DE10319436A1

DE10319436A1 - Steuervorrichtung für eine zuschaltbare Hydropumpe

Info

Publication number: DE10319436A1
Application number: DE2003119436
Authority: DE
Inventors: Günther BREU; Johannes Schmid
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung 1 für eine von einem Motor 2 angetriebene Hydropumpe 3. Die Hydropumpe 3 dient zum Betrieb eines Verbrauchers 4, eines Stellglieds in einem Fahrzeug. Die Hydropumpe 3 ist über eine Kupplung 5 zuschaltbar. Um eine im Aufbau einfache, betriebssichere Steuervorrichtung 1 für die zuschaltbare Hydropumpe 3 zu schaffen, die auch für Verbraucher mit einem hohen Leistungsbedarf geeignet ist, ist vorgesehen, die Kupplung 5 als hydraulisch schaltbare Kupplung 6 auszubilden und mit dem von der Hydropumpe 3 geförderten Fluid 7 zu betätigen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine von einem Motor angetriebene, zuschaltbare Hydropumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die EP 1 045 144 A1 beschreibt eine Hydropumpe, die von einem Hybridantrieb eines Fahrzeugs – von einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor – angetrieben ist und zuschaltbar ist.

Zum Zuschalten der Hydropumpe ist zwischen dem jeweiligen Motor eine elektromechanische Kupplung angeordnet, die ein- und ausrückbar ist. Die Hydropumpe dient zur Versorgung einer Klimaanlage und ist vorwiegend im Dauerbetrieb eingesetzt. Für insbesondere selten betriebene Verbraucher, wie Stellantriebe in Fahrzeugen oder für Verbraucher mit hohem Energiebedarf, ist die bekannte Steuervorrichtung für eine zuschaltbare Hydropumpe aus Kostengründen und energetischen Gründen nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für eine zuschaltbare Hydropumpe zu schaffen, die bei geringem Energiebedarf im Leerlauf und im Betrieb einfach im Aufbau ist und für Anwendungen mit Antrieb durch Hydropumpen mit hohem Leistungsbedarf und kurzer Einschaltdauer geeignet ist.

Die Aufgabe wird mit einer Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Kupplung zwischen dem Motor und der Hydropumpe als hydraulisch schaltbare Kupplung auszubilden. Die gesamte Steuervorrichtung und die hydraulisch schaltbare Kupplung wird von dem Fluid, das von der Hydropumpe gefördert wird, betrieben. Zu diesem Zweck wird die hydraulisch schaltbare Kupplung von einem vorzugsweise als 3/2-schaltendes Wegeventil ausgebildeten Steuerventil angesteuert. Das Steuerventil wird indirekt von einem Ventil, das vorzugsweise als 4/3-schaltendes Wegeventil ausgebildet ist von dem durch die Hydropumpe geförderten Fluid betätigt. Das Ventil kann vorzugsweise als elektromagnetisch oder mechanisch betätigtes Wegeventil ausgebildet sein. Es kann ein Proportionalventil mit offener oder geschlossener Mitte sein. Das Ventil steuert zudem direkt den Zu- oder Abfluß des Fluids zu dem Verbraucher.

Das Steuerventil ist bevorzugt durch ein als Feder ausgebildetes Rückstellelement in eine Ruhestellung bringbar, in der die hydraulisch schaltbare Kupplung eingerückt ist und die Hydropumpe in Betrieb ist.

Das Ventil kann mit dem Steuerventil über Steuerleitungen so verknüpft sein, dass das Steuerventil in eine Durchflussstellung zum Ausrücken der hydraulisch schaltbaren Kupplung gebracht ist, z.B. wenn das Ventil in einer Sperrstellung oder einer Rücklaufstellung für den Verbraucher positioniert ist. Zudem ist die Schaltposition des Steuerventils von dem durch den Betriebszustand des Verbrauchers bestimmten Druckniveau in der Zuflussleitung des Verbrauchers bestimmt. Das Steuerventil zur Betätigung der hydraulisch schaltbaren Kupplung wird von einem Rückstellelement in eine Schaltposition gebracht, in der die hydraulisch schaltbare Kupplung einrückt. Das Ventil steuert somit sowohl den Betrieb des Verbrauchers, als auch den Betrieb der hydraulisch schaltbaren Kupplung und damit den Betrieb der Hydropumpe selbst.

