DE4438995A1

DE4438995A1 - Kühlsystem mit Kühlventilator

Info

Publication number: DE4438995A1
Application number: DE4438995A
Authority: DE
Inventors: Chan-Ju Na
Original assignee: Samsung Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Volvo Construction Equipment Korea Co Ltd
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1995-08-03
Also published as: KR950023838A; US5564899A; JPH07224657A; KR0157255B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem mit einem Kühlventilator, wie es beispielsweise in Motoren für schwere Baufahrzeuge oder Baumaschinen verwendet wird.

Die Temperatur des Verbrennungsgases in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors liegt ungefähr zwischen 2000°C und 2300°C. Der größte Teil der Wärme des heilen Verbrennungsgases wird von Motorteilen wie beispielsweise der Zylinderkammer, dem Zylinderkopf und den Kolben absorbiert. Wenn diese Motorteile aufgrund der Wärmeabsorption vom Verbrennungsgas überhitzt werden, dann kann der Zylinder deformiert werden oder der Öl film auf der Zylinderwand kann reißen, was zu einer unzurei chenden Schmierung des Motors führt. Im schlimmsten Falle kann eine solche unzureichende Schmierung zu einer Beschädi gung des Motors führen. Wenn die Motorteile überhitzen, wie oben beschrieben wurde, verschlechtern sich die Ver brennungsbedingungen des Motors und dies kann zu einem Klop fen oder zu einer vorzeitigen Zündung des Motors führen und die Motorausgangsleistung abrupt vermindern.

Umgekehrt geht durch Unterkühlung des Motors ein beträcht licher Anteil der Verbrennungswärme verloren, so daß eine solche Unterkühlung des Motors die thermische Wirksamkeit des Motors vermindert und den Treibstoffverbrauch anhebt.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Blockdiagramm für einen Wasser kühlkreis eines typischen Motorkühlsystems gezeigt, wie er in schweren Maschinen verwendet wird. Das typische Motor kühlsystem ist ein Kühlsystem mit erzwungener Zirkulation un ter Verwendung einer Wasserpumpe, die mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Das Kühlwasser, das in einem Wassertank 2 enthalten ist, wird durch die Wasserpumpe 1 gepumpt und läuft durch die aufgeheizten Motorteile wie beispielsweise dem Zy linderblock 3 und dem Zylinderblock 4 des Motors 5. Selbst verständlich kann auch ein anderes Kühlmittel anstelle von Kühlwasser zum Kühlen des Motors 5 verwendet werden. Während das Kühlwasser durch die aufgeheizten Motorteile läuft, wird die Wärme des Motors 5 absorbiert, so daß die Temperatur des Kühlwassers ansteigt. Das heiße Kühlwasser wird seinerseits in einen Radiator 8 eingeleitet, der mit dem Zylinderkopf 4 durch eine Heißwasserleitung 13 verbunden ist. Während das heile Wasser durch den Radiator 8 läuft, wird es auf eine Temperatur abgekühlt, die für den Betrieb optimal ist. Das Kühlwasser kehrt danach in den Wassertank 2 durch eine Kühl wasserrückführleitung 10 zurück. Die oben beschriebene Kühl wasserzirkulation wird während des Motorbetriebes wiederholt.

Auf der Rückseite des Radiators 8 ist ein Kühlventilator 9 vorgesehen, der über eine Welle 12 mit einem Treibriemen 11 verbunden ist. Die Welle 12, die von dem Motor 5 angetrieben wird, dreht auf diese Weise den Kühlventilator 9. Der Kühl ventilator 9 erzeugt einen Luftstrom, um große Luftvolumen dem Radiator 8 zuzuführen, die durch die Lücken zwischen den Kühlrippen (nicht gezeigt) des Radiators 8 hindurchgehen. Während die Luft durch die Lücken zwischen den Kühlrippen hindurchgeht, nimmt sie Wärme von dem Radiator 8 auf, so daß der aufgeheizte Motor 5 schnell abgekühlt wird.

