增压空气冷却器风扇控制的制作方法

1.本公开总体上涉及在作业载具(work vehicle)上应用的增压空气冷却器。


背景技术：

2.为了增加发动机的燃烧效率及其功率输出，使用压缩机来将(发动机进气)空气压缩到发动机的燃烧室中。在压缩机中的空气压缩过程期间，空气的温度增高。增压空气冷却器(cac：charge air cooler)联接至压缩机和发动机；该增压空气冷却器在空气穿过压缩机之后但在该空气进入发动机之前冷却该空气。因此，经冷却的空气具有较高的密度，从而之后进一步改善发动机内的燃烧。


技术实现要素：

3.根据本公开的方面，提供了一种作业载具，该作业载具包括：发动机、被配置成压缩去往发动机的空气的压缩机、联接至发动机和压缩机的增压空气冷却器、传感器以及控制单元。该增压空气冷却器包括风扇或者联接至风扇。该风扇用于沿第一方向旋转以便移除穿过增压空气冷却器的空气的热，并且该风扇沿与第一方向相反的第二方向旋转以便吹走在增压空气冷却器上或附近累积的碎屑(debris)。控制单元电联接至发动机和风扇。该控制单元用于，基于从传感器接收到的信号来预测该空气的温度是否超过阈值，并且在该空气的温度低于阈值时，允许风扇沿第二方向旋转，而在该空气的温度等于或高于阈值时，禁止风扇沿第二方向旋转。
4.根据本公开的另一方面，提供了一种控制风扇的方法，该风扇联接至作业载具的增压空气冷却器或者被作业载具的增压空气冷却器所包含，该增压空气冷却器联接至发动机和压缩机，该压缩机压缩去往发动机的空气，所述方法包括以下步骤：通过使风扇沿第一方向旋转来冷却增压空气冷却器；通过传感器来检测增压空气冷却器附近的温度；通过控制单元，基于来自传感器的表示所述温度的信号，来确定增压空气冷却器附近的所述温度是否超过阈值；当增压空气冷却器附近的所述温度低于阈值时，允许风扇沿与第一方向相反的第二方向旋转，以便吹走在增压空气冷却器上或附近累积的碎屑；以及当增压空气冷却器附近的所述温度等于或高于阈值时，禁止风扇沿第二方向旋转。
5.根据本公开的另一方面，提供了一种控制风扇的方法，该风扇联接至作业载具的增压空气冷却器或者被作业载具的增压空气冷却器所包含，该增压空气冷却器联接至发动机和压缩机，该压缩机压缩去往发动机的空气，所述方法包括以下步骤：通过使风扇沿第一方向旋转来冷却增压空气冷却器；通过传感器来检测传动系组件的特性中的至少一个特性以及实用工具的启用；通过控制单元，基于来自传感器的信号，来预测该空气的温度是否超过阈值；当该空气的温度低于阈值时，允许风扇沿与第一方向相反的第二方向旋转，以便吹走在增压空气冷却器上或附近累积的碎屑；以及当该空气的温度等于或高于阈值时，禁止风扇沿第二方向旋转。
6.通过考虑本详细描述和附图，其它特征和方面将变清楚。
附图说明
7.附图的详细描述涉及附随的图，其中：
8.图1是例示作业载具的冷却系统的第一实施方式的框图。
9.图2a例示了沿第一方向旋转的增压空气冷却器的风扇。
10.图2b例示了当风扇的环境温度低时沿与第一方向相反的第二方向旋转的增压空气冷却器的风扇。
11.图2c例示了当风扇的环境温度高时沿第二方向旋转的增压空气冷却器的风扇，并且禁止这种反转以避免损坏风扇。
12.图3是例示作业载具的冷却系统的第二实施方式的框图，其中，控制单元是通过控制器区域网络联接的。
13.图4a例示了检测动力输出轴的接合的传感器。
14.图4b例示了检测螺旋搅龙(auger)的启动的传感器。
15.图4c例示了检测伐木端头(felling head)的接合的传感器。
16.图5例示了对联接至作业载具的增压空气冷却器的或者被该增压空气冷却器所包含的风扇进行控制的方法。
具体实施方式
17.下面的描述涉及在具有增压空气冷却器的冷却应用中的冷却风扇的实现。增压空气冷却器(就像建筑和农业设备上的其它热交换器一样)通常需要使风扇反转以便将碎屑吹出热交换器和入口滤网。然而，这种反转操作可能会对风扇的耐用性构成风险。首先，如果风扇是电风扇，那么这些风扇与其它传统风扇驱动器相比，可能会具有较低的环境温度限制(ambient temperature limit)。换句话说，风扇可能容易受到高温的影响。第二，增压空气冷却器的温度通常高于其它热交换器的温度。第三，与其它热交换器相比，增压空气冷却器的温度可能会迅速增高和降低。如果在发动机高负载时命令风扇反转，那么风扇能够将相对较热的空气拉过增压空气冷却器并拉回过风扇，这种较热的空气超过风扇的温度限制达相当大的量。下文公开了作业载具的冷却系统的多个例示性实施方式。
18.参照图1，该实施方式例示了在没有控制器区域网的情况下直接联接至发动机和至少一个传感器的控制单元。作业载具的冷却系统包括：发动机10；控制单元20，该控制单元20电联接至发动机10和压缩机30(涡轮增压器)；增压空气冷却器40，该增压空气冷却器联接至发动机10和压缩机30；以及传感器70。本实施方式中的发动机10是内燃机，该内燃机将燃料中的势能转换为机械运行的动能。为简洁起见，图1中省略了其它的传动系组件，诸如传动装置。发动机10可以应用于混合动力或燃料作业载具。为了增强发动机10的燃烧效率和动力输出，将压缩机30配置成去往发动机压缩空气。
19.在压缩过程期间，空气被压缩，并且空气的温度上升。使用增压空气冷却器40以在空气进入发动机10之前对该空气进行冷却。风扇42联接至增压空气冷却器40或风扇42被包含在增压空气冷却器40，以改善散热。增压空气冷却器40经由第一连接件44联接至压缩机30，并且经由第二连接件46联接至发动机10。参照图1和图2a，风扇42被配置成沿第一方向旋转，以便移除穿过增压空气冷却器40的空气的热。在这点上，穿过第二连接件46的空气比穿过第一连接件44的空气冷且密度高。之后来自第二连接件46的经冷却的较高密度的空气
进入发动机10以供燃烧。
20.应注意，风扇42(如图2b所示)还被配置成，沿与第一方向相反的第二方向旋转，以便吹走在增压空气冷却器和/或入口滤网或格栅(未示出)上或附近累积的碎屑。当作业载具在容许反转的条件(诸如低的发动机负载或者低的增压空气冷却器40温度)下运行时，风扇42沿第二方向旋转。然而，与此相反，当作业载具在禁止反转的条件(诸如高的发动机负载或者高的增压空气冷却器40温度)下运行时，如果风扇42沿第二方向旋转，则从增压空气冷却器40拉回风扇42的热空气可能会损坏风扇42。因此，风扇42被禁止沿第二方向旋转(如图2c所示)，以避免这种损坏。稍后将描述是否容许风扇42沿第二方向旋转方面的细节。
21.可以提供控制单元20(或多个控制器)以控制风扇42的旋转。在第一实施方式中，控制单元20是发动机控制单元，该发动机控制单元通常控制发动机10的运行的各个方面。在第一实施方式中，可以将控制单元20定义为与微处理器(未示出)和存储器22相关联的计算装置。控制单元20可以从操作员控制构件接收命令，以执行与发动机10相关的各种任务。例如，控制单元20可以通过接收来自节气门位置传感器(未示出)的信号来确定供燃烧而喷射的燃料的量。控制单元20还被配置成从传感器70接收信号。在控制单元20是发动机控制单元的第一实施方式中，传感器70检测发动机10的特性。传感器70可以包括一个或更多个传感器，诸如检测发动机10的温度的温度传感器72、检测施加至发动机10的负载的发动机负载传感器74、以及检测发动机10的扭矩的发动机扭矩传感器76。控制单元20还可以包括压缩机出口模块24，该压缩机出口模块24包括一个或更多个处理器。控制单元20的压缩机出口模块24还被配置成，基于来自传感器70的信号来预测是否满足一个或多个条件；然后控制单元20可以发送一个或更多个信号以控制增压空气冷却器40和风扇42。另外，控制单元20还可以包括时钟(单元)26以对时间进行计数。当某些条件下的时间大于预设时间帧时，控制单元20可以检查是否满足所述一个或多个条件，以便执行诸如使风扇42沿第二方向旋转或者禁止风扇42沿第二方向旋转这样的动作。
22.如较早提及的，控制单元20被配置成，基于从传感器70接收到的信号来预测空气(第二连接件46中、压缩机出口中)的温度是否超过阈值。可以在存储器22中预先存储一个或更多个数据，并且控制单元20可以使用该数据来预测空气的温度(第二连接件46中的空气的温度)。例如，如果传感器70是测量发动机10的温度的温度传感器72，那么可以通过控制单元20把由温度传感器72测量出的温度与在存储器22中预先存储的温度数据进行比较，来预测第二连接件46中的空气的温度是否超过阈值(例如，风扇42的环境温度限制)。当由温度传感器72测量出的温度低于预先存储的温度时，这表明该空气的温度低于阈值，从而允许风扇42沿第二方向旋转。当由温度传感器72测量出的温度等于或高于预先存储的温度时，这表明该空气的温度等于或高于阈值，从而禁止风扇42沿第二方向旋转，以便保护风扇42或其它组件。
