EP2389503A1 - Hydrostatischer lüfterantrieb - Google Patents

Hydrostatischer lüfterantrieb

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Publication number
EP2389503A1
EP2389503A1 EP10706485A EP10706485A EP2389503A1 EP 2389503 A1 EP2389503 A1 EP 2389503A1 EP 10706485 A EP10706485 A EP 10706485A EP 10706485 A EP10706485 A EP 10706485A EP 2389503 A1 EP2389503 A1 EP 2389503A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fan
line
fan motor
drive according
fan drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10706485A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Seppo Tikkanen
Karl-Heinz Vogl
Matthias Müller
Peter Schmuttermair
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2389503A1 publication Critical patent/EP2389503A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/02—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air
    • F01P7/04—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio
    • F01P7/044—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio using hydraulic drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K25/00—Auxiliary drives
    • B60K25/02—Auxiliary drives directly from an engine shaft
    • B60K2025/026—Auxiliary drives directly from an engine shaft by a hydraulic transmission
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2025/00—Measuring
    • F01P2025/60—Operating parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/02—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air
    • F01P7/06—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/38—Control of exclusively fluid gearing
    • F16H61/40—Control of exclusively fluid gearing hydrostatic
    • F16H61/4148—Open loop circuits

Definitions

  • the invention relates to a hydrostatic fan drive for internal combustion engines according to the preamble of patent claim 1,
  • cooling is necessary to dissipate the often considerable heat loss, which is usually amplified by a rotating fan.
  • the fan is driven directly by a power take-off shaft of an internal combustion engine or via a hydraulic circuit, which has a driven by the power take-off shaft pump and a fan motor driving motor.
  • a disadvantage of such hydrostatic fan drives is their coupling to the driving internal combustion engine, which does not allow fan operation when the internal combustion engine is turned off.
  • the internal combustion engine is reduced in its power output, even if it is retrieved maximum power.
  • the object of the invention is to provide a hydrostatic fan drive for internal combustion engines, which allows fan operation, even if the internal combustion engine is turned off. Furthermore, an increase in over- gang-way maximum achievable performance of the engine despite fan operation can be achieved.
  • the inventive hydrostatic fan drive for internal combustion engines has a primary unit which can be driven by the internal combustion engine, and a fan motor with which a fan wheel can be driven.
  • a hydraulic accumulator is connected to a high-pressure line which connects the primary unit to the fan motor.
  • a storage shut-off valve is arranged in a connecting line which connects the high-pressure line and the hydraulic accumulator. This allows the hydraulic accumulator, e.g. if it is filled, separated and switched on only when needed again.
  • the primary unit is an adjustable axial cam machine.
  • a lossy pressure reducing valve for controlling the fan power can be omitted.
  • the internal combustion engine is coupled to at least one wheel of a land vehicle or to at least one propeller of a watercraft.
  • the fan drive according to the invention in such vehicles
  • axial piston machine can be loaded into the hydraulic accumulator.
  • a fan shut-off valve is arranged in a section of the high pressure line which connects the fan motor to the hydraulic accumulator or to the connecting line.
  • the Latederabsperrventil is formed by a 2/2-way valve whose Ventii influences connects in a biased by a spring position a high pressure port of the axial piston engine via the high pressure line with a high pressure port of the fan motor, while it shuts off this connection in its switching position ,
  • the fan motor is a constant Axialkobenmotor for cost reasons, which has connected to the high pressure line high-pressure port and further connected via a tank line to a tank low pressure port.
  • the accumulator shut-off valve is formed by a 3/3-way valve whose valve body connects in its first switching positions the high-pressure line to the hydraulic accumulator via the connecting line, while it closes the connection to the tank line.
  • the high-pressure line is connected to the tank line, while the hydraulic accumulator is shut off.
  • the hydraulic accumulator and furthermore the connection of the high-pressure line to the tank line are shut off.
  • the first switching positions allow the hydraulic accumulator to be charged or by the second switching positions and by the basic position of the hydraulic accumulator is shut off (eg in a charged state).
  • the Speicherabsperrventil be formed for cost reasons of a 2/2-way valve, the valve body connects in its switching position, the high pressure line to the hydraulic accumulator via the connecting line, and shuts off this connection in its biased by a spring basic position.
  • the fan motor is an adjustable Axialkobenmotor whose speed is adjustable by adjusting a pivot angle.
  • a first connection of the fan motor via a first working line and a second connection of the fan motor via a second working line are connected to a reversing valve which is connected via the high pressure line to the primary unit and a tank line to a tank. This allows the direction of rotation of the fan wheel to be changed, e.g. Dirt from the ribs or fins of a radiator.
  • the reversing valve is formed by a 2/2-way valve whose valve body connects in a biased by a spring position, the high pressure line to the first working line and the second working line to the tank line, and in its switching position, the high pressure line the second working line and the first working line connects to the tank line.
  • the fan motor is an adjustable Axialkobenmotor whose speed and direction are adjustable by adjusting a pivot angle, wherein a high-pressure port of the fan motor is connected to the high pressure line, and wherein a low-pressure connection of the fan motor via a tank line with connected to a tank.
  • the direction of rotation of the fan wheel can also be changed, for example, to blow out dirt from the ribs or fins of a radiator.
  • a pressure relief valve may be provided adjacent to the hydraulic accumulator at a portion of the connecting line, which relieves the pressure to the tank.
  • the fan drive according to the invention has an electronic control unit, via which the pivot angle of the primary unit and / or the positions of the respective valve body of the L Representativeerabsperrventils, the Speicherabsperrventils and the reversing valve and possibly the pivot angle of the fan motor are adjustable.
  • the controller may be connected to an electronic engine control unit of the internal combustion engine.
  • a pressure sensor may be provided at the portion of the connecting pipe which is disposed between the accumulator stop valve and the hydraulic accumulator or at a portion of the connecting pipe which is disposed between the accumulator stop valve and the high-pressure pipe. This is also in connection with the control unit.
  • a speed sensor is arranged on the fan or on the fan motor, which is also in communication with the control unit.
  • the fan shut-off valve and / or the reversing valve and / or the accumulator shut-off valve are continuously adjustable proportional valves.
  • a throttled flow can be produced, which can be set to quickly increase the operating or exhaust gas temperature of the internal combustion engine, which is e.g. is necessary for the regeneration of a particulate filter.
  • bumpless switching also protects the fan motor and wheel.
  • a cooler is arranged in the tank line, wherein from For reasons of system security in a parallel to the radiator arranged bypass line a spring-biased check valve is provided, which releases the bypass line at a minimum pressure is exceeded.
  • a swivel angle of the axial piston pump is set via a setpoint braking torque and a swivel angle of the fan motor via a setpoint speed and via a fan-pressure-speed characteristic curve.
  • a pivot angle of the fan motor is set via a fan pressure-speed curve and simultaneously set a pivot angle of the axial piston pump to zero when the pressure in the hydraulic accumulator is sufficient for a target speed of the fan motor.
  • Figure 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a hydrostatic fan drive according to the invention
  • Figure 2 is a circuit diagram of a second embodiment of a hydrostatic fan drive according to the invention.
  • Figure 3 is a circuit diagram of a third embodiment of a hydrostatic fan drive according to the invention.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a first exemplary embodiment of a hydrostatic fan drive according to the invention. It essentially has an adjustable axial piston machine 1, which is connected via a shaft 2 to an internal combustion engine 4.
  • the fan drive has a designed as a constant axial piston motor fan motor 6, which drives a fan 10 via an output shaft 8.
  • a fan 10 cooling air is conveyed by a (not shown) radiator of the engine 4.
  • the axial piston machine 1 and the fan motor 6 are arranged in an open hydraulic circuit with a tank T, which is connected via a suction line 12 to a low pressure port 1 a of the axial piston 1, and a high pressure port 1 b of the axial piston 1 with a high pressure port 14 a, 14 b High pressure port 6a of the fan motor 6 connects. Furthermore, the fan motor 6 has a low-pressure connection 6b which is connected to the tank T via a tank line 16a, 16b.
  • a hydraulic accumulator 20 is connected to the high pressure line 14a, 14b.
  • a continuously adjustable 3-way valve 22 is arranged, which is designed as a 3-position valve.
  • the valve 22 is connected to the two sections 18b, 19 of the connecting line and to a further connecting line 24, which opens into the tank line 16a, 16b.
  • a cooler 26 is arranged in the tank line 16a, 16b and parallel to a bypass line 28.
  • a check valve 30 is provided, which is in the direction of the tank T at a predetermined pressure opens against a spring.
  • a fan check valve 32 is disposed in a section 14b of the high pressure line 14a, 14b upstream of the terminal of the hydraulic accumulator 20, a fan check valve 32 is disposed. It is designed as a 2/2-way valve whose valve body in a biased by a spring basic position (0) the high pressure port 1 b of the axial piston machine 1 via the high pressure line 14a, 14b with the high pressure port 6a of the fan motor 6 connects. Upon actuation of an electromagnet 32a of the fan check valve 32, its valve body is displaced against the spring in a switching position (a), so that the high-pressure line 14a, 14b is shut off.
  • this has an electronic engine control unit 34.
  • this has an electronic control unit 36.
  • the control unit 36 receives from a speed sensor 38, a measurement signal with respect to the rotational speed of the fan motor 6 with the output shaft 8 and with the fan 10. Furthermore, the controller 36 receives from a pressure sensor 40th a measurement signal with respect to the pressure in the hydraulic accumulator 20 and from a sensor 42 a measurement signal with respect to the pivot angle of the axial piston machine first
  • the controller 36 outputs control signals to a Schwenkwinkeleinstellvortechnisch 44 of the axial piston machine 1 and to the electromagnets 32 a, 22 a, 22 b of the L favorableerabsperrventils 32 and the 3/3-way valve 22 from.
  • the internal combustion engine 4 drives via the shaft 2 to the axial piston machine 1, which is operated as a pump. It conveys from the tank T via the suction line 12 and via the high-pressure line 14a, 14b pressure fluid to the fan motor 6, thereby driving the fan 10.
  • the valve body of the Lendederabsperrventils 32 is in its spring-biased home position (0). From the fan motor 6, the pressure medium flows via the tank line 16a, 16b back to the tank T. It flows through the radiator 26 or at high flow resistance through the bypass line 28, the check valve 30 opens in this case against the spring.
  • the power at the fan 10 is controlled by adjusting a piston stroke of the axial piston machine via its Schwenkwinkeleinstellvorraum 44.
  • a valve body of the 3/3-way valve 22 can be adjusted in the direction of its positions a, so that from the high pressure line 14 a pressure medium via the connecting line 18 a, 18b, 19 flows to the hydraulic accumulator 20 and charges it.
  • the 3/3-way valve 22 can be opened when the hydraulic accumulator 20 is charged. If in this case the fan check valve 32 is opened, the fan motor 6 can be supplied with pressure medium, even if the engine is 4 or not enough pressure medium is conveyed through the axial piston machine 1. If, on the other hand, the fan shut-off valve 32 is closed, the pressure medium of the hydraulic accumulator 20 can supply the axial piston machine 1 with pressure medium at its high-pressure connection 1b, so that it will operate as a motor.
  • the internal combustion engine 4 is additionally driven or assisted by the fan drive according to the invention, which is particularly advantageous when the internal combustion engine 4 is to be operated at maximum load.
  • FIG. 2 shows the circuit diagram of a second embodiment of the fan drive according to the invention.
  • He has the adjustable axial piston machine 1, which is driven via the shaft 2 from the engine 4.
  • the axial piston machine 1 conveys pressure fluid from the tank T via the suction line 12, via the high-pressure line 14a, 14b and via a working line 115 to an adjustable fan motor 106, whose output shaft 8 drives the fan wheel 10.
  • Low pressure side the pressure fluid from the fan motor 106 via another working line 117 and via the tank line 16a, 16b back to the tank T. It is between the high pressure line 14a, 14b and the working line 115 and between the working line 117 and the tank line 16a, 16b a Reversing valve 132 is arranged.
  • It is designed as a 2/2-way valve that connects the high-pressure line 14b to the working line 115 and the working line 117 to the tank line 16a in its spring-biased basic position (0), while in its switching position (a) the high-pressure line 14b to the working line 117th and the working line 115 connects to the tank line 16a.
  • a Speicherabsperrventil 122 is arranged, which is designed as a 2/2-way valve. It closes in a spring-biased basic position (0) the connecting line 18a, 18b, 19, while in a switching position (a) the connecting line 18a, 18b, 19 free and thus the high pressure line 14a, 14b connects to the hydraulic accumulator 20.
  • an adjustable pressure relief valve 134 is arranged between the 2/2-way valve 122 and the hydraulic accumulator 20 branches off a line from the connecting line 18a, 18b, 19, in which an adjustable pressure relief valve 134 is arranged. It opens when a predetermined pressure in the hydraulic accumulator 20 is exceeded by a spring and thereby relieves the tank T. Between the high-pressure line 14a, 14b and the 2/2-way valve 122, a pressure sensor 140 is arranged.
  • this has a control unit 136. It receives measurement signals from the pressure sensor 140 with respect to the pressure in the connection line 18a, 18b and thus also in the high-pressure line 14a, 14b.
  • the control unit 136 sends actuating signals to the axial piston machine 1 and to the fan motor 106 with respect to their pivoting angle. Furthermore, the control unit 136 supplies the solenoids 132a, 122a of the reversing valve 132 and the 2/2-way valve 122 with actuating signals.
  • the second embodiment of the fan drive according to the invention also allows adjustment of the fan power directly on the fan motor 106 by changing its pivot angle.
  • FIG 3 shows the circuit diagram of a third embodiment of the fan drive according to the invention, this embodiment is substantially similar to that of Figure 2.
  • the adjustable axial piston 1 instead of the adjustable axial piston 1, an adjustable axial piston pump 101 is provided, and that an adjustable fan motor 206 is also adjustable beyond its 0 ° position, so that in this third embodiment, a reversal of the direction of rotation Fan wheel 10 can be achieved with the above advantage, without the need for a reversing valve (see Figure 2) is necessary.
  • a pressure sensor 241 is arranged, which is connected to the control unit 236. It is used inter alia to diagnose the pressure during an automatic emptying after starting a vehicle (ignition off), in which the fan drive according to the invention is arranged, or for calculating the current state of charge of the hydraulic accumulator 20 with the 2/2-way valve 122 closed.
  • Fuel can also be saved for the internal combustion engine 4 in the third exemplary embodiment according to FIG. 3 since the energy stored in the hydraulic accumulator 20 can be used to drive the fan 10, 206 and this energy does not have to be applied by the internal combustion engine 4.
  • the third embodiment further offers the possibility of integration without great safety precautions in an existing hydraulic fan drive, which is used for cooling a diesel engine of a bus. This can only be achieved because the stored energy in the hydraulic accumulator 20 is used to operate the fan 10, 206 and is not fed back into the drive train.
