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Kraftfahrzeug
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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
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Bei den derzeit bekannten Kraftfahrzeugen ist ein Stromerzeuger vorhanden,
der üblicherweise als Lichtmaschine bezeichnet und entweder unmittelbar von der
Brennkraftmaschine oder über einen Keilriemen mechanisch angetrieben wird. Für diesen
Antrieb der Lichtmaschine wird ein Teil der Leistung der Brennkraftmaschine benötigt.
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Ferner ist der Akkumulator (Batterie) des Fahrzeuges der Lichtmaschine
parallel geschaltet, wobei durch einen Regler je nach Ladezustand des Akkumulators
und je nach Drehzahl der Lichtmaschine der Ladestrom für den Akkumulator geregelt
wird.
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Insbesondere wird durch diesen Regler bei Erreichen einer bestimmten
Drehzahl der Lichtmaschine die Stromversorgung der elektrischen Anlage des Kraftfahrzeuges
von dem Akkumulator auf die Lichtmaschine umgeschaltet.
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Der mechanische Antrieb des Stromerzeugers bzw. der Lichtmaschine
durch die Brennkraftmaschine ist nun insofern
nachteilig, als hierdurch
der Brennkraftmaschine stets ein gewisser Teil ihrer Leistung entnommen werdem muß.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, derartige Nachteile
zu vermeiden und einen neuartigen Antrieb für den Stromerzeuger eines Kraftfahrzeuges
anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß
der Stromerzeuger durch die Abgasenergie der Brennkraftmaschine angetrieben ist.
Vorzugsweise ist zum Antrieb des Stromerzeugers eine Abgas turbine vorgesehen.
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Eine derartige, ansich bekannte Abgasturbine ist in der Abgasleitung
der Brennkraftmaschine angeordnet, wobei jetzt jedoch nach dem Vorschlag der Erfindung
die Leistung der Abgasturbine zum Antrieb des Stromerzeugers verwendet wird.
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Es ist bei gewissen Arten von Kraftfahrzeugen ebenfalls bereits bekannt,
zur Verbesserung der Leistung und des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine einen
sogenannten Abgasturbolader zu verwenden, bei dem die Leistung der Abgas turbine
zum Antrieb eines Aufladegebläses herangezogen wird, wobei es sich ebenfalls um
einen mechanischenAntrieb handelt. Ein derartiger Abgasturbolader versorgt die Brennkraftmaschine
mit einem zusätzlichen Brennstoff-Luftgemisch, so daß der sogenannte Füllungsgrad
des Motors und damit dessen Leistung erhöht werden können.
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Bei den bekannten Einrichtungen der vorerwähnten Art fallen in den
unteren Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine wenig Abgase zum Antrieb der Abgas
turbine an, wodurch das mit der Turbine mechanisch gekuppelte Aufladegebläse zu
langsam läuft. Infolgedessen ist die zusätzliche Luft- bzw. Brennstoff-Luftgemisch-Einbringung
in
dic Brennkraftmaschine in deren unteren Drehzahlbereichen zu gering , so daß die
Maschine in diesem Falle praktisch nur im Saugbetrieb mit entsprechend reduzierter
Leistung läuft. Erst ab einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine, je nach
Auslegung der Abgasturbine, fördert das Aufladegebläse in genügendem Umfange zusätzliche
Frischgase, so daß in diesem Moment sich die Leistung der Brennkraftmaschine schlagartig
erhöht. Dieser plötzlich einsetzende Schub ist für viele Fahrer von Kraftfahrzeugen
mit Abgasturbolader recht störend, ja kann sogar bei Befahren von Kurven gefährlich
werden. Insbesondere aus diesen Gründen konnte sich bisher diese Art der Abgasturbinenaufladung
noch nicht allgemein durchsetzen und blieb vorwiegend den Fahrzeugen für Renn- bzw.
Tourenwagensport vorbehalten.
