DE19924499A1 - Antriebsvorrichtung für ein an einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angeordnetes Nebenaggregat, insbesondere für eine Wasserpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein an einer Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs angeordnetes Nebenaggregat (6), insbesondere für eine Wasserpumpe, mit einer elektrisch steuerbaren Kupplung (12) zwischen einem Abtrieb (2) der Brennkraftmaschine und einem Antrieb des Nebenaggregats (6). Die Erfindung sieht eine Kennfeldsteuereinrichtung (16) zur ständigen und direkten Ansteuerung der Kupplung (12) vor, mit Kennfeldern, in denen Kupplungsgrade der Kupplung (12) abhängig von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine (1), des Kraftfahrzeugs oder abhängig von Umgebungsparametern abgelegt sind, um gemäß dieser Kupplungsgrade elektrische Signale zur Steuerung der Kupplung (12) zu erzeugen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Antriebsvorrichtung für ein an einer Brennkraftmaschine angeordnetes Nebenaggregat eines Kraft­ fahrzeugs, insbesondere für eine Wasserpumpe, gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Eine solche Antriebsvorrichtung ist aus der gattungsbildenden DE 38 28 707 A1 bekannt. Als Kopplungselement zwischen der Brenn­ kraftmaschine und dem Nebenaggregat wird eine elektromagnetische Kupplung eingesetzt, welche zur Vermeidung von Störungen des Fahr­ komforts beim Hochtrieb des Nebenaggregats mit einem gesteuerten Gleichstrom beaufschlagt wird. Gemäß der bekannten Schrift ist der Kupplungsgrad der Kupplung umso größer, je höher der von einer Kupplungssteuereinrichtung ausgesteuerte Betätigungsstrom ist. Um ei­ nen ruckfreien Hochtrieb des Nebenaggregats zu erzielen, ist insbe­ sondere ein rampenförmiger Anstieg des Betätigungstromes der Kupplung vorgesehen. In einer Weiterbildung ist eine Regelung des Anstiegs des Betätigungsstromes der Kupplung in Abhängigkeit eines vorgegebenen Grenz-Drehzahlabfalls der Brennkraftmaschine wähernd der Hochtriebszeit des Nebenaggregats offenbart. Die Einflußnahme auf den Schlupf der Kupplung ist auf die Hochtriebszeit des Neben­ aggregats mit dem Ziel eines möglichst ruckfreien Hochtriebs be­ schränkt. Demgegenüber sind keine Maßnahmen vorgesehen, um für eine andauernde betriebszustandsabhängige Ansteuerung der Kupp­ lung auch nach dem Hochtrieb des Nebenaggregats zu sorgen.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu­ grunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch welche die Leistung des mittels der Kupplung mit der Brennkraftmaschine verbindbaren Nebenaggregats jederzeit und schnell an sich ändernde Betriebszustände der Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs oder an sich ändernde Umgebungsparameter an­ gepaßt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeich­ nenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung hat den Vorteil, daß durch die in den Kennfeldern abgelegten Kupplungsgrade eine direkte Ansteuerung der Kupplung erfolgen kann, ohne Umweg über eine zeit­ verzögernde Regelung. Wenn sich die Betriebszustände ändern, ist somit eine vorausschauende und gezielte Einflußnahme auf das Lei­ stungsverhalten des Nebenaggregats möglich, ohne daß erst eine Re­ aktion der durch das Nebenaggregat beeinflußten Parameter abge­ wartet werden muß. Da die Kennfeldsteuerung des Schlupfverhal­ tens der Kupplung ständig und z. B. gemäß der Zielvorgabe einer mög­ lichst geringen Leistungsaufnahme des Nebenaggregats erfolgt, kann ein unnötiger Betrieb des Nebenaggregats vermieden und somit der Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine reduziert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patent­ anspruch 1 angegebenen Antriebsvorrichtung möglich.