  • V gJan of the likewise variable fan motor 106, 206 is adjusted so that the required speed ri fan desired is set via the moment-speed relationship of the fan wheel 10.
  • the axial piston pump 101 and the fan motor 106, 206 are thus each torque-controlled.
  • the fan motor 106, 206 may also be speed-controlled, for this purpose the speed sensor 38 according to FIG. 1 is necessary.
  • the requirements of a decelerating torque can be carried out by a higher-level control, which takes into account the discharge of the accelerator pedal, the brake pedal and an operating point shift of the internal combustion engine 4.
  • the fan controller provides information about the possible representable moments
  • the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2 have a fan shut-off valve 32 and an axial piston machine 1 whose pivoting angle can be changed via the 0 ° position.
  • the axial piston machine according to FIG. 1 can be used as a motor to thereby start the internal combustion engine 4 or increase its maximum output.
  • the fan check valve 32 of the first and second embodiments, the inversion valve 132 of the second embodiment, and the accumulator cutoff valve 122 of the second and third embodiments may be continuously adjustable. leads his. This spares the fan drive from pressure spikes and momentary surges.
  • the constant fan motor 6 of the first exemplary embodiment can also be designed as an adjustable fan motor 106 according to FIG. 2 or as an adjustable swing-through fan motor 206 according to FIG.
  • the latter variant of the fan motor 206 is only necessary if the fan 10 must be rotatable in both directions to blow out dirt.
  • the speed of the fan 6, 106, 10 may also be controlled by the valve 32 when the pressure level in the conduit 14a is higher than that required by the fan 6, 106, 10.
  • the valve 32 is either a flow control valve or a pressure reducing valve.
  • a flow control valve directly controls the flow for the fan motor 6, 106.
  • a pressure reducing valve controls the pressure level and thus the speed of the fan motor 6, 106, because there is a fixed relationship between the fan speed and the working pressure of the fan motor 6, 106.
  • a certain fan speed requires a certain torque (i.e., pressure for the fan motor 6, 106). This relationship can be represented as a fan line in a coordinate system on one axis of which the fan speed and on the other axis of the fan torque are plotted.
  • the setting of the valve 32 is determined by the controller 36.
  • a hydrostatic fan drive for internal combustion engines with a primary unit that can be driven by the internal combustion engine, and with a fan motor with which a fan is driven.
  • a hydraulic accumulator is arranged on a high-pressure line which connects the primary unit to the fan motor.
  • Axial piston machine a Low pressure connection b High pressure connection

Landscapes

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  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Offenbart ist ein hydrostatischer Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen mit einer Primäreinheit, die von der Brennkraftmaschine antreibbar ist, und mit einem Lüftermotor, mit dem ein Lüfterrad antreibbar ist. Dabei ist an einer Hochdruckleitung, welche die Primäreinheit mit dem Lüftermotor verbindet, ein Hydrospeicher angeordnet. Somit ist ein Hybrid-Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen geschaffen, der Lüfterbetrieb zulässt, auch wenn die Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist. Weiterhin steht übergangsweise eine erhöhte maximal abrufbare Leistung der Brennkraftmaschine trotz Lüfterbetrieb zur Verfügung, da der Lüftermotor in diesen Fällen (übergangsweise) von dem Hydrospeicher mit Druckmittel versorgt werden kann.

Description

Beschreibung
Hydrostatischer Lüfterantrieb
Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ,
Bei Brennkraftmaschinen ist zum Abführen der oft erheblichen Verlustwärme eine Kühlung nötig, die meistens von einem rotierenden Lüfterrad verstärkt wird. Dabei wird das Lüfterrad direkt von einer Nebenabtriebswelle einer Brennkraftmaschine angetrieben oder über einen hydraulischen Kreislauf, wobei dieser eine von der Nebenabtriebswelle angetriebene Pumpe und einen das Lüfterrad antreibenden Motor aufweist.
In der Druckschrift DE 43 21 637 ist ein hydrostatischer Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen offenbart, der eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Verstellpumpe hat, die über einen Konstantmotor ein Lüfterrad antreibt. Da die Drehzahl der Verstellpumpe direkt von derjenigen der Brennkraftmaschinen-Abtriebswelle abhängig ist, wird die Lüfterleistung durch Einstellen des Fördervolumens der Verstellpumpe geregelt.
Die Druckschrift US 6,311,488 zeigt vergleichbare Lüfterantriebe, wobei neben Konstantmotoren auch mit dem Lüfterrad verbundene Verstellmotoren gezeigt sind, wodurch eine verbesserte Regelbarkeit der Lüfterantriebe erreicht wird.
Nachteilig an derartigen hydrostatischen Lüfterantrieben ist ihre Kopplung an die antreibende Brennkraftmaschine, die keinen Lüfterbetrieb zulässt, wenn die Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist. Außerdem wird die Brennkraftmaschine in ihrer Leistungsabgabe auch dann gemindert, wenn von ihr maximale Leistung abgerufen wird.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen hydrostatischen Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen zu schaffen, der Lüfterbetrieb zulässt, auch wenn die Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist. Weiterhin soll eine Steigerung der über- gangsweise maximal abrufbaren Leistung der Brennkraftmaschine trotz Lüfterbetrieb erreicht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen hydrostatischen Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen nach Patentanspruch 1 oder durch ein Verfahren zum Betrieb eines hydrostatischen Lüfterantriebs gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße hydrostatische Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen hat eine Primäreinheit, die von der Brennkraftmaschine antreibbar ist, und einen Lüftermotor, mit dem ein Lüfterrad antreibbar ist. Dabei ist an einer Hochdruckleitung, welche die Primäreinheit mit dem Lüftermotor verbindet, ein Hydrospeicher angeschlossen. Somit ist ein Hybrid-Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen geschaffen, der Lüfterbetrieb zulässt, auch wenn die Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist. Weiterhin steht übergangsweise eine erhöhte maximal abrufbare Leistung der Brennkraftmaschine trotz Lüfterbetrieb zur Verfügung, da der Lüftermotor in diesen Fällen (übergangsweise) von dem Hydrospeicher mit Druckmittel versorgt werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist ein Speicherabsperrventil in einer Verbindungsleitung angeordnet, die die Hochdruckleitung und den Hydrospeicher verbindet. Dadurch kann der Hydrospeicher, z.B. wenn er gefüllt ist, abgetrennt und erst bei Bedarf wieder zugeschaltet werden.
Es wird besonders bevorzugt, wenn die Primäreinheit eine verstellbare Axialkobenmaschine ist. Durch diese Primärverstellung der Lüfterleistung kann ein verlustbehaftetes Druckreduzierventil zur Steuerung der Lüfterleistung entfallen.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs mit Lüfterabsperrventil ist die Brennkraftmaschine mit zumindest einem Rad eines Landfahrzeugs oder mit zumindest einem Propeller eines Wasserfahrzeugs gekoppelt. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs in derartigen Fahrzeugen kann beim Bremsen des Fahrzeugs zumindest ein Teil der Bremsenergie über die eingekuppelte Brennkraftmaschine (und die als Pumpe betriebene) Axialkolbenmaschine in den Hydrospeicher geladen werden.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs mit verstellbarer Axialkolbenmaschine ist diese unter Beibehaltung der Drehrichtung über Null verstellbar und somit als Pumpe und als Motor nutzbar. Dabei ist ein Lüfterabsperrventil in einem Abschnitt der Hockdruckleitung angeordnet, der den Lüftermotor mit dem Hydrospeicher bzw. mit der Verbindungsleitung verbindet. Dadurch lässt sich die Energie des geladenen Hydrospeichers auch über die als Motor eingesetzte Axialkolbenmaschine der Verbrennungskraftmaschinen wieder zuführen, z.B. um diese zu starten oder um (übergangsweise) ihre Maximalleistung zu erhöhen.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Lüfterabsperrventil von einem 2/2- Wegeventil gebildet ist, dessen Ventiikörper in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung einen Hochdruckanschluss der Axialkolbenmaschine über die Hochdruckleitung mit einem Hochdruckanschluss des Lüftermotors verbindet, während er in seiner Schaltstellung diese Verbindung absperrt.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs ist der Lüftermotor aus Kostengründen ein konstanter Axialkobenmotor, der den mit der Hochdruckleitung verbundenen Hochdruckanschluss und weiterhin einen über eine Tankleitung mit einem Tank verbundenen Niederdruckanschluss hat.
Es wird bevorzugt, wenn das Speicherabsperrventil von einem 3/3-Wegeventil gebildet ist, dessen Ventilkörper in seinen ersten Schaltstellungen die Hochdruckleitung mit dem Hydrospeicher über die Verbindungsleitung verbindet, während es die Verbindung zur Tankleitung verschließt. In den zweiten Schaltstellungen des Ventilkörpers ist die Hochdruckleitung mit der Tankleitung verbunden, während der Hydrospeicher absperrt ist. In einer durch Federn zentrierten Grundstellung des Ventilkörpers schließlich ist der Hydrospeicher und weiterhin die Verbindung der Hochdruckleitung mit der Tankleitung absperrt. Durch die ersten Schaltstellungen kann der Hydrospeicher geladen oder entladen werden, durch die zweiten Schaltstellungen und durch die Grundstellung wird der Hydrospeicher (z.B. in geladenem Zustand) abgesperrt.
Alternativ kann das Speicherabsperrventil aus Kostengründen von einem 2/2- Wegeventil gebildet sein, dessen Ventilkörper in seiner Schaltstellung die Hochdruckleitung mit dem Hydrospeicher über die Verbindungsleitung verbindet, und der in seiner durch eine Feder vorgespannten Grundstellung diese Verbindung absperrt.
Bei einer anderen besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs ist der Lüftermotor ein verstellbarer Axialkobenmotor, dessen Drehzahl durch Verstellen eines Schwenkwinkels einstellbar ist. Dabei sind ein erster Anschluss des Lüftermotors über eine erste Arbeitsleitung und ein zweiter Anschluss des Lüftermotors über eine zweite Arbeitsleitung mit einem Umkehrventil verbunden, das über die Hockdruckleitung mit der Primäreinheit und über eine Tankleitung mit einem Tank verbunden ist. Dadurch kann die Drehrichtung des Lüfterrades geändert werden, um z.B. Schmutz aus den Rippen oder Lamellen eines Kühlers auszublasen.
Dabei wird es bevorzugt, wenn das Umkehrventil von einem 2/2-Wegeventil gebildet ist, dessen Ventilkörper in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung die Hochdruckleitung mit der ersten Arbeitsleitung und die zweite Arbeitsleitung mit der Tankleitung verbindet, und der in seiner Schaltstellung die Hochdruckleitung mit der zweiten Arbeitsleitung und die erste Arbeitsleitung mit der Tankleitung verbindet.
Bei einer dritten besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs ist der Lüftermotor ein verstellbarer Axialkobenmotor, dessen Drehzahl und Drehrichtung durch Verstellen eines Schwenkwinkels einstellbar sind, wobei ein Hoch- druckanschluss des Lüftermotors mit der Hochdruckleitung verbunden ist, und wobei ein Niederdruckanschluss des Lüftermotors über eine Tankleitung mit einem Tank verbunden ist. Dadurch kann ebenfalls die Drehrichtung des Lüfterrades geändert werden, um z.B. Schmutz aus den Rippen oder Lamellen eines Kühlers auszublasen. Zur Begrenzung des Drucks bzw. aus Sicherheitsgründen kann an einem Abschnitt der Verbindungsleitung benachbart zum Hydrospeicher ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein, das zum Tank entlastet.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung hat der erfindungsgemäße Lüfterantrieb ein elektronisches Steuergerät, über das der Schwenkwinkel der Primäreinheit und / oder die Stellungen der jeweiligen Ventilkörper des Lüfterabsperrventils, des Speicherabsperrventils und des Umkehrventils und ggf. der Schwenkwinkel des Lüftermotors einstellbar sind.
Vorzugsweise kann das Steuergerät mit einem elektronischen Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine verbunden sein.
Vorzugsweise kann an dem Abschnitt der Verbindungsleitung, der zwischen dem Speicherabsperrventil und dem Hydrospeicher angeordnet ist, oder an einem Abschnitt der Verbindungsleitung, der zwischen dem Speicherabsperrventil und der Hochdruckleitung angeordnet ist, ein Drucksensor vorgesehen sein. Dieser steht ebenfalls in Verbindung mit dem Steuergerät.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist an dem Lüfterrad oder an dem Lüftermotor ein Drehzahlsensor angeordnet, der ebenfalls in Verbindung mit dem Steuergerät steht.
Es wird bevorzugt, wenn das Lüfterabsperrventil und / oder das Umkehrventil und / oder das Speicherabsperrventil stetig verstellbare Proportionalventile sind. Dadurch ist ein gedrosselter Durchfluss erzeugbar, der zur schnellen Erhöhung der Betriebs bzw. Abgastemperatur der Brennkraftmaschine eingestellt werden kann, die z.B. zur Regeneration eines Partikelfilters nötig ist. Beim Lüfterabsperrventil und beim Umkehrventil wird außerdem durch eine stoßfreie Umschaltung eine Schonung des Lüftermotors und -rades erreicht.
In einer auch für höhere und oder längere Wärmeentwicklung geeigneten Weiterbildung des Lüfterantriebs ist in der Tankleitung ein Kühler angeordnet, wobei aus Gründen der Systemsicherheit in einer parallel zum Kühler angeordneten Bypassleitung ein federvorgespanntes Rückschlagventil vorgesehen ist, das bei Überschreitung eines Mindestdrucks die Bypassleitung freigibt.
Wenn aus Sicherheitsgründen in der Hochdruckleitung benachbart zur Axialkolbenpumpe ein Rückschlagventil vorgesehen ist, das von der Pumpe zum Hydro- speicher und zum Lüftermotor öffnet, ist eine Momentübertragung auf den Antriebsstrang nicht möglich. Gleichzeitig sind die Leckagen beim Betrieb des Lüfters über die Hydrospeicher verringert.
Bei einem Verfahren zur Steuerung des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs bei einer Bremsung eines Landfahrzeugs wird ein Schwenkwinkel der Axialkolbenpumpe über ein Sollbremsmoment und ein Schwenkwinkel des Lüftermotors über eine Solldrehzahl und über eine Lüfter-Druck-Drehzahlkennlinie eingestellt.
Bei einem Verfahren zur Steuerung des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs bei einer Beschleunigung eines Landfahrzeugs wird ein Schwenkwinkel des Lüftermotors über eine Lüfter-Druck-Drehzahlkennlinie eingestellt und gleichzeitig ein Schwenkwinkel der Axialkolbenpumpe auf Null gestellt, wenn der Druck im Hydrospeicher ausreichend für eine Solldrehzahl des Lüftermotors ist. Dadurch wird die Brennkraftmaschine entlastet.
Durch die verstellbare Pumpe und den verstellbaren Lüftermotor ist es möglich, die Schwenkwinkel von Pumpe und Lüftermotor abhängig von der Solldrehzahl des Lüfters und dem damit definierten Drehmoment des Lüftermotors wirkungsgradoptimal einzustellen.
