WO2004108463A1 - Driving arrangement for auxiliary units - Google Patents

Driving arrangement for auxiliary units Download PDF

Info

Publication number
WO2004108463A1
WO2004108463A1 PCT/EP2004/005891 EP2004005891W WO2004108463A1 WO 2004108463 A1 WO2004108463 A1 WO 2004108463A1 EP 2004005891 W EP2004005891 W EP 2004005891W WO 2004108463 A1 WO2004108463 A1 WO 2004108463A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive unit
auxiliary
unit
auxiliary drive
speed
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/005891
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lewkowics Nicolas
Original Assignee
Enginion Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10326193A external-priority patent/DE10326193B3/en
Application filed by Enginion Ag filed Critical Enginion Ag
Publication of WO2004108463A1 publication Critical patent/WO2004108463A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K25/00—Auxiliary drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3222—Cooling devices using compression characterised by the compressor driving arrangements, e.g. clutches, transmissions or multiple drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3226—Self-contained devices, i.e. including own drive motor

Definitions

  • the invention relates to a drive arrangement for at least one auxiliary unit, in which the auxiliary unit or units is coupled to an auxiliary drive unit that is independent of the drive motor and has a lower power than the drive motor, and to the auxiliary drive unit an electrical machine is further coupled, via which an electrical energy store can be charged as a generator is.
  • This auxiliary unit can be a cooling unit with a compressor, which is arranged in a motor vehicle equipped with a traction drive motor and forms part of a temperature control circuit.
  • a compressor of a pneumatic system or the pump of a hydraulic system can also be driven.
  • the air conditioning system has a cooling unit with a compressor.
  • the compressor of the cooling unit is usually driven by the drive motor of the motor vehicle.
  • this has the disadvantage that the cooling unit only works when the travel drive motor is running. Then the drive motor must remain in operation even when the vehicle is at a standstill if cooling is required.
  • refrigerated vehicles in which a cooling chamber with a cargo to be cooled is cooled by a cooling unit.
  • the temperature control is usually carried out in the form of a two-point control.
  • the compressor of the cooling unit is switched on when a certain upper temperature is exceeded and is switched off when the temperature falls below a certain lower temperature.
  • the compressor is switched on and off frequently in the control cycle. Since the compressor requires a significant drive torque, corresponding load jumps occur. These jumps in load lead to considerable fluctuations in the speed of the drive.
  • a lifting device for loading and unloading a truck is an example.
  • the compressors and pumps of these systems are either driven directly by the traction drive or by an electric motor powered by the battery.
  • the drive is loaded with a high torque, load jumps occur, which in turn lead to speed fluctuations.
  • ISAD Integrated Starter Alternator Damper
  • generator mode it generates electricity that can be fed into a battery.
  • ISAD can drive the crankshaft to the idling speed when the engine is started, and so on. a. contribute to reducing emissions.
  • the ISAD always works either completely with the engine running as a generator or completely as a drive during the start phase.
  • the electrical machine has a damping function for actively damping undesirable speed fluctuations which lead to vibrations.
  • an ISAD arrangement in which an idle control is provided, with which not only the speed control but also torque jumps are compensated for by superimposing a torque.
  • the torque jumps can e.g. B. caused by switching an air conditioning system become.
  • the air conditioning system is connected to the crankshaft of the vehicle engine with internal combustion and high output.
  • Auxiliary power units are known which operate independently of the travel drive motor. These auxiliary drive units have a lower output than the travel drive motor. Such auxiliary drive units can, for example, with cheaper efficiency and lower environmental impact.
  • the auxiliary drive units are usually internal combustion engines.
  • a known auxiliary drive unit of this type has a closed circuit with a tank, a feed pump, a steam generator, a steam engine driven by the steam and a condenser, from which the condensed water flows back into the tank.
  • the steam generator is heated by a burner.
  • Such an auxiliary drive unit can be operated with very low pollutants.
  • the power and speed control of the auxiliary drive unit takes place thermally by changing the burner output and the water flow supplied by the feed pump.
  • auxiliary drive unit is an internal combustion engine.
  • the auxiliary drive unit drives a cooling unit, a generator for charging the battery and, if necessary, further auxiliary units.
  • a controller distributes the power of the auxiliary drive unit to the various power consumers according to certain priorities.
  • the cooling unit is controlled by means of a two-point control, ie it is switched on when the temperature to be controlled exceeds a predetermined upper value and is switched off when the temperature falls below a predetermined lower value. Doing so occurs Load jumps on.
  • the auxiliary drive unit can only follow these jumps in load with a delay. This is especially true for external combustion engines where the output is thermally controlled. The load jumps can therefore cause the speed to drop sharply until the auxiliary drive unit comes to a standstill.
  • Ultra Cap capacitors Very high-capacity capacitors are known under the name "Ultra Cap” capacitors.
  • Such “Ultra Ca ⁇ ” capacitors are electrochemical double-layer capacitors which consist of two electrodes made of activated carbon which are immersed in an electrolyte. When the electrodes are chemically charged, the (ions in the electrolyte move under the influence of the electric field to the electrodes of opposite charge out. In the charged state, a part of the anions and cations is in a boundary layer in front of the electrodes so that the Compensate for excess charge in the activated carbon. This results in two layers of excess charge of opposite polarity at the phase boundaries between carbon and electrolyte. This is called an electrochemical double layer.
  • Ultra Caps The high energy content of "Ultra Caps” is based on the activated carbon electrode material, which is extremely high has a specific surface area of about 2000 m 2 / g, and the extremely short distance between the opposite charges of the capacitor, which is of the order of a few microns. Capacities of a few thousand farads can be generated, Ultra Caps have a very low internal resistance. Such “Ul tra Cap "double layer capacitors are sold by EPCOS AG, Kunststoff.
  • DE 101 03 995 AI discloses a device for starting internal combustion engines with a start generator and an accumulator, which supplies a first on-board voltage.
  • a short-term memory in the form of a double-layer capacitor generates a second on-board voltage and supplies the starting power for the starting generator.
  • the double-layer capacitor is charged from the accumulator via a unidirectional or bidirectional converter. Disclosure of the invention
  • the invention is based on the object of realizing an arrangement of the type mentioned at the outset with a temperature control circuit in which the cooling unit with compressor is operated independently of the traction drive motor by the auxiliary drive unit, in particular an auxiliary drive unit with external combustion.
  • a temperature control circuit in which the cooling unit with compressor is operated independently of the traction drive motor by the auxiliary drive unit, in particular an auxiliary drive unit with external combustion.
  • this object is achieved in that a speed control is provided, by means of which an additional torque can be generated by the electrical machine and the electrical energy store in addition to the thermal speed control in the event of load fluctuations which occur when the compressor is switched on, in order to keep the speed of the auxiliary drive unit constant.
  • the compressor is thus driven by an auxiliary drive unit that is independent of the drive motor, not by the drive motor.
  • the auxiliary drive unit is preferably an auxiliary drive unit with external combustion, that is to say, for example, an expansion engine which is operated with steam from a steam generator heated by a burner.
  • the cooling unit can therefore also work when the travel drive motor is switched off.
  • the auxiliary drive unit usually has a much lower output than the travel drive motor.
  • the auxiliary drive unit with external combustion is environmentally friendly.
  • the burner generates hardly any pollutants, so that the auxiliary drive unit can work with the vehicle stationary for a long time.
  • the speed of the auxiliary drive unit is normally thermally controlled, ie to increase the speed the burner output is increased and the quantity supplied is increased by increasing the speed of a feed pump Work equipment enlarged.
  • auxiliary drive units with external combustion are also known, which are regulated only via the temperature of the working gas, which in turn are determined by the heat output and the pressure of the working medium (http://www.sthling-engine.de/funktion.html). Such thermal regulations are relatively sluggish.
  • the speed is controlled either by the amount of fuel supplied (quality control) or the amount of fuel mixture (quantity control) .
  • the auxiliary drive unit also drives the electrical machine, which generates a charging current for the battery in normal operation as a generator.
  • Such an auxiliary drive unit with a power and slow thermal control that is usually low in comparison to the traction drive motor initially does not appear to be suitable for driving a compressor of a cooling unit, which is switched on and off by a temperature control in the control cycle and thereby causes significant load jumps on the auxiliary drive unit.
  • Thermal control cannot follow such load changes quickly enough. A sudden increase in load then leads to a sharp drop in speed and could even lead to the auxiliary drive unit coming to a standstill.
  • Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • Fig.l is a block diagram of a drive arrangement for driving a
  • Cooling unit through which the cabin of a vehicle is cooled in a temperature-controlled manner, and an additional hydraulic or pneumatic auxiliary system.
  • Figure 2 is a block diagram of the linked control loops for
  • FIG. 3 is a diagram of the time course of a load torque change that occurs when a compressor is switched on, the torque applied by the auxiliary drive unit and an additional torque applied by the electrical machine.
  • auxiliary drive unit 10 denotes an auxiliary drive unit (APU).
  • the auxiliary drive unit 10 includes a closed circuit with a tank 12 with a working medium, a feed pump 14, a steam generator 16 heated by a burner, an expansion engine 18, which is acted upon by the steam of the steam generator 16, and a condenser 20 which removes the steam from the Output of the expansion engine 18 is condensed, the condensed working medium, for. B. water is returned to the tank.
  • the feed pump 14 conveys the working medium into the steam generator 16.
  • a continuously operating distributor valve 22 is arranged, through which the steam from the steam generator 16, depending on the position of the distributor valve 22, is directed only to one of the expansion engines 18 parallel bypass line 24, with a steady transition to both the bypass line 24 and can also be connected to the expansion machine or only to the expansion machine 18.
  • an electrical machine 26 is coupled to the expansion engine 18 and can work both as a generator and as an electric motor.
  • the expansion engine 18 can be coupled to a compressor 28 of a cooling unit 30 and a pump or compressor 27 of a hydraulic or pneumatic auxiliary unit 37.
  • the electrical machine 26 can be used to charge an electrical energy store, which can be, for example, a battery 34 of a vehicle 36 working with chemical reactions on electrodes via a speed-regulating power electronics 32.
  • the electrical energy storage can also e.g. a double layer capacitor of the type described above or a combination of a conventional battery with one or more such double layer capacitors.
  • a battery 34 is generally referred to below.
  • the speed-regulating power electronics 32 cause the electrical machine 26 to act as a generator when the speed of the expansion engine 18 rises above a desired value and exert a braking torque on the shaft 38 of the expansion engine 18.
