DE3335257A1

DE3335257A1 - Control arrangement for the temperature-dependent adjustment of the filling of a hydrodynamic clutch

Info

Publication number: DE3335257A1
Application number: DE19833335257
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. 5024 Pulheim Glöckner; Walter Dipl.-Ing. 5000 Köln Nau; Gerd Wallenfang
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1985-04-18

Abstract

The invention relates to a control arrangement for the temperature-dependent adjustment of the filling of a hydrodynamic clutch for the cooling fan drive of an internal combustion engine, preferably with a plurality of temperature sensors on the internal combustion engine, a control unit for the conversion of measured values and a control valve in the working medium circuit of the clutch. In order to simplify the circuit logic, maximum value recognition of the set value deviations is undertaken and only the largest value is used to form the control signals. In order to achieve stable operating points and to reduce the number of control sequences, continuously adjustable control valves are provided in the admission line to the hydrodynamic clutch of the cooling fan drive. Different possible circuits for these control valves are proposed. <IMAGE>

Description

Regelungsanordnung zür temperaturabhängigen Control arrangement for temperature-dependent

Füllungsänderung einer hydrodynamischen Kupplung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelungsanordnung zur temperaturabhängigen Füllungsänderung einer hydrodynamischen Kupplung für den Kühlgebläseantrieb einer Brennkraftmaschine. Mit zunehmender Füllung nimmt der Schlupf in einer hydrodynamischen Kupplung ab, so daß bei steigender Temperatur der Brennkraftmaschine die Kühlwirkung aufgrund steigender Gebläsedrehzahl erhöht werden kann. Change in filling of a hydrodynamic coupling The present The invention relates to a control arrangement for temperature-dependent change in filling a hydrodynamic coupling for the cooling fan drive of an internal combustion engine. With increasing filling, the slip in a hydrodynamic coupling decreases, so that when the temperature of the internal combustion engine rises, the cooling effect is due increasing fan speed can be increased.

Aus der DE 29 38 706 Al ist es bekannt, die Füllung in einer hydrodynamischen Kupplung für den Kühlgebläseantrieb einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit einer Vielzahl von Meßgrößen über ein Ventil im Zulauf zur Kupplung zu regeln, während der Ablauf aus der Kupplung mit konstantem Querschnitt geöffnet bleibt. Das genannte Ventil ist dabei als 2/2-Wegeventil ausgebildet und wird in Taktzeiten von wenigen Sekunden ständig auf- und zugemacht, um auf diese Weise einen mittleren Füllungsstand in der Kupplung anzustreben. Hierbei sollen sämtliche aufgenommenen Meßgrößen dauernd gleichzeitig bei der Bildung der Taktzeiten in der Meßwertverarbeitungseinrichtung berücksichtigt werden.From DE 29 38 706 Al it is known that the filling in a hydrodynamic Coupling for the cooling fan drive of an internal combustion engine as a function of a To regulate a large number of measured variables via a valve in the inlet to the coupling while the outlet from the coupling remains open with a constant cross-section. That said The valve is designed as a 2/2-way valve and is operated in cycle times of a few Seconds constantly opened and closed, in this way a medium filling level to strive for in the clutch. In this case, all measured variables recorded should be permanent simultaneously with the formation of the cycle times in the measured value processing device must be taken into account.

Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß bei einer zunehmenden Anzahl von Parametern, die im Betrieb überwacht werden müssen, die Meßwertverarbeitungseinrichtung entsprechend umfangreicher und schließlich unangemessen kompliziert wird.This proposal has the disadvantage that with an increasing number of parameters that have to be monitored during operation, the measured value processing device becomes correspondingly more extensive and ultimately inappropriately complicated.

