DE19781855B4

DE19781855B4 - Vorrichtung zum Antrieb von Zusatzeinrichtungen

Info

Publication number: DE19781855B4
Application number: DE19781855A
Authority: DE
Inventors: Kjell Johansson; Staffan Lundgren
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2017-07-01
Also published as: GB9828685D0; SE509166C2; DE19781855T1; AU3471597A; SE9602583L; GB2329620B; SE9602583D0; WO1998000306A1; GB2329620A

Abstract

Vorrichtung zum Antrieb von Zusatzeinrichtungen in einem mit einer Antriebsquelle (10) ausgestatteten Fahrzeug, wobei zu den Zusatzeinrichtungen (19) zum Beispiel eine Lichtmaschine zur Erzeugung elektrischen Stroms, ein Kühlmittelkompressor für die Klimaanlage des Fahrzeugs, eine Schmierölpumpe, eine Wasserpumpe und ein Lüfter für das Kühlsystem der Antriebsquelle, Servomechanismen zur Betätigung von Kupplung, Lenkung und Bremsen etc. zählen können, und wobei die Vorrichtung ein hydraulisches System (14) mit einer Pumpe (13) zur Unter-Druck-Setzung des hydraulischen Systems umfasst und in der Vorrichtung jede der Zusatzeinrichtungen (19) mit einem Hydro-Antriebsmotor (18) verbunden ist, wobei die Antriebsmotoren (18) der Zusatzeinrichtungen (19) mit Steuer- und Einstellmitteln (21) für den Anschluss und die vollständige oder teilweise Abtrennung der Zusatzeinrichtungen (19) in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme der Antriebsmotoren (18) ausgestattet sind, wobei der Geschwindigkeitsbereich für jede Zusatzeinrichtung (19) und ihren Antriebsmotor (18) spezifisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Einstellmittel (21) so gestaltet sind, dass sie zum Zweck...

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb von Zusatzeinrichtungen in einem mit einer Antriebsquelle ausgestatteten Fahrzeug, wobei zu den Zusatzeinrichtungen zum Beispiel eine Lichtmaschine zur Erzeugung elektrischen Stroms, ein Kühlmittelkompressor für die Klimaanlage des Fahrzeugs, eine Schmierölpumpe, eine Wasserpumpe und ein Lüfter für das Kühlsystem der Antriebsquelle, Servomechanismen zur Betätigung von Kupplung, Lenkung und Bremsen etc. zählen können, und wobei die Vorrichtung ein hydraulisches System mit einer Pumpe zur Unter-Druck-Setzung des hydraulischen Systems umfasst und in der Vorrichtung jede der Zusatzeinrichtungen mit einem Hydro-Antriebsmotor verbunden ist, wobei die Antriebsmotoren der Zusatzeinrichtungen mit Steuer- und Einstellmitteln für den Anschluss und die vollständige oder teilweise Abtrennung der Zusatzeinrichtungen in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme der Antriebsmotoren ausgestattet sind, wobei der Geschwindigkeitsbereich für jede Zusatzeinrichtung und ihren Antriebsmotor spezifisch ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG, STAND DER TECHNIK
Aus Gründen des Umweltschutzes und der Wirtschaftlichkeit ist man bestrebt, den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen zu vermindern. Eine Möglichkeit besteht in diesem Zusammenhang darin, den Wirkungsgrad von vorhandenen Zusatzeinrichtungen, z. B. von Wasserpumpe, Ölpumpe, Lichtmaschine, Servolenkungsmechanismus, Klimaanlage und Anlasser usw. zu erhöhen. Der Antrieb der Zusatzeinrichtungen erfolgt in der Regel über ein Riemengetriebe (das an sich einen hohen Wirkungsgrad hat) oder z. B. über einen Kettenantrieb, jeweils mit veränderlicher Betriebsgeschwindigkeit, in Abhängigkeit von der Motordrehzahl.
