DE3626013C1 - Hydrostatic fan drive - Google Patents

Hydrostatic fan drive

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DE3626013C1
DE3626013C1 DE19863626013 DE3626013A DE3626013C1 DE 3626013 C1 DE3626013 C1 DE 3626013C1 DE 19863626013 DE19863626013 DE 19863626013 DE 3626013 A DE3626013 A DE 3626013A DE 3626013 C1 DE3626013 C1 DE 3626013C1
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DE19863626013
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Hans Hanke
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Daimler Benz AG
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Daimler Benz AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00Controlling of coolant flow
    • F01P7/02Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air
    • F01P7/04Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio
    • F01P7/044Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio using hydraulic drives

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Abstract

A hydrostatic fan drive is described, with speed adjustable as a function of an operating parameter of an internal combustion engine, for cooling a coolant of the internal combustion engine, with a hydraulic pump driven by the said engine and two hydraulic motors actuated in parallel, at least in one operating range of the internal combustion engine. In order to achieve widely differing speed ratios between internal combustion engine and fan at different speeds of the internal combustion engine with a hydraulic pump, for power input and space saving reasons of small overall dimensions, the two hydraulic motors are designed as one tandem motor driving only one fan, one hydraulic motor being actuated at low speeds of the internal combustion engine, with the other hydraulic motor idling or disengaged, and both hydraulic motors being actuated in parallel at medium and higher speeds of the internal combustion engine.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydrostatischen Lüfterantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a hydrostatic Fan drive according to the preamble of patent claim 1.

Ein derartiger Lüfterantrieb ist aus der DE-AS 19 08 922 bekannt. Bei diesem Antrieb werden von einer Hydropumpe zwei Hydromotore parallel beaufschlagt, die jeder unabhängig voneinander einen Lüfter antreiben und deren Drehzahl allein in Abhängigkeit von den Temperaturen der zu kühlenden Medien durch Verändern des beaufschlagenden Druckes steuerbar ist. Die Größe der Hydropumpe muß für jedes Drehzahlverhältnis nach dem größtmöglichen Schluckstrom beider Hydromotoren zusammen ausgelegt werden.Such a fan drive is from DE-AS 19 08 922 known. This drive uses a hydraulic pump two hydraulic motors acted on in parallel, each independently drive a fan from each other and their Speed solely depending on the temperatures of the media to be cooled by changing the load Pressure is controllable. The size of the hydraulic pump must be for every speed ratio according to the greatest possible swallowing current both hydraulic motors can be designed together.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Lüfterantrieb zu schaffen, der bei verschiedenen Drehzahlen der Brennkraftmaschine vorbestimmte Mindestdrehzahlen des Lüfters mit erheblich unterschiedlichen Drehzahlverhältnissen ermöglicht, ohne daß die Hydropumpe eine durch die Platzverhältnisse und mögliche Antriebsleistung vorbestimmte Größe überschreitet. In contrast, the invention is based on the object to create a hydrostatic fan drive that at different speeds of the internal combustion engine predetermined minimum fan speeds with considerable allows different speed ratios without the hydraulic pump one by the space and possible drive power exceeds predetermined size.  

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The task is according to the invention by the characteristic Features of claim 1 solved.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Lüfterantrieb ermöglicht die Verwendung einer verhältnismäßig kleinen Hydropumpe mit geringem Förderstrom, die antriebsleistungs- und platzmäßig gut an der Brennkraftmaschine unterbringbar ist, da hier bei geringer Drehzahl der Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahlübersetzung zwischen Brennkraftmaschine und Lüfter und damit auch zwischen Hydropumpe und Hydromotor eine große Untersetzung zwischen Förderstrom der Hydropumpe und Schluckstrom des Hydromotors erreicht wird, während bei mittleren und höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine mit geringer Drehzahlübersetzung oder Drehzahluntersetzung zwischen Brennkraftmaschine und Lüfter und damit auch zwischen Hydropumpe und Hydromotoren eine ausreichende Förderleistung der Hydropumpe bei geringer Untersetzung zwischen Förderstrom der Hydropumpe und Schluckstrom der Hydromotoren erreicht wird.The fan drive designed according to the invention enables the use of a relatively small hydraulic pump with low flow rate, the drive power and can be accommodated well in terms of space on the internal combustion engine since here at low engine speed high speed ratio between internal combustion engine and Fan and thus also between the hydraulic pump and hydraulic motor a large reduction between the flow of the Hydraulic pump and swallowing flow of the hydraulic motor is reached, while at medium and high speeds the Internal combustion engine with low speed ratio or Speed reduction between the internal combustion engine and fan and thus also between the hydraulic pump and hydraulic motors sufficient delivery capacity of the hydraulic pump at low Reduction between the flow rate of the hydraulic pump and Swallowing current of the hydraulic motors is reached.