  • the battery 34 is supplied with a charging current. If the speed falls below the target value, the electrical machine 26 is operated as a motor and generates an additional drive torque on the shaft 38.
  • the cooling unit maintains the temperature in the driver's cabin of the vehicle at a predetermined temperature.
  • ⁇ B denotes the thermal output supplied by the burner (not shown).
  • Qc is the heat output that is dissipated in the condenser 20 for condensing the working medium.
  • the condensed working medium is conveyed into the tank 12 by a pump 40. With 42 a drive motor for the feed pump 14 is designated.
  • the electrical machine 26 sits with the compressor 28 on the common shaft 38.
  • FIG. 2 is a block diagram and shows the interrelated control loops for the three control variables, namely the rotational speed of the shaft 38 of the auxiliary drive unit 10, the battery voltage Ußat and the cabin temperature T 50.
  • a target temperature T so u 46 is predetermined for this driver's cab 44.
  • the predetermined target temperature T so u 46 is present at a summing point 48 with a positive sign.
  • the measured actual temperature T 50 of the driver's cab 44 is applied to the summing point 48 with a negative sign.
  • the summing point 48 supplies the control deviation ⁇ T 52 to a temperature controller 54.
  • the temperature controller 54 supplies a controller output signal 56 to the cooling unit 30, which serves as an actuator of the temperature control circuit.
  • the controller output signal for the temperature control is usually a two-point control signal, that is to say a signal by which the compressor 28 of the cooling unit 30 is switched on or off.
  • the cooling unit 30 reacts to the two-point control signal 56 in two ways: when the compressor 30 is switched on, the load torque increases suddenly; when switched off, the load torque is reduced accordingly. This increase or decrease in the load torque acts on the shaft 38. This is shown in FIG. 2 by applying a quantity M k0m 58 with a negative sign to a summing point 60. Furthermore, a thermal output Q 62 is withdrawn from the driver's cab 44. This is shown in FIG. 2 by applying a quantity Q 62 with a negative sign to a summing point 64. It is assumed here that the driver's cab 44 approximately has a transfer function 1 / s, that is to say that the extracted one
  • a CHP control unit is designated.
  • the control device 66 links the various control loops.
  • the speed nweiie 68 of the shaft 38 is applied to an input of the control device. It is assumed that the transmission function of the shaft is also 1 / s, ie the effective torques integrated from the summing point 60 lead to a change in the speed n ⁇ e ue 68.
  • the temperature difference ⁇ T 52 is present at a second input of the control device.
  • the third input receives from a charge controller 72 a setpoint value 70 for the charging power with which the battery 34 is to be charged.
  • the control device 66 has four outputs, three of which are connected to the auxiliary drive unit 10.
  • the three manipulated variables which determine their operating parameters, are transferred to the auxiliary drive unit 10 via these outputs.
  • the first manipulated variable is the actuating angle 74 of the distributor valve 22.
  • the setpoint value PBrenne r 76 of the burner output is transmitted via the second output.
  • the third manipulated variable is the setpoint of the speed n pump 78 of the motor 42 and the feed water pump 14, which determines the mass flow through the steam generator 16.
  • auxiliary drive devices with external combustion which are only regulated by the burner output and the pressure of the working gas, only two manipulated variables are transmitted by the control unit.
  • Auxiliary drive units with internal combustion only require one manipulated variable.
  • the auxiliary drive unit 10 accordingly delivers a torque M 82 and a thermal output Q 84 as waste heat.
  • the torque M 82 acts on the shaft 38. This is illustrated in that a quantity M 82 is applied to the summing point 60 with
  • a block 92 in FIG. 2 represents the electrical machine 26 with the charge controller 32 and the battery 34.
  • a fourth output of the control device 66 specifies a setpoint value MMasc h .soi ⁇ 80 of the torque, which are received or released by the electrical machine 26 should. Accordingly, a torque MMasc h - 88 acts on the electrical machine as a load or drive torque.
  • a current Ijytasch 90 flows either as a charging current to the battery 34 or as a motor current from the battery 34 to the electrical machine. This is shown in FIG.
  • the cooler of the vehicle 36 is designated by 96.
  • the cooler 96 carries heat Q ⁇ mlsr
  • a summing point 94 to which the waste heat Q 84 of the auxiliary drive unit 10 with a positive sign and the heat dissipated from the cooler with a negative sign are applied.
  • the sum of the summing point 94 is applied to the summing point 64 with a positive sign.
  • the occupant cabin 98 emits the heat Q cabin 102 to the outside, which is therefore applied to the summing point 64 with a negative sign.
  • the auxiliary drive unit 10 is operated with the parameters 74 76 78 so that there is a certain speed of the shaft.
  • the torque applied by the auxiliary drive unit drives the electrical machine 26 so that it keeps the battery 34 at a desired battery voltage.
  • the temperature control takes the form of a two-point control.
  • the compressor 28 of the cooling unit 30 is first switched off. If a predetermined temperature T 50 is exceeded in the driver's cabin, ie the control deviation ⁇ T 52 exceeds a certain amount, the compressor 28 of the cooling unit 30 is switched on.
  • the load torque then changes abruptly by the amount M ⁇ 0 m P 58.
  • the increased load torque counteracts the drive torque 82 generated by the auxiliary drive unit 10, as shown in the summing point 60.
  • the speed nweiie 68 of the shaft 38 drops.
  • the speed of the shaft is also reduced by the activation of a hydraulic or pneumatic auxiliary unit 37 and the associated load on the auxiliary drive unit 10 by the moment M p 104 of the pump or the compressor 27.
  • the changes of burner power P B re nn e r 76 and speed nu mp e 78 of the feed pump 14 or the adjusting angle ⁇ 74 of the valve 22, which is specified by the control unit 66, causes an increase of the output from the auxiliary power unit 10 torque M 82nd
  • This readjustment of the torque takes place thermally and therefore with a certain inertia. This leads to a sharp drop in the speed nweiie 68 and can cause the auxiliary drive unit 10 to stop.
  • the control unit therefore initiates an additionally acting drive setpoint torque M asc .soi ⁇ 80 for the electrical machine 26.
  • the electrical machine 26 therefore draws current ⁇ ash 90 from the battery 34 and works as a motor. It therefore temporarily and with less inertia supports the slowly increasing input torque M of the auxiliary drive unit 10.
  • the balancing control of the input and output torques means that the speed of the shaft n we u e 68 remains essentially constant.
  • the torque of the electrical machine 26 rises in the period from ti to t 2 and thus compensates for the slower rise of the curve 112, the sum of the drive torques of the auxiliary drive unit 10 and the electrical machine 26 then rises -positively- with the same slope as the load torque of curve 110
  • the sum is represented by the positive curve 116.
  • the load torque M ⁇ 0mP according to curve 110 then remains constant.
  • the electric machine 26 still delivers a drive torque.
  • this drive torque decreases until the time t 3 with the negative slope of curve 112.
  • the drive torque of the auxiliary drive unit overshoots somewhat. Accordingly, curve 114 drops somewhat below the zero line. It can be seen that the curve 86 of the resulting drive torque is a mirror image of the curve 110 of the load torque.
  • the speed nw e iie 68 of the shaft 38 remains constant.
  • FIG. 3 also shows the case in which the compressor 28 is switched off in the control cycle of the temperature control.
  • curve 110 there is a relatively steep load drop between the Times and t 5 .
  • the drop in the drive torque of the auxiliary drive unit 10 according to curve 112 takes place with a delay.
  • the electrical machine 26 now works as a generator and generates a load torque in curve 114. This is negative in Fig.3.
  • This load moment increases between times t and t 5 .
  • Curve 114 drops.
  • the load torque (curve 110) becomes constant again.
  • the load torque of the electrical machine 26 operating as a generator drops again and becomes a weak drive torque if the drive torque of the auxiliary drive unit 10 drops beyond the time ts but is still greater than the load torque of the compressor 28.
  • the drive torque of the auxiliary drive unit 10 goes according to Curve 112 also over a constant value, wherein the torque of the electrical machine also becomes constant.
  • the sum of the drive torques mirrors the course of the load torque caused by the connection and disconnection of the compressor.
  • Temperature control of the temperature T 50 in the driver's cabin is thus carried out by switching the compressor 28 on and off.
  • the speed fluctuations of the shaft 38 which occur as a result of the inertia of the auxiliary drive unit 10 are regulated by means of a speed control, the actuator of which is the electrical machine 26, which is either generates a drive torque as a motor or an additional load torque as a generator.
  • the charge controller 72 works in the control circuit of the CHP control device 66, electrical machine 26 with electronics 32, battery 34 and charge controller 72 so that the battery voltage Uß a tt is kept at a predetermined value.
  • the drive torque M Mas c h 80 required for this is applied by the auxiliary drive unit.
  • a “battery” is shown as an electrical energy store in FIG. 3.
  • the electrical energy store 34 therefore advantageously contains a double-layer capacitor (“ultra cap”) of the type described above. Because of its low internal resistance, such a double-layer capacitor can deliver high currents very quickly.
  • the double-layer generator can therefore not only store sufficiently high energy, but also if necessary deliver high electrical power for a correspondingly short period of time in order to apply the increased torque for the required transition time, for example when the compressor 28 is switched in.
  • a conventional battery, for example a lead accumulator 120, to which a double-layer capacitor 122 is connected in parallel is shown in FIG Combination takes over the function of block 34 in FIG. 3.

Abstract

The invention relates to a driving arrangement for pneumatic or hydraulic auxiliary units (37) or a cooling unit (30) with a compressor (28), which is disposed in a motor vehicle that is equipped with a driving engine and forms part of a temperature regulating circuit. The aim of the invention is to be able to operate the auxiliary units in such a driving arrangement independently of the driving engine. Said aim is achieved by coupling the auxiliary unit to a thermally speed-controlled secondary drive unit (10) with external combustion, which is independent from the driving engine. An electric machine (26) via which a battery (34) can be charged as a generator is coupled to the secondary drive unit. A speed control mechanism is provided by means of which additional torque can be generated with the aid of the electric machine and the battery in addition to thermally controlling the speed so as to keep the rotational speed of the secondary drive unit constant during load variations which occur when a compressor is turned on, for example. The inventive driving arrangement makes it possible to use a low-emission, passive secondary drive unit with external combustion for driving the auxiliary unit.