Dies geschieht idealer Weise über ein Kennfeld (abhängig von den Drehzahlen des Lüftermotors und der Pumpe).
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen: Figur 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Lüfterantriebs;
Figur 2 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Lüfterantriebs; und
Figur 3 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Lüfterantriebs.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Lüfterantriebs. Er weist im Wesentlichen eine verstellbare Axialkolbenmaschine 1 auf, die über eine Welle 2 mit einem Verbrennungsmotor 4 verbunden ist.
Weiterhin hat der Lüfterantrieb einen als konstanten Axialkolbenmotor ausgeführten Lüftermotor 6, der über eine Abtriebswelle 8 ein Lüfterrad 10 antreibt. Durch dieses Lüfterrad 10 wird kühlende Luft durch einen (nicht gezeigten) Kühler des Verbrennungsmotors 4 gefördert.
Die Axialkolbenmaschine 1 und dem Lüftermotor 6 sind in einem offenen hydraulischen Kreislauf mit einen Tank T angeordnet, der über eine Saugleitung 12 mit einem Niederdruckanschluss 1a der Axialkolbenmaschine 1 verbunden ist, und über eine Hockdruckleitung 14a, 14b einen Hochdruckanschluss 1 b der Axialkolbenmaschine 1 mit einem Hochdruckanschluss 6a des Lüftermotors 6 verbindet. Weiterhin hat der Lüftermotor 6 einen Niederdruckanschluss 6b, der über eine Tankleitung 16a, 16b mit dem Tank T verbunden ist.
Von der Hockdruckleitung 14a, 14b zweigt eine Verbindungsleitung 18a, 18b, 19 ab, über die erfindungsgemäß ein Hydrospeicher 20 an die Hochdruckleitung 14a, 14b angeschlossen ist. In der Verbindungsleitung 18a, 18b, 19 ist ein stetig verstellbares 3- Wegeventil 22 angeordnet, das als 3-Stellungs-Ventil ausgebildet ist. Das Ventil 22 ist an die beiden Abschnitte 18b, 19 der Verbindungsleitung und an eine weitere Verbindungsleitung 24 angeschlossen, die in die Tankleitung 16a, 16b mündet. Stromabwärts der Einmündung der Verbindungsleitung 24 in die Tankleitung 16a, 16b ist in der Tankleitung 16a, 16b ein Kühler 26 angeordnet und parallel dazu eine Bypassleitung 28. In der Bypassleitung 28 ist ein Rückschlagventil 30 vorgesehen, das in Richtung zum Tank T bei einem vorbestimmten Druck gegen eine Feder öffnet.
In einem Abschnitt 14b der Hockdruckleitung 14a, 14b stromaufwärts des Anschlusses des Hydrospeichers 20 ist ein Lüfterabsperrventil 32 angeordnet. Es ist als 2/2-Wegeventil ausgebildet, dessen Ventilkörper in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung (0) den Hochdruckanschluss 1 b der Axialkolbenmaschine 1 über die Hockdruckleitung 14a, 14b mit dem Hockdruckanschluss 6a des Lüftermotors 6 verbindet. Bei Betätigung eines Elektromagneten 32a des Lüfterabsperrventils 32 wird sein Ventilkörper gegen die Feder in eine Schaltstellung (a) verschoben, so dass die Hochdruckleitung 14a, 14b abgesperrt ist.
Zur Steuerung des Verbrennungsmotors 4 weist dieser ein elektronisches Motorsteuergerät 34 auf.
Zur Steuerung des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs gemäß Figur 1 hat dieser ein elektronisches Steuergerät 36. Das Steuergerät 36 empfängt von einem Drehzahlsensor 38 ein Messsignal bezüglich der Drehzahl des Lüftermotors 6 mit der Abtriebswelle 8 und mit dem Lüfterrad 10. Weiterhin empfängt das Steuergerät 36 von einem Drucksensor 40 eine Messsignal bezüglich des Drucks im Hydrospeicher 20 und von einem Sensor 42 ein Messsignal bezüglich des Schwenkwinkels der Axialkolbenmaschine 1.
Das Steuergerät 36 gibt Steuersignale an eine Schwenkwinkeleinstellvorrichtung 44 der Axialkolbenmaschine 1 und an die Elektromagneten 32a, 22a, 22b des Lüfterabsperrventils 32 und des 3/3-Wegeventils 22 ab.
Im Folgenden wird die Funktion des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs gemäß Figur 1 erläutert. Im Normalbetrieb des Lüfterantriebs treibt der Verbrennungsmotor 4 über die Welle 2 die Axialkolbenmaschine 1 an, die als Pumpe betrieben wird. Sie fördert aus dem Tank T über die Saugleitung 12 und über die Hochdruckleitung 14a, 14b Druckmittel zum Lüftermotor 6, der dadurch das Lüfterrad 10 antreibt. Dabei befindet sich der Ventilkörper des Lüfterabsperrventils 32 in seiner federvorgespannten Grundstellung (0). Vom Lüftermotor 6 strömt das Druckmittel über die Tankleitung 16a, 16b zurück zum Tank T. Dabei strömt es über den Kühler 26 oder bei zu hohem Strömungswiderstandes durch die Bypassleitung 28, deren Rückschlagventil 30 in diesem Fall gegen die Feder öffnet.
Die Leistung am Lüfterrad 10 wird durch Verstellung eines Kolbenhubs der Axialkolbenmaschine über ihre Schwenkwinkeleinstellvorrichtung 44 gesteuert.
Wenn die Lüfterleistung höher als nötig ist, oder wenn der Verbrennungsmotor 4 in einem suboptimalen Unterlastbereich betrieben wird, kann ein Ventilkörper des 3/3- Wegeventils 22 in Richtung seiner Stellungen a verstellt werden, so dass von der Hochdruckleitung 14a Druckmittel über die Verbindungsleitung 18a, 18b, 19 zum Hydro- speicher 20 strömt und diesen auflädt.
Nach einer Aufladung des Hydrospeichers 20 kann das 3/3-Wegeventil 22 die Verbindungsleitung 18a, 18b, 19 wieder verschließen.
Wenn zum Beispiel eine Lüfterleistung gefordert ist, obwohl der Verbrennungsmotor 4 ausgeschaltet ist, oder wenn der Verbrennungsmotor 4 mit maximaler Leistung betrieben werden soll, kann bei geladenem Hydrospeicher 20 das 3/3-Wegeventil 22 geöffnet werden. Wenn dabei das Lüfterabsperrventil 32 geöffnet ist, kann der Lüftermotor 6 mit Druckmittel versorgt werden, auch wenn der Verbrennungsmotor 4 steht oder über die Axialkolbenmaschine 1 nicht genug Druckmittel gefördert wird. Wenn hingegen das Lüfterabsperrventil 32 geschlossen wird, kann das Druckmittel des Hydrospeichers 20 die Axialkolbenmaschine 1 an ihrem Hochdruckanschluss 1b mit Druckmittel versorgen, so dass diese als Motor betreiben wird. Wenn dabei der Schwenkwinkel der Axialkolbenmaschine 1 über 0° hinweg verstellt wird, entspricht die Drehrichtung der Welle 2 derjenigen des zuvor beschriebenen Betriebszustands. Somit wird der Verbrennungsmotor 4 von dem erfindungsgemäßen Lüfterantrieb zusätzlich angetrieben bzw. unterstützt, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn der Verbrennungsmotor 4 mit Maximallast betrieben werden soll.
