DE3312567C2

DE3312567C2 -

Info

Publication number: DE3312567C2
Application number: DE19833312567
Authority: DE
Inventors: Akio Kanzaki Hyogo Jp Matsumoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-04-07
Filing date: 1983-04-07
Publication date: 1988-03-17
Also published as: DE3312567A1; JPS58175999A; FR2525038A1; FR2525038B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung eines von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generators für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein herkömmlicher Generator dieser Art ist in Fig. 1 beispiel haft dargestellt. Hierbei ist an einer Kurbelwelle einer Ver brennungskraftmaschine 1 eine Kurbelwellen-Riemenscheibe 2 an gebracht. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Generator, der eine Riemenscheibe 3 aufweist, die an seinem Wellenende ange bracht und über einen Riemen 4 angetrieben ist, der um die Rie menscheiben 2 und 3 herumgelegt ist. Das Bezugszeichen 6 be zeichnet einen Spannungsregler zur Regelung der Generator- Klemmenspannung auf einen vorgegebenen konstanten Weg durch Steuerung des Erregerstroms, der durch eine Feldwicklung des Generators 5 fließt. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Last, die elektrisch mit dem Generator 5 verbunden ist.

Wenn bei dieser herkömmlichen Anordnung die Verbrennungs kraftmaschine 1 läuft, wird der Generator 5 mit einem vor gegebenen Drehzahlerhöhungsverhältnis über den Antriebsrie men 4 gedreht, so daß er eine vorgegebene Spannung erzeugt, an der die Last 7 liegt. Bei einem konstanten Erregerstrom steigt die Klemmenspannung des Generators 5 mit einer Zu nahme seiner Drehzahl. Um nun die Klemmenspannung auf einem konstanten Wert zu halten, wird der Erregerstrom durch den Spannungsregler 6 gesteuert.

Die Kurve A in Fig. 2 zeigt die Ausgangscharakteristik des Generators 5. Nimmt man an, daß die Klemmenspannung bei vollem Erregerstrom konstant sei, steigt der Ausgangsstrom anfänglich mit zunehmender Drehzahl der Verbrennungskraft maschine 1, wie es in der Kurve A zu sehen ist. Wenn die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 weiter ansteigt, flacht die Kurve ab. Wenn die Drehzahl einen Schwellen wert überschritten hat, bleibt der Ausgangsstrom im wesent lichen konstant und zwar unabhängig von einer weiteren Zu nahme der Drehzahl. Im allgemeinen wird das Durchmesserver hältnis der Kurbelwellen-Riemenscheibe 2 und der Riemen scheibe 3 auf der Generatorseite auf einen Wert von unge fähr 2 : 1 eingestellt. Der maximale Ausgangsstrom I wird dann bei einer Drehzahl N 1 der Verbrennungskraftmaschine 1 während der Fahrt erreicht, während der Ausgangsstrom I 1, der kleiner ist als der maximale Ausgangsstrom, bei der nie drigen Drehzahl NL der Verbrennungskraftmaschine 1 im Leer lauf erreicht wird.

Wenn nun bei der herkömmlichen Anordnung die Last einen größeren Strom verbraucht, als ihn der Generator 5 in der Nähe des Leerlaufpunktes der Verbrennungskraftmaschine 1 liefern kann, wird die in der Batterie gespeicherte Energie verwendet, um diesen Mangel auszugleichen. Wenn nun die Batterie zu lange entladen wird, so kann die Verbrennungs kraftmaschine 1 nicht wieder gestartet werden. Wenn anderer seits bei Reisegeschwindigkeit oder Fahrt mit hoher Geschwin digkeit nur wenig Strom entsprechend einer niedrigen elek trischen Last verbraucht wird, so ergeben sich durch die hohen Generatordrehzahlen hohe mechanische Verluste sowie Eisenverluste, welche die Ausgangsleistung der Verbrennungs kraftmaschine 1 herabsetzen. Darüber hinaus wirkt die Ge räuschentwicklung des Generators bei höheren Fahrzeugge schwindigkeiten bzw. Motordrehzahlen störend.