Description

Enginion AG, Gustav-Meyer- Allee 25. 13355 Berlin Enginion AG, Gustav-Meyer-Allee 25, 13355 Berlin
Anfriebsanordnung für HilfsaggregateStarting arrangement for auxiliary units
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für wenigstens ein Hilfsaggregat, bei welchem das Hilfsaggregat oder die Hilfsaggregate mit einer vom Fahrantriebsmotor unabhängigen Hilfsantriebseinheit von gegenüber dem Fahrantriebsmotor geringerer Leistung gekuppelt ist und mit der Hilfsantriebseinheit weiterhin eine elektrische Maschine gekoppelt ist, über die als Generator ein elektrischer Energiespeicher aufladbar ist.The invention relates to a drive arrangement for at least one auxiliary unit, in which the auxiliary unit or units is coupled to an auxiliary drive unit that is independent of the drive motor and has a lower power than the drive motor, and to the auxiliary drive unit an electrical machine is further coupled, via which an electrical energy store can be charged as a generator is.
Dieses Hilfsaggregat kann ein Kühlaggregat mit einem Kompressor sein, das in einem mit einem Fahrantriebsmotor ausgestatteten Kraftfahrzeug angeordnet ist und Teil eines Temperaturregelkreises bildet. Zusätzlich kann auch ein Kompressor eines pneumatischen Systems oder die Pumpe eines hydraulischen Systems anzutreiben sein.This auxiliary unit can be a cooling unit with a compressor, which is arranged in a motor vehicle equipped with a traction drive motor and forms part of a temperature control circuit. In addition, a compressor of a pneumatic system or the pump of a hydraulic system can also be driven.
Zugrundeliegender Stand der TechnikUnderlying state of the art
Viele Kraftfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen, Busse oder Campingfahrzeuge, enthalten eine Klimaanlage. Die Klimaanlage weist ein Kühlaggregat mit einem Kompressor auf. Der Kompressor des Kühlaggregats wird üblicherweise von dem Fahrantriebsmotor des Kraftfahrzeugs mit angetrieben. Das hat allerdings den Nachteil, daß das Kühlaggregat nur arbeitet, wenn der Fahrantriebsmotor läuft. Dann muß auch bei stehendem Fahrzeug der Fahrantriebsmotor in Betrieb bleiben, wenn eine Kühlung erforderlich ist. Es gibt auch Kühlwagen, bei denen eine Kühlkammer mit einer zu kühlenden Fracht durch ein Kühlaggregat gekühlt wird. Hierbei werden separate Kühlaggregate mit eigenem kleinen Verbrennungsmotor an der Außenseite desMany automobiles, particularly trucks, buses, or campers, contain air conditioning. The air conditioning system has a cooling unit with a compressor. The compressor of the cooling unit is usually driven by the drive motor of the motor vehicle. However, this has the disadvantage that the cooling unit only works when the travel drive motor is running. Then the drive motor must remain in operation even when the vehicle is at a standstill if cooling is required. There are also refrigerated vehicles in which a cooling chamber with a cargo to be cooled is cooled by a cooling unit. Here, separate cooling units with their own small internal combustion engine on the outside of the
BESTATIGUNGSKOPIE Fahrzeugs betrieben. Die Temperaturregelung erfolgt üblicherweise in Form einer Zweipunktregelung. Der Kompressor des Kühlaggregats wird eingeschaltet, wenn eine bestimmte obere Temperatur überschritten wird, und wird ausgeschaltet, wenn eine bestimmte untere Temperatur unterschritten wird. Dadurch erfolgt ein häufiges Ein- und Ausschalten des Kompressors in dem Regelspiel. Da der Kompressor ein erhebliches Antriebsdrehmoment benötigt, treten entsprechende Lastsprünge auf. Diese Lastsprünge führen zu erheblichen Drehzahlschwankungen des Antriebs.BESTATIGUNGSKOPIE Vehicle operated. The temperature control is usually carried out in the form of a two-point control. The compressor of the cooling unit is switched on when a certain upper temperature is exceeded and is switched off when the temperature falls below a certain lower temperature. As a result, the compressor is switched on and off frequently in the control cycle. Since the compressor requires a significant drive torque, corresponding load jumps occur. These jumps in load lead to considerable fluctuations in the speed of the drive.
Ebenso sind viele Nutzfahrzeuge mit hydraulischen oder pneumatischen Systemen ausgestattet, die Zusatzaufgaben übernehmen. Beispielhaft sei eine Hubeinrichtungen zum Be- und Entladen eines Lkw aufgeführt. Normalerweise werden die Kompressoren und Pumpen dieser Systeme entweder direkt vom Fahrantrieb oder über einen aus der Batterie gespeisten Elektromotor angetrieben. Bei dem Einschalten eines solchen Zusatzsystems wird der Antrieb mit einem hohen Moment belastet, es treten Lastsprünge auf, welche wiederum zu Drehzahlschwankungen führen.Many commercial vehicles are also equipped with hydraulic or pneumatic systems that take on additional tasks. A lifting device for loading and unloading a truck is an example. Usually the compressors and pumps of these systems are either driven directly by the traction drive or by an electric motor powered by the battery. When such an additional system is switched on, the drive is loaded with a high torque, load jumps occur, which in turn lead to speed fluctuations.
Bei einem bekannten System wird ein Motor mit interner Verbrennung, zum Beispiel ein Otto- oder Diesel-Motor über die Kurbelwelle mit einem als ISAD (Integrated Starter Alternator Damper) bezeichneten elektrischen System verbunden. ISAD hat drei Funktionen. Im Generatorbetrieb erzeugt es Strom, der in eine Batterie eingespeist werden kann. In seiner Funktion als batteriebetriebene elektrische Maschine kann ISAD die Kurbelwelle beim Startvorgang des Motors gleich bis auf die Leerlaufdrehzahl antreiben und so u. a. zur Emissionsreduzierung beitragen. Hier arbeitet das ISAD immer entweder vollständig bei laufendem Motor als Generator oder vollständig als Antrieb während der Startphase. Weiterhin hat die elektrische Maschine eine Dämpfungsfunktion zur aktiven Dämpfung von unerwünschten Drehzahlschwankungen die zu Vibrationen führen.In a known system, an engine with internal combustion, for example an Otto or diesel engine, is connected via the crankshaft to an electrical system called ISAD (Integrated Starter Alternator Damper). ISAD has three functions. In generator mode, it generates electricity that can be fed into a battery. In its function as a battery-operated electrical machine, ISAD can drive the crankshaft to the idling speed when the engine is started, and so on. a. contribute to reducing emissions. Here the ISAD always works either completely with the engine running as a generator or completely as a drive during the start phase. Furthermore, the electrical machine has a damping function for actively damping undesirable speed fluctuations which lead to vibrations.
Aus der DE 197 04 153 C2 ist eine ISAD-Anordnung bekannt, bei welcher eine Leerlauf- Steuerung vorgesehen ist, mit welcher neben der Drehzahlregelung auch Drehmomentsprünge durch Überlagerung eines Drehmoments ausgeglichen werden. Die Drehmomentsprünge können z. B. durch Auf Schaltung einer Klimaanlage hervorgerufen werden. Bei dieser Anordnung erfolgt die Aufschaltimg der Klimaanlage auf die Kurbelwelle des Fahrzeugmotors mit interner Verbrennung und hoher Leistung.From DE 197 04 153 C2 an ISAD arrangement is known, in which an idle control is provided, with which not only the speed control but also torque jumps are compensated for by superimposing a torque. The torque jumps can e.g. B. caused by switching an air conditioning system become. With this arrangement, the air conditioning system is connected to the crankshaft of the vehicle engine with internal combustion and high output.
Es sind Hilfsantriebseinheiten (APU = Auxiliary Power Unit) bekannt, die unabhängig von dem Fahrantriebsmotor arbeiten. Diese Hilfsantriebseinheiten haben eine geringere Leistung als der Fahrantriebsmotor. Solche Hilfsantriebseinheiten können mit günstigerem Wirkungsgrad und geringerer Umweltbelastung z. B. einen Generator für die Stromerzeugung antreiben. Die Hilfsantriebseinheiten sind üblicherweise Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung.Auxiliary power units (APU) are known which operate independently of the travel drive motor. These auxiliary drive units have a lower output than the travel drive motor. Such auxiliary drive units can, for example, with cheaper efficiency and lower environmental impact. B. drive a generator for power generation. The auxiliary drive units are usually internal combustion engines.
Es gibt aber auch Hilfsantriebseinheiten, die mit äußerer Verbrennung und z. B. einer Dampfmaschine arbeiten, wie US 6,508,060 B2 zeigt.But there are also auxiliary drive units that with external combustion and z. B. work a steam engine, as shown by US 6,508,060 B2.
Eine bekannte Hilfsantriebseinheit dieser Art weist einen geschlossenen Kreislauf mit einem Tank, einer Speisepumpe, einem Dampferzeuger, einer von dem Dampf angetriebenen Dampfmaschine und einem Kondensator auf, von welchem das kondensierte Wasser wieder in den Tank zurückfließt. Der Dampferzeuger wird mittels eines Brenners beheizt. Eine solche Hilfsantriebseinheit läßt sich sehr schadstoffarm betreiben. Die Leistungs- und Drehzahlregelung der Hilfsantriebseinheit erfolgt thermisch durch Veränderung der Brennerleistung und dem von der Speisepumpe zugefuhrten Wasserstrom.A known auxiliary drive unit of this type has a closed circuit with a tank, a feed pump, a steam generator, a steam engine driven by the steam and a condenser, from which the condensed water flows back into the tank. The steam generator is heated by a burner. Such an auxiliary drive unit can be operated with very low pollutants. The power and speed control of the auxiliary drive unit takes place thermally by changing the burner output and the water flow supplied by the feed pump.