Eine besonders zu bevorzugende Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Nebenaggregat eine mechanische Wasserpumpe ist, welche Kühlmittel innerhalb eines Kühlmittelkreislaufs der Brennkraft­ maschine umwälzt. Hierbei sind die in den Kennfeldern abgelegten Kupplungsgrade der Kupplung in Abhängigkeit von Zielvorgaben er­ mittelt, welche z. B. keine oder eine sehr niedrige Pumpleistung der Wasserpumpe während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine beinhalten. Hierdurch wird in der Warmlaufphase der Brennkraftma­ schine, während der eine Umwälzung des Kühlmittels innerhalb des Kühlmittelkreislaufs nicht erforderlich ist, ein unnötiger Betrieb der Wasserpumpe vermieden, so daß hierdurch eine bedarfsgerechte Kühlung der Brennkraftmaschine gewährleistet ist. Aufgrund der an­ fänglich reduzierten Kühlleistung verkürzt sich die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine und der Schadstoffanteil im Abgas sinkt. Im weite­ ren ist der Platzbedarf einer solchen mechanischen Wasserpumpe mit Kupplung geringer als der einer elektrischen Wasserpumpe mit gleicher Leistung.

Alternativ oder zusätzlich können die Zielvorgaben, nach denen die in den Kennfeldern abgelegten Kupplungsgrade der Kupplung be­ stimmt sind, z. B. eine Soll-Temperatur des Kühlmittels beinhalten. Dies bedeutet, daß die Kupplungsgrade empirisch, rechnerisch oder durch Abschätzung so festlegbar sind, daß die Ist-Temparatur des Kühlmittels im Falle einer Änderung der Betriebszustände und/oder einer Änderung der Umgebungsparameter nicht wesentlich von der Soll-Temperatur abweicht. Ist z. B. in einem Kennfeld dem Brennkraftmaschinen- Betriebszustand "Vollast" ein Kupplungsschlupf von Null Prozent zu­ geordnet, d. h. die Kupplung ist bei Vollastbetrieb drehfest geschlossen, ist die Leistung der Wasserpumpe in Erwartung steigender Kühlmittel­ temperaturen maximal, obwohl ein Temperaturfühler im Kühlmittel­ kreislauf noch keine überhöhte Temperatur feststellen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine der Kennfeldsteuerung übergeordnete Regelung der Kühlmitteltempe­ ratur vorgesehen, welche bei andauernder Abweichung einer gemes­ senen Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur anstelle der Kennfeld­ steuerung die Kupplung solange ansteuert, bis die Ist-Temperatur des Kühlmittels gleich der Soll-Temperatur ist. Durch diese übergeordnete Sicherheitsebene kann eine Überhitzung der Brennkraftmaschine ver­ mieden werden, wenn Betriebszustände eintreten, welche von der Kennfeldsteuerung nicht vorgesehen sind.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Kupplung eine elektromagne­ tische Kupplung, welche unbestromt eine Drehschluß-Stellung ein­ nimmt und bestromt schlupft. Eine solche elektromagnetische Kupplung kann räumlich klein ausgebildet werden und sie gerät bei Ausfall der Stromversorgung in Drehschluß, so daß bei Störungen die Funktion ei­ ner durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Wasser- oder Ölpum­ pe vollständig erhalten bleibt.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Antriebsvor­ richtung für eine Wasserpumpe als Teil eines herkömmlichen Kühlmit­ telkreislaufs einer Brennkraftmaschine.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Wie in der Figur gezeigt ist, weist eine Brennkraftmaschine 1 ei­ nes Kraftfahrzeugs einen Abtrieb auf, z. B. eine Kurbelwelle 2, durch welche über einen Keilriementrieb 4 ein Nebenaggregat der Brenn­ kraftmaschine 1 antreibbar ist, welches beispielsweise eine Wasser­ pumpe 6 in Form einer üblichen Radialpumpe ist. Die Wasserpumpe 6 dient in bekannter Weise zum Umwälzen von Kühlmittel, vorzugsweise von Wasser, innerhalb eines Kühlmittelkreislaufes 8 der Brennkraftma­ schine 1. Um die von der Brennkraftmaschine 1 auf das Kühlmittel übertragene Wärme abzuführen, ist ein vom Kühlmittel durchflossener Kühler 10 vorgesehen.

Dem Keilriementrieb 4 und der Wasserpumpe 6 ist eine elek­ trisch steuerbare Kupplung, vorzugsweise eine elektromagnetische Kupplung 12, zwischengeordnet, durch welche die von der Kurbelwelle 2 über den Keilriementrieb 4 abgezweigte Antriebsleistung auf die Wasserpumpe 6 schaltbar ist. Die elektromagnetische Kupplung 12 nimmt unbestromt eine Drehschluß-Stellung ein, d. h. der Kupplungs­ grad beträgt in diesem Fall 100 Prozent. Abhängig von der Höhe des Erregerstroms ergeben sich Kupplungsgrade von kleiner als 100 Pro­ zent bis 0 Prozent.