Zum Anlauf der Hydropumpe und damit zum Einrücken der hydraulisch schaltbaren Kupplung ist an dieser ein Federelement, welches mechanisch, elektromagnetisch, magnetisch, pneumatisch oder in geeigneter Wirkungsweise dargestellt ist, vorgesehen, während zum Ausrücken der hydraulisch schaltbaren Kupplung in eine den Betrieb der Hydropumpe unterbrechenden Trennstellung das unter Druck stehende Fluid der Hydropumpe angewandt wird. Die hydraulische Kupplung ist im drucklosen Zustand eingerückt.

Zum Ansteuern des Steuerventils in Abhängigkeit von dem Druckniveau an dem Verbraucher und der Schaltposition des Ventils ist eine erste Steuerleitung des Steuerventils zum Wechsel des Steuerventils in die Durchflussstellung mit einer Zuflussleitung zu dem Ventil und dem Verbraucher verbunden. Dadurch ist das Ausrücken der hydraulisch schaltbaren Kupplung ermöglicht. Es kann zweckmäßig sein mit der Zuflussleitung zu dem Ventil und dem Verbraucher ein Element zur Bereitstellung von Differenzdruck, vorzugsweise einen Druckspeicher, fluidisch zu verbinden. Dadurch lässt sich die Schalthäufigkeit der hydraulisch schaltbaren Kupplung reduzieren. Zudem ist zum Anlauf des Verbrauchers damit unter Druck stehendes Fluid verfügbar. Der Druckspeicher kann etwa durch eine flexible Verschlauchung dargestellt werden.

Die Zuflussleitung zu dem Ventil und dem Verbraucher kann mit einer Zuflussleitung zu dem Steuerventil fluidisch verbunden sein, wobei die erste Steuerleitung auch mit der Zuflussleitung zum Steuerventil verbunden sein kann.

Die Zuflussleitung zu dem Verbraucher stromab des Ventils zwischen dem Verbraucher und dem Ventil ist mit einer zweiten Steuerleitung des Steuerventils verbunden und dient zum Wechsel des Steuerventils in die Ruhestellung zum Einrücken der hydraulisch schaltbaren Kupplung.

Es kann zweckmäßig sein in der Zuflussleitung zu dem Verbraucher stromab der Hydropumpe ein Druckbegrenzungsventil anzuordnen. Es schaltet bei Erreichen des Abschaltdruckes, der auch in der ersten Steuerleitung anliegt, ab und trennt dadurch die Hydropumpe von dem Motor. Das Druckbegrenzungsventil kann auch in einer Zuflussleitung des Druckspeichers angeordnet sein. Es kann zudem von dem Fluiddruck in der zweiten Steuerleitung angesteuert sein.

Das Stellglied der hydraulisch schaltbaren Kupplung ist als Kolben-Zylindereinheit mit beweglichem, verschiebbarem Kolben und feststehendem Zylinder oder mit einem beweglichen, verschiebbaren Zylinder mit feststehendem Kolben ausgebildet, wobei zwischen dem Kolben und einer drehfest mit dem Motor verbundenen Reibplatte eine vorzugsweise als Reibkupplung ausgebildete Kupplung eingebaut sein kann.

Die Steuervorrichtung eignet sich zum Betrieb eines Stellgliedes für ein Fahrzeug, insbesondere für einen Stellzylinder in einem Kraftfahrzeug, wobei bevorzugt der Förderdruck der Hydropumpe an den Verbraucher angepasst ist.

Mit der Steuervorrichtung lässt sich außerdem die Hydropumpe als Booster oder Beschleuniger für eine Lenkhelfpumpe bei insbesondere niedrigen Drehzahlen des Motors und hohem Fluid-Volumenstrombedarf einsetzen, Durch die Anwendung des von der Hydropumpe geförderten Fluids zum Betrieb des Verbrauchers, zum Ansteuern der hydraulisch schaltbaren Kupplung und zum Ausrücken der hydraulisch schaltbaren Kupplung ist auf einfache Weise eine Steuervorrichtung mit geringem Energiebedarf auch für Hydropumpen mit hohem Leistungsbedarf geschaffen. Eine Schleppleistung bei abgeschaltetem Verbraucher ist nicht vorhanden oder gering. Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems aus Verbraucher und Steuervorrichtung ist zudem bei Verbrauchern mit schwankendem Druckniveau verbessert. Bevorzugt arbeitet die Steuervorrichtung mit einer Hysterese der hydraulisch schaltbaren Kupplung und/oder des Steuerventils und/oder der Kolben-Zylindereinheit, sodaß der Fluiddruck zum Ausrücken und Einrücken der Kupplung unterschiedlich hoch sein kann.

