EP2735726A9 - Hydrostatisches Triebwerk zum Starten eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Hydrostatisches Triebwerk zum Starten eines Verbrennungsmotors Download PDF

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EP2735726A9
EP2735726A9 EP13191529.0A EP13191529A EP2735726A9 EP 2735726 A9 EP2735726 A9 EP 2735726A9 EP 13191529 A EP13191529 A EP 13191529A EP 2735726 A9 EP2735726 A9 EP 2735726A9
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EP
European Patent Office
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engine
internal combustion
pressure medium
hydrostatic
combustion engine
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EP13191529.0A
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French (fr)
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EP2735726A2 (de
EP2735726A3 (de
EP2735726B1 (de
Inventor
Lukas Krittian
Martin Steigerwald
Martin OBERHÄUSSER
Alfred Langen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Original Assignee
Linde Hydraulics GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2735726A9 publication Critical patent/EP2735726A9/de
Publication of EP2735726A3 publication Critical patent/EP2735726A3/de
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Publication of EP2735726B1 publication Critical patent/EP2735726B1/de
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    • F02N7/00—Starting apparatus having fluid-driven auxiliary engines or apparatus
    • F02N7/06—Starting apparatus having fluid-driven auxiliary engines or apparatus the engines being of reciprocating-piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/024—Installations or systems with accumulators used as a supplementary power source, e.g. to store energy in idle periods to balance pump load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/04—Accumulators
    • F15B1/08—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor
    • F15B1/24—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor with rigid separating means, e.g. pistons

Definitions

  • the invention relates to a hydrostatic engine, which is designed as an adjusting machine with a continuously variable displacement volume and is operable as a pump and motor and drivingly connected to an internal combustion engine, wherein the engine sucks in pumping operation with a suction side pressure medium from a container and in at least one Promotes consumer-led delivery line and wherein the engine is designed in engine operation as a hydraulic starter for starting the engine, wherein the engine in engine operation on the suction side pressure medium from a pressure medium reservoir can be fed.
  • Such hydrostatic engines which serve in pump operation, in which the engine is driven by the running internal combustion engine to supply at least one consumer with pressure medium, and serve in engine operation, a hydraulic starter for starting the parked internal combustion engine are in mobile work machines, especially trucks, Agricultural machinery, forestry machinery and construction machinery, such as excavators, wheel and telescopic loaders, tractors, combine harvesters, forage harvesters, sugar beet or potato harvesters used.
  • a start-stop function is provided for the internal combustion engine, in which the unloaded combustion engine is switched off during work breaks or work stoppages and automatically restarted when a torque request by a work function or the traction drive.
  • a hydraulic starter such a start-stop function of the internal combustion engine can be achieved in a robust and reliable manner.
  • a generic hydrostatic engine which sucks in pump operation, driven by an internal combustion engine engine with a suction side pressure medium from a container, to supply the load of a working hydraulics with pressure medium and in a motor operation, the Engine on the suction side Pressure medium from a pressure medium reservoir is supplied and the engine is driven by the supplied from the pressure fluid accumulator pressure medium, serves as a hydraulic starter for starting the parked engine.
  • the motor for engine operation is to be adjusted to a position with maximum displacement volume to allow the delivery of torque for starting the internal combustion engine.
  • EP 2 308 795 A1 (FIG. 2)
  • the pressure fluid reservoir is connected via a pressure reducing valve to a feed pressure circuit which serves to supply the adjusting device of the engine with pressure medium when the internal combustion engine is running.
  • the feed pressure circuit is downstream of a valve device that controls the engine operation of the engine by a connection of the accumulator with the suction side of the engine, connected to the accumulator so that the displacer volume adjusting means in time immediately before the starting process of the internal combustion engine with the pressure fluid from the accumulator in the position with Maximum displacer volume is adjusted.
  • the present invention has for its object to provide a hydrostatic engine of the type mentioned available, which allows for low construction costs, a start of the engine during engine operation of the engine in a short period of time.
  • the operable as a motor and pump engine is provided with a Ausschwenkfeder by means of at a direct start of the engine by the engine operation of the engine without temporally immediately prior adjustment of the displacer volume adjusting device of the internal combustion engine a displacer volume of the engine controlling displacer volume adjusting device is acted upon in the position with maximum displacement volume Engine at the beginning of the starting process of the internal combustion engine takes place.
  • a displacer volume control device of the engine is automatically acted upon when the engine is turned off in the position with maximum displacer volume.
  • the engine is designed as a unilaterally adjustable engine and the displacement adjustment means of the engine is adjustable starting from a position with a minimum displacer volume in a direction of adjustment.
  • Such unilaterally adjustable engines are operated in the open circuit and allow for low construction costs and low energy consumption in pump operation, a supply of the connected consumers with pressure medium.
  • the Ausschwenkfeder such engine designed as a one-sided adjustable pump engine can be operated in a simple manner as a motor, which is driven on the suction side with pressure medium from the accumulator.
  • the Ausschwenkfeder at one with the Displacer volume adjusting device operatively connected actuating piston device of the engine attacks.
  • a hydrostatic engine designed as a variable displacement pump usually has an actuating piston device with which the displacer volume adjusting device can be adjusted and thus the displacer volume can be changed.
  • the Ausschwenkfeder invention can be supplemented such a control piston device in a simple manner.
  • the actuating piston device can be acted upon by means of a control valve with a control pressure, wherein when the internal combustion engine, the control piston device is relieved of the control pressure.