Die elektromagnetische Kupplung 12 ist über eine elektrische Steuerleitung 14 mit einer elektronischen Kennfeldsteuereinrichtung 16 verbunden, welche in die elektronische Motorsteuerung integriert sein kann. In Kennfeldern eines Kennfeldspeichers 18 der Kennfeldsteuer­ einrichtung 16 sind Kupplungsgrade der Kupplung 12 abhängig von Daten über Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1, des Kraftfahr­ zeugs oder von Daten über Umgebungsparameter abgelegt, welche der Kennfeldsteuereinrichtung 16 über Leitungen 20 zuführbar sind. Als Daten über die Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1 kom­ men unter anderem z. B. die Öltemperatur, die Kühlmitteltemperatur, die Abgastemperatur, die Stellung des Thermostaten, der Drosselklap­ penwinkel, der Luftmassendurchsatz, die Drehzahl, die Last, die Tem­ paratur an kritischen Bauteilen, z. B. die Stegtemperatur zwischen den Zylindern, der eingelegte Gang oder die Information, ob eine Abgas­ rückführung oder eine Zylinderabschaltung stattfindet, in Frage. Die Daten über die Betriebszustände des Kraftfahrzeugs umfassen bei­ spielsweise die Fahrgeschwindigkeit, die im Fahrzeuginnenraum ein­ gestellte Temperatur, den Betrieb der Heizungs- oder der Klimaanlage. Typische Umgebungsparameter sind z. B. die Außentemperatur, der Luftdruck oder die Luftfeuchtigkeit.

Den von den Betriebszuständen und Umgebungsparametern abgeleiteten Daten werden mittels der Kennfelder Kupplungsgrade zu­ geordnet, wobei diese in Abhängigkeit bestimmter Zielvorgaben empi­ risch, rechnerisch oder durch Schätzung ermittelbar sind. Eine solche Zielvorgabe kann z. B. darin bestehen, daß keine oder eine sehr niedri­ ge Pumpleistung der Wasserpumpe 6 während einer Aufwärmphase der Brennkraftmaschine 1 vorhanden sein soll, um einen unnötigen Betrieb der Wasserpumpe 6 und den damit verbundenen höheren Brennstoffverbrauch zu vermeiden. Demgemäß ist dann im entspre­ chenden Kennfeld einer niedrigen Kühlmitteltemperatur ein kleiner Kupplungsgrad oder der Kupplungsgrad Null Prozent zugeordnet. Al­ ternativ oder zusätzlich können die in den Kennfeldern abgelegten Kupplungsgrade gemäß einer gewünschten Soll-Temperatur des Kühlmittels bestimmt werden. Dann kann z. B. in vorausschauender Weise bei Vollast mittels der Kennfeldsteuerung ein Drehschluß der Kupplung 12 (Kupplungsgrad 100 Prozent) herbeigeführt werden, um ein erwartetes Ansteigen der Ist-Temperatur des Kühlmittels über die Soll-Temperatur hinaus zu vermeiden. Vorzugsweise gehen die Be­ triebszustände Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine 1 als Ein­ gangsgrößen in die Kennfeldsteuereinrichtung 16 der elektromagneti­ schen Kupplung 12 ein. Da die Betriebszustände der Brennkraftma­ schine 1 und des Kraftfahrzeugs von fahrzeug- und brennkraftmaschi­ nen-spezifischen Daten beeinflußt werden, sind diese ebenfalls in den Kennfeldern berücksichtigt.

Auf der Basis der in den Kennfeldern abgelegten und den Be­ triebszuständen und Umgebungsparametern zugeordneten Kupp­ lungsgrade werden von der elektronischen Kennfeldsteuereinrichtung 16 elektrische Signale erzeugt, welche über die Steuerleitung 14 die Kupplung 12 ansteuern. Um Kupplungsverschleiß durch ständigen Be­ trieb der Kupplung 12 mit einem Kupplungsgrad unter 100 Prozent zu vermeiden, wird sie getaktet angesteuert, z. B. durch einen getakteten Strom, durch welchen die Kupplung 12 beispielsweise zu periodisch sich wiederholenden Zeiten eingeschaltet und wieder abgeschaltet wird. Möglich ist auch eine nicht-periodische Folge von Einzelbestrom­ ungen gleicher oder unterschiedlicher Zeitdauer.