Weiterhin ist aus der US-PS 23 70 526 ein hydrostatischer Antrieb bekannt, bei dem eine von einer Brennkraftmaschine angetriebene Hydropumpe auf mehrere, eine Abtriebswelle antreibende Hydromotoren arbeitet. Die Anzahl der beaufschlagten Hydromotoren ändert sich selbständig in Abhängigkeit vom im Antrieb herrschenden Druck und damit von der Drehzahl der Hydropumpe. Die nicht beaufschlagten Hydromotoren laufen leer mit. Die Verwendung zweier Hydromotoren zum Antrieb eines Kühllüfters, bei der die Zu- bzw. Abschaltung eines Hydromotors in unmittelbarer Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgt, ist damit nicht nahegelegt.Furthermore, a hydrostatic is from US-PS 23 70 526 Drive known in which one of an internal combustion engine driven hydraulic pump on several, one output shaft driving hydraulic motors works. The number of applied hydraulic motors automatically changes to Dependence on the pressure prevailing in the drive and therefore on the speed of the hydraulic pump. The unloaded Hydraulic motors run empty. The use of two Hydraulic motors for driving a cooling fan, in which the Switching a hydraulic motor on or off in the immediate vicinity Dependence on the speed of the internal combustion engine is not suggested.

Im Patentanspruch 2 ist eine besonders einfache und wirkungsvolle Schaltung für die beiden Hydromotoren angegeben.In claim 2 is a particularly simple and effective circuit specified for the two hydraulic motors.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigtThe invention is based on one in the Drawing shown embodiment closer explained. It shows

Fig. 1 ein Schaltschema eines erfindungsgemäßen Lüfterantriebs, Fig. 1 is a circuit schematic of a fan drive according to the invention,

Fig. 2 einen Ausschnitt der Fig. 1 mit anderen Regelstellungen und Fig. 2 shows a detail of Fig. 1 with other control positions and

Fig. 3 ein Schaubild des mit dem Lüfterantrieb der Fig. 1 und 2 erreichbaren Drehzahlkennfeldes. Fig. 3 is a graph of the speed map achievable with the fan drive of Figs. 1 and 2.

Eine Brennkraftmaschine 1 treibt eine Hydropumpe 2 mit Brennkraftmaschinendrehzahl an, die über eine Saugleitung 3 Hydrauliköl aus einem Vorratsbehälter 4 ansaugt und über eine Druckleitung 5, in der sich ein 4/2-Wegeventil 6 befindet, zu zwei Hydromotoren 7 und 8 pumpt, von denen es über eine Rücklaufleitung 9, von der die Saugleitung 3 abzweigt, in den Vorratsbehälter 4 zurückfließt. In der Rücklaufleitung 9 ist ein Filter 10 angeordnet.An internal combustion engine 1 drives a hydraulic pump 2 at internal combustion engine speed, which sucks hydraulic oil from a reservoir 4 via a suction line 3 and pumps to two hydraulic motors 7 and 8 , of which a 4/2-way valve 6 is located, in a pressure line 5 it flows back into the reservoir 4 via a return line 9 , from which the suction line 3 branches off. A filter 10 is arranged in the return line 9 .

Die beiden beispielsweise als Flügelzellenpumpen ausgebildeten Hydromotoren 7 und 8 bilden einen Tandemmotor, der auf einer gemeinsamen, einen Lüfter 11 antreibenden Welle 18 sitzt. Der Lüfter 11 beaufschlagt einen nicht dargestellten Wärmetauscher für ein zu kühlendes Medium, insbesondere die Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine 1, mit Luft. Um eine ausreichende Kühlung der Brennkraftmaschine 1 in allen ihren Betriebsbereichen zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß der Lüfter 11 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 bestimmte Mindestdrehzahlen nicht unterschreitet, und zwar soll der Lüfter 11 bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 eine erheblich höhere Drehzahl als diese erreichen, während bei mittleren und höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 eine bestimmte konstante Drehzahl des Lüfters 11 ausreichend ist.The two hydraulic motors 7 and 8 , for example designed as vane pumps, form a tandem motor which is seated on a common shaft 18 which drives a fan 11 . The fan 11 acts on a heat exchanger, not shown, for a medium to be cooled, in particular the coolant of the internal combustion engine 1 , with air. In order to ensure adequate cooling of the internal combustion engine 1 in all its operating ranges, it is necessary that the fan 11 does not fall below certain minimum speeds depending on the speed of the internal combustion engine 1, specifically the fan 11 should have a considerably higher speed at a low speed of the internal combustion engine 1 Achieve speed than this, while at medium and higher speeds of internal combustion engine 1, a certain constant speed of fan 11 is sufficient.

