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Regelungsanordnung zür temperaturabhängigen
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Füllungsänderung einer hydrodynamischen Kupplung Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Regelungsanordnung zur temperaturabhängigen Füllungsänderung
einer hydrodynamischen Kupplung für den Kühlgebläseantrieb einer Brennkraftmaschine.
Mit zunehmender Füllung nimmt der Schlupf in einer hydrodynamischen Kupplung ab,
so daß bei steigender Temperatur der Brennkraftmaschine die Kühlwirkung aufgrund
steigender Gebläsedrehzahl erhöht werden kann.
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Aus der DE 29 38 706 Al ist es bekannt, die Füllung in einer hydrodynamischen
Kupplung für den Kühlgebläseantrieb einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit einer
Vielzahl von Meßgrößen über ein Ventil im Zulauf zur Kupplung zu regeln, während
der Ablauf aus der Kupplung mit konstantem Querschnitt geöffnet bleibt. Das genannte
Ventil ist dabei als 2/2-Wegeventil ausgebildet und wird in Taktzeiten von wenigen
Sekunden ständig auf- und zugemacht, um auf diese Weise einen mittleren Füllungsstand
in der Kupplung anzustreben. Hierbei sollen sämtliche aufgenommenen Meßgrößen dauernd
gleichzeitig bei der Bildung der Taktzeiten in der Meßwertverarbeitungseinrichtung
berücksichtigt werden.
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Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß bei einer zunehmenden Anzahl
von Parametern, die im Betrieb überwacht werden müssen, die Meßwertverarbeitungseinrichtung
entsprechend umfangreicher und schließlich unangemessen kompliziert wird.
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Darüberhinaus sind die nach diesem Vorschlag vorgesehenen ständigen
Schaltvorgänge ganz offensichtlich für die Regelung und das Ventil in mancherlei
Hinsicht von Nachteil, zum einen, weil keine stabilen Betriebspunkte erreicht werden,
zum anderen, weil die Vielzahl von Schaltvorgängen zum Verschleiß und Ausfall führen
können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
System für die Regelung eines Kühlgebläseantriebs zu schaffen, bei dem im Hinblick
auf eine Schonung der Steuerorgane stabile Betriebspunkte eingehalten werden können
und bei dem weiterhin die Uberwachung mehrerer Temperaturmeßwerte in vereinfachter
Weise in Steuerbefehle für den Kühlgebläseantrieb umgesetzt werden sollen.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das verwendete Steuerventil
als Stellventil zur Freigabe von Teilquerschnitten ausgebildet ist. Hierdurch können
mittlere Füllungszustände der hydrodynamischen Kupplung unter Vermeidung von dauernden
Schaltvorgängen dargestellt werden, so daß sich stationäre Betriebszustände einstellen,
wodurch gegenüber den quasi stationären Bedingungen, wie sie im Stand der Technik
bekannt sind, die Fehlerquellen reduziert werden.
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Weitere Teile der zugrundeliegenden Aufgabe werden dadurch gelöst,
daß für jeden Meßwert eine Sollwertabweichung gegenüber einem zugeordneten Sollwert
gebildet wird, daß die Regeleinheit für eine Maximalwerterkennung unter den Sollwertabweichungen
der Meßwerte ausgebildet ist und daß das größte der Eingangssignale zur Bildung
der Steuergröße für das Stellventil verwendet wird. Eine derartige Anordnung ermöglicht
es, daß auch bei steigender Anzahl der verschiedenen Temperaturwerte, die für einen
ordnungsgemäßen
Betrieb der Brennkraftmaschine überwacht werden
müssen, die gesamte Anordnung einfach und im wesentlichen unabhängig von der im
einzelnen Anwendungsfall konkret vorliegenden Anzahl der Teinperaturgeber im Grundsatz
unverändert bieibt.
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Nach der erfindungsgemäßen Lösung ist die Regelungsanordnung so aufgebaut,
daß nur ein einziger, als signifikant betrachteter Temperaturwert herausgegriffen
wird, und nach diesem das Steuersignal-für das Stellventil gebildet wird. Da die
Temperaturgrößen der einzelnen Meßpunkte bei unterschiedlicher absoluter Höhe als
kritisch zu betrachten sind, ist erfindungsgemäß jeder Meßwertgeber so ausgebildet,
daß er eine auf einen zugeordneten Temperatur-Sollwert bezogene Ausgangsgröße erzeugt,
die dann unmittelbar mit den Ausgangswerten der übrigen Meßwertgeber vergleichbar
ist und daß in einer Maximalwerterkennungseinheit der Regelungsanordnung diese signifikante
Sollwertabweichung herausgegriffen werden kann, nach dem die Steuergröße für das
Stellventil gebildet wird.
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Eine besonders günstige erfindungsgemäße Ausführung besteht in der
Verwendung eines elektromagnetischen Stellventils, dessen Durchtrittsquerschnitt
in-Abhängigkeit von der angelegten Steuerspannung veränderlich ist. Die Ausbildung
der der Maximalwerterkennungseinheit nachgeschalteten Baugruppe vereinfacht sich
dadurch wesentlich. Als Steuerventil kommt ein federbelastetes Magnetventil in Betracht,
dessen Durchfluß-Kennlinie über die Federkennung beeinflußt werden kann.
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Um ein besonders günstiges Regelverhalten zu erzielen, ist bei der
vorstehend genannten Ausgestaltung des Steuerventils die Auslegung der Regeleinheit
gemäß einer PD-Charakteristik zu bevorzugen.
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Eine gleichwertige Lösung für die Ausgestaltung des Steuerventils
ist darin zu sehen, ein Stellventil mit einem Schrittmotor zu versehen..Je nach
Größe der signifikanten Sollwertabweichung der Temperatur wird eine bestimmte Schaltstufe-und
damit eine zugeordnete Ventilstellung angesteuert. Hierbei kann in günstiger Weise
die Kennlinie in Abhängigkeit von der Temperatur durch die Vorgabe verschieden großer
Schaltschritte beeinflußt werden.
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Eine weitere günstige Ausführung für die Ventilverstellung besteht
darin, daß das Steuerventil z.B. von einem Gleichstrommotor mit beiden Drehrichtungen
angetrieben wird und die Ventilstellung von einem zugeordneten Stellungsaufnehmer
an die Regeleinheit zurückgemeldet wird. In der Regeleinheit selber sind temperaturabhängige
Stellungswerte vorgegeben, die auch in diesem Falle zur Beeinflussung der Kennlinie
ausgelegt sein können. Bei Erreichen des vorgegebenen Sollwertes wird der Verstellvorgang
beendet.
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Die Erfindung geht davon aus, daß die Uberwachung eines einzigen Temperaturwertes
an der Brennkraftmaschine nicht ausreichend sein kann. Beispielsweise kann sich
die Temperatur des Schmiermittels je nach Last und Drehzahl unabhängig von der der
Bauteile entwickeln. Bei der Steuerung des Kühlgebläseantriebs unter Berücksichtigung
derart verschiedener Meßpunkte, deren Temperaturwerte auf ganz unterschiedlichem
Niveau liegen, ist zunächst jeder dieser Temperaturwerte mit einem zugeordneten
Sollwert zu vergleichen, wobei dann die größte Sollwertabweichung als Regelgröße
herangezogen wird. In bevorzugter Weise sind dabei die Meßwertgeber als Elemente
ausgebildet, deren Widerstand sich temperaturabhängig verändert und die jeweils
mit einem dem Temperaturniveau angepaßten Vorwiderstand kombiniert sind. Die dabei
unmittelbar am Meßwertgeber ab-
zugreifenden Spannungsabfälle werden
dann in der Maximalwerterkennungseinheit direkt miteinander verglichen, wobei der
größte Wert zur Bildung des Steuersignals herangezogen wird.
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Es kann erfindungsgemäß weiter bei der Auslegung der Regeleinheit
berücksichtigt werden, daß sowohl das Steuerventil als auch die hydrodynamische
Kupplung kein lineares Verhalten zwischen Ventilstellung und Durchflußmenge bzw.
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zwischen Kupplungsfüllung und Schlupf aufweisen müssen. Um dennoch
zwischen der gemessenen Temperaturgröße und der erwünschten Kühlgebläseleistung
ein brauchbares Verhältnis darstellen zu können, kann die Regeleinheit eine Einheit
zur Kennlinienanpassung umfassen.
