DE102011120904B4 - Method and device for expanding the tractive force of a motor vehicle driven by a piston engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren für den Ausbau der Zugkraft eines mit einem Kolbenmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs, bei dem der aus dem Motor ausgelassene Abgasstrom in eine Turbine strömt, um seine Energie an ein Laufrad eines für den Ausbau der Zugkraft des Kraftfahrzeuges geeigneten Antriebs abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie der Turbine auf ein Paar der nicht vom Kolbenmotor angetriebenen Fahrzeugräder über ein Verteilergetriebe übertragen wird, um einen zusätzlichen, intermittierenden Sekundärantrieb zu bilden, dessen Einsatz in Wirkung sowie der Betrieb elektronisch gesteuert wird.Method for the expansion of the tractive force of a motor vehicle driven by a piston engine, in which the exhaust gas flow discharged from the engine flows into a turbine in order to deliver its energy to an impeller of a drive suitable for the expansion of the tractive force of the motor vehicle, characterized in that the energy the turbine is transferred to a pair of non-reciprocating engine driven vehicle wheels via a transfer case to form an additional, intermittent secondary drive, the deployment of which is electronically controlled, and the operation is electronically controlled.
Description
Die Erfindung betrifft einen Bedarf an Verstärkung der Zugkraft eines einachsig angetriebenen Fahrzeugs.The invention relates to a need for increasing the tensile force of a single-axle driven vehicle.
Die Erfindung betrifft im Besonderen ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen der aus dem Motor ausgelassene Abgasstrom in eine Turbine strömt, um seine Energie an ein Laufrad eines für den Ausbau der Zugkraft eines Kraftfahrzeuges geeigneten Antriebs abzugeben.More particularly, the invention relates to a method and apparatus in which the exhaust gas flow discharged from the engine flows into a turbine to deliver its energy to an impeller of a drive suitable for expanding the tractive effort of a motor vehicle.
Das Buch von Buschmann/Koesseler „Handbuch der Kraftfahrzeugtechnik”, Wilhelm Heyne Verlag, Jahrgang 1976, Band 1, Seiten 436 bis 438 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für den Ausbau der Motorleistung somit der Zugkraft des Kraftfahrzeuges als Ganzes. Die dort beschriebene Vorrichtung stellt einen Turbolader dar, bei dem der aus dem Motor ausgelassene Abgasstrom an eine Turbine strömt, um seine Energie an jeweils ein Laufrad abzugeben, das diese Vorrichtung antreibt.The book by Buschmann / Koesseler "Handbook of Automotive Engineering", Wilhelm Heyne Verlag, born in 1976, Volume 1, pages 436 to 438 describes a method and apparatus for the expansion of engine performance thus the traction of the motor vehicle as a whole. The device described therein constitutes a turbocharger, in which the exhaust gas flow discharged from the engine flows to a turbine in order to deliver its energy to an impeller which drives this device.
Die Druckschrift
Eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung bei einer Brennkraftmaschine ist auch aus der Druckschrift
Diese bekannten Verfahren sowie Vorrichtungen haben den Nachteil, dass nur ein Teil der Abgasenergie für den Ausbau der Fahrzeugzugkraft ausgenutzt wird. Ein höherer Anteil davon geht ins Freie und ist verloren. Nachteilig ist auch, dass sogar die ausgenutzte Energie nicht unmittelbar den Fahrzeugrädern abgeliefert wird, sondern über den Motor und das Energie verbrauchende Wechselgetriebe.These known methods and devices have the disadvantage that only part of the exhaust gas energy is utilized for the expansion of the vehicle traction. A higher proportion of it goes outdoors and is lost. Another disadvantage is that even the exploited energy is not delivered directly to the vehicle wheels, but via the engine and the energy consuming change gear.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren so zu schaffen, dass es die oben genannten Nachteile vermeidet.The invention is based on the object, a device and a method to create so that it avoids the disadvantages mentioned above.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung gemäß Anspruch 4 lösen diese Aufgabe. Vorteilhafte Merkmale entwickeln den Erfindungsgegenstand weiter und sind jeweils in den Unteransprüchen enthalten. Auf diese wird nun Bezug genommen.The method according to claim 1 and the device according to claim 4 solve this problem. Advantageous features further develop the subject invention and are each contained in the subclaims. These will now be referred to.
Gemäß der vorliegenden Erfindung entsteht ein selbstregulierendes Antriebssystem, das sich in der Intensität seiner Wirkung aktiv selbst regelt und bei dem in Abhängigkeit von der Abgasstromintensität ein Sekundärantrieb intermittierend entwickelt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Energie der Turbine auf ein Paar der nicht angetriebenen Fahrzeugräder über ein Verteilergetriebe übertragen wird. Je höher die Motorbelastung, desto stärker die Wirkung des sekundären Antriebs.According to the present invention, a self-regulating drive system is created, which actively controls itself in the intensity of its effect and in which a secondary drive is developed intermittently as a function of the exhaust gas flow intensity. This is achieved by transferring the energy of the turbine to a pair of non-driven vehicle wheels via a transfer case. The higher the engine load, the stronger the effect of the secondary drive.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz des Sekundärantriebs in der Wirkung, insbesondere bei der Fahrt durch schwieriges Gelände mit hohem Fahrwiderstand schwer beladenen Kraftfahrzeuge konzipiert, wobei sein Betrieb elektronisch steuerbar ist.According to a further aspect of the present invention, the use of the secondary drive in the effect, especially when driving through difficult terrain with high driving resistance heavily loaded vehicles designed, with its operation is electronically controlled.
Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar, weil ein konventionelles einachsig angetriebenes Fahrzeug damit zusätzliche Kräfte erhält, die benötigt werden, um die Fahrwiderstände zu überwinden. Die Räder seiner passiv laufenden Achse werden aktiv mit angetrieben. Dabei entfaltet sich die Funktionsweise des Fahrzeugs aufgrund des intermittierenden Startens des sekundären Antriebs nach Art eines Allradfahrzeugs.This represents a significant advantage over the prior art, because a conventional uniaxially driven vehicle thus receives additional forces needed to overcome the driving resistance. The wheels of his passive-running axle are actively driven with. In this case, the operation of the vehicle unfolds due to the intermittent starting of the secondary drive in the manner of a four-wheel drive vehicle.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, die peilt je nach den Fahreigenschaften genau das Drehzahlverhältnis zwischen den vom Motorgetriebe angetriebenen und vom Abgasstrom mit angetriebenen Räder an, mit dem die Motorkraft optimal ausgenutzt werden kann.According to a further aspect, an electronic control unit is provided which, depending on the driving characteristics, precisely aims at the speed ratio between the wheels driven by the engine gearbox and those driven by the exhaust gas flow with which the engine power can be optimally utilized.
Des Weiteren wird der Fahrkomfort erhöht. Durch die Mitwirkung des sekundären Antriebs wird das Gehör der Insassen geschont, weil der Lärm vom heulenden Motor z. B. beim Anfahren am Berg akustisch schwammiger wird und auch der Fahrer weniger Kraft an das Gaspedal aufbringt. Außerdem könnte das Fahrziel in weniger Zeit erreichbar sein, wenn die laufenden Kraftfahrzeuge erfindungsgemäß ausgerüstet werden. Dieses erklärt sich dadurch, dass sich die hohe Geschwindigkeit schneller entwickelt sowie die durchschnittliche Geschwindigkeit bei der Fahrt durch schwierige Straßen und Bahnen erhöht werden kann.Furthermore, the ride comfort is increased. The involvement of the secondary drive the hearing of the occupants is spared, because the noise from the howling engine z. B. becomes acoustically spongier when starting on the mountain and the driver applies less force to the accelerator pedal. In addition, the destination could be reached in less time if the current motor vehicles are equipped according to the invention. This is explained by the fact that the high speed can be developed faster and the average speed when driving through difficult roads and tracks can be increased.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens ist darin zu sehen, dass gemäß diesen die Möglichkeit besteht, Kraftstoff sparend zu fahren, sofern bei diesen nicht nur der Kraftstoff selbst für die Antreibung des Fahrzeugs verbraucht wird, sondern sein verbrannter aus dem Motor ausgelassener Rest.Another advantage of the device and the method according to the invention is the fact that according to these the possibility of driving fuel-saving, if not only the fuel itself is consumed for the propulsion of the vehicle, but his burned out of the engine exhausted remainder ,
Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist es vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Antriebssystem kompatibel für die Anwendung in den einachsig angetriebenen Fahrzeugen aller Art ausgeführt ist und aufgrund der Einfachheit seines Aufbaus kostengünstig hergestellt und an den konventionellen Kraftfahrzeugen nachträglich montiert werden kann. According to a preferred aspect, it is provided that the drive system according to the invention is designed to be compatible for use in the uniaxially driven vehicles of all kinds and can be inexpensively manufactured and retrofitted to the conventional motor vehicles due to the simplicity of its construction.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen sind jeweils in den Unteransprüchen enthalten.Further advantageous features and embodiments are contained in the subclaims.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung in einer Konstruktion verwirklicht, die aufgrund ihrer Bauart unkompliziert im Umgang und der Wartung ist. Nach dieser Ausführungsform ist ein von einer Turbine übertragendes Antriebsmoment mit einer Oberfläche der Räder aufgenommen, die weit weg von der Achse liegt. So eine Ausführungsart hat den Effekt, dass die Wirkung des Sekundärantriebs verstärkt wird.According to one embodiment of the invention, the device is realized in a construction which, due to its design, is uncomplicated in handling and maintenance. In this embodiment, a turbine transmitting torque is received with a surface of the wheels far away from the axis. Such an embodiment has the effect of amplifying the effect of the secondary drive.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.Further details of the invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings, in which preferred embodiments of the invention are illustrated by way of example.
Dabei sind die Verbindungselemente der Vorrichtung in den meisten Fällen zur Vereinfachung der Darstellung durch ihre Axiallinien repräsentiert.In this case, the connecting elements of the device are represented in most cases to simplify the representation by their axial lines.
Gemäß der
Die Arbeitsweise der Turbine und ihre Konstruktion sind aus der Strömungs-Technik bekannt.The operation of the turbine and its construction are known from the flow technique.
Am anderen Ende weist die Turbine ein auf ihrer Welle
Gemäß der konstruktiven Gestaltung der Vorrichtung von
Im Gegensatz zu dieser Ausführungsform zeigt die Ausführung von
Die Wälzeinrichtungen
Ferner können das Verteilergetriebe
Um die zusammengestellten Teile der in
Wie es aus den
Für solche Eingriffe ist an dem von jedem den Sekundärantrieben angetriebenen Fahrzeugrad ein Teil seines Körpers ausgewählt, das die äußeren Wand
Um die besagte Anpassung einwandfrei zu erzielen, sind die Rollen
Zu diesem Zweck besteht das Gehäuse
Die Verbindungselemente
Ferner hilft die flexiblere Bauart den Lagefehler der Rollen
Für die Zusammensetzung der Stirn- und Heckteile des Gehäuses
Der Halter
Weiter sind die Kardanwellen mit ihren anderen Enden durch die Zapfen
Für den Zapfen
Für den Zapfen
Die Wälzeinrichtungen sind am Fahrzeuggestell angebracht und dort so angeordnet, dass ihre Zwängensrolle eine Stellung in greifbarer Nähe vom Rand des Fahrzeugrads besitzen. Auf diese Weise werden die Fahrzeugräder durch den Einsatz in Wirkung des Sekundärantriebs tangential angegriffen. Folglich entsteht ein imaginärer Hebel (der Abstand zwischen der Wirkungslinie der Angriffkräfte und der Radachse), der die tangential gerichteten Kräfte zur Drehwirkung veranlasst. Hierbei wird der Betrag von den Fahrzeugrädern aufgenommenen Antriebsmomenten hoch multipliziert. Dabei ist vorgesehen, dass der Abstand von den Rollen
