-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Steuerungsverfahren
für eine
extern steuerbare Lüfterkupplung
für ein
System, in dem die Lüfterdrehung
zur Kühlung
eines Motors in einem Fahrzeug, etc., in Übereinstimmung mit der Temperaturänderung
der externen Peripherie und Änderungen
in den Fahrbedingungen gesteuert wird.
-
Bei
einer Lüfterkupplungsvorrichtung
dieser Art, ist das Interieur eines abgedichteten Gehäuses, das
sich aus einem Behälter
und einem Deckel zusammensetzt, in einen Ölvorratsbehälter und einen Drehmomentübertragungsraum
zur internen Anbringung einer Antriebsscheibe durch eine Partitionsplatte,
die eine Ölversorgungsbohrung
aufweist, unterteilt. Ein Sperrelement ist in einem Bereich der
inneren Umfangswand des abgedichteten Gehäuses gegenüber der äußeren Umfangsfläche der
Antriebsscheibe angebracht, um das Öl während der Zeit, in der sich
der Lüfter
dreht, umzuleiten und aufzustauen. Ein Ölzirkulationsdurchgang ist
zwischen Ölvorratsbehältern neben
dem Drehmomentübertragungsraum
ausgebildet und mit dem Sperrelement verbunden. Die Lüfterkupplungsvorrichtung
umfasst ein Ventilelement zum Öffnen
der in der Partitionsplatte liegenden Ölversorgungsbohrung, für den Fall,
dass die Temperatur der externen Peripherie einen bestimmten Schwellwert überschreitet.
Ist die Temperatur gleich oder kleiner als ein bestimmter Schwellwert,
schließt
das Ventilelement die Ölversorgungsbohrung
der obigen Partitionsplatte. In einem System zur Steuerung der Drehmomentübertragung
von der Antriebsseite zur angetriebenen abgedichteten Gehäuseseite
durch Vergrößerung und
Verkleinerung einer effektiven Kontaktfläche des Öls innerhalb eines drehmomentübertragenden
Zwischenraums, der zwischen sich gegenüberliegenden Wandflächen im Umfangsbereich
der Antriebsscheibe und des abgedichteten Gehäuses ausgebildet ist, sind
zwei Elektromagneten auf der Vorder- oder Hinterseite des abgedichteten
Gehäuses
angebracht. Ein Ventilelement mit magnetischen Eigenschaften ist
zum Zwecke des Öffnens
und Schließens
der Ölversorgungsbohrung
gegenüber
einem der Elektromagneten angebracht. Des Weiteren ist ein Ventilhilfselement
mit magnetischen Eigenschaften zum Zwecke des Öffnens und Schließens des Ölzirkulationsdurchgangs gegenüber dem
anderen Elektromagneten angebracht (siehe japanische Patentschrift
Nr. 2911623).
-
Jedoch
ist die obige konventionelle und extern steuerbare Lüfterkupplungsvorrichtung
derart aufgebaut, dass der Elektromagnet und ein Anker zur Ansteuerung
des Ventilelementes durch einen Behälter aus unmagnetischem Material
von einander getrennt sind. Folglich kann eine elektromagnetische Kraft
des Elektromagneten auf den Anker nur unzureichend übertragen
werden. Ferner wird zur Anziehung des Ankers eine exzessive elektromagnetische Kraft
benötigt,
wodurch das Gewicht und die Größe des Elektromagneten
entsprechend vergrößert werden.
Hieraus erwächst
das Problem, dass eine derartige Lüfterkupplungsvorrichtung weder
kompakt noch in Leichtbauweise gefertigt werden kann, und der Stromverbrauch
entsprechend hoch ist. Überdies liegt
ein Nachteil darin, dass sich die Funktion des Ankers, d.h. Funktionsfähigkeit
des Öffnens
und Schließens
des Ventilelements für
den Fall, dass sich der Anker in der Position getrennt von der rotierenden
Welle befindet, durch die Aufnahme des Leitungswiderstandes des Öls verschlechtert,
da der Anker während
der Drehbewegung des Lüfters
stets von Öl
umgeben ist.
-
Deshalb
haben die Erfinder vorher eine extern steuerbare Lüfterkupplungsvorrichtung
vorgeschlagen (JP-A-2003-239741). In dieser extern steuerbaren Lüfterkupplungsvorrichtung
ist ein kreisringförmiges
elektromagnetisches Material zwischen dem obigen Elektromagneten
und dem Ventilelement angeordnet. Die extern steuerbare Lüfterkupplungsvorrichtung
ist derart aufgebaut, dass das elektromagnetische Material an das
abgedichtete Gehäuse montiert
ist, wodurch der magnetische Fluss des Elektromagneten durch das
elektromagnetische Material auf das Ventilelement übertragen
wird. Auf diese Weise ist die Lüfterkupplungsvorrichtung
kompakt und in Leichtbauweise ausgeführt, so dass der Stromverbrauch
reduziert und die Steuerbarkeit der Lüfterdrehbewegung verbessert
wird.