Der Wirkungsgrad der verschiedenen Zusatzeinrichtungen ist in der Regel geschwindigkeitsabhängig, und da sie in einem sehr großen Geschwindigkeitsbereich betriebsfähig sein sollen, ist der mittlere Wirkungsgrad dieser Zusatzeinrichtungen recht niedrig. Beispielsweise liegt der mittlere Wirkungsgrad der Lichtmaschine im Normalfall bei höchstens 40–55 Prozent. Die in der Lichtmaschine auftretenden Verluste sind u. a. bedingt durch Reibungsverluste, Luftkühlung, Kupfer- und Eisenverluste und Gleichrichterverluste, wenn eine Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom vorliegt.
Eine Lichtmaschine kann hinsichtlich ihres Wirkungsgrades auf verschiedene Art und Weise optimiert werden, z. B. durch Ausstattung mit Dauermagneten, durch Ersatz des inneren oder äußeren Lüfters, z. B. durch Flüssigkeitskühlung, die eine Rückgewinnung von Wärmeenergie ermöglicht, und durch eine Optimierung ihrer Bauteile im Hinblick auf eine bestimmte Betriebsgeschwindigkeit. Auf diese Weise ist es möglich, den mittleren Wirkungsgrad der Lichtmaschine bis auf über 90% zu steigern. In ähnlicher Weise ist z. B. eine Optimierung des Kühlmittelkompressors der Klimaanlage sowie der meisten anderen vorhandenen Zusatzeinrichtungen möglich.
Der übliche Antrieb der Zusatzeinrichtungen über mit der Motorwelle verbundene Treibriemen ist mit großem Platzbedarf verbunden. Die Betriebssicherheit von Treibriemen ist darüber hinaus u. a. von ihrer korrekten Einstellung abhängig. Reißt ein Riemen, muss das Fahrzeug möglicherweise umgehend in eine Reparaturwerkstatt gebracht werden.
Aus der WO 91/10575 A1 ist ein hydraulisches System für das gesamte Fahrzeug, einschließlich eines Hydraulikbehälters, bekannt. Ein Mikroprozessor steuert ein Ventil, das seinerseits bewirkt, dass die Pumpe einen gleichbleibenden Druck in diesem Behälter erzeugt. Der gleiche Prozessor steuert ebenfalls ein Ventil zwischen dem Tank und dem verbrauchenden Hydromotor. Ansonsten mangelt es dem System jedoch an „Intelligenz" es berücksichtigt keine zu erwartenden Vorkommnisse etc. Das System ist nicht vorrangig auf eine effizientere Energienutzung ausgerichtet, noch dient es einer Erhöhung des Wirkungsgrades der verschiedenen Zusatzeinrichtungen des Fahrzeugs. Die DE 1 143 673 A bezieht sich auf eine hydrostatische Zusatz-Antriebsvorrichtung, die jedoch über kein Steuer- und Einstellsystem zur voneinander getrennten Beeinflussung aller Zusatzeinrichtung sowie zur zusatzeinrichtungspezifischen Anpassung der Ge schwindigkeit mit dem Ziel einer Erhöhung des Wirkungsgrades verfügt. Die DE 43 08 113 A1 legt eine Möglichkeit offen, alles in einem größeren Block anzuordnen. Es besteht jedoch auch hier nicht die Möglichkeit einer zusatzeinrichtungsspezifischen Geschwindigkeitsanpassung (zum Zweck einer Erhöhung des Wirkungsgrades), noch sind diesbezügliche Steuer/Einstellmittel vorhanden.
Aus der DE 42 38 998 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Antrieb von Zusatzeinrichtungen bekannt, bei der vorgesehen ist, dass die Antriebsmotoren der Zusatzeinrichtungen mit Steuer- und Einstellmitteln für den Anschluss und vollständige bzw. teilweise Abtrennung der Zusatzeinrichtung in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme der Antriebsmotoren ausgestattet sind. Die Steuerung betrifft dabei die spezifischen Gegebenheiten und Anforderungen, die beim Antrieb eines Elektrogenerators für das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges mit einem Hydromotor und beim gleichzeitigen Antrieb eines Lüfterrades für den Wärmetauscher des Kühlmittelkreislaufs der Bremskraftmaschine mit einem zweiten Hydromotor auftreten. Die Lösung besteht in einer Steuerung, die Versorgung des Hydromotors für das Lüfterrad zur Erbringung maximaler Leistung regelt und auch zu Lasten der Versorgung des anderen Hydromotors sicherstellt.
