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Brennkraftmaschine mit einem Kühlluftgebläse
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlluftgebläse,
welches hydraulisch antreibbar ist, wobei in der Hydraulikzulaufleitung ein Ventil
angeordnet ist, das temperaturabhängig steuerbar ist, mit einem Wärmetauscher zum
Kühlen eines Wärmeträgers, der in einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen
Einrichtung zirkuliert, wobei der Wärmetauscher von de von dem Kühlluftgebläse gelieferten
Luft beaufschlagbar ist, und mit Abluftklappen, die in der Kühlluftführung des Wärmetauschers
angeordnet und von einem Stellmotor bewegbar sind.
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Bei Brennkraftmaschinen, die eine Einrichtung antreiben, bdspielsweise
ein Getriebe oder einen Retarder, können Betriebszustände auftreten, in denen die
Brennkraftmaschine nahezu keine Kühlung und das in dem Getriebe oder Retarder umlaufende
Hydraulikmedium eine sehr starke Kühlung verlangt. Da zum Kühlen beider normalerweise
nur ein Kühlluftgebläse vorhanden ist, muß dafür Sorge getragen werden, daß keine
gegenseitige Beeinflussung der zu kühlenden Medien durch den unterschiedlichen Leistungsbedarf
an Kühl luft auftritt.
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Hierzu ist es bekannt (DE-PS 12 30 615), eine Brennkraftmaschine mit
einem Rückkühler für ein Hydraulikmedium auszurüsten, der von der vom Kühlluftgebläse
gelieferten Luft beaufschlagbar ist. Da in ihn nicht während der ganzen Betriebszeit
der Brennkraftmaschine Wärme anfällt, sind Abluftklappen in der Kühlluftzuführung
zu dem Wärmetauscher vorgesehen, durch die die Kühlluftzufuhr zu ihm unterbunden
werden kann. Nachteilig ist es bei der dort beschriebenen Anordnung, daß beim Öffnen
der Abluftklappen der von dem Kühlluftgebläse gelieferte Luftstrom nur mengenmäßig
anders verteilt wird, so daß die Bauteiltemperatur der Brennkraftmaschine steigt.
Erst wenn diese einen bestimmten
Wert überschritten hat, liefert
das Kühlluftgebläse eine größere Menge Kühl luft, damit die Bauteil temperatur der
Brennkraftmaschine nicht weiter ansteigt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung bereitzustellen,
bei welcher eine Steuerung der Gebläsedrehzahl den jeweils vorherrschenden Kühlluftbedarf
der einzelnen zu kühlenden Einrichtungen optimal angepaßt werden kann.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Stellmotor für die Abluftklappen
eine Steuereinrichtung aufweist, daß eine Meßwertverarbeitungseinrichtung vorgesehen
ist, die eingangsseitig mit mehreren Temperaturmeßeinrichtungen und ausgangsseitig
mit der Steuereinrichtung des Stellmotors sowie dem Ventil in der Hydraulikzulaufleitung
verbunden ist. Durch das Bereitstellen einer Meßwertverarbeitungseinrichtung, die
einerseits wichtige und kritische Temperaturen an der Brennkraftmaschine und an
der von ihr angetriebenen Einrichtung überwacht und andererseits sowohl die Kühlluftgebläsedrehzahl
als auch die Steuerung des Kühlluftstroms- zu dem Wärmetauscher steuert, wird der
Vorteil erreicht, daß nunmehr die Kühlluftgebläsedrehzahl dem jeweiligen Wärmebedarf
der zu kühlenden Einrichtungen optimal angepaßt werden kann, so daß im normalbetrieblichen
Einsatz der Brennkraftmaschine Kraftstoffeinsparungen möglich sind, da das Kühlluftgebläse
immer nur die Leistung aufnimmt, die gerade gefordert wird. Ein weiterer Vorteil
der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß durch die optimale Anpassung
der Gebläsedrehzahl an den jeweils geforderten Kühlluftbedarf eine Geräuschabsenkung
erzielt wird, so daß die Brennkraftmaschine insgesamt leiser arbeitet.
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Da es zur Erzielung einer ausreichenden Kühlluftmenge unerlässlich
ist, mit dem Kühlluftgebläse jede Drehzahl zu erzeugen, es andererseits aber unerwünscht
ist, einen schaltungstechnisch sehr hohen Aufwand
hierfür zu betreiben,
um eine stufenlos geregelte Hydraulikzuflußmenge zu erlangen, wird in einer Weiterbildung
der Erfindung vorgeschlagen, daß die Meßwertverarbeitungseinrichtung für das Ventil
nach dem Prinzip einer periodischen schaltenden Zwei-Punkt-Regelung ausgeführt ist.Dadurch
ist es möglich, für das Ventil in der Hydraulikzulaufleitung ein handelsübliches,
elektromagnetisch arbeitendes Zwei-Wegeventil zu verwenden. Ebenso wird dadurch
der Aufbau der Meßwertverarbeitungseinrichtung wesentlich vereinfacht, da diese
zur Steuerung des Ven+ils nur noch zwei Ausgangssignale liefern muß. Diese Signale
bestehen entweder in "Ventil eingeschaltet" oder "Ventil ausgeschaltet".
