DE3104864C2 - Schaltungsanordnung eines Generators zur Ladung einer Gleichstrombatterie eines mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

60

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Durch die DE-OS 21 53 655 ist bereits eine Schaltungsanordnung der vorstehenden Art bekannt, bei der ein als Schalter wirkender Transistor die Erregerwicklung von der elektrischen Batterie trennt, wenn sich der Generator in Ruhe befindet Hierdurch soll verhindert werden, daß sich die Batterie des Kraftfahrzeuges über die Erregerwicklung des Generators entlädt, wenn dieser sich im Ruhezustand befindet das Kraftfahrzeug also stillgesetzt ist

Es ist weiterhin bekannt daß die von den vorhandenen Stromverbrauchern unbelastete Lichtmaschine eines mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeuges ohne größeren Drehwiderstand vom Motor angetrieben wird, aber mit steigender Belastung durch die Stromverbraucher zusätzliche Motorleistung benötigt Bei voller Belastung durch die Stromverbraucher und mittlerer Motordrehzahl benötigt eine Lichtmaschine, um weniger als 500 Watt abzugeben, ca. 1,3 PS zusätzliche Motorleistung. Ein Generator, der 980 Watt leistet, benötigt bei maximaler Belastung und bei hoher Motordrehzahl sogar fast 3 PS (»mot«, auto-Journal Nr. 1, 7.1.1981). Das heißt daß je nach Motor und Fahrweise für den Antrieb der Lichtmaschine rund ein halber Liter bis über ein Liter Benzin pro Stunde verbraucht wird.

Schließlich ist durch die »Automobiltechnische Zeitschrift«, 1971, Seiten 342 bis 346 schon bekannt, bei Elektroautos die Batterie während des Bremsbetriebes zu laden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art für einen Generator (Lichtmaschine) zum Ladtn einer Gleichstrombjtterie eines mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeuges anzugeben, mit der der Kraftstoffverbrauch zum Antrieb des Generators gesenkt werden kann, ohne daß der Generator mechanisch vom Motor abgekuppelt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen nach der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung fußt damit auf der Überlegung, den Generator des mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeuges nicht zu jeder Betriebszeit des Fahrzeuges an die Fahrzeugbatterie und damit an sämtliche Stromverbraucher anzuschließen, sondern von der Batterie zu trennen, wenn das Fahrzeug beschleunigt wird, also das Gaspedal des Fahrzeuges gedrückt ist, und den Generator an die Batterie und damit an sämtliche Verbraucher nur dann anzuschließen, wenn das Fahrzeug verzögert wird, also die Bewegungsenergie des Fahrzeuges ohnehin vernichtet wird.

Mit anderen Worten wird die Batterie von der Lichtmaschine des Fahrzeuges nur dann geladen, wenn ohnehin Bewegungsenergie des Fahrzeuges vernichtet wird. Der Generator wird also nur bei einer Geschwindigkeitsabnahme des Fahrzeuges an die Batterie angeschlossen. Er wird damit nur dann Energie des Motors verbrauchen, wenn diese sowieso vernichtet werden soll. Das heißt, daß ein Teil der zu vernichtenden Bewegungsenergie beim Abbremsen des Fahrzeuges in elektrische Energie zum Laden der Batterie umgewandelt wird. Es wird also nicht nur so lange die Batterie geladen, wie die hierzu erforderliche Energie von der zu vernichtenden Bewegungsenergie des Fahrzeuges abgezweigt werden kann, sondern es werden auch noch Bremsbeläge der Fahrzeugbremse geschont. Wenn also das Fahrzeug seine Geschwindigkeit verringert, ist der Schalter geschlossen, wodurch die Batterie geladen wird.

Andererseits ist der Schalter geöffnet, wenn das

Fahrzeug nicht verzögert wird, also mit konstanter Geschwindigkeit fährt oder beschleunigt wird. Die Feldwicklung ist dann von ihrer Erregerquelle getrennt, wodurch der Generator von allen Stromverbrauchern elektrisch abgeschaltet ist und daher bei minimalem Drehwiderstand leer mitläuft

Bei einem Drehstromgenerator ist der elektrische Schalter zwischen die Feldwicklung im Läufer des Generators und dem Spannungsregler geschaltet

Der Schalter, der darüber entscheidet, ob die Batterie _!0 mit Strom aus dem Generator geladen wird oder nicht, kann auch von einer Betriebskenngröße des Motors überwacht sein. Eine solche Betriebskenngröße ist vorteilhafterweise der pneumatische Unterdruck im Ansaugrohr des laufenden Fahrzeugmotors bzw. in der ₎₅ Unterdruckleitung des Bremskraftverstärkers des Fahrzeuges.

Hierbei kann der elektrische Schalter ein Unterdruckschalter sein, der vorzugsweise als ein Membranschalter ausgebildet ist der pneumatisch an der Ansaugleitung des Fahrzeuges bzw. an der Unterdruckleitung des Bremskraftverslärkers angeschlossen ist

Dabei kann der Unterdruckschalter mit dem Regler des Generators eine Baueinheit bilden.

Statt einer pneumatischen Betätigung des elektrisehen Schalters kann auch eine beschleunigungsempfindliche Vorrichtung, z. B. ein Quecksilberschalter vorgesehen sein, um den elektrischen Schalter zu betätigen. Der elektrische Schalter kann aber auch in den Bremslichtstromkreis eingeschaltet sein, so daß er beim Einschalten der Bremslichter geschlossen ist und bei ausgeschalteten Bremslichtern geöffnet ist Schließlich kann der elektrische Schalter auch mechanisch vom Gaspedal oder von der Luftklappe im Ansaugrohr gesteuert sein. 3s

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der elektrische Schalter von einem Schwellwertschalter überbrückt der unterhalb einer gewählten Mindestspannung der Batterie den Erregerkreis bei sämtlichen Betriebsbedingungen des Fahrzeuges geschlossen hält. Dieser zusätzliche Schalter soll verhindern, daß bei außerordentlicher Belastung der Batterie durch die Stromverbraucher des Fahrzeuges eine untere Grenzspannung der Batterie unterschritten wird.

Schwellwertschalter sind in den verschiedensten Ausführungen und für verschiedene Grenzspannungen bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden.

Die Erfindung wird für ein Ausführungsbeispiel nachstehend anhand einer Zeichnung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt ein Schaltschema für eine Drehstromlichtmaschine (Wechselstromgenerator) eines Kraftfahrzeuges mit einer Ständerwicklung 1, die hier beispielsweise in Dreieckschaltung ausgeführt ist, und einer Feldwicklung 2 im Läufer. Die Feldwicklung 2 ist primärseitig über einen Schleifring 3, eine zugeordnete Kohlebürste 4 sowie einen nachstehend noch zu beschreibenden Schalter 5 an eine Erregerquelle 6 geschaltet. Sekundärseitig ist die Feldwicklung 2 über einen weiteren Schleifring 7 und eine zugeordnete weitere Kohlebürste 8 an Masse angeschlossen.

Die von der Lichtmaschine erzeugte Wechselspannung wird über sechs Siliziumdioden 9 in bekannter Weise gleichgerichtet. Die Erregerquelle 6 der Feldwicklung 2 ist zum Beispiel ein bekannter elektronischer Spannungsregler, der parallel mit dem Ausgang der Siliziumdioden 9 über einen Zündschloßschalter 10 an die positive Klemme einer Gleichstrombatterie 11 angeschlossen ist 1st der Schalter 10 geschlossen, wird die Feldwicklung 2 des über einen Keilriemen vom Motor angetriebenen Läufers über den Spannungsregler 8 bei noch zu beschreibendem geschlossenen Schalter 5 erregt Die Siliziumdioden 9 lassen den von der Lichtmaschine erzeugten Strom nur in Richtung zur Batterie 11 durch. Über eine sogenannte Sperrdiode 12 ist der Spannungsregler 6 und der Ausgang der Siliziumdioden 9 in bekannter Weise an die nicht dargestellten Stromverbraucher des Kraftfahrzeuges angeschlossen. Parallel zu der Sperrdiode 12 ist ein Ladekontrollämpchen 13 geschaltet, das anzeigt ob die Batterie 11 nachgeladen wird.

Die vorstehend insoweit beschriebene beispielsweise Schaltung für eine Drehstromlichtmaschine ist ohne den elektrischen Schalter 5 bekannt Bei anderen bekannten Schaltungen für Drehstromlichtmaschinen ist die Ständerwicklung 1 in Sternschaltung ausgeführt

Nach einer beispielsweisen erfindungsgemäßen Ausführung ist primärseitig zwischen die Erregerquelle 6 und die Feldwicklung 2 erfindungsgemäß der bereits erwähnte elektrische Schalter 5 geschaltet Im geöffneten Zustand des Schalters 5 ist die Feldwicklung 2 von ihrer Erregerquelle 6 elektrisch getrennt und die vom Motor angetriebene Lichtmaschine läuft »leer«, liefert also keinen Strom an die Stromverbraucher des Fahrzeuges bzw. an die Batterie 11 zu ihrer Nachladung. Bei geschlossenem Schalter 5 ist dagegen die Feldwicklung 2 an ihre Erregerquelle 6 angeschlossen, so daß die Feldwicklung 2 über den elektronischen Spannungsregler 6 erregt wird.

Es ist dem Fachmann ohne weiteres klar, daß der Schalter 5 mit der gleichen Wirkung auch sekundärseitig zwischen die Feldwicklung 2 und die Masse geschaltet sein kann. Schließlich kann der Schalter 5 auch zwischen die Masse und die Erregerquelle 6 geschaltet sein.

Ziel ist es, mit dem Schalter 5 die Feldwicklung des Drehstromgenerators wahlweise ein- oder ausschalten zu können, ohne den Drehstromgenerator vom Motor mechanisch abzukuppeln. Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Schalter 5 von einem Unterdruckschalter 14 betätigt, der vom Unterdruck in der nicht dargestellten Ansaugleitung bzw. in der Unterdruckleitung zum Bremskraftverstärker des Motors gesteuert ist. Hierdurch ist es möglich, daß die Feldspule 2 der Lichtmaschine energiesparend nur im Verzögerungsbetrieb des Fahrzeuges an ihre Erregerquelle 6 angeschlossen wird. Die Lichtmaschine erzeugt damit nur Strom und lädt die Batterie 11 nur nach, wenn die ohnehin abzubremsende Fahrzeugmasse die Lichtmaschine antreibt. Die Lichtmaschine wirkt damit als zusätzliche Motorbremse, wodurch die Bremsbeläge der Motorbremse geschont werden. Während der kraftstoffverbrauchsintensiven Beschleunigungsphasen des Fahrzeuges einschließlich der Bewegungsphase des Fahrzeuges, in der es sich mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegt, wird die Lichtmaschine von ihrer Erregerquelle elektrisch abgeschaltet, so daß der Läufer der Lichtmaschine mit minimalem Drehwiderstand über den Keilriemen vom Motor ohne wesentlichen Energieaufwand angetrieben wird.

Das während der Beschleunigungsphasen durch die nichtladende Lichtmaschine in der Batterie entstehende Ladedefizit wird durch verstärktes Nachladen rasch wieder ausgeglichen, sobald das Fahrzeug verzögert wird, also das Gaspedal vom Fahrer des Fahrzeuges freigegeben und gegebenenfalls zusätzlich noch das

Bremspedal betätigt wird. Durch den sich dabei bildenden Unterdruck in der Ansaugleitung 14 wird der elektrische Schalter 5 geschlossen und damit die Feldwicklung 2 der Lichtmaschine erregt.

Bei der erfindungsgemäßen Verlegung der Ladephasen der Lichtmaschine ausschließlich in den Verzögerungsbetrieb des Kraftfahrzeuges läßt sich wesentliche Antriebskraft des Motors für die Lichtmaschine einsparen, was sich in einem verringerten Benzinverbrauch niederschlägt.

Praktische Messungen im Fahrbetrieb ergaben eine beachtliche Kraftstoffersparnis von 5 bis 10%, schon weil beim Kaltstart die Feldwicklung der Lichtmaschine von ihrer Erregerquelle abgeschaltet ist und damit der Läufer der Lichtmaschine ohne wesentlichen Energieverbrauch vom Motor angetrieben wird. Bei Langstrekkenfahrten gleichen die Ladephasen der Lichtmaschine die Entladephasen mühelos aus, in der der Schalter 5 geöffnet ist Vorteilhaft ist auch, daß die Ladung der Batterie durch die elektrische Abschaltung der Lichtmaschine von ihrer Erregerquelle vorwiegend im unteren Drehzahlbereich des Motors stattfindet. Gerade in unteren Drehzahlbereichen arbeitet aber die Lichtmaschine mit höherem Wirkungsgrad als in hohen Drehzahlbereichen. Die hohen Energieverluste, die bisher beim Ladebetrieb in hohen Drehzahlbereichen des Motors während der Fahrzeugbeschleunigung hingenommen werden mußten, sind nach der Erfindung vermeidbar.

Bei Stillstand des Fahrzeuges und leerlaufendem Motor ist bekanntlich der Unterdruck im Ansaugrohr bei geschlossener Luftklappe am größten, d. h. hier ist die Lichtmaschine, wie bei herkömmlichen Schaltungen, erregt. Die Ladung der Batterie findet hier ebenfalls bei günstigem Wirkungsgrad statt.

Versuche zeigten, daß die ladelosen Phasen des Beschleunigungsbetriebes die Batterie weniger belasten als beim Kaltstart des Motors mit dem Anlasser.

Der Unterdruckschalter 15 kann ein einfacher Membranschalter sein, der mit dem elektrischen Schalter 5 eine Baueinheit bildet. Von dem Membranschalter führt ein flexibler Schlauch zur Ansaugleitung des Motors bzw. zur Unterdruckleitung des Bremskraftverstärkers. Der Membranschalter kann zusammen mit dem elektrischen Schalter am Spannungsregler angebracht sein.

Statt den elektrischen Schalter 5 über einen Unterdruckschalter zu steuern, kann der Schalter 5 z. B. als ein Relais in den Bremslichtstromkreis eingeschaltet sein. Das Relais ist dann so ausgebildet, daß es bei eingeschalteten Bremslichtern den Spannungsregler an die Feldwicklung der Lichtmaschine anschließt und bei abgeschalteten Bremslichtern rfen Spannungsregler von der Feldwicklung unterbricht

Der elektrische Schalter 5 läßt sich auch durch einen bekannten Quecksilberschalter oder Glockenschalter betätigen, welcher den Schalter 5 öffnet, wenn das

Fahrzeug beschleunigt wird.

Schließlich kann der elektrische Schalter auch mechanisch vom Gas- oder Bremspedal oder von der Luftklappe gesteuert sein. Dem Fachmann bieten sich hier ohne weiteres eine Reihe von Lösungsmöglichkeiten an, die grundsätzlich im Rahmen der Erfindung liegen.