Darüberhinaus sind die nach diesem Vorschlag vorgesehenen ständigen Schaltvorgänge ganz offensichtlich für die Regelung und das Ventil in mancherlei Hinsicht von Nachteil, zum einen, weil keine stabilen Betriebspunkte erreicht werden, zum anderen, weil die Vielzahl von Schaltvorgängen zum Verschleiß und Ausfall führen können.In addition, the permanent ones provided for in this proposal are Switching operations quite obviously for the control and the valve in many ways A disadvantage, on the one hand, because no stable operating points are achieved, on the other hand, because the large number of switching processes lead to wear and tear and failure can.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes System für die Regelung eines Kühlgebläseantriebs zu schaffen, bei dem im Hinblick auf eine Schonung der Steuerorgane stabile Betriebspunkte eingehalten werden können und bei dem weiterhin die Uberwachung mehrerer Temperaturmeßwerte in vereinfachter Weise in Steuerbefehle für den Kühlgebläseantrieb umgesetzt werden sollen.The present invention is based on the object of an improved To create a system for the control of a cooling fan drive in which with regard to stable operating points can be maintained to protect the control organs and in which the monitoring of several measured temperature values continues in a simplified manner Way should be implemented in control commands for the cooling fan drive.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das verwendete Steuerventil als Stellventil zur Freigabe von Teilquerschnitten ausgebildet ist. Hierdurch können mittlere Füllungszustände der hydrodynamischen Kupplung unter Vermeidung von dauernden Schaltvorgängen dargestellt werden, so daß sich stationäre Betriebszustände einstellen, wodurch gegenüber den quasi stationären Bedingungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, die Fehlerquellen reduziert werden.The solution according to the invention is that the control valve used is designed as a control valve for releasing partial cross-sections. This allows medium filling states of the hydrodynamic coupling avoiding permanent Switching processes are represented so that steady-state operating conditions are established, thereby compared to the quasi-stationary conditions as they are in the prior art are known, the sources of error are reduced.

Weitere Teile der zugrundeliegenden Aufgabe werden dadurch gelöst, daß für jeden Meßwert eine Sollwertabweichung gegenüber einem zugeordneten Sollwert gebildet wird, daß die Regeleinheit für eine Maximalwerterkennung unter den Sollwertabweichungen der Meßwerte ausgebildet ist und daß das größte der Eingangssignale zur Bildung der Steuergröße für das Stellventil verwendet wird. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, daß auch bei steigender Anzahl der verschiedenen Temperaturwerte, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine überwacht werden müssen, die gesamte Anordnung einfach und im wesentlichen unabhängig von der im einzelnen Anwendungsfall konkret vorliegenden Anzahl der Teinperaturgeber im Grundsatz unverändert bieibt.Further parts of the underlying task are solved by that for each measured value there is a setpoint deviation from an assigned setpoint it is formed that the control unit for a maximum value recognition under the setpoint deviations of the measured values is formed and that the largest of the input signals for formation the control variable is used for the control valve. Such an arrangement enables it that also with an increasing number of different temperature values for a proper Operation of the internal combustion engine can be monitored must make the entire arrangement simple and essentially independent of the im individual application case, the number of temperature sensors actually present in principle remains unchanged.

Nach der erfindungsgemäßen Lösung ist die Regelungsanordnung so aufgebaut, daß nur ein einziger, als signifikant betrachteter Temperaturwert herausgegriffen wird, und nach diesem das Steuersignal-für das Stellventil gebildet wird. Da die Temperaturgrößen der einzelnen Meßpunkte bei unterschiedlicher absoluter Höhe als kritisch zu betrachten sind, ist erfindungsgemäß jeder Meßwertgeber so ausgebildet, daß er eine auf einen zugeordneten Temperatur-Sollwert bezogene Ausgangsgröße erzeugt, die dann unmittelbar mit den Ausgangswerten der übrigen Meßwertgeber vergleichbar ist und daß in einer Maximalwerterkennungseinheit der Regelungsanordnung diese signifikante Sollwertabweichung herausgegriffen werden kann, nach dem die Steuergröße für das Stellventil gebildet wird.According to the solution according to the invention, the control arrangement is constructed in such a way that that only a single temperature value considered significant is picked out and after this the control signal for the control valve is formed. Since the Temperature values of the individual measuring points at different absolute heights than are to be viewed critically, according to the invention each transducer is designed in such a way that that it generates an output variable related to an assigned temperature setpoint, which are then directly comparable with the output values of the other transducers and that in a maximum value recognition unit of the control arrangement this is significant Setpoint deviation can be picked out, according to which the control variable for the Control valve is formed.

Eine besonders günstige erfindungsgemäße Ausführung besteht in der Verwendung eines elektromagnetischen Stellventils, dessen Durchtrittsquerschnitt in-Abhängigkeit von der angelegten Steuerspannung veränderlich ist. Die Ausbildung der der Maximalwerterkennungseinheit nachgeschalteten Baugruppe vereinfacht sich dadurch wesentlich. Als Steuerventil kommt ein federbelastetes Magnetventil in Betracht, dessen Durchfluß-Kennlinie über die Federkennung beeinflußt werden kann.A particularly favorable embodiment of the invention consists in the Use of an electromagnetic control valve, its passage cross-section is variable as a function of the applied control voltage. Training the assembly downstream of the maximum value recognition unit is simplified thereby essential. A spring-loaded solenoid valve can be used as the control valve, whose flow characteristic can be influenced via the spring rate.

