DE102005061165A1 - Drive for an auxiliary unit for a motor vehicle has an electric motor additional drive to increase rotation speed when an increase in power is needed - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Nebenaggregat oder Hilfsaggregat eines Kraftfahrzeugs. Üblicherweise werden solche Nebenaggregate oder Hilfsaggregate, bei denen es sich beispielsweise um Hydraulikpumpen u. a. für eine Servolenkung oder um Klimakompressoren oder anderes handeln kann, direkt vom Fahrzeug-Antriebsaggregat, welches üblicherweise ein Verbrennungsmotor (eine Brennkraftmaschine) ist, angetrieben.The The invention relates to a drive for an accessory or auxiliary unit of a motor vehicle. Usually Such ancillaries or auxiliary equipment, which are itself for example, hydraulic pumps u. a. for a power steering or around Air conditioning compressors or other can act directly from the vehicle propulsion unit, which usually an internal combustion engine (an internal combustion engine) is driven.
Verbrennungsmotorgetriebene Nebenaggregate haben jedoch grundsätzlich das Problem, dass sie bereits bei Leerlaufdrehzahl des Fzg.- Antriebsaggregats zumindest einen Großteil ihrer Maximalleistung, oftmals sogar ihre vollständige Maximalleistung erbringen müssen. Die meiste Zeit werden sie jedoch mit höherer Drehzahl betrieben, wofür sie eigentlich überdimensioniert sind, und wobei sie dann zwangsläufig eine mehr oder weniger hohe Verlustleistung erzeugen. Diese permanenten Verluste wirken sich negativ auf den Kraftstoffverbrauch und den CO2-Ausstoss des Verbrennungsmotors aus. In der Praxis werden deshalb bereits eine Reihe von Maßnahmen eingesetzt oder derzeit entwickelt, um diese Verluste zu verringern. Zu nennen sind hierbei variable Übersetzungen im Nebenaggregat-Antrieb und/oder bedarfsgesteuerte Kupplungen zum Antrieb des jeweiligen Nebenaggregats. Handelt es sich bei diesem um eine Pumpe oder um einen Kompressor, so werden bereits volumengeregelte Bauarten hierfür eingesetzt, wobei auch geeignete Druckregelungen und/oder Speicherkonzepte zur Abdeckung von Spitzenleistungen zum Einsatz kommen. Ferner können die Nebenaggregate bedarfsgerecht elektromotorisch angetrieben werden.Engine-driven However, ancillaries basically have the problem that they even at idle speed of Fzg.- drive unit at least a large part their maximum performance, often even provide their full maximum performance have to. However, most of the time they are operated at a higher speed, what they actually oversized are, and then inevitably produce a more or less high power loss. This permanent Losses have a negative impact on fuel consumption and CO2 emissions of the internal combustion engine. In practice therefore already a series of measures used or currently being developed to reduce these losses. These are variable translations in the accessory drive and / or on-demand couplings for Drive of the respective ancillary unit. Is it this around a pump or a compressor, so are already volumengerete Types used for this, wherein also suitable pressure controls and / or storage concepts for Cover of excellence are used. Furthermore, the Ancillary units are driven as required by electric motor.
Diese bekannten Maßnahmen haben jedoch spezifische Nachteile, so hinsichtlich der Kosten, des benötigten Einbauraums, des Gewichts oder des Geräuschs. Bei schaltbaren Antrieben können Einschaltstöße spürbar sein oder es kann zum sog. Motorabschnappen kommen. Geregelte Konzepte sind teilweise schlecht regelbar oder benötigen eine hohe Verstell-Leistung. Einige Varianten, so insbesondere ein rein elektromotorischer Antrieb besitzen/besitzt einen relativ schlechten Wirkungsgrad.These known measures however, have specific disadvantages, such as cost, of the needed Installation space, weight or noise. For switchable drives can Power surges can be felt or it can come to the so-called. Motorabschnappen. Regulated concepts are partial poorly regulated or need a high adjustment performance. Some variants, in particular one have purely electric motor drive / has a relatively poor Efficiency.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen demgegenüber günstigeren Nebenaggregat-Antrieb aufzuzeigen.Therefore It is an object of the present invention, in contrast, a cheaper Show accessory drive.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Antrieb für ein Nebenaggregat oder Hilfsaggregat eines Kraftfahrzeugs durch das Fahrzeug-Antriebsaggregat sowie mit einer Überholvorrichtung und einem vorzugsweise elektromotorischen Zusatzantrieb, durch den das Nebenaggregat bei höherer Leistungsanforderung mit einer höheren Drehzahl als derjenigen des Fahrzeug-Antriebsaggregats antreibbar ist oder angetrieben wird. Diese Formulierung ist dabei als Vorrichtungsanspruch und (alternativ) als Verfahrensanspruch zu verstehen.The solution This task consists in a drive for an accessory or auxiliary unit a motor vehicle by the vehicle drive unit and with a passing device and a preferably electric motor auxiliary drive through which the accessory at higher Power requirement with a higher Speed as that of the vehicle drive unit drivable is or is driven. This formulation is a device claim and (alternatively) to be understood as a method claim.