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In den oberen Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine läuft bei den
bekannten Anlagen die Abgas turbine mit mechanisch angekuppe1temAbgasgebläse zu
schnell, so daß bei den bekannten Einrichtungen Bypassventile vorgesehen werden
müssen, damit der Brennkraftmaschine ab einem bestimmten Drehzahlbereich, d. h.
bei höheren Drehzahlen, nicht zuviel Frischgase zugeführt werden. Derartige Bypassventile
leiten die nicht erforderliche Abgasmenge über einen parallel zur Abgas turbine
gelegten Bypass direkt in den Auspuff ab. Es handelt sich hierbei um eine mechanische
Regelung, die sorgfältiger Justierung und Wartung bedarf und außerdem einem lauf
enden Verschleiß unterworfen ist. Wird beispielsweise nun eine Brennkraftmaschine
mit Abgasturbolader in verschiedenen Höhen über dem Meeresspiegel betrieben, so
ändert sich der Bedarf der Brennkraftmaschine an Brennstoff-Luftgemisch. Die derzeit
bekannten mechanischen Regeleinrichtungen für Abgasturbolader können sichsan die
wechselnden Betriebsbedingungen nicht optimal anpassen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher ebenfalls die Aufgabe zugrunde,
derartige nachteilige Erscheinungen zu vermeiden, d. h. eine Ladung einer Brennkraftmaschine
anzugeben, die in allen Drehzahlbereichen optimal arbeitet.
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Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung ferner eine gesonderte Auf
ladevorrichtung für die Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei mit besonderem Vorteil
zum Antrieb dieser Auf ladevorrichtung ein eigener Elektromotor verwendet wird.
Die Aufladevorrichtung kann gemäß Weiterbildungen der Erfindung entweder als Aufladegebläse,
oder als Kompressor oder als Pumpe ausgebildet sein. Es ist ferner vorteilhaft,
wenn die Aufladevorrichtung mit einem vorgesetzten Luftfilter für die Ansaugluft
versehen ist.
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Vorzugsweise ist eine Regeleinrichtung in Form eines dem Elektromotor
vorgeschalteten Drehzahlreglers vorgesehen.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine Regeleinrichtung für den
Auf ladedruck der Aufladevorrichtung vorzusehen.
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Weiterhin kann alternativ bei auf den maximalen Aufladedruck eingestellter
Aufladevorrichtung eine Regeleinrichtung zur Uberdruckkompensation vorgesehen sein,
insbesondere in Form einer Drosselregelung oder in Form einer Bypassregelung.
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Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist diese
Regeleinrichtung der jeweils gewählten Art mit einem elektronischen Steuergerät
verbunden, durch das die Regeleinrichtung nach Maßyabc von dem elektronischen Steuergerät
eingegebenen Meßd£it en wic insbesoll(1ere Momentan- und Maximaldrehahl der Brennkrafmaschine,
Gaspedalstellung, spezifische Motorcharakteristik,
momentane Fahrgeschwindigkeit,
Daten von Klopfsensoren, tatsächliche Luftfördermenge der Aufladevorrichtung, Luftdruck
über N.N. und dergleichen, mit entsprechenden Steuersignalen beaufschlagt ist. Infolgedessen
läßt sich z. B. das vom Elektromotor angetriebene Aufladegebläse hinsichtlich seiner
Drehzahl jeweils entsprechend der von der Brennkraftmaschine tatsächlich benötigten
Brennstoff-Luft-Gemischmenge genau regeln.
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Diese Art der Regelung besitzt den Vorteil, insbesondere im Vergleich
mit den derzeit bekannten Abgasturboladern, daß in den unteren Drehzahlbereichen
der Brennkraftmaschine bereits das maximal mögliche Drehmoment erzielt werden kann
und daß entsprechend der Leistungskurve der Maschine bei jeder Drehzahl die optimale
Menge an Brennstoff-Luftgemisch vorhanden ist. Hierdurch wird der bei den bekannten
Abgasturboladern auftretende Leistungssprung der Brennkraftmaschine bei Erreichen
eines bestimmten Drehzahlbereiches vermieden. Ein gemäß dem erfindungsgemäßen Vorschlag
ausgerüstetes Kraftfahrzeug ist daher für die Allgemeinheit der Benutzer von Kraftfahrzeugen
recht brauchbar, da das Leistungsverhalten der Brennkraftmaschine in sehr präziser
Weise reproduzierbar ist. Darüberhinaus kann auf bei Abgasturboladern übliche mechanisch
geregelte Bypassventile verzichtet werden.
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Von besonderem Vorteil ist es gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung
weiterhin, wenn der zum Antrieb der Vorrichtung dienende Elektromotor unmittelbar
vom Bordnetz des Kraftfahrzeuges aus betrieben wird, d. h. in gleicher Weise, wie
die gesamte elektrische Fahrzeuganlage. Der Elektromotor ist daher an den Akkumulator
bzw. an den Stromerzeuger des Kraftfahrzeuges angeschlossen.
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Infolgedessen übernimmt der Akkumulator in den unteren Drehzahlbereichen
der Brennkraftmaschine eine Art Pufferfunktion.
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Eine ganz besonders vorteilhafte Funktion ergibt sich dann dadurch,
daß der von der Abgas turbine angetriebene Stromerzeuger seinerseits den Elektromotor
für die Aufladevorrichtung mit elektrischer Energie versorgt, die in ansich üblicher
Weise von dem Stromerzeuger in das Bordnetz eingespeist wird.
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Der Stromerzeuger selbst kann entweder ein Gleichstromgenerator, ein
Wechselstromgenerator oder ein Drehstromgenerator sein.
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Es ist im übrigen aber auch möglich, daß der die Aufladevorrichtung
antreibende Elektromotor von dem Akkumulator bzw. von der üblichen Lichtmaschine
eines Kraftfahrzeuges aus gespeist wird.
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Zur näheren Erläuterung der mit vorliegender Erfindung vorgeschlagenen
Maßnahmen und erzielten Vorteile dient die beigefügte Zeichnung eines Ausführungsbeispiels.
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Wie sich aus der Zeichnung ersehen läßt, besitzt eine schematisch
dargestellte Brennkraftmaschine 1 ein Abgasrohr 2, welches in ein Gehäuse 3 mit
einer Abgasturbine 4 mündet, während das Gehäuse 3 seinerseits an einen Auspuff
7 angeschlossen ist.
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Ein Generator 6 (Lichtmaschine) ist über eine Welle 5 mit der Abgasturbine
4 gekuppelt. Ein Akkumulator 9 ist zu dem Generator 6 parallel geschaltet, wobei
in üblicher Weise die Aufladung des Akkumtl1ators über cinrii Laderstomregler 8
erfolgt.
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Ferner ist bei der gezeigten Einrichtung ein Aufladegebläse 12 vorgesehen,
zu dessen Antrieb ein aus dem Bordnetz versorgter Elektromotor 11 dient. Das Aufladegebläse
12 -befindet sich innerhalb eines entsprechenden Gehäuses 13,
von
dem aus ein Rohr 14 für die Frischluftzufuhr zur Brennkraftmaschine 1 führt. Ein
Luftfilter 15, das dem Aufladegebläse 12 vorgeschaltet ist, ist in der Ansaugöffnung
des Gehäuses 13 angeordnet. Anstatt eines Gebläses kann auch ein Kompressor oder
eine Pumpe als Aufladevorrichtung verwendet werden.
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Dcr Elektromotor 11 für den Antrieb des Aufladegebläses 12 ist an
den Akkumulator 9 angeschlossen, wobei dem Elektromotor 11 ein Drehzahlregler 10
vorgeschaltet ist. Bei einer bestimmten Drehzahl des Generators 6 nach dem Anlassen
des Motors kann in üblicher Weise die Stromversorgung vom Akkumulator 9 unmittelbar
auf den Generator 6 umgeschaltet werden, wie durch die gestrichelte Linie 16 schematisch
angedeutet ist. Es ist außerdem ein elektronisches Steuer(lerät 17 vorgesehen, beispielsweise
ein sogenannter Mikroprozessor, der mit dem Drehzahlregler 10 über einen Steuersignal-Eingang
18 verbunden ist. In der Praxis besteht natürlich die Möglichkeit, daß das Kraftfahrzeug
entweder mit dem durch die Abgasturbine 4 angetriebenen Generator 6 oder mit der
gesonderten Auf ladevorrichtung 12 mit separatem Elektromotor-Antrieb ausgestattet
ist, oder aber, mit der Kombination dieser beiden Einrichtungen, wie im Ausführungsbeispiel
dargestellt.
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Das elektronische Steuergerät 17 nimmt über entsprechende Sensoren,
von denen z. B. einige Sensoren 19a, 19b, 19c, 19c sc}u atisch darclc!;lc7.lt sind,
laufend Meßdaten, insbesondere bezüglich der Momentan- und Maximaldrehzahl der Brennkraftmaschine
1, der Gaspedalstellung, der spezifischen Motorcharakteristik, der momentanen Fahrgeschwindigkeit,
der tatsächlichen Luftfördermenge des Aufladegebläses 12, des Luftdruckes über N.N.,
ferner ggf. Daten von Klopfsensoren, auf, wobei diese Meßdaten in dem Steuergerät
17 in der Weise verarbeitet werden, daß Steuersignale gebildet werden, mit denen
anschließend der Drehzahlregler 10 für den Elektromotor 11 beaufschlagt wird.
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Die Förderleistung des Aufladegebläses 12 läßt sich durch diesen drehzahlgeregelten
Antrieb durch den Elektromotor 11 in der Weise regeln bzw. steuern, daß ein optimaler
Füllungsgrad der Brennkraftmaschine 1 erzielt wird. Anstelle einer Drehzahlregelung
für den Elektromotor 11 kann auch eine Regelung des Aufladedruckes vorgesehen sein.
Es besteht auch die Möglichkeit, das Aufladegebläse mit seiner Höchstdrehzahl laufen
zu lassen, sodaß stets der maximale Aufladedruck zur Verfügung steht, während eine
Uberdruckkompensation mittels einer zusätzlichen Drossel- oder By>ass-Regelungbzw.
-Steuerune rfçerfolgt, t,(wattin dzZeicllnung nicht dargestellt ist). Nach dem Anlassen
des Motors wird daher in relativ kurzer Zeit, während der der Elektromotor 11 noch
aus dem Akkumulator 9 gespeist wird, der Brennkraftmaschine 1 eine optimale Menge
des Brennstoff-Luftgemisches zugeführt, derart, daß ebenfalls verhältnismäßig rasch
eine ausreichende Abgas energie zur Verfügung steht, durch die sodann die Abgas
turbine 4 und der Generator 6 angetrieben werden. Dieser erreicht dann seine erforderliche
Drehzahl, so daß wiederum durch dell Ll(lest3-omregler 8 eine Umschaltung der Stromversorgung
des Elektromotors 11 unmittelbar auf den Generator 6 erfolgen kann.
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Zum Antrieb des Generators 6 braucht der Brennkraftmaschine 1 keine
Leistung entnommen zu werden, während andererseits durch das Aufladegebläse 12 eine
optimale Aufladung der Brennkraftmaschine 1 in allen Drehzahlbereichen gewährleistet
ist. Ein Ladeluftkühler ist nicht erforderlich, da sich das Auf ladegebläse bzw.
eine andere Aufladevorrichtung mühelos an einer hinsichtlich der Ansaugluftkühlung
günstigen Stelle innerhalb des die Brennkraftmaschine enthaltenden Raumes anordnen
läßt. Insgesamt führen die vorgeschlagenen Maßnahmen zu einem erheblich verbesserten
Wirkungsgrad bzw. Leistungsverhalten der Brennkraftmaschine 1, wie ohne weiteres
einzusehen ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie timfasst auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen
sowie alle Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten
Merkmale und Maßnahmen.