DE19846029A1

DE19846029A1 - Hilfsaggregatsystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19846029A1
Application number: DE1998146029
Authority: DE
Inventors: Franz Prexler; Wolfgang Kil; David Sabanes Bove
Original assignee: HEYNAU ANTRIEBSTECHNIK GmbH
Current assignee: HEYNAU ANTRIEBSTECHNIK GmbH
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2000-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein in einem Kraftfahrzeug angeordnetes Hilfsaggregat-System (1), bestehend aus einer stufenlos regelbaren Getriebeanordnung (2), zumindest einem Hilfsaggregat (3) und einer Steuer- oder Regeleinheit (4), wobei je nach Funktion des Hilfsaggregats die Getriebeanordnung an der Eingangswelle (5) oder an der Ausgangswelle (6) des Hilfsaggregats (3) angeordnet ist und die Leistung des Hilfsaggregats durch entsprechende Steuerung oder Regelung der Getriebeanordnung in einem vorgegebenen Bereich veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der in einem Kraftfahr zeug angeordneten Hilfsaggregate. Solche Hilfsaggregate er füllen teilweise betriebswichtige Funktionen, teilweise Zu satzfunktionen, mit dem Ziel, die Leistungsfähigkeit des Kraftfahrzeugmotors zu erhöhen. Die Energie für das Betrei ben derartiger Hilfsaggregate wird entweder durch die Bat terie, von der Kurbelwelle des Motors oder durch die Abgase des Motors bereitgestellt. Bei unterschiedlichen Betriebs zuständen des Motors oder der Umgebungstemperatur ist es wünschenswert, die Leistung des Hilfsaggregats zu verän dern, um den jeweiligen Anforderungen gerecht zu werden.

Bekannt ist die Möglichkeit der Steuerung des Ladedrucks bei einem Turboabgaslader. Eine solche Steuerung sieht vor, die Liefermenge des Laders an den Motor durch Betätigen ei nes Steuerventils zu variieren. Dabei wird bei geringerem Bedarf die komprimierte Luft abgeführt und bei höherem Be darf die gesamte Ladeluft dem Motor zugeführt. Diese Mög lichkeit der Steuerung ist naturgemäß sehr begrenzt und be hebt beispielsweise nicht das Problem, daß unterhalb einer bestimmten Drehzahl des Motors keine Zuführung von Ladeluft erfolgt, da der Lader wegen der zu geringen Drehzahl nur einen unzureichenden Ladedruck erzeugt.

Bei einem weiteren Hilfsaggregat, der Lichtmaschine oder dem Generator, besteht ebenfalls das Problem der Abhängig keit von der Drehzahl des Motors. Sinkt die Drehzahl des Motors und sind gleichzeitig mehrere Verbraucher angeschal tet, so werden diese Verbraucher durch die niedrige Dreh zahl und somit verringerter Leistungsabgabe des Generators nur unzureichend mit Strom versorgt. Eine Erhöhung der Drehzahl des Motors würde dieses Problem beseitigen, ist jedoch oft aufgrund anderer Kriterien nicht möglich, bei spielsweise bei Langsamfahrten im Stadtverkehr oder im Stau.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hilfsaggregatsystem zu schaffen, das es ermöglicht, die Leistung der Hilfsaggregate optimal dem jeweiligen Anforde rungsprofil anzupassen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hilfsaggregatsystem, das aus einer regelbaren Getriebeanordnung, dem Hilfsaggre gat und einem Steuer- oder Regelkreis besteht, wobei je nach Funktion des Hilfsaggregats die Getriebeanordnung an der Eingangswelle oder an der Ausgangswelle des Hilfsaggre gats angeordnet ist und die Leistung des Hilfsaggregates durch entsprechende Steuerung oder Regelung der Getriebean ordnung in einem vorgegebenen Bereich veränderbar ist.

Durch die Kombination des Hilfsaggregats mit einer Getrie beanordnung kann, wenn es sich bei dem Hilfsaggregat bei spielsweise um einen von der Kurbelwelle angetriebene Lader oder Kompressor handelt, die Eingangsdrehzahl in dem Hilfsaggregat durch entsprechende Ansteuerung des Getriebes erhöht werden, so daß der Lader Leistung bereits in einem Motorendrehzahlbereich liefert, in dem üblicherweise kein Laderbetrieb möglich ist. So kann beispielsweise die Ge triebeanordnung so ausgelegt sein, daß bereits bei einer Motor-Drehzahl von 1000 u/min, also nur wenig oberhalb der Leerlaufdrehzahl, Ladedruck bereitgestellt wird, der die Leistung des Motors schon in diesem Drehzahlbereich erheb lich verbessert. Darüberhinaus kann das Getriebe so gere gelt werden, daß der Ladedruck bestimmten Betriebsverläufen des Motors angepaßt ist, z. B. dergestalt, daß ein möglich konstantes Drehmoment erzeugt wird.

Ein vergleichbarer Effekt wird durch die Kombination Ge triebeanordnung-Generator erzeugt. Der Vorteil des Vor schaltens einer Getriebeanordnung besteht darin, daß die Eingangsdrehzahl in dem Generator erhöht werden kann, so daß der Generator auch bei geringer Drehzahl des Motors und bei hoher Belastung, die durch Zuschaltung mehrerer Ver braucher mit hohem Stromverbrauch hervorgerufen wird, eine optimale Leistung erbringt.

Wenn es sich bei dem Hilfsaggregat um ein Pumpenaggregat handelt, so kann ein vorgeschaltetes Getriebe die Pumpen drehzahl erhöhen, wenn z. B. bei der Ölpumpe bei sommerli cher Hitze und Stop-and-Go-Verkehr die Motortemperatur er höht ist, aber aufgrund der geringen Pumpendrehzahl der Transport des Öls und somit auch die Wärmeabfuhr nur unzu reichend erfolgt. Gleiches trifft für die Wasserpumpe zu, die bei derartigen Betriebsbedingungen mit erhöhter Dreh zahl arbeiten sollte. Sind die Umgebungstemperaturen jedoch niedrig, so kann es erforderlich sein, den Wärmetransport aus dem Motor zu verlangsamen, um das Gesamtsystem mög lichst nahe an den idealen Betriebstemperaturen zu erhal ten.

Auch bei einem Anlasser ist es sinnvoll, diesen mit einer Getriebeanordnung zu kombinieren. In diesem Fall jedoch wird die Getriebeanordnung an die Ausgangswelle angeschlos sen. Hier ist insbesondere daran gedacht, die Energieauf nahme durch den Anlasser zu reduzieren, um auch bei schwa cher Batterie noch einen Start des Motors zu ermöglichen.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Getriebeanordnung ein stufenlos regelbares Getriebe ist. In diesem Fall kann über den Steuerkreis der gewünschte Betriebszustand des Aggre gats exakt eingeregelt werden. Von besonderer Brauchbarkeit hat sich ein Traktionsgetriebe in Form eines Kugelgetriebes oder eines Reibring-Getriebes erwiesen, das bei hinreichend großem Stellbereich hinsichtlich Laufruhe und Wirkungsgrad, aber insbesondere hinsichtlich der Steuerbarkeit besonders gute Ergebnisse zeigt. Das gute Ansprechverhalten bei der Änderung des Übersetzungsverhältnisses macht solche Getrie be, auch wegen der geringen Bauhöhe und Wartungsfreiheit über ihre Lebensdauer, außerordentlich geeignet.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestal tungen der Erfindung dargestellt. Die Erfindung wird nach folgend anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbei spiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebssy stems in einem Kraftfahrzeug mit Motor und Hilfsaggregatsystem,

Fig. 2 eine Darstellung eines Antriebssystems gemäß Fig. 1 mit Batterie als Kraftquelle für den Hilfsaggregat,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Regelkreises für die vorliegende Erfindung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Getriebean ordnung gemäß Erfindung mit einem Kugelgetriebe als Traktionsgetriebe,

Fig. 5 eine Darstellung einer Getriebeanordnung in Per spektive bei der als Traktionsgetriebe ein Rei bringgetriebe Verwendung findet,

Fig. 6 ein Planetengetriebe, das Bestandteil des Plane tenüberlagerungsgetriebes ist, wobei die Haupt leistung über die Hauptwelle dem Sonnenrad zuge führt wird,

Fig. 7 ein Planetengetriebe entsprechend demjenigen n Fig. 6, wobei die Hauptleistung dem Hohlrad zu geführt wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Antriebs in einem Kraftfahrzeug. Ein Motor ist über eine Kraftübertra gungseinrichtung mit einem Hilfsaggregatsystem 1 verbunden. Das Hilfsaggregatsystem 1 weist eine Getriebeanordnung 2 und das eigentliche Hilfsaggregat 3 auf. Bei dem Hilfsag gregat 3 kann es sich um einen Lader oder Kompressor, einen Generator oder ein Pumpenaggregat handeln. Das Hilfsaggre gat liefert seine Leistung an den Motor, um z. B. die Be triebsparameter des Motors zu beeinflussen.

Fig. 2 zeigt eine Anwendung der Erfindung im Fall eines Anlassers. Das Anlasseraggregat 3 steht elektrisch mit der Batterie in Verbindung. Der Anlasser 3 liefert in die Ge triebeanordnung 2 ein Drehmoment, daß in der Getriebeanord nung verändert wird, so daß an dem Motor ein entsprechend verändertes Drehmoment wirkt.

Fig. 3 zeigt die Darstellung aus Fig. 1, jedoch um eine Reglereinheit 4 nebst Regelkreis ergänzt.

Der Motor treibt über eine Kraftübertragung, beispielsweise ein Riementrieb 2', die stufenlose regelbare Getriebeanord nung 2 an. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Hilfsag gregat 3 ein Lader oder Kompressor, dessen Eingangswelle 5 an die Ausgangswelle 12 der Getriebeanordnung 2 angeschlos sen ist. Der Lader liefert einen komprimierten Luftstrom, der als Regelgröße den Ladedruck als Istwert zur Verfügung stellt. Die Istwertleitung steht mit dem Regler 4' in Ver bindung. In dem Regler ist der Sollwert aufgrund der Dreh zahl des Motors vorgegeben oder er kann manuell justiert sein. Die Motordrehzahl N_ist wird von einem Sensor an einen Vergleicher 4'' geliefert. Im Vergleicher 4'' wird die Ist drehzahl mit der Solldrehzahl N_soll verglichen und ein Dif ferenzsignal an den Regler 4' geliefert. Aus dem Drehzahl differenz-Signal und dem Ladedruckdifferenz-Signal errech net der Regler 4' die Stellgröße, d. h. im vorliegenden Fall das Übersetzungsverhältnis für das stufenlos regelbare Ge triebe 2.

Fig. 4 zeigt eine Getriebeanordnung 2, in der als Trakti onsgetriebe 7 ein Kugelgetriebe 8 Verwendung findet. An der Eingangswelle 11 des Traktionsgetriebes ist ein einstufiges Stirnradgetriebe vorgeschaltet, ebenso ist ein einstufiges Stirnradgetriebe der Ausgangswelle 12 nachgeschaltet. Der Stellbereich dieses Getriebes beträgt bei diesem Ausfüh rungsbeispiel 1 : 6, oder einen entsprechend geänderten Be reich z. B. 1 : 9 oder liegt in einer vergleichbaren Größen ordnung.

Die in Fig. 5 dargestellte Getriebeanordnung 2 weist ein Überlagerungsgetriebe 14 auf. Bei dem Überlagerungsgetriebe findet ein Planetenüberlagerungsgetriebe 15 Verwendung, wo bei in der dargestellten Ausführungsform die Hauptwelle 16 die Hauptleistung an das Sonnenrad des Planetengetriebes 15 abgibt. Von der Hauptwelle 16 wird ein vorbestimmter Lei stungs-Betrag an einer Leistungsabzweigung 17 abgezweigt und der Eingangswelle 11 eines als Reibringgetriebe 9 aus gebildeten Traktionsgetriebe zugeführt. Die Ausgangswelle 12 gibt die Leistung an einen Planetenradträger und somit an die Planetenräder ab.

Fig. 6 zeigt eine schematische Teildarstellung des Plane tengetriebes aus dem Überlagerungsgetriebe. Dieses Ausfüh rungsbeispiel eines Planetengetriebes ist mit der Bezugs ziffer 15' gekennzeichnet. Die Hauptleistung, beispielswei se konstant 3000 U/min, werden über die Hauptwelle 16 dem Sonnenrad 19 zugeführt. Die abgezweigte und durch das Trak tionsgetriebe variierte Leistung, in der Zeichnung als N_Regel benannt, wird bei dieser Ausführungsform dem Hohlrad 18 zugeführt. Diesem Ausführungsbeispiel liegt ein Stellbe reich R von 1 : 9 zugrunde.

In Fig. 7 ist ein Planetengetriebe entsprechend demjeni gen in Fig. 6 gezeigt, wobei jedoch die Hauptleistung des Überlagerungsgetriebes in diesem Fall nicht dem Sonnenrad sondern dem Hohlrad zugeführt wird. Die variable Regellei stung wird demgegenüber dem Sonnenrad zugeführt.

Zusammenfassung der Erfindung.

Muß ein Motor eines Kfz abhängig von äußeren Einflüssen, z. B. Straßen- und Verkehrsverhältnissen, Außentemperaturen etc., unterschiedliche Leistungen erbringen, so gilt dies auch für die Hilfsaggregate. Diese sind in der Regel mit dem Motor starr verbunden und können daher nicht individu ell auf die an sie gerichtete Leistungsanforderungen rea gieren. Die Erfindung schafft hier Abhilfe, da es durch die Steuer- und Regelfähigkeit der Getriebeanordnung möglich geworden ist, weitgehend unabhängig vom Betriebszustand des Motors die Leistung der Hilfsaggregate zu variieren und so mit auf die besonderen Leistungsanforderungen zu reagieren.

Zunächst wird auf das Hilfsaggregat Kompressor oder Lader eingegangen. Bei den hier in Rede stehenden Laderaggregaten handelt es sich um solche, die über einen Keilriementrieb oder ähnliches direkt vom Motor angetrieben werden. Allge mein ist es unerwünscht, daß ein Lader seine Leistung be reits unmittelbar beim Anfahren oder beim Überschreiten ei ner etwas über der Leerlaufdrehzahl liegenden Drehzahl ent faltet. Ein Lader oder Kompressor hatte erst ab einem Dreh zahlbereich oberhalb 2000 Umdrehungen des Motors einzu schalten. Liegt eine starre Kopplung vor, so erhöht sich die Drehzahl des Laders proportional zur Erhöhung der Dreh zahl des Motors. Es kann jedoch Fahrsituationen geben, bei denen es wünschenswert ist, bereits in unteren Drehzahlbe reichen eine Leistungssteigerung des Motors bereitzustel len. Das Abrufen einer derartigen Leistungssteigerung könn te durch eine kick-down-Aktion am Gaspedal hervorgerufen werden, wodurch ein entsprechendes Signal an die Regler- und Steuereinheit abgegeben wird. Der Regler verändert so dann das Übersetzungsverhältnis der Getriebeanordnung des Laders, so daß dieser eine hohe Drehzahl erfährt und be reits einen Ladedruck an den Motor liefert, wenn dieser sich noch in einem Drehzahlbereich bewegt, in welchem übli cherweise eine Kompressorleistung nicht zur Verfügung steht.