Eine weitere derartige Vorrichtung ist aus der DE 35 29 743 A1 bekannt, bei der an jeder Ausgangswelle eines Hydromotors ein Drehzahlerfassungsgerät angeordnet ist, von welchen Leitungen zum Steuergerät führen. Auch an der Brennkraftmaschine ist ein Drehzahlerfassungsgerät angeschlossen. Vom elektronischen Steuergerät werden unter Einbeziehung der Drehzahl der Brennkraftmaschine und den Erfordernissen an den Nebenantrieben die Hydromotoren auf solche Schluckvolumen eingestellt, dass die gewünschten Drehzahlen erreicht werden. Eine Berücksichtigung der spezifischen Geschwindigkeiten der Nebenantriebe und die damit verbundenen Wirkungsgrade ist hierbei nicht vorgesehen.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antrieb von Zusatzeinrichtungen zu schaffen, durch welche den o. g. Mängeln abgeholfen werden kann.
LÖSUNG
Zur Erfüllung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform beschrieben, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, von denen
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems ist und
2 eine räumliche Darstellung ist, welche die Anbringung der Erfindung an einer Antriebsquelle zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Antriebsquelle, z. B. einen Verbrennungsmotor, der – unmittelbar oder über ein Getriebe – die Fortbewegung eines Fahrzeuges bewirkt. Beispiele für solche Fahrzeuge sind Personenkraftwagen, Busse und Lastkraftwagen. Eine Abtriebswelle 11 des Motors 10 kann mit einem Getriebe 12 verbunden werden, das die Geschwindigkeit auf geeignete Weise anpasst. Das Getriebe 12 ist wiederum mit einer Hydropumpe 13 verbunden, die gemäß dem Prinzip einer veränderlichen Verdrängung arbeitet.
Durch eine solche Gestaltung der Hydropumpe kann diese unabhängig von der Geschwindigkeit der Antriebsquelle – einen im Wesentlichen gleich bleibenden Fluss von Hydraulikflüssigkeit oder einen Hydraulikflüssigkeitsfluss mit gleich bleibendem Druck zu einem Hydraulikkreis 14 bewirken. Die Seite des Hydraulikkreises 14, auf der hoher Druck herrscht, ist mit 15, die Seite, auf der niedriger Druck herrscht, mit 16 gekennzeichnet. Ein Druckbehäl ter 17 zur Speicherung hydraulischen Drucks kann mit der Hochdruckseite 15 des Kreises verbunden werden.
Mit dem hydraulischen System ist – in Reihe oder parallel oder in einer Kombination von Reihen- und Parallelverbindungen – eine Anzahl von Hydromotoren 18 verbunden. Jeder dieser Hydromotoren 18 ist mit einer oder mehreren Zusatzeinrichtung(en) 19 verbunden. Besagte Zusatzeinrichtungen können zum Beispiel eine Lichtmaschine zur Erzeugung elektrischen Stroms, ein Kühlmittelkompressor für die Klimaanlage des Fahrzeugs, eine Schmierölpumpe, eine Wasserpumpe und ein Lüfter für das Kühlsystem der Antriebsquelle, Servomechanismen zur Handhabung von Kupplung, Lenkung und Bremsen etc. sein. Alle Hydromotoren 18 arbeiten z. B. nach dem Prinzip der konstanten Verdrängung, d. h. sie sind innerhalb eines im wesentlichen gleichbleibenden Geschwindigkeitsbereichs betriebsfähig. Alternativ dazu können sie mit veränderlicher Verdrängung arbeiten.
Auf diese Weise können die Zusatzeinrichtungen für einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich optimiert werden, d. h. ihr Wirkungsgrad kann – gegenüber einer Situation, in der ihre Geschwindigkeit völlig von der Geschwindigkeit der Antriebsquelle 10 abhängig ist – wesentlich erhöht werden. Zum Beispiel kann für eine Lichtmaschine zur Erzeugung elektrischer Energie ein mittlerer Wirkungsgrad von über 90% erreicht werden, wenn sie für einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich optimiert wird.