Die Funktion der Steuervorrichtung für die hydraulisch zuschaltbare Hydropumpe sei ausgehend von einer Ruhestellung des Steuerventils und einer Sperr- oder Rücklaufstellung des Ventils für den Verbraucher dargestellt:
Die hydraulisch schaltbare Kupplung ist durch das Federelement eingerückt und der Motor des Fahrzeugs oder dergleichen treibt die Hydropumpe an, die aus einem Behälter Fluid fördert. Der Druck im Druckspeicher und auf der ersten Steuerleitung ist zunächst nicht in der Lage, die Stellkraft des Rückstellelementes an dem Steuerventil zu überwinden. Der Volumenstrom der Hydropumpe führt zu einem Druckanstieg in dem Druckspeicher zwischen der Hydropumpe und dem Ventil und zu einem Druckanstieg in der ersten Steuerleitung, bis die Stellkraft des Rückstellelementes an dem Steuerventil überschritten wird und das Steuerventil in eine Durchflussstellung gebracht wird. In der Durchflussstellung wird Fluid unter Druck der Kolben-Zylindereinheit der hydraulisch schaltbaren Kupplung zugeführt, wodurch die hydraulisch schaltbare Kupplung ausrückt und die Hydropumpe abschaltet. Dies kann in den genannten Stellungen des Ventils rasch erfolgen, so dass die Einschaltdauer der Hydropumpe kurz sein kann. Der Druck im Druckspeicher hält das Steuerventil in Durchflussstellung und die hydraulisch schaltbare Kupplung in ausgerückter Stellung.

Wird durch das Ventil der Verbraucher mit Fluid aus dem Druckbehälter beaufschlagt, indem das Ventil in eine Durchflussstellung geschaltet wird, so fällt zunächst der Druck u. U. in der ersten Steuerleitung relativ zu dem Druck in der zweiten Steuerleitung so ab, dass die Stellkraft des Rückstellelementes das Steuerventil in seine Ruhestellung überführt, in der Fluid aus der Kolben-Zylinder-Einheit der hydraulisch schaltbaren Kupplung abfließen kann. Die hydraulisch schaltbare Kupplung rückt ein und die Hydropumpe ist in Betrieb, um den Verbraucher weiter mit Fluid zu versorgen.

In der Durchflussstellung des Ventils ist annähernd der Druck in der Zuflussleitung von dem Ventil zu dem Verbraucher auch in der zweiten Steuerleitung anliegend.

Die zweite Steuerleitung beaufschlagt das Steuerventil im Sinne des Rückstellelementes des Steuerventils, so dass auf beiden Seiten des Steuerventils Druckgleichgewicht in diesem Betriebspunkt der Steuervorrichtung herrscht. Die Hydropumpe führt dem Verbraucher so lange Fluid zu, bis das Ventil auf Sperr- oder Rücklaufstellung für den Verbraucher schaltet oder der Verbraucher kein Fluid mehr benötigt. Danach steigt der Druck in dem Druckspeicher und der ersten Steuerleitung am Steuerventil rasch an, was wiederum zu einer Überführung der Steuerventilstellung in Durchflussstellung zur Folge hat und die hydraulisch schaltbare Kupplung ausrückt. Die Hydropumpe stellt den Betrieb ein.

Ein Ausführungsbeispiel der Steuervorrichtung für eine zuschaltbare Hydropumpe ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt. In der Zeichnung zeigt:
1 einen schematischen Schaltplan einer Steuervorrichtung für eine zuschaltbare Hydropumpe.
In 1 ist schematisch eine Steuervorrichtung 1 zum Steuern des Betriebes einer Hydropumpe 3 gezeigt. Die Hydropumpe 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Konstantpumpe mit einer Förderrichtung dargestellt und wird von einem Motor 2 angetrieben. Der Motor 2 kann eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges oder ein Elektromotor oder dergleichen sein. Zur Inbetriebnahme und zum Abschalten der Hydropumpe 3 ist in dem Antriebsstrang zwischen dem Motor 2 und der Hydropumpe 3 eine Kupplung 5 angeordnet. Die Kupplung 5 ist als hydraulisch schaltbare Kupplung 6 von einer Kolben-Zylindereinheit 12 betätigt dargestellt. Die Kolben-Zylindereinheit 12 besteht im wesentlichen aus einem drehfest mit einer Antriebswelle 18 des Motors 2 verbundenen Reibplatte 29, einem mit einer Abtriebswelle 31 drehfest verbundenen Kolben 19 und einem ortsfesten Zylinder 20, in dem der Kolben 19 axialverschiebbar gelagert ist. In dem Kolben 19 ist eine Reibkupplung integriert, wobei die Reibkupplung den Kraftfluß zwischen der Reibplatte 29 und dem Kolben 19 beim axialen Verschieben des an dem Zylinder 20 gleitenden Kolbens 19 unterbricht.
Ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement 11 stützt sich zwischen dem Kolben 19 und einem Kupplungsgehäuse 21 ab, wodurch die hydraulisch schaltbare Kupplung 6 einrückbar ist und einen Kraftfluss zwischen dem Motor 2 und der Hydropumpe 3 ermöglicht ist. Eine Keilwelle 28 zwischen der hydraulisch schaltbaren Kupplung 6 und der Hydropumpe 3 dient als Längenausgleich, der in dem Kolben 19 durch die Reibkupplung getrennten Antriebswelle 18. In dem Ausführungsbeispiel in 1 ist die hydraulisch schaltbare Kupplung 6 als mechanische Kupplung etwa mit gehäuseseitigen und wellenseitigen Lamellenpaketen dargestellt.
In einem Raum 22, der sich axial zwischen dem Kolben 19 und einer Zylinderstirnwand 23 des Zylinders 20 erstreckt, ist Fluid 7, welches von der Hydropumpe 3 gefördert wird, unter Druck einbringbar. Dazu ist ein Steuerventil 8, das als 3/2-schaltendes Wegeventil dargestellt ist, aus seiner dargestellten Ruhestellung in eine Durchflussstellung zu bringen. In der dargestellten Ruhestellung des Steuerventils 8 ist das Fluid 7 aus dem Raum 22 in einen Behälter 24 entleert und ein Fluidzufluss von der Hydropumpe 3 zu dem Raum 22 gesperrt.
Das Steuerventil 8 ist als Wegeventil, welches hydraulisch betätigt ist und mit einem als Feder ausgebildeten Rückstellelement 10 in Ruhestellung überführt ist, gezeigt.
Das Steuerventil 8 wird hydraulisch von Differenzdruck vor und hinter einem als 4/3-schaltenden Wegeventil ausgebildeten, elektromagnetisch betätigten Ventil 9 angesteuert. Das Ventil 9 ist stromab der Hydropumpe 3 in einer Zuflussleitung 14 für einen Verbraucher 4 angeordnet und hat somit für den Verbraucher 4 Schaltfunktion und für das Steuerventil 8 auch Vorsteuerfunktion. Das Ventil 9 kann derart gestaltet sein, dass Übergänge fließend sind und insbesondere als Proportionalventil mit geschlossener oder offener Mitte gestaltet sein. Der Verbraucher 4 ist als einfachwirkender Zylinder 25 dargestellt und kann ein Stellglied eines Kraftfahrzeug-Lenksystems oder dergleichen sein, wobei der Förderdruck der Hydropumpe 3 sich selbständig an den Betriebsdruck des Verbrauchers 4 durch geeignete Maßnahmen anpasst. Die Hydropumpe 3 kann als Beschleuniger einer Lenkhelfpumpe dienen. In der in 1 dargestellten Position ist das Ventil 9 in einer Sperrstellung. Die linke Position ist die Durchflussstellung, bei der dem Verbraucher 4 Fluid 7 von der Hydropumpe 3 oder einem Druckspeicher 13 in der Zuflussleitung 14 zwischen Hydropumpe 3 und Ventil 9 zugeführt wird. Die Zuflussleitung 14 verzweigt sich und ist als Zuflussleitung 26 für die hydraulisch schaltbare Kupplung 6 zu dem Eingang des Steuerventils 8 geführt.
Das Steuerventil 8 weist ferner eine Rückflussleitung 27 auf, die in den Behälter 24 geführt ist, aus dem die Hydropumpe 3 Fluid 7 fördert.
Von der Zuflussleitung 14 ist eine erste Steuerleitung 15 zum Wechsel von der Ruhestellung in die Durchflussstellung des Steuerventils 8 zu dem Steuerventil 8 geführt. Eine zweite Steuerleitung 17 greift Fluiddruck von einer Zuflussleitung 16 zwischen dem Ventil 9 und dem Verbraucher 4 ab und steuert das Steuerventil 8 im Sinne des Rückstellelementes 10 in eine Ruhestellung zum Einrücken der hydraulisch schaltbaren Kupplung 6 an.
Es herrscht bei einer Durchflussposition des Ventils 9 zwischen der ersten Steuerleitung 15 und der zweiten Steuerleitung 17 Druckgleichgewicht an dem Steuerventil 8, sofern der Volumenstrom durch das Ventil 9 verschwindend gering ist.
Ein Druckbegrenzungsventil 30 ist in der Zuflussleitung 14 zwischen der Hydropumpe 3 und dem Ventil 9 oder in die Zuflussleitung zu dem Druckspeicher 13 eingebaut. Es kann von dem Fluiddruck in der zweiten Steuerleitung 17 angesteuert sein. Schaltet das Druckbegrenzungsventil 30 ab, so wird die hydraulisch schaltbare Kupplung 6 ausgerückt und die Hydropumpe 3 schaltet ab. Ein Rückschlagventil 32 kann der Hydropumpe vor oder nachgeschaltet sein.
BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