Besonders feinfühlig bei geringen Beschleunigungsund Verzögerungsänderungen reagiert aber der schon erwähnte Unterdruckschalter, der — wie gesagt — vorteilhafterweise als Membranschalter ausgebildet und wie die handelsüblichen Econometer an die Ansaugleitung des Motors bzw. an die Unterdruckleitung zum Bremskraftverstärker angeschlossen sein kann. Der erfindungsgemäß verwendete Unterdruckschalter unterscheidet sich im Prinzip von dem Bremskraftverstärker nur dadurch, daß er mit wenigstens einem elektrischen Schaltkontakt versehen ist. Solche unterdruckgesteuerten elektrischen Schalter existieren in den verschiedensten Ausführungen und die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines bestimmten Unterdruckschalters beschränkt. So kann der Unterdruckschalter im einfachsten Falle nach Art eines Relais wenigstens einen elektrischen Kontakt öffnen bzw. schließen. Auf der vom Unterdruck abgewandten Seite der Membran des Schalters greift an die Membran eine Zugfeder an. Im unterdrucklosen Zustand, also bei voll geöffneter Luftklappe, entsprechend Vollgasbetrieb, befindet sich der Membranschalter in seiner Ruhestellung, wobei der elektrische Schalter geöffnet ist. Wird die Fahrzeugbewegung verzögert und entsprechend die Luftklappe geschlossen, baut sich in der Ansaugleitung bzw. in der Unterdruckleitung ein Unterdruck auf, der die Membran entgegen der Kraft der Zugfeder in die Schaltstellung bewegt, in der die elektrischen Kontakte geschlossen sind.

Der erfindungsgemäße Unterdruckschalter 5, 14 ist durch einen Schwellwertschalter 15 überbrückt, der in der Zeichnung gestrichelt eingezeichnet ist und der sicherstellt, daß eine unterdimensionierte oder nicht mehr so leistungsfähige Batterie bei extremer Belastung durch die elektrischen Verbraucher eine untere Grenzspannung nicht unterschreitet So kann in Ausnahmefällen die Situation eintreten, daß z. B. im Winter bei Nachtfahrt sämtliche Verbraucher, wie beheizte Heckscheibe, Klimaanlage, Scheibenwischer, Scheinwerfer und Nebellampen eingeschaltet sind. Die Grenzspannung kann z. B. bei 11 Volt festgelegt sein. Wird diese Voltzahl unterschrittein, schaltet der Schwellwertschalter 15 die Lichtmaschine automatisch wieder auf herkömmliche Dauerladung um.

Schwellwertschalter gehören in vielfältigen Ausführungen zum Stand der Technik und sind allgemein bekannt

Ihr Aufbau und ihre Wirkungsweise bedarf keiner näheren Erklärung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung eines Generators zur Ladung einer Gleichstrombatterie eines mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeuges mit einem Schalter im Erregerkreis der Feldwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (5) während der Fahrzeugverzögerung die Feldwicklung (2) an die Erregerquelle (6) anschließt und außerhalb der Fahrzeugverzögerung von der Erregerquelle (6) trennt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (5) zwischen die Feldwicklung (2) im Läufer des Drehstromgenerators und dem Spannungsregler geschaltet ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, deS der elektrische Schalter (5) von einer Betriebskenngröße des Motors überwacht ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebskenngröße des Motors der pneumatische Unterdruck im Ansaugrohr des Motors ist

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (5) ein Unterdruckschalter ist dessen Schaltzustand abhängig ist vom Unterdruck in der Ansaugleitung (14).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruckschalter ein Membranschalter ist der mit dem Regler des Generators eine Baueinheit bildet und über eine pneumatische Leitung an die Ansaugleitung des Motors angeschlossen ist

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter von einer beschleunigungs- bzw. verzögerungsempfindlichen Vorrichtung überwacht ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Quecksilberschalter ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter im Bremslichtstromkreis liegt und bei eingeschalteten Bremslichtern geschlossen und bei ausgeschalteten Bremslichtern geöffnet ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter vom Gaspedal oder von der Luftklappe in der Ansaugleitung geschaltet ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (5) von einem Schwellwertschalter (15) überbrückt ist, der unterhalb einer gewählten Mindestspannung der Batterie (11) den Erregerkreis bei sämtlichen Betriebsbedingungen des Fahrzeuges geschlossen hält.