Gemäß des in
Weiter sind die Rollen
In
Um einen ununterbrochenen Kontakt zu den Niederhaltern zu gewähren, sind die Wälzeinrichtungen
Besagte Aufhängung erfolgt für jede einzelne Wälzeinrichtung mittels jeweils zwei Rückzugfedern
Für ihre geführte Verschiebung sind die Wälzeinrichtungen
Um die Wirkung des zusätzlichen Sekundärantriebs zur Abstimmung mit dem permanenten Antrieb zu bringen, ist eine nicht dargestellte Steuereinheit vorgesehen, enthaltend Sensoren, die zur Erfassung der Drehzahlverhältnisse zwischen den vom Motorgetriebe angetriebenen und vom Abgasstrom intermittierend mit angetriebenen Fahrzeugräder sowie zur Messung der Abgasstromintensität geeignet, sowie weitere Sensorelemente, die diese Parameter an der Steuereinheit repräsentieren. Dabei werden intermittierenden Startens des Sekundärantriebs nach der Erkennung von der Steuereinheit der durch die Turbine ausreichend strömenden Treibgasmenge initiiert.In order to bring the effect of the additional secondary drive to vote with the permanent drive, a control unit, not shown, is provided, containing sensors for the Detecting the speed ratios between the driven by the engine gear and the exhaust gas flow intermittently with driven vehicle wheels and for measuring the exhaust gas flow intensity, and other sensor elements that represent these parameters to the control unit. In this case, intermittent starting of the secondary drive after detection by the control unit of the sufficient amount of propellant gas flowing through the turbine is initiated.
Die Steuerung folgt durch einen an die Steuereinheit angeschlossenen einstellbaren Drehschieber
Die Steuerung des Eingriffsablaufs der Wälzeinrichtungen
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Steuereinheit auch Sensoren enthält, welche für die kontinuierliche Überwachung der Korrektheit der Ausgabenpositionen der Wälzeinrichtungen zuständig sind. Das ist wichtig für den Fall, wenn das Kraftfahrzeug durch holprige Wege fährt. Im Laufe der Fahrt durch solches Gelände wird die Karosserie ständig den Dämpfungsschwingungen ausgesetzt, das die Wälzeinrichtungen
Nach der Verarbeitung der von den vorangehend genannten Sensoren aufgenommene Signale über die Erkennung der Abweichung der Ausgangspositionen der Wälzeinrichtungen von der tolerierten Grenze, gibt die Steuereinheit dementsprechende elektrische Signale an die für die Steuerung der Nocken
Um die Vorrichtung vor unnötigen oder ungewollten Behandlungen zu schützen, ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass sogar bei der extrem intensiven auf die Turbine wirkenden Gasmengenzufuhr, die beim Stillstand des Fahrzeugs, aufgrund eines Spiels mit der Gaspedale, auftreten kann, das Drehen der Räder unmöglich macht.To protect the device from unnecessary or unwanted treatments, the control unit is designed so that even with the extremely intense acting on the turbine gas flow rate, which can occur when the vehicle, due to a game with the accelerator pedals, turning the wheels impossible power.
Die Steuerung des Sekundärantriebs für die Ausführungsform gemäß
Das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung für den Ausbau der Zugkraft eines mit dem Kolbenmotor ausgerüsteten Kraftfahrzeugs funktionieren unter bestimmten Voraussetzungen. Dies erklärt sich dadurch, dass die Wirkung der aus dem Motor ausgepufften Abgasen bei der Fahrt durch normale Straßen schwach ist, um einen selbstständigen Antrieb zu bilden.The present method and apparatus for expanding the tractive effort of a motor vehicle equipped with the piston engine operate under certain conditions. This is explained by the fact that the effect of the exhausts exhausted from the engine when driving through normal roads is weak to form a self-propelled drive.
