DE2462058C3 - Wandleraggregat für Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wandleraggregat für Verbrennungskraftmaschinen mit einem hydraulischen System, mit einer Regeleinrichtung zum Konstanthalten von Drehzahl und Leistung der Verbrennungskraftmaschine und mit einem Energiespeicher.

Eine derartige Vorrichtung ist in der Zeitschrift »Ölhydraulik und Pneumatik« 15 (1971), Nr. 10, Seiten 427 und 428 beschrieben.

Obwohl es sich auch Dei ditser Lösung um ein Wandleraggregat für Verbrennungskraftmaschinen handelt, das mit einer Regeleinrichi ,ng zum Konstanthalten von Drehzahl und Leistung der Verbrennungskraftmaschine, mit einem Energiespeicher und mit einem hydraulischen System ausgerüstet ist, wird dort die Problematik der Vernichtung überschüssiger Bremsenergien, die bei Dauerbremsungen anfällt, nicht angesprochen. Daher sind bei dem vorbekannten Wandlergerät auch keine Mittel vorgesehen, mit denen im Fall von Dauerbremsungen, bei denen mehr Energie anfällt, als der Speicher aufnehmen kann, die überschüssige Energie vernichtet werden kann.

Bei einer anderen vorbekannten Lösung (US-PS 27 55 898) handelt es sich um eine Einrichtung zur Speicherung von Bremsenergie, die beim Abbremsen eines Fahrzeuges oder einer Maschine anfällt. Diese Einrichtung ist zwar mit einem hydraulischen System und einem Energiespeicher ausgestattet, hat aber keine Regeleinrichtung zum Konstanthalten der Drehzahl und Leistung des mit der Einrichtung gekoppelten Antriebsmotors. Es ist auch keine Drossel oder ein anderes Mittel zum Vernichten überschüssiger Bremsenergie vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wandleraggregat der obengenannten Art anzugeben, bei dem die stufenlose Übernahme der bei Bremsvorgängen freigesetzten Fahrzeugenergie möglich ist.

Ausgehend von einem Wandleraggregat der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem hydraulischen System eine Drossel vorgesehen ist, die in der Bremsphase zu betätigen ist, sobald der Energiespeicher keine Energie mehr aufnehmen kann, wobei die Stärke der Abbremsung durch Regulierung der Drossel mittels der Regeleinrichtung automatisch verstellbar ist.

Mit der Lösung gemäß der Erfindung ist es in baulich

einfacher und betriebssicherer Weise möglich, die im Fall einer Dauerbremsung, bei der mehr Energie anfällt, als der Speicherkapazität entspricht, überschüssige Energie zu vernichten.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Möglichkeit, daß die Drossel mittels eines zugehörigen Dauerbremspedals betätigbar ist.

Es ist im Rahmen der Erfindung weiterhin voi ieilhaft, ίο wenn der Drossel ein Überdruckventil im Hydraulikkreislauf des Wandleraggregates vorgeschaltet ist.

Als Energiespeicher kann im übrigen ein elektrische Akkumulator, ein Schwungrad oder ein Druckspeicher verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. In den

Fig. 1—3 ist schematisch das Fahrgestell eines Lastwagens dargestellt, der mit einem erfindungsgemäßen, hydraulisch wirkenden und mit einem Druckspeieher versehenen Wandleraggregat arbeitet. In den

Fig.4 und 5 ist ein erfindungsgemäßes Wandleraggregat gemäß F i g. 1 und 3 dargestellt, wobei anstelTe des Druckspeichers ein Schwungmassenspeicher vorgesehen ist.

Eine Verbrennungskraftmaschine 5 treibt über eine Welle 6 das Fahrzeug an. Eine Zapfwelle 7 ist mit der Welle 6 verbunden. Eine Regeleinrichtung 4 vergleicht die Stellung des Fahrpedals 8 mit der Leistung der im übrigen hinsichtlich seiner Drehzahl konstantgehaltenen Verbrennungskraftmschine 5. Produziert die Maschine mehr Leistung, als sie der Stellung des Fahrpedals 8 entspricht, wird über die Regeleinrichtung 4 der Hydroblock 1 derart beeinflußt, daß er über die Zapfwelle 7 die überschüssige Energie entnimmt, in J5 einer Hydropumpe 9 verbraucht und in das komprimierte Druckmedium im Hochdruckspeicher 2 speichert.

Leistet die Maschine weniger, als es der Stellung des Gaspedals 8 entspricht, so wird durch die Regeleinrichtung 4 über die Ventileinheit 10 im Hydroblock 1 to bewirkt, daß aus dem Hochdruckspeicher 2 ein Strömungsmittel in die Hydropumpe 9 zurückströmt, die nunmehr als Hydromotor arbeitet und diese Energie über die Zapfwelle 7 der Hauptwelle 6 zuführt. Der Hydroblock 1 weist überdies einen Niederdruckspeieher 3 auf, der der Speicherung überflüssigen Strömungsmittels dient.

Durch Verstellen der Hydropumpe 9, beispielsweise der Trommelscheibe einer Trommelscheibenpumpe, kann die Fahrtrichtung frei gewählt werden.
Bei Bremsvorgängen wird die nötige Fahrzeugenergie freigesetzt, die ebenfalls über die Welle 6 bzw. Zapfwelle 7 in den Hochdruckspeicher 2 eingespeichert wird.

Bei Dauerbremsungen fällt mehr Energie an, als gespeichert werden kann; diese Energie wird durch die Drossel 11 vernichtet. Die Stärke der Abbremsung wird durch Verstellen der Drossel 11 von der Regeleinrichtung 4 reguliert. Die Betätigung des Bremsvorgangs kann entweder durch ein kombiniertes Fahrpedal oder ί>ο durch ein eigenes Bremspedal 12 stattfinden. Es ist auch möglich, außerhalb der Regeleinrichtung 4 die Betätigung der Drossel Il einem eigenen Duuerbremspedal zuzuführen, das dann betätigt wird, wenn beispielsweise am Armaturenbrett des Fahrzeugs ein Meßinstrument t>5 den Füllzustand des Hochdruckspeichers 2 mit voll anzeigt. Da dt-r Füllzustand des Hochdruckspeichers 2 der Regeleinrichtung 4 mitgeteilt wird, ist es grundsätzlich zweckmäßig, das Betätigen des Drosselventils 11

der Regeleinrichtung 4 zu überlassen. Die Stellung der Pedale 8, 12 wird ständig mittels einer Überwachungseinrichtung 13 mit der Fahrgeschwindigkeit verglichen.

Anstelle des kompressiblen Mediums im Hochdruckspeicher kann potentielle Energie des Strömungsmedi- ι ums auch in einem Federspeicher eingelagert werden, bzw. in einem Speicher, der durch das Eigenfederverhalten seiner Wandung imstande ist, die durch das Strömungsmittel zugeführte potentielle Energie einzuspeichern. ^|n

Es ist zweckmäßig, an den Kreislauf des Strömungsmittels auch andere Geräte bzw. Einrichtungen mit anzuschließen, beispielsweise eine Servo-Lenkung. Es ist aber auch möglich, ein pneumatisches System zu verwenden, wobei in besonders zweckmäßiger Weise das Brems- und das Antriebssystem miteinander gekoppelt werden können.

Man wird normalerweise den Hochdruckspeicher 2 derart auslegen, daß er die während eines durchschnittlichen Fahrzyklus anfallende Motor- und Bremsenergie einspeichert und sie auch während dieses Fahrzyklus zum Beschleunigen des Fahrzeugs wieder vbgibt. In diesem Fall kann die Brennkraftmaschine 5 grundsätzlich unter ständig gleichbleibenden Betriebsbedingungen betrieben werden.

Es ist aber auch möglich, die Auslegung des Hochdruckspeichers 2 derart zu ändern, daß er entweder so groß ist, daß sein Vorrat über einen Fahrzyklus hinaus ausreicht, um das Fahrzeug anzutreiben. Somit ist es beispielsv/eise möglich, mit einem )0 erfindungsgemäßen Fahrzeug in Bauwerke, bzw. Lagerhallen und dergleichen mehr, mit abgeschalteter Maschine einzufahren. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise die Luftverschmutzung innerhalb geschlossener Räume verhindert, und es ist nicht nötig, i~> beispielsweise bei einer Verwendung der Erfindung an einem Stapler, zum Einsatz im Freien einen anderen Stapler verwenden zu müssen als im Einsatz in geschlossenen Räumen.

Es ist abe^r auch möglich, den Hochdruckspeicher 2 kleiner auszulegen, als es zur Aufnahme der Energie für einen vollen Fahrzyklus nötig wäre. In diesem Fall würde beispielsweise anfallende Bremsenergie eingespeichert und zu Zeitpunkten besonderen Bedarfs wieder abgegeben. Hierbei könnte zwar die Antriebsmaschine 5 nicht ständig auf gleichen Betriebsbedingungen gehalten werden, doch dahingehend betrieben werden, daß eine Änderung ihres Betriebszustandes derart langsam vorgeht, daß eine Regelungseinrichtung dem Maschinenzustand rterart folgen kann, daß die w> Maschine in ihrem neuen Betriebszustand jeweils wieder mit den zugehörigen optimalen Kennwerten arbeitet.

In Fig. 2 und 3 ist ein Fahrzeugantrieb dargestellt, der unter Verwendung des erfindungsgemäßen Wand- « leraggregates auf voll hydraulischem Wege ein Fahrzeug antreibt. In diesem Fall besteht zwischen der Maschine 5 und der Welle 6 keine mechanische Verbindung mehr. Fig. 2 zeigt die Antriebseinrichtung ohne die in F i g. 3 gezeigte Steuer- und Regelanlage. «)

Die Verbrennungskraftmaschine 5 treibt eine Hydropumpe 9a mit konstanter Leistung an. Je nach Bedarf bzw. Fahrzeugstand wird die Leistung der Hydropumpe 9a direkt an den Hydromotor 9b und somit an die Welle 6 oder über das Ventil 10 an den Hochdruckspeicher 2 t>5 abgegeben. Der Hydiomotor9£ist verstellbar, so daß er auf den jeweiligen Geschvindigkeits- oder Leistungsbedarf eingestellt werden kann. Es ist auch möglich, mittels dieses Hydromotors Vor- und Rücklauf zu wählen. Schließlich kann der Hydromotor 96 auch noch auf Leerlauf eingestellt werden. LJm die Maschine 5 unter ständig gleichen Betriebsbedingungen zu halten, ist auch die Hydropumpe 9,j verstellbar, wobei sie je nach den Druckverhältnissen im hydraulischen System derart verstellt wird, daß ihre Drehzahl und Leistungsabnahme immer gleichbleibt.

Im hydraulischen Kreis ist dem Hydromotor 9b ein Sperrventil 16 vor- oder nachgeschaltet, das einen Fluß von Druckmedium durch den Motor 9b vollkommen unterbindet und das somit als Feststellbremse dient.

Wie in Fig. 1 ist auch hier eine verstellbare Drossel 11 vorgesehen, die im Bremsbereich durch ein Überdruckventil 17 automatisch beaufschlagt wird, wenn der Druck im Hochdmckspeicher 2 sein Maximum erreicht hat und somit anzeigt, daß der Hochdruckspeicher 2 gefüllt ist.

Ferner ist die Drossel 11 über eine Steuer- oder Kommandoleitung mit der Regeleinrichtung 4 verbunden.

Mit der Hydropumpe 9a kann eine Pumpe 18 verbunden sein, die ein Druckmedium fördert, das den verschiedenartigen Zwecken dienen kann, wie beispielsweise Fahrzeug-Servoeinrichtungen, Bremsen usw. In besonders zweckmäßiger Weise aber dient die Pumpe 18 zum Fördern eines Druckmediums, das zum Betrieb der Regel- oder Steuereinrichtung 4 verwendet werden kann. Diese Regeleinrichtung 4 kann pneumatisch, hydraulisch und/oder elektronisch betrieben werden.

Mit der Regeleinrichtung4 ist ein Fahrtrichtungswähler 14, das Fahrpedal 8, das Bremspedal 12 und ein Füllstandsanzeiger 15 verbunden, der die Druckverhältnisse im hydraulischen System bzw. im Hochdruckspeicher und somit seinen Füllzustand anzeigt. Ferner sind mit der Regeleinrichtung 4 noch die Verbrennungsmaschine 5, die Hydropumpe 9a und der Hydromotor 9b über Signal- oder Stelleitungen verbunden, ebenso wie das Ventil 10, das die Druckanzeige für den Hochdruckspeicher 2 liefert und das bei Energiebedarf Druckmedium aus dem Hochdruckspeicher 2 in das hydraulische System austreten läßt.

In F i g. 4 ist ein erfindungsgemäßes Wandleraggregat mit Energiespeicher, ähnlich F i g. 1 dargestellt. Es unterscheidet sich im wesentlichen von Fig. I dadurch, daß als Energiespeicher ein Schwungmassenspeicher 20 verwendet wird. Hierbei wird von der Welle 6 über eine Zapfwelle 7 eine hydraulisch veiMellbare Pumpe 9 bzw. ein Verstellmotor betrieben, der mit einem Verstellmotor 19 bzw. einer Verstellpumpe durch einen Kreislauf verbunden ist. Der Verstellmotor 19 ist über eine Welle und gegebenenfalls über ein Übersetzungsgetriebe rr.ii dem Schwungmassenspeicher 20 verbunden. Das hydraulische System weist im wesentlichen zwei Verbindungsleitungen zwischen der Pumpe 9 und dem Motor 19 auf und bildet somit einen Kreislauf. Beide Zweige dieses Kreislaufs sind jeweils über ein Ventil 21a, 216 mit dem Ausgleichsbehälter 3 verbunden. Zwischen beiden ⁷weigen des hydraulischen Systems kann über das Ventil 17 und über die verstellbare Drossel 11 eine Verbindung hergestellt werden. Wird durch die Zapfwelle 7 überflüssige Energie an die hydraulische Pumpe 9 abgegeben, dann fördert die über den (in der Zeichnung oberen) Ast des hydraulischen Systems Druckmed^:;irn an den Hydromotor 19, der seinerseits die ihm eingebrachte Energie an den Schwungradspeicher 20 abgibt. Entspanntes hydraulisches Druckmedium fließt über den anderen Zweig (in

der Zeichnung den linieren) /uriick /ur Hydropumpe 9. Der Niederdruckzweig ist hierbei über das geöffnete Ventil 21 b mil dem Ausgleichsbehälter ) verbunden. Die I lochdruckscite des hydraulischen Systems ist vom Niederdnickbehiilter .3 getrennt, da in diesem Pail das Ventil 21;; geschlossen ist.

Kann der Schwungmassenspeicher 20 keine Energie mehr aufnehmen, wie beispielsweise im l'all einer Daiierbrcmsung, dann öffnet das Ventil 17 und die überschüssige Knergie wird durch die Verstelldrossel 11 vernichtet. Hierbei wird der Hydromotor 19 auf l.ecrlaufstcllung gebracht, so dall er keine weitere l-'ncrgie an den Schwungmassenspeicher 20 abgibt. Auch in diesem lall bleibt das Ventil 21/' geöffnet. während das Ventil 21.(geschlossen ist.

Wird von der crfindungsgcmäUcn Wnndlercinrichlung i'nergic abgegeben, dann treibt der Schwungmassenspeicher 20 über den als Pumpe wirkenden I lydromolor 19 die als Motor wirkende I lydropumpe 9. wobei der /weile der beiden Äste (in der Zeichnung der untere) des hydraulischen Systems das unter Druck befindliche Medium transportiert, während der andere (in der Zeichnung der obere) das entspannte Medium /um Antrieb 19 zurückführt. Hierbei wird die dem Schwungmassenspeicher 20 entnommene fincrgie von der als Hydromotor arbeilenden Pumpe 9 an die Zapfwelle 7 abgegeben. Während dieses Vorgangs wird das Ventil 2ib geschlossen, während das Ventil 21;) geöffnet ist und über den Ausgleichsbehälter .3 einen Ausgleich zum Niederdnickteil des hydraulischen Systems herstellt.

Die Steuerung bzw. Regelung des crfindungsgemälien Wandlcraggregalcs erfolgt analog zu den in Γ i g. I bzw. 2 beschriebenen Aiisführiingsbeispielen.

Die I i g. 5 zeigt analog zu Ii g. 2 einen vollhydrauli sehen Antrieb, bei dem aber anstelle des Druckspeicher 2 eine Speichereinrichtung mit einem Schwungmassenspeicher 20 verwendet wird, wie sie in Γ ι g. 4 dargestellt ist. Hierbei wird von der Rcgelungscinrichtung 4 über Stciierleilungen anstelle des Drucks am Schwungmas· senspeichcr 20 die Drehzahl abgenommen. Anstelle des Ventils 10 wird der Hydromotor bzw. die Hydropumpe 9, 19 ebenfalls über eine Steucrleitiing betätigt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. VVandleraggregat für Verbrennungskraftmaschinen mit einem hydraulischen System, mit einer Regeleinrichtung zum Konstanthalten von Drehzahl und Leistung der Verbrennungskraftmaschine und mit einem Energiespeicher, dadurch gekennzeichnet, daß in dem hydraulischen System eine Drossel (11) vorgesehen ist, die in der Bremsphase zu betätigen ist, sobald der Energiespeicher (2, 20) keine Energie mehr aufnehmen kann, wobei die Stärke der Abbremsung durch Regulierung der Drossel (11) mittels der Regeleinrichtung (4) automatisch verstellbar ist.

2. Wandleraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (11) mittels eines zugehörigen Bremspedals betätigbar ist.

3. Wandleraggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drossel (11) ein Überdruck; ^ntil (17) vorgeschaltet ist.