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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Kühlsystem und insbesondere auf ein Kühlsystem mit einer impulsartigen Ventilatorsteuerung.
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Hintergrund
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Maschinen mit Motorantrieb, wie beispielsweise Dozer, Lader, Bagger, Motorgrader bzw. Straßenhobel und andere Arten von schweren Maschinen weisen typischerweise ein Kühlsystem auf, welches den assoziierten Antriebsmotor unter eine Schwellentemperatur abkühlt. Das Kühlsystem besteht aus einem oder mehreren Luft-Luft- oder Flüssigkeit-Luft-Wärmetauschern, die unter anderem Kühlmittel kühlen, welches durch den Antriebsmotor zirkuliert wird, und/oder Einlassluft, die in den Antriebsmotor geleitet wird. Wärme vom Kühlmittel oder von der Einlassluft wird auf Luft übertragen, und zwar durch einen Ventilator, der basierend auf Temperaturen von einem oder mehreren der verschiedenen gekühlten Systeme (beispielsweise Antriebsmotor) drehzahlgesteuert wird.
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Viele Kühlsystemventilatoren werden hydraulisch angetrieben. Insbesondere kann ein Ventilatorkreislauf eine Pumpe aufweisen, die von dem Antriebsmotor der Maschine angetrieben wird, um Strömungsmittel mit geringem Druck hereinzuziehen und das Strömungsmittel mit erhöhten Drücken an einen Motor auszugeben, der mit dem Ventilator verbunden ist. Wenn die Temperaturen höher als erwünscht sind, erhöht der Ventilatorkreislauf die Drehzahl des Ventilators. Wenn die Temperaturen gering sind, verringert der Ventilatorkreislauf die Drehzahl des Ventilators. Aufgrund einer Anforderung des Motors bezüglich eines minimalen Einlassdruckes hat der Ventilator jedoch oft eine Grenze bezüglich der minimalen Drehzahl. Daher kann der Ventilator in einigen Situationen, beispielsweise bei kalten Umgebungsbedingungen, mehr Kühlung vorsehen als erforderlich oder erwünscht ist, sogar wenn er mit der minimalen Drehzahl arbeitet. Diese übermäßige Kühlung kann eine Vereisung der Antriebsmotoreinlasssammelleitung bewirken.
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Eine Steuerstrategie zum Verhindern einer übermäßig starken Kühlung des Antriebsmotors wird im
US-Patent 6,453,853 (dem '853-Patent) beschrieben, welches am 24. September 2002 an Hawkins und andere erteilt wurde. Insbesondere beschreibt das '853-Patent eine Strategie zum Steuern eines Hydraulikkühlventilators. Die Steuerstrategie verringert die Möglichkeit einer übermäßig starken Kühlung des Antriebsmotors während eines Betriebs bei kaltem Wetter, indem der Ventilator vollständig abgeschaltet wird, wenn die Temperaturen des Antriebsmotorabteils innerhalb akzeptabler Grenzen sind und es keine Anforderung bezüglich der Ventilatordrehzahl gibt.
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Obwohl das System des
'853-Patentes die Wahrscheinlichkeit einer übermäßig starken Kühlung des Antriebsmotors verhindern kann, ist es immer noch nicht ganz optimal. Insbesondere weil das System des '853-Patentes den Ventilator vollständig für eine verlängerte Zeitperiode abschaltet, besteht ein Risiko, dass ein Temperaturschock der Systemkomponenten auftreten kann, wenn der Ventilator wieder angeschaltet wird. Eine andere Steuerstrategie, um einen Betrieb bei niedrigeren Temperaturen zu gestatten, ist es, die Antriebsmotordrehzahl anzuheben und dem System Lasten zuzuschalten, jedoch verringert dieses Vorgehen die Brennstoffausnutzung des Antriebsmotors.
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Das Kühlsystem der vorliegenden Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme bei existierenden Technologien zu überwinden.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Kühlsystem für einen Antriebsmotor gerichtet. Das Kühlsystem kann einen Luftkühler aufweisen, der konfiguriert ist, um Einlassluft zu kühlen, welche zum Antriebsmotor geliefert wird, und einen Sensor, der konfiguriert ist, um ein Temperatursignal zu erzeugen, welches eine Temperatur der Einlassluft anzeigt. Das Kühlsystem kann auch einen Ventilator in der Nähe zum Luftkühler und eine Steuervorrichtung in Verbindung mit dem Sensor und dem Ventilator aufweisen. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass der Ventilator mit einer Drehzahl arbeitet, die eine Funktion des Temperatursignals ist, wenn die Temperatur der Einlassluft über einer Schwellentemperatur ist. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um selektiv zu bewirken, dass der Ventilator impulsartig an- und ausgeschaltet wird, wenn die Temperatur der Einlassluft unter der Schwellentemperatur ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Kühlen eines Antriebsmotors gerichtet. Das Verfahren kann aufweisen, Verbrennungseinlassluft durch einen Luftkühler zu leiten, um die Verbrennungseinlassluft zu kühlen, und die Verbrennungseinlassluft vom Luftkühler in den Antriebsmotor zu leiten. Das Verfahren kann auch aufweisen, ein Temperatursignal zu erzeugen, welches eine Temperatur der Verbrennungsluft anzeigt und ein Ventilator in der Nähe des Luftkühlers abhängig von einer Funktion des Temperatursignals anzutreiben, wenn die Temperatur der Verbrennungseinlassluft über einer Schwellentemperatur ist. Das Verfahren kann weiter aufweisen, selektiv den Ventilator impulsartig an- und auszuschalten, wenn die Temperatur der Verbrennungseinlassluft unter der Schwellentemperatur ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf eine Maschine gerichtet. Die Maschine kann ein Chassis bzw. Fahrgestell, einen an dem Fahrgestell montierten Antriebsmotor und Traktionsvorrichtungen aufweisen, die konfiguriert sind, um das Fahrgestell zu tragen. Die Maschine kann auch einen Luftkühler aufweisen, der konfiguriert ist, um Einlassluft zu kühlen, die zum Antriebsmotor geliefert wird, und einen Sensor, der konfiguriert ist, um ein Temperatursignal zu erzeugen, welches eine Temperatur der Einlassluft anzeigt. Die Maschine kann auch einen Ventilator in der Nähe des Luftkühlers aufweisen, und eine Steuervorrichtung in Verbindung mit dem Sensor und dem Ventilator. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass der Ventilator mit einer Drehzahl arbeitet, die eine Funktion des Temperatursignals ist, wenn die Temperatur der Einlassluft über einer Schwellentemperatur ist. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um selektiv zu bewirken, dass der Ventilator impulsartig an- und ausgeschaltet wird, wenn die Temperatur der Einlassluft unter der Schwellentemperatur ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Seitenansicht einer beispielhaften offenbarten Maschine;
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2 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften offenbarten Kühlsystems für die Maschine der 1; und
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3 ist ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes offenbartes Verfahren zum Betrieb des Kühlsystems der 2 veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht eine beispielhafte Maschine 10. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Maschine 10 ein Radlader. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Maschine 10 irgendeine andere Art einer Maschine verkörpern kann, wie beispielsweise einen Gelenklastwagen, einen Motorgrader bzw. Straßenhobel oder irgendeine andere Maschine oder ein Fahrzeug. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Maschine 10 potenzielle Anwendung in stationären Systemen finden kann, falls erwünscht, wie beispielsweise bei Leistungserzeugungs- und/oder Strömungsmittelpumpsystemen. Die Maschine 10 kann unter anderem ein Fahrgestell 12 aufweisen, welches von Traktionsvorrichtungen 14 (beispielsweise Rädern) getragen wird, weiter ein Antriebsmotorabteil 16, das an dem Fahrgestell 12 montiert ist, und einen Antriebsmotor 18, der in dem Abteil 16 angeordnet ist, und zum Betrieb der Traktionsvorrichtungen 14 vorgesehen ist.
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Der Antriebsmotor 18 kann irgendeine Art eines Verbrennungsmotors sein, wie beispielsweise ein Zwei-Takt- oder ein Vier-Takt-Dieselmotor, ein Benzinmotor oder ein mit gasförmigem Brennstoff angetriebener Motor. Wie in 2 gezeigt, kann der Antriebsmotor 18 einen Motorblock 20 aufweisen, der zumindest teilweise eine Vielzahl von Zylindern 22 definiert. Ein (nicht gezeigter) Kolben kann verschiebbar in jedem Zylinder 22 angeordnet sein, um sich zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition hin- und her zu bewegen und ein (nicht gezeigter) Zylinderkopf kann mit jedem Zylinder 22 assoziiert sein. Jeder Zylinder 22, jeder Kolben und jeder Zylinderkopf können zusammen zumindest teilweise eine Brennkammer definieren. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der Antriebsmotor 18 sechs Zylinder auf, die in einer Reihenkonfiguration angeordnet sind. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Antriebsmotor 18 eine größere oder geringere Anzahl von Zylindern 22 aufweisen kann, und dass die Zylinder 22 in einer V-Konfiguration, in einer Boxer-Konfiguration bzw. Konfiguration mit gegenüberliegenden Kolben oder in einer anderen Konfiguration angeordnet sein können, falls erwünscht.
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Wie in 2 gezeigt, kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Systemen zusammenarbeiten, um den Betrieb des Antriebsmotors 18 zu verbessern, was ein Lufteinleitungssystem 24, eine Abgassystem 26 und ein Kühlsystem 28 mit einschließt. Das Lufteinleitungssystem 24 kann konfiguriert sein, um Einlassluft oder eine Mischung aus Einlassluft und Brennstoff in den Antriebsmotor 18 zur Verbrennung zu leiten. Die Einlassluft, so wie sie hier verwendet wird, kann auch als Verbrennungsluft oder Ladeluft bezeichnet werden. Das Abgassystem 26 kann konfiguriert sein, um Abgas, welches aus dem Verbrennungsvorgang resultiert, in die Atmosphäre zu leiten. Das Kühlsystem 28 kann konfiguriert sein, um die Temperaturen des Antriebsmotors 18 zu verringern (beispielsweise des Kühlmittels, welches durch den Antriebsmotor 18 zirkuliert, und/oder der Verbrennungseinlassluft, die in den Antriebsmotor 18 geleitet wird), um dabei zu helfen, eine Effizienz des Antriebsmotors 18 und/oder eine Lebensdauer des Antriebsmotors 18 zu verbessern.
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Das Lufteinleitungssystem 24 kann mehrere Komponenten aufweisen, die konfiguriert sind, um Luft zu konditionieren bzw. aufzubereiten und komprimierte Luft in die Zylinder einzuleiten. Beispielsweise kann das Lufteinleitungssystem 24 einen Luftkühler 30 aufweisen (beispielsweise einen Luft-Luft-Wärmetauscher), der stromabwärts von einem oder mehreren der Kompressoren 32 angeordnet ist. Der Kompressor (die Kompressoren) 32 kann (können) mit dem Kühler 30 verbunden sein (beispielsweise über einen Durchlass 34) und kann (können) konfiguriert sein, um Einlassluft unter Druck zu setzen, die zum Kühler 30 geleitet wird. Nach der Übertragung von Wärme auf den Kühler 30 (beispielsweise auf Luft, welche durch benachbarte Kanäle im Kühler 30 läuft), kann die unter Druck gesetzte Luft von dem Kompressor (den Kompressoren) 32 über eine Einlasssammelleitung 36 in die Zylinder 22 des Antriebsmotors 18 fließen. Es wird in Betracht gezogen, dass das Lufteinleitungssystem 24 andere oder zusätzliche Komponenten aufweisen kann, wie oben beschrieben wurden, wie beispielsweise ein Drosselventil, Betätigungsvorrichtungen für variable Ventile, die mit jedem Zylinder 22 assoziiert sind, Filterkomponenten, Kompressor-Bypass-Komponenten und andere bekannte Komponenten, die selektiv gesteuert werden können, um ein Luft-Brennstoff-Verhältnis des Antriebsmotors 18 zu beeinflussen, falls erwünscht.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Sensor mit dem Lufteinleitungssystem 24 assoziiert sein. Beispielsweise kann ein Temperatursensor 38 an einer Stelle stromaufwärts und/oder stromabwärts des Kompressors 32 angeordnet sein (beispielsweise innerhalb des Durchlasses 34 und/oder der Einlasssammelleitung 36) und kann konfiguriert sein, um ein Signal zu erzeugen, welches eine Einlasslufttemperatur anzeigt. Wie genauer unten erklärt wird, kann das Temperatursignal vom Sensor 38 verwendet werden, um dabei zu helfen, das Kühlsystem 28 zu steuern. Beispielsweise kann das Signal verwendet werden, um eine Flussrate der Kühlluft zu steuern, welche durch die Kanäle des oben beschriebenen Kühlers 30 läuft. Es wird auch in Betracht gezogen, dass zusätzliche Temperatursensoren mit dem Lufteinleitungssystem 24 assoziiert sein können, so dass eine Steuerung der Flussrate der Kühlluft, die durch die Kanäle des Kühlers 30 läuft, eine Funktion von einem oder mehreren Temperatursensoren sein kann, welche die Temperatur der unterschiedlichen Systemkomponenten anzeigen.
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Das Auslasssystem 26 kann mehrere Komponenten aufweisen, welche Abgas konditionieren bzw. aufbereiten und aus den Zylindern 22 in die Atmosphäre leiten. Beispielsweise kann das Auslasssystem 26 einen Auslassdurchlass 40 (beispielsweise eine Auslasssammelleitung), eine oder mehrere Turbinen 42, die von dem Abgas angetrieben werden, welches durch den Auslassdurchlass 40 fließt, und einen Auslasskamin bzw. -endtopf 44 aufweisen, der mit einem Auslass der Turbine(n) 42 verbunden ist. Es wird in Betracht gezogen, dass das Auslasssystem 26 andere oder zusätzliche Komponenten aufweisen kann, als sie oben beschrieben wurden, wie beispielsweise Nachbehandlungskomponenten, eine Abgaskompressions- oder -verzögerungsbremse bzw. Motorbremse, Bypass- bzw. Überleitungskomponenten, eine Dämpfungsvorrichtung und andere Komponenten, falls erwünscht.
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Das Kühlsystem 28 kann unter anderem einen Ventilator 46 aufweisen, der in der Nähe des Kühlers 30 und des Antriebsmotors 18 gelegen ist. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel wird der Ventilator 48 hydraulisch betätigt, um Luft durch die Kanäle des Kühlers 30 und über den Antriebsmotor 18 zu drücken oder zu ziehen, wodurch die komprimierte Einlassluft gekühlt wird, welche in den Antriebsmotor 18 eintritt und Wärme von den Außenflächen des Antriebsmotors 18 absorbiert wird. Insbesondere kann ein Motor 48 angeschlossen sein, um den Ventilator 46 anzutreiben, und eine Pumpe 50 kann strömungsmittelmäßig mit dem Motor 48 durch einen Lieferdurchlass 52 und einen Rückleitungsdurchlass 54 verbunden sein. Die Pumpe 50 kann beispielsweise eine Pumpe mit variabler Verdrängung sein, die vom Antriebsmotor 18 angetrieben wird. Die Pumpe 50 kann Strömungsmittel unter Druck setzen (beispielsweise ein extra dafür vorgesehenes Hydrauliköl) und kann das unter Druck gesetzte Strömungsmittel durch den Lieferdurchlass 52 zum Motor 48 leiten. Nach dem Durchlaufen durch den Motor 48 und dem Bewirken einer mechanischen Drehung daran kann das Strömungsmittel (nun auf einem niedrigeren Druck) zur Pumpe 50 mittels des Rückleitungsdurchlasses 54 zurückgeleitet werden. Es sei bemerkt, dass, während das offenbarte Kühlsystem als ein geregeltes System (closed loop) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform offenbart wurde, die Pumpe 50 alternativ mit dem Motor 48 in gesteuerter Weise (open loop) verbunden sein könnte, was einen Reservoirtank mit einschließen kann. Eine solche Steuerungskonfiguration kann dabei helfen die Temperatur des unter Druck gesetzten Strömungsmittels zu regeln und eine Überhitzung zu vermeiden.
