Hydrostatyczny napęd wentylatora firmy Bosch Rexroth w pojazdach i maszynach samobieżnych

Rozwiązania systemowe firmy Bosch Rexroth, wykorzystujące pompy zębate lub tłokowe osiowe, silniki zębate, zawory hydrauliczne, czujniki i elektronikę ze specjalnym oprogramowaniem dla urządzeń mobilnych, zapewniają optymalne chłodzenie, niezależnie od prędkości obrotowej silnika spalinowego. Umożliwiają także zmniejszenie zużycia paliwa nawet o 5%. Aby uzyskać efekt zmniejszenia zużycia paliwa oraz emisji spalin i hałasu, należy utrzymać odpowiednią temperaturę pracy silnika spalinowego. Osiągnięcie odpowiedniej temperatury wymaga jednak zaawansowanego zarządzania układem chłodzenia. Napędy hydrostatyczne wentylatorów Bosch Rexroth znakomicie sprawdzają się w tych aplikacjach, dzięki możliwości elastycznego ich sterowania i zapewnienia odpowiedniej mocy chłodzenia w każdej sytuacji.

Zasada działania

Najnowsza generacja silników spalinowych zgodna z normą emisji spalin Euro 6 etap IV / Tier 4 wymaga znacznie bardziej niż do tej pory zaawansowanych systemów sterowania układem chłodzenia, wykorzystujących obecnie więcej niż tylko dwa parametry. Chłodzeniu podlegają cztery czynniki: woda, olej, powietrze doładowania oraz spaliny w układzie recyrkulacji. Bosch Rexroth dzięki systemowemu rozwiązaniu napędów hydrostatycznych wentylatorów umożliwia sterowanie temperaturą wszystkich tych czynników.

W indywidualnych dla każdego klienta aplikacjach stosuje się standardowe produkty Rexroth. Płynnie regulowana prędkość obrotów wentylatora jest niezależna od prędkości obrotowej silnika spalinowego, co umożliwia generowanie odpowiedniej mocy chłodzenia nawet przy niskiej prędkości obrotowej silnika. Układ zasilania realizowany jest przez pompę tłokową osiową typu A10VO o zmiennej wydajności z regulatorem ciśnienia ED. Elektrohydrauliczny regulator pompy steruje ciśnieniem systemowym w zależności od prądu zadawanego na elektromagnes zaworu ze sterownika RC. Kompaktowa konstrukcja pompy A10VO umożliwia dogodną zabudowę na silniku spalinowym nawet przy ograniczonej przestrzeni montażu (Rys. 1). Niezależnie od prędkości obrotowej silnika spalinowego, układ sterowania elektronicznego reaguje na aktualną temperaturę silnika spalinowego i związanymi z nią wymaganiami dotyczącymi chłodzenia. Zastosowana negatywna charakterystyka prądowa regulatora pompy (im mniejszy prąd, tym większa prędkość obrotowa wentylatora) umożliwia dodatkowe zabezpieczenie silnika spalinowego w przypadku utraty zasilania elektrycznego, na przykład z powodu przerwania przewodu sterującego.

Układ pracuje wówczas w trybie awaryjnym, tj. pompa hydrauliczna generuje taką wydajność oleju hydraulicznego, aby zapewnić maksymalne ciśnienie w układzie, co przekłada się na maksymalne obroty wentylatora i zapobiega w ten sposób przegrzaniu się silnika spalinowego. Daje to operatorowi czas na usunięcie przyczyny awarii, zanim dojdzie do uszkodzenia silnika.

Przeciwny kierunek obrotów wentylatora - przepływ powietrza w drugą stronę

Temperatura to tylko jeden z problemów w napędach wentylatorów. Drugim również istotnym są pyły i zanieczyszczenia, jakie odkładają się na lamelach chłodnic, które pogarszają wydajność chłodzenia. W celu poprawy sprawności chłodzenia, inżynierowie firmy Bosch Rexroth zastosowali proste rozwiązanie, jakim jest odwrócenie przepływu powietrza. Kierunek obrotów wirnika wentylatora można dowolnie zmieniać, tak że powietrze jest przemieszczane w obu kierunkach wypychając zanieczyszczenia na zewnątrz. Zalety takiego rozwiązania są oczywiste: chłodnica nie jest blokowana, a w silniku utrzymywana jest optymalna temperatura pracy.