Aus der DE-OS 15 38 665 ist eine Anordnung bekannt, bei der der Generator für ein Schiff unmittelbar von der Hauptma schine angetrieben werden kann. Hierzu ist eine elektromag netische Induktionskupplung zwischen der Antriebsmaschine und dem Generator vorgesehen, die (über die Ausgangsfre quenz des Generators) so eingestellt wird, daß der Generator bei konstanter Drehzahl, unabhängig von der Drehzahl der Ar beitsmaschine arbeitet. In erster Linie dreht es sich somit um eine Generatorregelung hinsichtlich der Ausgangsfrequenz des Generators, die zum Einspeisen in das Schiffs-Bordnetz konstante Frequenz haben muß. Dies ist aber für ein Kraft fahrzeug ohne Belang.

Aus der DE-OS 31 24 102 ist eine Anordnung der eingangs ge nannten Art bekannt, bei welcher ein zweistufiges Getriebe zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Generator vorgesehen ist. Wenn bei dieser bekannten Anordnung die Drehzahl des Motors unter eine Referenzdrehzahl absinkt, so wird von einem großen Übersetzungsverhältnis zu einem klei nen Übersetzungsverhältnis umgeschaltet, während der Über gang von dem kleinen zum großen Übersetzungsverhältnis dann erfolgt, wenn zum einen die Motordrehzahl kleiner ist als die Referenzdrehzahl, zum anderen der Wechselstromgenerator mit voller Erregung arbeitet. Die eigentliche Spannungsrege lung erfolgt also bei dieser bekannten Anordnung in der oben beschriebenen Weise über die Einstellung des durch die Erregerwicklung fließenden Stromes, wobei zusätzlich bei niedrigen Drehzahlen ein anderes Übersetzungsverhältnis zwi schen Verbrennungskraftmaschine und Generator eingeschaltet wird als bei hohen Drehzahlen. Zwar wird bei dieser bekann ten Anordnung auch bei niedrigen Motordrehzahlen ein höherer Ausgangsstrom des Generators erzielt, jedoch tritt auch hier wieder das eingangs genannte Problem auf, das darin liegt, daß bei hohen Motordrehzahlen (z. B. bei Reisegeschwindig keit) der Generator unnötig schnell dreht. Weiterhin sind bei dieser bekannten Anordnung gesonderte Mittel zum Kon stanthalten der Ausgangsspannung notwendig.

Ausgehend vom obengenannten Stand der Technik ist es Auf gabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß Geräuscherzeugung und Leistungsverluste auf einfache Weise verringert werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptan spruches angegebenen Merkmale gelöst; bevorzugte Ausfüh rungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich wei terer Vorteile und Merkmale, anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines herkömmlichen Generators für Kraftfahr zeuge;

Fig. 2 ein Diagramm für Ausgangsstrom-Charakteristiken in Abhängigkeit von der Drehzahl für herkömmli che Generatoren und den Generator gemäß der Erfindung; und in

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Generators für Kraftfahrzeuge gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen stets gleiche oder äquivalente Teile.

Fig. 3 zeigt einen Generator für Kraftfahrzeuge gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Riemenscheiben-Durchmesserverhältnis, d. h. das Verhält nis des Durchmessers einer Kurbelwellen-Riemenscheibe 12 eines Motors oder der Verbrennungskraftmaschine 1 zu dem einer Riemenscheibe 13, die an einen Generator 15 ange bracht ist, wird mit einem Wert von ungefähr 3 : 1 bis 4 : 1 gewählt, was einen größeren Wert darstellt als er bei einer herkömmlichen Anordnung verwendet wird. Somit kann die Drehzahl des Generators 15 drastisch erhöht werden. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet einen Treibriemen 14, der als Übertragungseinrichtung zwischen der Kurbelwellen-Riemenscheibe und der Generator-Riemen scheibe 13 wirkt. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Kupplung variabler Geschwindigkeit, die zwischen der generatorseitigen Riemenscheibe 13 und dem Wellenende des Generators 15 vorgesehen ist, wobei diese als eleketro magnetische Kupplung oder als magnetische Schaltkupplung ausgebildet sein kann. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Steuerung am Ausgang des Generators 15, die so aus gelegt ist, daß sie den Erregerstrom für die Kupplung 16 und damit die Drehzahl des Generators 15 steuern kann.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform arbeitet folgendermaßen. Das Durchmesserverhältnis zwischen der Riemenscheibe 12 und der Riemenscheibe 13 ist so gewählt, daß es größer ist als das einer herkömmlichen Anordnung, um eine hohe Drehzahl des Generators 15 zu liefern. Dieses Durchmessersverhältnis ist so gewählt, daß der Ausgangs strom In dicht beim maximalen Ausgangsstrom des Generators 15 bei einer Drehzahl N 1 des Motors 1 in der Nähe der lastfreien Stelle erreicht wird, d. h. bei einer niedri gen Drehzahl des Motors, wie es mit einer charakteristische Kurve B in Fig. 2 angegeben ist. Mit anderen Worten, die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschi ne, die dem maximalen Ausgangsstrom ent spricht, wird von einem Wert N 1 auf einen Wert N 2 verringert.