Eine Wassertemperaturkontrolle 6 ist mit der Heißwasserlei tung 13 zwischen dem Zylinderkopf 4 und dem Radiator 8 vorge sehen. Diese Kontrolle 6 leitet Kühlwasser direkt zum Wasser tank 2 durch eine Nebenleitung 7, wenn die Wassertemperatur niedriger ist als ein vorbestimmter Temperaturwert (ungefähr 60°C). Die Kontrolle 6 lenkt dagegen das heiße Kühlwasser in den Radiator 8, wenn die Wassertemperatur höher ist, als der vorbestimmte Temperaturwert. Wenn sich das Kühlwasser ausrei chend in dem Radiator 8 abgekühlt hat, wird es dem Wassertank 2 durch die Kühlwasserrückführleitung 10 zugeführt.

Wenn eine schwere Maschine mit dem obigen Motorkühlsystem ar beitet, während sie sich beispielsweise auf einer Baustelle fortbewegt, dann dreht sich der Kühlventilator mit Hilfe der Welle in einer geeigneten Drehzahl und erzeugt einen Luft strom, der ein ausreichendes Luftvolumen dem Radiator zu führt, so daß die Kühlwirkung des Radiators erhöht wird und der aufgeheizte Motor wirksam abgekühlt wird. Wenn jedoch die Maschine Arbeiten ausführt, ohne sich fortzubewegen, dann dreht sich die Welle mit niedrigerer Drehzahl, wodurch der Kühlventilator sich ebenfalls mit niedrigerer Drehzahl dreht. In diesem Falle ist die Kühlwirkung des Kühlsystems beträcht lich vermindert.

Wie dem Fachmann wohl bekannt ist, führen Baumaschinen und Fahrzeuge oft schwere Arbeiten durch für lange Zeit, während sie auf einer Stelle stehen, wobei diese schwere Arbeit oft eine hohe Ausgangsleistung des Motors erfordert. Der Motor der Maschine oder des Baufahrzeuges kann somit leicht über hitzen. Daher brauchen Motoren von Baumaschinen und Baufahr zeugen oder dergleichen wirksame Kühlsysteme.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirksames Kühlsystem zu schaffen, das die obigen Probleme vermeidet und das insbe sondere vorteilhaft verwendet werden kann in Baumaschinen oder Baufahrzeugen oder dgl., die schwere Arbeit für lange Zeitdauer mit einer hohen Ausgangsleistung des Motors durch führen, während sie stehen, wobei das Kühlsystem nicht nur eine Überhitzung des Motors wirksam verhindern sondern auch für eine normale Motortemperatur sorgen kann, so daß eine op timale Motorleistung und eine verbesserte Haltbarkeit des Mo tors erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung wird der Stellwinkel der Flügel des Kühl ventilators so gesteuert, daß eine optimale Kühlwirkung für den Motor unabhängig von seiner Drehzahl erreicht wird.

Die Erfindung wird besser verstanden werden anhand der fol genden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Ver bindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das einen Kühlkreis eines ty pischen Motorkühlsystems zeigt, wie er in schweren Maschinen verwendet wird;

Fig. 2 ein Blockdiagramm entsprechend zu Fig. 1 ist und eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 3 ein perspektivische Ansicht eines Kühlventilators ge mäß der Erfindung ist, das die Steuerung für den Flü gelstellwinkel zeigt; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm für ein Verfahren zum Stellen der Flügelstellwinkel gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Kühlkreis für ein Mo torkühlsystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung zeigt, und Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Kühlventilators für das Motorkühlsystem der Erfindung mit einer Steuerung des Stellwinkels der Flügel. Solche Teile, die sowohl der Erfindung wie auch dem in Fig. 1 ge zeigten Stand der Technik gemeinsam sind, tragen die gleichen Bezugszeichen. Eine Erklärung des allgemeinen Aufbaus des Kühlsystems gemäß der Erfindung wird nun in der folgenden Be schreibung gegeben.

