DE3713580C1 - Drive system with a hydrodynamic retarder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanlage insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem hydrodynamischen Retarder, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine Antriebsanlage dieser Gat­ tung ist aus der US-PS 37 20 372 bekannt.

Retarder werden bei schweren Fahrzeugen vor allem eingesetzt, um die insbesondere bei Bremsung aus hoher Fahrgeschwindigkeit anfallende kinetische Bremsenergie aufzunehmen und in Wärme umzusetzen. Im allgemeinen werden Retarder im Antriebsstrang des Fahrzeuges entweder nahe der Räder als selbständige Einheit eingebaut oder in einem Schaltgetriebe integriert. Als Be­ triebsflüssigkeit dient in der Regel Mineralöl. Die im Retarder an die Betriebsflüssigkeit übergegangene Wärme muß mittels eines speziellen Wärmetauschers dem Kühlmittel oder der Umgebungsluft zugeführt werden.

Der aus der US-PS 37 20 372 bekannte Retarder ist mit dem An­ triebsmotor integriert, dauernd mit der Kurbelwelle verbunden und stets vom Kühlmittel der Kühleinrichtung durchströmt. Dabei dient der Rotor des Retarders als Umwälzpumpe anstelle einer gesonderten Kühlmittelpumpe. Der Zweck dieser Einrichtung ist jedoch nicht in erster Linie das Abbremsen des Fahrzeuges, son­ dern ein bei Bedarf rasches Aufheizen des Kühlmittels zum Zwecke der Heizung des Fahrzeug-Innenraumes. Diesem Zweck dient auch eine am Retarder angeordnete Steuereinrichtung, die ledig­ lich die Verteilung des Kühlmittels in Abhängigkeit von dessen Temperatur in einer Bypass-Leitung durch den Kühler leitet.

Aus der DE-PS 33 01 560 ist ferner ein Retarder bekannt, der über eine schaltbare Kupplung mit der Kurbelwelle des Antriebs­ motors und den Treibrädern des Fahrzeuges verbunden ist. Die Aufgabe des Retarders ist jedoch nicht die Aufnahme und Um­ setzung hoher kinetischer Bremsenergie des Fahrzeuges in Wärme. Der Retarder wird ausschließlich als Heizgerät betrieben, wobei die Heizleistung unter Berücksichtigung einer zur Verfügung stehenden Antriebsleistung gesteuert werden soll. Das Kühlmit­ tel des Motors ist gleichzeitig die Betriebsflüssigkeit des Retarders.

Ein aus der DE-AS 19 46 167 (US-PS 36 50 358) bekannter Retar­ der ist direkt mit der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftma­ schine verbunden, deren Kühlmittel auch als Betriebsflüssigkeit für den Retarder dient. Der Vorteil dieser Betriebsweise liegt darin, daß die anfallende Wärme unmittelbar in dem dem Kühler zugeleiteten Kühlmittel entwickelt wird und ein Wärmetauscher zwischen zwei Flüssigkeiten entbehrlich ist.

Allen bekannten Retarderbauarten, unabhängig von ihrer Anord­ nung innerhalb des Antriebs, haftet der Nachteil an, daß sie im Nicht-Bremsbetrieb einen unwirtschaftlichen Betrieb aufweisen. Dies äußert sich bei den eingangs erwähnten Retardern so, daß auch ungewollt zu viel Energie des Antriebsmotors noch in Wärme umgesetzt wird. Beim Retarder gemäß der DE-AS 19 46 167 wird dem Motor noch zuviel Leistung durch Ventilationsverluste entzogen und in Wärme umgesetzt. Es sind zwar Möglichkeiten bekannt, diese Leerlaufverluste zu reduzieren durch Ein­ bau von Blenden oder Schiebern im Inneren des Retarders, um die leistungsverzehrende Luftzirkulation zu unterbinden, z. B. durch Klappen, die in der DE-PS 21 35 268 offenbart sind. Aber den­ noch kann beobachtet werden, daß der Retarder-Rotor im ausge­ schalteten Zustand noch eine spürbare unvermeidbare Ventila­ tionsleistung aufnimmt, was sich auch durch fortwährende Wärme­ entwicklung äußert. Dem kann zwar wirksam durch mechanisches Lösen des Retarders vom Antrieb begegnet werden. Dies bringt aber erhöhten konstruktiven Aufwand sowie Verschleiß und Stör­ anfälligkeit mit sich (DE-PS 33 01 560).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannte Antriebs­ anlage so zu verbessern und weiterzubilden, daß der Retarder im Nicht-Bremsbetrieb möglichst wenig Bremsleistung erzeugt, und daß gleichzeitig der Bauaufwand und Energieverbrauch für das Umwälzen des Kühlmittels reduziert wird, wobei gesteuertes Abbremsen des Fahrzeuges möglich sein soll.

Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Retarder, wie für sich allein bekannt, anstelle der bekannten Kühlmittelumwälzpumpe in den Kühlmittelkreislauf eingeordnet ist. Die Kühler-Auslaßleitung ist dabei mit dem Eintritt in den Retarder, also der bisherigen Saugseite der Kühlmittelpumpe, und der Austritt aus dem Retar­ der ist unter Zwischenschaltung einer Ventilanordnung mit dem Eintritt in den Antriebsmotor verbunden.

Mit dieser Anordnung wird folgendes erreicht:

Der dauernd mit der Kurbelwelle verbundene Retarder übernimmt die Funktion der Kühlmittelumwälzung zwischen dem Motor und dem Kühler. Aus der DE-AS 22 38 726 (GB-PS 13 80 847) ist bekannt, daß die vom Rotor eines Retarders entwickelte Förderwirkung stark genug ist, um die Betriebsflüssigkeit im Leitungssystem des Retarders selbst umzuwälzen. Bekannt ist ferner, daß die Leerlauf-Verlustleistung eines Retarders durch Ventilation von Luft oder eines Flüssigkeits-Luftgemisches entsteht und selbst durch bekannte Maßnahmen nicht unter einen Minimalwert gesenkt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Einbindung des Retar­ ders in den Kühlmittelkreislauf einer Antriebsanlage aber wird die bislang nachteilige Ventilation dadurch ausgenützt, daß dem Retarder die zusätzliche Funktion als Kühlmittelpumpe zugewie­ sen wird. Dadurch tritt die Ventilationsleistung nicht als Lei­ stungsverzehr in Erscheinung, und die übliche Kühlmittelpumpe kann entfallen. Die dafür erforderliche Leistung wird einge­ spart, was die Wirtschaftlichkeit der Antriebsanlage verbessert.

Die Leistung, die der Retarder beim Betrieb als Kühlmittelpumpe aufnimmt, wird zwar dennoch teilweise in Wärme umgesetzt, die aber den bislang bekannten Wert nicht übersteigt. Es ist mög­ lich, die Leistungsaufnahme des Retarders zur Erzeugung des jeweils erforderlichen Kühlmittelstromes der Förderleistung der bekannten Kühlmittelpumpe anzupassen, wobei der Retarder in jedem Betriebszustand gefüllt bleibt, mit Ausnahme einer even­ tuellen hydraulisch bedingten Teilentleerung während des Brems­ betriebes. Maßnahmen zur Reduktion von Leerlaufverlusten können entfallen.

Wesentlich für die Erfindung ist darüber hinaus, daß die Steuerbarkeit des Retarders zur Erzielung unterschiedlich hoher Bremsmomente erhalten bleibt. Dazu ist zwischen dem Flüssig­ keitsaustritt am Retarder und dem Motor eine Ventilanord­ nung vorgesehen, die wie folgt aufgebaut ist: Ein erstes z. B. vom Bremspedal des Fahrzeuges aus gesteuertes Umschaltventil weist in einer ersten, dem Nicht-Bremsbetrieb (Retarder als Kühlmittelpumpe) entsprechenden Ruhestellung ei­ nen großen freien Durchlaßquerschnitt auf, bei dem das geför­ derte Kühlmittel unter geringem Gegendruck durch das Kühllei­ tungssystem der Antriebsanlage gefördert wird. In einer dem Bremsbetrieb entsprechenden zweiten Stellung wird das Kühlmit­ tel durch eine drosselartige Verengung im Umschaltventil ge­ drückt, was im Retarder zum Aufbau eines Gegendruckes und somit zur Entwicklung eines Bremsmomentes führt. Parallel zu dem be­ schriebenen Umschaltventil, mit dem das "Einschalten" des Bremsbetriebs erfolgt, ist ein Regelventil angeordnet, das ebenfalls den Flüssigkeitsaustritt am Retarder mit dem Motor verbindet. Dieses Regelventil wird gleichfalls über das Brems­ pedal gesteuert und beeinflußt durch variablen Durchgangs­ querschnitt wie für sich allein bekannt den im Retarder herr­ schenden Druck und somit die Höhe des entwickelten Bremsmoments.