Dies gilt gleichermaßen für andere Arten von Zusatzeinrichtungen. Verschiedene Betriebsgeschwindigkeiten können dabei durch die Auswahl des Hydromotors oder durch eine geeignete Steuerung/Einstellung desselben erreicht werden. Ebenfalls vorstellbar ist ein Getriebe, z. B. ein Getriebeblock 20 oder ein Riemengetriebe, das zwischen einer mit einem Hydromotor verbundenen Zusatzeinrichtungen und einer anderen Zusatzeinrichtungen angeordnet ist.
Das hydraulische System umfaßt vorzugsweise – mechanisch, elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder durch eine Kombination eines/mehrerer dieser Verfahren zu betätigende – Steuer- und Einstellventile 21 für den Anschluß oder die Abtrennung oder den/die schrittweise(n) (allmähliche(n)) Anschluß oder Abtrennung von Hydromotoren, die zu verschiedenen Zusatzeinrichtungen gehören. Das Steuer- und Einstellsystem kann ebenfalls so gestaltet werden, daß ein Datenaustausch mit dem Steuercomputer des Fahrzeugs oder einer anderen Einstellvorrichtung für die Antriebsquelle erfolgt. Auf diese Weise können Hydromotoren während energieintensiver Fahrmanöver, z. B. der Beschleunigung im Zuge eines Überholvorgangs, abgetrennt, teilweise abgetrennt oder auf ein niedrigeres Niveau eingestellt werden. Alternativ dazu könnte die Antriebsquelle angewiesen werden, ihre Geschwindigkeit/Leistung auf Anforderung nachgeordneter Elemente, die wiederum in Abhängigkeit von zu erwartenden Vorkommnissen im System erfolgt, zu erhöhen. Auf diese Weise kann z. B. die Klimaanlage eine höhere Leistung der Antriebsquelle verlangen, wenn der Kühlmittelkompressor wirksam werden bzw. verstärkt wirksam werden muß.
Das oben beschriebene System ermöglicht weiterhin eine vollständige Integration von Hydropumpe, Hydromotoren, Lichtmaschine, Wasserpumpe, Kühlleitungen etc. in Form einer Integration in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Antriebsmotor. Auf diese Weise ist es möglich, ein kompaktes Zusatzeinrichtungspaket zu schaffen. Dies könnte nicht nur unter energetischen Gesichtspunkten, sondern auch im Hinblick auf geringeren Platzbedarf und Unfallsicherheit eine vorteilhafte Lösung darstellen. Falls gewünscht und falls die gewünschte Betriebsgeschwindigkeit dies gestattet, kann ein und derselbe Hydromotor mehrere Zusatzeinrichtungen antreiben, z. B. über eine gemeinsame Welle oder mittels einer geeigneten Form der Energieübertragung.
Der Druckbehälter 17 kann z. B. als Energiespeicher verwendet werden, auf den zurückgegriffen wird, wenn zusätzliche Energie benötigt wird, z. B. beim Anfahren, beim Überholen oder wenn das Fahrzeug über eine kleine Strecke bewegt werden soll, wofür ein Start der Antriebsquelle nicht erforderlich ist, z. B. zur geordneten Aufstellung innerhalb eines Gebäudes. Die gespeicherte Energie kann ebenfalls für Servolenkungsmechanismen oder zum Start der Antriebsquelle verwendet werden. Die Energiespeicherung im Druckbehälter 17 kann dann erfolgen, wenn ein Überangebot von Energie besteht, z. B. wenn das Fahrzeug einen Drehmomentüberschuß hat (Rückgewinnung von Bremsenergie) oder wenn die Antriebsquelle einen Drehmomentüberschuß oder ihren optimalen Wirkungsgrad erreicht hat.
Das oben beschriebene System ermöglicht weiterhin die Rückgewinnung der von den hydraulischen Elementen und Zusatzeinrichtungen ausgehenden Kühlwirkung und die Übertragung derselben zu den Teilen des Fahrzeugs und/oder seiner Antriebsquelle, wo sie genutzt werden kann. Ein Beispiel dafür ist die Integration mit dem Kühlsystem der Antriebsquelle, um schnell eine geeignete Betriebstemperatur zu erreichen und die Beheizung der Fahrerkabine/des Fahrgastraumes zu unterstützen.
