DE10326193B3 - Drive unit for pneumatic or hydraulic auxiliary or refrigeration device in automobile using steam driven thermodynamic expansion machine independent of automobile engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Hilfsaggregat. Dieses kann ein Kühlaggregat mit einem Kompressor sein, das in einem mit einem Fahrantriebsmotor ausgestatteten Kraftfahrzeug angeordnet ist und Teil eines Temperaturregelkreises bildet. Zusätzlich kann auch ein Kompressor eines pneumatischen Systems oder die Pumpe eines hydraulischen Systems anzutreiben sein.The The invention relates to a drive arrangement for an auxiliary unit. This can be a cooling unit be with a compressor that in one with a travel drive motor equipped motor vehicle is arranged and part of a temperature control loop forms. additionally can also be a compressor of a pneumatic system or the pump of a hydraulic system.
Viele Kraftfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen, Busse oder Campingfahrzeuge, enthalten eine Klimaanlage. Die Klimaanlage weist ein Kühlaggregat mit einem Kompressor auf. Der Kompressor des Kühlaggregats wird üblicherweise von dem Fahrantriebsmotor des Kraftfahrzeugs mit angetrieben. Das hat allerdings den Nachteil, dass das Kühlaggregat nur arbeitet, wenn der Fahrantriebsmotor läuft. Dann muss auch bei stehendem Fahrzeug der Fahrantriebsmotor in Betrieb bleiben, wenn eine Kühlung erforderlich ist. Es gibt auch Kühlwagen, bei denen eine Kühlkammer mit einer zu kühlenden Fracht durch ein Kühlaggregat gekühlt wird. Hierbei werden separate Kühlaggregate mit eigenem kleinen Verbrennungsmotor an der Außenseite des Fahrzeugs betrieben. Die Temperaturregelung erfolgt üblicherweise in Form einer Zweipunktregelung. Der Kompressor des Kühlaggregats wird eingeschaltet, wenn eine bestimmte obere Temperatur überschritten wird, und wird ausgeschaltet, wenn eine bestimmte untere Temperatur unterschritten wird. Dadurch erfolgt ein häufiges Ein- und Ausschalten des Kompressors in dem Regelspiel. Da der Kompressor ein erhebliches Antriebsdrehmoment benötigt, treten entsprechende Lastsprünge auf. Diese Lastsprünge führen zu erheblichen Drehzahlschwankungen des Antriebs.Lots Motor vehicles, in particular trucks, buses or camping vehicles, contain air conditioning. The air conditioning system has a cooling unit with a compressor on. The compressor of the cooling unit is usually driven by the drive motor of the motor vehicle. The has the disadvantage, however, that the cooling unit only works when the drive motor runs. Then the traction drive motor must operate even when the vehicle is stationary stay when cooling is required. There are also refrigerated trucks where a cooling chamber with a cargo to be cooled through a cooling unit chilled becomes. Here, separate cooling units operated with its own small internal combustion engine on the outside of the vehicle. The temperature control is usually done in the form of a two-point control. The compressor of the cooling unit is switched on when a certain upper temperature is exceeded will, and will turn off when a certain lower temperature is undercut. This results in frequent switching on and off of the compressor in the control game. Because the compressor is a significant one Drive torque required, corresponding load jumps occur on. These load jumps lead to considerable speed fluctuations in the drive.
Ebenso sind viele Nutzfahrzeuge mit hydraulischen oder pneumatischen Systemen ausgestattet, die Zusatzaufgaben übernehmen. Beispielhaft sei eine Hubeinrichtung zum Be- und Entladen eines Lkw aufgeführt. Normalerweise werden die Kompressoren und Pumpen dieser Systeme entweder direkt vom Fahrantrieb oder über einen, aus der Batterie gespeisten, Elektromotor angetrieben. Bei dem Einschalten eines solchen Zusatzsystems wird der Antrieb mit einem hohen Moment belastet, es treten Lastsprünge auf, welche wiederum zu Drehzahlschwankungen führen.As well are many commercial vehicles with hydraulic or pneumatic systems equipped to take on the additional tasks. One is an example Lifting device for loading and unloading a truck listed. Usually the compressors and pumps of these systems are either directly from the Traction drive or over an electric motor powered by the battery. at the drive is switched on when such an additional system is switched on a high moment, there are load jumps, which in turn are too Fluctuations in speed.