Die DE 199 53 940 AI beschreibt ein Fahrzeug mit einem Antriebsmotor und einer Hilfsantriebseinheit. Die Hilfsantriebseinheit ist eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung. Es wird aber auch die Verwendung einer Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung in Form eines Stirling-Motors angesprochen. Die Hilfsantriebseinheit treibt unabhängig von dem Antriebsmotors des Fahrzeugs ein Kühlaggregat, einen Generator zum Laden der Batterie und ggf. weitere Nebenaggregate. Ein Regler verteilt die Leistung der Hilfsantriebseinheit nach bestimmten Prioritäten auf die verschiedenen Leisrungsverbraucher. Das Kühlaggregat wird in der Praxis mittels einer Zweipunktregelung geregelt, d.h. es wird eingeschaltet, wenn die zu regelnde Temperatur einen vorgegebenen oberen Wert überschreitet und wird ausgeschaltet, wenn die Temperatur einen vorgegebenen unteren Wert unterschreitet. Dabei treten erhebliche Lastsprünge auf. Diesen Lastsprüngen vermag die Hilfsantriebseinheit nur mit Verzögerung zu folgen. Das gilt insbesondere für Kraftmaschinen mit äußerer Verbrennung, bei denen die Leistung thermisch geregelt wird. Die Lastsprünge können daher zu einem starken Absinken der Drehzahl bis zum Stillstand der Hilfsantriebseinheit führen.DE 199 53 940 AI describes a vehicle with a drive motor and an auxiliary drive unit. The auxiliary drive unit is an internal combustion engine. However, the use of an external combustion engine in the form of a Stirling engine is also addressed. Independently of the drive motor of the vehicle, the auxiliary drive unit drives a cooling unit, a generator for charging the battery and, if necessary, further auxiliary units. A controller distributes the power of the auxiliary drive unit to the various power consumers according to certain priorities. In practice, the cooling unit is controlled by means of a two-point control, ie it is switched on when the temperature to be controlled exceeds a predetermined upper value and is switched off when the temperature falls below a predetermined lower value. Doing so occurs Load jumps on. The auxiliary drive unit can only follow these jumps in load with a delay. This is especially true for external combustion engines where the output is thermally controlled. The load jumps can therefore cause the speed to drop sharply until the auxiliary drive unit comes to a standstill.
Es sind unter der Bezeichnung „Ultra Cap" Kondensatoren sehr hoher Kapazität bekannt. Solche „Ultra Caρ"-Kondensatoren sind elektrochemische Doppelschicht- Kondensatoren, die aus zwei Elektroden aus Aktivkohle bestehen, welche in einen Elektrolyten eingetaucht sind. Wenn die Elektroden chemisch aufgeladen sind, bewegen sich die ( Ionen des Elektrolyten unter dem Einfluß des elektrischen Feldes zu den Elektroden entgegengesetzter Ladung hin. In dem geladenen Zustand befindet sich ein Teil der Anionen und Kationen in einer Grenzschicht vor den Elektroden, so daß sie den Ladungsüberschuß in der Aktivkohle kompensieren. Somit ergeben sich an den Phasengrenzen zwischen Kohle und Elektrolyt zwei schichten von Ladungsüberschuß von entgegengesetzter Polarität. Man bezeichnet das als elektrochemische Doppelschicht. Der hohe Energieinhalt von „Ultra Caps" beruht auf dem Aktivkohle-Elektrodenmaterial, welches eine extrem hohe spezifische Oberfläche von etwa 2000 m2/g besitzt, und dem extrem kurzen Abstand zwischen den entgegengesetzten Ladungen des Kondensators, der in der Größenordnung von wenigen um liegt. Damit können Kapazitäten von einigen tausend Farad erzeugt werden, Ultra Caps besitzen einen sehr geringen Innenwiderstand. Solche „Ultra Cap"-Doppelschichtkondensatoren werden von der EPCOS AG, München vertrieben.Very high-capacity capacitors are known under the name "Ultra Cap" capacitors. Such "Ultra Caρ" capacitors are electrochemical double-layer capacitors which consist of two electrodes made of activated carbon which are immersed in an electrolyte. When the electrodes are chemically charged, the (ions in the electrolyte move under the influence of the electric field to the electrodes of opposite charge out. In the charged state, a part of the anions and cations is in a boundary layer in front of the electrodes so that the Compensate for excess charge in the activated carbon. This results in two layers of excess charge of opposite polarity at the phase boundaries between carbon and electrolyte. This is called an electrochemical double layer. The high energy content of "Ultra Caps" is based on the activated carbon electrode material, which is extremely high has a specific surface area of about 2000 m 2 / g, and the extremely short distance between the opposite charges of the capacitor, which is of the order of a few microns. Capacities of a few thousand farads can be generated, Ultra Caps have a very low internal resistance. Such “Ul tra Cap "double layer capacitors are sold by EPCOS AG, Munich.
Durch die DE 101 03 995 AI ist eine Vorrichtung zum Starten von Verbrennungsmotoren mit einem Startgenerator und einem Akkumulator bekannt, der eine erste Bordspannung liefert. Ein Kurzzeitspeicher in Form eines Doppelschichtkondensators erzeugt eine zweite Bordspannung und liefert die Startleistung für den Startgenerator. Über einen uni- oder bidirektionalen Wandler wird der Doppelschichtkondensator aus dem Akkumulator aufgeladen. Offenbarung der ErfindungDE 101 03 995 AI discloses a device for starting internal combustion engines with a start generator and an accumulator, which supplies a first on-board voltage. A short-term memory in the form of a double-layer capacitor generates a second on-board voltage and supplies the starting power for the starting generator. The double-layer capacitor is charged from the accumulator via a unidirectional or bidirectional converter. Disclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art mit einem Temperaturregelkreis, bei welchem das Kühlaggregat mit Kompressor unabhängig von dem Fahrantriebsmotor durch die Hilfsantriebseinheit, insbesondere eine Hilfsantriebseinheit mit äußerer Verbrennung, betrieben wird, praktisch zu realisieren. Eine vergleichbare Aufgabenstellung ergibt sich wenn man bei einer Anordnung der eingangs genannten Art ein pneumatisches bzw. hydraulisches Hilfsaggregat betreiben will.The invention is based on the object of realizing an arrangement of the type mentioned at the outset with a temperature control circuit in which the cooling unit with compressor is operated independently of the traction drive motor by the auxiliary drive unit, in particular an auxiliary drive unit with external combustion. A comparable task arises if you want to operate a pneumatic or hydraulic auxiliary unit in an arrangement of the type mentioned.
Da die Lastsprungcharakteristik von pneumatischen oder hydraulischen Systemen vergleichbar zu der eines Kühlaggregats ist, soll die Beschreibung des Gesamtsystem exemplarisch an einem Kompressors einer Kühleinrichtung erfolgen.Since the load jump characteristic of pneumatic or hydraulic systems is comparable to that of a cooling unit, the description of the overall system should be made using a compressor of a cooling device as an example.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Drehzahlregelung vorgesehen ist, durch welche bei Lastschwankungen, die durch Einschalten des Kompressors auftreten, zur Konstanthaltung der Drehzahl der Hilfsantriebseinheit zusätzlich zu der thermischen Drehzahlregelung ein Zusatzmoment durch die elektrische Maschine und den elektrischen Energiespeicher erzeugbar ist.According to the invention, this object is achieved in that a speed control is provided, by means of which an additional torque can be generated by the electrical machine and the electrical energy store in addition to the thermal speed control in the event of load fluctuations which occur when the compressor is switched on, in order to keep the speed of the auxiliary drive unit constant.
Der Kompressor wird somit von einer von dem Fahrantriebsmotor unabhängigen Hilfsantriebseinheit angetrieben, nicht von dem Fahrantriebsmotor. Die Hilfsantriebseinheit ist vorzugsweise eine Hilfsantriebseinheit mit äußerer Verbrennung, also beispielsweise eine Expansionskraftmaschine, die mit Dampf von einem durch einen Brenner beheizten Dampferzeuger betrieben wird. Das Kühlaggregat kann daher auch arbeiten, wenn der Fahrantriebsmotor abgeschaltet ist. Die Hilfsantriebseinheit hat üblicherweise eine wesentlich geringere Leistung als der Fahrantriebsmotor. Die Hilfsantriebseinheit mit äußerer Verbrennung ist umweltfreundlich. Der Brenner erzeugt kaum Schadstoffe, so daß die Hilfsantriebseinheit auch über längere Zeit bei stehendem Fahrzeug arbeiten kann. Die Drehzahl der Hilfsantriebseinheit wird normalerweise thermisch geregelt, d. h. zur Erhöhung der Drehzahl wird die Brennerleistung erhöht und über die Erhöhung der Drehzahl einer Speisepumpe die zugefuhrte Menge an Arbeitsmittel vergrößert. Es sind auch Hilfsantriebseinheiten mit äußerer Verbrennung bekannt, die nur über die Temperatur des Arbeitsgases geregelt werden, welche wiederum durch die zugeführte Wärmeleistung und den Druck des Arbeitsmediums bestimmt werden (http://www.sthling-engine.de/funktion.html). Solche thermischen Regelungen sind relativ träge. Bei Hilfsantrieben mit innerer Verbrennung erfolgt die Drehzahlregelung entweder durch die Menge des zugefuhrten Kraftstoffs (Qualitätsregelung) oder die Menge des Kraftstoffgemischs (Quantitätsregelung) .Die Hilfsantriebseinheit treibt auch die elektrische Maschine, die im Normalbetrieb als Generator einen Ladestrom für die Batterie erzeugt.The compressor is thus driven by an auxiliary drive unit that is independent of the drive motor, not by the drive motor. The auxiliary drive unit is preferably an auxiliary drive unit with external combustion, that is to say, for example, an expansion engine which is operated with steam from a steam generator heated by a burner. The cooling unit can therefore also work when the travel drive motor is switched off. The auxiliary drive unit usually has a much lower output than the travel drive motor. The auxiliary drive unit with external combustion is environmentally friendly. The burner generates hardly any pollutants, so that the auxiliary drive unit can work with the vehicle stationary for a long time. The speed of the auxiliary drive unit is normally thermally controlled, ie to increase the speed the burner output is increased and the quantity supplied is increased by increasing the speed of a feed pump Work equipment enlarged. Auxiliary drive units with external combustion are also known, which are regulated only via the temperature of the working gas, which in turn are determined by the heat output and the pressure of the working medium (http://www.sthling-engine.de/funktion.html). Such thermal regulations are relatively sluggish. In the case of auxiliary drives with internal combustion, the speed is controlled either by the amount of fuel supplied (quality control) or the amount of fuel mixture (quantity control) .The auxiliary drive unit also drives the electrical machine, which generates a charging current for the battery in normal operation as a generator.