In dem Kühlsystem der Erfindung ist ein Wassertemperatursen sor 20 mit einer Heißwasserleitung 13 gekoppelt, die sich zwischen einem Zylinderblock 3 und einem Radiator 8 er streckt. Der Sensor 20 detektiert die Temperatur des Kühlwas sers, das in der Heißwasserleitung 13 fließt, nachdem es durch Wärmeabsorption von dem erhitzten Motor 5 aufgeheizt wurde. Der Sensor 20 ist seinerseits elektrisch mit einer Steuereinrichtung 30 durch ein Kabel 31 verbunden, so daß der Sensor 20 ein elektrisches Signal ausgibt, das die Was sertemperatur der Steuereinrichtung 30 anzeigt.

Die Steuereinrichtung umfaßt, wie in dem Flußdiagramm von Fig. 4 gezeigt ist, einen Signaldetektor 21, welche den Si gnalausgang von dem Wassertemperatursensor 20 detektiert und einen Rechner 22, der mit dem Signaldetektor 21 verbunden ist, um einen Signalwert, der von dem Signaldetektor 21 de tektiert wurde, mit einem voreingestellten Wert bzw. einem Bezugswert zu vergleichen. Die Steuereinrichtung 30 umfaßt ebenfalls einen Signalkonverter 23, welcher das Vergleichser gebnis des Rechners 22 in ein Flügelstellwinkel-Steuersignal konvertiert, das einem Kühlventilator 28 zugeführt wird, wie weiter unten noch beschrieben wird. Zudem umfaßt die Steuer einrichtung 30 eine Signalausgabeeinheit 24, um das Flü gelstellwinkel-Steuersignal des Signalkonverters 23 an den Kühlventilator 28 auszugeben.

Vorzugsweise ist ein Richtungswahlschalter 29 des EIN/AUS-Typs für die Steuereinrichtung 30 vorgesehen, wobei der Schalter 29 die Blasrichtung der Flügel 28a des Kühlventi lators 28 zwischen einer Vorwärtsblasrichtung und einer Rück wärtsblasrichtung auswählt, je nachdem, wie es die Situation erfordert.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist der Kühlventilator 28, welcher mit der Signalausgabeeinheit 24 der Steuerein richtung 30 verbunden ist, mit einem Stellwinkelbetätiger 26 durch ein Steuerkabel 27 verbunden. Der Betätiger 26 ist in nerhalb einer Nabe 25 des Ventilators 28 vorgesehen und steu ert den Winkel der Flügel 28a in Antwort auf das Flügelstell winkel-Steuersignal, das von der Signalausgabeeinheit 24 der Steuereinheit 30 ausgegeben wird.

Der Betrieb des oben beschriebenen Kühlsystems wird nun im folgenden beschrieben.

Betrachtet man die Ausführungsform des Kühlsystems genauer, so ergibt sich, daß der Richtungswahlschalter 29 der Steuereinheit anfänglich entweder die Vorwärtsblasrichtung oder die Rückwärtsblasrichtung des Kühlventilators 28 aus wählt. Wenn die Rückwärtsblasrichtung des Ventilators 28 ge wählt ist, so daß der Kühlventilator 28 Luft auf den Radiator 8 bläst, wird das Kühlwasser vom Wassertank 2 durch die Was serpumpe 1 hochgepumpt, so daß es sowohl durch den Zylinder block 3 wie auch den Zylinderkopf 4 des Motors 5 läuft. Wäh rend es durch den Zylinderblock 3 und den Zylinderkopf 4 läuft, absorbiert das Kühlwasser die Wärme des aufgeheizten Motors 5, so daß das Wasser sich erwärmt. Das aufgeheizte Kühlwasser flieht in die Heißwasserleitung 13 und dabei wird die Temperatur des Kühlwassers durch den Was sertemperatursensor 20 detektiert. Der Sensor 20 konvertiert die detektierte Wassertemperatur in ein elektrisches Signal, welches der Steuereinrichtung 30 durch das Kabel 31 zugeführt wird. In der Steuereinrichtung 30 wird der Signalausgang von dem Sensor 20 zunächst detektiert durch den Signaldetektor 21, so daß die Information über die Wassertemperatur erfaßt wird. Der detektierte Signalwert des Signaldetektors 21 wird seinerseits dem Rechner 22 zugeführt.

Beim Empfang des detektierten Signalwertes vergleicht der Rechner 22 den Signalwert mit einem vorgegebenen Wert oder einem Bezugswert. Der vorgegebene Wert oder der Bezugswert sind in dem Rechner 22 gespeichert und entsprechen den opti malen Betriebsbedingungen des Motors 5. Durch den Vergleich des detektierten Signalwertes mit dem voreingestellten Wert kann der Rechner 22 den Überhitzungszustand des Motors 5 ana lysieren. Der Vergleichswert vom Rechner 22 wird dem Signal konverter 23 zugeführt. In dem Kühlsystem gemäß der Erfindung kann der Bereich des Bezugswertes wie auch der Bereich des Vergleichswertes des Rechners 22 in geeigneter Weise geändert werden in Übereinstimmung sowohl mit der Sorte des Kühlmit tels wie auch mit den Eigenschaften des Motors 5. Zu diesem Zweck kann der Typ des Kühlsystems gemäß der Erfindung belie big verändert werden in Übereinstimmung mit den Arbeits bedingungen der Maschine. Die Kompatibilität des Kühlsystems gemäß der Erfindung ist somit im Vergleich mit bekannten Kühlsystemen, welche auf einem bestimmten Typ gemäß der Ma schine festgelegt sind, verbessert.

Bei Empfang des Vergleichsergebnisses vom Rechner 22 kontrol liert der Signalkonverter 23 das Vergleichsergebnis und klas sifiziert den gewünschten Flügelstellwinkel in drei vorgege benen Anordnungen auf der Basis des Vergleichsergebnisses. Das heißt, der Signalkonverter 23 klassifiziert den gewünschten Flügelstellwinkel in einen Winkel, der gleich dem Anfangswin kel ist, einen Winkel kleiner als der Anfangswinkel oder einen Winkel größer als der Anfangswinkel, wobei die drei Winkel wiedergegeben werden durch die Symbole "0", "-" bzw. "+".

Danach legt der Signalkonverter 23 ein Flügelstellwinkel- Steuersignal entsprechend einem der Symbole "0", "-" und "+" an den Stellwinkelbetätiger 26 des Kühlventilators 28 durch die Signalausgabeeinheit 24 an. Der Stellwinkelbetätiger 26 arbeitet in Antwort auf das Flügelstellwinkel-Steuersignal, so daß der Betätiger 26 den Flügelstellwinkel entsprechend einstellt. Der Kühlventilator 28 bläst das entsprechende Luftvolumen auf den Radiator 28, wodurch die Abstrahlwirkung des Radiators 8 gefördert wird und optimale thermische Be dingungen für den Motor 5 erreicht werden.

Das Kühlsystem gemäß der Erfindung kann die Blasrichtung des Kühlventilators 28 wie auch den Luftstrom frei steuern, wäh rend die Drehzahl des Ventilators 28, welcher durch die Kraft der Welle 12 gedreht wird, konstant ist. Das Kühlsystem be wirkt auf diese Weise eine effiziente Kühlung des aufgeheiz ten Kühlwassers. Der Kühlventilator 28 mit den steuerbaren Flügelstellwinkeln befreit das Kühlsystem von Elementen zur Steuerung der Drehzahl des Ventilators 28. Der Kühlventilator 28 vermindert ebenfalls die Betriebsgeräusche und Vibrationen und die Abnutzung des Treibriemens 11, die hauptsächlich da durch verursacht werden, daß der Ventilator 28 bei übermäßig hohen Drehzahlen angetrieben wird. Die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Kühlsystems wird dadurch beträchtlich verbes sert.

Wenn die Vorwärtsblasrichtung des Ventilators 28 durch Betä tigen des Richtungswahlschalters 29 ausgewählt wurde, dann drehen sich die Flügel des Ventilators 28, so daß die Luft von dem Motor 5 zu dem Radiator 8 gelenkt wird. In diesem Fall wird der Motor 5 schnell auf eine Normaltemperatur abge kühlt, insbesondere wenn er überhitzt ist.