Um ein besonders günstiges Regelverhalten zu erzielen, ist bei der vorstehend genannten Ausgestaltung des Steuerventils die Auslegung der Regeleinheit gemäß einer PD-Charakteristik zu bevorzugen.In order to achieve particularly favorable control behavior, the aforementioned configuration of the control valve the design of the control unit preferable according to a PD characteristic.

Eine gleichwertige Lösung für die Ausgestaltung des Steuerventils ist darin zu sehen, ein Stellventil mit einem Schrittmotor zu versehen..Je nach Größe der signifikanten Sollwertabweichung der Temperatur wird eine bestimmte Schaltstufe-und damit eine zugeordnete Ventilstellung angesteuert. Hierbei kann in günstiger Weise die Kennlinie in Abhängigkeit von der Temperatur durch die Vorgabe verschieden großer Schaltschritte beeinflußt werden.An equivalent solution for the design of the control valve can be seen in the process of equipping a control valve with a stepper motor Size of the significant setpoint deviation of the temperature is a certain switching level and thus an assigned valve position is controlled. This can be done in a favorable manner the characteristic curve as a function of the temperature by specifying different sizes Switching steps are influenced.

Eine weitere günstige Ausführung für die Ventilverstellung besteht darin, daß das Steuerventil z.B. von einem Gleichstrommotor mit beiden Drehrichtungen angetrieben wird und die Ventilstellung von einem zugeordneten Stellungsaufnehmer an die Regeleinheit zurückgemeldet wird. In der Regeleinheit selber sind temperaturabhängige Stellungswerte vorgegeben, die auch in diesem Falle zur Beeinflussung der Kennlinie ausgelegt sein können. Bei Erreichen des vorgegebenen Sollwertes wird der Verstellvorgang beendet.There is another favorable design for the valve adjustment in that the control valve, for example, from a DC motor with both directions of rotation is driven and the valve position from an associated position sensor is reported back to the control unit. In the control unit itself are temperature-dependent Position values are specified, which in this case also influence the characteristic can be designed. When the specified setpoint is reached, the adjustment process is started completed.

Die Erfindung geht davon aus, daß die Uberwachung eines einzigen Temperaturwertes an der Brennkraftmaschine nicht ausreichend sein kann. Beispielsweise kann sich die Temperatur des Schmiermittels je nach Last und Drehzahl unabhängig von der der Bauteile entwickeln. Bei der Steuerung des Kühlgebläseantriebs unter Berücksichtigung derart verschiedener Meßpunkte, deren Temperaturwerte auf ganz unterschiedlichem Niveau liegen, ist zunächst jeder dieser Temperaturwerte mit einem zugeordneten Sollwert zu vergleichen, wobei dann die größte Sollwertabweichung als Regelgröße herangezogen wird. In bevorzugter Weise sind dabei die Meßwertgeber als Elemente ausgebildet, deren Widerstand sich temperaturabhängig verändert und die jeweils mit einem dem Temperaturniveau angepaßten Vorwiderstand kombiniert sind. Die dabei unmittelbar am Meßwertgeber ab- zugreifenden Spannungsabfälle werden dann in der Maximalwerterkennungseinheit direkt miteinander verglichen, wobei der größte Wert zur Bildung des Steuersignals herangezogen wird.The invention assumes that the monitoring of a single temperature value on the internal combustion engine may not be sufficient. For example, can the temperature of the lubricant depending on the load and speed regardless of the Develop components. When controlling the cooling fan drive, taking into account such different measuring points, their temperature values on completely different Level, each of these temperature values is initially associated with an Compare the setpoint, with the largest setpoint deviation as the control variable is used. The transducers are preferably used as elements formed, the resistance of which changes as a function of temperature and each are combined with a series resistor adapted to the temperature level. The one with it directly from the transducer accessing voltage drops then compared directly to one another in the maximum value recognition unit, the largest value is used to generate the control signal.

Es kann erfindungsgemäß weiter bei der Auslegung der Regeleinheit berücksichtigt werden, daß sowohl das Steuerventil als auch die hydrodynamische Kupplung kein lineares Verhalten zwischen Ventilstellung und Durchflußmenge bzw.According to the invention, it can also be used in the design of the control unit take into account that both the control valve and the hydrodynamic Coupling no linear behavior between valve position and flow rate or

zwischen Kupplungsfüllung und Schlupf aufweisen müssen. Um dennoch zwischen der gemessenen Temperaturgröße und der erwünschten Kühlgebläseleistung ein brauchbares Verhältnis darstellen zu können, kann die Regeleinheit eine Einheit zur Kennlinienanpassung umfassen.between clutch filling and slip. To still between the measured temperature variable and the desired cooling fan output To be able to represent a useful relationship, the control unit can be a unit for adapting the characteristic curve.

Der Verzicht auf den dauernden Antrieb des Kühlgebläses, der zum Zwecke der Wirkungsgradverbesserung, der Geräuschminderung und der Optimierung der Betriebstemperatur erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, erhöht gegenüber einem einfachen mechnischen Antrieb die Fehlerquellen. Ein Ausfall der Kühlung kann dabei schwerste Schäden zur Folge haben. Solche Schäden können in erster Linie bei Stromausfall durch Versagen des Regelsystems auftreten. Dies gilt insbesondere für Dieselmotoren, deren Betrieb nach dem Start von der Stromversorgung unabhängig ist. Um gegen solche Fälle Vorsorge zu treffen, ist nach einer besonderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung dafür gesorgt, daß die Regelanordnung bei Stromausfall eine max. Füllung der hydrodynamischen Kupplung sicherstellt. Ausgehend von der Tatsache, daß das Stellventil im Zulauf zur Kupplung angeordnet und der Ablauf mit konstantem Querschnitt geöffnet ist, ist entweder ein stromlos öffnendes Steuerventil oder bei einem stromlos geschlossenen Stellventil ein stromlos öffnendes Sicherheitsventil im Bypaß zum Stellventil vorzusehen, so daß ein Kühlgebläseantrieb mit maximaler Drehzahl bei Stromausfall sichergestellt ist.The waiver of the permanent drive of the cooling fan, which is for the purpose the efficiency improvement, the noise reduction and the optimization of the operating temperature is proposed according to the invention, increased compared to a simple mechanical Drive the sources of error. A failure of the cooling can cause severe damage have as a consequence. Such damage can primarily occur in the event of a power failure due to failure of the control system. This is especially true for diesel engines, their operation is independent of the power supply after starting. To prevent such cases to meet, according to a special embodiment according to the invention, it is ensured that that the control arrangement allows a maximum filling of the hydrodynamic coupling in the event of a power failure ensures. Based on the fact that the control valve is in the inlet to the coupling arranged and the drain is open with a constant cross-section, is either a normally open control valve or a normally closed control valve to provide a currentless opening safety valve in the bypass to the control valve, see above that a cooling fan drive is ensured at maximum speed in the event of a power failure is.

Die Darstellungen zeigen schematisch die gesamte Regelungsanordnung sowie die erfindungsgemäße Schaltung als Ganzes sowie in Detaildarstellung.The representations show schematically the entire control arrangement and the circuit according to the invention as a whole and in detail.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Regelungsanordnung.Fig. 1 shows a longitudinal section through an internal combustion engine a control arrangement according to the invention.

Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild der'gesamten Regelungsanordnung.2 shows a basic circuit diagram of the entire control arrangement.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführung der Ventilverstellung.Fig. 3 shows an alternative embodiment of the valve adjustment.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Ventilverstellung.Fig. 4 shows a further embodiment of the valve adjustment.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 mit einem Kühlgebläse 2, das von der Sekundärseite einer hydrodynamischen Kupplung 3 angetrieben wird. Die Primärseite der Kupplung wird ber einen Antriebsstrang 4 vom Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine starr angetrieben. Die Zulaufleitung 5 der Kupplung ist mit der ölpumpe 6 der Brennkraftmaschine verbunden und weist ein Steuerventil 7 auf. Der Ablauf 8 aus der Kupplung ist mit konstantem Querschnitt ständig geöffnet. An der Brennkraftmaschine sind verschiedene Temperaturgeber 9, 10, 11 angeordnet, beispielsweise an den Zylinderköpfen (9,10) und in der ölwanne (11), die mit der Regelungsanordnung 12 elektrisch verbunden sind. Diese wiederum verstellt das Stellventil 7 im Zufluß 5 zur hydraulischen Kupplung 3 in Abhängigkeit eines signifikanten Temperaturmeßwertes.Fig. 1 shows a longitudinal section through a shown schematically Internal combustion engine 1 with a cooling fan 2, which is from the secondary side of a hydrodynamic Clutch 3 is driven. The primary side of the clutch is via a drive train 4 rigidly driven by the crank mechanism of the internal combustion engine. The feed line 5 the clutch is connected to the oil pump 6 of the internal combustion engine and has a Control valve 7 open. The outlet 8 from the coupling has a constant cross section always open. There are various temperature sensors 9 on the internal combustion engine, 10, 11 arranged, for example on the cylinder heads (9, 10) and in the oil pan (11), which are electrically connected to the control arrangement 12. This in turn adjusts the control valve 7 in the inflow 5 to the hydraulic clutch 3 as a function a significant temperature reading.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Meßwertgeber 9,10.,11, die mit der Regelungseinheit 12 verbunden sind.Fig. 2 shows a schematic representation of the transducers 9, 10., 11, which are connected to the control unit 12.

