DE2127205A1

DE2127205A1 - Antriebsanlage

Info

Publication number: DE2127205A1
Application number: DE19712127205
Authority: DE
Inventors: William Hadley Columbus Ohio Wilkinson (V St A) B60k 5 02
Original assignee: Perkins Services'N V , Curacao, (Niederländische Antillen)
Priority date: 1970-07-24
Filing date: 1971-06-02
Publication date: 1972-02-03
Also published as: ES393283A1; CA929767A; FR2103203A5; US3665787A; GB1353205A

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. VON KREISLER DR.-I NG. SCH D N WALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER

DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLDPSCH

Di.pl .-Ing. Sei ting 9 1979DR

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

, I. 6. 71

i'KHKIMÜ SERVICES M.V.

Abraham de Voerni.raat '[A, Curacao, Niederländische AntiLlen

/uitr i^bsanlage

Die Erfindung ho. ζ ielit π ich ^;Kif eine Antr lebsanlage mit; einer ein Tre Lbstoff-Luftgemisch verbrauchenden M'j ^r;r.'-h ί rifi, der ein Lelstungsverte i ler nachgeschaltet ir.;t, bei dem dLo e in^angnseLt I;¹; zu^eführte Energie an vernohiedonon Au;jv;:Irigf:n abnehmbar ist.

B<-i kommerziellen !•'ahri'-eugon, ν/ie beispielsweise bei. Kraftfahrzeugen, verv/endet man ri'ii-malerv/t- ise eine ,"iroHe, rnit natiir ] i e.lmv An.^r;augung arbeitende Maschine oiler eine kleinere vorverd Lchtende Maschine, um eine riohe Au:; fan¹;?: ] e | rjtur-g iib^r einen groflon Bereich ausganc;sr;ei ti f;er Del.as bung υλ\ 'U'zielen. Dies gilt Lnsbeiiondero bei der¹ Verwendung manuell einstellbarer Über g.'jolemente, bei denen zv;ischen mehreren Über-

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— el. —

setzungsverhältninr.en gewählt werden kann rr.lor bei automatischen Getrieben, damit die Maschine Ln einem hohen Gecohwindigkeitsbereich bei hoher Ausgangslej r.tung arbeiten kann. Bei Mehrp;anggi;trir-ben oder automatischen Getrieben tritt jorl -jh die optimale Maschinengeschwindigkeit nur beL so vielen Ausgangsgeschwindigkeiten auf, wie Übersetzungsverhältnisse vorhanden sind, well die Leistungsspitze nur in einem verhältnismä?. i-g !leinen Bereich der Masohinen^euchwindigkeiten auftritt.

Unter modernen Verkehrsverhältnissen ist es erforderlich, daß Nutzfahrzeuge eine gewisse Steigfähigkeit haben, um an Steigungen bestimmte Mindestgeschwindigkeiten einhalten zu können, und auch um die Fahrzeiten herabzudrücken. Es ist ferner wichtig, daß Lastzüge oder andere

L 5 Fahrzeuge sich an Autobahnauffahrten auch bei dichtem Verkehr einfädeln können und im Stande sind so zu beschleunigen, daß sie ir/kürzester Zeit die Fließgeschwindigkeit des Autobahnverkerrs erreichen.

Um über hinreichendf¹ Roserve leistung zu verfügen, die es ermöglicht, daß ein Lastzug eine Steigung mit der erforderlichen Geschwindigkeit überwindet und um die erforderlichen Beschleunigungseigenschaften zu erlangen, verwendet man normalerweise Maschinen mit größeren Leistungen, die dann jedoch auf ebenen Straßen in der Regel nur unter Teillast betrieben werden. Bei mit Turboverdichtern ausgestatteten kleineren Maschinen kann die maximale Ausgangsleistung in gewissen Grenzen erhöht werden. Die zur Verfügung stehende Reserveleistung für Steigungen ist jedoch begrenzt, weil der Verdichter durch .50 die Auspuff -v-i.se angetrieben wird.

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Es wurde schon eine Antriebsanlage mit konstanter Leistung vorgeschlagen, die ejnen differentiell angetriebenen mechanischen Verdichter besitzt, und bei der die Leistung zwischen der angeschlossenen Last und dem '; Verdichter aufgeteilt wird. Anlagen dieser Art, die gelegentlich als differentiell angetriebene Maschinen bezeichnet werden, haben gegenüber turboverdichteten Maschinen den Vorteil, daß eine höhere Ausgangsleistung ( über einen relativ weiten Bereich der Ausgangsgeschwindigkeit aufrechterhalten werden kann, weil eine Reduzierung der Last oder der Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle zu einer Vergrößerung der Geschwindigkeit des Verdichters führt. Dennoch ist dieser Bereich zu eng, und es muß ein zusätzliches Getriebe eingesetzt werden,

I^ um ihn auf praktisch brauchbare Werte zu erweitern. Die für das Befahren von Steigungen verfügbare Reserveleistung ist auf die Spitzenleistung der Maschine begrenzt, die jedoch bei einer verhältnismäßig hohen Maschinengeschwindigkeit auftritt.

Es ist daher wünschenswert über eine Antriebsanlage zu verfügen, die im Stande ist, gerade in denjenigen Situationen eine genügende Reserveleistung aufzubringen, in denen diese bei Schwerlastwagen benötigt wird, d.h. beim Befahren von Steigungen und beim Beschleunigen auf Straßen- oder Autobahngeschwindigkeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsanlage zu schaffen, die über eine Reserveleistung verfügt, die sich selbsttätig einschaltet, wenn sie benötigt wird, und bei der die Maschinengeschwindigkeiten stets innerhalb eines gewünschten Bereiches der Ausgangsleistung liegen.