-
Demgegenüber ist
eine viskose Anschlussflüssigkeit
zur Übertragung
des Antriebsdrehmomentes seitens des Motors eines Fahrzeugs auf
einen den Kühler
kühlenden
Lüfter
und dessen Steuerungsverfahren in JP-A-9-119455 offenbart. Bei dem zur
Anpassung der Ölversorgung
zugrundeliegenden System wird die Menge der Anschlussflüssigkeit durch
das Öffnen
und Schließen
eines Ventils durch die Deformation eines temperaturempfindlichen Bi-Metalls,
das temperaturabhängig
auf den am Kühler
vorbeiströmenden
Wind reagiert, geregelt und dadurch die Lüfterdrehung geändert. Dieses
System wird detailliert erklärt.
Diesem System liegt die Aufgabe zugrunde, Lüftergeräusche und Schlupfwärme während des
Motorenleerlaufs zu vermeiden. In diesem System wird die Motordrehzahl
erfasst und ihr gemessener Wert mit einem im Voraus definierten Schwellwert
verglichen. Ist die Motordrehzahl kleiner als der definierte Schwellwert,
so wird die Lüfterdrehgeschwindigkeit
ermittelt und ihrerseits mit einem im Voraus definierten Schwellwert
verglichen. Bei einer gegenüber
dem Schwellwert größeren Lüfterdrehgeschwindigkeit
hingegen wird eine Korrektur des Eingangssignals eingeleitet, wobei
das Ventilelement in die Schließposition
bewegt wird.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Eine
Temperatur einer Motorenkühlflüssigkeit,
die das Kühlverhalten
des Motors beeinflusst, kann aber in dem letzteren Steuerungsverfahren (JP-A-9-119455)
der viskosen Anschlussflüssigkeit des
Systems zur Änderung
der Ölversorgungsmenge nicht
als direkte Regelgröße und zur Änderung
der Lüfterdrehung
herangezogen werden, in dem das Öffnen
und Schließen
des Ventils auf der Deformation eines temperaturempfindlichen Bi-Metalls basiert das
temperaturabhängig
auf den am Kühler
vorbeiströmenden
Wind reagiert. Nachteilig an dem Steuerungsverfahren ist, dass die
unnötige
Lüfterdrehung einen
Motorleistungsverlust mit sich bringt, die Kraftstoffkosten zunehmen,
keine bevorzugte Lüfterdrehgeschwindigkeit
zur Kühlung
des Kondensators einer Klimaanlage aufrechterhalten werden kann,
und die mit der übermäßigen Lüfterdrehung
während
einer Beschleunigungszeit einhergehenden Lüftergeräusche etc. nicht vermieden
werden können.
-
Darüber hinaus
wird im konventionellen Steuerungsverfahren der extern steuerbaren
Lüfterkupplung,
sofern die Kupplung eingeschaltet ist und die Drehung der Kupplung
nach Festlegung einer Steuerfläche
für die
Lüfterdrehgeschwindigkeit
von einer Aus-Fläche
zu einer Ein-Fläche
eingeleitet wurde, keine ausreichende Steuerungs unterstützung gewährt, wodurch
eine übermäßige Lüfterdrehung
generiert wird. Da ferner nur die Lüfterdrehgeschwindigkeit zur
Beurteilung der Steuerung herangezogen wird, ist das Steuerungsverfahren
insofern von Nachteil, als dass die damit verbundene übermäßige Drehung
des Lüfters
zum Zeitpunkt einer plötzlichen Drehzahländerung
des Motors auftritt und das Lüfterdrehverhalten
etc. dadurch instabil wird.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile
des Steuerungsverfahrens der viskosen Anschlussflüssigkeit
des Systems zur Änderung
der Ölversorgungsmenge
durch Öffnen und
Schließen
des Ventils durch die Verformung eines Bi-Metalls, das auf den am
Kühler
vorbeiströmenden
Wind reagiert, wodurch die Lüfterdrehung geändert wird,
und die Nachteile des konventionellen Steuerungsverfahrens der extern
steuerbaren Lüfterkupplung
zu beheben. Die vorliegende Erfindung schafft ein Steuerungsverfahren
für eine
extern steuerbare Lüfterkupplung
zur Verbesserung des Motorverhaltens, der Kraftstoffkosten, des
Kühlverhaltens des
Kondensators einer Klimaanlage, zur Verminderung von übermäßiger Lüfterdrehung
und den damit einhergehenden Lüftergeräuschen,
zur Reduktion der Ansprechverzögerung
bezüglich
der Steuerungsanweisungen an den Lüfter und zur Reduktion der übermäßigen Lüfterdrehung
zum Zeitpunkt einer sich ändernden
Motordrehzahl und während
der Motorstartzeit und zur Stabilisierung des Drehverhaltens des
Lüfters.