Steuervorrichtung für eine von einem Motor (2) angetriebene zuschaltbare Hydropumpe (3) zum Betrieb eines Verbrauchers (4), mit einer Kupplung (5) zwischen dem Motor (2) und der Hydropumpe (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) eine hydraulisch schaltbare Kupplung (6) ist und durch die Steuervorrichtung (1) von dem durch die Hydropumpe (3) geförderten Fluid (7) betätigt ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch schaltbare Kupplung (6) von einem Steuerventil (8) angesteuert ist, wobei das Steuerventil (8) indirekt über das von dem durch die Hydropumpe (3) geförderten Fluid (7) betätigt ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (8) über ein Ventil (9) von dem durch die Hydropumpe (3) geförderten Fluid (7) betätigt ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (8) von einem Rückstellelement (10) in eine Position bringbar ist, in der die hydraulisch schaltbare Kupplung (6) einrückt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Sperrstellung oder einer Rücklaufstellung des Ventils (9) das Steuerventil (8) in eine Durchflussstellung zum Ausrücken der hydraulisch schaltbaren Kupplung (6) gebracht ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (9) zur Beaufschlagung des Verbrauchers (4) mit Fluid (7) dient.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch schaltbare Kupplung (6) von einem Federelement (11) einrückbar ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch schaltbare Kupplung (6) von dem Fluid (7) der Hydropumpe (3) in eine Trennstellung ausrückbar ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Hydropumpe (3) zwischen der Hydropumpe (3) und dem Ventil (9) ein Druckspeicher (13) fluidisch verbunden mit einer Zuflussleitung (14) für den Verbraucher (4) und einer Zuflussleitung (26) zu dem Steuerventil (8) angeordnet ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuflussleitung (14) für den Verbraucher (4) und/oder die Zuflussleitung (26) zu dem Steuerventil (8) mit einer ersten Steuerleitung (15) des Steuerventils (8) zum Wechsel des Steuerventils (8) in die Durchflussstellung zum Ausrücken der hydraulisch schaltbaren Kupplung (6) verbunden ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuflussleitung (16) zwischen dem Verbraucher (4) und dem Ventil (9) mit einer zweiten Steuerleitung (17) des Steuerventils (8) zum Wechsel des Steuerventils (8) in eine Ruhestellung zum Einrücken der hydraulisch schaltbaren Kupplung (6) verbunden ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckbegrenzungsventil (30) stromab der Hydropumpe (3) angeordnet ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (30) zwischen dem Ventil (9) und einem Behälter (24) für Fluid (7) angeordnet ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (30) von dem Druck in der zweiten Steuerleitung (17) angesteuert ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch schaltbare Kupplung (6) durch eine Kolben-Zylindereinheit (12) beaufschlagt ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (4) ein Stellglied für ein Kraftfahrzeug ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderdruck der Hydropumpe (3) dem Verbraucher (4) angepasst ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (3) zur Unterstützung einer Lenkhelfpumpe eingesetzt ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch schaltbare Kupplung (6) und/oder das Steuerventil (8) eine Hysterese aufweisen.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylindereinheit (12) eine Hysterese aufweist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstante des Federelements 11 an den Druckverlust des Ventils (9) angepasst ist.