Die Erfindung schließt die aus der DE-PS 33 01 560 und der US-PS 37 20 372 bekannte Funktion der Fahrzeugheizung als Zu­ satzfunktion in sich ein. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist ferner, daß durch die ununterbrochene Füllung des Retarders in jedem Betriebszustand ein nachteiliger Wärmestau im Kühlleitungssystem nach einer langen Bremsphase nicht ent­ steht.

In den Unteransprüchen sind konstruktive Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Es kann zur Erhöhung der Siedetemperatur des Kühlmittels vorteilhaft sein, das Leitungssystem wie be­ kannt unter Überdruck zu setzen, um die Kühlerkapazität zu steigern. Auch dieser Steuervorgang kann vom Bremspedal aus erfolgen bei gleichzeitiger Steuerung des Bremsmoments.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Antriebsanlage be­ steht aus einem Verbrennungsmotor 1 mit einem direkt oder über ein Zahnradvorgelege in dauernder Drehverbindung angetriebenen Retarder 2. Weitere Elemente des Fahrzeugantriebes sind nicht dargestellt. Vom Motor 1 aus führt eine Kühlmittelleitung 3 zu einem Kühler 4 mit einem Ventilator 5, der ebenfalls vom Motor 1 aus angetrieben sein kann. Vom Austritt des Kühlers 4 führt eine Leitung 6 zum Flüssigkeitseintritt in den Retarder 2. Am Flüssigkeitsaustritt des Retarders 2 führt eine Leitung 10 zu einem fernsteuerbaren Umschaltventil 11 sowie eine Leitung 10 a zu einem ebenfalls fernsteuerbaren Regelventil 13. Vom Um­ schaltventil 11 und Regelventil 13 führen Leitungen 14 und 14 a zum Kühlmitteleintritt am Motor. In der Kühlmittelleitung 3 zum Kühler ist in an sich bekannter Weise ein Thermostatventil 7 angeordnet mit einer Bypassleitung 8 zur Verbindungsleitung 6 zwischen Kühler 4 und Retarder 2. Mit dem Eintritt des Kühlers ist wie bekannt ein belüfteter Ausgleichbehälter 9 verbunden.

Das Umschaltventil 11 weist zwei Schaltstellungen auf, nämlich - wie dargestellt - eine dem Nicht-Bremsbetrieb entsprechende erste Ruhestellung, bei der zwischen dem Flüssigkeitsaustritt des Retarders und dem Motor ein großer Querschnitt freigegeben ist. In einer zweiten Schaltstellung ist eine drosselartige Verengung 12 zwischen dem Retarder 2 und dem Motor 1 wirksam, die im Retarder einen starken Gegendruck hervorruft.

Das Regelventil 13 kann mit einem variablen Druck beaufschlagt werden und eine variable Druckdifferenz zwischen dem Flüssig­ keitsaustritt des Retarders und dem Motor herbeiführen.

Die Betätigung des Umschaltventils 11 und des Regelventils 13 erfolgt durch ein vom Fahrer betätigtes Bremspedal 15. Statt dessen könnte es auch ein Bremshebel oder sonstige Einrichtung sein. Aus einer Druckmittelquelle 17 stammt ein Steuerdruck, der über ein mit dem Bremspedal 15 verbundenes Feinregelventil 16 dem Regelventil 13 zugeführt wird und dort den Sollwert für ein bestimmtes Bremsmoment bildet. Gleichzeitig wird durch einen Schalter 18 das Umschaltventil 11 betätigt, was dem "Ein­ schalten" des Retarders entspricht.

Das Leitungssystem kann zur Erhöhung der Siedetemperatur des Kühlmittels unter Überdruck gesetzt werden. Dazu ist der mit dem Kühler 4 verbundene Ausgleichbehälter 9 mit Druckluft be­ aufschlagbar. In einer Druckluftleitung 19 ist ein Regelventil 20 angeordnet, das seinerseits mit dem Feinregelventil 16 am Bremspedal 15 verbunden ist und einen dem momentanen Bremsmo­ ment entsprechenden Überdruck in den Ausgleichbehälter 9 lei­ tet. Gleichzeitig wird über ein Ventil 21 die Belüftung des Ausgleichbehälters 9 geschlossen.

