DE2415726A1

DE2415726A1 - Antrieb fuer die hilfsaggregate eines kraftfahrzeugmotors

Info

Publication number: DE2415726A1
Application number: DE2415726A
Authority: DE
Inventors: Gerd W Dr Ing Seifert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-01
Filing date: 1974-04-01
Publication date: 1975-10-16

Description

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Antrieb für die Hilfsaggregate eines Kraftfahrzeugniotors

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für die Hilfsaggregate eines Kraftfahrzeugmotor mittels Keilriemen von zwei verschieden großen auf der Motorwelle angeordneten Keilriemenscheiben, die über Kupplungen mit der Motorwelle verbindbar sind und zwar wird vorzugsweise bei Unterschreiten einer bestimmten Motordrehzahl eine Riemenscheibe durch eine Schaltkupplung mit der Kurbelwelle verbunden, während sich die andere Riemenscheibe mittels eines Freilaufs als zweite Kupplung aus der Antriebsverbindung löst.

Kraftfahrzeugmotore, insbesondere Verbrennungsmotoren benötigen zu ihrem Betrieb sowie auch für die Sicherheit des von ihnen betriebenen Fahrzeuges Neben- bzw. Hilfsaggregate. Diese Hilfsaggregate werden von der Motorwelle mittel- oder unmittelbar Über ein ocL*r mehrere übertragungselemente mit festem übersetzungsverhältnis angetrieben. Diese Hilfsaggregate sind zumeist innerhalb de· den Motor

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aufnehmenden Raumes, dem sog. Betriebsraum des Motors, angeordnet, sie können aber auch in Einzelfällen innerhalb des Motorgehäuses gelegen sein.

Es ist notwendig, daß diese HiIfsaggregate schon bei einer verhältnismäßig niedrigen Betriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors, z. B. während des Leerlaufes und im unteren Drehzahlbereich während des Fahrbetriebes, ihre volle Leistung abgeben. So beträgt beispielsweise bei einem bekannten Verbrennungsmotor die Leerlaufdrehzahl 600 Umdrehungen/Minute, wobei die Hilfsaggregate bei einer Drehzahl von 1000 - 1200 Umdrehungen/Minute ihre volle Leistung abgeben. Berücksichtigt man indessen, daß die Spitzendrehzahl dieses Motors bei 6000 Umdrehungen/Minute gelegen ist, so ergibt sich daraus, daß die Hilfsaggregate bereits bei 25 % der Spitzendrehzahl ihre volle Leistung abgeben.

Die Neben- bzw. Hilfsaggregate können im wesentlichen in drei Gruppen aufgeteilt werden. Die erste Gruppe enthält z. B. die Lüfter zur Erhöhung des Luftdurchsatzes durch den Kühler und die Wasserpumpen für den Kühlflüssigkeitskreislauf. Die zweite Gruppe enthält die Verdrängeraggregate, beispielsweise die ölpumpen, eine Pumpe für eine Hilfskraftlenkung und den Kompressor für die Klimaanlage. Ferner besitzen Verbrennungsmotore noch eine dritte Art von Hilfsaggregaten, nämlich die Energiewandler. Ein derartiger Energiewandler ist

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beispielsweise der Stromerzeuger für die elektrische Anlage des Motors und des Fahrzeuges. Bei den Hilfsaggregaten der ersten und zweiten Gruppe ist das Leistungsverhalten in Abhängigkeit von der Drehzahl im wesentlichen eine funktioneile Größe, die durch die Betriebskennlinie des jeweiligen Hilfsaggregates darzustellen ist. Diese funktionelle Größe ist grundsätzlich durch die Konstruktion gegeben und nicht zu ändern. Dagegen kann der Verlauf der Kennlinie des Energiewandlers als Generator durch Regeleinrichtungen weitgehendet beeinflußt werden.

Die zur ersten und zweiten Gruppe gehörenden Hilfsaggregate arbeiten unter ungünstigen Betriebsbedingungen, denn sie müssen schon bei 25 % der maximalen Betriebsdrehzahl des Motors die volle Leistung abgeben. Dadurch bedingt, erwärmt sich das zu fördernde Betriebsmedium bzw. es entstehen durch höhere eingespeiste Leistung Reibungs- und Strömungsverluste, so daß der Wirkungsgrad bei einigen dieser Hilfsaggregate bei Höchstleistung des Verbrennungsmotors sogar abnimmt. Besonders ungünstig nimmt sich dies bei Strömungsmaschinen z. B. bei Lüftern aus. Die Leistungsaufnahme steigt bei derartigen Maschinen mit der dritten Potenz der Drehzahl, wobei die dabei geförderte große Menge des Mediums für den Betrieb nicht benötigt wird. Hoher Leistungsverlust und starke, oft unzulässige Geräuschbildungen müssen in Kauf genommen werden. Zur Vermei-

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dung dieser Nachteile wurde schon vorgeschlagen, eine Änderung des Obersetzungsverhältnisses von der Motorwelle zu den Hilfsaggregaten vorzusehen. Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß das Übersetzungsverhältnis im unteren Drehzahlbereich vergrößert und im oberen Drehzahlbereich verringert wird. Die Hilfsaggregate werden von einem den Hilfsaggregaten gemeinsam umlaufenden übertragungselement, welches mit der Motorwelle in Verbindung steht, angetrieben. Dieses übertragungselement kann ein Riemenzug, eine Kette, sein, aber auch ein Zahnradgetriebe, wobei einzelne Zahnräder mittel- oder unmittelbar Hilfsaggregate antreiben.

Aus der deutschen Auslegeschrift Nr. 1 071 416 ist ein Antrieb für mehrere Hilfsaggregate bekannt geworden, bei dem die Kurbelwelle zwei Riemenscheiben mit unterschiedlichen Durchmessern besitzt, die über je einen Riementrieb mit den Hilfsantrieben verbunden sind. Im oberen Drehzahlbereich des Antriebsmotors ist die kleinere Riemenscheibe über eine Freilaufkupplung mit der Kurbelwelle verbunden. Wenn die Motordrehzahl einen bestimmten Wert unterschreitet, so wird über die Schaltkupplung die als Fliehkraftkupplung ausgebildet sein kann, die größere Riemenscheibe mit der Kurbelwelle verbunden, so daß die Hilfsantriebe und damit auch die kleinere Riemenscheibe mit einer höheren Drehzahl angetrieben werden und die Freilaufkupplung die Verbindung zwischen der

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kleineren Riemenscheibe und der Kurbelwelle trennt. Diese an sich einfache Anordnung bewährte sich jedoch bei Dauerbetrieb nicht. Daher soll durch die vorliegende Erfindung das Problem gelöst werden, eine Anordnung zu schaffen, die auch bei längerem Betrieb einwandfrei arbeitet und bei der ohne große Schwierigkeiten die Spannung der Riementriebe nachgestellt werden können.

Gemäß der Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Hilfsaggregate in zwei Gruppen unterteilt und jeweils einer Gruppe ein Antriebsriemen zugeordnet ist, der über eine der Keilriemenscheiben auf der Motorwelle und den Keilriemenscheiben auf den Hilfsaggregaten seiner Gruppe über eine beiden Gruppen gemeinsame Mehrfachkeilriemenscheibe geführt ist.

Das Zwischengetriebe kann innerhalb des Gehäuses des Motors, aber auch außerhalb am Motor angeordnet sein. Das Zwischengetriebe ist vorteiltnaft als Stufengetriebe ausgeführt und mittels zweier Kupplungen schaltbar und zwar vorzugsweise mittels einer Freilaufkupplung und einer Elektromagnetkupplung.

In den Figuren 1 bis 3 sind anhand von Diagrammen die Kennlinien verschiedener Hilfsaggregate sowie anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles in den Figuren 4 und 5

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ein nach der Erfindung gebildeter Antrieb für die Hilfsaggregate eines Verbrennungsmotors dargestellt.

Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Diagramme zeigen die Abhängigkeit der Leistungsaufnahme N von der Betriebsdrehzahl bei verschiedenen Hilfsaggregaten, wobei
auf der Abzisse die Drehzahl η in % der Maximaldrehzahl n_max der Motorbetriebswelle aufgetragen ist.

Fig. 1 zeigt die Kennlinie A einer Strömungsmaschine,
z. B. eines Ltifterrades, das mit einem konstanten übersetzungsverhältnis i = 1:1 von der Betriebswelle des Motors
angetrieben wird. Im Punkte P-j und zwar bei 25 % der Maximaldrehzahl liefert der Lüfter die für den Betrieb des Verbrennungsmotors erforderliche Luftmenge. Steigt dia Betriebsdrehzahl weiter an, so erfolgt auch ein Anstieg der vom Lüfter
abgegebenen Leistung, aber nicht linear zu seiner Leistungsaufnahme. Im Punkte P₂# bei etwa 50 % der maximalen Drehzahl wird daher der Antrieb des Lüfters auf eine niedrigere Drehzahl umgeschaltet und zwar im Verhältnis i = 2:1; die Leistungsaufnahme des Lüfters geht daher zurück; sie entspricht nunmehr wieder dem Wert, den der Lüfter bei 25 % seiner maximalen Drehzahl hatte. Steigt die Drehzahl des Motors weiter an, so erfolgt der Anstieg der vom Lüfter aufgenommenen Leistung nunmehr dem Kurvenzug B. Wie ohne weiteres erkennbar

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wird somit die Leistungsaufnahme des Lüfters wesentlich reduziert, wobei jedoch die abgegebene Lüfterleistung zur Kühlung des Verbrennungsmotors ausreichend ist. um ein Pendeln bei P2 zu vermeiden, wird eine Hysterese Hy in der Steuerung des Umschaltvorganges vorgesehen.

Fig. 2 zeigt die Kennlinie einer Verdrängermaschine, z. B. eines als Kompressor für die Klimaanlage des Kraftfahrzeuges oder der Lenkhelfpumpe arbeitenden HiIfsaggregate. Mit zunehmender Drehzahl steigt bei einem derartigen Aggregat die Leistungsaufnahme gemäß dem Kurvenzug C fast linear an. Bei 25 % der maximalen Motordrehzahl im Punkt P-j entwickelt auch dieses Aggregat seine für den Betrieb des Motors bzw. Kraftfahrzeuges notwendige Leistung. Ist die Drehzahl des Motors bis auf ca. 50 % der maximalen Drehzahl angestiegen, so erfolgt im Punkt P₂ die Umschaltung auf einen gegenüber der Motordrehzahl untersetztem Trieb mit einem Untersetzungsverhältnis von i = 2:1. Bei einem weiteren Drehzahlanstieg des Motors erfolgt die Leistungsaufnahme nunmehr gemäß dem Kurvenzug D. Die Hysterese des Umschaltvorganges ist mit Hy bezeichnet.

Fig. 3 zeigt im Diagramm die Kennlinie E eines anderen Hilfsaggregates, z. B. eines elektrischen Generators. Auch dieser Generator muß wie alle übrigen Aggregate bei einer Drehzahl von 25 % der maximalen Drehzahl in Punkt P^ seine

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für den Betrieb des Motors bzw. Kraftfahrzeuges erforderliche Leistung erbringen. Es ist daher vorteilhaft, den Generator bei annähernd 50 % der maximalen Drehzahl der Motorbetriebswelle auf eine niedrigere Drehzahl, z. B; auch hier im üntersetzungsverhältnis von i = 2:1 umzuschalten; seine Leistungsaufnahme erfolgt nunmehr gemäß der Kennlinie F. Die Hysterese für den Umschaltvorgang ist mit Hy bezeichnet.

Obwohl die mit steigender Drehzahl des Motors teilweise und je nach der Art des Aggregates überproportional steigende Leistungsaufnahme eines einzelnen Aggregates im Verhältnis zur gesamten, vom Motor erbrachten Leistung gering ist, addieren sich jedoch diese für den Betrieb des Kraftfahrzeuges überhöhten Leistungsaufnahmen. Insbesondere bei langen Strekkenfahrten mit hoher Geschwindigkeit sinkt daher der Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeuges. Gemäß der vorgenannten erfinderischen Lehre wird daher zumindest bei einzelnen Aggregaten, die durch einen gemeinsamen Antrieb miteinander verbunden sind, bei einer bestimmten Drehzahl der Betriebswelle, vorzugsweise bei 50 % der maximalen Drehzahl, der gemeinsame Antrieb der Aggregate untersetzt. Benützt man ein schaltbares Getriebe, so ist ein üntersetzungsverhältnis von i = 2:1 vorteilhaft. Der technische Mehraufwand ist gering, denn mehrere Hilfsaggregate haben nur ein gemeinsames Untersetzungsgetriebe,

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Fig. 4 zeigt schematisch einen Teil eines Antriebsmotors 1. Die Nebenaggregate sind in 2 Gruppen aufgeteilt. Eine Gruppe besteht aus einer Pumpe 23 mit einer Welle 22 und auf der anderen Seite des Motors aus einem Generator mit einer Welle 42.

Diese Aggregatgruppe ist durch ein Zugmittel, z. B. einen Riementrieb 26 mit dem Getrieberad 9, Getrieberad 27, Getrieberad 28 zurück zu Getrieberad 9 verbunden. In der Zeichnung ist das Zugmittel 26 dieser Gruppe als durchgehende Linie gezeichnet. Eine zweite Gruppe dessen Zugmittel 29 als Linie mit Kreuzen gezeichnet ist, verbindet das Getrieberad 30 der Freilaufkupplung 10 mit dem Getrieberad der Nebenwelle 22, welches mit dem Getrieberad 27 fest verbunden ist, und dem Getrieberad 32 der Welle 33 für den Lüfter 34, dessen Wirkungsfläche durch einen Kreis angedeutet ist,

und evtl. weiteren Nebenaggregaten, hier nicht gezeichnet. Da die Zugmittel 26 und Zugmittel 29 der beiden Antriebsgruppen in zwei verschiedenen Ebenen laufen und die Getrieberäder 27 und 31 miteinander verbunden sind, werden alle Aggregate auf den Wellen 22, 42 und 33 angetrieben, ganz gleich, ob der Antrieb über die schaltbare Kupplung 35 oder die Freilaufkupplung 10 erfolgt. Die Größe des Kühlers 2 ist gestrichelt angedeutet.

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in Flg. 5 ist ein Teil des Antriebsmotors der Fig. 4
von der Seite gesehen dargestellt. Bei dieser Ausführung ist als schaltbare Kupplung eine Elektromagnetkupplung 35 vorgesehen. Diese Kupplung sitzt auf der Motorwelle 5. Der Magnet dieser Kupplung ist mit 36 bezeichnet und besitzt die beiden Anschlüsse 37 und 38 für die Stromzuführung. Der Magnet ist am Motorgehäuse befestigt. Auf der Elektromagnetkupplung 35 ist das Getrieberad 9 angeordnet, welches über Zugmittel 26 mit dem Getrieberad 27 und dem hier nicht sichtbaren Getrieberad 28 zusammenarbeitet.

Auf der Motorwelle 5 ist außerhalb ein Freilauf 10 angeordnet. Auf dem Antriebsteil dieses Freilaufes ist das
Getrieberad 30 befestigt. Dieses arbeitet über Zugmittel 29 mit dem Getrieberad 31 und dem in Fig. 5 nicht sichtbaren
Getrieberad 32 zusammen. Die Getrieberäder 27 und 31 sind
fest miteinander verbunden und beispielsweise auf der Welle 22 eines Kompressors 23 angeordnet.

Ein Schwingungsdämpfer 8 für die Kurbelwelle 5 kann
zwischen der Elektromagnetkupplung 35 und der Freilaufkupplung 10 angeordnet sein.

Die Anordnung arbeitet wie folgt: In dem unter 50 % der Wartungsdrehzahl gelegenen Drehzahlbereich der Motorwelle 5 ist die schaltbare Elektromagnetkupplung 35 geschlossen und

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treibt über das Getrieberad 9 und über den Keilriemenantrieb 26 die Nebenaggregate, die Wasserpumpe 23 auf der Welle 22 und den Generator 24 über die Welle 42 an. Auf der Welle 22 ist auch das Getrieberad 31 befestigt, über das der Keilriemen 29 angetrieben wird. Der vom Keilriementriebz29 angetriebene Freilauf 10 läuft schneller als die Motorwelle 5, die Freilaufkupplung 1O bleibt solange offen, bis der Antrieb von der Motorwelle 5 über die Kupplung 35 erfolgt, über den Keilriemenantrieb 29 wird auch der Lüfter 34 auf der Welle 33 angetrieben.

Bei Erreichen einer wählbaren Drehzahl, vorzugsweise etwa 50 % der maximalen Drehzahl + Hysterese, öffnet die schaltbare Kupplung 35. Die Freilaufkupplung 10 auf der Motorwelle 5 kommt zum Eingriff und treibt nunmehr - ausgehend vom Getrieberad 30 der Motorwelle 5 - über den Riementrieb 29 den Lüfter 34 und die Nebenwelle 22 an. Ober das auf der Nebenwelle 22 befestigte Getrieberad 27 und dem Riementrieb 26 werden die Nebenaggregate angetrieben. Die Nebenaggregate laufen nunmehr langsamer und erreichen bei maximaler Motorwellendrehzahl die halbe Drehzahl gegenüber dem Antrieb über schaltbare Kupplung 35.

Die Drehzahl z. B. an der Nebenwelle 22 eines Nebenaggregates kann entsprechend der Zuordnung zum Aggregat verschieden sein, entsprechend einem wäh3baren, jedoch festem

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übersetzungsverhältnis zum Zwischengetriebe. Fällt die Motorwellendrehzahl wieder unter 50 % + Hysterese der maximalen Drehzahl, so schließt die Kupplung 35; sie übernimmt nun wieder über Kei!riemenantrieb 26 den Antrieb der Nebenaggregate. Bedingt durch die höhere Drehzahl der Nebenwelle 11 kommt die Freilaufkupplung außer Eingriff.

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Claims

Patentansprüche

Antrieb für die Hilfsaggregate eines Kraftfahrzeugmotors mittels Keilriemen von zwei verschieden großen auf der Motorwelle angeordneten Kailriemenscheiben, die über Kupplungen mit der Motorwelle verbindbar sind und zwar wird vorzugsweise bei Unterschreitung einer bestimmten Motordrehzahl eine Riemenscheibe durch eine Schaltkupplung mit der Kurbelwelle verbunden, wahrend sich die andere Riemenscheibe mittels des Freilaufs aus der Antriebsverbindung löst, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsaggregate (24, 34, 23) in zwei Gruppen unterteilt und jeweils einer Gruppe ein Antriebsriemen (26, 29) zugeordnet ist, der über eine der Keilriemenscheiben (9, 30) auf der Motorwelle und den Keilriemenscheiben auf den Hilfsaggregaten seiner Gruppe über eine beiden Gruppen gemeinsame Mehrfachkeilriemenscheibe (31, 27) geführt 1st.

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