Wentylator nie zawsze jest potrzebny: opcja zatrzymania

Opcjonalna funkcja zatrzymania umożliwia całkowite wyłączenie wentylatora w fazie uruchamiania silnika lub przy bardzo niskiej temperaturze otoczenia. Dzięki temu silnik spalinowy szybciej osiąga temperaturę pracy, a ilość zanieczyszczeń emitowanych ze spalinami jest zmniejszana. Ponadto zoptymalizowana funkcja zatrzymania umożliwia oszczędności paliwa sięgające 1% w porównaniu z konwencjonalnymi rozwiązaniami unieruchamiania wentylatorów. Funkcja wyłączania akumulatora może mieć także fundamentalne znaczenie w sytuacjach awaryjnych (np. pożar).

System zmiennej wydajności obniża koszty eksploatacji

Pompa A10VO o zmiennej wydajności i sterowaniu elektronicznym ED zasila hydrauliczny silnik zębaty, który napędza wentylator. System z pompą o zmiennej wydajności zmniejsza zużycie paliwa do 5% w porównaniu z rozwiązaniami o stałej wydajności. Hydrostatyczne układy napędu wentylatora firmy Bosch Rexroth z pompą o zmiennej wydajności i z opcją zatrzymania wentylatora rozpoczynają pracę dopiero, gdy czujniki temperatury wykryją potrzebę chłodzenia.

Systemy o zmiennej wydajności umożliwiają zastosowanie chłodnicy mniejszej nawet o 70% niż w systemach o stałej wydajności. Również dwuipółkrotnie dłuższy okres eksploatacji pomp tłokowych osiowych znacznie obniża koszt napędu wentylatora w całym cyklu eksploatacji. W wielu zastosowaniach, zależnie od profilu obciążenia, nakład poniesiony na system o zmiennej wydajności zwraca się w ciągu roku od jego wdrożenia.

Inteligentne układy elektroniczne

Sterowniki elektroniczne BODAS firmy Bosch Rexroth są zaprojektowane z myślą o zastosowaniu i pracy w bardzo trudnych warunkach. Są odporne na wibracje i na wstrząsy do 25 g oraz mogą pracować w temperaturze środowiska od -40°C do +85°C bez spadków mocy. Oferują wysoką kompatybilność elektromagnetyczną (100 V/m zgodnie z definicją przyjętą w Dyrektywie 2004/104/WE) i możliwość komunikacji z innymi systemami przez magistralę CAN. Te własności są szczególnie istotne w przypadku zastosowań w pojazdach. Firma Bosch Rexroth opracowała dedykowane rozwiązania do zastosowań mobilowych, które spełniają specyficzne wymagania maszyn związane z poszczególnymi zastosowaniami. Oprogramowanie do automatycznego sterowania wentylatorem (AFC – Automatic Fan Control) uwzględnia różnego rodzaju parametry z maksymalnie ośmioma sygnałami wejściowymi, nadaje im wagi zdefiniowane w układzie sterowania i na tej podstawie generuje sygnał sterujący dla pompy o zmiennej wydajności. W silnikach hydraulicznych mogą być zastosowane zintegrowane czujniki prędkości, które umożliwiają uzyskanie informacji zwrotnej o rzeczywistej prędkości obrotów wentylatora. Użytkownik może również zdefiniować sterowanie innymi parametrami w celu optymalizacji działania układu. System wykrywa na przykład aktywację retardera przez kierowcę w celu hamowania i w takiej sytuacji zarządza zwiększenie mocy chłodzenia silnika spalinowego. Umożliwia to proaktywne działanie sterownika w celu zachowania poziomu emisji spalin i hałasu.

Zalety wentylatorów z napędem hydrostatycznym

•Zgodność z normami emisji      spalin (EURO 4/5/6, TIER4, US10, etap IV, ...) •Optymalne sterowanie      temperaturą wszystkich czynników roboczych •Aktywny pomiar i dopasowanie      wielu parametrów operacyjnych •Redukcja emisji hałasu •Znaczne obniżenie kosztów      eksploatacyjnych pojazdu – do 5% •Komponenty Bosch Rexroth o      dużej trwałości •Większa wydajność systemu w      porównaniu z innymi technologiami napędów wentylatorów •Możliwość płynniej zmiany      prędkości obrotów wentylatora niezależnej od prędkości obrotowej silnika      spalinowego •Duża moc wentylatora przy      niewielkiej prędkości obrotowej silnika spalinowego •Opcje biegu wstecznego i      zatrzymania wentylatora •Elastyczny system zabudowy •Oszczędność przestrzeni      montażowej dzięki niewielkim wymiarom •Dowolna lokalizacja zespołu      chłodnicy •Chłodzenie na żądanie:      regulowanie mocy chłodzenia zależnie od potrzeb, a przez to mniejsze      zużycie paliwa •Dodatkowe oszczędności paliwa      oraz zwiększenie bezpieczeństwa dzięki opcji unieruchamiania wentylatora

źródło: Bosch Rexroth