Um dieses Drehzahlverhalten des Lüfters 11 zu erreichen, wird bei niedriger Drehkzahl der Brennkraftmaschine 1 nur der eine Hydromotor 7 beaufschlagt, wozu das 4/2-Wegeventil 6 die in der Fig. 1 dargestellte Stellung einnimmt. Der zweite Hydromotor 8 wird dabei über die Welle 18 angetrieben und fördert bis auf eine Verlustleistung leistungsfrei über eine Ringleitung 12. Der Schluckstrom (aufgenommenes Volumen an Hydrauliköl pro Umdrehung) des einen Hydromotors 7 ist dabei so gering, daß trotz verhältnismäßig geringer Baugröße der Hydropumpe 2, die antriebsleistungs- und platzmäßig gut an der Brennkraftmaschine unterbringbar ist, deren Förderstrom (abgegebenes Volumen an Hydrauliköl pro Umdrehung) um ein Vielfaches größer ist als der Schluckstrom des Hydromotors 7 und damit entsprechend auch die Drehzahl des Lüfters 11 gegenüber der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1. Bei mittlerer und höherer Drehzahl der Brennkraftmaschine nimmt das 4/2-Wegeventil die in Fig. 2 dargestellte Stellung ein, so daß beide Hydromotoren 7 und 8 beaufschlagt werden. Damit erhöht sich deren Schluckstrom und Leistungsaufnahmefähigkeit, so daß der Lüfter 11 mit einer höheren Drehzahl drehen kann als bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1. Die Ringleitung 12 ist dabei unterbrochen.In order to achieve this speed behavior of the fan 11 , only the one hydraulic motor 7 is acted on at low speed of the internal combustion engine 1 , for which purpose the 4/2-way valve 6 assumes the position shown in FIG. 1. The second hydraulic motor 8 is driven via the shaft 18 and, except for a power loss, delivers power-free via a ring line 12 . The swallowing flow (volume of hydraulic oil consumed per revolution) of the one hydraulic motor 7 is so low that, despite the relatively small size of the hydraulic pump 2 , the drive power and space can be accommodated well on the internal combustion engine, the flow rate (volume of hydraulic oil emitted per revolution) is many times greater than the swallowing flow of the hydraulic motor 7 and thus also the speed of the fan 11 compared to the speed of the internal combustion engine 1 . At medium and high speed of the internal combustion engine, the 4/2-way valve assumes the position shown in FIG. 2, so that both hydraulic motors 7 and 8 are acted upon. This increases their swallowing current and power consumption, so that the fan 11 can rotate at a higher speed than at low speeds of the internal combustion engine 1 . The ring line 12 is interrupted.

Der Maximaldruck im Hydrauliksystem ist auf beispielsweise 200 bar zu begrenzen. Zu diesem Zweck ist in der Saugleitung 3 eine geregelte Drossel 13 angeordnet, die den von der Hydropumpe 2 erzeugten Druck und damit deren Leistungsaufnahme begrenzt. Die Regelung der Drossel 13 erfolgt genauso wie die Schaltung des 4/2-Wegeventils durch eine elektronische Rechen- und Regelungseinheit. Diese erhält die notwendigen Informationen von Drehzahlaufnehmern 14 und 15 von der Welle 18 und der die Brennkraftmaschine 1 mit der Hydropumpe 2 verbindenden Welle 16 sowie von einem Druckaufnehmer 17 an der Druckleitung 5. The maximum pressure in the hydraulic system is to be limited to 200 bar, for example. For this purpose, a regulated throttle 13 is arranged in the suction line 3 , which limits the pressure generated by the hydraulic pump 2 and thus its power consumption. The regulation of the throttle 13 is carried out in the same way as the switching of the 4/2-way valve by an electronic computing and control unit. This receives the necessary information from speed sensors 14 and 15 from the shaft 18 and the shaft 16 connecting the internal combustion engine 1 to the hydraulic pump 2 and from a pressure sensor 17 on the pressure line 5 .

