DE102011113542A1

DE102011113542A1 - Hydraulischer Lüfterantrieb für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102011113542A1
Application number: DE102011113542A
Authority: DE
Inventors: Egon Rill
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-03-21
Also published as: US20130243611A1; ITMI20121509A1; US9512831B2

Abstract

Offenbart ist ein hydraulischer Lüfterantrieb, der für eine Kühlanlage eines Verbrennungsmotors – insbesondere eines Dieselmotors einer mobilen Arbeitsmaschine oder einer Baumaschine – vorgesehen ist. Der Lüfterantrieb ist in Abhängigkeit einer Last des Verbrennungsmotors kurzfristig bzw. übergangsweise abschaltbar. Die Abschaltung kann mittels eines Absperrventils erfolgen, das in einer eine Verstellpumpe mit einem Lüftermotor verbindenden Arbeitsleitung angeordnet ist. Die Abschaltung kann über eine Drehzahlüberwachung des Verbrennungsmotors und erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Lüfterantrieb für eine Kühlanlage einer Brennkraftmaschine bzw. eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der Druckschrift DE 43 21 637 A1 ist ein hydraulischer Lüfterantrieb für eine Kühlanlage eines Verbrennungsmotors offenbart. Der Lüfterantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetriebene Verstellpumpe und einen Konstantmotor, der ein Lüfterrad antreibt. Dabei wird die Verstellpumpe mit einem Stellzylinder und mit einem Ventil geregelt, das einem Load-Sensing-Regelventil entspricht. Aus dem in der Verbindungsleitung zwischen der Verstellpumpe und dem Konstantmotor herrschenden Pumpendruck ist mit Hilfe einer Düse und einem proportional verstellbaren Druckbegrenzungsventil ein Steuerdruck generierbar.
Die Druckschrift DE 43 21 636 A1 zeigt einen vergleichbaren hydraulischen Lüfterantrieb mit einer von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Verstellpumpe und mit einem Konstantmotor, der ein Lüfterrad antreibt. Die Verstellpumpe wird während einer Einschaltzeit eines Anlassers des Verbrennungsmotors kurzzeitig auf eine kleine Fördermenge oder auf Fördermenge Null eingestellt, um die Last bzw. das Antriebsmoment des Anlassers zu reduzieren.
Nachteilig an derartigen hydraulischen Lüfterantrieben ist, dass Lastspitzen des Verbrennungsmotors, die während seines Betriebs z. B. durch mehrere versorgte Verbraucher entstehen können, vom angeschlossenen Lüfterantrieb noch erhöht werden.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen hydraulischen Lüfterantrieb für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der Lastspitzen des Verbrennungsmotors vermindert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen hydraulischen Lüfterantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Der erfindungsgemäße hydraulische Lüfterantrieb ist für eine Kühlanlage eines Verbrennungsmotors – insbesondere eines Dieselmotors einer mobilen Arbeitsmaschine oder einer Baumaschine – vorgesehen und ist in Abhängigkeit einer Last des Verbrennungsmotors abschaltbar. Damit ist ein hydraulischer Lüfterantrieb geschaffen, der Lastspitzen des Verbrennungsmotors vermindert. Damit können Abgase und Rußausstoß vermindert und die Lebensdauer des Verbrennungsmotors verlängert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Lüfterantrieb in Abhängigkeit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors abschaltbar. Die Abschaltung kann bei Unterschreiten eines Schwellwertes der Drehzahl oder bei Überschreiten eines Schwellwertes eines Drehzahlabfalls erfolgen. Damit kann zunehmende Last des Verbrennungsmotors einfach – z. B. mit einem Drehzahlsensor – ermittelt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform hat eine vom Verbrennungsmotor antreibbare Verstellpumpe und einen von der Verstellpumpe antreibbaren Konstantmotor. Über den Konstantmotor ist ein Lüfterrad antreibbar, oder an den Konstantmotor ist ein Lüfterrad gekoppelt.
Vorrichtungstechnisch einfach erfolgt die erfindungsgemäße Abschaltung über ein Absperrventil, das in einer Hauptleitung zwischen der Verstellpumpe und dem Konstantmotor angeordnet ist.
Eine energiesparende Weiterbildung des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs hat ein Load-Sensing-Ventil, über das in Abhängigkeit eines von der Hauptleitung abgegriffenen Pumpendrucks, eines Load-Sensing-Drucks und einer Federkraft ein Stellzylinder der Verstellpumpe gesteuert wird, der bei Zufuhr von Druckmittel in Richtung einer Schwenkwinkelverkleinerung der Verstellpumpe wirkt.