Über ein Temperaturmeßglied 22 in der Kühlmittelleitung 3 kann z. B. am Regelventil 13 die Höhe des Bremsmoments begrenzt wer­ den. Damit wird eine Überbremsung vermieden, wenn das Kühlmit­ tel hinter den Wärmequellen Retarder und Motor eine bestimmte Grenztemperatur erreicht hat.

Der Betrieb des Retarders mit einer der Motordrehzahl propor­ tionalen Drehzahl vereinigt die Vorzüge einer als Kreiselma­ schine ausgebildeten Umwälzpumpe für das Kühlmittel mit einer Bremscharakteristik, die der natürlichen Kennlinie des Motor- Kühler-Aggregates entspricht, also hohes Bremsmoment bei hoher Fahrgeschwindigkeit und hoher Motordrehzahl bei guter Wärmeab­ fuhr. Bei niedriger Motordrehzahl ist zwar die Förderleistung für das Kühlmittel reduziert, aber gleichzeitig auch die wärme­ erzeugende Bremsleistung.

Claims (6)

1. Antriebsanlage insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Verbrennungsmotor (1), einem Kühler (4), einem Kühllei­ tungssystem (3, 6, 7, 8, 10, 14) zwischen Motor und Kühler, einem dauernd mit der Kurbelwelle des Motors in Drehverbin­ dung stehenden hydrodynamischen Retarder (2), worin das Kühlmittel des Motors als Arbeitsflüssigkeit benutzt wird, wobei der Retarder (2) selbst - anstelle einer Kühlmittel­ pumpe - das Aggregat zum Umwälzen des Kühlmittels bildet und so in das Kühlleitungssystem der Antriebsanlage einge­ bunden ist, daß er dauernd von Kühlmittel durchflossen ist, ferner mit einer Steuereinrichtung für den Retarder, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Ven­ tilanordnung (11, 13) sowie eine Betätigungseinrichtung (15, 16) umfaßt, mittels der im Retarder (2) im Bremsbe­ trieb ein höherer Innendruck einstellbar ist als im Nicht- Bremsbetrieb, wobei die Ventilanordnung (11, 13) in einer Leitungsverbindung (10, 14) zwischen dem Retarder (2) und dem Motor (1) angeordnet ist und ein Umschaltventil (11) umfaßt, das in einer ersten, dem Nicht-Bremsbetrieb ent­ sprechenden Ruhestellung einen großen Durchgangsquerschnitt und in einer zweiten, dem Bremsbetrieb des Retarders ent­ sprechenden Arbeitsstellung einen gedrosselten Durchgang für das Kühlmittel freigibt, ferner ein Regelventil (13), das in einer dem Umschaltventil (11) parallel geschalteten Leitungsverbindung (10 a, 14 a) angeordnet ist, wobei der Innendruck des Retarders vom Regelventil (13) variierbar ist.

2. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlleitungssystem so angeordnet ist, daß das Kühlmit­ tel vom Motor (1) aus zum Kühler (4), dann zum Retarder (2), zur Ventilanordnung (11, 13) und zurück zum Motor (1) strömt.

3. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung für den Re­ tarder (2) aus ein für sich allein bekanntes, durch ein Bremspedal (15) betätigbares Feinregelventil (16) sowie einen Schalter (18) umfaßt, mit dem im Bremsbetrieb das Umschaltventil (11) sowie das Regelventil (13) betätigbar ist, und daß das Regelventil (13) mit einem aus einer Druckmittelquelle (17) und dem Feinregelventil (16) stam­ menden Steuerdruck als Sollwert beaufschlagbar ist.

4. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Retarder (2) frei ist von Einrich­ tungen zur Reduktion von Ventilationsleistung.

5. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlmittelleitung (3) zwischen dem Motor (1) und dem Kühler (4) in bekannter Weise ein Thermostatventil (7) sowie zwischen dem Thermostatventil (7) und der Auslaßleitung (6) des Kühlers eine Bypasslei­ tung (8) angeordnet ist.

6. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlleitungssystem während des Bremsbetriebs mittels eines von der Betätigungseinrichtung (15, 16) ausgehenden Signals und einer im Kühlleitungs­ system angeordneten Ventilgruppe (20, 21) mit Überdruck, z. B. durch Druckluft, beaufschlagbar ist.