Die Wirkung des Abgasstroms wird mehrfach effizienter bei der Fahrt durch schwieriges Gelände, insbesondere für die schwer beladenden Kraftfahrzeuge, die eine stark geneigte Strecke überwinden sollen. Damit ist der Motor schwer belastet und verbraucht enorm große Mengen des Kraftstoffs. Dadurch bildet sich eine ausreichende Gasmenge, deren Strömung bei hohem Druck etwa dreifache Schalgeschwindigkeit erreicht.The effect of the exhaust stream becomes more efficient when driving through difficult terrain, especially for the heavily laden vehicles that are supposed to overcome a steeply inclined track. Thus, the engine is heavily loaded and consumes enormous amounts of fuel. This creates a sufficient amount of gas whose flow reaches about three times the speed of switching at high pressure.
Unter diesen Umständen wird die Turbine
Auf dieser Weise entwickelt sich gelegentlich ein in Zusammenwirkung mit dem Kolbenantrieb intermittierender Sekundärantrieb, der nicht angetriebene Fahrzeugräder zusätzlich mitdreht, bei dem der aus dem Motor ausgelassener Abgasstrom seinen Dienst als Antriebmittel leistet. Damit entsteht automatisch erst beim Bedarf ein eigenartiges Antriebssystem mit einem allradähnlichen Fahrverhalten.In this way, occasionally develops a intermittent in cooperation with the piston drive secondary drive, which also rotates non-driven vehicle wheels, in which the exhausted from the engine exhaust flow does its service as a drive means. This automatically creates a unique drive system with four-wheel-like handling when needed.
Im Laufe der Fahrt koordiniert die Steuereinheit aktiv die Drehzahlverhältnisse zwischen den permanent und intermittierend angetriebenen Rädern. So, verlangsamen sich bei einer Steigung bei voll belastetem Fahrzeug die Umdrehungen der von dem Motorgetriebe angetriebenen Rädern, dann beschleunigen sich im Gegensatz dazu die Umdrehungen der vom Abgasstromantrieb mitgetriebenen Räder, um den Ausbau der Zugkraft zu fördern. Dabei nutzt das Fahrzeug seine Kraftreserve aus. Die fehlende Zugkraft, um den Fahrwiderstand ohne Schwierigkeiten zu überwinden, bekommt das Fahrzeug als Zuschuss vom Sekundärantrieb, der das Kraftdefizit mit ganz intensiver Wirkung deckt.As the vehicle progresses, the control unit actively coordinates the speed ratios between the permanently and intermittently driven wheels. Thus, on a slope when the vehicle is fully loaded, the revolutions of the wheels driven by the engine gearbox slow down, in contrast to this, the revolutions of the wheels driven by the exhaust gas engine accelerate to promote the development of tractive effort. The vehicle uses its power reserve. The lack of traction to overcome the driving resistance without difficulty, gets the vehicle as a subsidy from the secondary drive, which covers the power deficit with very intense effect.
Dies entlastet teilweise den Motor und als Folge davon beschleunigen sich die Umdrehungen der von ihm angetriebenen Räder. Hiermit sinkt die durch die Turbine strömende Gasmenge ab. Die Steuereinheit bestimmt nützliche Proportionalitäten der Drehzahlverhältnisse der Räder von beiden Achsen oder behält den Drehzahlausgleich bei und variiert damit die Einstellungen seines Drehschiebers
Das Pausieren der Elektromotoren
Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, auch den Motor von der Steuereinheit ansteuern zu lassen, um die Beaufschlagung der in der Mitte des Antriebssystems stehenden Turbine unterschiedlich variable einzustellen. Hierbei wird keine überschüssige Menge des Abgasstroms gebildet und dadurch wird der Kraftstoff noch günstiger ausgenutzt. Anschließend wird der Wirkungsgrad des Ziehvermögens eines Kraftfahrzeugs erhöht, was die Vorteile der Erfindung weiter bekräftigt.In the present invention, it is also possible to drive the motor from the control unit in order to set the variable loading of the turbine in the center of the drive system. In this case, no excess amount of the exhaust gas flow is formed and thereby the fuel is used even more favorably. Subsequently, the efficiency of the drawability of a motor vehicle is increased, which further affirms the advantages of the invention.
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