Wenn ein anderes Kühlmittel anstelle von Kühlwasser in dem Kühlsystem verwendet wird, dann kann der Wassertemperatur- Sensor 20 ersetzt werden durch eine andere Einrichtung, die in geeigneter Weise in Verbindung mit dem anderen Kühlmittel eingesetzt werden kann. Wenn die Erfindung auf eine andere Vorrichtung wie beispielsweise einen elektrischen Ventilator oder Ventilationsgebläse angewendet wird, kann der Wassertem peratursensor 20 des Systems ersetzt werden durch eine andere Sensoreinrichtung, wie beispielsweise ein Drehzahlsensor, einen Temperatursensor oder einen Feuchtigkeitssensor. In diesem Falle kann der Blasbetrieb des Ventilators 28, der kein zusätzliches Element zum Steuern der Blasrichtung und des Luftstromes des Ventilators 28 aufweist, schnell und ge nau gesteuert werden.

Wie oben beschrieben wurde, liefert die Erfindung ein effek tives Motorkühlsystem, welches besonders vorteilhaft in Bau maschinen oder Baufahrzeugen eingesetzt werden kann, die schwere Arbeiten für lange Zeiträume mit einer hohen Aus gangsleistung des Motors ausführen, während sie in Ruhe sind. Das Kühlsystem verhindert nicht nur ein Überhitzen des Mo tors, sondern bewahrt die normale Motortemperatur, wodurch eine optimale Motorleistung und eine verbesserte Haltbarkeit des Motors erreicht wird.

Obwohl die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es dem Fachmann selbstverständlich, daß verschiedene Modifikationen, Zusätze und Ersetzungen im Rahmen der Erfindung möglich sind, der durch die anhängenden Ansprüche definiert wird. Weiterhin ist es möglich, die Merk male der beschriebenen Ausführungsformen beliebig zu kombi nieren.

Claims

1. Kühlsystem mit einem Kühlventilator (28) insbesondere für Motoren (5) von Baumaschinen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Steuern der Flügelstellwinkel des Kühl ventilators (28), wodurch der Luftstrom des Kühlventila tors und damit die Kühlwirkung des Kühlsystems unabhängig von der Drehzahl des Motors (5) einstellbar ist.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Steuern der Flügelstellwinkel umfaßt:

einen Kühlmitteltemperatursensor (20), der mit einer Kühlmittelleitung (13) verbunden ist, wobei der Sensor (20) die Temperatur des Kühlmittels detektiert und ein entsprechendes Temperatursignal aus gibt;
eine Steuereinrichtung (30), welche ein Flügelstellwin kel-Steuersignal auf der Basis des Temperatursignals von dem Kühlmitteltemperatursensor (20) erzeugt; und
eine Stellwinkel-Betätigungseinrichtung (26), die in ei ner Nabe (25) des Kühlventilators (28) angeordnet ist, wobei die Stellwinkel-Betätigungseinrichtung (26) die Flügelstellwinkel des Kühlventilators (28) in Antwort auf das Flügelstellwinkel-Steuersignal von der Steuerein richtung (30) stellt.

3. Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) umfaßt:
einen Signaldetektor (21), welcher das Temperatursignal von dem Kühlmitteltemperatursensor (20) detektiert und ein entsprechendes Detektorsignal ausgibt;
einen Rechner (22), welcher das Detektorsignal des Signaldetektors (21) mit einem Bezugswert vergleicht, um den Temperaturzustand des Motors (5) zu analysieren;
ein Signalkonverter (23), welcher ein Vergleichsergebnis von dem Rechner (22) in ein Flügelstellwinkel-Steuersignal konvertiert; und
eine Signalausgabeeinheit (24), die das Flügelstell winkel-Steuersignal des Signalkonverters (23) an die Stellwinkel-Betätigungseinrichtung (26) ausgibt.

4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch einen Schalter (29) zum Auswählen der Blasrichtung des Kühlventilators (28) zwischen einer Vorwärtsblas richtung und einer Rückwärtsblasrichtung durch Umstellen der Flügel des Kühlventilators in Vorwärts- oder Rück wärtsstellung, so daß die Blasrichtung des Kühl ventilators umstellbar ist, wenn der Motor (5) überhitzt ist.