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In der offenbarten Konfiguration kann eine Verdrängung und eine Drehzahl der Pumpe 50 in Verbindung mit einer Verdrängung des Motors 48 oder einer Position eines (nicht gezeigten) Bypass- bzw. Überleitungsventils eine Drehzahl des Ventilators 46 bestimmen. Außerdem kann die Drehzahl des Ventilators 46 direkt in Beziehung mit der Flussrate der Kühlluft sein, welche durch den Kühler 30 geleitet wird, und mit der entsprechenden Temperatur der Einlassluft, die in den Antriebsmotor 18 geleitet wird. Entsprechend können die Drehzahl des Ventilators 46 und die Temperatur der Einlassluft eingestellt werden, in dem selektiv die Verdrängung der Pumpe 50 und/oder die Verdrängung des Motors 48 oder die Position des Bypass-Ventils eingestellt werden.
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In dem offenbarten Ausführungsbeispiel hat die Pumpe 50 eine Fähigkeit zur variablen Verdrängung (das heißt nur die Pumpe 50 hat einen einstellbaren Verdrängungsmechanismus 56). Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass alternativ nur der Motor 48 eine Fähigkeit zur variablen Verdrängung haben könnte, oder dass sowohl die Pumpe 50 als auch der Motor 48 eine Fähigkeit zur variablen Verdrängung haben könnten, falls erwünscht.
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In einem Ausführungsbeispiel kann der Motor 48 eine minimale Drehzahl haben. Die minimale Drehzahl kann einem minimalen Einlassdruck des Motors 48 entsprechen. Wenn die Drehzahl des Motors 48 unter diese Drehzahl abfällt, kann der Druck am Einlass des Motors 48 zu gering für einen effizienten Betrieb sein. Das heißt, es kann möglich sein, dass der Motor 48 aufhört sich zu drehen, und zwar aufgrund dessen, dass der Einlassdruck bei unterhalb der minimalen Drehzahl des Motors 48 zu niedrig ist. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel kann die minimale Drehzahl des Motors 48 ungefähr 500 U/min sein.
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Eine Steuervorrichtung 58 kann mit dem Kühlsystem 28 assoziiert sein und konfiguriert sein, um eine Drehzahl des Ventilators 46 basierend auf dem Signal vom Sensor 38 zu regeln. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 58 in Verbindung mit dem Verdrängungsmechanismus 56 der Pumpe 50 (und/oder des Motors 48, falls dieser so ausgerüstet ist) sein. Außerdem kann die Steuervorrichtung 58 basierend auf einem Wert des Signals konfiguriert sein, um selektiv eine Verdrängung der Pumpe 50 einzustellen, wodurch die Drehzahl des Ventilators 46 eingestellt wird. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Steuervorrichtung 58 in anderen Ausführungsbeispielen konfiguriert sein kann, um selektiv eine Verdrängung der Pumpe 50 basierend auf dem Signal vom Sensor 38 und einem oder mehreren zusätzlichen Temperatursignalen von Sensoren einzustellen, welche andere Komponenten oder Strömungsmittel der Maschine 10 überwachen.
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Die Steuervorrichtung 58 kann ein einzelner Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren sein, welche einen Mechanismus zum Steuern eines Betriebs des Kühlsystems 28 aufweisen. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können konfiguriert sein, um die Funktionen der Steuervorrichtung 58 auszuführen. Es sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung 58 leicht in einem allgemeinen Maschinenmikroprozessor verkörpert sein könnte, der fähig ist, zahlreiche Motor- und/oder Maschinenfunktionen zu steuern. Die Steuervorrichtung 58 kann einen Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung, einen Prozessor und irgendwelche anderen Komponenten aufweisen, um eine Anwendung laufen zu lassen. Verschiedene andere Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 58 assoziiert sein, wie beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung, eine Elektromagnettreiberschaltung und andere Arten von Schaltungen.