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Hierbei ist es vorteilhaft zur Erzielung eines ausreichend gleichmäßigen
Arbeitsmittelflus;cs ,das Verhältnis der beiden Ausgangssignale zueinander beliebig
zu verändern. Es hat sich nämlich herausgestellt1 daß mit einer derartigen simplen
Regelung jede gewünschte Gebläsedrehzahl in Abhängigkeit einer Vielzahl von Parameter
erzielt werden kann. Die durch die Regelung auftretenden Druckstöße in dem Hydraulikmittel
und in der Hydraulikleitung sind derart gering, daß dadurch kein erhöhter Verschleiß
festgestellt werden konnte.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung schlägt vor, daß die Temperaturmeßeinrichtung
erst dann ein Signal in die Meßwertverarbeitungseinrichtung liefert, wenn ein vorgegebener
Schaltpunkt erreicht bzw. überschritten wird. Dies vereinfacht die Meßwertverarbeitungseinrichtung
weiter, da an ihrem Eingang nur diskrete Signale vorliegen.
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Die Abluftklappen in zwei unabhängig voneinander über Stellmotore
betätigbare Systeme aufzuteilen, wie eine andere Weiterbildung der Erfindung vorschlägt,
hat den Vorteil, daß damit eine bessere Steuerung der Kühlluftmenge, die zu dem
Wärmetauscher strömt, möglich
ist. Zudem ist es dadurch möglich,
für die Steuereinrichtung der Stellmotore ebenfalls eine Zwei-Punkt-Regelung zu
verwenden, d. h., das die Stellmotoren nur zwei diskrete Zustände, nämlich entsprechend
Abluftklappen geöffnet" und '!Abluftklappen geschlossen aufweisen müssen.
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Als Stellmotore können pneumatisch oder hydraulisch arbeitende Stellmotore
vorgesehen werden, wie eine andere Weiterbildung der Erfindung vorschlägt. Dies
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine derartig ausgebildete Brennkraftmaschine
zum Antrieb von Kraftfahrzeugen dient, da hierbei zumindest ein Druckluftkompressor
vorhanden ist.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines ausgewählten Beispiels
näher erläutert.
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In der einzigen Figur ist schematisch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung
anhand einer luftgekühlten Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Sie weist ein in einem
Kühlluftleitkanal angeordnetes Gebläse 2 auf, welches unter Zwischenschaltung einer
hydrodynamischen Kupplung 3 in an sich bekannter Weise angetrieben wird. Die hydrodynamische
Kupplung 3 wird über eine Arbeitsmittelzulaufleitung 4, in der ein Ventil 5 angeordnet
ist, mit Arbeitsmittel, üblicherweise Schmieröl der Brennkraftmaschine, versorgt.
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Weiterhin ist ein Wärmetauscher 6 vorgesehen, der von der von dem
Gebläse 2 angesaugten Kühlluft beaufschlagbar ist. In Durchströmrichtung der Kühlluft
durch den Wärmetauscher 6 sind hinter ihm zwei voneinander unabhängig steuerbare
Abluftklappensystem 7 und 8 dargestellt. Diese werden von je einem Stellmotor 9
-und 10 über Gestange 11 und.12 betätigt. Die Stellmotore sind unter Zwischenschaltung
von je einer Steuereinrichtung 13, 14 an ein Druckluft-oder Hydrauliksystem angeschlossen.
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Die Steuereinrichtungen 13, 14 sowie das Ventil 5 sind mit dem Ausgang
einer Meßwertverarbeitungseinrichtung 15 verbunden. Diese ist eingangsseitig mit
Temperaturmeßeinrichtungen 16 (für Schmieröltemperatur), 17 (für Brennkraffmaschinenbauteiltemperaturs
z. B.
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Zylinderkopftemperatur) und 18 (für die Temperatur des in dem Wärmetauscher
6 rückzukühlenden Mittels, z. B. Getriebeöl, Retarderöl) verbunden. Hierbei weisen
die'Temperaturmeßeinrichtungen Stellbereiche auf, d. h., ist die Stellbereichtemperatur
unterschritten, so wird kein Signal zu der Meßwertverarbeitungseinrichtung 15 geliefert.
Erst bei Überschreiten der Stellbereichstemperatur wird ein Signal geliefert.
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Hierbei ist es sinnvoll, den Temperaturstellbereich der Temperaturmeßeinrichtung
16 zwischen 1000 C und 1100 C, den der Temperaturmeßeinrichtung 17 zwischen 1750
C und 1800 C und dem für die Temperaturmeßeinrichtung 18 zwischen 1250 C und 1300
C zu wählen.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung arbeitet folgendermaßen: Solange
alle Eingangsgrößen unter ihren Stellbereichstemperaturen liegen, ist das Ausgangssignal
der Meßwertverarbeitungseinrichtllng 15 für das Ventil 5 Null. Dies wird dadurch
erreicht, daß das Tastverhältnis, d. h. die Dauer des Signals "Ventil geöffnet"
zu dem Signal "Ventil geschlossen" Null ist, d. h. es liegt nur das Ausgangssignal
"Ventil geschlossen" an. Die zur Schmierung der Lager in der hydrodynamischen Kupplung
benötigte Schmierölmenge wird durch einen Bypass im Ventil 5 gewährleistet.