Eine solche Hilfsantriebseinheit mit einer im Vergleich zum Fahrantriebsmotor üblicherweise geringen Leistung und träger thermischer Regelung erscheint zunächst nicht geeignet, einen Kompressor eines Kühlaggregats anzutreiben, der durch eine Temperaturregelung im Regelspiel ein- und ausgeschaltet wird und dabei erhebliche Lastsprünge an der Hilfsantriebseinheit hervorruft. Die thermische Regelung kann solchen Lastsprüngen nicht schnell genug folgen. Ein sprunghafter Lastanstieg führt dann zu einem starken Drehzahlabfall und könnte sogar zum Stillstand der Hilfsantriebseinheit führen. Es hat sich aber gezeigt, daß der Einsatz einer Hilfsantriebseinheit mit äußerer Verbrennung zum Antrieb auch des geregelten Kompressors doch möglich ist, wenn die auch mit der Hilfsantriebseinheit gekuppelte elektrische Maschine bei einem durch Einschalten des Kompressors auftretenden Drehzahlabfall als Motor vorübergehend ein zusätzliches Drehmoment zum Antrieb des Kompressors aufbringt, bis die Leistung der Hilfsantriebseinheit über die Brennerleistung nachgeregelt ist. Umgekehrt wirkt bei einem sprunghaften Abschalten der Kompressor die elektrische Maschine als Generator und bremst die bei der erhöhten Brennerleistung sonst hochlaufende Hilfsantriebseinheit unter Erzeugung eines Ladestromes für den elektrischen Energiespeicher. Dadurch wird auch in diesem Fall die Drehzahl der Hilfsantriebseinheit konstant gehalten.Such an auxiliary drive unit with a power and slow thermal control that is usually low in comparison to the traction drive motor initially does not appear to be suitable for driving a compressor of a cooling unit, which is switched on and off by a temperature control in the control cycle and thereby causes significant load jumps on the auxiliary drive unit. Thermal control cannot follow such load changes quickly enough. A sudden increase in load then leads to a sharp drop in speed and could even lead to the auxiliary drive unit coming to a standstill. However, it has been shown that the use of an auxiliary drive unit with external combustion to drive the regulated compressor is nevertheless possible if the electrical machine, which is also coupled to the auxiliary drive unit, temporarily provides additional torque to drive the motor when the speed drops as a motor when the compressor is switched on Compressor applies until the output of the auxiliary drive unit is adjusted to the burner output. Conversely, if the compressor is switched off suddenly, the electrical machine acts as a generator and brakes the auxiliary drive unit, which otherwise runs up at the increased burner output, generating a charging current for the electrical energy store. As a result, the speed of the auxiliary drive unit is also kept constant in this case.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Fig.l ist ein Blockdiagramm einer Antriebsanordnung zum Antreiben einesAn exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Fig.l is a block diagram of a drive arrangement for driving a
Kühlaggregats, durch welches die Kabine eines Fahrzeugs temperaturgeregelt gekühlt wird, und einem zusätzlichen hydraulischen oder pneumatischen Hilfssystem.Cooling unit, through which the cabin of a vehicle is cooled in a temperature-controlled manner, and an additional hydraulic or pneumatic auxiliary system.
Fig.2 ist ein Blockdiagramm der miteinander verknüpften Regelkreise fürFigure 2 is a block diagram of the linked control loops for
Drehzahl n der Hilfsantriebseinheit, Batteriespannung Ubat und Temperatur T in der klimatisierten Fahrerkabine.Speed n of the auxiliary drive unit, battery voltage U bat and temperature T in the air-conditioned driver's cabin.
Fig.3 ist ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs einer Lastmomentänderung, die durch Einschalten eines Kompressors auftritt, des von der Hilfsantriebseinheit aufgebrachten Moments und eines Zusatzmoments, das von der elektrischen Maschine aufgebracht wird.3 is a diagram of the time course of a load torque change that occurs when a compressor is switched on, the torque applied by the auxiliary drive unit and an additional torque applied by the electrical machine.
Fig.4 zeigt die Parallelschaltung einer konventionellen Batterie mit einem4 shows the parallel connection of a conventional battery with a
Doppelschichtkondensator („Ultra Cap") anstelle der Batterie 34 in Fig.3.Double layer capacitor (“Ultra Cap”) instead of the battery 34 in FIG. 3.
Beschreibung eines bevorzugtes AusführungsbeispielsDescription of a preferred embodiment
In Fig.l ist mit 10 eine Hilfsantriebseinheit (APU) bezeichnet. Die Hilfsantriebseinheit 10 enthält einen geschlossenen Kreis mit einem Tank 12 mit einem Arbeitsmedium, einer Speisepumpe 14, einem von einem Brenner beheizten Dampferzeuger 16, eine Expansionskraftmaschine 18, die von dem Dampf des Dampferzeugers 16 beaufschlagt ist, und einem Kondensator 20, der den Dampf vom Ausgang der Expansionskraftmaschine 18 kondensiert, wobei das kondensierte Arbeitsmedium, z. B. Wasser, in den Tank zurückgeleitet wird. Die Speisepumpe 14 fördert dabei das Arbeitsmedium in den Dampferzeuger 16. Zwischen dem Dampferzeuger 16 und der Expansionskraftmaschine 18 ist ein stetig arbeitendes Verteilerventil 22 angeordnet, durch welches der Dampf von dem Dampferzeuger 16 abhängig von der Stellung des Verteilerventils 22 nur auf eine zu der Expansionskraftmaschine 18 parallele Umgehungsleitung 24, mit stetigem Übergang sowohl auf die Umgehungsleitung 24 als auch auf die Expansionskraftmaschine oder nur auf die Expansionsl aftmaschine 18 aufschaltbar ist.In Fig.l, 10 denotes an auxiliary drive unit (APU). The auxiliary drive unit 10 includes a closed circuit with a tank 12 with a working medium, a feed pump 14, a steam generator 16 heated by a burner, an expansion engine 18, which is acted upon by the steam of the steam generator 16, and a condenser 20 which removes the steam from the Output of the expansion engine 18 is condensed, the condensed working medium, for. B. water is returned to the tank. The feed pump 14 conveys the working medium into the steam generator 16. Between the steam generator 16 and the expansion engine 18, a continuously operating distributor valve 22 is arranged, through which the steam from the steam generator 16, depending on the position of the distributor valve 22, is directed only to one of the expansion engines 18 parallel bypass line 24, with a steady transition to both the bypass line 24 and can also be connected to the expansion machine or only to the expansion machine 18.
An die Expansionskraftmaschine 18 ist einerseits eine elektrische Maschine 26 gekuppelt, die sowohl als Generator als auch als Elektromotor arbeiten kann. Zum anderen ist die Expansionskraftmaschine 18 mit einem Kompressor 28 eines Kühlaggregats 30 und einer Pumpe oder Kompressor 27 eines hydraulischen oder pneumatischen Hilfsaggregats 37 kuppelbar. Durch die elektrische Maschine 26 ist über eine drehzahlregelnde Leistungselektronik 32 ein elektrischer Energiespeicher aufladbar, der beispielsweise eine mit chemischen Umsetzungen an Elektroden arbeitenden Batterie 34 eines Fahrzeugs 36 sein kann. Der elektrische Energiespeicher kann aber auch z.B. ein Doppelschichtkondensator der oben beschriebenen Art oder eine Kombination einer konventionellen Batterie mit einem oder mehreren solcher Doppelschichtkondensatoren sein. Nachstehend wird generell von einer Batterie 34 gesprochen. Die drehzahlregelnde Leistungselektronik 32 bewirkt, daß die elektrische Maschine 26 bei Ansteigen der Drehzahl der Expansionskraftmaschine 18 über einen Sollwert als Generator wirkt und ein Bremsmoment auf die Welle 38 der Expansionskraftmaschine 18 ausübt. Dabei wird der Batterie 34 ein Ladestrom zugeführt. Bei Unterschreiten des Sollwertes der Drehzahl wird die elektrische Maschine 26 als Motor betrieben und erzeugt ein zusätzliches Antriebsdrehmoment an der Welle 38. Das Kühlaggregat hält die Temperatur in der Fahrerkabine des Fahrzeugs auf einer vorgegebenen Temperatur.On the one hand, an electrical machine 26 is coupled to the expansion engine 18 and can work both as a generator and as an electric motor. On the other hand, the expansion engine 18 can be coupled to a compressor 28 of a cooling unit 30 and a pump or compressor 27 of a hydraulic or pneumatic auxiliary unit 37. The electrical machine 26 can be used to charge an electrical energy store, which can be, for example, a battery 34 of a vehicle 36 working with chemical reactions on electrodes via a speed-regulating power electronics 32. The electrical energy storage can also e.g. a double layer capacitor of the type described above or a combination of a conventional battery with one or more such double layer capacitors. A battery 34 is generally referred to below. The speed-regulating power electronics 32 cause the electrical machine 26 to act as a generator when the speed of the expansion engine 18 rises above a desired value and exert a braking torque on the shaft 38 of the expansion engine 18. The battery 34 is supplied with a charging current. If the speed falls below the target value, the electrical machine 26 is operated as a motor and generates an additional drive torque on the shaft 38. The cooling unit maintains the temperature in the driver's cabin of the vehicle at a predetermined temperature.
In der Darstellung der Antriebseinheit ist mit < B die von dem (nicht dargestellten) Brenner zugeführte Wärmeleistung bezeichnet. Mit Qc is die Wärmeleistung bezeichnet, die in dem Kondensator 20 zur Kondensation des Arbeitsmediums abgeführt wird. Das kondensierte Arbeitsmedium wird durch eine Pumpe 40 in den Tank 12 gefördert. Mit 42 ist ein Antriebsmotor für die Speisepumpe 14 bezeichnet. Die elektrische Maschine 26 sitzt mit dem Kompressor 28 auf der gemeinsamen Welle 38.In the representation of the drive unit, < B denotes the thermal output supplied by the burner (not shown). Qc is the heat output that is dissipated in the condenser 20 for condensing the working medium. The condensed working medium is conveyed into the tank 12 by a pump 40. With 42 a drive motor for the feed pump 14 is designated. The electrical machine 26 sits with the compressor 28 on the common shaft 38.