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3 veranschaulicht ein beispielhaftes Kühlsystemverfahren, welches von der Steuervorrichtung 58 ausgeführt wird. 3 wird unten genauer besprochen, um die offenbarte Konzepte besser zu veranschaulichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das offenbarte Steuersystem kann bei jeder Maschine anwendbar sein, welche aus einer regulierten Kühlung Vorteile zieht. Das offenbarte Steuersystem kann dabei helfen, Systemkomponenten auf erwünschten Temperaturen zu halten, welche einen effizienten Betrieb begünstigen. Der Betrieb des Kühlsystems 28 wird nun mit Bezug auf 3 erklärt.
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Während des Betriebs der Maschine 10 kann Einlassluft durch den Kompressor 32 hereingezogen werden, kann unter Druck gesetzt werden und durch den Durchlass 34 zum Kühler 30 geleitet werden. Wenn die Einlassluft durch die Kanäle im Kühler 30 laut, kann ein Fluss der Kühlluft durch den Ventilator 46 durch benachbarte Kanäle gedrückt werden. Wenn beide Luftflüsse durch den Kühler 30 laufen, kann Wärme von der Einlassluft auf die Kühlluft übertragen werden. Die kühle komprimierte Luft kann dann in den Antriebsmotor 18 geleitet werden, mit Brennstoff vermischt werden und verbrannt werden. Abgas, welches aus dem Verbrennungsprozess resultiert, kann dann über den Auslassdurchlass 40 aus dem Antriebsmotor 18 und durch die Turbine 42 geleitet werden, wo Energie in dem Abgas wiedergewonnen wird und verwendet wird, um den Kompressor 32 anzutreiben.
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Während des Betriebs des Antriebsmotors kann die Steuervorrichtung 58 kontinuierlich eine Temperatur der Einlassluft überwachen, welche in den Antriebsmotor 18 eintritt, um sicherzustellen, dass die Luft auf einer erwünschten Temperatur ist, welche einen effizienten Betrieb begünstigt (Schritt 202). Insbesondere sollte die Luft ausreichend kühl sein, um ihre Dichte zu erhöhen und um dadurch zu gestatten, dass eine erwünschte Menge an Einlassluft in die Zylinder 22 während jedes Motorzyklus gedrückt wird, ohne dass sie so kalt ist, dass Feuchtigkeit in der Luft in der Einlassleitung 36 friert. Ein Teil der Feuchtigkeit in der Luft kann in einem Abgasrückführungsluftstrom bzw. AGR-Luftstrom (AGR = Abgasrückführung bzw. Abgasrückzirkulation) vorhanden sein, der sich mit der Einlassluft vermischt. Wenn die Feuchtigkeit in der Einlasssammelleitung 36 friert, kann der Luftfluss in die Einlasssammelleitung 36 eingeschränkt werden, was einen instabilen Betrieb des Antriebsmotors 18 zur Folge hat. Entsprechend kann die Steuervorrichtung 58 die Temperatur der Einlassluft überwachen und selektiv den Ventilator 46 mit einer Drehzahl antreiben, die eine Funktion des Temperatursignals ist (beispielsweise der Einlasslufttemperatur), wenn die Temperatur über einer Schwellentemperatur ist (Schritt 204). Die Steuervorrichtung 58 kann bewirken, dass der Ventilator 46 basierend auf einem Wert des Signals beschleunigt oder verlangsamt. Wenn beispielsweise die Temperatur der Luft ansteigt, kann die Steuervorrichtung 58 proportional eine Verdrängung der Pumpe 50 verringern, wodurch die Drehzahl des Motors 48 und die Drehzahl des Ventilators 46 erhöht wird. Wenn die Temperatur der Luft abnimmt, kann die Steuervorrichtung 58 genauso proportional die Verdrängung der Pumpe 50 erhöhen, oder sie kann ein Bypass-Ventil öffnen, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel um den Motor 48 herum zu leiten.