Figur 2 zeigt das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs. Er hat die verstellbare Axialkolbenmaschine 1 , die über die Welle 2 vom Verbrennungsmotor 4 angetrieben wird. Dadurch fördert die Axialkolbenmaschine 1 Druckmittel aus dem Tank T über die Saugleitung 12, über die Hochdruckleitung 14a, 14b und über eine Arbeitsleitung 115 zu einem verstellbaren Lüftermotor 106, dessen Abtriebswelle 8 das Lüfterrad 10 antreibt. Niederdruckseitig fließt das Druckmittel aus dem Lüftermotor 106 über eine weitere Arbeitsleitung 117 und über die Tankleitung 16a, 16b zurück zum Tank T. Dabei ist zwischen der Hochdruckleitung 14a, 14b und der Arbeitsleitung 115 bzw. zwischen der Arbeitsleitung 117 und der Tankleitung 16a, 16b ein Umkehrventil 132 angeordnet. Es ist als 2/2-Wegeventil ausgebildet, das in seiner federvorgespannten Grundstellung (0) die Hochdruckleitung 14b mit der Arbeitsleitung 115 und die Arbeitsleitung 117 mit der Tankleitung 16a verbindet, während es in seiner Schaltstellung (a) die Hochdruckleitung 14b mit der Arbeitsleitung 117 und die Arbeitsleitung 115 mit der Tankleitung 16a verbindet.
Von der Hochdruckleitung 14a, 14b zweigt die Verbindungsleitung 18a, 18b, 19 ab, über die der Hydrospeicher 20 an die Hochdruckleitung 14a, 14b angeschlossen ist. In der Verbindungsleitung 18a, 18b, 19 ist ein Speicherabsperrventil 122 angeordnet, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Es verschließt in einer federvorgespannten Grundstellung (0) die Verbindungsleitung 18a, 18b, 19, während es in einer Schaltstellung (a) die Verbindungsleitung 18a, 18b, 19 frei gibt und somit die Hochdruckleitung 14a, 14b mit dem Hydrospeicher 20 verbindet.
Zwischen dem 2/2-Wegeventil 122 und dem Hydrospeicher 20 zweigt eine Leitung von der Verbindungsleitung 18a, 18b, 19 ab, in der ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 134 angeordnet ist. Es öffnet bei Überschreitung eines vorbestimmten Drucks im Hydrospeicher 20 gegen eine Feder und entlastet dabei zum Tank T. Zwischen der Hochdruckleitung 14a, 14b und dem 2/2-Wegeventil 122 ist ein Drucksensor 140 angeordnet.
Zur Steuerung des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs gemäß Figur 2 weist dieser ein Steuergerät 136 auf. Es empfängt Messsignale vom Drucksensor 140 bezüglich des Drucks in der Verbindungsleitung 18a, 18b und somit auch in der Hochdruckleitung 14a, 14b. Das Steuergerät 136 sendet Stellsignale an die Axialkolbenmaschine 1 und an den Lüftermotor 106 bzgl. ihrer Schwenkwinkel. Weiterhin versorgt das Steuergerät 136 die Elektromagneten 132a, 122a des Umkehrventils 132 und des 2/2-Wegeventils 122 mit Stellsignalen.
Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs erlaubt eine Einstellung der Lüfterleistung auch direkt am Lüftermotor 106 durch Veränderung seines Schwenkwinkels.
Eine Umkehrung der Drehrichtung des Lüfterrades 10, z.B. um Schmutz aus den Rippen oder Lamellen eines (nicht gezeigten) Kühlers auszublasen, wird dadurch erreicht, dass ein Ventilkörper des Umkehrventils 132 in eine Schaltposition (a) gestellt wird.
Figur 3 zeigt das Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs, wobei dieses Ausführungsbeispiel dem der Figur 2 weitgehend gleicht. Die Unterschiede sind insbesondere darin zu sehen, dass statt der verstellbaren Axialkolbenmaschine 1 eine verstellbare Axialkolbenpumpe 101 vorgesehen ist, und dass ein verstellbarer Lüftermotor 206 auch über seine 0°-Lage hinaus verstellbar ist, so dass auch bei diesem dritten Ausführungsbeispiel eine Umkehrung der Drehrichtung des Lüfterrades 10 mit dem oben genannten Vorteil erreicht werden kann, ohne dass dazu ein Umkehrventil (vgl. Figur 2) nötig ist.
An der Verbindungsleitung 19 in der Nähe des Hydrospeichers 20 ist ein Drucksensor 241 angeordnet, der mit dem Steuergerät 236 verbunden ist. Er dient u. a. zu Diagnose des Drucks bei einer automatischen Entleerung nach dem Anstellen eines Fahrzeugs (Zündung aus), in dem der erfindungsgemäße Lüfterantrieb angeordnet ist, oder zur Berechnung des aktuellen Ladezustandes des Hydrospeichers 20 bei geschlossenem 2/2-Wegeventil 122.
Auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 kann Kraftstoff für den Verbrennungsmotor 4 eingespart werden, da die im Hydrospeicher 20 gespeicherte Energie zum Antrieb des Lüfters 10, 206 genutzt werden kann, und diese Energie nicht vom Verbrennungsmotor 4 aufgebracht werden muss.
Das dritte Ausführungsbeispiel bietet weiterhin die Möglichkeit der Integration ohne große Sicherheitsvorkehrungen in einen bestehenden hydraulischen Lüfterantrieb, der zur Kühlung eines Dieselmotors eines Busses dient. Das kann nur erreicht werden, da die im Hydrospeicher 20 gespeicherte Energie zum Betrieb des Lüfters 10, 206 dient und nicht in den Antriebsstrang zurückgespeist wird.
Das Laden des Hydrospeichers 20 bzw. Bremsen des Fahrzeugs bzw. Busses, in dem der Verbrennungsmotor 4 bzw. Dieselmotor mit dem erfindungsgemäßen Lüfterantrieb angeordnet ist, -erfolgt, in dem das Volumen der Axialkolbenpumpe 101 Vg pump in Abhängigkeit ihres Pumpendrucks p vom Drucksensor 140 auf das gewünschte Moment eingestellt wird.
y _ M pump _desιred ' ^π
Über die Drehzahl nengjne des Verbrennungsmotors 4 und die Übersetzung vom Verbrennungsmotor 4 zur Axialkolbenpumpe 101 kann der Schwenkwinkel apmψ aus v s .mW berechnet werden.
Gleichzeitig wird VgJan des ebenfalls variable Lüftermotors 106, 206 so verstellt, dass sich über den Moment-Drehzahl-Zusammenhang des Lüfterrades 10 die geforderte Drehzahl rifan desired einstellt. V S. - Ia"
P
Mit nlan rfβW kann dann der Schwenkwinkel a/an des Lüftermotors 106, 206 berechnet werden.
Die Axialkolbenpumpe 101 und der Lüftermotor 106, 206 sind also jeweils momentgeregelt.
Der Lüftermotor 106, 206 kann auch drehzahlgeregelt sein, dazu ist der Drehzahlsensor 38 gemäß Figur 1 nötig.
Die Anforderungen eines verzögernden Moments kann durch eine übergeordnete Steuerung erfolgen, die die Entlastung des Fahrpedals, das Bremspedal und eine Betriebspunktverschiebung des Verbrennungsmotors 4 berücksichtigt. Hierzu liefert die Lüftersteuerung eine Information zu den möglichen darstellbaren Momenten
Da die darstellbaren Bremsmomente über die Axialkolbenpumpe 101 in der Größenordnung der Schleppleistung von Dieselmotoren im Schubbetrieb bewegen, kann die Aktivierung des Bremsbetriebs aber auch vereinfacht dann geschehen, wenn das Fahrpedal in Leerlaufstellung (entlastet) ist, und das Fahrzeug verzögert (Istgeschwindigkeit > 0). Damit wird das Stützmoment des Verbrennungsmotors 4 erhöht. Dies hat den Vorteil einer sehr einfachen Integration.
Die Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 1 und 2 weisen ein Lüfterabsperrventil 32 und eine Axialkolbenmaschine 1 auf, deren Schwenkwinkel über die 0°-Lage veränderbar ist Die Axialkolbenmaschine gemäß Figur 1 ist als Motor nutzbar, um dadurch den Verbrennungsmotor 4 anzulassen oder sein Maximalleistung zu steigern.
Weiterhin können das Lüfterabsperrventil 32 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels, das Umkehrventil 132 des zweiten Ausführungsbeispiels und das Speicherabsperrventil 122 des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels stetig verstellbar ausge- führt sein. Dadurch wird der Lüfterantrieb von Druckspitzen und Momentstößen verschont.
Der konstante Lüftermotor 6 der ersten Ausführungsbeispiels kann auch als verstellbarer Lüftermotor 106 gemäß Figur 2 oder als verstellbarer durchschwenkbarer Lüftermotor 206 gemäß Figur 3 ausgebildet sein. Die letztgenannte Variante des Lüftermotors 206 ist nur notwendig, wenn das Lüfterrad 10 zum Ausblasen von Schmutz in beide Richtungen drehbar sein muss.
Mit Bezug zu den Figuren 1 und 2 kann die Drehzahl des Lüfters 6, 106, 10 auch durch das Ventil 32 gesteuert werden, wenn das Druckniveau in der Leitung 14a höher ist, als es der Lüfter 6, 106, 10 erfordert. Das Ventil 32 ist dabei entweder ein Stromregelventil oder ein Druckreduzierventil. Ein Stromregeventil steuert direkt den Durch- fluss für den Lüftermotor 6, 106. Ein Druckreduzierventil steuert das Druckniveau und damit die Drehzahl des Lüftermotors 6, 106, weil eine feste Beziehung zwischen der Lüfterdrehzahl und dem Arbeitsdruck des Lüftermotors 6, 106 besteht. Eine bestimmte Lüfterdrehzahl erfordert ein bestimmtes Drehmoment (d.h. Druck für den Lüftermotor 6, 106). Diese Beziehung kann als Lüfterken nlinie in einem Koordinatensystem dargestellt werden, an dessen einen Achse die Lüfterdrehzahl und an dessen anderer Achse das Lüfterdrehmoment aufgetragen sind.
Die Einstellung des Ventils 32 wird durch das Steuergerät 36 festgelegt.
Offenbart ist ein hydrostatischer Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen mit einer Primäreinheit, die von der Brennkraftmaschine antreibbar ist, und mit einem Lüftermotor, mit dem ein Lüfterrad antreibbar ist. Dabei ist an einer Hochdruckleitung, welche die Primäreinheit mit dem Lüftermotor verbindet, ein Hydrospeicher angeordnet. Somit ist ein Hybrid-Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen geschaffen, der Lüfterbetrieb zu- lässt, auch wenn die Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist. Weiterhin steht übergangsweise eine erhöhte maximal abrufbare Leistung der Brennkraftmaschine trotz Lüfterbetrieb zur Verfügung, da der Lüftermotor in diesen Fällen (übergangsweise) von dem Hydrospeicher mit Druckmittel versorgt werden kann. Bezugszeichenliste
Axialkolbenmaschine a Niederdruckanschluss b Hochdruckanschluss
Welle
Verbrennungsmotor
Lüftermotor a Hochdruckanschluss b Niederdruckanschluss
Abtriebswelle 0 Lüfterrad 2 Saugleitung 4a , 14b Hochdruckleitung 6a , 16b Tankleitung 8a , 18b, 19 Verbindungsleitung 0 Hydrospeicher 2 3/3-Wegeventil 2a , 22b Elektromagnet 4 Verbindungsleitung 6 Kühler 8 Bypassleitung 0 Rückschlagventil 2 Lüfterabsperrventil 2a Elektromagnet 4 Motorsteuergerät 6 Steuergerät 8 Drehzahlsensor 0 Drucksensor 2 Sensor 4 Schwenkwinkeleinstellvorrichtung01 Axialkolbenpumpe 06 Lüftermotor 115 Arbeitsleitung
117 Arbeitsleitung
122 2/2-Wegeventil
122a Elektromagnet
132 Umkehrventil
132a Elektromagnet
134 Druckbegrenzungsventil
136 Steuergerät
140 Drucksensor
206 Lüftermotor
206a Hochdruckanschluss
206b Niederdruckanschluss
236 Steuergerät
238 Rückschlagventil
241 Drucksensor
T Tank

Claims

Patentansprüche
1. Hydrostatischer Lüfterantrieb für Brennkraftmaschinen (4) mit einer Primäreinheit (1 ; 101), die von der Brennkraftmaschine (4) antreibbar ist, und mit einem Lüftermotor (6; 106; 206), mit dem ein Lüfterrad (10) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer die Primäreinheit (1 ; 101) mit dem Lüftermotor (6; 106; 206) verbindenden Hochdruckleitung (14a, 14b) ein Hydrospeicher (20) angeschlossen ist.
2. Lüfterantrieb nach Patentanspruch 1 , wobei ein Speicherabsperrventil (22; 122) in einer Verbindungsleitung (18a, 18b, 19) angeordnet ist, die die Hochdruckleitung (14a, 14b) und den Hydrospeicher (20) verbindet.
3. Lüfterantrieb nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Primäreinheit (1 ; 101) eine verstellbare Axialkobenmaschine (1) oder eine verstellbare Axialkolbenpumpe (101) ist.
4. Lüfterantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (4) mit zumindest einem Rad eines Landfahrzeugs oder mit zumindest einem Propeller eines Wasserfahrzeugs in Wirkverbindung steht.
5. Lüfterantrieb nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei die Axialkolbenmaschine (1) über Null verstellbar und als Pumpe und als Motor nutzbar ist, und wobei ein Lüfterabsperrventil (32) in einem Abschnitt der Hochdruckleitung (14b) angeordnet ist, der den Hydrospeicher (20) oder die Verbindungsleitung (18a, 18b, 19) mit dem Lüftermotor (6) verbindet.
6. Lüfterantrieb nach Patentanspruch 5, wobei das Lüfterabsperrventil (32) von einem verstellbaren 2/2-Wegeventil (32) gebildet ist, dessen Ventilkörper in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung (0) einen Hochdruck- anschluss (1b) der Axialkolbenmaschine (1) über die Hochdruckleitung (14a, 14b) mit einem Hochdruckanschluss (6a; 106a, 106b) des Lüftermotors (6; 106) verbindet, und der in seiner Schaltstellung (a) diese Verbindung absperrt.
7. Lüfterantrieb nach Patentanspruch 6, wobei der Lüftermotor (6) ein konstanter Axialkobenmotor (6) ist, der den mit der Hochdruckleitung (14a, 14b) verbundenen Hochdruckanschluss (6a) und einen über eine Tankleitung (16a, 16b) mit einem Tank (T) verbundenen Niederdruckanschluss (6b) hat.
8. Lüfterantrieb nach einem der Patentansprüche 2 bis 7, wobei das Speicherabsperrventil (22) von einem verstellbaren 3/3-Wegeventil (22) gebildet ist, dessen Ventilkörper in ersten Stellungen (a) die Hochdruckleitung (14a, 14b) mit dem Hydrospeicher (20) über die Verbindungsleitung (18a, 18b, 19) verbindet, während es eine Verbindungsleitung (24) zur Tankleitung (16a, 16b) verschließt, und der in zweiten Stellungen (b) die Hochdruckleitung (14a, 14b) mit der Tankleitung (16a, 16b) verbindet, während es den Hydrospeicher (20) absperrt, und der in einer durch Federn zentrierten Grundstellung (0) den Hydrospeicher (20) und die Verbindungsleitung (24) zur Tankleitung (16a, 16b) und die Verbindungsleitung (18a, 18b, 19) zur Hochdruckleitung (14a, 14b) absperrt.
9. Lüfterantrieb nach einem der Patentansprüche 2 bis 7, wobei das Speicherabsperrventil (122) von einem 2/2-Wegeventil (122) gebildet ist, dessen Ventilkörper in seiner Schaltstellung (a) die Hochdruckleitung (14a, 14b) mit dem Hydrospeicher (20) über die Verbindungsleitung (18a, 18b, 19) verbindet, und der in seiner durch eine Feder vorgespannten Grundstellung (0) diese Verbindung absperrt.
10. Lüfterantrieb nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei der Lüftermotor (106) ein verstellbarer Axialkobenmotor (106) ist, dessen Drehzahl durch Verstellen eines Schwenkwinkels einstellbar ist, wobei ein erster Anschluss des Lüftermotors (106) über eine erste Arbeitsleitung (115) und ein zweiter Anschluss des Lüftermotors (106) über eine zweite Arbeitsleitung (117) mit einem Umkehrventil (132) verbunden sind, das über die Hockdruckleitung (14a, 14b) mit der Primäreinheit (1) und über eine Tankleitung (16a, 16b) mit einem Tank (T) verbunden ist.
11. Lüfterantrieb nach Patentanspruch 10, wobei das Umkehrventil (132) von einem 2/2-Wegeventil (132) gebildet ist, dessen Ventilkörper in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung (0) die Hochdruckleitung (14b) mit der ersten Arbeitsleitung (115) und die zweite Arbeitsleitung (117) mit der Tankleitung (16a, 16b) verbindet, und der in seiner Schaltstellung (a) die Hochdruckleitung (14b) mit der zweiten Arbeitsleitung (117) und die erste Arbeitsleitung (115) mit der Tankleitung (16a, 16b) verbindet.
12. Lüfterantrieb nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei der Lüftermotor (206) ein verstellbarer Axialkobenmotor (206) ist, dessen Drehzahl und Drehrichtung durch Verstellen eines Schwenkwinkels einstellbar sind, wobei ein Hochdruckanschluss (206a) des Lüftermotors (206) mit der Hochdruckleitung (14b) verbunden ist, und wobei ein Niederdruckanschluss (206b) des Lüftermotors (206) über eine Tankleitung (16a, 16b) mit einem Tank (T) verbunden ist.
13. Lüfterantrieb nach einem der Patentansprüche 2 bis 12, wobei an einem Abschnitt der Verbindungsleitung (19) benachbart zum Hydrospeicher (20) ein Druckbegrenzungsventil (134) angeordnet ist, das zum Tank (T) entlastet.
14. Lüfterantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche mit einem elektronischen Steuergerät (36; 136; 236), über das der Schwenkwinkel der Primäreinheit (1 ; 101) und / oder die Stellungen der jeweiligen Ventilkörper des Lüfterabsperrventils (32), des Speicherabsperrventils (22; 122) und des Umkehrventils (132) einstellbar sind.
15. Lüfterantrieb zumindest nach den Patentansprüchen 10 oder 12 und 14, wobei über das Steuergerät (136; 236) der Schwenkwinkel des Lüftermotors (106; 206) einstellbar ist.
16. Lüfterantrieb nach einem der Patentansprüche 14 bis 15, wobei das Steuergerät (36) mit einem Motorsteuergerät (34) der Brennkraftmaschine (4) verbunden ist.
17. Lüfterantrieb nach einem der Patentansprüche 14 bis 16, wobei an dem zwischen dem Speicherabsperrventil (22; 122) und dem Hydrospeicher (20) angeordneten Abschnitt der Verbindungsleitung (19) oder an einem zwischen dem Speicherabsperrventil (22; 122) und der Hochdruckleitung (14a, 14b) angeordneten Abschnitt der Verbindungsleitung (18a, 18b) ein Drucksensor (40; 140; 241) angeordnet ist, der in Verbindung mit dem Steuergerät (36; 136; 236) steht.
18. Lüfterantrieb nach einem der Patentansprüche 14 bis 17, wobei an dem Lüfterrad (10) oder an dem Lüftermotor (6) ein Drehzahlsensor (38) angeordnet ist, der in Verbindung mit dem Steuergerät (36) steht.
19. Lüfterantrieb nach den Patentansprüchen 6, 8, 9 und 11 , wobei das von einem 2/2-Wegeventil gebildete Lüfterabsperrventil und / oder das von einem 2/2- Wegeventil gebildete Umkehrventil und / oder das von einem 2/2-Wegeventil oder von einem 3/3-Wegeventil gebildete Speicherabsperrventil stetig verstellbare Proportionalventile sind.
20. Lüfterantrieb nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, wobei in der Tankleitung (16a, 16b) ein Kühler (26) angeordnet ist, wobei in einer parallel zum Kühler (26) angeordneten Bypassleitung (28) ein federvorgespanntes Rückschlagventil (30) vorgesehen ist.
21. Lüfterantrieb nach einem der Patentansprüche 3 bis 20, wobei in der Hochdruckleitung (14a) benachbart zur Axialkolbenpumpe (101) ein Rückschlagventil (238) vorgesehen ist, das von der Axialkolbenpumpe (101) zum Hydrospeicher (20) und zum Lüftermotor (206) öffnet.
22. Verfahren zur Steuerung des Lüfterantriebs bei einer Bremsung eines Landfahrzeugs gemäß den Ansprüchen 3, 4 und 12, wobei ein Schwenkwinkel der Axialkolbenpumpe (101) über ein Sollbremsmoment und ein Schwenkwinkel des Lüftermotors (206) über eine Solldrehzahl und über eine Lüfter-Druck- Drehzahlkennlinie eingestellt werden.
23. Verfahren zur Steuerung des Lüfterantriebs bei einer Beschleunigung eines Landfahrzeugs gemäß den Ansprüchen 3, 4 und 12, wobei ein Schwenkwinkel des Lüftermotors (206) über eine Lüfter-Druck-Drehzahlkennlinie eingestellt und gleichzeitig ein Schwenkwinkel der Axialkolbenpumpe (101) auf Null gestellt werden, wenn der Druck im Hydrospeicher (20) ausreichend für eine Solldrehzahl des Lüftermotors (206) ist.
24. Verfahren zur Steuerung des Lüfterantriebs gemäß den Ansprüchen 3 und 12, wobei ein Schwenkwinkel der Axialkolbenpumpe (101) und ein Schwenkwinkel des Lüftermotors (206) abhängig von einer Solldrehzahl des Lüftermotors (206) und einem damit definierten Drehmoment des Lüftermotors (206) eingestellt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Schwenkwinkel der Axialkolbenpumpe (101) und der Schwenkwinkel des Lüftermotors (206) über ein von den Drehzahlen des Lüftermotors (206) und der Axialkolbenpumpe (101) abhängiges Kennfeld eingestellt werden.
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