wird.
Im normalen Betriebszustand der Bau- oder Arbeitsmaschine, insbesondere des Hydraulikbaggers, ist der Lüfter in der Regel dann zugeschaltet, wenn ein vorgegebener Temperaturwert im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine überschritten wird. Der dann zugeschaltete Lüfter benötigt zur Regelung der Temperatur des Kühlkreislaufes auch eine bestimmte Antriebsleistung.
Damit steht die volle Antriebsleistung der Brennkraftmaschine, beispielsweise für das Anheben eines Auslegers, bedingt durch den Leistungsabgriff des zugeschalteten Lüfters, nicht zur Verfügung, und damit kann es in bestimmten Grenzbereichen dazu führen, daß die dem Arbeitsablauf zuzuordnende Leistung der Brennkraftmaschine nicht mehr ausreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung eines Lüfterantriebes bereitzustellen, mit welchen die Arbeitsbewegungen der Bau- oder Arbeitsmaschine in leistungserhöhender Weise angehoben werden können, ohne daß es zu Leistungsbeeinträchtigungen im Bereich der Brennkraftmaschine kommt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung eines Lüfterantriebes einer, insbesondere mit mehreren voneinander unabhängigen Kühlkreisläufen ausgestatteten Brennkraftmaschine in Bau- und/oder Arbeitsmaschinen, indem die Aufnahmeleistung des Lüfterantriebes bei vorgebbaren Arbeitsabläufen der Bau- und/oder Arbeitsmaschinen gegen Null geregelt und diese Aufnahmeleistung derjenigen des Arbeitsablaufes hinzu addiert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch eine Einrichtung zur Regelung eines Lüfterantriebes einer, insbesondere mit mehreren voneinander unabhängigen Kühlkreisläufen ausgestatteten Brennkraftmaschine in Bau- und/oder Arbeitsmaschinen, mit mindestens einem PI-Regler je Kühlkreislauf, mindestens einem nachgeschalteten Vergleicher sowie mindestens einem mit einem Stellorgan in Wirkverbindung stehenden Pulsweitenmodulator.
Der Regler ist einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß ein µ-Controller- PI-Regler.
Der Erfindungsgegenstand ermöglicht es, mehrere unabhängig voneinander arbeitende Kühlkreisläufe einer Brennkraftmaschine von einem Lüfterantrieb über ein gemeinsames Stellorgan auf mindestens zwei unterschiedliche Temperatur-Sollwerte zu regeln, wodurch die Aufnahmeleistung des Lüfterantriebes bei bestimmten Arbeitsbewegungen gleich Null wird (der Lüfter läuft im Leerlauf mit) und die Lüfterleistung dann der Arbeitsbewegung hinzu addiert werden kann.
Mit einem µ-Controller-PI-Regler je Kühlkreislauf wird ein Soll-Istwert-Vergleich durchgeführt und die notwendige Stellgröße je Kühlkreislauf ermittelt. Der nachgeschaltete Vergleicher ermittelt aus den einzelnen Stellgrößen die maximale Stellgröße und leitet diese an eine PWM-Stufe (Pulsweitenmodulation) weiter, welche mit dem Stellorgan verbunden ist. Bei einer bestimmten Arbeitsbewegung, beispielsweise das Anheben eines Auslegers bei einem Hydraulikbagger, werden die Temperatur-Sollwerte der Kühlkreisläufe im wesentlichen gleichzeitig angehoben. Dadurch wird die Aufnahmeleistung des Lüfterantriebes gegen Null geregelt (der Lüfter läuft im Leerlauf weiter) und die Hubleistung erhöht sich um die Lüfterantriebsleistung.
In Abhängigkeit von der Größe der Bau- oder Arbeitsmaschine, insbesondere bei einem Groß-Hydraulikbagger, kann sich dadurch die Hubleistung beim Anheben des Auslegers erhöhen, ohne daß eine Überhitzung des oder der Antriebsaggregate eintritt. Dies im Hinblick darauf, daß die Zuordnung der Lüfterantriebsleistung nicht kontinuierlich, sondern nur bei vorgebbaren definierten Arbeitsbewegungen der Bau- oder Arbeitsmaschine notwendig ist.
Die einzige Figur stellt eine Prinzipskizze dar und wird wie folgt beschrieben:
Erkennbar ist eine Brennkraftmaschine 1, in diesem Beispiel ausgestattet mit zwei voneinander unabhängigen Kühlkreisläufen 2, 3, die ihrerseits über einen Controller 9, mit einem Stellorgan 10 an einem verstellbaren Lüfterantrieb 4 mit einem Lüfterrad 5 verbunden sind. Des weiteren erkennbar ist eine Ausrüstung 6, beispielsweise der Ausleger eines nicht weiter dargestellten Hydraulikbaggers, der an einem nur angedeuteten Oberwagen 7 gelagert und mittels Hydraulikzylindern 8 heb- und senkbar ist. Angedeutet ist der für das Heben und Senken der Ausrüstung 6 zuständige Hydraulikkreis 11, der für den Lüfterantrieb 4 zuständige Hydraulikkreis 12 sowie der für die Speisung des Stellorgans 10 erforderliche Hydraulikkreislauf 20. Je Kühlkreislauf 2, 3 ist ein µ-Controller-PI-Regler 13, 14 vorgesehen, der einen Soll-Istwert-Vergleich durchgeführt und die zugehörigen Stellgrößen je Kühlkreislauf 2, 3 errechnet. Die Sollwerte werden von einem Umschalter 15 den µ-Controller-PI-Reglern 13, 14 zur Verfügung gestellt. Die von den µ-Controller-PI-Reglern 13, 14 ermittelten Werte werden einem nachgeschalteten Vergleichselement 16 zugeleitet, das aus den einzelnen Stellgrößen die maximale Stellgröße ermittelt und an eine PWM-Stufe 17 (Pulsweitenmodulationsstufe) weiterleitet, die über die Leitung 18 mit dem Stellorgan 10 verbunden ist. Ein Teil der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine 1 wird somit unter anderem dem Arbeitsablauf der Ausrüstung 6 zugeordnet, während ein weiterer Teil der Antriebsleistung für das Lüfterrad 5 benötigt wird, um die Brennkraftmaschine 1 vor Überhitzung zu schützen. Bei bestimmten Arbeitsabläufen, beispielsweise beim Anheben der Ausrüstung 6, über die Hydraulikzylinder 8, kann es geschehen, daß die für das Anheben der Ausrüstung 6 benötigte Antriebsleistung der Brennkraftmaschine 1 nicht vollständig ausreicht.
Erfindungsgemäß werden nun bei einer derartigen Arbeitsbewegung die Temperatur-Sollwerte der Kühlkreisläufe 2, 3 mittels eines Schalters 19 und des Umschalters 15 auf höhere Temperatur-Sollwerte angehoben. Dadurch wird über die Leitung 18 und das Stellorgan 10 die Aufnahmeleistung des Lüfterantriebes 4 gegen Null geregelt. Das Lüfterrad 5 läuft dann aus oder im Leerlauf mit. Die hydraulische Antriebsleistung des Lüfterantriebes 4, die nun nicht mehr zum Betreiben des Lüfterrades 5 benötigt wird, wird somit auf die Hubleistung der Ausrüstung 6 hinzu addiert, ohne daß eine Überhitzung der Brennkraftmaschine 1 damit einhergeht. Sobald der bestimmte Bewegungsablauf abgeschlossen ist, wird der hydraulische Lüfterantrieb 4 wieder auf das Lüfterrad 5 geschaltet, wobei die erhöhten Temperatur- Sollwerte je Kühlkreislauf 2, 3 wieder über den Schalter 19 und den Umschalter 15 einem unteren Temperatur-Sollwert zugeordnet werden. Dieses Leistungsspiel kann sich in beliebiger Folge wiederholen, was letztendlich abhängig von der dem jeweiligen Bewegungsablauf zuzuordnenden maximalen Leistung zu sehen ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regelung eines Lüfterantriebes (4) einer, insbesondere mit mehreren voneinander unabhängigen Kühlkreisläufen (2, 3) ausgestatteten Brennkraftmaschine (1) in Bau- und/oder Arbeitsmaschinen, indem die Aufnahmeleistung des Lüfterantriebes (4) bei vorgebbaren Arbeitsabläufen der Bau- und/oder Arbeitsmaschine gegen Null geregelt und diese Aufnahmeleistung derjenigen des Arbeitsablaufes hinzu addiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf (2, 3) auf mindestens zwei unterschiedlichen Temperatur- Sollwerten geregelt wird, wobei bei vorgebbaren Arbeitsabläufen der Bau- oder Arbeitsmaschine mittels eines Schalters (19) und eines Umschalters (15) der eine Temperatur-Sollwert auf einen höheren Temperatur-Sollwert geregelt und die Arbeitsleistung des Lüfterantriebes (4) gegen Null geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein mehrerer Kühlkreisläufe (2, 3) jeder Kühlkreislauf (2, 3) über ein gemeinsames Stellorgan (10) auf mindestens zwei unterschiedliche Temperatur-Sollwerte geregelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem µ-Controller-PI-Regler (13, 14) je Kühlkreislauf (2, 3) ein Temperatur-Soll-Istwert-Vergleich durchgeführt und die zulässige Stellgröße je Kühlkreislauf (2, 3) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem bzw. den PI-Regler(n) (13, 14) zusammenwirkender Vergleicher (16) aus der bzw. den Stellgröße(n) eine maximale Stellgröße ermittelt und diese an eine mit dem Stellorgan (10) in Wirkverbindung stehende Pulsweitenmodulationsstufe (17) weiterleitet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorgebbaren Arbeitsbewegung der Bau- und/oder Arbeitsmaschine, insbesondere dem Anheben des Auslegers (6) eines Hydraulikbaggers, die Temperatur-Sollwerte aller Kühlkreisläufe (2, 3) im wesentlichen gleichzeitig angehoben werden, wodurch die Aufnahmeleistung des Lüfterantriebes (4), insbesondere im Leerlauf des Lüfterrades (5), gegen Null geregelt und die Antriebsleistung des Lüfterantriebes (4) dem Bewegungsablauf der Bau- und/oder Arbeitsmaschine, insbesondere der Hubleistung des Auslegers (6), in selbige Leistung erhöhender Weise zugeordnet wird.
7. Einrichtung zur Regelung eines Lüfterantriebes (4) einer insbesondere mit mehreren voneinander unabhängigen Kühlkreisläufen (2, 3) ausgestatteten Brennkraftmaschine (1) in Bau- und/oder Arbeitsmaschinen, mit mindestens einem Umschalter (15), mindestens einem PI-Regler (13, 14) je Kühlkreislauf (2, 3), mindestens einem nachgeschalteten Vergleicher (16) sowie mindestens einem mit einem Stellorgan (10) in Wirkverbindung stehenden Pulsweitenmodulator (17).
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (13, 14) ein µ-Controller-PI-Regler ist.
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