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Die Drehzahl des Motors 48 kann nur verringert werden, bis die minimale Motordrehzahl erreicht ist. Wie oben beschrieben kann die minimale Motordrehzahl in dem offenbarten Beispiel ungefähr 500 U/min sein. Wenn die Drehzahl des Motors 48 die minimale Motordrehzahl erreicht, kann die Steuervorrichtung 58 entsprechend die Verdrängung der Pumpe 50 verringern.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann der Ventilator 46 immer noch zuviel Luftfluss erzeugen, wenn der Motor 48 sich rampenförmig auf seine minimale Drehzahl bewegt hat. Außer wenn dies berücksichtigt wird, könnte eine übermäßig starke Kühlung des Antriebsmotors 18 die Folge sein, was eine Vereisung der Einlasssammelleitung 36 und einen instabilen Motorbetrieb bewirkt. Aus diesem Grund kann die Steuervorrichtung 58 bestimmen, ob die Temperatur der Einlassluft zu gering ist (beispielsweise unter der Schwellentemperatur) und der Ventilator 46 mit der minimalen Drehzahl arbeitet (beispielsweise hat die Pumpe 50 heruntergeregelt und arbeitet mit ihrer minimalen Verdrängung) (Schritt 206). Solange die Pumpe 50 über ihrer Verdrängung für minimale Drehzahl oder über der Schwellentemperatur bleibt (Schritt 206: nein), kann die Steuerung sich schleifenförmig durch die Schritte 202–206 bewegen.
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Wenn jedoch bestimmt wird, dass die Temperatur der Einlassluft unter der Schwellentemperatur ist und der Ventilator 46 auf der minimalen Drehzahl arbeitet (Schritt 206: ja), kann die Steuervorrichtung 58 konfiguriert sein, um selektiv zu bewirken, dass der Ventilator 46 impulsartig an- und ausschaltet (Schritt 208). Die Steuervorrichtung 58 kann bewirken, dass der Ventilator 46 impulsartig an- und ausgeschaltet wird, indem die Drehmomenteingabe in den Ventilator 46 für eine erwünschte Zeitperiode eliminiert wird, die Drehmomenteingabe für eine erwünschte Zeitperiode erneut angelegt wird, und wiederum die Drehmomenteingabe eliminiert bzw. ausgeschaltet wird. In einem Ausführungsbeispiel kann die Aus-Zeitperiode (das heißt die Zeitperiode während welcher der Motor 48 kein Drehmoment an den Ventilator 46 anlegt) ungefähr gleich der An-Zeitperiode sein (das heißt der Zeitperiode, während welcher der Motor 48 Drehmoment anlegt). Beispielsweise können die An- und Aus-Zeitperioden jeweils ungefähr gleich 5–60 Sekunden sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Aus-Zeitperiode anders als die An-Zeitperiode. Die An- und/oder Aus-Zeitperioden können während des Motorsbetriebs ungeachtet der Temperatur gleich bleiben oder sie können sich basierend auf der Temperatur verändern, falls erwünscht. Wenn beispielsweise die Temperatur der Einlassluft sich noch weiter verringert, kann die Aus-Zeitperiode zunehmen. Und wenn die Temperatur der Einlassluft zunimmt, kann die An-Zeitperiode zunehmen. Im Allgemeinen kann der Ventilator 46 veranlasst werden, mit einer Rate zu pulsieren bzw. impulsartig an- und ausgeschaltet zu werden, welche die Temperatur der Einlassluft auf einem im Wesentlichen konstanten Wert hält. In dem offenbarten Beispiel kann die Temperatur innerhalb ungefähr 5°C der Schwellentemperatur gehalten werden.
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Es kann viele unterschiedliche Wege geben, wie die Steuervorrichtung 58 den impulsartigen Betrieb des Ventilators 46 bewirken kann (das heißt verhindern kann, dass der Motor 48 Drehmoment anlegt und bewirken kann, dass der Motor 48 Drehmoment anlegt). In einem Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung 58 verhindern, dass der Motor 48 Drehmoment anlegt, indem stufenweise die Verdrängung der Pumpe 50 auf eine Neutralposition (das heißt einen Winkel von 0) verringert wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Pumpe 50 vom Antriebsmotor 18 und/oder vom Motor 48 getrennt werden. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Lieferdurchlass 52 direkt mit dem Rückleitungsdurchlass 54 verbunden werden (beispielsweise unter Verwendung eines Ventils), so dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Pumpe 50 an dem Motor 48 vorbeiläuft. Andere Verfahren können ebenfalls verwendet werden, falls erwünscht.