Fig.2 ist ein Blockdiagramm und zeigt die miteinander verknüpften Regelkreise für die drei Regelgrößen, nämlich Drehzahl eiie der Welle 38 der Hilfsantriebseinheit 10, Batteriespannung Ußat und Kabinentemperatur T 50. Mit 44 ist die Fahrerkabine des Fahrzeugs 36 bezeichnet. Für diese Fahrerkabine 44 ist eine Solltemperatur Tsou 46 vorgegeben. Die vorgegebene Solltemperatur Tsou 46 liegt mit positivem Vorzeichen an einem Summierpunkt 48 an. Mit negativem Vorzeichen ist die gemessene Isttemperatur T 50 der Fahrerkabine 44 auf den Summierpunkt 48 aufgeschaltet. Der Summierpunkt 48 liefert die Regelabweichung ΔT 52 an einen Temperaturregler 54. Der Temperaturregler 54 liefert ein Reglerausgangssignal 56 an das Kühlaggregat 30, das als Stellglied des Temperatur-Regelkreises dient. Das Reglerausgangssignal für die Temperaturregelung ist üblicherweise ein Zweipunkt- Regelsignal, also ein Signal, durch welches der Kompressor 28 des Kühlaggregats 30 ein- oder ausgeschaltet wird.2 is a block diagram and shows the interrelated control loops for the three control variables, namely the rotational speed of the shaft 38 of the auxiliary drive unit 10, the battery voltage Ußat and the cabin temperature T 50. With 44 the driver's cabin of the vehicle 36 is designated. A target temperature T so u 46 is predetermined for this driver's cab 44. The predetermined target temperature T so u 46 is present at a summing point 48 with a positive sign. The measured actual temperature T 50 of the driver's cab 44 is applied to the summing point 48 with a negative sign. The summing point 48 supplies the control deviation ΔT 52 to a temperature controller 54. The temperature controller 54 supplies a controller output signal 56 to the cooling unit 30, which serves as an actuator of the temperature control circuit. The controller output signal for the temperature control is usually a two-point control signal, that is to say a signal by which the compressor 28 of the cooling unit 30 is switched on or off.
Das Kühlaggregat 30 reagiert auf das Zweipunkt-Regelsignal 56 in zweifacher Weise: Bei Einschalten des Kompressors 30 erhöht sich das Lastmoment sprungartig; beim Ausschalten vermindert sich das Lastmoment entsprechend. Diese Erhöhung bzw. Verminderung des Lastmoments wirkt auf die Welle 38. Das ist in Fig.2 durch Aufschaltung einer Größe Mk0m 58 mit negativem Vorzeichen auf einen Summierpuhkt 60 dargestellt. Weiterhin wird der Fahrerkabine 44 eine Wärmeleistung Q 62 entzogen. Das ist in Fig.2 durch Aufschaltung einer Größe Q 62 mit negativem Vorzeichen auf einen Summierpunkt 64 dargestellt. Es ist hier angenommen, daß die Fahrerkabine 44 näherungsweise eine Übertragungsfunktion 1/s hat, d.h. daß die entzogeneThe cooling unit 30 reacts to the two-point control signal 56 in two ways: when the compressor 30 is switched on, the load torque increases suddenly; when switched off, the load torque is reduced accordingly. This increase or decrease in the load torque acts on the shaft 38. This is shown in FIG. 2 by applying a quantity M k0m 58 with a negative sign to a summing point 60. Furthermore, a thermal output Q 62 is withdrawn from the driver's cab 44. This is shown in FIG. 2 by applying a quantity Q 62 with a negative sign to a summing point 64. It is assumed here that the driver's cab 44 approximately has a transfer function 1 / s, that is to say that the extracted one
Wärmeleistung integriert die dadurch hervorgerufene Temperatur T liefert.Heat output integrates the resulting temperature T delivers.
Bei Aktivierung eines hydraulischen oder pneumatischen Hilfssystems 37 wird durch dieWhen a hydraulic or pneumatic auxiliary system 37 is activated by the
Pumpe oder Kompressor 27 ein zusätzliches Lastmoment Mp 104 auf die Welle 38 aufgebracht, was durch die negative Aufschaltung auf den Summierpunkt 60 dargestellt ist.Pump or compressor 27 an additional load torque M p 104 applied to the shaft 38, which is shown by the negative connection to the summing point 60.
Mit 66 ist ein CHP-Steuergerä bezeichnet. Das Steuergerät 66 verknüpft die verschiedenen Regelkreise. Auf einen Eingang der des Steuergeräts ist die Drehzahl nweiie 68 der Welle 38 aufgeschaltet. Es wird davon ausgegangen, daß die Überteagi gsfunktion der Welle ebenfalls 1/s ist, d. h. die wirksamen Drehmomente von dem Summierpunkt 60 integriert zu einer Änderung der Drehzahl nψeue 68 führen. An einem zweiten Eingang des Steuergeräts liegt die Temperaturdifferenz ΔT 52 an. Der dritte Eingang erhält von einem Laderegler 72 einen Sollwert 70 für die Ladeleistung, mit welcher die Batterie 34 geladen werden soll.With 66 a CHP control unit is designated. The control device 66 links the various control loops. The speed nweiie 68 of the shaft 38 is applied to an input of the control device. It is assumed that the transmission function of the shaft is also 1 / s, ie the effective torques integrated from the summing point 60 lead to a change in the speed nψ e ue 68. The temperature difference ΔT 52 is present at a second input of the control device. The The third input receives from a charge controller 72 a setpoint value 70 for the charging power with which the battery 34 is to be charged.
Das Steuergerät 66 hat vier Ausgänge, wovon drei auf die Hilfsantriebseinheit 10 geschaltet sind. Über diese Ausgänge werden die drei Stellgrößen an die Hilfsantriebseinheit 10 übergeben, die deren Betriebsparameter bestimmen. Die erste Stellgröße ist der Stellwinkel 74 des Verteilerventils 22. Über den zweiten Ausgang wird der Sollwert PBrenner 76 der Brennerleistung übertragen. Die dritte Stellgröße ist der Sollwert der Drehzahl npumpe 78 des Motors 42 und der Speisewasserpumpe 14, die den Massenstrom durch den Dampferzeuger 16 bestimmt. Bei Hilfsantriebseinrichtungen mit Verbrennung äußerer Art, die nur durch die Brennerleistung und den Druck des Arbeitsgases geregelt sind, werden nur zwei Stellgrößen vom Steuergerät übermittelt. Bei Hilfsantriebseinheiten mit innerer Verbrennung bedarf es nur einer Stellgröße. Die Hilfsantriebseinheit 10 liefert dementsprechend ein Drehmoment M 82 und eine Wärmeleistung Q 84 als Abwärme. Das Drehmoment M 82 wirkt auf die Welle 38. Das ist dadurch dargestellt, daß eine Größe M 82 auf den Summierpunkt 60 mit positivem Vorzeichen aufgeschaltet ist.The control device 66 has four outputs, three of which are connected to the auxiliary drive unit 10. The three manipulated variables, which determine their operating parameters, are transferred to the auxiliary drive unit 10 via these outputs. The first manipulated variable is the actuating angle 74 of the distributor valve 22. The setpoint value PBrenne r 76 of the burner output is transmitted via the second output. The third manipulated variable is the setpoint of the speed n pump 78 of the motor 42 and the feed water pump 14, which determines the mass flow through the steam generator 16. In the case of auxiliary drive devices with external combustion, which are only regulated by the burner output and the pressure of the working gas, only two manipulated variables are transmitted by the control unit. Auxiliary drive units with internal combustion only require one manipulated variable. The auxiliary drive unit 10 accordingly delivers a torque M 82 and a thermal output Q 84 as waste heat. The torque M 82 acts on the shaft 38. This is illustrated in that a quantity M 82 is applied to the summing point 60 with a positive sign.
Ein Block 92 in Fig.2 stellt die elektrische Maschine 26 mit dem Laderegler 32 und der Batterie 34 dar. Ein vierter Ausgang des Steuergeräts 66 gibt einen Sollwertes MMasch.soiι 80 des Drehmomentes vor, das von der elektrischen Maschine 26 aufgenommen oder abgegeben werden soll. Dementsprechend wirkt an der elektrischen Maschine ein Drehmoment MMasch- 88 als Last- oder Antriebsmoment. Es fließt ein Strom Ijytasch 90 entweder als Ladestrom zu der Batterie 34 oder als Motorstrom von der Batterie 34 zu der elektrischen Maschine. Das ist in Fig.2 dadurch dargestellt, daß eine Größe MMasch 88 mit positivem Vorzeichen auf den Summierpunkt 60 aufgeschaltet ist, wobei als positiv ein Drehmoment gewertet wird, das von der als Motor arbeitenden elektrischen Maschine 26 auf die Welle 38 ausgeübt wird. Der Ladestrom i asc 90 verändert die Batteriespannung, wobei für die Batterie 34 wieder eine Übergangsfunktion 1/s angenommen ist. Mit 96 ist der Kühler des Fahrzeugs 36 bezeichnet. Der Kühler 96 führt Wärme Qκmlsr A block 92 in FIG. 2 represents the electrical machine 26 with the charge controller 32 and the battery 34. A fourth output of the control device 66 specifies a setpoint value MMasc h .soiι 80 of the torque, which are received or released by the electrical machine 26 should. Accordingly, a torque MMasc h - 88 acts on the electrical machine as a load or drive torque. A current Ijytasch 90 flows either as a charging current to the battery 34 or as a motor current from the battery 34 to the electrical machine. This is shown in FIG. 2 in that a quantity M Mas ch 88 with a positive sign is applied to the summing point 60, wherein a torque which is exerted on the shaft 38 by the electrical machine 26 operating as a motor is evaluated as positive. The charging current i asc 90 changes the battery voltage, a transition function 1 / s again being assumed for the battery 34. The cooler of the vehicle 36 is designated by 96. The cooler 96 carries heat Q κmlsr
100 ab. Das ist durch einen Summierpunkt 94 dargestellt, auf den die Abwärme Q 84 der Hilfsantriebseinheit 10 mit positivem Vorzeichen und die von dem Kühler abgeführte Wärme mit negativem Vorzeichen aufgeschaltet ist. Die Summe vom Summierpunkt 94 ist mit positivem Vorzeichen auf den Summierpunkt 64 aufgeschaltet. Die Insassenkabine 98 gibt die Wärme QKabine 102 nach außen ab, welche deshalb mit negativen Vorzeichen auf den Summierpunkt 64 aufgeschaltet wird. Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:100 off. This is represented by a summing point 94, to which the waste heat Q 84 of the auxiliary drive unit 10 with a positive sign and the heat dissipated from the cooler with a negative sign are applied. The sum of the summing point 94 is applied to the summing point 64 with a positive sign. The occupant cabin 98 emits the heat Q cabin 102 to the outside, which is therefore applied to the summing point 64 with a negative sign. The arrangement described works as follows:
Die Hilfsantriebseinheit 10 wird mit den Parametern 74 76 78 so betrieben, daß sich eine bestimmte Drehzahl der Welle ergibt. Das von der Hilfsantriebseinheit aufgebrachte Drehmoment treibt die elektrische Maschine 26, so daß diese die Batterie 34 auf einer gewünschten Batteriespannung hält. Die Temperaturregelung erfolgt in Form einer Zweipunktregelung. Der Kompressor 28 des Kühlaggregats 30 sei zunächst abgeschaltet. Wenn nun eine vorgegebene Temperatur T 50 in der Fahrerkabine überschritten wird, die Regelabweichung ΔT 52 also ein bestimmtes Maß überschreitet, wird der Kompressor 28 des Kühlaggregats 30 angeschaltet. Es erfolgt dann eine sprunghafte Änderung des Lastmomentes um den Betrag Mκ0mP 58 . Das erhöhte Lastmoment wirkt, wie im Summierpunkt 60 dargestellt, dem von der Hilfsantriebseinheit 10 erzeugten Antriebsmoment 82 entgegen. Dadurch fällt die Drehzahl nweiie 68 der Welle 38 ab. Auch durch die Aktivierung eines hydraulischen oder pneumatischen Hilfsaggregats 37 und der damit einhergehenden Belastung der Hilfsantriebseinheit 10 durch das Moment Mp 104 der Pumpe oder des Kompressors 27 reduziert sich die Drehzahl der Welle. Die Änderungen von Brennerleistung PBrenner 76 und Drehzahl n umpe 78 der Speisepumpe 14 oder die Stellwinkel φ 74 des Ventils 22, die von dem Steuergerät 66 vorgegeben wird, bewirkt eine Erhöhung des von der Hilfsantriebseinheit 10 abgegebenen Drehmoments M 82. Diese Nachregelung des Drehmoments erfolgt aber thermisch und daher mit einer gewissen Trägheit. Das führt zu einem starken Absinken der Drehzahl nweiie 68 und kann dazu führen, daß die Hilfsantriebseinheit 10 stehenbleibt.The auxiliary drive unit 10 is operated with the parameters 74 76 78 so that there is a certain speed of the shaft. The torque applied by the auxiliary drive unit drives the electrical machine 26 so that it keeps the battery 34 at a desired battery voltage. The temperature control takes the form of a two-point control. The compressor 28 of the cooling unit 30 is first switched off. If a predetermined temperature T 50 is exceeded in the driver's cabin, ie the control deviation ΔT 52 exceeds a certain amount, the compressor 28 of the cooling unit 30 is switched on. The load torque then changes abruptly by the amount Mκ 0 m P 58. The increased load torque counteracts the drive torque 82 generated by the auxiliary drive unit 10, as shown in the summing point 60. As a result, the speed nweiie 68 of the shaft 38 drops. The speed of the shaft is also reduced by the activation of a hydraulic or pneumatic auxiliary unit 37 and the associated load on the auxiliary drive unit 10 by the moment M p 104 of the pump or the compressor 27. The changes of burner power P B re nn e r 76 and speed nu mp e 78 of the feed pump 14 or the adjusting angle φ 74 of the valve 22, which is specified by the control unit 66, causes an increase of the output from the auxiliary power unit 10 torque M 82nd This readjustment of the torque takes place thermally and therefore with a certain inertia. This leads to a sharp drop in the speed nweiie 68 and can cause the auxiliary drive unit 10 to stop.