Aber auch die Bestrebungen, einen Verbrennungsmotor mög lichst mit konstanter Drehzahl zu betreiben, um die am we nigsten effizienten und daher kraftstoffverschwendende Drehzahlbereiche zu vermeiden, ist es notwendig, die Hilfsaggregate stets so zu betreiben, daß sie zu jeder vor gebenenen Zeit ihre optimale Leistung erbringen. Dies sei am Beispiel eines Generators erläutert. Die Leistungsanfor derung an einen Generator ist unabhängig von seiner Dreh zahl bzw. von der Drehzahl des Motors, mit dem der Genera tor in der Regel über einen Riementrieb verbunden ist. Läuft der Motor beispielsweise im Leerlauf mit relativ niedriger Drehzahl, und sind gleichzeitig mehrere viel Strom verzehrende Verbraucher angeschaltet, so muß der Ge nerator a priori in seinem Leistungsspektrum so ausgelegt sein, daß er auch bei niedriger Drehzahl diesen Leistungs anforderungen zumindest in einem bestimmten Mindestmaß ge recht wird. Dies führt jedoch dazu, daß bei normaler Dreh zahl, die dann auch im optimalen Arbeitsbereich eines Gene rators liegen kann, eine überproportionalen Stromerzeugung Kapazität, die durch die zu große Leistungsdimensionierung der Maschine hervorgerufen wird, vorhanden ist. Dieses Pro blem kann dadurch behoben werden, daß ein geringer bemesse ner Generator in seinem Funktionsverhalten über das ihm vorgeschaltete Getriebe stets in der optimalen Drehzahl ge fahren wird. Dadurch ist es möglich, jeweils auf das Zu schalten weiterer Stromverbraucher durch eine Erhöhung der Drehzahl des Generators zu reagieren, ohne daß die Drehzahl des Motors erhöht wird.

Claims

1. In einem Kraftfahrzeug angeordnetes Hilfsaggregat- System (1), bestehend aus einer stufenlos regelbaren Ge triebeanordnung (2), zumindest einem Hilfsaggregat (3) und einer Steuer- oder Regeleinheit (4), wobei je nach Funktion des Hilfsaggregats die Getriebeanordnung an der Eingangs welle (5) oder an der Ausgangswelle (6) des Hilfsaggregats (3) angeordnet ist und die Leistung des Hilfsaggregats durch entsprechende Steuerung oder Regelung der Getriebean ordnung in einem vorgegeben Bereich veränderbar ist.

2. Hilfsaggregat-System nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Getriebeanordnung (2) ein Traktionsge triebe (7) aufweist.

3. Hilfsaggregat-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Traktionsgetriebe ein Kugelgetriebe (8) ist.

4. Hilfsaggregat-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Traktionsgetriebe ein Reibring getriebe (9) ist.

5. Hilfsaggregat-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeanordnung (2) ein Stirn- und/oder ein Kegelradgetriebe (10) aufweist.

6. Hilfsaggregat-System nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß jeweils am Eingang (11) und am Ausgang (12) des stufenlos regelbaren Getriebes ein Stirnradgetriebe (13) angeordnet ist.

7. Hilfsaggregat-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeanordnung ein Überlagerungsgetriebe (14) aufweist.

8. Hilfsaggregat-System nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe in der Getriebean ordnung ein Planetenüberlagerungsgetriebe (15) aufweist.

9. Hilfsaggregat-System nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hauptwelle (16) der Getriebeanordnung eine Leistungsabzweigung (17) zur Ein gangswelle des Traktionsgetriebes angeordnet ist.

10. Hilfsaggregat-System nach Anspruch 9, dadurch, gekenn zeichnet, daß die abgezweigte Leistung nach dem Durchgang durch das Traktionsgetriebe das Hohlrad (18) eines Plane tengetriebes beaufschlagt.

11. Hilfsaggregat-System nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die abgezweigte Leistung nach dem Durchgang durch das Regelgetriebe das Sonnenrad (19) eines Planeten getriebes beaufschlagt.

12. Hilfsaggregat-System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsaggregat ein Lader oder ein Kompressor (20) ist, dem die Getriebeanordnung vorgeschaltet ist.

13. Hilfsaggregat-System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsaggregat ein Gene rator (21) ist, dem die Getriebeanordnung vorgeschaltet ist.

14. Hilfsaggregat-System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsaggregat ein Pum penaggregat (22) ist, dem die Getriebeanordnung vorgeschal tet ist.

15. Hilfsaggregat-System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsaggregat ein An lasser (23) ist, dem die Getriebeanordnung nachgeschaltet ist.

16. Hilfsaggregat-System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsaggregat ein Star tergenerator (21) ist, dem die Getriebeanordnung nachge schaltet ist.