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Nach dem Initialisieren des impulsartigen Betriebs des Ventilators 46 kann die Steuervorrichtung 58 weiter die Temperatur der Einlassluft überwachen und die Temperatur mit dem Schwellenwert vergleichen (Schritt 210). Solange die Einlasslufttemperatur unter der Schwellentemperatur bleibt (Schritt 210: ja), und zwar nach der Einleitung des impulsartigen Betriebs des Ventilators (Schritt 208), kann die Steuervorrichtung sich schleifenartig durch die Schritte 208–210 bewegen. Wenn die Einlasslufttemperatur nicht unter der Schwellentemperatur ist (Schritt 210: nein), dann kann die Steuervorrichtung 58 zum Schritt 202 zurückkehren.
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Indem bewirkt wird, dass der Ventilator 46 während extrem kalten Wetterbedingungen impulsartig betrieben wird, kann verhindert werden, dass der Antriebsmotor 18 übermäßig stark gekühlt wird, und Komponenten des Kühlsystems werden keinem schädigenden Temperaturschock ausgesetzt. Das heißt, die Komponenten (beispielsweise Pumpe 50, Motor 48, Durchlässe 52 und 54, Strömungsmittel usw.) des Kühlsystems 28 können dadurch, dass sie immer noch periodisch in Betrieb sind, auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur bleiben, was die Langlebigkeit der Komponenten begünstigt. Insbesondere wird nicht zugelassen, dass die Komponenten aufgrund einer Inaktivität auf ein Niveau abkühlen, welches eine Temperaturschockbelastung verursachen würde, wenn der Betrieb wiederaufgenommen würde. Zusätzlich zur Verlängerung der Lebensdauer dieser Komponenten kann der Betriebsbereich der Maschine 10 ebenfalls verbessert werden. Insbesondere kann die Maschine 10 fähig sein, auf noch niedrigeren Temperaturen zu arbeiten, ohne ein Risiko eines Komponentenversagens aufgrund einer Temperaturschockbelastung zu erhöhen.
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Dadurch, dass ein Temperaturschock und eine übermäßig starke Kühlung (beispielsweise eine Vereisung der Einlasssammelleitung 36) verhindert werden, kann die Kaltbetriebstemperaturleistung (COTP = cold operating temperature performance) der Maschine 10 verbessert werden. Ohne den impulsartigen Betrieb kann beispielsweise die Leerlauffähigkeit der Maschine 10 bei kalter Temperatur ungefähr zwischen 0 und 10°C sein, weil unterhalb dieser Temperatur eine übermäßig starke Kühlung problematisch sein kann. Durch impulsartigen Betrieb des Ventilators 46, wie hier beschrieben, kann im Gegensatz dazu die Leerlauffähigkeit der Maschine 10 bei kalter Temperatur von dort auf weniger als –40°C abfallen. Daher sieht ein impulsartiger Betrieb einen größeren Temperaturbereich vor, in dem die Maschine 10 arbeiten kann, während immer noch eine übermäßig starke Kühlung und ein Temperaturschock verhindert werden, und dies gestattet eine vergrößerte Leerlaufzeit, ohne Notwendigkeit einer zusätzlichen Brennstofflieferung (das heißt eine verbesserte Brennstoffausnutzung).
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Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Kühlsystem vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann bei der Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des offenbarten Kühlsystems offensichtlich. Obwohl die vorliegende Offenbarung im Zusammenhang mit einem Kühlventilator für Einlassluft veranschaulicht ist, welcher mit einem Antriebsmotor und mit anderen Maschinensystemen assoziiert ist, kann die vorliegende Offenbarung beispielsweise ebenfalls in ähnlicher Weise verwendet werden, um Kühlmitteltemperaturen innerhalb des Antriebsmotors zu steuern. Die Beschreibung und die Beispiele sollen nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen angezeigt wird.