-
Eine
erste bevorzugte Ausführungsform
des Steuerungsverfahrens der vorliegenden Erfindung betrifft die
Steuerung einer externen steuerbaren Lüfterkupplung, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass das Interieur eines abgedichteten Gehäuses aus einem Behälter aus
unmagnetischem Material aufgebaut ist, der mittels eines Kugellagers
auf einer rotierenden Schaft gelagert ist, wobei am Ende der Antriebswelle
eine Antriebsscheibe angebracht ist, und ein Deckel an den Behälter anschließt, der
in einen Ölvorratsbehälter und
einen Drehmomentübertragungsraum
unterteilt ist, um die Antriebsscheibe intern neben einer Partitionsplatte
anzubringen, ein Sperrelement an der inneren Umfangswand des Deckels
gegenüber
der äußeren Umfangsfläche der
Antriebsscheibe angebracht ist, um das Öl während der Zeit, in der sich
der Lüfter
dreht, umzuleiten und aufzustauen, und ein Ventilelement mit magnetischen Eigenschaften
zum Öffnen
und Schließen
eines Ölzirkulationsdurchgangs,
der zwischen dem Drehmomentübertragungsraum
und dem Ölvorratsbehälter angebracht
und mit dem Sperrelement verbunden ist, wobei sich das Ventilelement
im Inneren des Ölvorratsbehälters befindet,
ein Elektromagnet durch ein Kugellager auf der Antriebswelle gelagert
ist, wobei das Kugellager auf der Seite des Ölvorratsbehälters des abgedichteten Gehäuses angeordnet
ist, und ein Mechanismus zur Steuerung des Öffnens und Schließens des
zirkulierenden Öldurchgangs
konstruiert ist, der durch die Betätigung des Elektromagneten
in Gang gesetzt wird, und das Steuerungssystem für die extern steuerbare Lüfterkupplung
derart aufgebaut ist, dass die Drehmomentübertragung von der Antriebsseite
zur angetriebenen Seite durch die Vergrößerung und Verkleinerung einer
effektiven Kontaktfläche
des Öls
innerhalb eines drehmomentübertragenden
Zwischenraums, zwischen der antreibenden und der angetriebenen Seite,
erfolgt, wobei das Öffnen
und Schließen
des Ventilelementes auf der Basis von mindestens einem Signal der
Kühlflüssigkeitstemperatur
innerhalb eines Kühlers,
einer Lüfterdrehgeschwindigkeit,
der Temperatur des Getriebeöls,
einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Motordrehzahl, einem Druck
innerhalb des Kompressors einer Klimaanlage und dem Ein- und Ausschaltsignal der
Klimaanlage gesteuert wird.
-
Die
zweite bevorzugte Ausführungsform
des Steuerungsverfahrens der vorliegenden Erfindung betrifft ein
zum obigen ähnliches,
jedoch anderes Steuerungsverfahren der extern steuerbaren Lüfterkupplung,
wobei ein Mechanismus zur Steuerung des Öffnens und Schließens des Ölzirkulationsdurchgangs
konstruiert ist, der durch die Betätigung des Elektromagneten
in Gang gesetzt wird, und das Steuerungssystem für die Lüfterkupplung derart aufgebaut
ist, dass die Drehmomentübertragung
von der Antriebsseite zur angetriebenen Seite durch die Vergrößerung und
Verkleinerung einer effektiven Kontaktfläche des Öls innerhalb eines drehmomentübertragenden
Zwischenraums, der durch die getriebene und die angetriebene Seite
gebildet wird, erfolgt. Ein kreisringförmiges magnetisches Material
ist zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilelement angeordnet,
wobei das magnetische Material an das abgedichtete Gehäuse montiert
ist, so dass der magnetische Fluss des Elektromagneten durch das
magnetische Material auf das Ventilelement übertragen wird. Dieses Steuerungsverfahren
der extern steuerbaren Lüfterkupplung
ist dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Grenze für die Lüfterdrehgeschwindigkeit
durch eine optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
festgelegt wird, die seitens des Motors gefordert wird. Das Steuerungssignal
für die
Lüfterdrehgeschwindigkeit
wird zeitweilig auf der Basis von Differenzgeschwindigkeiten zwischen
der Motordrehzahl, der Lüfterdrehgeschwindigkeit
und der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit
ausgeblendet. Alternativ wird das Steuerungssignal für die Lüfterdrehgeschwindigkeit
zeitweilig auf der Basis von einer Beschleunigung der Motordrehzahl
oder einer Beschleunigung der Drosselklappe ausgeblendet. Andernfalls
wird die Änderungsrate
der optimalen Lüfterdreh geschwindigkeit
durch die Festlegung einer Grenze auf der Basis der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit
beschränkt.
-
Die
obige extern steuerbare Lüfterkupplungsvorrichtung
kann derart aufgebaut sein, dass ein kreisringförmiges magnetisches Material
zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilelement angeordnet sein
kann, wobei das magnetische Material an das abgedichtete Gehäuse montiert
ist, um den magnetischen Fluss des Elektromagneten durch das magnetische
Material auf das Ventilelement zu übertragen.