Im Schaubild der Fig. 3 ist die Lüfterdrehzahl n Lüfter über der Drehzahl n BKM der Brennkraftmaschine aufgetragen. Mit wachsender Drehzahl der Brennkraftmaschine oberhalb der Leerlaufdrehzahl steigt die Lüfterdrehzahl entsprechend der durch den Nullpunkt gehenden Geraden A, die gemäß dem großen Drehzahlübersetzungsverhältnis zwischen dem einen Hydromotor 7 und der Hydropumpe 2, das ist das Verhältnis von deren Förder- und Schluckstrom, einen steilen Verlauf hat. Bei Erreichen des zulässigen Maximaldrucks im Hydrauliksystem wird durch Regelung der Drossel 13 die Leistungsaufnahme der Hydropumpe 2 und damit die Leistungsabgabe des Hydromotors 7 begrenzt, so daß bei wachsender Drehzahl der Brennkraftmaschine die Lüfterdrehzahl entsprechend der Waagerechten B konstant bleibt, bis die durch den Nullpunkt gehende Gerade C erreicht ist, wo das 4/2-Wegeventil 6 auf Beaufschlagung der beiden Hydromotoren 7 und 8 umgeschaltet wird. Die Steigung der Geraden C entspricht dem Übersetzungsverhältnis von Hydropumpe 2 und beiden Hydromotoren 7 und 8, so daß mit wachsender Drehzahl der Brennkraftmaschine die Lüfterdrehzahl entsprechend der Geraden C weiter steigt, wobei jedoch dieses Drehzahlverhältnis geringer ist als dasjenige bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine. Bei Erreichen des Maximaldrucks wird der Druck im Hydrauliksystem auf diesen durch Regelung der Drossel 13 begrenzt, so daß die Lüfterdrehzahl bis zur Enddrehzahl der Brennkraftmaschine auf einen konstanten Wert entsprechend der Waagerechten D begrenzt wird.In the graph of FIG. 3, the fan speed n fan above the speed n BKM applied to the internal combustion engine. With increasing speed of the internal combustion engine above the idling speed, the fan speed increases in accordance with the straight line A passing through the zero point, which has a steep profile according to the large speed ratio between the one hydraulic motor 7 and the hydraulic pump 2 , that is the ratio of their delivery flow and swallowing flow . When the permissible maximum pressure in the hydraulic system is reached, the power consumption of the hydraulic pump 2 and thus the power output of the hydraulic motor 7 is limited by regulating the throttle 13 , so that the fan speed corresponding to the horizontal B remains constant as the speed of the internal combustion engine increases until the straight line passing through the zero point C is reached, where the 4/2-way valve 6 is switched to act upon the two hydraulic motors 7 and 8 . The slope of the straight line C corresponds to the transmission ratio of the hydraulic pump 2 and the two hydraulic motors 7 and 8 , so that the fan speed corresponding to the straight line C increases as the speed of the internal combustion engine increases, but this speed ratio is lower than that at low engine speeds. When the maximum pressure is reached, the pressure in the hydraulic system is limited to this by regulating the throttle 13 , so that the fan speed is limited to a constant value corresponding to the horizontal D up to the final speed of the internal combustion engine.

Claims (2)

1. Hydrostatischer Lüfterantrieb mit in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine regelbarer Drehzahl für die Kühlung eines Kühlmittels der Brennkraftmaschine mit einer durch diese angetriebenen Hydropumpe und zwei zumindest in einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine parallel beaufschlagten Hydromotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hydromotoren (7, 8) als ein nur einen Lüfter (11) antreibender Tandemmotor ausgebildet sind und daß bei geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine (1) ein Hydromotor (7) bei Leermitlauf oder Abkoppelung des anderen Hydromotors (8) beaufschlagt ist und bei mittleren und höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine (1) beide Hydromotoren (7, 8) parallel beaufschlagt sind.1.Hydrostatic fan drive with a speed which can be regulated as a function of an operating parameter of an internal combustion engine for cooling a coolant of the internal combustion engine with a hydraulic pump driven by the latter and two hydraulic motors acted on at least in one operating range of the internal combustion engine, characterized in that the two hydraulic motors ( 7, 8 ) are designed as a tandem motor which drives only one fan ( 11 ) and that at low speeds of the internal combustion engine ( 1 ) a hydraulic motor ( 7 ) is acted upon when the other hydraulic motor ( 8 ) is idling or uncoupled and at medium and higher speeds the internal combustion engine ( 1 ) Both hydraulic motors ( 7, 8 ) are acted on in parallel. 2. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein 4/2-Wegeventil (6) in der Druckleitung (5) zwischen Hydropumpe (2) und Hydromotoren (7, 8), das in einer ersten Stellung die Hydropumpe (2) mit beiden Hydromotoren (7, 8) und in einer zweiten Stellung mit nur einem Hydromotor (7) verbindet, während der mitgeschleppte zweite Hydromotor (8) in einer durch das 4/2-Wegeventil (6) führenden Ringleitung (12) fördert.2. Fan drive according to claim 1, characterized by a 4/2-way valve ( 6 ) in the pressure line ( 5 ) between the hydraulic pump ( 2 ) and hydraulic motors ( 7, 8 ), the hydraulic pump ( 2 ) with both hydraulic motors in a first position ( 7, 8 ) and in a second position with only one hydraulic motor ( 7 ), while the entrained second hydraulic motor ( 8 ) conveys in a ring line ( 12 ) leading through the 4/2-way valve ( 6 ).
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