Vorzugsweise ist eine Steuerdruckleitung vorgesehen, in der ein weiterer Steuerdruck herrscht, der an einem Ventilkörper des Load-Sensing-Ventils dem Pumpendruck entgegen wirkt, ein Druckregelventil vorgesehen. Über das Druckregelventil kann damit der Steuerdruck geregelt werden. Somit ist eine Regelung für den Schwenkwinkel der Verstellpumpe geschaffen, wobei der weitere Steuerdruck indirekt in Richtung einer Schwenkwinkelverkleinerung und somit Förderstromverringerung der Verstellpumpe wirkt.
Zur Maximaldruckbegrenzung kann alternativ oder in Ergänzung ein Druckregelventil vorgesehen sein, über das in Abhängigkeit des von der Hauptleitung abgegriffenen Pumpendrucks der Stellzylinder der Verstellpumpe in Richtung einer Schwenkwinkelverkleinerung der Verstellpumpe betätigt wird.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des Lüfterantriebs hat eine Regelelektronik über die der Lüfterantrieb abschaltbar ist.
Dabei wird es bevorzugt, wenn das Absperrventil von der Regelelektronik schaltbar ist. Dies kann insbesondere über einen Aktor erfolgen, bei dessen Aktivierung die Hauptleitung abgesperrt wird.
Bei der Weiterbildung mit Druckregelventil wird es bevorzugt, wenn dieses von der Regelelektronik regelbar ist. Dies kann insbesondere über einen Aktor erfolgen, bei dessen Aktivierung – insbesondere Bestromung – eine Öffnung des Druckregelventils vergrößert wird, wodurch der weitere Steuerdruck verringert wird.
Weiterhin wird es bevorzugt, wenn eine Steuerdruckleitung, die den in Richtung einer Schwenkwinkelverringerung wirkenden Pumpendruck hat, über eine Drossel mit einer weiteren Steuerdruckleitung verbunden ist, die einen weiteren dem Pumpendruck entgegen wirkenden Steuerdruck hat.
Im Folgenden wird anhand einer einzigen Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben.
Die Figur zeigt einen hydraulischen und elektrischen Schaltplan des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydraulischen Lüfterantriebs. Die Figur zeigt einen Dieselmotor 18 mit einem Kühler 10, der von einem Kühlmittel 11 durchströmt wird. Das Kühlmittel durchströmt und kühlt einen Dieselmotor 18. Ein Temperatursensor 12 erfasst die Temperatur des Kühlmittels 11 und übermittelt ein entsprechendes Spannungssignal an eine Regelelektronik 13. Weiterhin wird eine Drehzahl des Dieselmotors 18 über ein elektronisches Signal an die Regelelektronik 13 übermittelt.
Der Kühler 10 steht in Wirkverbindung mit einem Lüfterrad 34, das über einen offenen Hydraulikkreislauf angetrieben wird. Dieser besteht aus einer Verstellpumpe 20, die über eine Hauptleitung 32 einen Konstantmotor 33 antreibt. Die Verstellpumpe 20 wird vom Dieselmotor 18 angetrieben, während der Konstantmotor 33 das Lüfterrad 34 antreibt. Vom Konstantmotor 33 strömt entspanntes Druckmittel über eine Tankleitung 35 zurück zu einem Tank 30, aus dem die Verstellpumpe 20 das Druckmittel über eine Saugleitung 31 ansaugt.
Bei der Verstellpumpe 20 handelt es sich über Axialkolbenpumpe, deren Schwenkwinkel mit Hilfe eines einfach wirkenden Stellzylinders 22 verkleinert und mit einer gegen den Stellzylinder 22 wirkenden Druckfeder 23 und mit einem weiteren Stellzylinder 29 kleinerer Wirkfläche vergrößert werden kann. Der in Richtung einer Schwenkwinkelverkleinerung wirkende Stellzylinder 22 wird über ein Druckregelgerät 21 gesteuert. Das Druckregelgerät 21 hat ein Load-Sensing-Ventil 25 und ein damit in Reihe geschaltetes zur Maximaldruckbegrenzung der Hauptleitung 32 vorgesehenes Druckbegrenzungsventil 24. Beide Ventile 24, 25 sind über eine Steuerleitung 26 an die Hauptleitung 32 angeschlossen. Beide Ventile 24, 25 sind somit mit dem von der Hauptleitung 32 abgegriffenen Pumpendruck beaufschlagt und wirken bei zunehmendem Pumpendruck in Richtung einer Schwenkwinkelverkleinerung der Verstellpumpe 20. Dazu wirkt der Pumpendruck an jeweiligen (nicht näher gezeigten) Ventilkörpern der Ventile 24, 25 derart, dass bei einem Übergewicht der durch den Pumpendruck am Ventilkörper erzeugten Kraft dem Stellzylinder 22 Druckmittel zufließt und der Schwenkwinkel der Pumpe verkleinert wird.