Das Steuergerät initiiert daher ein zusätzlich wirkendes Antriebssollmoment M asc .soiι 80 für die elektrische Maschine 26. Die elektrische Maschine 26 entnimmt daher Strom Ϊ asch 90 von der Batterie 34 und arbeitet als Motor. Sie unterstützt daher vorübergehend und mit geringerer Trägheit das langsamer ansteigende Antriebsdrehmoment M der Hilfsantriebseinheit 10. Durch die ausgleichende Regelung der Antriebs- und Abtriebsmomente bleibt die Drehzahl der Welle nweue 68 im wesentliche konstant.The control unit therefore initiates an additionally acting drive setpoint torque M asc .soiι 80 for the electrical machine 26. The electrical machine 26 therefore draws current Ϊ ash 90 from the battery 34 and works as a motor. It therefore temporarily and with less inertia supports the slowly increasing input torque M of the auxiliary drive unit 10. The balancing control of the input and output torques means that the speed of the shaft n we u e 68 remains essentially constant.
Das ist in Fig.3 in einem M - 1 - Diagramm dargestellt: In Zeitpunkt ti wird plötzlich der Kompressor 28 zugeschaltet. Das Lastmoment, dargestellt durch die Kurve 110 steigt twischen t\ und t steil an. Das Antriebsmoment der Hilfsantriebseinheit 10, dargestellt durch Kurve 112, steigt wesentlich langsamer und erreicht erst im Zeitpunkt t3 seinen Höchstwert. Diese Verzögerung im Anstieg des Antriebsdrehmoments M der Hilfsantriebseinheit 10 wird kompensiert durch ein Drehmoment M asch, das von der elektrischen Maschine 26 abgegeben wird. Dieses Drehmoment ist durch die gestrichelte Kurve 114 dargestellt. Das Drehmoment
Figure imgf000014_0001
der elektrischen Maschine 26 steigt im Zeitraum von ti bis t2 an und kompensiert so den langsameren Anstieg der Kurve 112, Die Summe der Antriebsmomente von Hilfsantriebseinheit 10 und elektrischer Maschine 26 steigt dann -positiv- mit der gleichen Steigung an wie das Lastmoment von Kurve 110. Die Summe ist durch die positive Kurve 116 dargestellt. Das Lastmoment Mκ0mP gemäß Kurve 110 bleibt dann konstant. Solange das Moment M der Hilfsantriebseinheit noch nicht im Zeitpunkt t3 ihren Gleichgewichtswert erreicht hat, liefert die elektrische Maschine 26 noch ein Antriebsmoment. Dieses Antriebsmoment sinkt aber bis zum Zeitpunkt t3 ab mit der negativen Steigung der Kurve 112. Wie dargestellt, schwingt das Antriebsmoment der Hilfsantriebseinheit etwas über. Dementsprechend sinkt die Kurve 114 etwas unter die Nullinie ab. Man sieht, daß der Verlauf 86 des resultierenden Antriebsdrehmoments spiegelbildlich zu dem Verlauf 110 des Lastmomentes ist. Die Drehzahl nweiie 68 der Welle 38 bleibt konstant.This is shown in an M-1 diagram in FIG. 3: At time ti, the compressor 28 is suddenly switched on. The load torque, represented by curve 110, rises steeply between t \ and t. The drive torque of the auxiliary drive unit 10, represented by curve 112, increases significantly more slowly and only reaches its maximum value at time t 3 . This delay in the increase in the drive torque M of the auxiliary drive unit 10 is compensated for by a torque M as c h that is output by the electrical machine 26. This torque is shown by the dashed curve 114. The torque
Figure imgf000014_0001
of the electrical machine 26 rises in the period from ti to t 2 and thus compensates for the slower rise of the curve 112, the sum of the drive torques of the auxiliary drive unit 10 and the electrical machine 26 then rises -positively- with the same slope as the load torque of curve 110 The sum is represented by the positive curve 116. The load torque Mκ 0mP according to curve 110 then remains constant. As long as the moment M of the auxiliary drive unit has not reached its equilibrium value at the time t 3 , the electric machine 26 still delivers a drive torque. However, this drive torque decreases until the time t 3 with the negative slope of curve 112. As shown, the drive torque of the auxiliary drive unit overshoots somewhat. Accordingly, curve 114 drops somewhat below the zero line. It can be seen that the curve 86 of the resulting drive torque is a mirror image of the curve 110 of the load torque. The speed nw e iie 68 of the shaft 38 remains constant.
Ein Unterschreiten der Nullinie durch das Drehmoment der elektrischen Maschine 26 bedeutet, daß die elektrische Maschine 26 jetzt als Generator arbeitet. Dieser Generator bremst die Welle 38, stellt also auch ein Lastmoment dar, und liefert Strom IMasch 90 an die Batterie 34.Falling below the zero line by the torque of the electrical machine 26 means that the electrical machine 26 now works as a generator. This generator brakes the shaft 38, thus also represents a load torque, and supplies current I Masch 90 to the battery 34.
Fig.3 zeigt auch den Fall, daß im Regelspiel der Temperaturregelung der Kompressor 28 abgeschaltet wird. Jetzt erfolgt in Kurve 110 ein relativ steiler Lastabfall zwischen den Zeitpunkten und t5. Der Abfall des Antriebsdrehmomentes der Hilfsantriebseinheit 10 gemäß Kurve 112 erfolgt mit Verzögerung. Jetzt arbeitet die elektrische Maschine 26 als Generator und erzeugt in Kurve 114 ein Lastmoment. Das ist negativ in Fig.3. Dieses Lastmoment steigt zwischen den Zeitpunkten t und t5 an. Kurve 114 fällt ab. Im Zeitpunkt t5 wird das Lastmoment (Kurve 110) wieder konstant. Das Lastmoment der als Generator arbeitenden elektrischen Maschine 26 fällt wieder ab und wird zum schwachen Antriebsmoment, wenn das Antriebsmoment der Hilfsantriebseinheit 10 jenseits des Zeitpunktes ts absinkt aber dabei immer noch größer ist als das Lastmoment des Kompressors 28. Schließlich geht das Antriebsmoment der Hilfsantriebseinheit 10 gemäß Kurve 112 auch zu einem konstanten Wert über, wobei auch das Moment der elektrischen Maschine konstant wird. Auch hier ist sichergestellt, daß die Summe der Antriebsmomente spiegelbildlich dem Verlauf des durch die Zu- und Abschaltung des Kompressors hervorgerufenen Lastmoment folgt.3 also shows the case in which the compressor 28 is switched off in the control cycle of the temperature control. Now, in curve 110, there is a relatively steep load drop between the Times and t 5 . The drop in the drive torque of the auxiliary drive unit 10 according to curve 112 takes place with a delay. The electrical machine 26 now works as a generator and generates a load torque in curve 114. This is negative in Fig.3. This load moment increases between times t and t 5 . Curve 114 drops. At time t 5 , the load torque (curve 110) becomes constant again. The load torque of the electrical machine 26 operating as a generator drops again and becomes a weak drive torque if the drive torque of the auxiliary drive unit 10 drops beyond the time ts but is still greater than the load torque of the compressor 28. Finally, the drive torque of the auxiliary drive unit 10 goes according to Curve 112 also over a constant value, wherein the torque of the electrical machine also becomes constant. Here, too, it is ensured that the sum of the drive torques mirrors the course of the load torque caused by the connection and disconnection of the compressor.