Diese besteht im einzelnen, aus einer Maximalwerterkennungselnhheitl3, einem PD-Regler 14, einer Kennlinienanpassungsstufe 15 und einer Endstufe 1.6. Der Ausgang der Regelungseinheit ist mit einem Stellmagneten 17 verbunden, der das Steuerventil 7 beherrscht.In detail, this consists of a maximum value recognition unit 3, a PD controller 14, a characteristic curve adjustment stage 15 and an output stage 1.6. Of the The output of the control unit is connected to an actuating magnet 17 that controls the control valve 7 mastered.

Die Fig. 3 und 4 zeigen abweichende Möglichkeiten der Ventilsteuerung, wobei jeweils der Teil der Regelungseinheit 12 dargestellt ist, der sich an die nicht dargestellte Maximalwerterkennungseinheit anschließt. In Fig. 3 ist dies eine Einheit zur Kennlinienanpassung 15, eine Ansteuerlogik 18 für den Schrittmotor 20, der das Steuerventil 7 beherrscht, sowie die zwischengeschaltete Endstufe 19. Nach Fig. 4 wird das Steuerventil 7 von einem Gleichstrommotor 21 beherrscht und ist gleichzeitig mit einem Wegaufnehmer 22 verbunden. Die Regelungseinheit 12 umfaßt in dieser Ausführung eine Einheit zur Kennlinienanpassung 15, einen Stellungsregler 23, der einen Sollwert/Istwert-Vergleich vornimmt, sowie eine Endstufe 19.3 and 4 show different valve control options, wherein in each case the part of the control unit 12 is shown, which is related to the Maximum value recognition unit, not shown, connects. In Fig. 3 this is one Unit for adapting the characteristic curve 15, a control logic 18 for the stepping motor 20, who dominates the control valve 7, as well as the intermediate output stage 19. After Fig. 4, the control valve 7 is controlled by a direct current motor 21 and is connected to a displacement transducer 22 at the same time. The control unit 12 comprises in this version a unit for adapting the characteristic curve 15, a positioner 23, which carries out a setpoint / actual value comparison, and an output stage 19.

Claims

Patent claims control arrangement for temperature-dependent changes in filling a hydrodynamic coupling with a controllable feed line and a permanent one open drain of constant cross-section for the cooling fan drive of an internal combustion engine with at least one temperature sensor on the internal combustion engine, a control unit for measured value conversion and a control valve in the working medium circuit of the clutch, characterized in that the control valve (7) as a control valve for releasing Teji cross-sections are formed; 2. Control arrangement according to claim 1 with at least two temperature sensors on the internal combustion engine, characterized in that the Temperature sensors (9, 10, 11) indicate deviations from the target values of the measured values and that the control unit (12) for a maximum value recognition under the setpoint deviations of the measured values is formed and that the largest of the input signals for formation the control variable is used for the control valve (7).

3. Control arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that that the control valve (7) is designed as an electromagnetic control valve and that the control unit (12) has a control voltage corresponding to the largest setpoint deviation generated.

4. Control arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the control valve (7) is designed as a control valve with a stepper motor (20) and that the control unit has a control corresponding to the greatest setpoint deviation the switching steps.

5. Control arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the control valve (7) as an electromotive control valve with a position sensor (22) is formed and that the control unit has one of the largest setpoint deviations corresponding position size specifies.

6. Control arrangement according to one of the preceding claims with Measuring sensors for further operating parameters of the internal combustion engine, characterized in that that the control unit (12) to correct the significant setpoint deviation of the Temperature as a function of other operating parameters and for displaying the Valve adjustment based on a corrected setpoint deviation of the temperature is trained.

7. Control arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the control unit (12) is designed in the manner of a PD controller is.

8. Control arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the control unit (12) between temperature deviation and cooling fan power taking into account the behavior of the control valve and hydrodynamic coupling is provided with a characteristic curve adaptation (15).

9. Control arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the control valve (7) is designed as a normally open valve is.

10. Control arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a normally open safety valve in a bypass to Control valve (7) is provided.