Die vorliegende Erfindung hat also zum Ziel, einen Nebenaggregat-Antrieb so zu gestalten, dass in den überwiegenden Betriebszeit-Anteilen eine möglichst niedrige Grundversorgung über den Verbrennungsmotor sichergestellt ist, während in den Betriebszuständen mit höherem Leistungsbedarf des Nebenaggregats mit Hilfe eines Elektromotors eine Leistungssteigerung vorgenommen wird. Diese Art der Kombination von mechanischer und elektrischer Leistung hat den Vorteil, dass die Grundversorgung über den mechanischen Antrieb mit einem sehr guten Wirkungsgrad erfolgt, während die elektrische Zusatzversorgung mit ihrem ungünstigen Wirkungsgrad nur kurzzeitig eingreifen muss und deshalb den Kraftstoffverbrauch des Fzg.-Antriebsaggregats nur unwesentlich negativ beeinflusst.The The present invention therefore has the object of an accessory drive so that in the vast majority Operating time shares one possible low primary care over the internal combustion engine is ensured while in the operating conditions with higher Power requirement of the auxiliary unit with the help of an electric motor an increase in performance is made. This type of combination of mechanical and electrical power has the advantage that the primary care about the mechanical drive with a very good efficiency, while the additional electrical supply with its unfavorable efficiency only for a short time must intervene and therefore the fuel consumption of Fzg. drive unit only negligibly negatively affected.
Der sich mit Umsetzung des vorliegenden Vorschlags ergebende Verbrauchsvorteil wird anhand eines Auslegungsbeispiels erläutert: Beim Nebenaggregat möge es sich um die sog. Lenkhilfepumpe handeln, mit der das Hydraulikmedium einer hydraulischen Servolenkung des Kraftfahrzeugs gefördert und komprimiert wird. Diese Lenkhilfepumpe (bzw. allg. das Nebenaggregat) sei nun derart ausgelegt, dass sie (bzw. es) im Leerlauf-Drehzahlbereich des Fzg.-Antriebsaggregats nicht mehr die maximal benötigte Leistung abgeben kann, sondern nurmehr einen Teil derselben, bspw. 50% (oder einen anderen Bruchteil). Dadurch sinken auch die druckbedingten Verluste auf mindestens die Hälfte (oder um einen entsprechenden anderen Anteil). Erreichbar ist dies (nämlich die Reduzierung auf 50%) durch eine Halbierung des Pumpenfördervolumens oder der Pumpendrehzahl oder durch eine Kombination dieser beiden Maßnahmen. Sobald mehr als die Hälfte der maximalen- Förderleistung benötigt wird, wird der elektromotorische Zusatzantrieb aktiviert und die Pumpendrehzahl entsprechend erhöht, im Extremfall auf das Doppelte. Derartige Eingriffe sind jedoch nur selten notwendig, da nur sehr selten die entsprechenden hohen Leistungsanforderungen – im Beispielsfall der Lenkhilfepumpe ausgelöst durch sehr hohe Lenkwinkelgeschwindigkeiten – auftreten, wenn sich gleichzeitig der Verbrennungsmotor in einem Drehzahlbereich zwischen Leerlauf und doppelter Leerlaufdrehzahl befindet. Prozentual ergibt sich somit eine Eingriffszeit im Bereich von weniger als einem Promille über der gesamten Betriebszeit. Deshalb ist der grundsätzlich schlechtere Wirkungsgrad eines elektromotorischen (Zusatz-)Antriebs vernachlässigbar.Of the consumption advantage resulting from the implementation of this proposal is explained by means of a design example: The accessory may be to act as the so-called power steering pump, with the hydraulic medium promoted a hydraulic power steering of the motor vehicle and is compressed. This power steering pump (or general ancillary) Let it be designed so that it (or it) in the idling speed range of Vehicle power pack no longer the maximum power required but only a part of the same, for example. 50% (or another fraction). This also reduces the pressure-related losses at least half (or a corresponding other share). This is achievable (namely the Reduction to 50%) by halving the pump delivery volume or the pump speed or a combination of these two Activities. As soon as more than half the maximum delivery rate needed is, the electric motor auxiliary drive is activated and the Pump speed increased accordingly, in the extreme case, twice that. However, such interventions are rarely necessary, as only very rarely the corresponding high Performance requirements - im Example of the power steering pump triggered by very high steering angle speeds - occur when at the same time the internal combustion engine in a speed range between idle and double idle speed is. Percentage This results in an intervention time in the range of less than a thousandth over the entire operating time. That's why it's basically worse Efficiency of an electromotive (additional) drive negligible.
Vorzugsweise kann der Nebenaggregat-Antrieb ein insbesondere als endloses Zugmittelgetriebe ausgebildetes Getriebe zwischen dem Fahrzeug-Antriebsaggregat und einem mit der Antriebswelle des Nebenaggregats antriebsmäßig zusammenwirkenden Treibrad aufweisen, wobei die sog. Überholvorrichtung ein zwischen dem Treibrad und der Nebenaggregat-Antriebswelle vorgesehener Überhol-Freilauf ist. Dieser bewirkt also, dass in den Fällen, in denen die vom Nebenaggregat abgegebene Leistung aufgrund einer entsprechend niedrigen Drehzahl des Fzg.-Antriebsaggregats nicht ausreicht, nach Anwerfen der Elektromaschine des elektromotorischen Zusatzantriebs bei entsprechend hoher Drehzahl derselben das Nebenag gregat unabhängig von der Drehzahl des Getriebes zwischen Fzg.-Antriebsaggregat und Nebenaggregat mit entsprechend hoher Drehzahl betrieben wird. Selbstverständlich ist hierfür eine geeignete Steuerung der Elektromaschine des elektromotorischen Zusatzantriebs (= des Elektromotors) vorzusehen.Preferably, the accessory drive, in particular as an endless Zugmittelgetrie Be trained gear between the vehicle-drive unit and having a drive shaft of the accessory drivingly cooperating drive wheel, wherein the so-called. Overrunning device is provided between the drive wheel and the accessory drive shaft overtaking freewheel. This causes so that in cases where the output from the accessory power is insufficient due to a correspondingly low speed of the Fzg. Drive unit, after the electric machine of the electric motor auxiliary drive at a correspondingly high speed of the same Nebenag gregat regardless of the speed of the transmission between Fzg. drive unit and auxiliary unit is operated at a correspondingly high speed. Of course, this is a suitable control of the electric machine of the electric motor auxiliary drive (= the electric motor) provided.
Auch kann zwischen dem Rotor des elektromotorischen Zusatzantriebs und der Antriebswelle des Nebenaggregats ein die antriebsmäßige Verbindung zwischen diesen Elementen bei abgeschaltetem Zusatzantrieb trennender Freilauf vorgesehen sein, wodurch vorteilhafterweise der Rotor der Elektromaschine nicht mitgenommen wird bzw. mitgeschleppt werden muss, wenn das Nebenaggregat alleine vom Fzg.-Antriebsaggregat angetrieben wird. Ist hingegen kein derartiger Freilauf vorhanden oder ist dieser schaltbar bzw. ist anstelle dieses Freilaufs eine geeignete schaltbare Kupplung zwischen der Nebenaggregat-Antriebswelle und dem Rotor der Elektromaschine des elektromotorischen Zusatzantriebs vorgesehen, so kann im Schubbetrieb des insbesondere als Brennkraftmaschine ausgebildeten Fahrzeug-Antriebsaggregats die Elektromaschine des elektromotorischen Zusatzantriebs vorteilhafterweise als Generator fungieren und das elektrische Bordnetz des Fahrzeugs versorgen bzw. einen elektrischen Energiespeicher hierin aufladen.Also can between the rotor of the electromotive auxiliary drive and the drive shaft of the accessory on a driving connection separating between these elements when the auxiliary drive is switched off Freewheel be provided, whereby advantageously the rotor of Electric machine is not taken or be dragged must, if the accessory driven solely by Fzg. drive unit becomes. If, however, no such freewheel exists or is this switchable or instead of this freewheel is a suitable switchable Coupling between the accessory drive shaft and the rotor provided the electric motor of the electric motor auxiliary drive, so can in overrun the particular as an internal combustion engine trained vehicle drive unit the electric machine of the electric motor auxiliary drive advantageously act as a generator and the electrical system of the vehicle supply or charge an electrical energy storage here.
Es ist möglich, für ein spezielles Nebenaggregat an einem Fzg.-Antriebsaggregat einen speziell diesem Nebenaggregat zugeordneten elektromotorischen Zusatzantrieb gemäß vorliegender Erfindung vorzusehen, alternativ kann jedoch ein solcher auch für mehrere Nebenaggregate parallel vorgesehen sein, wenn diese in einem gemeinsamen Nebenaggregat-Antrieb (bspw. über ein endloses Zugmittelgetriebe) integriert sind.It is possible, for a special accessory to a Fzg. drive unit a specially this Ancillary associated electromotive auxiliary drive according to the present However, as an alternative, one can also be provided for several Ancillaries be provided in parallel, if this in a common Auxiliary drive (eg over an endless traction mechanism) are integrated.
Für den im vorhergehenden Absatz erstgenannten Fall ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei welchem das mit dem Fzg.-Antriebsaggregat zusammenwirkende sog. Treibrad des Nebenaggregats in einem Endbereich der Nebenaggregat-Antriebswelle und ein als Zusatzantrieb fungierender Elektromotor am anderen Endbereich der durch das Nebenaggregat hindurch geführten Antriebswelle angeordnet ist, in der beigefügten Prinzipskizze dargestellt. Abweichend hiervon kann jedoch der Elektromotor bzw. elektromotorische Zusatzantrieb auch zwischen dem Nebenaggregat und dem Treibrad oder auf der dem Nebenaggregat abgewandten Seite des Treibrads angeordnet sein.For the im previous paragraph first case is a preferred embodiment, in which the cooperating with the Fzg.-drive unit so-called. Drive wheel of the accessory in an end region of the accessory drive shaft and an electric motor acting as an auxiliary drive at the other end region arranged by the auxiliary unit guided drive shaft is in the attached Schematic diagram shown. Deviating from this, however, the electric motor or electromotive auxiliary drive between the accessory and the drive wheel or on the side facing away from the accessory side of the Be arranged driving wheel.
In
dieser einzigen Figur ist mit der Bezugsziffer
Auf
der gegenüberliegenden
Seite des Nebenaggregats
Ein
besonderer Vorteil des hier vorgeschlagenen Konzepts ist die Möglichkeit,
das oder die Nebenaggregat(e) auch bei stillgesetztem Fzg.-Antriebsaggregat
antreiben zu können.
Dies ist bspw. erforderlich für
die sog. Standklimatisierung bei Betrieb einer sog. dem Fachmann
bekannten Motor-Start-Stopp-Automatik, oder für den Betrieb eines sog. Hybridfahrzeugs
bei elektrischem Fahren. Besonders vorteilhaft ist ferner die Möglichkeit
der Rekuperation, d.h. Energierückgewinnung
im Schubbetrieb des Fahrzeugs, wenn dieses ohne Antrieb durch das
Antriebsaggregat mit seiner trägen
Masse dahinrollt oder abgebremst werden soll. Dann kann die Elektromaschine
Ein erfindungsgemäßer Nebenaggregat-Antrieb zeichnet sich durch relativ geringe Kosten aus, da handelsübliche Elektromaschinen und bei den eigentlichen Nebenaggregaten die einfachsten Ausführungen ohne Besonderheiten verwendet werden können. Bspw. im Fall der Lenkhilfepumpe können ansonsten oftmals erforderliche Maßnahmen zur Kühlung des Lenkhydraulikmediums entfallen. Die Regelung bzw. Steuerung der Elektromaschine kann in der Regel in einem bereits vorhandenen Steuergerät integriert sein und durch die Verkleinerung des Nebenaggregats (aufgrund anderer Auslegung) kann ein Teil des zusätzlichen Bauraumbedarfs aufgefangen werden. Die Drehzahl einer Elektromaschine ist sehr gut regelbar, so dass keine Auswirkungen auf die Laufruhe des Verbrennungsmotors zu befürchten sind und auch das dynamische Verhalten ist vorteilhaft, weil bei starrer Anbindung die Elektromaschine nicht aus dem Stillstand heraus beschleunigt werden muss, während bei Anbindung über einen Freilauf die Elektromaschine lastfrei anlaufen kann.One Inventive accessory drive is characterized by relatively low cost, as commercially available electric machines and in the actual ancillary units, the simplest versions can be used without special features. For example. in the case of the power steering pump otherwise often required measures for cooling omitted the steering hydraulic fluid. The regulation or control The electric machine can usually be found in an already existing one control unit be integrated and by the reduction of the accessory (due another interpretation) can be a part of the additional space requirements collected become. The speed of an electric machine is very easy to control, so that no impact on the smoothness of the internal combustion engine to be feared and also the dynamic behavior is advantageous, because at more rigid Connection does not accelerate the electric machine from a standstill must be while at connection over a freewheel the electric machine can start without load.
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DE102005061165A DE102005061165A1 (en) | 2005-12-21 | 2005-12-21 | Drive for an auxiliary unit for a motor vehicle has an electric motor additional drive to increase rotation speed when an increase in power is needed |
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