DE10034735A1 - Verfahren zum Steuern des Betriebs von und Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine werden von der Brennkraftmaschine mittels eines Getriebes mit veränderter Übersetzung angetrieben. Die Übersetzung des Getriebes wird derart gesteuert, daß ein vorbestimmtes, maximales Antriebsdrehmoment des Getriebes nicht überschritten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Betriebs von wenigstens einem Nebenaggregat einer Brennkraftmaschine, das von der Brennkraftmaschine über ein Getriebe mit variabler Übersetzung angetrieben wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Im Hinblick auf den zunehmenden in Kraftfahrzeugen angebotenen Komfort einerseits und die Bedeutung geringen Energieverbrauchs andererseits kommt dem Antrieb von Nebenaggregaten, wie Lichtmaschine, Wasserpumpe, Klimaanlage usw., steigende Bedeutung zu. Viele der Nebenaggregate haben bei einer bestimmten Drehzahl einen optimalen Wirkungsgrad. Damit die Nebenaggregate möglichst bei dieser Drehzahl betrieben werden, ist es bekannt, die Nebenaggregate über ein Getriebe mit variabler Übersetzung anzutreiben und die Übersetzung derart einzustellen, daß die Antriebsdrehzahl derart ist, daß die Nebenaggregate unabhängig von der Motordrehzahl etwa mit der Drehzahl laufen, bei der sie einen günstigen Wirkungsgrad haben. Das für den Antrieb der Nebenaggregate an der Antriebswelle des Getriebes erforderliche Drehmoment steht für den Vortrieb eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs oder für einen sonstigen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Antrieb nicht mehr zur Verfügung. Bei kalter Brennkraftmaschine und hohem Antriebsmoment für das Getriebe der Nebenaggregate kann, insbesondere wenn die Brennkraftmaschine mit niedriger Drehzahl läuft, der Zustand eintreten, daß fast das gesamte von der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellte Drehmoment von dem variablen Getriebe für die Nebenaggregate aufgebraucht wird, so daß die Fahrbarkeit eines Kraftfahrzeugs erheblich beeinträchtigt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abhilfe für das vorgenannte Problem zu schaffen.

Der Anspruch 1 ist auf Verfahren gerichtet, mit dem diese Aufgabe gelöst wird.

Gemäß dem Anspruch 1 wird das Getriebe für die Nebenaggregate derart gesteuert, daß ein vorbestimmtes Antriebsmoment, das mehr oder weniger weit unterhalb des maximalen Moments der Brennkraftmaschine liegt, nicht überschritten wird. Damit steht jeweils genügend Überschußmoment bzw. Überschußleistung von der Brennkraftmaschine für den Vortrieb eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung, so daß dessen Fahrbarkeit zufriedenstellend ist.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 kann die Leistungsaufnahme der Nebenaggregate derart gesteuert werden, daß ein vorbestimmtes Antriebsdrehmoment des Getriebes für die Nebenaggregate nicht überschritten wird.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird der Vorteil erzielt, daß sich das vorbestimmte maximale Antriebsdrehmoment, das das Getriebe für die Nebenaggregate von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abnimmt, sich an jeweilige Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, beispielsweise deren Temperatur, anpaßt. Damit wird ein möglichst guter Kompromiß aus Fahrbarkeit des Fahrzeugs und Antriebsleistung für die Nebenaggregate erzielt.

Der Anspruch 4 ist auf eine Antriebsvorrichtung für die Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine zur Lösung der Erfindungsaufgabe gerichtet.

Die Ansprüche 5 und 6 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen der Antriebsvorrichtungen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 ein Schema einer Brennkraftmaschine mit Nebenaggregaten und Steuergerät,

Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des Steuergerätes gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform eines Nebenaggregateantriebs. Gemäß Fig. 1 ist an einem Stirnende einer Brennkraftmaschine 2 mit deren nicht dargestellter Kurbelwelle drehfest ein Kegelscheibenpaar 4 eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 5 angebracht, dessen anderes Kegelscheibenpaar 6 drehfest mit einer Welle 8 verbunden ist, die Nebenaggregate 10 und 12 antreibt, beispielsweise eine Lichtmaschine, einen Klimakompressor, eine Lenkhilfepumpe, usw. Zur Verstellung der Übersetzung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes dienen in an sich bekannter Weise jedem Kegelscheibenpaar zugeordnete Hydraulikzylinder 14, die von einer Steuereinheit 16 angesteuert werden.

Eingänge eines Steuergerätes 18 sind mit Sensoren zum Erfassen von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine verbunden, beispielsweise einem Temperatursensor 20, einem Drehzahlsensor 22 und einem Sensor 24 zur Erfassung der Stellung eines Leistungsstellglieds der Brennkraftmaschine 2.

Ein weiterer Eingang des Steuergeräts 18 ist mit einem Sensor 26 zur Erfassung des an der Antriebswelle des Getriebes 5 wirksamen Drehmoments verbunden.

Ein Ausgang des Steuergeräts 18 ist mit der Steuereinheit 16 zur Verstellung der Übersetzung des Getriebes 5 verbunden.

In der Fig. 2 zeigt eine Kurve A das maximale Drehmoment M, das die Brennkraftmaschine 2 im nicht betriebswarmen Zustand abgibt, wenn das Motoröl beispielsweise eine Temperatur von lediglich 10° hat. Die Kurve B zeigt das maximale Drehmoment M in Abhängigkeit von der Drehzahl n bei betriebswarmem Motor, beispielsweise bei einer Motoröltemperatur von 80°.

Ein typischer Lastpunkt, der bei Einsatz der Brennkraftmaschine 2 in einem PKW angefahren wird, ist der Punkt X, d. h. ein Drehmoment von etwa 170 Nm bei einer Drehzahl von 2000 U/min. Der Drehmomentüberschuß, den die kalte Maschine bei plötzlichem Vollgas aufweist, ist durch den Doppelpfeil I angegeben. Der Drehmomentüberschuß bei betriebswarmen Motor ist mit II angegeben. Wie ersichtlich, hat die betriebskalte Maschine nur einen geringen Drehmomentüberschuß, d. h. wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise im 3. Gang im Betriebspunkt X betrieben wird und dann plötzlich Vollgas gegeben wird, setzt im betriebskalten Zustand kaum Beschleunigung ein.

Wenn nun beispielsweise die normalerweise vorhandene Drehmomentaufnahme der Antriebswelle des Getriebes 5 in Abhängigkeit von deren Drehzahl bzw. der Drehzahl der Kurbelwelle durch die Kurve C gegeben ist, so wird im Punkt X etwa die Hälfte des Motormoments für den Antrieb der Nebenaggregate verbraucht und lediglich die restliche Hälfte steht für den Vortrieb zur Verfügung. Wenn sich in diesem Zustand beispielsweise eine Klimakompressor einschaltet oder die Lichtmaschine infolge der Zuschaltung eines starken elektrischen Verbrauchers, beispielsweise einer Heckscheibenheizung, zusätzliche Leistung aufnimmt, so nimmt das von der Antriebswelle aufgenommene Drehmoment zu, so daß für den Vortrieb unter Umständen trotz Vollgasgebens bei der vorhandenen Motordrehzahl n keine Beschleunigung mehr möglich ist oder sogar das Vortriebsmoment zum Beibehalten der Konstantfahrt nicht ausreicht.

Das Steuergerät 18 erfaßt über den Drehmomentsensor 26 das an der Antriebswelle des Getriebes 5 vorhandene Drehmoment und verändert, wenn dieses Drehmoment die Kurve C übersteigt, die Übersetzung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes derart, daß ein in einem Speicher des Steuergerätes 18 gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abgelegter Maximalwert nicht überschritten wird. Je nach Auslegung der Nebenaggregate kann dies dadurch geschehen, daß die Drehzahl der Nebenaggregate vermindert oder erhöht wird und die Getriebeübersetzung entsprechend geändert wird.

Vorteilhafterweise ist das im Speicher des Steuergerätes 18 abgelegte maximale Antriebsmoment des Getriebes 5 von der Temperatur der Brennkraftmaschine abhängig und nimmt beispielsweise mit steigender Temperatur leicht zu. Bei Ausrüstung der Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Gaspedal kann die Gaspedalstellung erfaßt werden und bei geringer Stellung des Gaspedals ein hohes Antriebsmoment für die Nebenaggregate zugelassen werden, das bei zunehmender Betätigung des Gaspedals vermindert wird, damit die gewünschte Vortriebsleistung zur Verfügung steht.

Es versteht sich, daß das an der Antriebswelle verfügbare bzw. von der Kurbelwelle abgezweigte Drehmoment auch errechnet werden kann, indem die von den Nebenaggregaten erbrachten Leistungen erfaßt werden oder die Vortriebsleistung für das Kraftfahrzeug erfaßt wird und von der Motorleistung subtrahiert wird, die durch die Stellung des Leistungsstellorgans und die Drehzahl der Brennkraftmaschine bekannt ist.

Alternativ oder zusätzlich kann die Nichtüberschreitung eines vorgegebenen maximalen Antriebsmoments auch dadurch sichergestellt werden, daß das Steuergerät 18 mit nicht dargestellten Leistungsstellgliedern der Nebenaggregate verbunden ist, beispielsweise einem Stromsteller der Lichtmaschine, einem Fördersteller einer als Klimakompressor eingesetzten Taumelscheibenpumpe, einer Bypassleitung einer Pumpe usw., so daß die Leistungsaufnahme der Nebenaggregate zurückgenommen wird, sobald das Antriebsmoment den vorbestimmten, betriebsparameterabhängigen Maximalwert übersteigt. Dies kann vorteilhaft sein, weil bei einer sprunghaften Zunahme der Leistungsaufnahme eines Nebenaggregates die Leistungsaufnahme der Lichtmaschine beispielsweise ebenfalls sprunghaft mittels des Steuergerätes 18 vermindert werden kann und anschließend die trägheitsbehaftete Übersetzungsverstellung des Getriebes 5 erfolgen kann, wobei die Leistungsaufnahme des oder der Nebenaggregate nachgeregelt werden kann.

Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines Nebenaggregateantriebs. Mit der nicht dargestellten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ist drehfest ein Variator 30 verbunden, der aus einem Kegelscheibenpaar besteht, dessen Kegelscheiben axial elastisch gegeneinander vorgespannt sind, so daß sie das Bestreben haben, einen zwischen ihnen laufenden Profilriemen 32 nach außen in Richtung einer Vergrößerung des wirksamen Durchmessers zu drücken. Der Profilriemen 32 umläuft Antriebsräder 34, 36, 38, 40 und 42 unterschiedlicher Nebenaggregate, wie Generator, Klimakompressor, Unterdruckpumpe, Hydraulikpumpe usw. Zur Übersetzungsverstellung ist eine Verstelleinrichtung 50 vorgesehen, die eine exzentrisch auf einem Segmentzahnrad 52 gelagerte Rolle 54 und einen Elektromotor 56 enthält, dessen Antriebsritzel 58 mit dem Segmentzahnrad 52 kämmt. Der Elektromotor wird von einem Steuergerät, beispielsweise dem Steuergerät 18 der Fig. 1, angesteuert. Bei einer Verdrehung des Segmentzahnrades in die eine oder die andere Richtung ändert sich der wirksame Durchmesser des Variators 30 und damit die zwischen den Nebenaggregaten und der Kurbelwelle wirksame Übersetzung. Zusätzlich kann eine elastisch vorgespannte Spannrolle 60 vorgesehen sein.

Der Variator 30 und die Verstelleinrichtung 50 können in unterschiedlichster Weise abgeändert werden. Beispielsweise kann die Verstelleinrichtung hydraulisch abgetrieben sein. Die Kegelscheiben des Variators können in ihrem Abstand aktiv verstellt werden, wobei eine entsprechend ausgebildete Spanneinrichtung die Spannung des Profilriemens sicherstellt usw.

Weitere Abänderungen der geschilderten Ausführungsformen können darin bestehen, daß die zur Steuerung der Übersetzung des Nebenaggregateantriebs oder der Leistungsaufnahme der Nebenaggregate selbst erforderlichen Größen unmittelbar von Sensoren erfaßt oder in Steuergeräten anhand anderer Größen errechnet werden. Kennlinien oder Kennfelder, entsprechend denen die Leistungsaufnahme der Nebenaggregate bzw. das von der Kurbelwelle aufzubringende Drehmoment für deren Antrieb gesteuert werden, können fahrerselektiv und lernend ausgelegt werden, sodaß für einen Fahrer, der gerne sportlich dynamisch fährt, ein höherer Drehmomentüberschuß verfügbar ist als für einen ruhigen Fahrer usw.

Insgesamt wird mit der Erfindung erreicht, daß einerseits für die Nebenaggregate jeweils möglichst viel Antriebsleistung zur Verfügung steht, daß sie andererseits dadurch die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs nicht in nachteiliger Weise beeinflußt wird.

Es versteht sich, daß die Brennkraftmaschine 2 das nicht dargestellte Kraftfahrzeug über ein Schaltgetriebe, ein in Stufen schaltendes automatisches Getriebe oder ein stufenloses automatisches Getriebe antreiben kann. Das Getriebe für die Nebenaggregate muß nicht notwendigerweise ein Umschlingungsgetriebe sein, sondern kann jedweilig andere stufenlos schaltende oder in Stufen schaltende Getriebe sein.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungs­ vorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkma­ lskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Ver­ fahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsver­ fahren betreffen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Steuern des Betriebs von wenigstens einem Nebenaggregat einer Brennkraftmaschine, das von der Brennkraftmaschine über ein Getriebe mit variabler Übersetzung angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe derart gesteuert wird, daß ein vorbestimmtes Antriebsmoment nicht überschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenaggregate derart gesteuert werden, daß ein vorbestimmtes Antriebsmoment nicht überschritten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbestimmte Antriebsdrehmoment von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abhängt.

4. Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine, enthaltend ein Getriebe mit variabler Übersetzung, dessen Antriebswelle von der Brennkraftmaschine angetrieben ist und dessen Abtriebswelle die Nebenaggregate antreibt, und ein Steuergerät zum Steuern der Übersetzung des Getriebes, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erfassen des an der Antriebswelle wirksamen Drehmoments und einen Speicher in dem Steuergerät, in dem ein vorbestimmter Wert des Drehmoments gespeichert ist, wobei das Steuergerät die Übersetzung des Getriebes derart steuert, daß das Drehmoment den vorbestimmten Wert nicht übersteigt.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenaggregate mit dem Steuergerät zur Veränderung ihrer Leistungsaufnahme verbunden sind und daß das Steuergerät die Leistungsaufnahme der Nebenaggregate derart steuert, daß das Drehmoment den vorbestimmten Wert nicht übersteigt.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät mit Sensoren zum Erfassen von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine verbunden ist und daß der vorbestimmte Wert des Drehmoments von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängt.