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Antriebseinrichtung, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge
Die -#,rfindung
betrifft eine Antriebseinrichtung, vorzugsweise fÜr Kraftfahrzeuge, mit einer bezüglich
Leistungsabgabe und bzw. oder Drehzahl verstellbaren Brennkraftmaschine und einer
von dieser angetriebenen, bezüglich aer Fördermenge pro Umdrehung verstellbaren
hydraulischen, vorzugsweise hydrosiGatischen Pumpe, bei der die Verztellung aus
der Nullförderlage heraus mittels eines gegen die Kraft einer Feder in einem vom
Druck einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Hilfspumpe beaufschlagten Steuerzylinder
verschieblichen Kolben erfolgt" wobei an die die Hilfspumpe mit dem Steuerzylinder
verbindende Leitung eine Zweigleitung angeschlossen ist, die zu einem Flüssigkeitsspeicherbehälter
führt und in der ein den Durchfluß in aieser Leitung steuerndes hydraulisches Organ
angeordnet ist.
Eine solche Antriebseinrichtung ist bekannt in einer
Ausgestaltung, bei der an die Leitung zwischen Hilfspumpe und Stellzylinder für
die Pumpe drei Ventile angeschlossen sind, und zwar ein gesteuertes Druckbegrenzungsventil,
welches einerseits von der Einstellage der Pumpe und andererseits von der Einstellage
eines weiteren Organes beeinflußt ist, ein zweites Druckbegrenzungsventil, welches
von einem Drehzahlregler betätigt ist und ein drittes,willkürlich betätigtes Ventil
(DAS 1 151 443). Wenn die Hilfspumpe in die Leitung zu dem Stellzylinder
hineinfördert und die drei Ventile geschlossen sind, baut sich in dieser Leitung
ein Druck sehr schnell auf. Dadurch ergibt sich eine für den Betrieb eines Kraftfahrzeuges
ungeeignete Charakteristik der Steuerung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Antriebseinrichtung mit einer Steuerung zu schaffen,-deren Charakteristik ein
stoßfreies sanftes Verstellen der hydraulischen Pumpe bewirkt, so daß die Charakteristik
der Antriebseinrichtung der einer Brennkraftmaschine mit Füllungsregelung entspricht.
Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung das in der von der Verbindungsleitung zwischen
Hilfspumpe und Steuerzylinder abzweigenden Zweigleitung angeordnete hydraulische
Organ eine verstellbare Drossel und sind weitere Einrichtungen zur Beeinflussung
der Steuercharakteristik an der ale Hilfspumpe
mit dem St.euerzylinder
verbindenden Leitung vorgesehen. Durch diese einstellbare Drossel ist somit der
Druckaufbau in dem Steuerzylinder veränderbar, so daß durch Einstellen dieser Drossel
diePhasenverschi ebung zwischen der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Pumpenausschwenkung
vorgewählt werden Kann. Durch Ausnutzen der Drosselwirkung baut sich der Druck in
dem Steuerzylinder, d.h. der Druck, durch den die Pumpenverstellung bewirkt wird,
verhältnismaßig langsam auf. Zwischen dem zeitlichen Verlauf der Drehzahlsteigerung
der Brennkraftmaschine und dem zeitlichen Verlauf des Ausschwenkens der Pumpe ergibt
sich eine zeitliche Verschiebung, die dem Fahrzeug Fahreigenschaften verleiht, die
weitgehend auf das Verhalten einer Brennkraftmaschine mit FÜllungsregelung abgestimmt
sind, d.h. einerseits:auch dann, wenn die Brennkraftmaschine eine Maschine mit Drehzahlregler
ist, wird ein durch die Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung angetriebenes Fahrzeug
ebenso sanft beschleunigen, wie der Fahrer dies von einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine
mit FÜllungsregelung-(Vergaser mit Drosselklappe) her gewohnt ist. Wenn andererseits
die Brennkraftmaschine der Antriebseinrichtung eine Brennkraftmaschine mit Füllungsregelung
ist, ist durch die Anordnung gemäß der Erfindung die Getriebeverstellung auf die
Charakteristik der Brennkraftmaschine abgestimmt, d.h. auch dann, wenn die Drosselklappe-für
die Füllungsregelung sehr schnell geöffnet wird, steigt die Drehzahl der Brennkraftmaschine
erst allmählich an, weil erst
mit den einzelnen Saughüben mehr Ladung
in die Zylinder gesaugt werden muß und durch die Wirkung der Drosselstelle ist das
Verhalten der-Getriebesteuerung gemäß der Erfindung diesem langsamen Ansteigen der
Drehzahl und damit der LeistunL, der Brennkraftmaschine entsprechend. Selbst dann,
wenn die Motordrehzahl sehr schnell steigt, steigt die Pumpenverstellung erst langsam
auf größere F(.)'rdermenge Pro Umdrehung. Gemäß einer Weiterausgestaltung der Erfindung
ist in der die Hilfspumpe mit dem Steuerzylinder verbindenden Leitung zwischen dem
Anschluß der zum Speicherbehälter führenden Zweigleitung und dem Steuerzylinder
ein zu diesem hin iffnendes RÜckschlagventil angeordnet. Dieses Rückschlagventil
hat die Wirkung, daß infolge des Drucks, der sich vor der verstellbaren Drosselstelle
aufbaut, ein ontsprechender Teil des von der Hilfspumpe geförderten ötroms unbehindert
zum Steuerzylinder fließt. Wenn hingegen die Drehzahl der Brennkraftmaschine und
damit der Förderstrom der Hilfspumpe und infolge dessen auch der Druck vor der verstellbaren
Drosselstelle sinkt, schließtdas RUckschlagventil, so daß die dem Getriebe bei der
vorher erreichten Drehzahl der Brennkraftmaschine gegebene Einstellung beibehalten
wird. Da ein solches Beibehalten der jeweils höchsten bereits erreichten Verstellung
der Hauptpumpe nicht immer erwünscht ist, xann in Weiterausgestaltung der Erfindung
vorgesehen
sein, daß parallel zu dem Rückschlagventil, also so,
daß das Rückschlagventil dadurch umgangen ist, eine Drosselstelle vorges'ehen ist.
Solange eine Strömung von der Hilfspumpe Uber das geöffnete Rückschlagventil zu
dem Steuerzylinder erfolgt, ist diese Drosselstelle in der Umgehungsleitung zu dem
Rückschlagventil praktisch wirkungslos. Wenn jedoch das Rückschlagventil schließt,
kann über diese Drosselstelle langsam die Flüssigkeit aus dem Steuerzylinder abfließen
und entsprechend der Druck im Steuerzylinder langsam abgebaut werden, so daß die
Einstellung der Pumpe auch bei Absinken der Drehzahl der Brennkraftmaschine und
damit der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine zurückgeht. Grundsätzlich ist festgehalten,
daß der Druck vor einer Drosselstelle abhängig ist von dem die Drosselstelle durchfliessenden
Strom;im Gegensatz dazu ist bei einem Druckbegrenzungsventil der Druck vor dem Ventil
nur von der dem Ventil gegebenen Einstellung,-nicht aber von-dem das Ventil durchsetzenden
Strom abhängig-(zumindest wenn man davon absieht" daß infolge ungünstiger Ausgestaltung
bei manchen Druckbegrenzungsventilen noch eine beschränkte Abhängigkeit vom durchfließenden
Strom bei sehr starken Änderungen dieses durchfließenden Stromes vorhanden ist).
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Die Leitung, die die Drosselstelle enthält, die das Rückschlagventil
umgeht, kann derart angeordnet sein, daß diese Leitung
auch die
verstellbare Drossel in der Zweigleitung umgeht und in dieser Leitung ein steuerbares
Ventil angeordnet ist-. Dieses steuerbare Ventil ermöglicht zusätzliche Steuerfunxi#-tionen.
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Ferner ist in Weiterausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die
verstellbare Drossel in der von der Verbindungsleitung zwischen Hilfspumpe und Steuerzylinder
abzwei--enden Zwei;-leitung durch eine Nebenschlußleitung umgehbar ist, in der ein
es4-gesteuertes Ventil angeordnet ist. Dadurch sind zusätzlich noch weitere Möglichkeiten
zu willkürlichen Steuereingriffen geschaffen, insbesondere wenn gemäß einer Weiterausgestaltung
der Erfindung das Ventil in der das Rilckschla..-ventil umgehenden Leitung und das
vorgesteuerte Ventil in der die verstellbare Drosselstelle umgehenden Leitung gemeinsam
gesteuert sind.
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In einer ferneren Weiterausgestaltung der Erfindung für eine Antriebseinrichtung
mit einer in beideFörderrichtungen aus der Nullförderlage heraus verstellbaren Pumpe,
bei der die Verstellung in jede der beiden Förderrichtungen durch je
einen
in einem Steuerzylinder verschiebbaren Kolben bewirkt wird, ist vorgesehen, daß
in der Leitung zwischen der Hilfspumpe und den Steuerzylindern ein willkürlich zu
betätigendes 4/3-Wegeventi.1,von dem zwei Anschlüsse mit je einem ötmer-.zylinder
und der freie Anschluß mit dem öpeicherbehälter
verbun den ist oder
ein 4/2-Wegeventil angeordnet ist. Durch willkürliches Verstellen des Ventils kann
die Ausschwenkrichtung der Pumpe in eine der beiden möglichen Fürderlagen vorgewählt
werden.
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Um bei jeder erreichten Einstellage der Pumpe die selbsttätige Verstellung
des Getriebes-ausschalten zu können und willkürlieh eine beschränkte Veränderung
der erreichten Getriebeeinstellung vornehmen zu können, ist in Weiterausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, daß die Verbindung zwischen dem Steuerzylinder bzw. den
Steuerzylindern und der Hilfspumpe trennbar ist und der bzw. die Steuerzylinder
mit einem willkürlich betätigbaren Bedienungselement verbindbar sind, das eine willkürliche
Verstellung ermöglicht. Insbesondere bei xleinen Geschwindigkeiten, sogenannten
Kriechgeschwindig-CD keiten,kann auf diese Weise die Geschwindigkeitausgehend von
der durch die Getriebeeinstellung erAelten Geschwindigkeit, sehr feinfühlig willkürlich
variiert werden, d,h.« sowohl erhöht #Lls auch erniedrigt werden. Die Trennung der
steuerzylinder von der Hilfspumpe kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß bei
dem erwähnten 4/3-Wegeventil zusätzlich eine Neutralstellung vorgesehen ist, in
der beide Steuerzylinder abgeschlossen sind und daß das Ventil in diese Stellung
gebracht wird. Das willkürlich betätigbare Bedienungselement kann vorzugsweise ein
doppelt wirkender Zylinder sein, in dem mittels eines Pedals ein Kolben verschiebbar
ist,
wobei jede Seite des doppelt wirkenden Zylinders mit einem Steuerzylinder verbunden
ist, so daß durch willkürliches Verschieben des Kolbens Flüssigkeit von einem öteuerzylinder
in den anderen verdrängt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
als Schaltschema dargestellt.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einem Leistungsregelorgan
2 versehen, das Über ein willKürlich betätigbares Pedal 5 verstellt werden
kann. Die Abtriebswelle 4 der Brennkraftmaschine 1 treibt auf eine verstellbare
hydrostatische Pumpe die mit einem in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Hydromotor
in geschlossenem Kreislauf verbunden ist. Die Pumpe 5
kann aus der Nullf örderlage
heraus in c#-r d-nEn Richtung durch einen Kolben 6 und in der anderen Richtung
durch einen Kolben verstellt werden. Der Kolben 6 ist in einem Steuerzylinder
ö
angeordnet und der Kolben 7 ist in einem Steuerzylinder
9 angeordnet, wobei jeder der beiden Kolben 0- und 7 durch
je eine Feder 10 belastet ist.
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Von der Welle 4 der Brennkraftmaschine
1 wird weiterhin eine
Hilfspumpe
11 angetrieben, die aus einem Si)eicherbehälter 12 ansaugt und
in eine Leitung 1.3 fördert, die durch ein Überdruckventil 34 abgesichert ist. An
die Leitung
13 ist eine Zweigleitung 14 angeschlossen, die zu dem drucklosen
Speicherbehälter 12-führt und in der eine verstellbare
- vorzugsweise in
Betrieb willkUrlich verstellbare
- 1)rosselstelle
15 angecrdnet ist.
In der zu den Steu(3i,.#,ylin(itet-ii
Z und
Leitung
ist ein RÜckschlagventil
16 vorgesehen, das zu den Zylindern
8 bzw.
9 hin öffnet und das durch eine Umgehungsleitung mit einer Drosselstelle
umgangen ist. Zwischen diesem RÜckschlagventil lb und den Zylinder
8 und
9 ist ein 4/3-Wegeventil
17 angeordnet, das willkürlich in eine seiner
drei möglichen Schaltlagen gebracht werden kann. An die Leitung zwischen dem Rückschlagventil
16 und dem 4/.3-Wegeventil
17
ist eine Nebenleitung
18 angeschlossen,
in der einerseits eine starre Drosselstelle
19 und andererseits ein willkürlich
betätigbares Ventil 20 hintereinandergeschaltet angeordnet sind. Im weiteren führt
die Leitung
18 ebenfalls zU dem drucklosen Speicherbehälter 12. An die Zweigleitung
14 ist zur Umgehung der Drosselstelle
15 eine Umgehungsleitung 21 angesenlossen,
in der ein vorgesteuertes Ventil 22 angeordnet ist. Das willkUrlich betätigbare
Ventil 20 und das vorgesteuerte Ventil 22 werden beide gemeinsam über je# eine Steuerle-itung
23
von einem Steuerorgan 24 beeinflußt, in dem mittels eines Pedals
25 ein Stufenkolben
26 verschlebbar istg der-aus seinem einen Arbeitsraum
durch die eine der beiden öteuerleitungen
23
FlUssigkeit zu dem willkürlich
betätigbaren Ventil 20 verdrängt und aus dem anderen Arbeitsraum, nämlich dem Arbeitsraum
vor der ötirnfläche der kleinen Stufe, Flüssigkeit durch die andere
raum in den beiden gesteuerten Ventilen 20 und 22, Das Steueror"#an 24 ist derart
an den drucklosen elüssigkeitsspeicher 12
angeschlossen, daß gegebenenfalls
auftretende Leckverluste in den Steuerleitungen
23 ausgeglichen werden.
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Weiterhin ist an jeden der Zylinder 8 und 9 eine Leitung
27
angeschlossen, wobei jede der Leitungen 27 zu einem Verdrängerzylinder
28 führt, in dem ein Kolben 29 mittels eines Wippedals 30 verschiebbar
ist. In dem Verdrängerzylinder 28
sind zwei Federn 31 derart angeordnet,
daß sie sich im Gleichgewicht befinden, wenn der Kulben 29 und damit das Wippedal
50
sich in seiner Mittellage befinden. In dem Verdrängerzylinder 201 ist mindestens
ein Umgehungskanal 32 angeordnet, der die beiden Arbeitsräume in dem Verdrängerzylinder-
miteinander verbindet, wenn der Kolben sich in seiner Mittellage befindet. In dieser
Mittellage des Kolbens kann Über den Umgehungskanal 32 somit ein Austausch von FlUssigkeit
zwischen den federseitigen Räumen der Steuerzylinder 8 und 9 erfolgen.
Wird mittels des Kolbens 29 in dem Zylinder 28 Flüssigkeit zu einem der federseitigen
Räume in einem der Zylinder 8 oder 9 verdrängt, mUssen selbstverständlich
die kolbenstangenseitigen Räume der Zylinder 8 und 9 Über das entsprechend
ausgestaltete Ventil 17 oder Über ein nicht dargestelltes Ventil miteinander
verbunden oder druckentlastet sein, wobei zu beachten ist, daß bei Rückkehr des
Kolbens 28 in seine Lage, in der er die Umgehungskanäle 32 freigibt,
die Federn 10 dann die Kolben und 7 in die Stellung verschieben, in
der die Federn 10 sich das Gleichgewicht halten. An jede der beiden Leitungen
27-ist
eine Ausgleichsleitung angeschlossen, in der jeweils ein
Rückschlagventil 3,3 angeordnet ist, wobei die beiden Ausgleichsleitungen zu einem
drucklosen Speicherbeghälter 12 fUhren.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Die Drehzahl der Brennkraftmaschine
wird durch willkürliches Verstellen des Pedals 3 Über das Regelorgan 2 beeinflußt.
Der Förderstrom der Hilfspumpe 11 ist abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine
1. Mit zunehmendem Förderstrom wird der Staudruck vor der Drosselstelle
15 größer und entsprechend in den Leitungen 13 und 14 mit zunehmender
Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 ein Druck aufgebaut, durch den entweder
der Kolben 6 im Zylinder 8 oder der Kolben 7 im Zylinder
9 gegen die Kraft der jeweils zugeordneten Feder 10 verschoben wird,
wodurch gleichzeitig die hydrostatische Pumpe 5
verstellt wird. Die Einstellage
der hydrostatischen Pumpe 5
ist also abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine
1
und folgt dieselr mit einer gewissen Trägheit.
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Soll die Fürde-rrichtung der hydrostatischen Pumpe 5 geändert
werden, so wird das Ventil 17 willkürlich entsprechend umgeschaltet. Ist
die Antriebseinrichtung das Antriebsaggregat eines Fahrzeuges, dient somit das Ventil
17 für die Vorwahl der Fahrtrichtung. Sinkt die Drehzahl der Brennkraftmaschine
1
ab, so schließt das RUckschlagventil 16. Wärendie Leitung
18
und auch die mit einer Drosselstelle versehene Umgehungs.-leitung
des Rückschlagventils 16 nicht vorhanden, würde bei Absinken der Drehzahl-der
Brennkraftmaschine 1 die der Pumpe gegebene Einstellage und damit das Übersetzungsverhältnis
des hydrostatischen Getriebes beibehalten werden. Die Fahr-
geschwindigkeit
des Fahrzeuges sinkt in diesem Falle ent-C> sprechend der absinkenden Drehzahl der
Brennkraftmaschine 1.
Dieser Effekt tritt auf, wenn die genannte UmgehungsleitunL-für
das Ventil 16 mit der Drosselstelle nicht vorhanden ist und das Ventil 20
geschlossen ist. Soll darÜber hinaus in stärkerem Maße abgebremst werden,
so wird der Pedalhebel 25
betätigt und dadurch einerseits das vorgesteuerte
Ventil '20 CD geöffnet, so daß mit einer durch die Drosselstelle 19 bestimmten
Geschwindigkeit Flüssig.keit aus dem jeweils vorher beaufschlagten der beiden Steuerzylinder
o oder 9 abfließt und dadurch die Pumpe 5 unter Wirkung der Feder
10 in Rielltung auf die Nullförderlage verstellt wird. Dadurch wird das Übersetzungsverhältnis
des hydrostatischen Getriebes, dessen Frimärteil die Pumpe 5 ist, derart
geändert, daß auf geringere Fahrgeschwindigkeit gestellt wird und somit gegebenenfalls
ein Bremseffekt erzielt wird. Gleichzeitig ist Über die zweite mit dem Ventil 22
verbundene Steuerleitung 23 das Ventil 22 geöffnet worden, so daß dadurch die Leitungen
14 und 13 drucklos geworden sind. Die Geschwindigkeit, mit der die Pumpe
5 in Richtung auf die Nullförderlage verstellt wird, ist nicht nur von dem
freien Durchtrittsquerschnitt der
Drosselstelle 19, sondern
auch davon abhängig, wie weit mittels des Pedals 25 das Ventil 20 willkÜrlich
geöffnet wird. Bei voller Öffnung des Ventils 20 wird die Verstellgeschwindigkeit,
d.h. die Abflußgeschwindigkeit aus dem Zylinder S bzw. 9,nur von der Drosselstelle
19 bestimmt. Bei Leer"aufdrehzahl der Brennkraftwaschine 1 fließt
die gesamte von der Hilfspumpe 11 geförderte Flüssigkeitsmenge durch die
Drosselstelle 15 ab, ohne einen nennenswerterz Druck in der Leitung
aufzubauen, so daß bei Leerlaufdrehzahl dieser Brennkraftmaschine 1 die Pumpe
5 stets in ihrer Nullförderlage i , st. Ist die Drosselstelle
15 eng, d.h. auf starke Drosselung gestellt, so ergibt sich bei einem Anstieg
der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 ein rascher Anstieg des Druckes in
der Leitung 14 und damit ein schnelles Ausschwenken der Pumpe 5
und somit
eine rasche Beschleunigung der Abtriebswelle. Kommt es mehr darauf an, an der Abtriebswelle
ein großes Drehmoment zu erzielen, wird die Drosselstelle 15 auf einen weiten-
freien Durchschnittsquerschnitt eingestellt, so daß auch bei hoher Motordrehzahl
nur eine verhältnismäßig geringe Ausschwenkung der Pumpe 5 erzielt wird und
damit nur eine verhältnismäßig geringe Fahrgeschwindigkeit. Um eine Fahrges.chwindigkeit,
die sich aufgrund der Steuerung eingestellt hat, sehr feinfühlig nachsteuern zu
können, insbesonders Kriechgeschwindigkeiten sehr genau steuern zu können,
wird
das 4/3-Wegeventil 17 in die in der Zeichnung dargestellte Neutralposition
gebracht und dadurch die Anschlüsse der Zylinder 8 und 9 miteinander
verbunden und die Leitung 1-3
drucklos gemacht. Das kann ebenso in einem Augenblick
erfolgen in dem die Pumpe in Nullförderlage befindet, wie auch bei jeder beliebigen
anderen Einstellage der Pumpe 5. Wird nunmehr über das Wippedal
30 der Kolben 29 in einer beliebigen Hichtung aus seiner Neutrallage heraus
verstellt, schließt er den Umgehungskanal 32 ab bzw. bei weiterer Verschiebung
bringt er beide Mündungen des Umgehungskanals 32 auf eine Seite des Kolbens,
so daß nunmehr der Kolben durch eine der Leitungen 27
fördert und die Kolben
6 und 7 durch Deaufschlagen des Druckraums in dem Zylinder
8 oder 9 verschiebt. Da das Verhältnis der Flächen des Kolben 29 zu
dem Kolben 06 oder 7 uder das Übertragungsverhältnis des Gestänges
zwischen Kolben 29 und Wippedal 30 so gewählt ist, daß auch durch
eine volle Ausschwenkung des Wippedals in einer beliebigen Richtung nur eine kleine
Veränderung der Einstellage der Pumpe 5 bewirkt wird, kann mittels des Wippedals
30 sehr feinfühlig und schnell eine kleine Änderung der Einstellung der Pumpe
gesteuert werden. In seiner Mittellage hindert der Kolben 29 eine beliebige VerschJEbung
der Kolben 6 und 7 nicht, da die auf der Rückseite dieser Kolben verdrängte
FlUssigkeit Uber den Umgehungskanal 32 in den jeweils anderen Zylinder oder
-
sofern das nicht möglich ist - in einen in der Zeichnung nicht dargestellten
Speicher abfließen kann.