Die Steuerleitung 26 ist über eine Drossel 27 an eine weitere Steuerdruckleitung 36 angeschlossen. Über diese Steuerdruckleitung 36 und über einen Steuerraum 28 ist der Ventilkörper des Load-Sensing-Ventils 25 entgegen dem Pumpendruck mit einem Steuerdruck (in sonstigen Anwendungen Pumpendruck genannt) beaufschlagt. Entgegen dem Pumpendruck wird der Ventilkörper des Load-Sensing-Ventils 25 auch noch von einer Feder beaufschlagt, deren Druckäquivalent zum Beispiel im Bereich von 5 bis 10 bar liegt. Der Steuerdruck in der weiteren Steuerdruckleitung 36 und die Feder wirken auf das Load-Sensing-Ventil im Sinne einer Vergrößerung des Schwenkwinkels der Verstellpumpe 20. Der in der weiteren Steuerdruckleitung 36 wirkende Steuerdruck wird dabei über ein Druckregelventil 15 eingestellt. Von der Regelelektronik 13 wird dazu ein Proportionalmagnet 14 des Druckregelventils 15 angesteuert. Das Druckregelventil 15 hat einen Schließkörper 16, der in Schließrichtung von einer vergleichsweise stark vorgespannten Druckfeder 17 und in Öffnungsrichtung vom Proportionalmagneten 14 und vom Druck am Eingang des Druckbegrenzungsventils 15 beaufschlagt ist. Dieser ist von der Steuerdruckleitung 36 abgegriffen. In einem statischen Zustand stellt sich somit ein Pumpendruck ein, der um das Druckäquivalent der das Load-Sensing-Ventil beaufschlagenden Feder höher ist als der mit dem Druckbegrenzungsventil 15 eingestellte Steuerdruck oder Pumpendruck. Das Druckbegrenzungsventil 15 ist ein Druckbegrenzungsventil mit fallender Kennlinie.
Bei einer gegebenen vom Temperatursensor 12 erfassten Temperatur des Kühlmittels 11 und bei einer gegebenen Drehzahl des die Verstellpumpe 20 antreibenden Dieselmotors 18 nimmt der Stellzylinder 22 eine solche Position und damit die Verstellpumpe 20 einen solchen Schwenkwinkel ein, dass so viel Druckmittel durch die Hauptleitung 32 zum Konstantmotor 33 gefördert wird, dass bei der sich dadurch ergebenden Drehzahl des Lüfterrades 34 die Temperatur des Kühlmittels 11 annähernd konstant bleibt. Dabei wird der Schwenkwinkel indirekt über den Pumpendruck eingestellt, weil bei einem hydraulischen Lüfterantrieb ein fester Zusammenhang zwischen der über den antreibenden konstanten Hydromotor herrschenden Druckdifferenz (entspricht einem Drehmoment) und der Drehzahl des Lüfterrads besteht.
Vergrößert sich die Drehzahl des Dieselmotors 18, so vergrößert sich die Fördermenge der Verstellpumpe 20 und damit der Druck in der Hauptleitung 32. Der Steuerdruck der weiteren Steuerdruckleitung 36 bleibt wegen einer unveränderten Einstellung des Druckregelventils 15 konstant. Dies bedeutet, dass am Ventilkörper des Load-Sensing-Ventils 25 ein Kräfteungleichgewicht auftritt und das Load-Sensing-Ventil 25 der Stellzylinder 22 mit der Hauptleitung 32 verbindet, so dass die Verstellpumpe 20 in Richtung kleinerer Fördermenge zurück geschwenkt wird. Bei einer Drehzahlverringerung des Dieselmotors 18 läuft der Regelvorgang in Richtung eines größeren Schwenkwinkels der Verstellpumpe 20 ab. Damit führt die Regelung dazu, dass bei einer bestimmten Temperatur des Kühlmittels 11 der Druck in der Hauptleitung 32 unabhängig von der Drehzahl der Verstellpumpe 20 konstant gehalten wird.
Erhöht (bzw. verringert) sich dagegen die Temperatur des Kühlmittels 11, so verändert die Regelelektronik 13 das Steuersignal für den Proportionalmagneten 14. Dessen Kraftwirkung auf den Ventilkörpers 16 des Druckregelventils 15 wird kleiner (bzw. größer), so dass der Steuerdruck in der weiteren Steuerdruckleitung 36 größer (bzw. kleiner) wird. Damit wird ein Kräfteungleichgewicht am Ventil 25 erzeugt, das Druckmittel aus dem Stellzylinder 22 abfließen lässt (bzw. dem Stellzylinder zuführt), bis durch Veränderung des Schwenkwinkels der Pumpe ein solcher Pumpendruck eingeregelt ist, das am Ventil 25 bei veränderter Kühlleistung wieder ein Kräftegleichgewicht herrscht.