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Diese Aufgabe wird bei einer Antriebsanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einen ersten Ausgang des Leistungsverteilers die anzutreibende Last und an einen zweiten Ausgang des Leistungsverteilers eine Hilfsvorrichtung für die Maschine angeschaltet ist, und daß eine Regeleinrichtung mit einem selbsttätig das Geschwindigkeitsteilungsverhältnis an den Ausgängen des Leistungsverteilers regelnden und eine vorbest-immbare Ausgangscharakteristik: in Abhängigkeit von der Last erzeugenden Regler vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Antriebsanlage behält eine relativ konstante Maschinengeschwindigkeit über einen weiten Lastbereich bei und bewirkt, daß die Ausgangsleistung der Maschine ansteigt, wenn die Belastung sich erhöht.

Ferner kann die Antriebsanlage so geregelt werden, daß sie bei niedrigen Maschinengeschwindigkeiten bis zu hohen Treibstoff/Luft-Verhältnissen über einen weiten Bereich der Ausgangsgeschwindigkeiten arbeitet und ferner die Maschinenleistung ansteigt, wenn sich die Last bei großen Treibstoff/Luft-Verhältnissen erhöht.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht der Leistungsverteiler aus einem Differentialgetriebe, an dessen einen Ausgang die Last und an dessen anderen A_USgang eine die Luftzufuhr beeinflussende Hilfsvorrichtung angeschaltet ist, während es über ein hydraulisches Getriebe von der Maschine angetrieben ist. Als Eingangsgrößen für die Regelung werden vorzugsweise das Teilerverhältnis des Leistungsverteilers, die ausgangssei tige Belastung und die Leistung der die Luftzufuhr bewirkenden Hilfsvorrichtung benutzt, um eine bestimmte Leistungscharakteristik der Antriebsanlage zu erzielen.

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Die erfindungsgemäße Antriebsanlage könnte auch als regelbare Leistungsverteileranlage bezeichnet werden.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanlage nach der Erfindung mit dem zugehörigen Regelsystem, und

Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der Kennlinien für eine spezielle Antriebsanlage, wobei Gesamtausgangsleistung, Pumpenleistung, Motorleistung, Maschinengeschwindigkeit, KompressorIeistung und Druckverhältnis über der Lastgeschwindigkeit aufgezeichnet sind.

In Fig. 1 ist eine luftverbrauchende Verbrennungsmaschine 10, vorzugsweise eine Dieselmaschine mit einem Einlaßrohr 12, beispielsweise einem Ansaugstutzen, dargestellt, die von einer Treibstoffdosiervorrichtung l4 aus mit f Treibstoff versorgt wird. Die Verbrennungskraftmaschine 10 kann entweder in einer stationären Antriebsanlage, in einem Nutzfahrzeug oder in einem anderen nicht dargestellten Fahrzeug installiert sein. Die Ausgangswelle l6 der Maschine 10 treibt einen verstellbaren Drehmomentenwandler, vorzugsweise einen hydrodynamischen Drehmomentenwandler l8. Die Welle 16 und das Flügelrad 22 sind über ?^lj eine Feststellkupplung 20 mit einer an einer Welle 26 montierten Turbine 24 verbunden.

Die Welle 26 bildet den Eingang eines verstellbaren Leistungsteilers, der generell mit 27 bezeichnet ist. Er umfaßt ein Differentialteil in Form eines Planetenge-

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triebes 28. Der Drehmomentenwandler bildet so das Verbindungsstück zwischen der Maschine' und dem Differential. Die Welle 26 ist mit der Halterung 30 mehrerer Planetenräder 32 verbunden. Diese kämmen einerseits mit dem Sonnenrad 3^- und andererseits mit einem Ring 36 mit Innenverzahnung. Das den Ausgang des Differentials bildende Sonnenrad 34 treibt über das Zwischenrad 3^C°' ein Zahnrad 37. Dieses ist starr mit einem weiteren die Welle 42 treibenden Zahnrad verbunden. Die Welle 42 bildet den ersten Ausgang des verstellbaren Leistungsverteilers 27. Sie treibt einen Luftverdichter 24, der über ein Bypaßventil 45 mit der Lufteinlaßöffnung 12 verbunden ist.

An der Eingangswelle 46 einer herkömmlichen hydrostatisehen Pumpe 48 mit variabler Leistung 1st ein Zahnrad starr befestigt. Die Pumpe 48 ist über Hydraulikleitungen 50 über ein Reversierventil 31 an einen hydrostatischen Motor 52 mit variabler Leistung angeschaltet. Die Ausgangswelle 5^ des Motors 52 treibt ein auf der Welle 58 befestigtes Zahnrad 56 über ein Übertragungsrad

60. An der Welle 58 ist ferner das Ringrad 36 mit Innenverzahnung angebracht, das die Welle antreibt und einen der Ausgänge des Differentials bildet. Die hydrostatische Pumpe und der Motor enthalten auf diese Weise Ubertragungselemente variabler Leistung, die zwei der Differentialteile untereinander verbinden. Die Welle 58 bildet einen zweiten Ausgang des variierbaren Leistungsverteilers 27. An ihrem Ende befindet sich eine Last 60, die beispielsweise aus den Antriebsrädern des (nicht dargestellten) Lastwagens bestehen kann.

Es ist erkennbar, daß die Maschine 10 den variierbaren Leistungsverteiler einschließlich des Differentialge-

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triebes 28 über den Drehmomentenwandler l8 antreibt. Das Differentialgetriebe 28 teilt die Leistung zwischen einer mechanischen Verbindung, die über das Ringrad 36 direkt zur Ausgangswelle 58 führt und einem variierbaren hydrostatischen, die Pumpe 48 und den Motor 52 enthaltenden Zweig auf. Der Kompressor 44 ist drehfest mit der hydrostatischen Pumpe gekoppelt.

Im folgenden werden die Steuerungs- oder Regeleinrichtungen für die Antriebsanlage unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Der Geber 64 dient dazu, ein von der Lastgeschwindigkeit 66 abhängiges Signal zu empfangen und ein Steuersignal 68 zu einem Steuerventil 70 o.dgl. für die Feststellkupplung 20 des Drehmomentenwandlers zu senden. Ein vom Druck am Lufteinlaß 12 abhängiges Signal 74 wird einem Regler 72 zugeführt, der weitere Signale in Form eines Stell- oder Eingangssignales 76 von einem manuell von der Bedienungsperson betätigten Steuerpedal 77 und in Form eines von der Maschinengeschwindigkeit abhängigen Signales 78 zugefüht werden.

Der Regler 72 gibt ausgangsseitig ein Steuersignal f

80 an die Treibstoffdosiervorrichtung 14, die zusätzlich das Druck-Signal vom Lufteinlaß 12 erhält. Ferner sendet der Reg-ler 72 ein Ausgangssignal 82 direkt an ein Steuerteil 84, das die Leistungen der hydro-

21, statischen Pumpe 48 und des Motors 52 über entsprechende Leitungen 86 und 88 steuert.

Man erkennt, daß die Ankupplung des Drehmomentenwandlers durch die Lastgeschwindigkeit beeinflußt wird. Die Stellung des Steuerpedals, die Maschinengeschwindigkeit und der am Lufteinlaß herrschende Druck wirken zusammen,um ein die Leistung der hydrostatischen Pumpe und des Motors sowie des Kompressors 44 steuerndes Signal zu erzeugen.

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Ferner wird damit der der Maschine zugeführte Treibstoff in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen am Lufteinlaß dosiert, um das gewünschte Treibstoff/Luft-Verhältnis zu erzeugen.

Wie schon erwähnt, ist es zweckmäßig über eine Antriebsanlage zu verfügen, deren Reserveleistung gerade in denjenigen Situationen einsetzbar ist, die für einen Lastzug kritisch sind, d.h. beim Befahren von Steigungen mit Autobahngeschwindigkeit und beim Beschleunigen beim Auffahren auf eine Autobahn auf Autobahngeschwindigkeit. Unter Bezugnahme auf Fig. 2, in der die Leistungsund Teilleistungskennlinien einer speziellen erfindungsgemäßen Antriebsanlage, die in einen Lastzug installiert ist, aufgezeichnet sind, soll verdeutlicht werden, daß die Antriebsanlage diesen Forderungen gerecht wird.

Im oberen Teil der Fig. 2 ist die Abszisse infrozent der Reisegeschwindigkeit (Last) für einen typischen 20 t Lastzug dargestellt, während auf der Ordinate die Bruttoleistung der Antriebsanlage aufgetragen ist.

Die mit 90 bezeichnete ausgezogene Linie zeigt die Maximum-Ausgangskennlinie des mit der Antriebsanlage ausgestatteten Lastzuges und wird später im einzelnen erläutert. Die mit 95 bezeichnete kettenlinienförmige Kurve zeigt die Maximum-Leistungscharakteristik des gleichen Lastzuges, jedoch bei Verwendung einer Antriebsanlage mit natürlicher Ansaugung, die eine um 4-0$ höhere Leistung besitzt als die erfindungsgemäße Antriebsanlage und ferner mit einem Zehnganggetriebe ausgestattet ist. Die gestrichelten Steigungslinien, an denen die Prozent-

^O zahlen der jeweiligen Steigung angebracht sind, dfcnen der Bewertung der Steigfähigkeit beider Antriebsanlagen.

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Man erkennt, daß in den niedrigen und hohen Geschwindigkeitsbereichen Kurve 95 eine größere Ausgangsleistung als Kurve 90 liefert, während bei mittleren Geschwindigkeiten Kurve 90 die größere Ausgangsleistung zu- stände bringt. Daraus ist zu ersehen, daß ein mit der erfindungsgemäßen Antriebsanlage ausgestatteter Lastzug eine größere Geschwindigkeit an Steigungen zwischen 2 und etwa 18$ erreicht als der mit der größeren Maschine ausgestattete vergleichbare Lastzug. {

im übrigen sind in Flg. 2 die Arbeitskennlinien jeder der größeren Einheiten der Antriebsanlage dargestellt. Die Kurven B,C,D,E und F zeigen jeweils die Pumpenleistung, Motorleistung, Maschinengesnhwindigkeit, Kompressorgeschwind i.gkeit (wobei jeweils 1,0 der jeweiligen Maximalleistung, der Geschwindigkeit bei Maximalleistung und der gewünschten Maximalleistung entspricht) und den Druck am Lufteinlaß (in Atmosphären) über der LastgesehwJndigkeit.

Die Zeichnungen werden im folgenden in Verbindung mit

?'O einer Funktionsbeschreibung der Antriebsanlage unter Annahme des Befahrens einer Steigung erläutert. Gemäß Darstellung A sei angenommen, daß der Lastzug entlang einer ebenen Strecke oder einer Steigung von Q% fährt, wobei die benötigte, durch das Kurvensegment 96-100 dargestellte Leistung geringer ist als die Maximalleistung der im Schnellgang betriebenen Maschine. Bei diesen Lastgeschwindigkeiten, die durch das Segment 96-98 der einer Steigung von 0% entsprechenden Steigungskurve dargestellt werden, bewirkt der Geber Θ\ die Feststellung der Kupplung 20 des Drehmomentenwandlers. D^urch das Pedalsignal 76 der Bedienungsperson am Regler 72 eine geringere Geschwindigkeit alL die Maximalgesohwindigkeit eingestellt ist, wird bewirkt» daß der Motor 52 mit einer

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Leistung von 0% und die Pumpe 48 mit einer Leistung von 100$ betrieben wird, wie dies aus den Darstellungen B und C erkennbar ist. Selbst, wenn die Bedienungsperson ein ,Signal J6 für größere Maschinengeschwincligkeiten abgibt, stellen sich die genannten Verhältnisse unabhängig von Signal 82 ein, weil die hydrostatische Verstellung ihren äußersten Anschlag erreicht hat und eine weitere Verstellung nicht möglich ist. In diesem Fall bewirkt jedoch das Treibstoffsignal 80, daß die Dosiervorrichtung 14 die Treibstoffzufuhr zur Maschine reduziert. Während sich beim Befahren einer ebenen Straße bei Punkt 96 ein maximales Treibstoff/Luft-Verhältnis einstellt, wird bei Punkt 98 mit reduziertem Treibstoff/ Luft-Gemisch gearbeitet, weil die benötigte Leistung geringer ist. Wenn der Motor 52 mit einer Leistung von 0% arbeitet, erzeugt die Pumpe 48 eine stationäre Reaktion des Planeten-Differentialgetriebes l8, bei der durch das Ringrad jj6 eine rein mechanische Übersteuerung stattfindet. Da Pumpe 48 sich nicht bewegt, ist auch der Kompressor 44 nicht angetrieben, was aus Darstellung E hervorgeht. Während dieser Zeit arbeitet die Maschine unter einem festen Verhältnis zur Lastgeschwindigkeit und, wie aus Darstellung P hervorgeht, bei Atmosphärendruck, der über das Bypaßventil 45 angelegt wird.

Wenn eine Steigung befahren wird, verringert sich die Lastgeschwindigkeit in dem Maße wie die Last wächst bis der Regler 72 ein maximales Treibstoff/Luft-Gemisch ander Treibstoffdosfervorrichtung 14 einstellt. Wenn&er Fahrer die Verringerung der Lastgeschwindigkeit bemerkt, wird er Pedal 77 betätigen, um die Maschinengeschwindigkeit zu erhöhen. Unter der Annahme, daß Pedal 77 vollständig niedergedrückt ist, ergibt sich die Einstellung der Maschinengeschwindigkeit zu 1,0,und der Arbeitspunkt wandert auf der Leistungscharakteristik vom Kurven-

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segment 96,98 zu dem entsprechenden Abschnitt der Kurve 90.

Um die maximale Maschinengeschwindigkeit beizubehalten, tritt Regler 72 in Funktion und steigert die Leistung

'5 des Motors 52, Darstellung C, wodurch das Antriebsverhältnis zur Last 62 verändert wird, weil der hydrostatische Zweig des Leistungsverteilers betätigt wird i und Pumpe 48 nun rotieren kann. Hierdurch wird der Kompressor 44 ebenfalls in Rotation versetzt und beginnt Luft zum Lufteinlaß 12 zu liefern (Darstellung E).

Wenn die Lastgeschwindigkeit den Punkt 100 erreicht, ist die Motorleistung auf 0,40 angewachsen, wodurch die Kompressorgeschwindigkeit Q50 erreicht, so daß die gesamte Luftmenge dem Lufteinlaß 12 unter Atmosphärendruck zugeführt wird. Punkt 100 kann daher auch als atmosphärischer Punkt bezeichnet werden. Die Maschinengeschwindigkeit ist bei 1,0 (Maximalleistungs-Geschwindigkeit) gehalten worden, indem das Antriebsverhältnis dadurch verändert wurde, daß ein verstärkter Leistungs- " fluß durch den das Verhältnis verändernden hydrostatischen Zweig erzeugt wurde.

Bei einer praktischen Auführung der Antriebsanlage schließen Systemdrüoke, Hitze und Reibung eine wirksame Betätigung des hydrostatischen Zweiges bei geringen Motorleistungen aus. Daher ist es zweckmäßig, die Motorleistung zunächst bei Null zu halten und dann plötzlich von Null auf 0,40 ansteigen zu lassen, wie es durch den Linienzug 96-97-100, Darstellung C, angedeutet ist. Hierdurch wird eine entsprechende Kompressorbetätigung, die entsprechend in Darstellung E abgebildet ist, er-

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zielt, so daß bis dahin die gesamte Maschinenluft von dem Bypaßventil 45 geliefert wird· Diese Betriebsweise erzeugt eine Maschinengeschwindigkeit, Darstellung D, die entlang des Linienzuges 96-97 wegen des voll mechanisierten Sehonganges entsprechend dem Abfall der Lastgeschwindigkeit absinkt. Die Maschinengeschwindigkeit steigt dann plötzlich, 97-100· Der Linienzug 96-97-lOQ in Darstellung A zeigt, daß die Ausgangsleistung geringer wird, wenn die Maschinengeschwindigkeit von der Maximalleistungsgeschwindigkeit absinkt und dann plötzlich anwächst. Die Treibstoffzufuhr zu der sich verlangsamenden Maschine wird entsprechend verringert, wenn Regler 72 das Absinken der Geschwindigkeit wahrnimmt, um das geignete Treibstoff/ Luft-Verhältnis aufrechtzuerhalten.

Ist die Steigung hinreichend steil, um die Ausgangsgeschwindigkeit weiter abfallen zu lassen, so erreicht Kurve 90 einen anderen Punkt 110, der als Spitzenleistungspunkt bezeichnet werden kann. Zwischen dem Punkt 100 und 110 läßt Regler 72 die Motorleistung entsprechend bis auf 0,90 ansteigen, wodurch der Kompressor veranlaßt wird mit 1,0 zu drehen. Hierdurch wird der Lufteinlaßdruck auf zwei Atmosphären gesteigert. Während dieser Zeit wird die Treibstoffzufuhr entsprechend dem gemessenen Druck am Lufteinlaß erhöht. Die Maschinengeschwindigkeit wird bei 1,0 gehalten, indem das übersetzungsverhältnis verändert wird. Dies geschieht durch verstärkten Leistungsfluß durch den hydrostatischen zweig.

Wenn die Ausgangsgeschwindigkeit sich noch weiter verringert, sinkt auch die Ausgangsleistung der Antriebsanlage geringfügig ab. Bei Lastgeschwindigkeiten unter

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Punkt 110 läßt eine Beibehaltung der vorherigen Leistungsveränderung des Motors die Kompressorgeschwindigkeit bei konstanter Maschinengeschwindigkeit ansteigen, was zu einem Druck am Lufteinlaß oberhalb von zwei Atmosphären führt. Ein Maximalwert kann entsprechend den Maschineneigenschaften beliebig eingestellt werden. Um dies zu verhindern, verlangsamt der Regler 72 die Leistungsänderung des Motors, 110-120 in Darstellung C, wodurch die Maschine entsprechend dem Abfall der Lastgeschwindigkeit verlangsamt wird.

Da die Kompressorgeschwindigkeit weniger schnell abfällt als die Maschinengeschwindigkeit und infolge der geschwindigkeitsabhängigen Ansaugung der Maschine unter Uberverdichtung, erhält man einen Zweiatmosphärendruck am Lufteinlaß. Der Regler 72 stellt die Treibstoffzufuhr 17 so ein, daß sich das optimale Treibstoff/Luft-Verhältnis ergibt. Während sich so die Maschinengeschwindigkeit von der Maximaileistungs-Geschwindigkeit bei konstanter Überverdichtung verringert, wird die Ausgangsleistung geringer, 110-120 in Darstellung A.

Am Punkt 120, der Kreuzungspunkt genannt wird, erreicht die Motorleistung 1,0, wo sie gehalten wird, während Regler 72 die Pumpenleistung abschächt, um eine weitere Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zu bewirken.

Die Änderungsgeschwindigkeit der Pumpenleistung ist so gesteuert, daß jeweils Maschinen- und Kompressorgeschwindigkeit auf 0,75 bzw. 0,80 absinken, um eine konstante Überverdichtung aufrechtzuerhalten (120-130 in Darstellungen A,D,E und F).

Bei Punkt 130, der als Auslösepunkt bezeichnet wird, entriegelt der Geber 64 die Peststellkupplung 20 und bewirkt ein Anwachsen der Maschinengesohwimligkeit von

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0,75 auf 0,95, Darstellung D, wenn der Wandler an seinem Kupplungspunkt betrieben wird, wo er gleitet. Das plötzliche Anwachsen der Maschinengeschwindigkeit verursacht einen Abfall des Druckes am Lufteinlaß, der vom Regler 72 registriert wird. Um den Druck am Lufteinlaß auf zwei Atmosphären ansteigen zu lassen, . verringert Regler 72 plötzlich die Pumpenleistung, so daß die Pumpen- und Kompressorgeschwindigkeit ansteigt, Darstellung B und E. Die Treibstoffzufuhr wird so eingestellt, daß sie der erhöhten Maschinengeschwindigkeit angepaßt ist.

Bei Ausgangsgeschwindigkeiten unter Punkt IjX) gestattet der Drehmomentenwandler es der Maschine,bei einer Geschwindigkeit mit höherer Ausgangsleistung zu bleiben, weil sich der Schlupf erhöht und verursacht ferner eine Drehmomentenvervlelfachung. Um die Überverdichtung zu begrenzen, wird die Pumpenleistung auf ein vorbestimmtes Maß herabgesetzt, wodurch auch die Geschwindigkeiten von Maschine und Kompressor geringfügig verringert werden, bis die Pumpengeschwindigkeit 0,40 erreich^hat.

Dies stellt aus Gründen, die in Bezug auf den Motor anhand des Kurvenzuges 96-97-100 in Darstellung E schon erläutert wurden, eine praktische Grenze am Einstellpunkt l40 dar.

Wenn die Lastgeschwindigkeit unterhalb Punkt l4o absinkt, kann der hydrostatische Übertragungszweig nicht vielter verstellt werden. Die Maschinengeschwindigkeit sinkt dann langsam bis auf etwa 0,60 auf einen zweiten mit 150 bezeichneten atmosphärischen Punkt ab, weil der Drehmomentenwandler Schlupf hat. Da die Lastge= - schwindigkeit sich weiter verringert, wenn die Las; ansteigt» verringert sich die Kompressorgssohwlnciig;· -it

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proportional zur Lastgeschwindigkeit, und ein stärker werdender Anteil von Luft wird über das Kompressor-Bypaßventil geliefert, um wenigstens den Zustand, der sich bei natürlicher Ansaugung der Maschine einstellt, aufrechtzuerhalten. Die Leistungskurve 90 verringert sich dann bei der Lastgeschwindigkeit > Null auf Null, während die Maschinengeschwindigkeit auf 0,60 abfällt. Dieser Wert ist durch die Abfallcharakteristik des Drehmomentenwandlers vorgegeben.

Die vergleichbare Ausgangsleistung über den gleichen Lastgeschwindigkeitsbereich einer Antriebsanlage, deren Lejäbung um 4o£ höher ist, ist anhand von Kurve 95 dargestellt. Es handelt sich um eine Maschine mit natürlicher Ansaugung und einem Zehnganggetriebe, die die erhebliehen Vorteile der erfindungsgemäßen Antriebsanlage verdeutlicht Beispielswelse kann die erfindungsgemäße Antriebsanlage auf einer Steigung von J5# eine Lastgeschwindigkeit von etwa TJ% der Dauergeschwindigkeit aufrechterhalten, während die stärkere Antriebsanlage nur eine Geschwindigkeit von 68$ halten kann. Diese Verhältnisse werden noch deutlicher bei einer Steigung von 5#j wo die erfindungsgemäße Antriebsanlage eine Lastgeschwindigkeit von 60# erreicht, während die zum Vergleich herangezogene Antriebsanlage nur 48# erreicht.

Die erfindungsgemäße Antriebsanlage verwendet eine Maschine mit erheblich geringerer Leistung und stellt dennoch genügende Leistungsreserven für Steigungen zur Verfügung. Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanlage werden 12 bis 8o# der Dauergeschwindigkeit als Mehrleistung verfügbar. Es ISb daher erkennbar, daß sie vergleichbaren Anlagen erheblich überlegen ist. Der Bereich, in dem diese

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Leistungsreserve zur Verfügung steht, ist gerade derjenige, bei dem sie beim Befahren von Steigungen oder beim Beschleunigen beim Auffahren auf Autobahnen benötigt wird.

^lj Die Beschleunigungscharakteristik von der Lastgeschwindigkeit O eines mit der erfindungsgemäßen Antriebsanlage ausgestatteten Fahrzeuges ergeben sich als Umkehrung der soeben beschriebenen Steigungscharakteristik. Sie sollen kurz zur Verdeutlichung beschrieben werden. Volles Durchdrücken des Pedals 77 verursacht keine hydrostatische Wirkung, weil Regler 72 die Pumpe 48 schon auf ihre Minimalleistung reduziert hat. Die Treibstoff regelung l4 wird jedoch so eingestellt, da;;' sie ein maximales Treibstoff/Luft-Gemisch an die Maschine 10 abgibt. Die Maschinengeschwindigkeit beträgt anfangs 0,60. Sie wird durch die abfallende Charakteristik des Drehmomentenwandlers erzeugt. In ähnlicher Weise stellt sich am LufteMaß 12 Atmosphärendruck ein. Die Kompressorgeschwindigkeit liegt bei Null, die,Pumpenleistung bei 0,4() und die Motorleistung bei 1,0. Der Antrieb erfolgt vorwiegend durch den hydrostauschen Zweig. Wenn die Lastgeschwindigkeit wächst, wächst die Kompressorgeschwindigkeit proportional, während der Drehmomentenwandler die Maschine beinahe auf konstanter Geschwind ίχ-

2^li kei.t hält. Zunächst liefert der Kompressor nur einen erhöhten Anteil natürlich angesaugter Luft, die von der Maschine benötigt wird, beginnt aber eventuell schon mit der Erzeugung einer geringen Uberverdichtung. Wenn die Lastgeschwindigkeit welter zunimmt, läuft der Kompressor noch schneller und die Maschine beginnt nun ihre Geschwindigkeit zu erhöhen, bis die Grenze dor Üborverdichtung bei Erreichen dos Kinstol 1 punkt es 1-¹IO erreicht

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ist. In diesem Punkt liegt die Geschwindigkeit von Maschine und Kompressor bei 0,90 und die Pumpenleistung beträgt O,4o. Danach wird die Pumpenleistung durch den RegLer 72, der die Kompressorgeschwindigkeit geringfügig auf 0,95 steigert, erhöht und die MaschLnengeschwindigkeit wächst entsprechend auf 0,95.

Am Punkt 130 wird der Drehmomentenwandler vom Geber 64 λ festgelegt, wodurch die Maschinengeschwindigkeit sinkt, der Druck am Lüfteinlaß erhöht wird und Regler 72 plötzlich die Leistung von Pumpe 4£ steigert. Dies reduziert sowohl die Geschwindigkeit des Kompressors als auch diejenige der Maschine auf 0,75 und hält den Druck am Lufteirilaß bei zwei Atmosphären. Nach dem Festlegen des Drehmomentenwandlers erhöht der Regler 72 die Pumpenleistung, wodurch diese sich über den Kreuzungspunkt erhebt. Hinter dem Kreuzungspunkt wird die Pumpe bei voller Leistung gehalten,und die Motorleistung wird verringert. Während dieser Periode werden Maschinengeschwindigkeit und Kompressorgeschwindigkeit bis auf

den Spitzenleistungspunkt 110 gesteigert. Zur Veränderung I des Antriebsverhältnisses wird die Motorleistung weiterhin verringert, wodurch ein größerer Anteil der Antriebsleistung über die direkte mechanische Verbindung geleitet wird, wodurch die Kompressorgeschwindigkeit und der Druck am Lufteinlaß absinkt. Dies verursacht einen Leistungsabfall an einem Punkt unterhalb 70$ der Dauergeschwindigkeit, wo größere Reserveleistungen nicht benötigt werden. Die Antriebsanlage arbeitet weiterhin in der beschriebenen Art bis zum Erreichen des atmosphärischen Punktes 100 bei 90$ der Dauergeschwindigkeit. Die Motorleistung wird dann, wie bereits erwähnt, entweder plötzlich oder graduell von O,4o auf Null reduziert.

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Dabei wird der gesamte Antrieb auf den mechanischen Teil verschoben, wodurch sich die Kompressorgeschwindigkeit auf Null verringert. Die Maschine arbeitet mit natürlicher Ansaugung,und der Kompressor wird überbrückt.

Die erfindungsgemäi'Se Antriebsanlage besitzt ferner eine Einrichtung für eine einfache Reversierung bei niedriger Geschwindigkeit. Durch Betätigung des Ventils 51 wird dfe Flußrichtung zwischen Pumpe 48 und Motor 52 umgekehrt. Der Motor ändert seine Drehrichtung. Bei dieser Betriebsart überwindet das hydrostatisch erzeugte Ausgangsmoment das entgegengesetzte mechanische Moment und erzeugt eine umgekehrte Drehung der Welle 58.

Ein weiteres Merkmal der Antriebsanlage besteht in den günstigen Freilaufeigenschaften bzw. der dynamischen Bremse, die für einen eine Steigung herabfahrenden Lastzug günstig ist. Die Last treibt sowohl das Ringrad 36 über seine Welle 58 als auch das Sonnenrad V\ über den hydrostatischen Zweig. Dies verursacht einen Antrieb der Maschine 10. Obwohl der über den Drehmomentenwandler übertragene Widerstand gering ist, wird der Bremseffekt durch die hydraulischen Verluste in dem . hydrostatischen Zweig verstärkt. Er wird ferner verstärkt durch die Leistungsabsorption des Kompressors, der bewirkt, daß Kompressor -Ί4 die Maschine zu Zwecken der Kühlung anbläst. Dieses Anblasen b^irkt ferner, daß die Maschine auch durch Anschleppen gestartet werden kann.

Die Erfindung schafft eine Antriebsanlage, mit der sich eine bestimmte günstige Ausgangscharakteristik erzielen läßt. Während differentiell überverdichtete Maschinen, 109886/1138

Drehmomentenwandler und Leistungsteiler an sich bekannt sind, wurden sie in der beschriebenen Weise bisher nicht ■^usammenqjeschaltet, um eine Antriebsanlage mit dem genannten Betriebsverhalten zu erzielen. Jedes Element der Antriebsanlage besitzt mehrere Funktionen, die mit einer oder mehreren anderen Funktionen anderer Elemente, zusammenwirken. Der hydrostatische Zweig sorgt für ein einstellbares Übersetzungsverhältnis und bewirkt, daß ä durch die IIochleistungs-Ausgangsgeschwindigkeit und die Regelung der Kompressorgeschwindigkeit eine Regelung des Druckes am Lufteinlaß ermöglicht wird. Das Differential ermöglicht eine Geschwindigkeitsaufteilung zwischen Kompressor und Last und ferner eine Leistungsaufteilung in mechanische und hydrostatische Leistung. Der Drehmo-

1;'. mentenwandler verursacht eine Drehmomentenvervielfachung bei niedrigen Ausgangsgeschwindigkeiten, so daß er durch entsprechenden Schlupf eine hohe Maschinengeschwindigkeit ermöglicht, ohne daß jedoch eine übermäßige Uberverdichtung stattfindet. Die verschiedenen Regeleinrichtungen stellen die tatsächlichen und gewünschten Arbeitskennlinien fest und regeln die Tätig- f keiten der verschiedenen Elemente in der Weise, daß der Betrieb der Antriebsanlage optimiert wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können natürlich :^:, verschiedene Elemente durch äquivalente Teile ersetzt werden. Das mechanische Differential könnte durch ein andersartiges hydrauliches oder elektrisches Differential ersetzt werden. Der hydrostatische Zweig könnte mechanisch, elektrish oder hydrodynamisch betrieben werden. J)O Der Drehmomentenwandler könnte mechanisch, hydraulisch oder elektrisch aufgebaut sein. Der Kompressor könnte anderer Bauart sein. Als Maschine könnte ein Ottomotor

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verwendet werden. Die Steuerungen könnten in anderer Weise ausgeführt werden. Diese Veränderungen stellen nur einige Alternativen dar, die.im Bereich der vorliegenden Erfindung in Frage kommen, und mit denen
man eine Antriebsanlage mit den gleichen Arbeitscharakteristiken erhält.

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Claims

Ansprüche

I.) Antriebsanlage mit einer ein Treibstoff /Luft-Gemisch verbrauchenden Maschine, der ein Leistungsverteiler nachgeschaltet ist, bei dem die eingangsseitig zugeführte Energie an verschiedenen Ausgängen abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einen ersten Ausgang (^CJ>8) des Leistungsverteiles (27) die anzutreibende Last "

und an einen zweiten Ausgang (^2)des LeistungsVerteilers eine Hilfsvorrichtung für die Maschine (10) angeschaltet ist, und daß eine Regeleinrichtung mit einem selbsttätig das Geschwindlgkeitsverteilungsverhältnis an den Ausgängen des Leistungsverteilas (27) regelnden und eine vorbestLmmbare Ausgangscharakteristik in Abhängigkeit von der Last erzeugenden Regler (72) vorgesehen ist.

2. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (72) einen manuell verstellbaren Eingang (76,77) hat und in Abhängigkeit von dem an diesem Eingang anstehenden Signal und von einer an der An- ä triebsanlage abgenommenen Geschwindigkeit (78) die Einstellung des Leistungsverteilers (27) verändert.

3. Antriebsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Reglers (72) sowie eines die Einschaltung einer Kupplung (20) steuernden Teiles (70) in Abhängigkeit von zwei an der Antriebsanlage gemessenen Geschwindigkeiten (78,66) erfolgt.

h . Antriebsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinengeschwindigkeit (78) als Eingangsgröße für den Regler (72) und die Lastgeschwindigkeit ,(66) als Eingangsgröße für den Geber (64) dient.

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5. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differentialgetriebe (28) mit einem ersten Ausgang (36) und einem zweiten Ausgang (34) von der Maschine (1O) angetrieben ist, und daß der zweite Ausgang (34) einerseits an einen mit dem Lufteinlaß (12) verbundenen Kompressor (44) und andererseits über Übertragungsmittel (48-52) mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis mit dem ersten Ausgang (36) verbunden ist, wobei die Steuerung des Übersetzungsverhältnisses der Übertragungsmittel (48-52) von dem Regler (72) aus erfolgt.

6. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel (48-52) aus einer von dem zweiten Ausgang (34) gesteuerten hydrostatischen Flüssigkeitspumpe (48) und einem von der Flüssigkeitspumpe (48) angetriebenen, mit dem ersten Ausgang (36) verbundenen Motor (32) bestehen, und daß mindestens eines der hydrostatischen Elemente (48-52) in seiner Leistung von dem Regler (72) veränderbar ist.

7. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (72) die Verstellung der Leistung des hydrostatischen Elementes (48 oder 52) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Maschine (78) vornimmt.

8. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet> daß die hydrostatische Pumpe (48) jnit dem hydrostatischen Motor (52) über ein Reversierventil (51) verbunden ist.

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (72) die Ausgann;ssignale der manuell verstellbaren Steuervorrichtung (77) und des Druckes (74) am Lufteinlaß (12) zugeführt sind, um die Treibstoffzufuhr (17) und die Übertragungseinrichtung (48-132) selektiv zu steuern.

10. Antriebsanlage nach einem der' Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstoffzufuhr (]4) von dem Regler (72) in Abhängigkeit von dem am Lufteinlaß (12) herrschenden Druck gesteuert ist.

11. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsübertragung von der Maschine(lO) zum Leistungsverteiler (27) über einen hydrodynamischen Drehmomentenwandler (18) erfolgt.

12. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentenwandler (l8) so gesteuer-t ist, daß er die Maschihengeschwindigkeit über die Eingangsgeschwindigkeit ansteigen läßt, wenn die Lastgeschwindigkeit (66) unterhalb eines vorbestimmten Wortes liegt.

13. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrodynamische Drehmomentenwandler (18) eine Feststellkupplung (20) enthält, dio von dem Geber (64) in Abhängigkeit von der Lastgesohwindigkeit (66) gesteuert ist.

l^;l. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstoffzufuhr (17) einerseits von dem Regler (72) gesteuert, andererseits

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aber in Abhängigkeit von dem Drue]-, am Lüfte j nl aß (12) betrieben ist.

ll>. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis ]\, dadurch gekennzeichnet, daß den¹ Kompressor (^:'H ) und/i er Regler (72) in Abhängigkeit von dem Druck (7^;O ^am Lufteinlaß (12) betrieben sind und die Regelung unter Voränderung des Übertragungsvoriun tnisses der Übertragungsmittel (-'¹B-^2) in der Weise erfolgt, da;_;: der Druck am Lufteinlaß (12) auf einen vorbestimmten Wert beschränkt ist.

l6. Antriebsanlage nach einem dor Ansprüche 1 bis ι . dadurch gekennzeichnet, dan das Di Vf er en ti a. lr/:el riebe (28) als Planotenradgetriebo mit einem mit dom Ausgang (58) verbundenen Ringrad (JiG), einem den Koipp^psror (·'■■') antreibenden Sonnenrad (>'!) ..<nd eine;?! mi', der ^τ· i ngangs v;elle verbundenen Planetenradi 1 -^!iger (^vo) ous-^ebi Idet ir'.

17· Antriebsanlage nach einem der vorher-^ehencieraAnsprüche , dadurch gekennzeichnet, daß o1no Regeleinri chi un -^ (-^¹, ^, .1) zur Steuerung der Feststen kupplung (20) und zur Leistungsstouorun.p; dfs hydrostatischen liiementns (·ϊΡ- ·,']) vorgesehen ist, deren Fi n^an^s yö ?e dir¹ Ins¹ gf'-.Huvi tid i -*- keit (C^) und die Masohinengoschwindigkoit (78) sind, und daß die Steuerung derart ausgebildet ist, da^(> b^i Anwachsen der Lastgeschwind ig]. ^H. über einen bostimmton Wert eine Festlegung des Drehmomentenwandlers erfVlf;! und das hydrostatische Element (^< -^l>2) den "weiten Ausgang (3^JO blockiert, so daß die Last (62) nur vom ersten Ausgang (^n) angetrieben ist, und daß bei Absinken der Lastgeschwindigkeit eine Verstellung des hydrost<Λ. i-oben Elementes (Η'^-'ΥΔ) in der Weis» erfolgt, dal; die Geschwin-

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digkeit des zweiten Ausgangs (34) anwächst und der Kompressor (44) eine Überverdichtung der Maschine vornimmt, und daß die Last (62) über den variierbaren Lfistungsverteiler mit beiden Ausgängen (j56,]34) angetrieben ist, wobei die Kupplung des Drehmoment enwarid le rs (ΐΠ) ausgelöst wird, um MaschLnengesehvrindigkeiten zu ermöglichen, die größer sind als die ELngangsgeschwindigke Lten.

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