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Der Verzicht auf den dauernden Antrieb des Kühlgebläses, der zum Zwecke
der Wirkungsgradverbesserung, der Geräuschminderung und der Optimierung der Betriebstemperatur
erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, erhöht gegenüber einem einfachen mechnischen
Antrieb die Fehlerquellen. Ein Ausfall der Kühlung kann dabei schwerste Schäden
zur Folge haben. Solche Schäden können in erster Linie bei Stromausfall durch Versagen
des Regelsystems auftreten. Dies gilt insbesondere für Dieselmotoren, deren Betrieb
nach dem Start von der Stromversorgung unabhängig ist. Um gegen solche Fälle Vorsorge
zu treffen, ist nach einer besonderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung dafür gesorgt,
daß die Regelanordnung bei Stromausfall eine max. Füllung der hydrodynamischen Kupplung
sicherstellt. Ausgehend von der Tatsache, daß das Stellventil im Zulauf zur Kupplung
angeordnet und der Ablauf mit konstantem Querschnitt geöffnet ist, ist entweder
ein stromlos öffnendes Steuerventil oder bei einem stromlos geschlossenen Stellventil
ein stromlos öffnendes Sicherheitsventil im Bypaß zum Stellventil vorzusehen, so
daß ein Kühlgebläseantrieb mit maximaler Drehzahl bei Stromausfall sichergestellt
ist.
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Die Darstellungen zeigen schematisch die gesamte Regelungsanordnung
sowie die erfindungsgemäße Schaltung als Ganzes sowie in Detaildarstellung.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine mit
einer erfindungsgemäßen Regelungsanordnung.
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Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild der'gesamten Regelungsanordnung.
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Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführung der Ventilverstellung.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Ventilverstellung.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte
Brennkraftmaschine 1 mit einem Kühlgebläse 2, das von der Sekundärseite einer hydrodynamischen
Kupplung 3 angetrieben wird. Die Primärseite der Kupplung wird ber einen Antriebsstrang
4 vom Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine starr angetrieben. Die Zulaufleitung 5
der Kupplung ist mit der ölpumpe 6 der Brennkraftmaschine verbunden und weist ein
Steuerventil 7 auf. Der Ablauf 8 aus der Kupplung ist mit konstantem Querschnitt
ständig geöffnet. An der Brennkraftmaschine sind verschiedene Temperaturgeber 9,
10, 11 angeordnet, beispielsweise an den Zylinderköpfen (9,10) und in der ölwanne
(11), die mit der Regelungsanordnung 12 elektrisch verbunden sind. Diese wiederum
verstellt das Stellventil 7 im Zufluß 5 zur hydraulischen Kupplung 3 in Abhängigkeit
eines signifikanten Temperaturmeßwertes.
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Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Meßwertgeber 9,10.,11,
die mit der Regelungseinheit 12 verbunden sind.
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Diese besteht im einzelnen, aus einer Maximalwerterkennungselnhheitl3,
einem PD-Regler 14, einer Kennlinienanpassungsstufe 15 und einer Endstufe 1.6. Der
Ausgang der Regelungseinheit ist mit einem Stellmagneten 17 verbunden, der das Steuerventil
7 beherrscht.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen abweichende Möglichkeiten der Ventilsteuerung,
wobei jeweils der Teil der Regelungseinheit 12 dargestellt ist, der sich an die
nicht dargestellte Maximalwerterkennungseinheit anschließt. In Fig. 3 ist dies eine
Einheit zur Kennlinienanpassung 15, eine Ansteuerlogik 18 für den Schrittmotor 20,
der das Steuerventil 7 beherrscht, sowie die zwischengeschaltete Endstufe 19. Nach
Fig. 4 wird das Steuerventil 7 von einem Gleichstrommotor 21 beherrscht und ist
gleichzeitig mit einem Wegaufnehmer 22 verbunden. Die Regelungseinheit 12 umfaßt
in dieser Ausführung eine Einheit zur Kennlinienanpassung 15, einen Stellungsregler
23, der einen Sollwert/Istwert-Vergleich vornimmt, sowie eine Endstufe 19.