Die Erregerwicklung des Generators 15 wird zu jeder Zeit vollständig erregt, um die maximale Ausgangsleistung zu entwickeln. Wenn die Verbrennungskraft maschine 1 läuft, wird der Generator 15 mit einem vorgegebenen Drehzahlerhöhungsverhältnis angetrieben, und zwar über den Riemen 14 und die Kupplung 16 variabler Geschwindigkeit, um den Strom der Last 7 zuzuführen. Im Falle von Schwankungen der Last 7 wird das Drehmoment-Übertragungsverhältnis der Kupplung 16 variabler Geschwindigkeit durch die Befehle der Steuerung 17 gesteuert, um die Drehzahl des Genera tors 15 einzustellen und die Klemmenspannung fest zuhalten. Somit wird die Drehzahl des Generators 15 in Abhängigkeit vom Wert des Generatorausgangsstroms ge steuert. Wenn somit die Motor drehzahl über den dem maximalen Ausgangsstrom I entspre chenden Wert N 2 erhöht wird, wird die Drehzahl des Gene rators 15 nicht gesteigert. Obwohl der Generator 15 eine Feldwicklung zu seiner Erregung verwendet, kann er auch durch einen Permanentmagneten erregt werden.

Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, daß die Drehzahl des Generators durch das vergrößerte Riemen scheiben-Durchmesserverhältnis erhöht wird, wie es oben definiert ist, um die Generator-Ausgangsleistung bei Betrieb des Motors mit niedriger Drehzahl zu erhöhen, und der Generator wird von der generatorseitigen Riemen scheibe über die Kupplung variabler Geschwindigkeit an getrieben, die ihrerseits von der Steuerung gesteuert wird, und zwar als Funktion der Last, um die kon stante Klemmenspannung aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise kann der Generator-Ausgangsstrom bei Betrieb des Motors mit niedriger Drehzahl drastisch erhöht werden, was es unnötig macht, eine Sicherungs- Speicherbatterie zu verwenden, während gleichzeitig die Verluste bei geringer elektrischer Last und der Lärm bei Betrieb mit hoher Geschwindigkeit reduziert werden.

Claims

1. Anordnung zur Steuerung eines von einer Verbrennungskraft maschine (1) angetriebenen Generators für Kraftfahrzeuge, mit einer Leistungsübertragungseinrichtung (12, 13, 14, 16), über die der Generator (15) von der Verbrennungskraftmaschine (1) mit einem einstellbaren Übersetzungsverhältnis angetrie ben wird und die von einer Steuerung (17) zur betriebsabhän gigen Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Verbrennungskraftmaschine (1) und Generator (15) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Übersetzungsverhältnis zwischen der Verbrennungs kraftmaschine (1) und zum Eingangsende einer Kupplung (16) einen Wert von 3 : 1 bis 4 : 1 hat,
daß die Kupplung (16) als Kupplung mit variablem Übersetzungsver hältnis ausgebildet und zwischen der Verbrennungskraftmaschine (1) und dem Generator (15) angeordnet ist,
daß der Generator (15) mit voller, konstanter Erregung arbei tet, und
daß die Steuerung (17) derart ausgebildet ist und das Über setzungsverhältnis der Kupplung (16) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Generators (15) derart einstellt, daß die Ausgangsspannung des Generators (15) konstant ge halten wird und die Drehzahl des Generators (15) bei einem Wert (N 2) entsprechend der Minimaldrehzahl für den maxima len Ausgangsstrom (I) auch bei steigender Motordrehzahl gehalten wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung eine Kurbelwellen-Riemen scheibe (12), die an der Kurbelwelle der Verbrennungskraft maschine (1) montiert ist, und eine generatorseitige Rie menscheibe (13) aufweist, die von der Kurbelwellen-Riemen scheibe (12) über einen Antriebsriemen (14) angetrieben ist, und daß die Kupplung (16) zwischen der generatorsei tigen Riemenscheibe (13) und einem Wellenende des Genera tors (15) vorgesehen ist.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (16) eine Magnetkupplung ist.