Bei einem bekannten System wird ein Motor mit interner Verbrennung, zum Beispiel ein Otto- oder Diesel-Motor über die Kurbelwelle mit einem als ISAD (Integrated Starter Alternator Damper) bezeichneten elektrischen System verbunden. ISAD hat drei Funktionen. Im Generatorbetrieb erzeugt es Strom, der in eine Batterie eingespeist werden kann. In seiner Funktion als batteriebetriebene elektrische Maschine kann ISAD die Kurbelwelle beim Startvorgang des Motors gleich bis auf die Leerlaufdrehzahl antreiben und so u. a. zur Emissionsreduzierung beitragen. Hier arbeitet das ISAD immer entweder vollständig bei laufendem Motor als Generator oder vollständig als Antrieb während der Startphase. Weiterhin hat die elektrische Maschine eine Dämpfungsfunktion zur aktiven Dämpfung von unerwünschten Drehzahlschwankungen die zu Vibrationen führen.at a known system is an internal combustion engine, for example a petrol or diesel engine with a crankshaft called electrical ISAD (Integrated Starter Alternator Damper) System connected. ISAD has three functions. In generator mode it generates electricity that can be fed into a battery. In its function as a battery-operated electrical machine, it can ISAD the crankshaft when starting the engine right down to drive the idle speed and so u. a. to reduce emissions contribute. Here the ISAD always either works completely running engine as a generator or completely as a drive during the Start-up phase. The electrical machine also has a damping function for active damping of unwanted Speed fluctuations that lead to vibrations.
Aus
der
Es
sind Hilfsantriebseinheiten (APU = Auxiliary Power Unit) bekannt,
die unabhängig
von dem Fahrantriebsmotor arbeiten. Diese Hilfsantriebseinheiten
haben eine geringere Leistung als der Fahrantriebsmotor. Solche
Hilfsantriebseinheiten können mit
günstigerem
Wirkungsgrad und geringerer Umweltbelastung z. B. einen Generator
für die
Stromerzeugung antreiben. Die Hilfsantriebseinheiten sind üblicherweise
Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung. Es gibt aber auch Hilfsantriebseinheiten,
die mit äußerer Verbrennung
und z. B. einer Dampfmaschine arbeiten, wie
Eine bekannte Hilfsantriebseinheit dieser An weist einen geschlossenen Kreislauf mit einem Tank, einer Speisepumpe, einem Dampferzeuger, einer von dem Dampf angetriebenen Dampfmaschine und einem Kondensator auf, von welchem das kondensierte Wasser wieder in den Tank zurückfließt. Der Dampferzeuger wird mittels eines Brenners beheizt. Eine solche Hilfsantriebseinheit lässt sich sehr schadstoffarm betreiben. Die Leistungs- und Drehzahlregelung der Hilfsantriebseinheit erfolgt thermisch durch Veränderung der Brennerleistung und des von der Speisepumpe zugeführten Wasserstroms.A known auxiliary drive unit to this has a closed Circuit with a tank, a feed pump, a steam generator, a steam engine powered by the steam and a condenser from which the condensed water flows back into the tank. The steam generator is heated by a burner. Such an auxiliary drive unit let yourself operate very low in pollutants. The power and speed control the auxiliary drive unit is thermally changed the burner output and the water flow supplied by the feed pump.
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art mit einem Temperaturregelkreis das Kühlaggregat mit kompressorunabhängig von dem Fahrantriebsmotor zu betreiben. Eine vergleichbare Aufgabenstellung ergibt sich wenn man bei einer Anordnung der eingangs genannten Art ein pneumatisches bzw. hydraulisches Hilfsaggregat betreiben will.The The invention is based, with an arrangement of the beginning mentioned type with a temperature control circuit, the cooling unit with compressor independent to operate from the travel drive motor. A comparable task results if you are in an arrangement of the type mentioned wants to operate pneumatic or hydraulic auxiliary unit.