23.对于另一示例，如果传感器70是测量发动机10的负载的发动机负载传感器74，那么可以通过控制单元20把由发动机负载传感器74测量出的发动机10的负载与在存储器22中预先存储的发动机负载数据进行比较，来预测第二连接件46中的空气的温度是否超过阈值(例如，风扇42的环境温度限制)。当由发动机负载传感器74测量出的发动机10的负载低于预先存储的发动机负载时，这表明该空气的温度低于阈值，从而允许风扇42沿第二方向旋转。当由发动机负载传感器74测量出的发动机10的负载等于或高于预先存储的发动机负
buncher)等。如图3和图4a所示，作业载具是拖拉车。实用工具的启用包括动力输出轴(power take
‑
off shaft)52的接合(engagement)。与动力输出轴52接合的诸如播种或耕作设备这样的器具由可以是接近传感器的传感器70、82来进行检测。如图3和图4b所示，作业载具是农作物收割机，并且实用工具的启用包括螺旋搅龙54的启用，该启用由传感器70、84进行检测。如图3和图4c所示，作业载具是伐木归堆机，并且实用工具的启用包括伐木端头56的接合，该接合由传感器70、86进行检测。
29.在另一实现中，类似于由传感器检测/测量发动机10的特性中的至少一个特性，可以由传感器检测/测量传动装置12的至少一个特性，以便控制风扇42。控制单元可以是(传动装置)控制单元60，该控制单元60从传感器70接收表示传动装置12的至少一个特性的信号，诸如传动装置负载、传动装置扭矩或者温度。可以把由控制单元60接收到的信号与存储在控制单元60的存储器(未示出)中的预先存储的数据进行比较，以预测该空气的温度是否超过阈值。应注意，控制单元60可以直接控制风扇或者将表示比较结果的信号发送给其它控制单元(诸如控制单元20或控制单元99)，以控制风扇42的旋转方向。
30.如图5所示，本公开还包括一种控制风扇的方法，该风扇联接至作业载具的增压空气冷却器或者被作业载具的增压空气冷却器所包含。增压空气冷却器联接至发动机和压缩机。压缩机压缩去往发动机的空气。所述方法包括以下步骤：
31.s1：通过使风扇沿第一方向旋转来冷却增压空气冷却器。
32.s2：通过传感器来检测传动系组件(driveline component)的特性中的至少一个特性以及实用工具的启用。传动系组件可以是发动机、传动装置等，并且所述特性包括传动系组件的温度、扭矩、负载。该实用工具可以包括螺旋搅龙、动力输出轴或者伐木端头等。
33.s3：通过控制单元，基于来自传感器的信号来预测该空气的温度是否超过阈值。如前所述，控制单元可以是发动机控制单元、传动装置控制单元、电子控制单元或其组合。
34.s4：当该空气的温度低于阈值时，允许风扇沿与第一方向相反的第二方向旋转，以便吹走在增压空气冷却器上或附近累积的碎屑。
35.s5：当该空气的温度等于或高于阈值时，禁止风扇沿第二方向旋转。在一个实现中，在该空气的温度已经下降到阈值(环境温度限制)以下达一定持续时间的时间之前，作业载具的控制单元将禁止风扇沿第二方向旋转，该时间是由联接至控制单元或者被控制单元包含的时钟来计数的。在另一实现中，在该空气的温度已经下降到阈值(环境温度限制)以下达一定温度数(该温度数是由控制单元进行预测的)的时间之前，作业载具的控制单元将禁止风扇沿第二方向旋转。
36.应注意，预测压缩机出口中的空气的温度是否超过阈值仅仅是示例。诸如增压空气冷却器这样的其它部件的温度(与该空气的温度有关)是否超过阈值还可以通过不同的算法以及在控制单元中预先存储的数据来进行预测，以便确定是否禁止风扇沿第二方向旋转。
37.在另一实施方式中，提供了一种控制风扇的方法，该风扇联接至作业载具的增压空气冷却器或者被作业载具的增压空气冷却器所包含，该增压空气冷却器联接至发动机和压缩机。压缩机压缩去往发动机的空气，所述方法包括以下步骤：
38.m1：通过使风扇沿第一方向旋转来冷却增压空气冷却器。
39.m2：通过传感器检测增压空气冷却器附近的温度。
40.m3：通过控制单元，基于来自传感器的表示该温度的信号，来确定增压空气冷却器附近的温度是否超过阈值。
41.m4：当增压空气冷却器附近的温度低于阈值时，允许风扇沿与第一方向相反的第二方向旋转，以便吹走在增压空气冷却器上或附近累积的碎屑。
42.m5：当增压空气冷却器附近的温度等于或高于阈值时，禁止风扇沿第二方向旋转。
43.在不以任何方式限制所呈现的权利要求的范围、解释或应用的情况下，本文所公开的示例实施方式中的一个或更多个示例实施方式的技术效果是防止风扇被来自压缩机的热损坏。
44.虽然上面描述了本公开的示例实施方式，但是这些描述不应按限制性意义来考虑。而相反，在不脱离所附权利要求中限定的本公开的范围和精神的情况下，可以进行其它变化和修改。