Die beschriebene Kennfeldsteuerung ist während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 andauernd in Kraft und schaltet die Kupp­ lung 12 direkt, so daß durch die in den Kennfeldern enthaltene voraus­ schauende Steuerung der Wasserpumpe 6 eine bedarfsgerechte Kühlung der Brennkraftmaschine 1 gewährleistet ist.

Da der Aufwand, der sich aus einer Berücksichtigung sämtlicher Betriebszustände und Umgebungsparameter sowie deren Kombinatio­ nen untereinander ergäbe, zu hoch ist, werden in der Praxis nur die wesentlichen Betriebszustände und Umgebungsparameter als Ein­ gangsgrößen für die Kennfeldsteuerung berücksichtigt. Unter ungün­ stiger Konstellation von bei der Kennfeldsteuerung berücksichtigten und unberücksichtigten Betriebszuständen und Umgebungsparame­ tern kann daher der Fall eintreten, daß die Kühlmitteltemperatur in kri­ tische Bereiche ansteigt. Deshalb ist eine der Kennfeldsteuerung über­ geordnete Regelung der Kühlmitteltemperatur vorgesehen, welche bei andauernder Abweichung einer gemessenen Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur anstelle der Kennfeldsteuerung die Kupplung 12 so­ lange ansteuert, bis die Ist-Temperatur des Kühlmittels gleich der Soll- Temperatur ist. Zum Erfassen der Ist-Temperatur ist im Kühlmittel­ kreislauf deshalb ein Temperaturfühler vorhanden.

Die kennfeldgesteuerte Kupplung 12 gemäß der Erfindung ist nicht auf eine Weiterschaltung von Antriebsleistung auf Wasserpum­ pen 6 beschränkt, vielmehr kann sie für jegliche Art von Nebenaggre­ gat verwendet werden, so z. B. auch für Ölpumpen.

Claims (9)

1. Antriebsvorrichtung für ein an einer Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs angeordnetes Nebenaggregat (6), insbesondere für eine Wasserpumpe, mit einer elektrisch steuerbaren Kupplung (12) zwi­ schen einem Abtrieb (2) der Brennkraftmaschine und einem Antrieb des Nebenaggregats (6), dadurch gekennzeichnet, daß eine Kennfeld­ steuereinrichtung (16) zur ständigen und direkten Ansteuerung der Kupplung (12) vorgesehen ist, mit Kennfeldern, in denen Kupplungs­ grade der Kupplung (12) abhängig von Betriebszuständen der Brenn­ kraftmaschine (1), des Kraftfahrzeugs oder abhängig von Umgebungs­ parametern abgelegt sind, um gemäß dieser Kupplungsgrade elektri­ sche Signale zur Steuerung der Kupplung (12) zu erzeugen.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Speicherung der Kennfelder in einem Kennfeldspeicher (18) der Kenn­ feldsteuereinrichtung (16).

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kennfeldern abgelegten Kupplungsgrade der Kupplung (12) in Abhängigkeit von Zielvorgaben empirisch, rechnerisch oder durch Schätzung ermittelbar sind.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielvorgaben keine oder eine sehr niedrige Pumpleistung der Was­ serpumpe (6) während einer Aufwärmphase der Brennkraftmaschine (1) beinhalten.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zielvorgaben eine Soll-Temperatur des Kühl­ mittels beinhalten.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Kennfeldsteuerung übergeordnete Regelung der Kühlmittel­ temperatur vorgesehen ist, welche bei andauernder Abweichung einer gemessenen Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur anstelle der Kennfeldsteuerung die Kupplung (12) solange ansteuert, bis die Ist- Temperatur des Kühlmittels gleich der Soll-Temperatur ist.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine elektromagnetische Kupplung (12) ist, welche unbestromt eine Drehschluß-Stellung ein­ nimmt und bestromt schlupft oder öffnet.

8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale zur Ansteuerung der Kupplung (12) einen ge­ takteten Strom beinhalten.

9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Betriebszustände der Brennkraftma­ schine (1) vorzugsweise deren Drehzahl und Last beinhalten.