Da die Lastsprungcharakteristik von pneumatischen oder hydraulischen Systemen vergleichbar zu der eines Kühlaggregats ist, soll die Beschreibung des Gesamtsystem exemplarisch an einem Kompressors einer Kühleinrichtung erfolgen.There the load jump characteristics of pneumatic or hydraulic Systems comparable to that of a cooling unit, the description is intended the entire system as an example on a compressor of a cooling device respectively.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dassAccording to the invention Task solved by that
- (a) das Kühlaggregat oder die Hilfsaggregate mit einer vom Fahrantriebsmotor unabhängigen, thermisch drehzahlgeregelten Hilfsantriebseinheit mit äußerer Verbrennung gekuppelt ist,(a) the cooling unit or the auxiliary units with an independent of the drive motor, thermally speed-controlled auxiliary drive unit with external combustion is coupled,
- (b) mit der Hilfsantriebseinheit weiterhin eine elektrische Maschine gekoppelt ist, über die als Generator eine Batterie aufladbar ist und(b) with the auxiliary drive unit continues to be electrical Machine is coupled via which can be charged as a generator and a battery
- (c) eine Drehzahlregelung vorgesehen ist, durch welche bei Lastschwankungen, die durch Einschalten des Kompressors auftreten, zur Konstanthaltung der Drehzahl der Hilfsantriebseinheit zusätzlich zu der thermischen Drehzahlregelung ein Zusatzmoment durch die elektrische Maschine und die Batterie erzeugbar ist.(c) a speed control is provided, by which in the event of load fluctuations, which occur when the compressor is switched on, to keep it constant the speed of the auxiliary drive unit in addition to the thermal speed control Additional torque can be generated by the electrical machine and the battery is.
Der Kompressor wird somit von einer von dem Fahrantriebsmotor unabhängigen Hilfsantriebseinheit angetrieben, nicht von dem Fahrantriebsmotor. Die Hilfsantriebseinheit ist eine Hilfsantriebseinheit mit äußerer Verbrennung, also beispielsweise eine Expansionskraftmaschine, die mit Dampf von einem durch einen Brenner beheizten Dampferzeuger betrieben wird. Das Kühlaggregat kann daher auch arbeiten, wenn der Fahrantriebsmotor abgeschaltet ist. Die Hilfsantriebseinheit hat üblicherweise eine wesentlich geringere Leistung als der Fahrantriebsmotor. Die Hilfsantriebseinheit mit äußerer Verbrennung ist umweltfreundlich. Der Brenner erzeugt kaum Schadstoffe, so dass die Hilfsantriebseinheit auch über längere Zeit bei stehendem Fahrzeug arbeiten kann. Die Drehzahl der Hilfsantriebseinheit wird normalerweise thermisch geregelt, d. h. zur Erhöhung der Drehzahl wird die Brennerleistung erhöht und über die Erhöhung der Drehzahl einer Speisepumpe die zugeführte Menge an Arbeitsmittel vergrößert. Es sind auch Hilfsantriebseinheiten mit äußerer Verbrennung bekannt, die nur über die Temperatur des Arbeitsgases geregelt werden, welche wiederum durch die zugeführte Wärmeleistung und den Druck des Arbeitsmediums bestimmt werden (http://www.stirling-engine.de/funktion.html). Solche thermischen Regelungen sind relativ träge. Bei Hilfsantrieben mit innerer Verbrennung erfolgt die Drehzahlregelung entweder durch die Menge des zugeführten Kraftstoffs (Qualitätsregelung) oder die Menge des Kraftstoffgemischs (Quantitätsregelung). Die Hilfsantriebseinheit treibt auch die elektrische Maschine, die im Normalbetrieb als Generator einen Ladestrom für die Batterie erzeugt.The The compressor is thus operated by an auxiliary drive unit that is independent of the travel drive motor driven, not by the drive motor. The auxiliary drive unit is an auxiliary drive unit with external combustion, for example one Expansion engine using steam from one through a burner heated steam generator is operated. The cooling unit can therefore also work when the travel drive motor is switched off. The auxiliary drive unit usually has a much lower power than the travel drive motor. The Auxiliary drive unit with external combustion is environmentally friendly. The burner generates hardly any pollutants, so that the auxiliary drive unit also over longer Time can work with the vehicle stationary. The speed of the auxiliary drive unit is usually thermally controlled, i.e. H. to increase the Speed increases the burner output and increases the speed of a feed pump supplied Increased amount of work equipment. There are also auxiliary drive units with external combustion known only about the temperature of the working gas can be regulated, which in turn by the fed heat output and the pressure of the working medium can be determined (http://www.stirling-engine.de/funktion.html). Such thermal regulations are relatively sluggish. With auxiliary drives with internal combustion, the speed is controlled either by the amount of feed Fuel (quality control) or the amount of fuel mixture (quantity control). The auxiliary drive unit also drives the electrical machine, which in normal operation acts as a generator a charging current for the battery generates.
