DE102010005319A1

DE102010005319A1 - Hydrostatischer Lüfterantrieb

Info

Publication number: DE102010005319A1
Application number: DE102010005319A
Authority: DE
Inventors: Seppo Dr. Tikkanen; Karl-Heinz Vogel; Matthias Müller; Peter Schmuttermair
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2010-07-29
Also published as: US20120060777A1; WO2010083816A1; JP2012515871A; CN102292528A; JP5542844B2; EP2389503A1; CN102292528B

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

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 Ventilkörper 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 Hochdruckanschluss 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 Hydrospeicher 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:
1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Lüfterantriebs;
2 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Lüfterantriebs; und
3 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Lüfterantriebs.
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 1b 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 1b 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 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 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 Hydrospeicher 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 Druck mittel 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.
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 Druckbegrenzungs ventil 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 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.
3 zeigt das Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lüfterantriebs, wobei dieses Ausführungsbeispiel dem der 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. 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 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 V_{g pump} in Abhängigkeit ihres Pumpendrucks p vom Drucksensor 140 auf das gewünschte Moment eingestellt wird.
Über die Drehzahl n_engine des Verbrennungsmotors 4 und die Übersetzung vom Verbrennungsmotor 4 zur Axialkolbenpumpe 101 kann der Schwenkwinkel α_pump aus V_{g_pump} berechnet werden.
Gleichzeitig wird V_{g_fan} des ebenfalls variable Lüftermotors 106, 206 so verstellt, dass sich über den Moment-Drehzahl-Zusammenhang des Lüfterrades 10 die geforderte Drehzahl n_{fan_desired} einstellt.
Mit n_{fan_desired} kann dann der Schwenkwinkel α_fan 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 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 M_{pump_possible}.
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 1 und 2 weisen ein Lüfterabsperrventil 32 und eine Axialkolbenmaschine 1 auf, deren Schwenkwinkel über die 0°-Lage veränderbar ist Die Axialkolbenmaschine gemäß 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 ausgeführt sein. Dadurch wird der Lüfterantrieb von Druckspitzen und Momentstößen verschont.
Der konstante Lüftermotor 6 der ersten Ausführungsbeispiels kann auch als verstellbarer Lüftermotor 106 gemäß 2 oder als verstellbarer durchschwenkbarer Lüftermotor 206 gemäß 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 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 Durchfluss 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 Lüfterkennlinie 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 zulässt, auch wenn die Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist. Weiterhin steht übergangs weise 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.

1: Axialkolbenmaschine
1a: Niederdruckanschluss
1b: Hochdruckanschluss
2: Welle
4: Verbrennungsmotor
6: Lüftermotor
6a: Hochdruckanschluss
6b: Niederdruckanschluss
8: Abtriebswelle
10: Lüfterrad
12: Saugleitung
14a, 14b: Hochdruckleitung
16a, 16b: Tankleitung
18a, 18b, 19: Verbindungsleitung
20: Hydrospeicher
22: 3/3-Wegeventil
22a, 22b: Elektromagnet
24: Verbindungsleitung
26: Kühler
28: Bypassleitung
30: Rückschlagventil
32: Lüfterabsperrventil
32a: Elektromagnet
34: Motorsteuergerät
36: Steuergerät
38: Drehzahlsensor
40: Drucksensor
42: Sensor
44: Schwenkwinkeleinstellvorrichtung
101: Axialkolbenpumpe
106: 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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4321637 [0003]
- US 6311488 [0004]

Claims

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.
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.
Lüfterantrieb nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Primäreinheit (1; 101) eine verstellbare Axialkobenmaschine (1) oder eine verstellbare Axialkolbenpumpe (101) ist.
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.
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.
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 Hochdruckanschluss (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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Lüfterantrieb zumindest nach den Patentansprüchen 10 oder 12 und 14, wobei über das Steuergerät (136; 236) der Schwenkwinkel des Lüftermotors (106; 206) einstellbar ist.
Lüfterantrieb nach einem der Patentansprüche 14 bis 15, wobei das Steuergerät (36) mit einem Motorsteuergerät (34) der Brennkraftmaschine (4) verbunden ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.