-
In Übereinstimmung
mit dem Steuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung, kann die
Lüfterdrehung
derart gesteuert werden, so dass man immer innerhalb eines bevorzugten
Temperaturbereiches hinsichtlich des Motorenverbrennungswirkungsgrades
durch die Regelung der Kühlflüssigkeitstemperatur
im Kühler
als direkten Regelparameter liegt. Des Weiteren kann die bezüglich der
Kühlungseffizienz
des Kondensators einer Klimaanlage bevorzugte Lüfterdrehung aufrechterhalten
und das Kühlverhalten
der Klimaanlage durch ständige
Ermittlung des Ein/Aus-Zustandes und des Drucks im Klimakompressor
verbessert werden. Ferner wird die mit dem Motorstart und der Beschleunigung
aus dem Leerlauf heraus einhergehende übermäßige Lüfterdrehung unterbunden, und
Lüftergeräusche werden durch
Ermittlung der Motordrehzahl und der Drosselklappenbeschleunigung
reduziert. Außerdem
wird die obere Grenze der Lüfterdrehgeschwindigkeit
auf die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
gesetzt, die seitens des Motors gefordert wird. Das Signal für die Lüftersteuerung
wird zeitweilig auf der Grundlage von Differenzgeschwindigkeiten
zwischen der Motordrehzahl, der Lüfterdrehgeschwindigkeit und
der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit
ausgeblendet. Das Signal für
die Lüftersteuerung
wird zeitweilig auf der Grundlage von der Beschleunigung der Motordrehzahl
oder der Beschleunigung der Drosselklappe ausgeblendet. Die Änderungsrate
der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit
wird durch die Festlegung einer Grenze auf der Basis der optimalen
Lüfterdrehgeschwindigkeit
begrenzt. Im folgenden können
viele großartige
Effekte durch die Benutzung derartiger Mittel erzielt werden. Die
Ansprechverzögerung
bezüglich
der Steuerungsanweisungen an den Lüfter wird abgemindert und die
damit verbundene übermäßige Drehung
zum Zeitpunkt des sich ändernden
Motorenzustandes (Motordrehzahl), während des Motorstarts, etc.
reduziert, wodurch das Drehverhalten des Lüfters stabilisiert wird. Darüber hinaus
werden Motorleistungsverluste durch den Lüfter (Kraftstoffkosten werden
verbessert) und Lüftergeräusche etc. reduziert.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 eine Ausführungsform
der extern steuerbaren Lüfterkupplungsvorrichtung
in der Querschnittsansicht,
-
2 eine schematische Darstellung
eines Beispiels für
den gesamten Aufbau eines Steuerungssystems zur Ausführung eines
Steuerungsverfahrens für
die obige extern steuerbare Lüfterkupplungsvorrichtung,
-
3 ein Flussdiagramm einer
Ausführungsform
des Steuerungsverfahrens der obigen extern steuerbaren Lüfterkupplungsvorrichtung,
-
4 eine Darstellung eines
Beispiels für die
Lüftersteuerung,
die das in 2 gezeigte
Steuerungssystem nutzt,
-
5 eine Darstellung eines
Beispiels, das das in 2 gezeigte
Steuerungssystem nutzt, und in der die Lüfterdrehung mit einer Ein-Aus-Rate
der Netzspannung als Ventilöffnungs-
und Ventilschließungs-Steuerungssignal
gesteuert wird.
-
6 eine Darstellung eines
Beispiels, das das in 2 gezeigte
Steuerungssystem nutzt, und in der die Lüfterdrehung mit einer Ein-Aus-Frequenz der
Netzspannung als Ventilöffnungs-
und Ventilschließungs-Steuerungssignal
gesteuert wird.
-
7 eine Darstellung eines
Beispiels der Lüfterdrehung
mit einem Betrag der elektrischen Leistung (W) der Stromquelle als
Ventilöffnungs-
und Ventilschließungs-Steuerungssignal
in dem Lüftersteuerungsbeispiel
des in 2 gezeigten Steuerungssystems.
-
8 eine Darstellung eines
Beispiels, in der die Lüfterdrehgeschwindigkeit
durch die Festlegung einer oberen Grenze für die Umdrehungszahl mit Bezug
auf die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) gesteuert wird, die in dem Lüftersteuerungsbeispiel, das
das in 2 gezeigte Steuerungssystem
nutzt, seitens der Motors angefordert wird.
-
9 eine Darstellung eines
konkreten Beispiels für
die Steuerung der Lüfterdrehgeschwindigkeit,
in der eine obere Grenzlinie für
die Drehgeschwindigkeit in ähnlicher
Weise, mit Bezug auf die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit (ETFS),
festgelegt ist.
-
10 eine Darstellung eines
Lüftersteuerungsbeispiels,
in dem das Signal für
die Lüftersteuerung
temporär
ausgeblendet wird, sofern die Differenzgeschwindigkeit zwischen
der Motordrehzahl (ES) und der Lüfterdrehzahl
(FS) kleiner ist als ein bestimmter Wert (konstante Differenzgeschwindigkeit
A) (ES – FS < A).
-
11 eine Darstellung eines
Lüftersteuerungsbeispiels,
in dem das Signal für
die Lüftersteuerung
temporär
ausgeblendet wird, sofern die Differenzgeschwindigkeit zwischen
der Motordrehzahl (ES) und der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit (ETFS)
kleiner ist als ein bestimmter konstanter Wert A (konstante Differenzgeschwindigkeit
A) und die Lüfterdrehgeschwindigkeit
(FS) größer ist
als die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) (ES – ETFS < A und FS > ETFS).
-
12 eine Darstellung eines
Lüftersteuerungsbeispiels,
in dem das Signal für
die Lüftersteuerung
temporär
ausgeblendet wird, sofern die Beschleunigung a der Motordrehzahl
größer wird
als ein bestimmter Wert A (a > A).
-
13 eine Darstellung eines
Lüftersteuerungsbeispiels,
in dem das Signal für
die Lüftersteuerung
temporär
ausgeblendet wird, sofern die Beschleunigung a' der Drosselklappe größer wird
als ein bestimmter Wert A (a' > A).
-
14 eine Darstellung eines
Lüftersteuerungsbeispiels
zur Stabilisierung des Lüfterdrehverhaltens
durch Begrenzung der Änderungsrate
der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit
auf der Basis der Änderungsrate
der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS).
-
Beste Betriebsart
zur Ausführung
der Erfindung
-
1 zeigt eine extern steuerbare
Lüfterkupplungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung, deren abgedichtetes Gehäuse 2 sich
aus einem Behälter 2-1 und
einem Deckel 2-2 zusammensetzt und auf einer rotierenden
Antriebswelle 1 mittels eines Kugellager 13 gelagert
ist. Das Interieur dieses abgedichteten Gehäuses 2 ist durch die
Partitionsplatte 4 in einen Ölvorratsbehälter 5 und einen Drehmomentübertragungsraum 6 unterteilt,
wobei die Partitionsplatte 4 mit einer Ölversorgungsbohrung 8 versehen ist.
Eine fest auf dem Ende der Antriebswelle 1 sitzende Antriebsscheibe 3 ist
derart innerhalb des Drehmomentübertragungsraums 6 untergebracht, dass
ein drehmomentübertragender
Zwischenraum zwischen der Antriebsscheibe 3 und den inneren Wandflächen im
Umfangsbereich des Drehmomentübertragungsraums 6 entsteht.
-
Ein
Sperrelement 15 ist in einem Bereich an der inneren Umfangswand
des Deckels 2-2, gegenüber
einem Bereich der äußeren Umfangsfläche der Antriebsscheibe 3,
angebracht, um das Öl
während der
Zeit, in der sich der Lüfter
dreht, umzuleiten und aufzustauen.
-
Für die Ölversorgung
ist ein Ventilelement 9, bestehend aus einer Blattfeder 9-1 und
einem Anker 9-2, im Behälter 2-1 zum Öffnen und
Schließen
eines Ölzirkulationsdurchgangs 7,
der im Behälter 2-1 zum Sammeln
des Öls
angeordnet ist, angebracht. Die Blattfeder 9-1 liegt am
Behälter 2-1 an
und ist derart ausgebildet, dass sie den Widerstand des Öls im Ölvorratsbehälter 5 zum
Zeitpunkt der Lüfterdrehung nicht
leicht aufnehmen kann, wobei der Anker 9-2 des Ventilelementes
nahe der Antriebswelle 1 angeordnet ist.
-
Ein
Elektromagnet 11 ist in einem Gehäuse 12 untergebracht,
wobei das Gehäuse 12 bezüglich des
abgedichteten Gehäuses 2 antriebseitig
auf einem Kugellager 14 sitzt und hierdurch auf der Antriebswelle 1 gelagert
ist. Des Weiteren ist ein kreisförmiges
magnetisches Element 10 (magnetisches Material) derart
am Behälter 2-1 montiert,
dass es dem Anker 9-2 des obigen Ventilelementes gegenüberliegt.
Ein Teil des Gehäuses 12 des
Elektromagneten ist unregelmäßig in das
magnetische Element 10 eingepasst. Der Betätigungsmechanismus
des Ventilelementes 9 zum Zwecke der Ölversorgung ist derart ausgelegt,
dass das ringförmige
magnetische Element 10 effektiv den magnetischen Fluss
des Elektromagneten 11 auf den Anker 9-2 überträgt.
-
In
der obigen Lüfterkupplungsvorrichtung
ist die Ölversorgungsbohrung 8 bei
abgeschaltetem Elektromagneten 11 (nicht magnetisiert)
geschlossen, wobei der Anker 9-2 vom magnetischen Element 10 durch
die Wirkung der Blattfeder 9-1 getrennt ist. Folglich ist
die Ölversorgung
in den Drehmomentübertragungsraum 6 unterbunden.
Im Gegensatz dazu wird der Anker 9-2 bei eingeschaltetem
Elektromagneten 11 (magnetisiert) gegen die Wirkung der
Blattfeder 9-1 vom kreisförmigen magnetischen Element 10 angezogen.
Somit kommt der Anker 9-2 des Ventilelementes 9 mit
der Behälterseite 2-1 in
Kontakt, wodurch die Ölversorgungsbohrung 8 geöffnet und der
Drehmomentübertragungsraum 6 mit Öl versorgt wird.
-
Das
Steuerungssystem zur Ausführung
des Steuerungsverfahrens für
die obige extern steuerbare Lüfterkupplungsvorrichtung
wird im folgenden auf der Basis von 2 erklärt.
-
Zuerst
wird die Temperatur des Kühlmittels eines
Kühler 21,
die Lüfterdrehgeschwindigkeit 22 eines
Lüfters,
die Temperatur eines Getriebeöls,
eine Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motordrehzahl 28, der Druck
des Kompressors einer Klimaanlage, das Ein – oder Aus – Signal der Klimaanlage, etc.
einem arithmetischen Haupt-Controller 27 zugeführt. Dieser Haupt-Controller
ermittelt hieraus eine optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit (Bereich
der Lüftergeschwindigkeit).
Ein Ventilöffnungs-Schließungssignal,
das zur Änderung
der Lüfterdrehgeschwindigkeit
benötigt wird,
wird an ein Relais innerhalb des arithmetischen Haupt-Controllers 27 oder
an ein vom Haupt-Controller 27 separiertes
Relais – Gehäuse 26 gesendet.
In diesem Relais oder dem Relais – Gehäuse 26, wird die Schaltung
ausgeführt
und der Elektromagnet 11 der Lüfterkupplungsvorrichtung 24 mit
Strom versorgt, wobei das Ventilelement 9 für die Ölversorgung geöffnet und
geschlossen wird. Die durch die Ölversorgung
durch Öffnen
und Schließen
des Ventils hervorgerufene Änderung
der Lüfterdrehgeschwindigkeit
wird gemessen und an den arithmetische Haupt-Controller 27 zurückgeführt. Im
Steuerungssystem wird daraufhin die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit (Bereich
der Lüfterdrehgeschwindigkeit)
erneut auf Grundlage der Basisdaten, wie der Temperatur des Kühlmittels
im Kühler 21,
der Temperatur des Getriebeöls,
der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl 28, etc.
ermittelt. Die Bezugszeichen 23 und 25 in 2 bezeichnen einen Lüfterdrehsensor
und eine Batterie.
-
Das
Steuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung, die das in 2 gezeigte Steuerungssystem
nutzt, wird nachfolgend auf Basis der 3 und 4 erklärt.
-
Die
optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit (TFS)
wird auf der Grundlage von Daten, wie der Temperatur des Kühlmittels
im Kühler,
der Temperatur des Getriebeöls,
der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl, etc. während des
Fahrzeugbetriebs bestimmt. Es wird die Regelabweichung (FS – TFS =
E) zwischen dieser optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit
(TFS) und der aktuellen Lüfterdrehgeschwindigkeit
FS ermittelt. Ein Ventilöffnungs-
und -schließungssignal
wird auf der Grundlage dieser Regelabweichung E berechnet und an
das Relais ausgegeben, wodurch das Ventilelement für die Ölversorgung
der Lüfterkupplungsvorrichtung
geöffnet oder
geschlossen wird. 4 zeigt
ihr Regelungsbeispiel für
die Lüfterdrehgeschwindigkeit.
In diesem Beispiel kann die Lüfterdrehgeschwindigkeit
des kühlenden
Lüfters
durch das Signal zum Öffnen
und Schließen
der Ventils auf die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
(TFS) geregelt werden, wobei das Signal zum Öffnen und Schließen der
Ventils auf Basis der Regelabweichung E mit Bezug auf die aktuelle Lüfterdrehgeschwindigkeit
FS berechnet wird.
-
Zum
Beispiel kann als Signal zum Öffnen und
Schließen
der obigen Ventilöffnung
eine Ein/Aus-Versorgungsspannungsrate α, eine Versorgungsspannungsfrequenz β oder ein
Betrag der elektrischen Leistung (W) einer Stromquelle verwendet werden.
-
5 zeigt ein Beispiel, in
dem die Lüfterdrehung
auf die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit (TFS)
mit (α)
der Ein/Aus-Spannungsrate als Ventilöffnungs-Ventilschließungs-Steuerungssignal geregelt
wird. 6 zeigt ein Beispiel,
in dem die Lüfterdrehung
auf die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit (TFS)
mit (β)
der Ein-Aus-Spannungsfrequenz
als Ventilöffnungs-Ventilschließungs-Steuerungssignal geregelt
wird. 7 zeigt ein Beispiel,
in dem die Lüfterdrehung
auf die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
(TFS) mit (γ)
dem Betrag der elektrischen Leistung (W) einer Stromquelle als Ventilöffnungs-Ventilschließungs-Steuerungssignal
geregelt wird. Wie man den Steuerungsbeispielen entnehmen kann, wird
die Lüfterdrehgeschwindigkeit
in der vorliegenden Erfindung durch die Ermittlung von Daten, wie der
Temperatur des Kühlmittels
im Kühler,
der Temperatur des Getriebeöls,
der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl, etc. geändert. Dementsprechend
kann die Wassertemperatur innerhalb eines bestimmten Bereiches gehalten
werden, und die Ein- und Ausschaltvorgänge der Lüfterkupplungsvorrichtung können in Übereinstimmung
mit der Motordrehzahl ungeachtet der Kühlflüssigkeitstemperatur im Kühler gesteuert
werden, so dass die mit der übermäßigen Lüfterdrehung
einhergehenden Lüftergeräusche unterbunden
werden können.