Eine solche Hilfsantriebseinheit mit einer im Vergleich zum Fahrantriebsmotor üblicherweise geringen Leistung und träger thermischer Regelung erscheint zunächst nicht geeignet, einen Kompressor eines Kühlaggregats anzutreiben, der durch eine Temperaturregelung im Regelspiel ein- und ausgeschaltet wird und dabei erhebliche Lastsprünge an der Hilfsantriebseinheit hervorruft. Die thermische Regelung kann solchen Lastsprüngen nicht schnell genug folgen. Ein sprunghafter Lastanstieg führt dann zu einem starken Drehzahlabfall und könnte sogar zum Stillstand der Hilfsantriebseinheit führen. Es hat sich aber gezeigt, dass der Einsatz einer Hilfsantriebseinheit mit äußerer Verbrennung zum Antrieb auch des geregelten Kompressors doch möglich ist, wenn die auch mit der Hilfsantriebseinheit gekuppelte elektrische Maschine bei einem durch Einschalten des Kompressors auftretenden Drehzahlabfall als Motor vorübergehend ein zusätzliches Drehmoment zum Antrieb des Kompressors aufbringt, bis die Leistung der Hilfsantriebseinheit über die Brennerleistung nachgeregelt ist. Umgekehrt wirkt bei einem sprunghaften Abschalten des Kompressors die elektrische Maschine als Generator und bremst die bei der erhöhten Brennerleistung sonst hochlaufende Hilfsantriebseinheit unter Erzeugung eines Ladestromes für die Batterie. Dadurch wird auch in diesem Fall die Drehzahl der Hilfsantriebseinheit konstant gehalten.A such auxiliary drive unit with a compared to the traction drive motor usually low performance and sluggish Thermal regulation does not initially seem suitable for one Compressor of a cooling unit to be driven by a temperature control in the control game and is switched off and there are significant load jumps on the Auxiliary drive unit causes. The thermal regulation can be such load transients not follow fast enough. A sudden increase in load then leads to a sharp drop in speed and could even stop the Guide auxiliary drive unit. However, it has been shown that the use of an auxiliary drive unit with external combustion to drive the regulated compressor is possible if the electrical machine also coupled to the auxiliary drive unit in the event of a speed drop occurring when the compressor is switched on temporarily as an engine an additional Applying torque to drive the compressor until the power the auxiliary drive unit over the burner output is adjusted. Conversely, one works abrupt switching off of the compressor the electrical machine as a generator and otherwise slows down the increased burner output high-speed auxiliary drive unit generating a charging current for the Battery. As a result, the speed of the auxiliary drive unit is also in this case kept constant.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.On embodiment the invention is hereinafter with reference to the accompanying drawings explained in more detail.
In
An
die Expansionskraftmaschine
In
der Darstellung der Antriebseinheit ist mit Q ·B die
von dem (nicht dargestellten) Brenner zugeführte Wärmeleistung bezeichnet. Mit Q ·C ist die Wärmeleistung bezeichnet, die
in dem Kondensator
Mit
Das
Kühlaggregat
Das
ist in
Bei
Aktivierung eines hydraulischen oder pneumatischen Hilfssystems
Mit
Das
Steuergerät
Ein
Block
Mit
Die
beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
Die Hilfsantriebseinheit
The auxiliary drive unit
Das
Steuergerät
initiiert daher ein zusätzlich wirkendes
Antriebssollmoment MMasch.soll
Das
ist in
Ein
Unterschreiten der Nulllinie durch das Drehmoment der elektrischen
Maschine
Es
erfolgt also eine Temperaturregelung der Temperatur T
Wenn
keine Lastsprünge
zu kompensieren sind, arbeitet der Laderegler
Claims (5)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10326193A DE10326193B3 (en) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | Drive unit for pneumatic or hydraulic auxiliary or refrigeration device in automobile using steam driven thermodynamic expansion machine independent of automobile engine |
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- 2003-06-06 DE DE10326193A patent/DE10326193B3/en not_active Expired - Fee Related
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