  • a control valve with a control pressure
  • pump operation can be generated by appropriate actuation of the control valve, a corresponding control pressure for acting on the control piston means and thus for the corresponding adjustment of the displacer volume.
  • the control valve may for example be designed as a load-sensing control valve, which is actuated by the load pressure of the driven consumer, or be designed as an electrically controllable control or regulating valve.
  • the engine is designed as an axial piston machine in a swash plate design.
  • the invention further relates to a drive train of a vehicle, in particular a mobile work machine, with a hydrostatic engine driven by an internal combustion engine, wherein the engine forms a hydraulic starter of the engine during engine operation and supplies a working hydraulic system of the working machine with pressure medium in pump operation.
  • a hydrostatic engine driven by an internal combustion engine, wherein the engine forms a hydraulic starter of the engine during engine operation and supplies a working hydraulic system of the working machine with pressure medium in pump operation.
  • a drive train 1 of a non-illustrated mobile work machine such as a truck or a construction or agricultural machine, with a hydrostatic engine 7 according to the invention is shown in a schematic diagram.
  • the drive train 1 consists of an internal combustion engine 2, for example a diesel engine, a propulsion drive 3 of the vehicle driven by the internal combustion engine 2 and a working hydraulic system 4 driven by the internal combustion engine 2 as hydraulic consumers V.
  • an internal combustion engine 2 for example a diesel engine
  • a propulsion drive 3 of the vehicle driven by the internal combustion engine 2 and a working hydraulic system 4 driven by the internal combustion engine 2 as hydraulic consumers V.
  • the traction drive 3 is formed in the illustrated embodiment as a hydrostatic drive, which consists of an adjustable in the delivery volume drive pump 5, which is in drive connection to the drive with an output shaft 6 of the engine 2.
  • the drive pump 5 is connected to one or more in the intake volume fixed or adjustable, not shown hydromotors in a closed circuit in connection, which are in a manner not shown in operative connection with the driven wheels of the machine.
  • the traction drive 3 may alternatively be formed as an electric traction drive with an electric generator driven by the internal combustion engine 2 and one or more electric traction motors.
  • a mechanical travel drive with a mechanical transmission such as a multi-step transmission or a power split transmission or a torque converter transmission, can be provided.
  • the working hydraulic system 4 includes working functions of the working machine, for example, in a truck, a working hydraulics for actuating a lifting device on a lifting mast, or in an example as an excavator trained construction machine the working functions of working equipment trained by a shovel.
  • hydrostatic engine 7 To supply the consumer V formed by the working hydraulic system 4 with pressure medium which is designed as an adjusting machine with a continuously variable displacement volume hydrostatic engine 7 is provided, which is preferably designed as an axial piston machine in swash plate design.
  • the engine 7 is operated in the open circuit and is for driving with the output shaft 6 of the internal combustion engine 2 in drive connection.
  • the engine 7 is the input side with the suction side by means of a suction pipe 8 with a container 9 in connection.
  • An output side connected to the delivery side of the engine 7 in conjunction delivery line 10 is connected to a control valve means, not shown, by means of which the not shown hydraulic consumers of the working hydraulic system 4 are controllable.
  • the control valve device preferably comprises one or more directional control valves for actuating the consumers.
  • a priority valve 12 is further shown, with which the preferred supply of a powered by the engine 7 consumer, such as a hydraulic steering device, can be ensured.
  • the priority valve 12 is connected on the input side to the delivery side of the engine 7 and on the output side communicates with the delivery line 10 leading to the working hydraulic system 4 and a delivery line 13 routed to the steering device.
  • the priority valve 12 is controlled by a spring 14 and the pending in a load pressure line 15 load pressure of the steering device.
  • the drive train 1 further comprises a feed pump 20, which is connected to the drive with the output shaft 6 in connection.
  • the feed pump 20 is formed in the illustrated embodiment as a constant displacement pump with a constant displacement volume, which is operated in the open circuit.
  • the feed pump 20 communicates with the suction side via a suction line 21 to the container 9 and conveys into a feed pressure line 22 connected to the delivery side, to which the corresponding consumers of a feed pressure circuit 23 are connected, for example adjusting devices for adjusting the displacement volume of the drive pump 5 and 5 of the engine 7, a hydrostatic feed device Traction drive, a brake system of the vehicle and pilot valves for the control valves of the working hydraulic system 4.
  • a pressure limiting device 24 for example, a pressure relief valve assigned.
  • the engine 7 of the working hydraulic system 4 is designed as Zwequadrantentriebwerk, which is operable at the same direction of rotation and the same flow direction of the pressure medium as a pump and motor.
  • the engine 7 sucks pressure medium from the container 9 via the intake line 8 and delivers the pressure medium via the priority valve 12 into the delivery line 10 of the working hydraulic system 4 or the delivery line 13 of the steering device.
  • the engine 7 is driven at the suction side with pressure medium from a pressure medium reservoir 25.
  • the accumulator 25 is connected for charging with pressure medium to the guided to the working hydraulic system 4 conveying line 10 of the engine 7 by means of a connecting line 26.
  • an electrically actuated charging valve 27 is arranged, which is actuated at a control in a throttling the delivery line 10 throttle position for damming a pressure.
  • the charging valve 27 is preferably designed as a retarder valve 28, which is operated in the braking operation of the vehicle in a throttle position to impose an additional, decelerating torque on the output shaft 6 formed by the crankshaft by damming a pressure in the delivery line 10, which is the torque acting on the engine counteracts the drive pump 5 and thus slows down the vehicle.
  • connection line 26 is in this case connected upstream of the charging valve 27 and thus between the charging valve 27 and the priority valve 12 to the delivery line 10.
  • a check valve 30 is arranged, which is preferably designed as in the direction of the accumulator 25 opening check valve 31. Furthermore, the connecting line 26 between the check valve 30 and the accumulator 25, a pressure relief valve 32 to protect the pressure in the accumulator 25 is assigned.
  • a throttle device 33 is further arranged to limit the loading volume flow of the accumulator 25, which may be designed as a diaphragm or throttle. As shown, the throttle device 33 can be arranged upstream of the shut-off valve 30 or alternatively downstream of the shut-off valve 30.
  • the connecting line 26 between the check valve 30 and the accumulator 25 is further associated with a pressure sensor 34.
  • the pressure sensor 34 is used to monitor the boost pressure and thus the state of charge of the accumulator 25.
  • the connection of the accumulator 25 with the suction side of the engine 7 for engine operation of the engine 7 is controlled by means of an electrically actuated control valve 35.
  • the control valve 35 has a blocking position 35a and a flow position 35b, wherein the blocking position 35a is preferably carried out leak-tight with a blocking in the direction of the engine 7 check valve.
  • the control valve 35 is arranged in a branch line 36, which is guided by the connecting line 26 between the check valve 30 and the accumulator 25 to the guided to the suction side of the engine 7 intake 8.
  • a blocking in the direction of the container 9 check valve 37 is arranged, which is preferably designed as a blocking in the direction of the container check valve 38.
  • An electronic control device 40 is connected to the input side of the pressure sensor 34 and serves to control the charging valve 27 and the control valve 35th
  • the engine 7 designed as an adjusting machine with a continuously variable displacer volume has a displacer volume adjustment device 50 for adjusting the displacer volume, for example a swashplate of an axial piston machine of swashplate design that is adjustable in inclination.
  • the displacer volume adjusting device 50 can be actuated by means of an actuating piston device 51, which is in operative connection with the displacer volume adjusting device 50.
  • the engine 7 according to the invention is designed as a unilaterally adjustable engine, in which the displacer volume adjusting device 50 is adjustable starting from a position with minimum displacer volume, preferably a position with zero displacement in a direction or pivoting direction to a position with maximum displacement.
  • the actuating piston device 51 has an actuating pressure chamber 51a acting in the direction of the maximum displacement volume and a control pressure chamber 51b acting in the direction of the minimum displacement volume, the pressurization of which is controllable with a control pressure or its discharge to the vessel 9 by means of a control valve 52.
  • the control valve 52 is connected to the supply of pressure medium and for generating a control pressure in the control pressure chambers 51 a and 51 b via a branch line 53 to the feed pressure line 22 and thus the feed pressure circuit 23. Furthermore, the control valve 52 has a connection to a tank conduit 54 guided to the container.
  • the control valve 52 is preferably electrically actuated. When the internal combustion engine 2, the control pressure chamber 50a, 50b of the control piston device 50 are relieved.
  • the control valve 52 is designed as a control valve, wherein a mechanical feedback and feedback 56 of the actual position of the displacement volume control device 50 is provided on the control valve 52.
  • a Ausschwenkfeder 55 is provided according to the invention, which is in operative connection with the control piston 51 and the displacement volume control device 50 with the engine stopped 2 in the position with maximum displacement volume for the engine operation of the engine 7 is applied.
  • the Ausschwenkfeder 55 can be arranged for this purpose in the control pressure chamber 51a of the control piston 51.
  • a directly preceding the starting process of the internal combustion engine 2 adjusting the displacement volume adjusting device 50 of the engine 7 to the maximum displacement volume or adjusting the displacement volume control device 50 of the engine 7 to the maximum displacement volume at the beginning of the starting process of the engine 7 is thus not required, so that the starting process of Internal combustion engine 2 is carried out with the engine 7 according to the invention in a short period of time in a start-stop function.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Triebwerk (7), das als Verstellmaschine mit einem stufenlos verstellbaren Verdrängervolumen ausgebildet ist und als Pumpe und Motor betreibbar und mit einem Verbrennungsmotor (2) trieblich verbunden ist, wobei das Triebwerk (7) im Pumpenbetrieb mit einer Saugseite Druckmittel aus einem Behälter (9) ansaugt und in eine zu mindestens einem Verbraucher (V) geführte Förderleitung (10) fördert und wobei das Triebwerk (7) im Motorbetrieb als hydraulischer Starter zum Starten des Verbrennungsmotors (2) ausgebildet ist, wobei dem Triebwerk (7) im Motorbetrieb an der Saugseite Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher (25) zuführbar ist. Das Triebwerk (7) ist mit einer Ausschwenkfeder (55) versehen ist, mittels der bei abgestelltem Verbrennungsmotor (2) eine das Verdrängervolumen des Triebwerks (7) steuernde Verdrängervolumenstelleinrichtung (50) in die Stellung mit maximalem Verdrängervolumen beaufschlagt ist, so dass ein direkter Startvorgang des Verbrennungsmotors (7) durch den Motorbetrieb des Triebwerks (7) ohne zeitlich unmittelbar vorheriges Verstellen der Verdrängervolumenstelleinrichtung (50) des Triebwerks (7) erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Triebwerk, das als Verstellmaschine mit einem stufenlos verstellbaren Verdrängervolumen ausgebildet ist und als Pumpe und Motor betreibbar und mit einem Verbrennungsmotor trieblich verbunden ist, wobei das Triebwerk im Pumpenbetrieb mit einer Saugseite Druckmittel aus einem Behälter ansaugt und in eine zu mindestens einem Verbraucher geführte Förderleitung fördert und wobei das Triebwerk im Motorbetrieb als hydraulischer Starter zum Starten des Verbrennungsmotors ausgebildet ist, wobei dem Triebwerk im Motorbetrieb an der Saugseite Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher zuführbar ist.
  • Derartige hydrostatische Triebwerke, die im Pumpenbetrieb, in dem das Triebwerk von dem laufenden Verbrennungsmotor angetrieben ist, zur Versorgung von mindestens einem Verbraucher mit Druckmittel dienen, und im Motorbetrieb einen hydraulischen Starter zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotor dienen, werden in mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere Flurförderzeuge, Landmaschinen, Forstmaschinen und Baumaschinen, beispielsweise Bagger, Rad- und Teleskoplader, Schlepper, Mähdrescher, Feldhäcksler, Zuckerrüben- oder Kartoffelroder, eingesetzt.
  • Um den Kraftstoffverbrauch während Arbeitspausen oder Arbeitsunterbrechungen zu verringern, ist eine Start-Stopp-Funktion für den Verbrennungsmotor vorgesehen, bei der der unbelastete Verbrennungsmotor in Arbeitspausen oder bei Arbeitsunterbrechungen abgeschaltet wird und bei einer Drehmomentanforderung durch eine Arbeitsfunktion oder den Fahrantrieb automatisch wieder gestartet wird. Mit einem hydraulischen Starter kann eine derartige Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors in robuster und zuverlässiger Weise erzielt werden.
  • Aus der EP 2 308 795 A1 ist ein gattungsgemäßes hydrostatisches Triebwerk bekannt, das im Pumpenbetrieb, wobei das von einem Verbrennungsmotor angetriebene Triebwerk mit einer Saugseite Druckmittel aus einem Behälter ansaugt, zur Versorgung der Verbraucher einer Arbeitshydraulik mit Druckmittel dient und in einem Motorbetrieb, wobei dem Triebwerk an der Saugseite Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher zugeführt wird und das Triebwerk von dem aus dem Druckmittelspeicher zugeführten Druckmittel angetrieben wird, als hydraulischer Starter zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotors dient.
  • Sofern das Triebwerk als Verstellmaschine mit einem stufenlos verstellbaren Verdrängervolumen ausgebildet ist, ist das Triebwerk für den Motorbetrieb auf eine Stellung mit maximalem Verdrängervolumen zu verstellen, um die Abgabe eines Drehmoments zum Starten des Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Aus der EP 2 308 795 A1 (Figur 2) ist hierzu bekannt, eine das Verdrängervolumen steuernde Verstellvorrichtung des Triebwerks mit dem Druckmittelspeicher zu verbinden, so dass die Verdrängervolumenstelleinrichtung des Triebwerks bei abgestelltem Verbrennungsmotor mit dem Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher betätigt werden kann. Hierzu ist der Druckmittelspeicher über ein Druckminderventil mit einem Speisedruckkreis verbunden, der bei laufendem Verbrennungsmotor zur Versorgung der Verstellvorrichtung des Triebwerks mit Druckmittel dient. Eine derartige Versorgung der Verstellvorrichtung mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher führt jedoch zu einem hohen Bauaufwand. Der Speisedruckkreis ist stromab einer Ventileinrichtung, die den Motorbetrieb des Triebwerks durch eine Verbindung des Druckmittelspeichers mit der Saugseite des Triebwerks steuert, an den Druckmittelspeicher angeschlossen, so dass die Verdrängervolumenstelleinrichtung zeitlich unmittelbar vor dem Startvorgang des Verbrennungsmotors mit dem Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher in die Stellung mit maximalem Verdrängervolumen verstellt wird. Hierdurch ergibt sich jedoch durch die Verstellung der Verdrängervolumenstelleinrichtung zu Beginn des Startvorgangs eine zeitliche Verzögerung beim Startvorgang des Verbrennungsmotors, die bei einer Start-Stopp-Funktion, in der der Startvorgang des Verbrennungsmotos in einer kurzen Zeitspanne erfolgen soll, zu Nachteilen führt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Triebwerk der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das bei geringem Bauaufwand einen Start des Verbrennungsmotors im Motorbetrieb des Triebwerks in einer kurzen Zeitspanne ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das als Motor und Pumpe betreibbare Triebwerk mit einer Ausschwenkfeder versehen ist, mittels der bei abgestelltem Verbrennungsmotor eine das Verdrängervolumen des Triebwerks steuernde Verdrängervolumenstelleinrichtung in die Stellung mit maximalem Verdrängervolumen beaufschlagt ist, so dass bei der Beaufschlagung der Saugseite des Triebwerks mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher ein direkter Startvorgang des Verbrennungsmotors durch den Motorbetrieb des Triebwerk ohne zeitlich unmittelbar vorheriges Verstellen der Verdrängervolumenstelleinrichtung des Triebwerks zu Beginn des Startvorgangs des Verbrennungsmotors erfolgt. Mit einer derartigen Ausschwenkfeder wird mit geringem Bauaufwand erzielt, dass die Verdrängervolumenstelleinrichtung des Triebwerks bei abgestelltem Verbrennungsmotor automatisch in die Stellung mit maximalem Verdrängervolumen beaufschlagt ist. Bei einer Beaufschlagung der Saugseite des Triebwerks mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher zum Start des Verbrennungsmotors wird somit erzielt, dass sich das Triebwerk mittels der Ausschwenkfeder zu Beginn des Startvorgangs des Verbrennungsmotors bereits in der Stellung mit maximalem Verdrängervolumen befindet, so dass der Startvorgang des Verbrennungsmotors unmittelbar erfolgen kann und kein Verstellen der Verdrängervolumenstelleinrichtung auf das maximale Verdrängervolumen zu Beginn des Startvorgangs erforderlich ist. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ausschwenkfeder wird somit auf einfache Weise und bei geringem Bauaufwand ein Startvorgang des abgestellten Verbrennungsmotors im Motorbetrieb des Triebwerks in einer kurzen Zeitspanne ermöglicht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Triebwerk als einseitig verstellbares Triebwerk ausgebildet und ist die Verdrängervolumenstelleinrichtung des Triebwerks ausgehend von einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen in eine Stellrichtung verstellbar. Derartige einseitig verstellbare Triebwerke werden im offenen Kreislauf betrieben und ermöglichen bei geringem Bauaufwand und bei geringem Energieverbrauch im Pumpenbetrieb eine Versorgung der angeschlossenen Verbraucher mit Druckmittel. Mit der Ausschwenkfeder kann ein derartiges als einseitig verstellbare Pumpe ausgebildetes Triebwerk auf einfache Weise als Motor betrieben werden, das an der Saugseite mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher angetrieben wird.
  • Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus ergeben sich Vorteile, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung die Ausschwenkfeder an einer mit der Verdrängervolumenstelleinrichtung in Wirkverbindung stehenden Stellkolbeneinrichtung des Triebwerks angreift. Ein als Verstellpumpe ausgebildetes hydrostatisches Triebwerk weist üblicherweise eine Stellkolbeneinrichtung auf, mit der die Verdrängervolumenstelleinrichtung einstellbar ist und somit das Verdrängervolumen veränderbar ist. Die erfindungsgemäße Ausschwenkfeder kann einer derartigen Stellkolbeneinrichtung auf einfache Weise ergänzt werden.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Stellkolbeneinrichtung mittels eines Stellventils mit einem Stelldruck beaufschlagbar, wobei bei abgestelltem Verbrennungsmotor die Stellkolbeneinrichtung von dem Stelldruck entlastet ist. Im Pumpenbetrieb kann durch entsprechende Betätigung des Stellventils ein entsprechender Stelldruck zur Beaufschlagung der Stellkolbeneinrichtung und somit zur entsprechenden Einstellung des Verdrängervolumens erzeugt werden. Das Stellventil kann beispielsweise als Load-Sensing-Regelventil ausgebildet sein, das von dem Lastdruck der angesteuerten Verbraucher betätigt ist, oder als elektrisch ansteuerbares Steuer- bzw. Regelventil ausgebildet sein.
  • Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Verbraucher als Arbeitshydrauliksystem einer Arbeitsmaschine ausgebildet ist und das Triebwerk im Pumpenbetrieb das Arbeitshydrauliksystem mit Druckmittel versorgt. Die zur Versorgung des Arbeitshydrauliksystems vorhandene Verstellpumpe kann somit auf einfache Weise als hydraulischer Starter zum Starten des Verbrennungsmotors verwendet werden, um eine Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors zu ermöglichen.
  • Bevorzugt ist das Triebwerk als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einem von einem Verbrennungsmotor angetrieben erfindungsgemäßen hydrostatischen Triebwerk, wobei das Triebwerk im Motorbetrieb einen hydraulischen Starter des Verbrennungsmotors bildet und im Pumpenbetrieb ein Arbeitshydrauliksystem der Arbeitsmaschine mit Druckmittel versorgt. Mit dem erfindungsgemäßen hydrostatischen Triebwerk kann bei einem Fahrzeug auf einfache Weise eine Start-Stopp-Funktion gebildet werden, die eine kurze Startzeit des abgestellten Verbrennungsmotors aufweist.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der Figur ist ein Antriebsstrang 1 einer nicht näher dargestellten mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Flurförderzeugs oder einer Bau- bzw. Landmaschine, mit einem erfindungsgemäßen hydrostatischen Triebwerk 7 in einer Prinzipdarstellung dargestellt.
  • Der Antriebsstrang 1 besteht aus einem Verbrennungsmotor 2, beispielsweise einem Dieselmotor, einem von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Fahrantrieb 3 des Fahrzeugs sowie einem von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Arbeitshydrauliksystem 4 als hydraulische Verbraucher V.
  • Der Fahrantrieb 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als hydrostatischer Fahrantrieb ausgebildet, der aus einer im Fördervolumen verstellbaren Fahrpumpe 5 besteht, die zum Antrieb mit einer Abtriebswelle 6 des Verbrennungsmotors 2 in trieblicher Verbindung steht. Die Fahrpumpe 5 steht mit einem oder mehreren im Schluckvolumen festen oder verstellbaren, nicht näher dargestellten Hydromotoren im geschlossenen Kreislauf in Verbindung, die auf nicht mehr dargestellte Weise mit den angetriebenen Rädern der Arbeitsmaschine in Wirkverbindung stehen.
  • Der Fahrantrieb 3 kann alternativ als elektrischer Fahrantrieb mit einem von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen elektrischen Generator und einem oder mehreren elektrischen Fahrmotoren gebildet werden. Zudem kann als Fahrantrieb ein mechanischer Fahrantrieb mit einem mechanischen Getriebe, beispielsweise einem Stufenschaltgetriebe oder einem Leistungsverzweigungsgetriebe oder einem Drehmomentwandlergetriebe, vorgesehen werden.
  • Das Arbeitshydrauliksystem 4 umfasst Arbeitsfunktionen der Arbeitsmaschine, beispielsweise bei einem Flurförderzeug eine Arbeitshydraulik zum Betätigen eines Lastaufnahmemittels an einem Hubmast, bzw. bei einer beispielsweise als Bagger ausgebildeten Baumaschine die Arbeitsfunktionen der von einer Schaufel ausgebildeten Arbeitsausrüstung.
  • Zur Versorgung des von dem Arbeitshydrauliksystems 4 gebildeten Verbrauchers V mit Druckmittel ist das als Verstellmaschine mit einem stufenlos verstellbaren Verdrängervolumen ausgebildete hydrostatische Triebwerk 7 vorgesehen, das bevorzugt als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet ist. Das Triebwerk 7 ist im offenen Kreislauf betrieben und steht zum Antrieb mit der Abtriebswelle 6 des Verbrennungsmotors 2 in trieblicher Verbindung.
  • Das Triebwerk 7 steht eingangsseitig mit der Saugseite mittels einer Ansaugleitung 8 mit einem Behälter 9 in Verbindung. Eine ausgangsseitig mit der Förderseite des Triebwerks 7 in Verbindung stehende Förderleitung 10 ist an eine nicht näher dargestellte Steuerventileinrichtung angeschlossen, mittels der die nicht näher dargestellten hydraulischen Verbraucher des Arbeitshydrauliksystems 4 steuerbar sind. Die Steuerventileinrichtung umfasst bevorzugt ein oder mehrere Wegeventile zur Betätigung der Verbraucher. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein Prioritätsventil 12 dargestellt, mit dem die bevorzugte Versorgung eines von dem Triebwerk 7 versorgten Verbrauchers, beispielsweise einer hydraulischen Lenkungseinrichtung, sichergestellt werden kann. Das Prioritätsventil 12 ist eingangsseitig mit der Förderseite des Triebwerks 7 verbunden und steht ausgangsseitig mit der zu dem Arbeitshydrauliksystem 4 geführten Förderleitung 10 sowie einer zu der Lenkungseinrichtung geführten Förderleitung 13 in Verbindung. Das Prioritätsventil 12 ist von einer Feder 14 sowie dem in einer Lastdruckleitung 15 anstehenden Lastdruck der Lenkungseinrichtung gesteuert.
  • Der Antriebsstrang 1 umfasst weiterhin eine Speisepumpe 20, die zum Antrieb mit der Abtriebswelle 6 in Verbindung steht. Die Speisepumpe 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Konstantpumpe mit einem konstanten Verdrängervolumen ausgebildet, die im offenen Kreislauf betrieben ist. Die Speisepumpe 20 steht hierzu mit der Saugseite über eine Ansaugleitung 21 mit dem Behälter 9 in Verbindung und fördert in eine an die Förderseite angeschlossene Speisedruckleitung 22, an die die entsprechenden Verbraucher eines Speisedruckkreises 23 angeschlossen sind, beispielsweise Verstelleinrichtungen zur Verstellung des Verdrängervolumens der Fahrpumpe 5 und des Triebwerks 7, eine Einspeisevorrichtung des hydrostatischen Fahrantriebs, eine Bremsanlage des Fahrzeugs und Vorsteuerventile für die Steuerventile des Arbeitshydrauliksystems 4. Zur Absicherung des Speisedruckes in dem Speisedruckkreis 23 ist der Speisedruckleitung 22 eine Druckbegrenzungseinrichtung 24, beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil, zugeordnet.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang 1 ist das Triebwerk 7 des Arbeitshydrauliksystems 4 als Zweiquadrantentriebwerk ausgebildet, das bei gleicher Drehrichtung und gleicher Durchflussrichtung des Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist.
  • Im Pumpenbetrieb saugt das Triebwerk 7 über die Ansaugleitung 8 Druckmittel aus dem Behälter 9 an und fördert das Druckmittel über das Prioritätsventil 12 in die Förderleitung 10 des Arbeitshydrauliksystems 4 bzw. die Förderleitung 13 der Lenkungseinrichtung. Im Motorbetrieb des Triebwerks 7, in der das Triebwerk 7 als hydraulischer Starter einer Start-Stopp-Funktion zum Starten des Verbrennungsmotors 2 ausgebildet ist, wird das Triebwerk 7 an der Saugseite mit Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher 25 angetrieben.
  • Der Druckmittelspeicher 25 ist zum Laden mit Druckmittel an die zu dem Arbeitshydrauliksystem 4 geführte Förderleitung 10 des Triebwerks 7 mittels einer Verbindungsleitung 26 angeschlossen.
  • In der Förderleitung 10 ist ein elektrisch betätigbares Ladeventil 27 angeordnet, das bei einer Ansteuerung in eine die Förderleitung 10 drosselnde Drosselstellung zum Aufstauen eines Druckes betätigbar ist. Das Ladeventil 27 ist bevorzugt als Retarderventil 28 ausgeführt, das im Bremsbetrieb des Fahrzeugs in eine Drosselstellung betätigt wird, um durch Aufstauen eines Druckes in der Förderleitung 10 ein zusätzliches, abbremsendes Drehmoment an der von der Kurbelwelle gebildeten Abtriebswelle 6 aufzuprägen, welches dem motorisch wirkenden Drehmoment an der Fahrpumpe 5 entgegenwirkt und so das Fahrzeug abbremst. In einem derartigen Bremsbetrieb bei drosselndem Retarderventil 28 kann zudem auf einfache Weise eine Energierückgewinnung erfolgen und der Druckmittelspeicher 25 geladen werden, so dass zum Laden des Druckmittelspeichers 25 die kinetische Energie des Fahrzeugs während eines Bremsvorgangs dient. Die Verbindungsleitung 26 ist hierbei stromauf des Ladeventils 27 und somit zwischen dem Ladeventil 27 und dem Prioritätsventil 12 an die Förderleitung 10 angeschlossen.
  • In der Verbindungsleitung 26 ist ein Sperrventil 30 angeordnet, das bevorzugt als in Richtung zum Druckmittelspeicher 25 öffnendes Rückschlagventil 31 ausgebildet ist. Weiterhin ist der Verbindungsleitung 26 zwischen dem Sperrventil 30 und dem Druckmittelspeicher 25 ein Druckbegrenzungsventil 32 zur Absicherung des Druckes in dem Druckmittelspeicher 25 zugeordnet. In der Verbindungsleitung 26 ist weiterhin zur Begrenzung des Ladevolumenstroms des Druckmittelspeichers 25 eine Drosseleinrichtung 33 angeordnet, die als Blende oder Drossel ausgeführt sein kann. Die Drosseleinrichtung 33 kann hierbei - wie dargestellt - stromauf des Sperrventils 30 oder alternativ stromab des Sperrventils 30 angeordnet sein.
  • Der Verbindungsleitung 26 zwischen dem Sperrventil 30 und dem Druckmittelspeicher 25 ist weiterhin ein Drucksensor 34 zugeordnet. Der Drucksensor 34 dient zur Überwachung des Ladedruckes und somit des Ladezustands des Druckmittelspeichers 25.
  • Die Verbindung des Druckmittelspeichers 25 mit der Saugseite des Triebwerks 7 für den Motorbetrieb des Triebwerks 7 ist mittels eines elektrisch betätigbaren Steuerventils 35 steuerbar. Das Steuerventil 35 weist eine Sperrstellung 35a und eine Durchflussstellung 35b auf, wobei die Sperrstellung 35a bevorzugt leckagedicht ausgeführt ist mit einem in Richtung zum Triebwerk 7 sperrenden Sperrventil.
  • Das Steuerventil 35 ist in einer Zweigleitung 36 angeordnet, die von der Verbindungsleitung 26 zwischen dem Sperrventil 30 und dem Druckmittelspeicher 25 zu der zur Saugseite des Triebwerks 7 geführten Ansaugleitung 8 geführt ist.
  • In der Ansaugleitung 8 des Triebwerks 7 ist ein in Richtung zum Behälter 9 sperrendes Sperrventil 37 angeordnet, das bevorzugt als ein in Richtung zum Behälter sperrendes Rückschlagventil 38 ausgebildet ist.
  • Eine elektronische Steuereinrichtung 40 steht eingangsseitig mit dem Drucksensor 34 in Verbindung und dient zur Ansteuerung des Ladeventils 27 sowie des Steuerventils 35.
  • Das als Verstellmaschine mit stufenlos veränderbarem Verdrängervolumen ausgebildete Triebwerk 7 weist zur Einstellung des Verdrängervolumens eine Verdrängervolumenstelleinrichtung 50 auf, beispielsweise eine in der Neigung verstellbare Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise. Die Verdrängervolumenstelleinrichtung 50 ist mittels einer Stellkolbeneinrichtung 51 betätigbar, die mit der Verdrängervolumenstelleinrichtung 50 in Wirkverbindung steht. Das erfindungsgemäße Triebwerk 7 ist als einseitig verstellbares Triebwerk ausgebildet, bei dem die Verdrängervolumenstelleinrichtung 50 ausgehend von einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen, bevorzugt einer Stellung mit Verdrängervolumen Null, in eine Stellrichtung bzw. Schwenkrichtung auf eine Stellung mit maximalem Verdrängervolumen verstellbar ist.
  • Die Stellkolbeneinrichtung 51 weist einen in Richtung des maximalen Verdrängervolumens wirkenden Stelldruckraum 51a und einen in Richtung des minimalen Verdrängervolumens wirkenden Stelldruckraum 51b auf, deren Beaufschlagung mit einem Stelldruck bzw. deren Entlastung zu dem Behälter 9 mittels eines Stellventils 52 steuerbar ist. Das Stellventil 52 ist zur Versorgung mit Druckmittel und zur Erzeugung eines Stelldruckes in den Stelldruckräumen 51a bzw. 51b über eine Zweigleitung 53 mit der Speisedruckleitung 22 und somit dem Speisedruckkreis 23 verbunden. Weiterhin weist das Stellventil 52 einen Anschluss an eine zu dem Behälter geführte Behälterleitung 54 auf. Das Stellventil 52 ist bevorzugt elektrisch ansteuerbar. Bei abgestelltem Verbrennungsmotor 2 sind die Stelldruckraum 50a, 50b der Stellkolbeneinrichtung 50 entlastet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Stellventil 52 als Regelventil ausgebildet, wobei eine mechanische Rückmeldung und Rückführung 56 der Ist-Position der Verdrängervolumenstelleinrichtung 50 auf das Stellventil 52 vorgesehen ist.
  • Um bei abgestelltem Verbrennungsmotor 2 das Triebwerk 7 für den Motorbetrieb in die Stellung mit maximalem Verdrängervolumen zu beaufschlagen, ist erfindungsgemäß eine Ausschwenkfeder 55 vorgesehen, die mit der Stellkolbeneinrichtung 51 in Wirkverbindung steht und die Verdrängervolumenstelleinrichtung 50 bei abgestelltem Verbrennungsmotor 2 in die Stellung mit maximalem Verdrängervolumen für den Motorbetrieb des Triebwerks 7 beaufschlagt. Die Ausschwenkfeder 55 kann hierzu in dem Stelldruckraum 51a der Stellkolbeneinrichtung 51 angeordnet werden.
  • Mit der Ausschwenkfeder 55 wird erzielt, dass das im Motorbetrieb als hydraulischer Starter des Verbrennungsmotors 2 betriebene Triebwerk 7 bei abgestelltem Verbrennungsmotor 7 in die Stellung mit maximalem Verdrängervolumen verstellt ist. Für den Startvorgang des Verbrennungsmotor 2 wird das Steuerventil 35 in die Durchflussstellung 35b betätigt, so dass das aus dem mit Druckmittel geladenen Druckmittelspeicher 25 zur Saugseite des Triebwerks 7 strömende Druckmittel aufgrund der bereits in der Stellung mit maximalem Verdrängervolumen stehenden Verdrängervolumenstelleinrichtung 50 unmittelbar zu einem Motorbetrieb und einer Drehmomentabgabe des als Motor betriebenen Triebwerks 7 in den Antriebsstrang 1 führt. Ein dem Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 unmittelbar vorausgehendes Verstellen der Verdrängervolumenstelleinrichtung 50 des Triebwerks 7 auf das maximale Verdrängervolumen bzw. ein Verstellen der Verdrängervolumenstelleinrichtung 50 des Triebwerks 7 auf das maximale Verdrängervolumen zu Beginn des Startvorgangs des Verbrennungsmotors 7 ist somit nicht erforderlich, so dass der Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 mit dem erfindungsgemäßen Triebwerk 7 in einer kurzen Zeitspanne in einer Start-Stopp-Funktion erfolgt.

Claims (7)

  1. Hydrostatisches Triebwerk (7), das als Verstellmaschine mit einem stufenlos verstellbaren Verdrängervolumen ausgebildet ist und als Pumpe und Motor betreibbar und mit einem Verbrennungsmotor (2) trieblich verbunden ist, wobei das Triebwerk (7) im Pumpenbetrieb mit einer Saugseite Druckmittel aus einem Behälter (9) ansaugt und in eine zu mindestens einem Verbraucher (V) geführte Förderleitung (10) fördert und wobei das Triebwerk (7) im Motorbetrieb als hydraulischer Starter zum Starten des Verbrennungsmotors (2) ausgebildet ist, wobei dem Triebwerk (7) im Motorbetrieb an der Saugseite Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher (25) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das als Motor und Pumpe betreibbare Triebwerk (7) mit einer Ausschwenkfeder (55) versehen ist, mittels der bei abgestelltem Verbrennungsmotor (2) eine das Verdrängervolumen des Triebwerks (7) steuernde Verdrängervolumenstelleinrichtung (50) in die Stellung mit maximalem Verdrängervolumen beaufschlagt ist, so dass bei der Beaufschlagung der Saugseite des Triebwerks (7) mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher (25) ein direkter Startvorgang des Verbrennungsmotors (7) durch den Motorbetrieb des Triebwerks (7) ohne zeitlich unmittelbar vorheriges Verstellen der Verdrängervolumenstelleinrichtung (50) des Triebwerks (7) erfolgt.
  2. Hydrostatisches Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk (7) als einseitig verstellbares Triebwerk ausgebildet ist und die Verdrängervolumenstelleinrichtung (50) des Triebwerks (7) ausgehend von einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen in eine Stellrichtung verstellbar ist.
  3. Hydrostatisches Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschwenkfeder (55) an einer mit der Verdrängervolumenstelleinrichtung (50) in Wirkverbindung stehenden Stellkolbeneinrichtung (51) des Triebwerks (7) angreift.
  4. Hydrostatisches Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellkolbeneinrichtung (51) mittels eines Stellventils (52) mit einem Stelldruck beaufschlagbar ist, wobei bei abgestelltem Verbrennungsmotor (2) die Stellkolbeneinrichtung (51) von dem Stelldruck entlastet ist.
  5. Hydrostatisches Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (V) als Arbeitshydrauliksystem (4) einer Arbeitsmaschine ausgebildet ist und das Triebwerk (7) im Pumpenbetrieb das Arbeitshydrauliksystem (4) mit Druckmittel versorgt.
  6. Hydrostatisches Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk (7) als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet ist.
  7. Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einem von einem Verbrennungsmotor (2) angetrieben hydrostatischen Triebwerk (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Triebwerk (7) im Motorbetrieb einen hydraulischen Starter des Verbrennungsmotors (2) bildet und im Pumpenbetrieb ein Arbeitshydrauliksystem (4) der Arbeitsmaschine mit Druckmittel versorgt.
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