-
Zusätzlich können zu
den obigen Parametern die Getriebetemperatur, die Ansauglufttemperatur,
ein Kompressordruck einer Klimaanlage, die Drosselklappenstellung,
etc. als Parameter zur Beurteilung der Lüftersteuerung herangezogen
werden.
-
8 zeigt ein Steuerungsbeispiel,
in dem die übermäßige Drehung
des Lüfters
durch Reduktion der Ansprechverzögerung
bezüglich
der Steuerungsanweisungen an die Lüfterdrehgeschwindigkeit vermindert
wird, und stellt ein Verfahren zur Steuerung der Lüfterdrehgeschwindigkeit
dar, bei dem die obere Grenze für
die Drehgeschwindigkeit durch die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit (ETFS),
die seitens des Motors gefordert wird, festgelegt wird. In diesem
Steuerungsverfahren wird eine obere Grenzlinie für die Drehgeschwindigkeit geringfügig unterhalb
einer Einschaltgeschwindigkeit, wie in 8 gezeigt, mit Bezug auf die optimale
Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS), die seitens des Motors im normalen Betrieb gefordert wird,
festgesetzt. Die Drehgeschwindigkeit auf dieser Linie wird als obere
Grenze der Lüfterdrehgeschwindigkeit
geregelt.
-
Befindet
sich die Kupplung im Einschaltzustand, strömt übermäßig viel Öl in das Innere des Drehmomentübertragungsraums
der Kupplung und verbleibt dort. Folglich wird im nächsten Takt,
nach der Ausgabe des Signals zur Reduktion der Lüfterdrehgeschwindigkeit, die
Reaktion bezüglich
dieses Signals durch die Zeit für
das Umleiten und Aufstauen des Öls
im Ölvorratsbehälter verzögert. Ferner wird
das übermäßige Öl innerhalb
des Drehmomentübertragungsraums
zur Einflussgröße für die übermäßige Drehung,
wenn sich die Motordrehzahl innerhalb eines Augenblicks von niedriger
Drehzahl zu hoher Drehzahl, wie z.B. im Falle eines Motorstarts
oder einer Beschleunigung aus dem Leerlauf heraus, ändert. Deshalb
dringt kein übermäßiges Öl in den Drehmomentübertragungsraum
ein, sofern die obere Drehgeschwindigkeitsgrenze der optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) auf ein Niveau geringfügig
unterhalb des Einschaltdrehung herabgesetzt wird. Folglich kann
die Ansprechverzögerung
bezüglich
des Signals für
die Lüfterdrehgeschwindigkeit
im nächsten
Takt so kurz wie möglich
gehalten und die mit der zum Zeitpunkt einer sich ändernden
Motordrehzahl und des Motorstarts einhergehende übermäßige Lüfterdrehung reduziert werden.
-
9 zeigt ein konkretes Beispiel
für die Steuerung
der Lüfterdrehgeschwindigkeit,
in dem die obere Grenzlinie für
die Drehgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der obigen optimale
Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) eingestellt wird. Wenn sich, wie diesem Beispiel gezeigt,
die Motordrehzahl (ES) von 1000 U/min auf 4000 U/min ändert und
die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) konstant 2000 U/min beträgt,
wird die Lüfterdrehgeschwindigkeit (FS)
auf die obere Grenzlinie für
die Lüfterdrehgeschwindigkeit
geregelt, sofern die Motordrehzahl (ES), wie für den Falle (α), konstant
1000 U/min beträgt.
Analog dazu wird die Lüfterdrehgeschwindigkeit
(FS) auf die obere Grenzlinie für
die Lüfterdrehgeschwindigkeit
geregelt, sofern die Motordrehzahl (ES), wie für den Fall (β), von 1000
U/min auf 2000 U/min beschleunigt wird. Im Falle (γ) wird die
Lüfterdrehgeschwindigkeit
(FS) konstant auf 2000 U/min geregelt, wenn die Motordrehzahl (ES)
von 2000 U/min auf 4000 U/min beschleunigt wird.
-
Die
obere Grenzlinie für
die Drehgeschwindigkeit kann mit einer Formel (Näherungsformel) mittels der
Motordrehzahl (n) als Variable, etc. ermittelt werden.
-
Die 10 und 11 zeigen Steuerungsbeispiele, in denen
die übermäßige Drehung
zum Zeitpunkt der Drehzahländerung
des Motors durch zwischenzeitiges Ausblenden des Steuerungssignals
für die
Lüftersteuerung
auf Grundlage der Differenzgeschwindigkeiten zwischen der Motordrehzahl,
der Lüfterdrehgeschwindigkeit
(aktueller Messwert) und der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit reduziert wird.
Im Steuerungsbeispiel der 10 wird
das Steuerungssignal für
die Lüftersteuerung
zwischenzeitig ausgeblendet, sofern die Differenzgeschwindigkeit
zwischen der Motordrehzahl (ES) und der Lüfterdrehgeschwindigkeit (FS)
kleiner als ein bestimmter Wert (konstante Differenzgeschwindigkeit
A) (ES – FS < A) ist. Im Steuerungsbeispiel
der 11 wird das Steuerungssignal
für die
Lüftersteuerung
zwischenzeitig ausgeblendet wird, sofern die Differenzgeschwindigkeit
zwischen der Motordrehzahl (ES) und der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) kleiner als ein bestimmter Wert (konstante Differenzgeschwindigkeit
A) und die Lüfterdrehgeschwindigkeit
(FS) größer ist
als die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS). (ES – ETFS < A und FS > ETFS).
-
Die
Lüfterkupplung,
als Gegenstand des Steuerungssystems der vorliegenden Erfindung,
beinhaltet ein System zum Umleiten des Öls in den Drehmomentübertragungsraum
durch die Differenzgeschwindigkeit zwischen der Antriebsdrehzahl
und der Lüfterdrehzahl.
Folglich nimmt die Umleitgeschwindigkeit des Öls mit kleiner werdender Differenzgeschwindigkeit
ab, was die Ursache für
eine übermäßige Drehung
des Lüfters
zum Zeitpunkt eines sich ändernden
Motorenzustandes (niedrige Motordrehzahl ⇒ hohe Motordrehzahl) ist.
Dementsprechend wird das Steuerungssignal für die Lüfterkupplung bei Differenzgeschwindigkeiten
kleiner einem bestimmten Wert zeitweilig ausgeblendet. Somit wird eine übermäßige Ölversorgung
vermieden und die damit einhergehende übermäßige Drehung des Lüfters reduziert.
-
12 und 13 zeigen Steuerungsbeispiele zur Reduktion
der übermäßigen Lüfterdrehung
zum Zeitpunkt einer sich ändernden
Motordrehzahl, wobei das Steuerungssignal für die Lüfterdrehgeschwindigkeit auf
Grundlage der Beschleunigung der Motordrehzahl oder der Beschleunigung
der Drosselklappe zeitweilig ausgeblendet wird. Im Beispiel der 12 wird das Steuerungssignal
für die
Lüfterdrehgeschwindigkeit
abgeschaltet, wenn die Beschleunigung a der Motordrehzahl einen
bestimmten Wert A übersteigt
(a > A). Im Beispiel
der 13 wird das Steuerungssignal
für die
Lüfterdrehgeschwindigkeit abgeschaltet,
wenn die Beschleunigung a' der
Drosselklappe einen bestimmten Wert A übersteigt (a' > A).
-
Es
wird für
den Moment geprüft,
ob die Motordrehzahl beschleunigt wurde, so dass daraufhin das Steuerungssignal
für die
Lüfterdrehgeschwindigkeit
ausgeblendet wird, um die übermäßige Lüfterdrehung
zu reduzieren.
-
14 zeigt ein Steuerungsbeispiel,
in dem das Drehverhalten des Lüfters
durch Festlegung einer Schwelle bezüglich der Änderungsrate der obigen optimalen
Lüfterdrehgeschwindigkeit
auf Grundlage der Änderungsrate
der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) stabilisiert wird. Wenn z.B., wie in 14 gezeigt, die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) von 1000 U/min (α)
auf 3000 U/min (β) über die
Zeit t angehoben wird, so beträgt
die Änderungsrate
der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit (ETFS)
für den
Zeitraum Δt
2000 U/min/Δt.
Wird für die Änderungsrate
während
des Zeitraums Δt
eine Schwelle (z.B. 500 U/min/Δt)
festgelegt, so ändert sich
die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) von (α)
nach (γ)
entsprechend.
-
Ändert man
die optimale Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) innerhalb kurzer Zeit rasch, wird die Steuerungsausgabe der
Lüfterdrehsteuerung
instabil (der Fehler zwischen der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit und
der aktuellen Lüfterdrehgeschwindigkeit
nimmt zu). Dementsprechend verschlechtert sich das konvergente Verhalten
und das Lüfterdrehverhalten
wird instabil. Folglich kann der Fehler der optimalen Lüfterdrehgeschwindigkeit (ETFS)
reduziert werden, wenn für
die Änderungsrate
der Lüfterdrehgeschwindigkeit
(ETFS) eine Schwelle definiert wird, so dass sich das Lüfterdrehverhalten
stabilisiert.
-
Gewerbliche
Anwendbarkeit
-
Die
vorliegende Erfindung wird für
die Lüfterkupplung
zur Kühlung
des Kühlers
eines Kraftfahrzeugs angewandt, wodurch das Betriebsverhalten eines
Motors verbessert, die Kraftstoffkosten gesenkt, das Kühlverhalten
des Kondensators einer Klimaanlage (A/C) verbessert und die mit
der übermäßigen Drehung
des Lüfters
einhergehenden Geräusche
unterdrückt
werden. Darüber
hinaus kann die Ansprechverzögerung
bezüglich
der Steuerungsanweisungen an den Lüfter verringert und die während der Änderung
der Motordrehzahl und während
des Motorstarts auftretende Drehung des Lüfters reduziert sowie das Drehverhalten
des Lüfters
stabilisiert werden.