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Liegen eine oder mehrere Eingangsgrößen der Meßwertverarbeitungseinrichtung
15 innerhalb ihres Temperaturstellbereichs, so wird das Ausgangssignal für das Ventil
5 verändert, indem das Tastverhältnis analog zur Temperaturerhöhung vergrößert wird.
Die Eingangsgröße mit der relativ zu ihrem Einstellbereich höchsten Temperatur erhält
den Vorrang.
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Liegen eine oder mehrere Eingangsgrößen an oder über ihren oberen
Stellbereichstemperaturen, so stellt sich das größtmögliche Tastverhältnis ein,
d. h. die hydraulische Kupplung 3 erreicht ihre höchstmögliche Drehzahl. Es sei
bemerkt, daß das Ventil 5 wie auch die Schaltung in der Meßwertverarbeitungseinrichtung
15 derart ausgelegt sind, daß bei einem Ausfall der Meßwertverarbeitungseinrichtun
15 die hydrodynamische Kupplung 3 die max. mögliche Hydraulikmenge erhält, so daß
die höchstmögliche Kühlgebläsedrehzahl erreicht wird.
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Damit wird sichergestellt, daß keine Schäden an der Brennkraftmaschine
oder an der von ihr angetriebenen Einrichtung-infolge Überhitzung eintreten können.
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Erreicht das in dem Wärmetauscher 6 rückzukühlende Medium die untere
Stellbereichstemperatur der Temperaturmeßeinrichtung 18, so werden die Abluftklappen
7 geöffnet, während die Abluftklappen 8 noch geschlossen bleiben. Das Öffnen der
Abluftklappen 7 geschieht durch ein Ausgangssignal der Neßwertverarbeitungseinrichtung
15 zu der Steuereinrichtung 13. Dadurch wird der Stellmotor 9 betätigt, so daß über
das Gestänge 11 die Abluftklappen 7 geöffnet werden.
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Hierbei wird durch die Meßwertverarbeitungseinrichtung 15 dafür Sorge
getragen, daß durch die für den Wärmetauscher-benötigte Kühlluftmenge die Temperatur
der Brennkraftmaschine nicht ansteigt, d. h.
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zu der mengemäßig anderen Verteilung der Kühlluft tritt - je nach
der Belastung der Brennkraftmaschine - gleichzeitig eine Änderung der Gebläsedrehzahl
ein, so daß die Brennkraftmaschinentemperatur in ihrem optimalen Bereich gehalten
werden kann.
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Steigt die Temperatur des in dem Wärmetauscher 6 rückzukühlenden Mediums
trotzdem weiter an, so werden nach Überschreiten der oberen Stellbereichstemperatur
die Abluftklappen 8 zusätzlich geöffnet.
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Hierzu liefert die Meßwertverarbeitungseinrichtung 15 ein Signal der
Steuereinrichtung 14, so daß der Stellmotor 10 das Gestänge 12 derar bewegt, daß
die Abluftklappen 8 geöffnet werden.
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Je nach Einsatzgebiet der Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen
Steuerung ist es sinnvoll, die Meßwertverarbeitungseinrichtung 15 derart auszulegen,
daß die Steuerung des Kühlgebläses 2 absoluten Vorrang erhält, d. h., daß bei gleichzeitigem
Erreichen der oberen Stellbereichstemperatur in den Temperaturmeßeinrichtungen 16,
17 und 18 die Abluftklappen 7 und 8 geschlossen werden, wenn die Temperaturmeßeinrichtungen
16 und 17 trotz höchster Gebläsedrehzahl weiter steigende Temperaturen anzeigen.
In diesem Fall ist es sinnvoll, den Wärmetauscher 6 mit einer weiteren Temperaturmeßeinrichtung
19 auszurüsten, die einerseits mit einer Warnlampe 20 verbunden ist, die andererseits
ein Steuersignal von der Meßwertverarbeitungseinrichtung 15 erhält. Die Schaltung
der Warnlampe 20 ist derart aufgebaut, daß sie nur aufleuchtet, wenn trotz steigender
Temperatur des in dem Wärmetauscher 6 rückzukühlenden Mediums die Abluftklappen
7 oder 8 geschlossen werden bzw. bleiben müssen, weil die Temperaturmeßein richtungen
16 und 17 ein Überschreiten ihrer oberen Stellbereichstemperaturen signalisieren.
In diesem Fall muß die Bedienungsperson der Brennkraftmaschine dafür Sorge tragen,
daß das in dem Wärmetauscher 6 rückzukühlende Medium nicht weiter erwärmt wird.
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