DE19960894A1

DE19960894A1 - Hydrostatischer Antrieb von Aggregaten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19960894A1
Application number: DE1999160894
Authority: DE
Inventors: Robert Preisach; Karl Mayr
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2001-07-05

Abstract

Es wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine Druckmittelquelle (2) eine Lenkhilfe (7) und mindestens ein Aggregat mit hydrostatischem Antrieb (5) einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges mit einem Druckmittel beliefert. Jedes Aggregat, hier ein Lüfter (5), verfügt über einen eigenen Hydromotor (13). Lenkhilfe und Lüfter sind in Reihenschaltung angeordnet. Die Druckmittelquelle (2) versorgt erst alle an sie angeschlossene Aggregate mit hydrostatischem Antrieb (5) mit dem Druckmittel (3), bevor die Lenkhilfe (7) von diesem durchsetzt wird. Die Druckmittelquelle (2), die eine Lenkhilfepumpe ist, versorgt die Lenkhilfe (7) gegenüber dem Lüfter (5) vorrangig. Die Reihenschaltung der Vorrichtung zeichnet sich durch Gewichtsreduzierung und hohe Wirtschaftlichkeit aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art.

Im Fahrzeugbau ist bekannt, um die nötige Lenkkraft für Lenkbewegungen von einen Fahrzeuglenker zu reduzieren, die Lenkung mit Hilfe von hydraulischen Elementen (Lenkhilfe) zu unterstützen. Hierfür fördert eine Druckmittelquelle ein Druckmittel, welches gemäß der DE 36 11 361 A1 neben der Lenkung durch Parallelverrohrung noch weitere Aggregate mit hydrostatischem Antrieb mit Druckmittel versorgt. Durch die parallele Anordnung wird der Lenkhilfe eine Vorrangschaltung gewährt.

In anderen Ausführungsbeispielen, wie in der DE 352 97 343 A1 dargestellt, kommen auch mehrere Druckmittelquellen zum Einsatz. Hierbei versorgt eine Druckmittelquelle die Lenkhilfe, während die andere Druckmittelquelle weitere Verbraucher versorgt. Durch die getrennte Druckmittelversorgung erhält die Lenkhilfe ebenfalls eine Vorrangschaltung.

Nachteilig bei diesen Lösungsvarianten ist der erhöhte Verrohrungsaufwand für die Parallelverrohrung von Lenkhilfe und Aggregaten sowie der Einsatz einer weiteren Druckmittelquelle - eventuell mit eigenem Antrieb -, was zu höherem Gewicht und damit erhöhtem Kraftstoffverbrauch, sowie höheren Kosten führt.

Aufgabe ist es eine Schaltungsanordnung für Fluide aufzuzeigen, die bei geringstem Verrohrungsaufwand gleichzeitig leicht ist.

Unter Fluid werden alle flüssigen oder gasförmigen Medien verstanden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Positiv wirkt sich die Reihenschaltung von zumindest einem Aggregat, hier ein Lüfter mit Hydromotor, und einer Lenkhilfe aus, da dies den geringsten Verrohrungsaufwand und damit Kosten und Gewicht spart. Die Vorrangschaltung für die Lenkhilfe ist durch die Reihenanordnung nur über die Dimensionierung der Druckmittelquelle einfach realisierbar, da der Ölbedarf der Lenkhilfe im Vergleich zum Ölbedarf der Hydromotoren klein ist.

Vorteilhaft nach Anspruch 2 ist die Verwendung einer bereits vorhandenen Lenkhilfepumpe, sodass keine zusätzliche Druckmittelquelle zur Versorgung weiterer Aggregate notwendig ist.

Vorteilhaft nach Anspruch 3 ist, dass die Druckmittelfördermenge dem tatsächlichen Bedarf an Druckmittel angepasst ist.

Gemäß Anspruch 5 ist eine einfache Drehzahlregelung des Hydromotors möglich. Vorzugsweise kommt ein Druckbegrenzungs-Proportionalventil mit offener Nullstellung zum Einsatz, sodass nur bei Leistungsanforderung für das Aggregat eine Ansteuerung des Druckbegrenzungs-Proportionalventils notwendig ist.

Vorteilhaft nach Anspruch 6 ist, dass das zusätzliche Druckbegrenzungsventil bei Überschreitung eines fixen oder einstellbaren Schaltdrucks in Strömungsrichtung vor dem Hydromotor, unabhängig vom Druck des Druckmittels der durch die Lenkhilfe angestaut wird, den Bypass öffnet, sodass kein unzulässig hoher Druck vor dem Hydromotor anliegt.

Vorteilhaft nach Anspruch 7 ist, dass das zusätzliche Druckschaltventil bei Überschreitung eines fixen oder einstellbaren Schaltdrucks in Strömungsrichtung vor dem Hydromotor, unabhängig vom Druck des Druckmittels der durch die Lenkhilfe angestaut wird, die Drainageleitung des Druckbegrenzungs- Proportionalventils vom Druckmittelaustritt des Hydromotors trennt und mit der Drainageleitung des Hydromotors verbindet, sodass kein unzulässig hoher Druck vor dem Hydromotor anliegt.

Nach Anspruch 8 ist eine weitere Gewichtseinsparung realisiert.

Nach Anspruch 10 wirkt sich positiv aus, dass die Ansteuerung des Druckbegrenzungs-Proportionalventils nicht nur von einem Parameter wie beispielsweise der Temperatur abhängig ist, sondern dass ein Steuergerät die Verrechnung mehrerer Parameter zur Drehzahlregelung des Hydromotors gestattet.

Vorteilhaft nach Anspruch 11 ist die Möglichkeit einer Kennfeldregelung über das Steuergerät ist. Kennfeldregelung bedeutet, dass in einem Speicher feste Kennwerte zur Regelung in Abhängigkeit von motorischen Bedingungen abgelegt sind, die vom Steuergerät je nach Motorbetriebszustand zur Funktionsregelung ausgelesen werden. Neben dem wichtigsten Parameter, der Motortemperatur, wird mindestens eine weitere Hilfsgröße zur Ansteuerung des Druckbegrenzungs- Proportionalventils zur Gewährleistung des bestmöglichen Hydromotorbetriebs verwendet.

Nach Anspruch 12 übernimmt ein bereits vorhandenes Steuergerät die Steuerung des Hydromotors.

Nach Anspruch 13 ist die zusätzliche Drainierung vorteilhaft, da die Hydromotoren mit dem Druck am Druckmittelaustritt belastbar sind, ohne dass die Abdichtungen der Wellendurchtritte überlastet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugen Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 grundsätzlicher Hydraulikkreislauf

Fig. 2 Hydraulikkreislauf mit zusätzlichem Druckbegrenzungs-Proportionalventils

Fig. 3 Hydraulikkreislauf mit zusätzlichem Druckschaltventil

Fig. 1 zeigt einen Hydraulikkreislauf für einen hydrostatischen Antrieb von Aggregaten einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Aus einem Druckmittelsammelbehälter 1 fördert eine Druckmittelquelle 2 ein Druckmittel 3 durch eine Förderleitung 4 durch ein Aggregat mit hydrostatischen Antrieb 5, eine Druckmittelmengenregeleinrichtung 6, eine Lenkhilfe 7 und einen Druckmittelkühler 8 zurück in den Druckmittelsammelbehälter 1.

Die Druckmittelquelle 2, eine von einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine über eine Riemenscheibe 9 und eine Welle 10 angetriebene Konstantpumpe, verfügt druckseitig über ein Höchststrombegrenzungsventil 11, welches zuviel gefördertes Druckmittel über eine Bypassleitung 12 in die Förderleitung 4 auf die Saugseite der Konstantpumpe zurückführt.

Weitere Ausführungsformen der Druckmittelquelle 2 können Flügelzellen Konstantpumpen oder Flügelzellen Verstellpumpen, mit saugseitig oder druckseitig geregelter, fixer oder verstellbarer Mengenbegrenzung, beziehungsweise Radialkolbenpumpen oder Axialkolbenpumpen sein.

Das Aggregat mit hydrostatischem Antrieb 5, hier ein Lüfter, verfügt über einen Hydromotor 13 und eine Hydromotorbypassleitung 14 in die ein Druckbegrenzungs- Proportionalventil 15 integriert ist.

Als weitere Hydromotorausführungen kommen Motoren mit konstantem, oder stufenlos, oder in Stufen verstellbarem Schluckvolumen, Gerotormotoren, Flügelzellenmotoren, Außenzahnradmotoren, Innenzahnradmotoren, Radialkolbenmotoren oder Axialkolbenmotoren in Betracht.

Der Hydromotor 13 verfügt über eine Drainageleitung 19. Diese ist mit der Drainageleitung 20 des Druckbegrenzungs-Proportionalventils 15 zu einer gemeinsamen Drainageleitung 21 zusammengeführt. Diese gemeinsame Drainageleitung 21 führt Leckagedruckmittel drucklos in den Druckmittelsammelbehälter 1 zurück.

Das Druckbegrenzungs-Proportionalventil 15 ist elektrisch ansteuerbar. Ein Elektromagnet 16 mit einer Wicklung stellt gegen die Federkraft einer Rückstellfeder 17 den Druckmittelvolumenstrom ein. Eine Druckleitung 23 unterstützt die Federkraft. In Ruhestellung (stromlos) ist das Druckbegrenzungs- Proportionalventil 15 offen, das heisst der gesamte Druckmittelvolumenstrom wird durch die Hydromotorbypassleitung 14 gefördert und der Lüfter steht still.

Weitere Ausbildungsformen des Druckbegrenzungs-Proportionalventils 15 sind stromlos zu, das heisst das gesamte Druckmittel 3 fließt durch den Hydromotor 13, oder ein Ventil mit richtungsabhängiger Schaltdynamik, oder die Verwendung eines 0/1-Ventils.

Die Ansteuerung des Elektromagneten 16 erfolgt über ein Steuergerät 18 welches zumindest die Temperatur der Brennkraftmaschine als Steuergröße für das Druckbegrenzungs-Proportionalventil 15 verwendet.

Für eine umfassende Steuerstrategie zur Drehzahlregelung des Lüfters 5, mit oder ohne Kennfeldregelung, können neben der Motortemperatur noch weitere Parameter wie die Temperatur von Kühlmittel, Druckmittel, Verbrennungsluft, Schmiermedien; der Druck von Kältemittel, Druckmittel vor Lenkhilfe oder Hydromotor; die Fahrdynamik (Fahrpedalstellung); Fahrgeschwindigkeit; Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine; Klimatisierungsbedarf und Gangstufe des Antriebstranggetriebes sein.

Vor der Lenkhilfe 7 ist die Druckmittelmengenregeleinrichtung 6 angeordnet. Durch diese Druckmittelmengenregeleinrichtung 6 wird eine von der Fördermenge und Vorlaufdruck des Druckmittels 3 abhängige Unterstützung der Lenkkraft erzielt. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Höchststrombegrenzungsventil 22 und einem Proportionalventil 23. Das Proportionalventil 23 wird vom eingangsseitig anliegenden Druck in einer Druckleitung 26 gegen die Federkraft einer Druckfeder 24 gesteuert. Die Federkraft der Druckfeder 24 wird durch den nach dem Höchststrombegrenzungsventil 22 herrschenden Druck in einer Leitung 27 unterstützt. Liegt in Druckleitung 26 ein Druck kleiner als die Federkraft der Druckfeder 24 und des Leitungsdrucks in einer Leitung 27 an, so ist das Proportionalventil 23 geschlossen und der gesamte Druckmittelvolumenstrom wird durch das Höchststrombegrenzungsventil 22 und die Lenkhilfe 7 gefördert. Wird von der Druckmittelquelle 2 mehr Druckmittel 3 gefördert, als durch das Höchststrombegrenzungsventil 22 fließen kann, so steigt der Steuerdruck auf das Proportionalventil 23 an und zuviel gefördertes Druckmittel 3 strömt durch das Proportionalventil 23. Je niedriger der am Höchststrombegrenzungsventil 22 anliegende Druck ist, umso stärker ist die Kraftunterstützung durch die Lenkhilfe 7.

Die Lenkhilfe 7 verfügt über eine Open-Center Schaltung. In der Mittelstellung der Lenkung wird der gesamte Druckmittelvolumenstrom durch einen Bypass 28 zum Druckmittelkühler 8 geleitet und es erfolgt keine Lenkkraftunterstützung. Bei Lenkeinschlag wird das Druckmittel 3, abhängig von der gewünschten Lenkrichtung, auf einen Hydraulikzylinder mit beidseitiger Kolbenstange 2 geleitet, wodurch eine Lenkkraftunterstützung erfolgt.

Vor dem Druckmittelkühler 8 werden die Druckmittelteilströme kommend von der Druckmittelmengenregeleinrichtung 6 und der Lenkhilfe 7 zusammengeführt, anschließend von dem Druckmittelkühler 8 gekühlt und in den Druckmittelsammelbehälter 1 rückgeführt.

Fig. 2 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydraulikkreislaufes dar, der mit dem Hydraulikkreislauf in Fig. 1 weitestgehend identisch ist. Der Unterschied besteht ausschließlich in dem Aggregat mit hydrostatischen Antrieb 5. Die Drainageleitung 30 des Druckbegrenzungs-Proportionalventils 15 ist mit dem Druckmittelauslass des Druckbegrenzungs-Proportionalventils 15 verbunden. Druckschwankungen, verursacht durch die Lenkhilfe 7, steuern das Druckbegrenzungs-Proportionalventil 15 über einen Drainageeingang zusätzlich. Hierdurch treten Druckschwankungen in der Förderleitung 4 in Förderrichtung vor dem Hydromotor auf. Diese werden durch ein zusätzliches Druckbegrenzungs- Proportionalventil 31 mit geschlossener Nullstellung, welches in der Hydromotorbypassleitung 14 parallel zu dem Druckbegrenzungs-Proportionalventil 15 angeordnet ist, eliminiert. Steigt der Druckmitteldruck in der Förderleitung 4 auf einen Wert größer als ein Sollwert, der durch die Federkraft einer Rückstellfeder 32 vorgegeben ist an, so wird das Druckbegrenzungs-Proportionalventil 31 über eine Druckleitung 33 geöffnet und der in der Förderleitung 4 anliegende Druck wird bis auf den Sollwert durch Ableiten von Druckmittel reduziert. Eine Drainageleitung 34 des Druckbegrenzungs-Proportionalventils 31 ist mit der Drainageleitung 19 des Hydromotors verbunden und führt Leckagedruckmittel drucklos in den Druckmittelsammelbehälter 1 zurück.

Fig. 3 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydraulikkreislaufes dar, der mit dem Hydraulikkreislauf in Fig. 1 weitestgehend identisch ist. Der Unterschied besteht darin, dass in die Drainageleitung 20 des Druckbegrenzungs- Proportionalventils 15 ein Druckschaltventil 35 angeordnet ist. Dieses wird über die Druckleitung 36, mit dem Druck in der Förderleitung 4 gegen die Federkraft der Rückstellfeder 37 gesteuert. Die Federkraft der Rückstellfeder 37 gibt einen Solldruck vor. Steigt der Druck in der Förderleitung 4 über den Solldruck an, fliesst das Leckagedruckmittel des Druckbegrenzungs-Proportionalventils 15 drucklos über die Drainageleitung 20 und die Drainageleitung 21 in den Druckmittelsammelbehälter 1 ab. Liegt der Druck in der Förderleitung 4 unter dem Solldruck, fliesst das Leckagedruckmittel des Druckbegrenzungs-Proportionalventils 15 in dessen Druckmittelauslass. Druckschwankungen die durch die Lenkhilfe 7 erzeugt werden, werden unabhängig vom Druckmitteldruck in der Förderleitung 4 vor dem Hydromotor 13 eliminiert.

Bezugszeichenliste

1

Druckmittelsammelbehälter

2

Druckmittelquelle

3

Druckmittel

4

Förderleitung

5

Aggregat mit hydrostatischen Antrieb, Lüfter

6

Druckmittelmengenregeleinrichtung

7

Lenkhilfe

8

Druckmittelkühler

9

Riemenscheibe

10

Welle

11

Höchststrombegrenzungsventil

12

Bypassleitung

13

Hydromotor

14

Hydromotorbypassleitung

15

Druckbegrenzungs-Proportionalventil

16

Elektromagnet

17

Rückstellfeder

18

Steuergerät

19

Hydromotor Drainageleitung

20

Druckbegrenzungs-Proportionalventil Drainageleitung

21

Drainageleitung

22

Höchststrombegrenzungsventil

23

Proportionalventil

24

Druckfeder

25

Druckleitung

26

Druckleitung

27

Leitung

28

Bypass

29

Hydraulikzylinder mit beidseitiger Kolbenstange

30

Drainageleitung

31

Druckbegrenzungs-Proportionalventil

32

Rückstellfeder

33

Druckleitung

34

Drainageleitung

35

Druckschaltventil

36

Druckleitung

37

Rückstellfeder

Claims

1. Hydrostatischer Antrieb von einer Lenkung und mindestens einem Aggregat einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, wobei allen Aggregaten jeweils ein Hydromotor und allen Aggregaten mit der Lenkung gemeinsam eine Druckmittelquelle zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass alle Aggregate mit hydrostatischem Antrieb (5) nacheinander in Reihe in einer Förderleitung (4) der Druckmittelquelle (2) angeordnet sind, die derart ausgelegt ist, dass vor der Lenkung (7), die zuletzt von dem geförderten Druckmittel (3) durchströmt wird, ein vorgeschriebener Mindestdruck und Mindestvolumenstrom des Druckmittels nicht unterschritten ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelquelle (2) eine Lenkhilfepumpe ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelquelle (2) eine Konstantpumpe mit Mengenregelventil oder eine geregelte Pumpe ist.

4. Antrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelquelle (2) von der Brennkraftmaschine des Fahrzeuges antreibbar ist.

5. Antrieb nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Hydromotoren über einen Bypass (14) verfügt, in den ein extern ansteuerbares Druckbegrenzungs-Proportionalventil (15) angeordnet ist.

6. Antrieb nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Druckbegrenzungs-Proportionalventil (15) ein weiteres Druckbegrenzungs- Proportionalventil (31) angeordnet ist.

7. Antrieb nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass in der Drainageleitung (20) ein zusätzliches Druckschaltventil (35) angeordnet ist.

8. Antrieb nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (14) mit Druckbegrenzungs-Proportionalventil (15) direkt in oder an das Gehäuse der Druckmittelquelle (2) angeordnet ist.

9. Antrieb nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungs- Proportionalventil (15) zur Druckmittelmengensteuerung über mindestens eine Stellgrösse ansteuerbar ist.

10. Antrieb nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungs-Proportionalventil (15) von einem Steuergerät (18) ansteuerbar ist.

11. Antrieb nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (18) über zumindest ein Kennfeld verfügt, das zur Ansteuerung des Druckbegrenzungs-Proportionalventils (15) mit zumindest einer Eingangsgrösse funktional verknüpfbar ist.

12. Antrieb nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine durch das Steuergerät (18) steuerbar ist.

13. Antrieb nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Hydromotoren zusätzlich drainierbar ist.

14. Antrieb nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Drainageleitung (19) zumindest eines Hydromotors (13) mit der Drainageleitung des Druckbegrenzungs-Proportionalventils (20) zusammenführbar ist.

15. Antrieb nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor der Lenkhilfe (7) eine Duckmittelmengenregeleinrichtung (6) angeordnet ist.

16. Antrieb nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelstrom für die Lenkhilfe (7) von der Duckmittelmengenregeleinrichtung (6) regelbar ist.

17. Antrieb nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass Druckmittelpulsationen von der Duckmittelmengenregeleinrichtung (6) dämpfbar sind.