In der Hauptleitung 32 ist ein Absperrventil 38 angeordnet, über das die Hauptleitung 32 absperrbar ist. Dazu dient ein elektrischer Aktor 40, über den ein nicht näher gezeigter Ventilkörper des Absperrventils 38 gegen die Kraft einer Feder 42 in eine Schließposition gebracht werden kann. Dies geschieht über ein Steuersignal, das von der Regelelektronik 13 über eine Steuerleitung 44 an das Absperrventil 38 übermittelt werden kann.
Wenn im Betrieb des Dieselmotors 18 auf diesen eine Lastspitze einwirkt, wird diese über einen (nicht gezeigten) Drehzahlsensor von der Regelelektronik 13 erfasst. Daraufhin wird das Absperrventil 38 über die Regelelektronik 13 in seine Schließstellung gebracht, wodurch der Pumpendruck in der Steuerleitung 26 sprunghaft ansteigt. Dadurch beaufschlagen das Load-Sensing-Ventil 25 und/oder das Druckbegrenzungsventil 24 den Stellkolben 22 mit zusätzlicher Druckmittelmenge, wodurch die Verstellpumpe 20 zurückgeschwenkt wird. Dies führt zu der erfindungsgemäßen kurzzeitigen Abschaltung des gezeigten hydraulischen Lüfterantriebs und zur Entlastung des Dieselmotors.
Wenn die Regelelektronik 13 eine Entlastung des Dieselmotors 18 beziehungsweise einen Drehzahlanstieg erkennt, wird der Lüfterantrieb wieder zugeschaltet.
Offenbart ist ein hydraulischer Lüfterantrieb, der für eine Kühlanlage eines Verbrennungsmotors – insbesondere eines Dieselmotors einer mobilen Arbeitsmaschine oder einer Baumaschine – vorgesehen ist. Der Lüfterantrieb ist in Abhängigkeit einer Last des Verbrennungsmotors kurzfristig bzw. übergangsweise abschaltbar. Die Abschaltung kann mittels eines Absperrventils erfolgen, das in einer eine Verstellpumpe mit einem Lüftermotor verbindenden Arbeitsleitung angeordnet ist. Die Abschaltung kann über eine Drehzahlüberwachung des Verbrennungsmotors und erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4321637 A1 [0002]
DE 4321636 A1 [0003]

Claims

Hydraulischer Lüfterantrieb für eine Kühlanlage eines Verbrennungsmotors (18), dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfterantrieb in Abhängigkeit einer Last des Verbrennungsmotors (18) abschaltbar ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Anspruch 1, wobei der Lüfterantrieb in Abhängigkeit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors (18) abschaltbar ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Anspruch 1 oder 2 mit einer vom Verbrennungsmotor (18) antreibbaren Verstellpumpe (20) und mit einem von der Verstellpumpe antreibbaren Konstantmotor (33), über den ein Lüfterrad (34) antreibbar oder an das ein Lüfterrad (34) gekoppelt ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Anspruch 3, wobei in einer Hauptleitung (32) zwischen der Verstellpumpe (20) und dem Konstantmotor (33) ein Absperrventil (38) angeordnet ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Anspruch 4 mit einem Load-Sensing-Ventil (25), über das in Abhängigkeit eines von der Hauptleitung (32) abgegriffenen Pumpendrucks einerseits und eines aus dem Pumpendruck generierten Load-Sensing-Drucks und der Kraft einer Feder andererseits Druckmittel einem Stellzylinder (22) der Verstellpumpe (20) zuführbar und aus dem Stellzylinder verdrängbar ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Anspruch 5 mit einem Druckbegrenzungsventil (15), über das der Load-Sensing-Druck der an einem Ventilkörper des Load-Sensing-Ventils (25) dem Pumpendruck entgegen wirkt, einstellbar ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Anspruch 4 mit einem Druckregelventil (24), über das bei einem maximalen Pumpendruck einem Stellzylinder (22) der Verstellpumpe (20) Druckmittel zuführbar ist, um den Schwenkwinkel der Verstellpumpe (20) zu verkleinern.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Regelelektronik (13) über die der Lüfterantrieb abschaltbar ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb zumindest nach Anspruch 4 und 8, wobei das Absperrventil (38) von der Regelelektronik (13) schaltbar ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb zumindest nach Anspruch 6 und 8, wobei das Druckregelventil (15) von der Regelelektronik (13) regelbar ist.