Die Installation der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in 2 zeigt eine quer verlaufende Antriebsquelle 10, schräg von vorn gesehen und ausgestattet mit einem Getriebe 22. Eine integrierte Hydraulikeinheit 23, die Pumpe und hydraulisches System umfaßt, ist genau über dem Getriebe 22 angeordnet. Die Hydraulikeinheit 23 trägt wiederum eine Anzahl von Zusatzeinrichtungseinheiten 24, die jeweils einen Hydromotor 18 und zumindest eine Zusatzeinrichtung 19 umfassen können. Die hydrostatische Energieübertragung ermöglicht eine Anordnung der Zusatzeinrichtungen an vorteilhaften Positionen im Fahrzeug; sie können, z. B. über Kanäle, Röhrenleitungen oder Hochdruckschläuche, leicht angeschlossen werden. Weiterhin ist es möglich, in der Hydraulikeinheit 23, der Zusatzeinrichtungseinheit 24 und der Antriebsquelle gemeinsame Kühl/Heizleitungen zu haben.
Unter dem Gesichtspunkt der Unfallsicherheit kann die in Hydromotoren und Zusatzeinrichtungen gebundene Masse so angeordnet werden, wie es für den Fall eines Zusammenstoßes am vorteilhaftesten ist.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt; vielmehr sind im Rahmen der folgenden Ansprüche mehrere Varianten möglich. Beispielsweise muß das hydraulische System nicht mit einem Energievorratsbehälter ausgestattet sein. Weiterhin ist es möglich, den Betriebsdruck im hydraulischen System zur Anpassung der Bewegungsgeschwindigkeit der Elemente, die Teil des Getriebes sind, und damit zur Verminderung der Getriebegeräusche bei Betätigen der Gangschaltung eines Fahrzeuges zu nutzen.

Claims

Vorrichtung zum Antrieb von Zusatzeinrichtungen in einem mit einer Antriebsquelle (10) ausgestatteten Fahrzeug, wobei zu den Zusatzeinrichtungen (19) zum Beispiel eine Lichtmaschine zur Erzeugung elektrischen Stroms, ein Kühlmittelkompressor für die Klimaanlage des Fahrzeugs, eine Schmierölpumpe, eine Wasserpumpe und ein Lüfter für das Kühlsystem der Antriebsquelle, Servomechanismen zur Betätigung von Kupplung, Lenkung und Bremsen etc. zählen können, und wobei die Vorrichtung ein hydraulisches System (14) mit einer Pumpe (13) zur Unter-Druck-Setzung des hydraulischen Systems umfasst und in der Vorrichtung jede der Zusatzeinrichtungen (19) mit einem Hydro-Antriebsmotor (18) verbunden ist, wobei die Antriebsmotoren (18) der Zusatzeinrichtungen (19) mit Steuer- und Einstellmitteln (21) für den Anschluss und die vollständige oder teilweise Abtrennung der Zusatzeinrichtungen (19) in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme der Antriebsmotoren (18) ausgestattet sind, wobei der Geschwindigkeitsbereich für jede Zusatzeinrichtung (19) und ihren Antriebsmotor (18) spezifisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Einstellmittel (21) so gestaltet sind, dass sie zum Zweck der Anpassung der Leistung der Antriebsquelle (10) im Hinblick auf zu erwartende Änderungen in der Leistungsaufnahme der Zusatzeinrichtungen Daten mit einem Steuercomputer austauschen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (13) nach dem Prinzip der veränderlichen Verdrängung arbeitet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmotoren (18) der Zusatzeinrichtungen (19) nach dem Prinzip der konstanten Verdrängung oder der veränderlichen Verdrängung arbeiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische System (14) einen Druckbehälter (17) für die Speicherung hydraulischer Energie umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische System (14) zur Verteilung von Heiz- und Kühlenergie im Fahrzeug genutzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische System (14) Mittel zum Austausch von Wärmeenergie zwischen dem hydraulischen System und dem Kühlsystem der Antriebsquelle umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (13) und eine oder mehrere Zusatzeinrichtungen (19) zusammen mit dem zugehörigen Hydromotor (18) eine integrierte, an der Antriebsquelle (10) befindliche Einheit bilden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische System (14), die Zusatzeinrichtungen (19) und die Antriebsquelle (10) in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind.