DE10052467A1

DE10052467A1 - Ventilatorsystem und Verfahren für die simultane Wärmeübertragungsanwendung undMotorumpapselungsventilation

Info

Publication number: DE10052467A1
Application number: DE10052467A
Authority: DE
Inventors: Paul A Dicke; Gary L Luster
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2001-05-10
Also published as: JP2001180298A; US6435144B1; JP4750263B2

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Steuersystem sowohl zum Vergrößern des Luftflusses durch eine Wärmeübertragungsvorrichtung als auch zur Belüftung eines Motorabteils in einer Arbeitsmaschine wird offenbart, wobei die Vorrichtung einen Ventilator aufweist, der benachbart zum Motorabteil positioniert ist, und eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die stromaufwärts davon positioniert ist. Der Ventilator ist weiter so positioniert und gelegen, daß er einen Luftfluß durch die Wärmeübertragungsvorrichtung erzeugt, während er gleichzeitig einen Luftfluß durch das Motorabteil erzeugt. Ein Steuersystem zur Steuerung des Luftflusses durch die Wärmeübertragungsvorrichtung und durch das Motorabteil weist einen Signalerzeugungsmechanismus auf, der mit der Wärmeübertragungsvorrichtung assoziiert ist, der betreibbar ist, um ein Signal an das Steuersystem auszugeben, welches eine Soll-Ventilatordrehzahl basierend auf dem Betrieb der Wärmeübertragungsvorrichtung anzeigt, weiter mindestens einen Sensor, der in dem Motorabteil positioniert ist, um die Temperatur darin zu bestimmen, und eine Steuervorrichtung, die mit dem Signalerzeugungsmechanismus und dem mindestens einen Sensor gekoppelt ist, um Signale davon aufzunehmen. Die Steruervorrichtung ist betreibbar, um eine Soll-Ventilatordrehzahl zu bestimmen, um das Motorabteil basierend auf dem Signals zu belüften, welches von dem mindestens einen Sensor empfangen wird, um die Soll-Ventilatordrehzahl basierend auf dem Betrieb der ...

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Klimatisierung und auf Motorumkapselungsventiliersysteme für Schwermaschinen, wie beispielsweise Baumaschinen, Erdbewegungsmaschinen und andere Arten von Arbeitsmaschi nen und insbesondere auf eine Einzelventilatoranordnung und ein Steuersystem zur simultanen Kühlung des Klimaan lagenkondensators und zur Ventilierung der Motorumkapse lung, die mit einer speziellen Arbeitsmaschine assoziiert ist.

Technischer Hintergrund

Bau- und Grabmaschinen genauso wie eine große Vielzahl von anderen Arten von Arbeitsmaschinen weisen typischer weise ein Bedienerabteil oder eine Kabine auf, um den Be trieb der Maschine zu steuern. Wegen den unterschiedli chen Umgebungen, in denen diese Arbeitsmaschinen verwen det werden, sind viele dieser Bedienerkabinenabteile mit Klimaanlagensystemen ausgerüstet. Eine wichtige Komponen te eines Klimaanlagensystems ist ein Kühlmittelkondensa torkern, der verwendet wird, um Wärme vom Kühlmittel auf ein anderes Medium zu übertragen. In dieser Hinsicht er fordern Kondensatorkerne typischerweise einen Zwangsluft fluß, der durch den Kondensator geleitet werden muß, um die Wärmeübertragung davon zu verbessern, und um daher die Leistung des Klimaanlagensystems zu verbessern. Der Zwangsluftfluß hilft dabei, weiter Wärme aus dem Konden satorkern zu entfernen und verbessert den Gesamtwirkungs grad des Klimaanlagensystems.

Wegen Raumeinschränkungen wird normalerweise kein ge trennter Ventilator zum hindurchdrücken von Luft durch den Klimaanlagenkondensator vorgesehen. Stattdessen wer den Kondensatorkerne oft in einem Klimakühlventilator luftstrom zusammen mit vielen anderen Wärmetauschern an geordnet, wie beispielsweise mit dem Kühler des Motors, genauso wie mit Hydraulik-, Getriebe- und Ölwärmetau schern, die alle das Ausmaß des Wärmeübertragungsluft flusses durch den Klimaanlagenkondensatorkern verringern, wodurch die Wirksamkeit des Klimaanlagensystems verrin gert wird. Diese Anordnung des Standes der Technik bringt auch einen Beitrag zu der Gesamtgröße des Kühlsystems, insbesondere zur Größe und Betriebsfähigkeit des Primär kühlventilators, und eine solche physische Anordnung der verschiedenen Kühlsystemkomponenten verhindert oft die Sehfähigkeit des Bedieners aus dem Kabinenteil.

Es ist wünschenswert, die Wirksamkeit eines Arbeitsma schinenklimaanlagensystems zu verbessern, während gleich zeitig die Größe der notwendigen Ausrüstungsgegenstände minimiert wird, um diese Aufgabe durchzuführen.

Eine weitere wichtige und immer wachsende Notwendigkeit bei Arbeitsmaschinen ist die Motorumkapselungsventilati on, um die Temperatur des Motorabteils zu kühlen und un ter den kritischen Temperaturanforderungen der verschie nenen darin eingebauten Komponenten zu halten. Zusätzlich erfordern Geräuschbeschränkungen weltweit geräuschdichte re Umkapselungen, um das Motorgeräusch zu dämpfen. Ge räuschdichtere Motorumkapselungen haben luftdichtere Mo torumkapselungen zur Folge, was wiederum einen verringer ten natürlichen Luftfluß und verringerte natürliche Luft zirkulation durch das Motorabteil zu Folge hat, um Wärme von den wärmeerzeugenden Komponenten zu entfernen. Dies hat eine verringerte Ventilation der Motorumkapselung zur Folge. Um eine stark geräuschgedämpfte Motorumkapselung zu erhalten und noch die Temperaturanforderungen inner halb einer derartigen Umkapselung beizubehalten, kann ein Belüftungsventilator erforderlich sein, um die Luftzirku lation innerhalb der Motorumkapselung zu verbessern. Die Belüftungsventilatoren, die speziell eingebaut sind, um das Motorumkapselungsventilationsproblem zu umgehen, kom men wiederum zur Größe des Gesamtkühlsystems hinzu.

Es ist daher genauso wünschenswert, die Ventilation der Motorumkapselung zu verbessern, während gleichzeitig die Größe des notwendigen Kühlsystems zur Durchführung dieser Aufgabe minimiert wird.

Entsprechend ist die vorliegende Erfindung darauf gerich tet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung sowohl zur Vergrößerung des Luftflusses durch eine Wärmeübertragungsvorrichtung als auch zur Ventilati on eines Motorabteils in einer Arbeitsmaschine offenbart. Die Vorrichtung weist einen Ventilator auf, der benach bart zu einem Endteil des Motorabteils positioniert ist, eine Wärmetauschervorrichtung, die benachbart zu dem Ven tilator und stromaufwärts davon positioniert ist, wobei der Ventilator einen Luftfluß durch die Wärmeübertra gungsvorrichtung und durch das Motorabteil erzeugt.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl eines Ven tilators in einer Arbeitsmaschine offenbart, wobei die Arbeitsmaschine eine Wärmeübertragungsvorrichtung und ein Motorabteil aufweist, wobei der Ventilator zwischen der Wärmeübertragungsvorrichtung und einem Endteil des Motor abteils positioniert ist. Das Verfahren weist weiter die Schritte auf, die Temperatur in dem Motorabteil der Ar beitsmaschine abzufühlen, eine Ventilatordrehzahl basie rend auf der Temperatur zu bestimmen, die in dem Motorab teil abgefühlt wird, den Betrieb der Wärmeübertragungs vorrichtung abzufühlen, eine Ventilatordrehzahl basierend auf dem Betrieb der Wärmeübertragungsvorrichtung zu be stimmen, die Ventilatordrehzahl, die in dem Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl bestimmt worden ist, basierend auf der in dem Motorabteil abgefühlten Tempera tur mit der Ventilatordrehzahl zu vergleichen, die in dem Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl basierend auf dem Betrieb der Wärmeübertragungsvorrichtung bestimmt worden ist, und Einstellen der Drehzahl des Ventilators auf die Höhere der Ventilatordrehzahlen, die in dem Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl basierend auf der in dem Motorabteil abgefühlten Temperatur und dem Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl basierend auf dem Betrieb der Wärmeübertragungsvorrichtung bestimmt worden sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen die Figuren folgendes darstellen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die ein Motorabteil einer Arbeitsmaschine abbildet und weiter in bruchstückhafter gestrichelter Umrandung die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung veran schaulicht, die innerhalb des Motorabteils po sitioniert ist;

Fig. 2 eine perspektivische Seitenansicht der Vorrich tung der vorliegenden Erfindung, die in gestri chelter Umrandung in Fig. 1 abgebildet worden ist, die die gegenseitige Positionierung der jeweiligen Komponenten zeigt, die damit assozi iert sind;

Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung der Fig. 2;

Fig. 4 eine perspektivartige Ansicht des Motorabteils der Fig. 1;

Fig. 5 eine schematische Veranschaulichung von einem Ausführungsbeispiel des elektronischen Steuer systems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine grafische Veranschaulichung, die die Be ziehung zwischen der Ventilatordrehzahl und der Motorabteiltemperatur in einem Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 7 ein Flußdiagramm, welches die Schritte zum Ein stellen der Ventilatordrehzahl in einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veran schaulicht.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf Fig. 1 ist in einem Ausführungsbeispiel, welches die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkör pert, ein Ventilator 10 benachbart zu einem Endteil 12 eines Motorabteils 20 positioniert und gelegen, welches mit einer typischen Arbeitsmaschine assoziiert ist, um zu zwei unterschiedlichen Aufgaben zu dienen, nämlich eine Wärmeübertragungsvorrichtung zu kühlen, wie beispielswei se den Kühlmittelkondensatorkern 14, der mit einem typi schen Klimaanlagensystem assoziiert ist, und auch das Mo torabteil 20 zu ventilieren. Der Ventilator 10 ist vor zugsweise ein Radialventilator, obwohl ein Axialventila tor oder eine andere Bauart eines Ventilators auch ver wendet werden kann, ohne vom Kern und Umfang der vorlie genden Erfindung abzuweichen. Der Radialventilator 10 wirkt dahingehend, daß er Luft in den Vorderteil des Ven tilators einzieht, und Luft radial aus dem Ventilator ausstößt, wie am besten in den Fig. 1 und 4 gezeigt.

Das Motorabteil 20 wird von dem Umkapselungsglied 21 um kapselt, welches eine Haube 17 aufweist, die eine Öffnung 18 in dem Glied 21 bedeckt. Der Raum 19, der von der Öff nung 18 und dem Raum unter der Haube 17 geformt wird, sieht einen Pfad für die Umgebungsluft vor, um von einem Außenteil des Motorabteils 20 zum Ventilator 10 zu flie ßen. In dieser Hinsicht wird der Ventilator 10 in enger Nähe zu dem Einlaß zum Raum 19 positioniert und weist dorthin, wie am besten in Fig. 1 gezeigt, um vorzugswei se in direkter Sichtlinie zum Einlaß des Raums 19 und zum Kondensatorkern 14 zu liegen, wie im Folgenden erklärt wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die spezielle Vorrichtungsan ordnung des Ventilators 10 und des Wärmeübertragungskühl mittelkondensatorkerns 14. Insbesondere wird der Konden satorkern 14 vorzugsweise stromaufwärts und im Wesentli chen benachbart zum Vorderteil des Ventilators 10 einge baut. Wenn der Ventilator 10 arbeitet, wird Luft durch den Kondensatorkern 14 und in den Ventilator 10 gezogen, wodurch die Wärmeübertragungsfähigkeit des Kondensator kerns 14 verbessert wird. Obwohl die vorliegende Ventila toranordnung im Betrieb mit einer Wärmeübertragungsvor richtung offenbart wird, die mit einem typischen Klimaan lagensystems assoziiert ist, sei bemerkt und vorherge sagt, daß die Wärmeübertragungsvorrichtung 14 irgendeine von einer Vielzahl von unterschiedlichen Bauarten von Wärmetauschern sein kann, die bei einer Arbeitsmaschine verwendet werden, wie beispielsweise ein Motorölkühlkern oder ein Hydraulikströmungsmittelkühlkern, und die vor liegende Ventilatoranwendung kann geeignet sein, um die sen zu kühlen.

Wie am besten in den Fig. 1 und 2 gezeigt, weist der Ventilator 10 einen Antriebsmotor 13 auf, der betriebsmä ßig damit verbunden ist, um die Drehzahl des Ventilators 10 zu steuern. Der Antriebsmotor 13 wird vorzugsweise hinter dem Ventilator 10 oder an einer derartigen Stelle positioniert, daß der Motor 13 nicht mit dem Luftfluß in Gegenwirkung tritt, der in den Ventilator 10 eintritt und ihn verlässt.

Das Motorabteil 20 wird typischerweise den Motor für die Arbeitsmaschine zusammen mit verschiedenen (nicht gezeig ten) funktionellen Komponenten aufweisen, die für den Be trieb der Maschine erforderlich sind, wie beispielsweise Hydraulikpumpen, Motoren, andere Ventilatoren, andere Wärmeübertragungsvorrichtungen usw.. Das Motorabteil 20 weist auch mindestens eine und vorzugsweise zwei Auslass leitungen 22 auf, wie in Fig. 4 gezeigt, wobei die Aus lassleitungen 22 im Oberteil des Umkapselungsgliedes 21 positioniert und gelegen sind, und zwar benachbart zum Endteil des zum Motorabteil 20 gegenüberliegenden Venti lators 10. Die Auslassleitungen 22 gestatten eine Luft verbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Mo torabteils 20 und dienen als Austrittspunkt für die Luft, die in das Motorabteil 20 durch den Ventilator 10 ausge stoßen wird. Das Motorabteil 20 weist auch eine (nicht gezeigte) geeignete interne Leitungsanordnung auf, um den Luftfluß, der radial von dem Ventilator 10 ausgestoßen wurde, durch das Abteil 20 zu leiten, so daß er in Kon takt mit den nötigen funktionellen Komponenten darin kommt, um dabei zu helfen, diese zu kühlen, bevor die Luft aus dem Motorabteil 20 durch die Auslassleitungen 22 austritt.

Wenn entsprechend der Ventilator 10 in Betrieb ist, zieht der Ventilator 10 Umgebungsluft durch den Einlass in den Raum 19 hinein und gestattet, daß die Luft zuerst durch den Kondensatorkern 14 läuft, wie von den in den Fig. 2 und 3 veranschaulichten Pfeilen gezeigt, wodurch die Wärme vom Kondensatorkern 14 dissipiert bzw. abgeleitet wird und dieser gekühlt wird. Die selbe Luft wird dann radial von Radialventilator 10 in das Motorabteil 20 aus gestoßen, wie genau so von den in den Fig. 2 und 3 veranschaulichten Pfeilen angezeigt. Der obere Teil des Radialventilators 10 ist vorzugsweise bedeckt, wie bei spielsweise mit einer Haube 17, um zu verhindern, daß Luft radial durch den oberen Teil des Ventilators aus fließt. Die Haube 17 leitet daher die ausgestoßene Luft radial aus dem Oberteil des Ventilators 10 zurück nach unten zu den Seiten der Haube 17, um der Luft beizutre ten, die radial durch die Seiten und den Boden davon aus gestoßen wird. Sobald sie aus dem Ventilator 10 ausgesto ßen worden ist, wird die Luft dann durch entsprechende Luftleitungsmittel innerhalb des Motorabteils 20 geführt, um aus den Leitungen 22 auszutreten. Während dieses Pro zesses kommt die Luft in Kontakt mit den notwendigen funktionellen Komponenten, die innerhalb des Motorabteils 20 stromabwärts vom Ventilator 10 gelegen sind, die Küh lung benötigen können, wobei der Luftfluß durch das Ab teil 20 somit eine Ventilation dafür vorsieht, und somit eine Wärmedissipation bzw. -ableitung aus dem Abteil und den verschiedenen darin eingebauten funktionellen Kompo nenten gestattet.

Der Betrieb des Ventilators 10 wird durch ein elektroni sches Steuermodul (ECM = electronic control module) 30 gesteuert, oder durch irgendeine andere Steuervorrichtung oder durch Prozessormittel, die Signale aufnehmen und ausgeben können, wie im Folgenden erklärt. Die elektroni schen Steuervorrichtungen oder Module, wie beispielsweise das elektronische Steuermodul 30 werden üblicherweise in Verbindung mit Arbeitsmaschinen verwendet, um die ver schiedenen Funktionen und Aufgaben zu steuern und durch zuführen, und zwar einschließlich der Überwachung und Steuerung einer großen Vielzahl von Motorfunktionen, wie beispielsweise die Motordrehzahl und die Motorbelastung. Steuervorrichtungen und elektronische Module, wie bei spielsweise das elektronische Steuermodul 30, werden ty pischerweise angeschlossen um Stromsteuersignale an Vor richtungen zu liefern, wie beispielsweise Steuerventile, Pumpen, Betätigungsvorrichtungen, Motoren und eine große Vielzahl von verschiedenen anderen mechanischen Komponen ten zur Steuerung ihres Betriebes. In dieser Hinsicht wird das elektronische Steuermodul 30 typischerweise Ver arbeitungsmittel aufweisen, wie beispielsweise eine Mi krosteuervorrichtung bzw. einen Mikrocontroller oder ei nen Mikroprozessor, assoziierte elektronische Schaltun gen, wie beispielsweise eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung, Analog-Schaltungen oder programmierte Logikanordnungen, genauso wie einen assoziierten Speicher.

Das vorliegende Ventilatorsteuersystem weist auch einen Temperatursensor 24 auf, der innerhalb des Motorabteils 20 positioniert und gelegen ist, und zwar vorzugsweise in der Nähe der heißesten darin gelegenen Komponente, wobei die Komponente abhängig von der speziellen Arbeitsmaschi ne variieren wird. Der Sensor 24 überwacht die Temperatur innerhalb des Abteils 20, zumindest in der Nachbarschaft des Sensors 24, und gibt ein entsprechendes Signal an das elektronische Steuermodul 30 aus, welches eine derartige Temperatur anzeigt. Obwohl es in Betracht gezogen wird und erwartet wird, daß der Temperatursensor 24 irgendwo innerhalb des Motorabteils 20 positioniert werden kann, sei auch bemerkt und vorhergesagt, daß irgendeine Viel zahl von Sensoren innerhalb des Abteils 20 positioniert werden kann, um die Temperaturen in der Nachbarschaft von diesen Sensoren zu überwachen.

Wie in Fig. 5 gezeigt, liefert der Temperatursensor 24 ein Signal 32 an das elektronische Steuermodul 30 ent sprechend der Temperatur an der Lage des Sensors in dem Motorabteil 20.

Ansprechend auf das Signal 32 bestimmt das elektronische Steuermodul 30 eine Motortemperaturventilatordrehzahl (ET-Ventilatordrehzahl, ET = engine temperature = Motor temperatur) entsprechend der Temperatur, die im Motorab teil 20 abgefühlt worden ist. In einem Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung wird die Motortempera turventilatordrehzahl gemäß der Kurvendarstellung der Ventilatordrehzahl gegenüber der Umkapselungslufttempera tur bestimmt, die in Fig. 6 veranschaulicht ist. Wenn beispielsweise mit Bezug auf Fig. 6 die vom Sensor 24 abgefühlte Temperatur auf oder unter einer minimalen Schwellentemperatur ist, wie beispielsweise auf oder un ter ungefähr 75°C (167°F), wie in Fig. 6 veranschau licht, ist die Motortemperaturventilatordrehzahl für die se Temperatur eine minimale Ventilatordrehzahl von 0 U/min Wenn die abgefühlte Temperatur innerhalb des Motor abteils 20 auf oder über der maximalen Schwellentempera tur von ungefähr 85°C (185°F) ist, wie in Fig. 6 ge zeigt, ist die Motortemperaturventilatordrehzahl für die se Temperatur innerhalb des Motorabteils 20 bei einer ma ximalen Ventilatordrehzahl von ungefähr 3000 U/min. Wenn die abgefühlte Temperatur innerhalb des Motorabteils 20 zwischen der minimalen Schwellentemperatur und der maxi malen Schwellentemperatur ist, wird die Motortemperatur ventilatordrehzahl so bestimmt, wie von der Kurvendar stellung in Fig. 6 angezeigt, und zwar basierend auf der geradlinigen Beziehung zwischen der minimalen und der ma ximalen Motorumkapselungstemperatur. In dieser Situation wird die Motortemperaturventilatordrehzahl eine propor tionale Drehzahl zwischen 0 und 3000 U/min sein, und zwar basierend auf der geradlinigen Beziehung, die in Fig. 6 veranschaulicht ist. Dieses Verfahren kann in einer von verschiedenen Arten eingerichtet werden, die dem Fachmann bekannt sind, wie beispielsweise durch Speicherung der Beziehung zwischen der Motorumkapselungstemperatur und der Ventilatordrehzahl in dem Speicher, der mit dem elek tronischen Steuermodul 30 assoziiert ist, und zwar in Form der in Fig. 6 veranschaulichten Kurvendarstellung, in Form einer Nachschautabelle oder in Form von einer oder mehreren Gleichungen, die ausgelegt sind, um die Ventilatordrehzahl zu ergeben. Andere Mittel zur Bestim mung der Ventilatordrehzahl basierend auf einer abgefühl ten Motorumkapselungstemperatur sind genauso möglich.

Ein zweites Signal 35, welches eine Soll-Ventilatordreh zahl für den Kühlkondensatorkern 14 anzeigt, ist auch für das elektronische Steuermodul 30 über das Klimaanlagen steuersystem 34 vorgesehen, welches mit der speziellen Arbeitsmaschine assoziiert ist. Das Signal 35 wird durch das Klimaanlagensteuersystem 34 basierend auf der Positi on der Klimaanlagensteuerungen erzeugt, die in der Kabine der Arbeitsmaschine gelegen sind, wobei diese Steuerungen die Anforderungen des Systems und die Wärmeübertragungs anforderungen des Kondensatorkerns 14 vorgeben. Basierend auf der Einstellung von diesen Klimaanlagensteuerungen wird das Klimaanlagensteuersystem 34 die Ventilatordreh zahl (AC-Ventilatordrehzahl, AC = air conditioning = Kli maanlage) die nötig ist, damit der Ventilator 10 den Kon densatorkern 14 kühlt, und wird das entsprechende Signal 35 an das elektronische Steuermodul 30 ausgeben, welches eine derartige Klimaanlagenventilatordrehzahl anzeigt. Basierend auf den Motortemperatur- und Klimaanlagenventi latordrehzahlen wird das elektronische Steuermodul 30 ein Signal 36 an den Ventilatorantriebsmotor 13 ausgeben, um die Drehzahl des Ventilators 10 zu steuern, wobei das Ausgangssignal 36 die höchste Ventilatordrehzahl anzeigt, d. h. die Höhere der Motortemperaturventilatordrehzahl und der Klimaanlagenventilatordrehzahl. Die Betriebsschritte gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung zur Be stimmung und zum Einrichten der entsprechenden Ventila tordrehzahl werden in dem Flußdiagramm 100 dargestellt, welches in Fig. 7 veranschaulicht ist. Diese Schritte können bei der Programmierung der Verarbeitungsmittel des elektronischen Steuermoduls 30 durch Techniken vorgesehen werden, die dem Fachmann bekannt sind.

Die Betriebsschritte des Flußdiagramms 100 (Fig. 7) kön nen eingeleitet werden, wenn der Zündschalter angeschal tet ist, oder diese Betriebsschritte können programmiert werden, so daß sie kontinuierlich basierend auf einem ge wissen vorbestimmten Wiederholungsintervall oder basie rend auf anderen Kriterien ablaufen. Sobald die Steuer schleife 100 beim Schritt 102 initialisiert ist, wird die Temperatur im Motorabteil 20 abgefühlt, wie oben im Schritt 103 beschrieben. Wenn die abgefühlte Motorabteil temperatur geringer ist als eine minimale Schwellentempe ratur bei 104, wird die Motortemperaturventilatordrehzahl im Schritt 106 derart bestimmt, daß sie 0 U/min ist, und das elektronische Steuermodul 30 schreitet voran zum Schritt 114. Wenn andererseits die abgefühlte Motorab teiltemperatur größer oder gleich der minimalen Schwel lentemperatur ist, wird das elektronische Steuermodul 30 zum Schritt 108 voranschreiten und wird überprüfen, um zu sehen, ob die abgefühlte Temperatur größer ist als eine maximale Schwellentemperatur. Wenn die abgefühlte Tempe ratur tatsächlich größer ist, als die maximale Schwellen temperatur, wird das elektronische Steuermodul 30 die Mo tortemperaturdrehzahl derart bestimmen, daß sie die maxi male Belüftungsventilatordrehzahl ist, und zwar im Schritt 110, und das elektronische Steuermodul 30 wird wieder zum Schritt 114 voranschreiten. Wenn das elektro nische Steuermodul 30 im Schritt 108 bestimmt, daß die abgefühlte Motorabteiltemperatur nicht größer ist als die maximale Schwellentemperatur, wird das elektronische Steuermodul 30 weiter bestimmen, daß die abgefühlte Tem peratur zwischen den minimalen und den maximalen Schwel lentemperaturen liegt, und wird danach weiter die Motor temperaturventilatordrehzahl als eine proportionale Dreh zahl zwischen der minimalen und der maximalen Belüftungs drehzahl im Schritt 112 bestimmen, wie beispielsweise ge mäß der in Fig. 6 veranschaulichten Beziehung.

Folgend auf die Bestimmung der Motortemperaturventilator drehzahl wird das elektronische Steuermodul 30 zum Schritt 114 voranschreiten und bestimmen, ob der Zünd schalter in der An-Position ist. Wenn der Zündschalter nicht an ist, dann wird das elektronische Steuermodul 30 die Soll-Ventilatordrehzahl so bestimmen, daß sie die zu vor bestimmte Motortemperaturventilatordrehzahl ist, und zwar im Schritt 120, und das elektronische Steuermodul 30 wird zum Schritt 124 voranschreiten und wird das entspre chende Signal 36 zum Ventilatorantriebsmotor 13 ausgeben, um dessen Drehzahl einzustellen. Wenn andererseits der Zündschalter im Schritt 114 an ist, wird das elektroni sche Steuermodul 30 dann zum Schritt 116 voranschreiten, um zu sehen, ob das Klimaanlagensystem in Betrieb ist. Wenn die Klimaanlage im Schritt 116 nicht arbeitet, wird das elektronische Steuermodul 30 wiederum die Soll- Ventilatordrehzahl so bestimmen, daß sie die zuvor be stimmte Motortemperaturventilatordrehzahl ist, und zwar im Schritt 120, und das elektronische Steuermodul 30 wird wiederum zum Schritt 124 voranschreiten, wie zuvor er klärt. Wenn jedoch das Klimaanlagensystem tatsächlich im Schritt 116 läuft, wird das elektronische Steuermodul 30 zum Schritt 118 voranschreiten und wird bestimmen, ob die Klimaanlagenventilatordrehzahl (die von dem Klimaanlagen system 34 geliefert wird) größer ist, als die zuvor be stimmte Motortemperaturventilatordrehzahl. Wenn die Kli maanlagenventilatordrehzahl größer ist, dann wird be stimmt, daß die Soll-Ventilatordrehzahl die Klimaanlagen ventilatordrehzahl ist, und zwar im Schritt 122, und das elektronische Steuermodul 30 wird voranschreiten, um das entsprechende Signal 36 an den Ventilatorantriebsmotor 13 auszugeben, um dessen Drehzahl im Schritt 124 einzustel len. Wenn andererseits im Schritt 118 die Klimaanlagen ventilatordrehzahl geringer oder gleich der Motortempera turventilatordrehzahl ist, wird die Soll- Ventilatordrehzahl derart bestimmt, daß sie die Motortem peraturventilatordrehzahl ist, und zwar im Schritt 120, und das elektronische Steuermodul 30 wird wiederum zum Schritt 124 voranschreiten, um das entsprechende Signal auszugeben. Ein Signal 36 entsprechend der Soll- Ventilatordrehzahl, die somit bestimmt wird, wird dann zum Ventilatormotor 13 im Schritt 124 gesandt, um die Drehzahl des Ventilators 10 zu steuern.

Es ist aus dem Flußdiagramm 100 leicht offensichtlich, daß der Ventilator 10 in Betrieb ist, auch wenn der Zünd schalter in der Aus-Position ist. Dieser Zustand tritt typischerweise auf, wenn die abgefühlte Temperatur im Mo torabteil 20 größer ist, als die minimale Schwellentempe ratur oder eine gewisse andere vorbestimmte Temperatur. Dieses Merkmal des Flußdiagramms 100 gestattet einen an haltenden Luftfluß durch das Motorabteil 20 durch Auf rechterhaltung der Belüftungsventilatordrehzahl nachdem der Zündschalter ausgeschaltet ist, und zwar im Fall ei nes heißen Abschaltens, wobei die Komponenten im Motorab teil 20 abkühlen müssen, bevor der Ventilatorbetrieb be endet wird. Vorzugsweise gestattet das elektronische Steuermodul 30, daß der Ventilator 10 weiter mit der zu letzt bestimmten Soll-Ventilatordrehzahl arbeitet, wenn die abgefühlte Temperatur über einer ersten vorbestimmten Temperaturschwelle ist. Es wird dann gestattet, daß der Ventilator 10 den Betrieb fortsetzt, bis die abgefühlte Temperatur unter eine zweite vorbestimmte Schwellentempe ratur fällt. Diese zusätzlichen Betriebsschritte, die er ste und zweite vorbestimmte Temperaturschwellen für den Betriebsventilator 10 definieren, nachdem der Zündschal ter ausgeschaltet worden ist, können in das Flußdiagramm 100 nach dem Schritt 114 eingeführt werden, wenn die er sten und zweiten vorbestimmten Temperaturen als eine an dere Temperatur ausgewählt worden sind, als die minimale Schwellentemperatur. Es sei auch bemerkt, daß dieses Merkmal optional ist, und daß der Schritt 114 weggelassen werden kann.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie hier beschrieben, findet die vorliegende Vorrichtung, das Verfahren und das Ventilatordrehzahlsteuersystem spe zielle Anwendung bei allen Arten von Arbeitsmaschinen und anderen Fahrzeugen, wobei die Motorabteilventilierung und die Kühlung der Wärmeübertragungskerne erforderlich ist. Die vorliegende Vorrichtung und das Steuersystem über wacht sowohl die Temperatur innerhalb des Motorabteils 20 als auch den Betrieb des Klimaanlagensystems der Maschi ne, und steuert die Drehzahl des Ventilators, der sowohl den Kondensatorkern 14 bedient, als auch das Motorabteil 20 belüftet, und zwar basierend auf der höchsten der zwei Ventilatorenzahlen wie oben erklärt. Die Zwangsluft durch den Kühlmittelkondensatorkern 14 steigert die Wärmeüber tragungsfähigkeiten des Kerns und steigert genauso die Leistung und den Wirkungsgrad des Kerns. In ähnlicher Weise sieht das Leiten eines Luftflusses in die verschie denen funktionellen Komponenten und um diese herum, die in dem Motorabteil 20 gelegen sind, eine Ventilation des Motorabteils vor und eine Kühlung der Komponenten, die darin enthalten sind, wodurch genauso die Lebensdauer und die Leistung dieser Komponenten verbessert wird. All dies wird durch Anwendung eines einzigen Ventilators 10 er reicht.

Die Positionierung des Ventilators 10, wie sie hier be schrieben wird, dient einem weitern wichtigen Zweck. Schallwellen, die von dem Ventilator 10 und dem Antriebs motor 13 zum Vorderteil der Maschine ausgesandt werden, werden von der Wärmeübertragungsvorrichtung 14 und ir gendwelchen darin enthaltenen Strömungsmitteln gedämpft, und das Leitungswerk bzw. die Leitungsanordnungen, die den Ventilator 10 und den Antriebsmotor 13 umgeben, hel fen dabei, das davon ausgesandte Geräusch in der entge gengesetzten Richtung zu dämpfen. Diese Ventilatoranord nung hilft daher weiter bei der Reduzierung von Ge räuschbelastung und bei der Erfüllung von strengeren Ge räuschregelungen weltweit.

Es sei bemerkt, daß Veränderungen an den Betriebsschrit ten, die in dem Flußdiagramm 100 abgebildet sind, vorge nommen werden könnten, ohne vom Kern und Umfang der vor liegenden Erfindung abzuweichen. Insbesondere könnten Schritte hinzugefügt werden oder gewisse Schritte könnten weggelassen werden. Alle diese Variationen sollen von der vorliegenden Erfindung abgedeckt werden.

Es wird auch bevorzugt, daß die Steuerschleife 100 mit einem vorbestimmten Intervall für mindestens so lange wiederholt wird, wie die Arbeitsmaschine arbeitet, oder bis der Zündschalter ausgeschaltet wird. Dieses vorbe stimmte Intervall kann auf einer speziellen vorbestimmten Zeitperiode basieren, auf vorbestimmten inkrementellen bzw. schrittartigen Veränderungen der Motorabteiltempera tur oder auf einem anderen Parameter oder anderen Krite rien. Zusätzlich kann das elektronische Steuermodul 30 im Schritt 124 programmiert werden, um entweder zum Schritt 103 schleifenförmig zurückzugehen und das Flußdiagramm 100 zu wiederholen, oder das elektronische Steuermodul 30 könnte im Schritt 124 enden, und eine derartige Steuer schleife könnte danach basierend auf den bestimmten Wie derholungskriterien wiederholt werden, um wieder die Be triebsschritte des Flußdiagramms 100 auszulösen.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Er findung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Of fenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Vorrichtung sowohl zum Vergrößern des Luftflusses durch eine Wärmeübertragungsvorrichtung als auch zum Belüften eines Motorabteils in einer Maschine, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
Einen Ventilator, der benachbart zu einem Endteil des Motorabteils positioniert ist;
eine Wärmetauschervorrichtung, die benachbart zu dem Ventilator und stromaufwärts davon positioniert ist; und
wobei der Ventilator einen Luftfluß durch die Wärme übertragungsvorrichtung und durch das Motorabteil erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ventilator ein Radialventilator ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeübertra gungsvorrichtung ein Kühlmittelkondensatorkern für eine Klimaanlage ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Motorabteil mindestens eine Ausgangsleitung aufweist, die eine Luftverbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Motorabteils gestattet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Austrittsleitung benachbart zum Endteil des Mo torabteils gegenüberliegend zum Ventilator positio niert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Motorabteil mindestens eine funktionelle Komponente aufweist, die stromabwärts vom Ventilator positioniert ist, wobei das Motorabteil weiter Leitungsmittel auf weist, um den Luftfluß von dem Ventilator zu der mindestens einen Ausgangsleitung zu führen, wobei der Luftfluß in Kontakt mit der mindestens einen funktionellen Komponente kommt, um eine Ventilation dortherum vorzusehen.

7. Steuersystem zur Steuerung des Luftflusses durch ei ne Wärmeübertragungsvorrichtung und zum Ventilieren eines Motorabteils in einer Arbeitsmaschine, das folgendes aufweist:
Einen Ventilator, der benachbart zu einem Endteil des Motorabteils stromabwärts von der Wärmeübertra gungsvorrichtung positioniert ist;
Signalerzeugungsmittel, die mit der Wärmeübertra gungsvorrichtung assoziiert sind, wobei die Si gnalerzeugungsmittel betreibbar sind, um ein Signal auszugeben, welches eine Soll-Ventilatordrehzahl an zeigt, und zwar basierend auf dem Betrieb der Wärme übertragungsvorrichtung;
mindestens einen Sensor, der in dem Motorabteil po sitioniert ist, um dessen Temperatur zu bestimmen;
eine elektronische Steuervorrichtung, die mit den Signalerzeugungsmitteln gekoppelt ist, und mit dem mindestens einen Sensor zur Aufnahme von Signalen davon, wobei die Steuervorrichtung betreibbar ist, um ein Signal von den Signalerzeugungsmitteln aufzu nehmen, welches eine Soll-Ventilatordrehzahl zum Be trieb der Wärmeübertragungsvorrichtung anzeigt, und ein Signal von dem mindestens einen Sensor, der die Temperatur des Motorabteils anzeigt;
wobei die Steuervorrichtung weiterhin betreibbar ist, um eine Soll-Ventilatordrehzahl zum Belüften des Motorabteils zu bestimmen, und zwar basierend auf dem Signal, welches von dem mindestens einen Sensor empfangen wird, der die Temperatur innerhalb des Motorabteils anzeigt; und
wobei die Steuervorrichtung ein Signal an den Venti lator ausgibt, um dessen Drehzahl zu steuern, wobei das Ausgangssignal die höchste Ventilatordrehzahl anzeigt, die von den Signalen vorgegeben wird, die von den Signalerzeugungsmitteln und von dem minde stens einen Sensor empfangen wurden.

8. Steuersystem nach Anspruch 7, wobei die Wärmeüber tragungsvorrichtung ein Kühlmittelkondensatorkern für eine Klimaanlage ist.

9. Steuersystem nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Sensor, der in dem Motorabteil positioniert ist, in der Nähe des heißesten Gebietes positioniert ist, das mit dem Motorabteil assoziiert ist.

10. Steuersystem nach Anspruch 7, wobei das Motorabteil mindestens eine funktionelle Komponente aufweist, die stromabwärts vom Ventilator positioniert ist, wobei der mindestens eine Sensor in der Nähe von der mindestens einen funktionellen Komponente positio niert ist.

11. Steuersystem nach Anspruch 7, wobei der Ventilator zwischen einer Drehzahl von 0 und einer vorbestimm ten maximalen Drehzahl betreibbar ist, wobei die Steuervorrichtung die Soll-Ventilatordrehzahl zur Ventilation des Motorabteils als 0 bestimmt, wenn die von dem mindestens einen Sensor abgefühlte Tem peratur unter einer vorbestimmten minimalen Tempera tur ist.

12. Steuersystem nach Anspruch 7, wobei der Ventilator zwischen einer Drehzahl von 0 und einer vorbestimm ten maximalen Drehzahl betreibbar ist, wobei die Steuervorrichtung die Soll-Ventilatordrehzahl zur Belüftung des Motorabteils als die maximale Ventila tordrehzahl bestimmt, wenn die von dem mindestens einen Sensor abgefühlte Temperatur über einer vorbe stimmten maximalen Temperatur ist.

13. Steuersystem nach Anspruch 7, wobei der Ventilator zwischen einer Drehzahl von 0 und einer vorbestimm ten maximalen Drehzahl betreibbar ist, wobei die Steuervorrichtung die Soll-Ventilatordrehzahl zur Belüftung des Motorabteils so bestimmt, daß sie pro portional zwischen 0 und der maximalen Ventilator drehzahl ist, wenn die von dem mindestens einen Sen sor abgefühlte Temperatur zwischen einer vorbestimm ten minimalen und einer maximalen Temperatur ist.

14. Steuersystem nach Anspruch 7, wobei die Arbeitsma schine einen Motor und einen Zündschalter aufweist, wobei der Zündschalter betreibbar ist zwischen min destens einer An-Position, in der der Motor laufen kann, und einer Aus-Position, in der der Motor aus geschaltet ist, wobei die Steuervorrichtung betreib bar ist, um zu gestatten, daß der Ventilator weiter mit der letzten bestimmten Soll-Ventilatordrehzahl arbeitet, wenn die von dem mindestens einem Sensor abgefühlte Temperatur über einer ersten vorbestimm ten Temperatur ist, wobei der Ventilator weiter ar beiten kann, bis die von dem mindestens einem Tempe ratursensor abgefühlte Temperatur unter eine zweite vorbestimmte Temperatur fällt.

15. Steuersystem nach Anspruch 7, wobei das Steuersystem eine Vielzahl von Sensoren aufweist, die an unter schiedlichen Stellen innerhalb des Motorabteils po sitioniert sind, wobei die Steuervorrichtung be treibbar ist, um ein Signal von jedem der Vielzahl von Sensoren aufzunehmen, welches die Temperatur in dem Motorabteil in der Nähe des entsprechenden Sen sors anzeigt; und wobei die Steuervorrichtung weiterhin betreibbar ist, um eine Ventilatordrehzahl zum Belüften des Mo torabteils zu bestimmen, und zwar basierend auf dem Signal, welches von dem Sensor empfangen wurde, der die heißeste Temperatur innerhalb des Motorabteils anzeigt.

16. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl eines Ventila tors in einer Arbeitsmaschine, wobei die Arbeitsma schine eine Wärmeübertragungsvorrichtung und ein Mo torabteil aufweist, wobei der Ventilator zwischen der Wärmeübertragungsvorrichtung und einem Endteil des Motorabteils positioniert ist, wobei das Verfah ren folgende Schritte aufweist:
Abfühlen einer Temperatur in dem Motorabteil der Ar beitsmaschine;
Bestimmung einer Ventilatordrehzahl basierend auf der in dem Motorabteil abgefühlten Temperatur;
Abfühlen des Betriebs der Wärmeübertragungsvorrich tung;
Bestimmung einer Ventilatordrehzahl basierend auf dem Betrieb der Wärmeübertragungsvorrichtung;
Vergleichen der Ventilatordrehzahl, die in dem Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl ba sierend auf der in dem Motorabteil abgefühlten Tem peratur bestimmt worden ist, mit der Ventilatordreh zahl, die in dem Schritt der Bestimmung einer Venti latordrehzahl basierend auf dem Betrieb der Wärme übertragungsvorrichtung bestimmt worden ist; und
Einstellen der Drehzahl des Ventilators auf die hö here der Ventilatorendrehzahlen, die in dem Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl basierend auf der in dem Motorabteil abgefühlten Temperatur und in dem Schritt der Bestimmung einer Ventilator drehzahl basierend auf dem Betrieb der Wärmeübertra gungsvorrichtung bestimmt worden sind.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Ventilator zwischen einer Drehzahl von 0 und einer vorbestimm ten maximalen Drehzahl betreibbar ist, wobei die Ventilatordrehzahl die in dem Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl basierend auf der in dem Motorabteil abgefühlten Temperatur bestimmt worden ist, gemäß der folgenden Kriterien bestimmt wird:
Wenn die in dem Schritt der Abfühlung einer Tempera tur in dem Motorabteil der Arbeitsmaschine abgefühl te Temperatur unter einer vorbestimmten minimalen Temperatur ist, wird die Ventilatordrehzahl, die in dem Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl basierend auf der Temperatur bestimmt worden ist, die in dem Motorabteil abgefühlt worden ist, 0 sein;
wenn die in dem Schritt der Abfühlung einer Tempera tur in dem Motorabteil der Arbeitsmaschine abgefühl te Temperatur über einer vorbestimmten maximalen Temperatur ist, wird die Ventilatordrehzahl, die im Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl ba sierend auf der Temperatur bestimmt worden ist, die in dem Motorabteil abgefühlt worden ist, die maxima le Ventilatordrehzahl sein; und
wenn die in dem Schritt des Abfühlens einer Tempera tur in dem Motorabteil der Arbeitsmaschine abgefühl te Temperatur zwischen den vorbestimmten minimalen und maximalen Temperaturen ist, wird die Ventilator drehzahl, die in dem Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl basierend auf der in dem Motorab teil abgefühlten Temperatur bestimmt worden ist, proportional zwischen 0 und der maximalen Ventila tordrehzahl sein.

18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Temperatur, die im Schritt des Abfühlens einer Temperatur in dem Motorabteil der Arbeitsmaschine abgefühlt wird, in der Nähe des heißesten Gebietes ist, das mit dem Mo torabteil assoziiert ist.

19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Motorabteil mindestens eine funktionelle Komponente aufweist, die stromabwärts von dem Ventilator positioniert ist, wobei die in dem Schritt des Abfühlens einer Temperatur in dem Motorabteil der Arbeitsmaschine abgefühlte Temperatur in der Nähe von der mindestens einen funktionellen Komponente gelegen ist.

20. Verfahren nach Anspruch 16, wobei eine Vielzahl von Temperaturen abgefühlte Temperaturen sind, die in dem Schritt des Abfühlens einer Temperatur in dem Motorabteil der Arbeitsmaschine an unterschiedlichen Stellen innerhalb des Motorabteils abgefühlt werden, und wobei die Ventilatordrehzahl, die im Schritt der Bestimmung einer Ventilatordrehzahl basierend auf der im Motorabteil abgefühlten Temperatur bestimmt wird, auf der heißesten Temperatur basiert, die in nerhalb des Motorabteils abgefühlt wird.