Es erfolgt also eine Temperaturregelung der Temperatur T 50 in der Fahrerkabine durch Ein- und Ausschalten des Kompressors 28. Die dabei infolge der Trägheit der Hilfsantriebseinheit 10 auftretenden Drehzahlschwankungen der Welle 38 werden über eine Drehzahlregelung herausgeregelt, deren Stellglied die elektrische Maschine 26 ist, welche entweder als Motor ein Antriebsdrehmoment oder als Generator ein zusätzliches Lastmoment erzeugt. Dadurch wird es möglich, für den Antrieb des Kühlaggregats 30 eine vom Fahrantriebsmotor unabhängige, schadstoffarme Hilfsantriebseinheit mit äußerer Verbrennung zu verwenden.Temperature control of the temperature T 50 in the driver's cabin is thus carried out by switching the compressor 28 on and off. The speed fluctuations of the shaft 38 which occur as a result of the inertia of the auxiliary drive unit 10 are regulated by means of a speed control, the actuator of which is the electrical machine 26, which is either generates a drive torque as a motor or an additional load torque as a generator. This makes it possible to use an auxiliary drive unit with external combustion that is low in pollutants and independent of the traction drive motor for driving the cooling unit 30.
Wenn keine Lastsprünge zu kompensieren sind, arbeitet der Laderegler 72 in dem Regelkreis des CHP-Steuergeräts 66 , elektrische Maschine 26 mit Elektronik 32 , Batterie 34 und Laderegler 72 so, daß die Batteriespannung Ußatt auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Das hierzu erforderliche Antriebsmoment MMasch 80 wird von der Hilfsantriebseinheit aufgebracht.If no jumps in load are to be compensated, the charge controller 72 works in the control circuit of the CHP control device 66, electrical machine 26 with electronics 32, battery 34 and charge controller 72 so that the battery voltage Uß a tt is kept at a predetermined value. The drive torque M Mas c h 80 required for this is applied by the auxiliary drive unit.
In Fig.3 ist als elektrischer Energiespeicher eine „Batterie" dargestellt. In manchen Fällen wird eine konventionelle, mit chemischen Umsetzungen an Elektroden arbeitende Batterie nicht ausreichen, hinreichend schnell die elektrische Energie für das erforderliche Drehmoment an dem als Motor arbeitenden Generator zur Verfugung zu stellen. Vorteilhafterweise enthält daher der elektrische Energiespeicher 34 einen Doppelschichtkondensator („Ultra Cap") der vorstehend geschilderten Art. Ein solcher Doppelschichtkondensator vermag wegen seines geringen Innenwiderstandes sehr schnell hohe Ströme zu liefern. Der Doppelschichtgenerator kann daher nicht nur hinreichend hohe Energie speichern sondern im Bedarfsfall auch in entsprechend kurzer Zeit hohe elektrische Leistungen liefern, um das erhöhte Drehmoment z.B. beim Anschalten des Kompressors 28 für die erforderliche Übergangszeit aufzubringen. In Fig.4 ist eine konventionelle Batterie, z.B. ein Bleiakkumulator, 120 dargestellt, zu welcher ein Doppelschichtkondensator 122 parallel geschaltet ist. Diese Kombination übernimmt die Funktion von Block 34 in Fig.3. A “battery” is shown as an electrical energy store in FIG. 3. In some cases, a conventional battery that works on electrodes with chemical reactions will not suffice, and the electrical energy for the required torque is available to the generator working as a motor quickly enough put. The electrical energy store 34 therefore advantageously contains a double-layer capacitor (“ultra cap”) of the type described above. Because of its low internal resistance, such a double-layer capacitor can deliver high currents very quickly. The double-layer generator can therefore not only store sufficiently high energy, but also if necessary deliver high electrical power for a correspondingly short period of time in order to apply the increased torque for the required transition time, for example when the compressor 28 is switched in. A conventional battery, for example a lead accumulator 120, to which a double-layer capacitor 122 is connected in parallel is shown in FIG Combination takes over the function of block 34 in FIG. 3.

Claims

Patentansprüche claims
1. Antriebsanordnung bei einem Kraftfahrzeug (36) für wenigstens ein Hilfsaggregat (37), bei welchem das Hilfsaggregat (37) oder die Hilfsaggregate mit einer vom Fahrantriebsmotor des Kraftfahrzeugs (36) unabhängigen Hilfsantriebseinheit (10) von gegenüber dem Fahrantriebsmotor geringerer Leistung gekuppelt ist, und mit der Hilfsantriebseinheit (10) weiterhin eine elektrische Maschine gekoppelt ist, über die als Generator ein elektrischer Energiespeicher aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehzahlregelung vorgesehen ist, durch welche bei Lastschwankungen, die durch Einschalten des Kompressors oder Pumpe (27, 28) auftreten, zur Konstanthaltung der Drehzahl (nweiie) der Hilfsantriebseinheit (10) die Leistung der Hilfsantriebseinheit veränderbar und zusätzlich ein Zusatzmoment durch die elektrische Maschine (26) und den elektrischer Energiespeicher (34) erzeugbar ist.1. Drive arrangement in a motor vehicle (36) for at least one auxiliary unit (37), in which the auxiliary unit (37) or the auxiliary units is coupled to an auxiliary drive unit (10) which is independent of the drive motor of the motor vehicle (36) and has a lower power than the drive motor, and with the auxiliary drive unit (10) an electrical machine is furthermore coupled, via which an electrical energy store can be charged as a generator, characterized in that a speed control is provided, by means of which load fluctuations caused by switching on the compressor or pump (27, 28) occur, to keep the speed (nw e iie) of the auxiliary drive unit (10) constant, the power of the auxiliary drive unit can be changed and an additional torque can be generated by the electrical machine (26) and the electrical energy store (34).
2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die2. Drive arrangement according to claim 1, characterized in that the
Hilfsantriebseinheit (10) eine thermisch geregelte Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung aufweist.Auxiliary drive unit (10) has a thermally controlled engine with external combustion.
3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die3. Drive arrangement according to claim 1, characterized in that the
Hilfsantriebseiheit (10) eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung aufweist, bei welcher die Drehzahlregelung quantitativer oder qualitativer Art ist.Auxiliary drive unit (10) has an internal combustion engine in which the speed control is quantitative or qualitative.
4. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Energiespeicher eine mit chemischen Umsetzungen an Elektroden arbeitende Batterie (34) umfaßt.4. Drive arrangement according to claim 1, characterized in that the electrical energy store comprises a battery (34) working with chemical reactions on electrodes.
5. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Energiespeicher eine Kondensatoranordnung hoher Kapazität umfaßt. 5. Drive arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical energy store comprises a capacitor arrangement of high capacity.
6. Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die6. Drive arrangement according to claim 5, characterized in that the
Kondensatoranordnung einen „Ultra Cap"-Kondensator enthält.Capacitor arrangement contains an "Ultra Cap" capacitor.
7. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein „Ultra Caρ"-Kondensator zu der mit chemischen Umsetzungen an Elektroden arbeitenden Batterie parallelgeschaltet ist.7. Drive arrangement according to claim 6, characterized in that at least one "Ultra Caρ" capacitor is connected in parallel to the battery working with chemical reactions on electrodes.
8. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsaggregat ein Kühlaggregat (30) mit einem Kompressor (28) in einem Temperaturregelkreis ist und der Temperaturregelkreis einen Zweipunktregler (48) aufweist, durch welchen der Kompressor (28) ein- und ausschaltbar ist.8. Drive arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the auxiliary unit is a cooling unit (30) with a compressor (28) in a temperature control loop and the temperature control loop has a two-point controller (48) through which the compressor (28) - and can be switched off.
9. Antriebsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die9. Drive arrangement according to claim 8, characterized in that the
Hilfsantriebseinheit (10) einen geschlossenen Kreis mit einem Tank (20) von Arbeitsmedium, eine Speisepumpe (14) und einen durch einen Brenner beheizten Dampferzeuger (16), eine vom Dampf des Dampferzeugers (16) beaufschlagte Expansionslαaftmasc ne (18) und einen Kondensator (20) mit dem Tank (12) verbundenen aufweist, wobei die Speisepumpe (14) Arbeitsmedium aus dem Tank (12) in den Dampferzeuger (16) fördert.Auxiliary drive unit (10) a closed circuit with a tank (20) of working medium, a feed pump (14) and a steam generator (16) heated by a burner, an expansion valve (18) acted upon by the steam of the steam generator (16) and a condenser ( 20) connected to the tank (12), the feed pump (14) conveying working medium from the tank (12) into the steam generator (16).
10. Antriebsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein CHP-10. Drive arrangement according to claim 9, characterized in that a CHP-
Steuergerät (66) vorgesehen ist, auf welche als Eingangsgrößen die Drehzahl (nweiie 68) einer Welle (38) der Hilfsantriebseinheit (10), der Temperaturdifferenzwert (ΔT 52) und eine kommandierte Leistung (Psou 70) von einem an der Batterie liegenden Laderegler (72) aufgeschaltet sind, und die als Ausgangsgrößen zur Steuerung der Hilfsantriebseinheit (10) einen kommandierten Stellwinkel (φ 74) des Ventils, eine kommandierte Brennerleistung (Pßreimer 76) und eine kommandierte Drehzahl (68) der Speisepumpe (14) auf die Hilfsantriebseinheit (10) und ein kommandiertes Drehmoment (M asch soll 72) auf eine Leistungselektronik (32) der elektrischen Maschine (26) aufschaltet. Control unit (66) is provided, to which the speed (nweiie 68) of a shaft (38) of the auxiliary drive unit (10), the temperature difference value (ΔT 52) and a commanded power (P so u 70) of one of the batteries are input Charge controller (72) are connected, and the output variables for controlling the auxiliary drive unit (10) are a commanded setting angle (φ 74) of the valve, a commanded burner output (Pßreimer 76) and a commanded speed (68) of the feed pump (14) on the auxiliary drive unit (10) and a commanded torque (M as ch should 72) on power electronics (32) of the electrical machine (26).
PCT/EP2004/005891 2003-06-06 2004-06-01 Driving arrangement for auxiliary units WO2004108463A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10326193A DE10326193B3 (en) 2003-06-06 2003-06-06 Drive unit for pneumatic or hydraulic auxiliary or refrigeration device in automobile using steam driven thermodynamic expansion machine independent of automobile engine
DE10326193.1 2003-06-06
DE102004002386A DE102004002386A1 (en) 2003-06-06 2004-01-15 Drive arrangement for auxiliary units
DE102004002386.7 2004-01-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004108463A1 true WO2004108463A1 (en) 2004-12-16

Family

ID=33512392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/005891 WO2004108463A1 (en) 2003-06-06 2004-06-01 Driving arrangement for auxiliary units

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102004002386A1 (en)
WO (1) WO2004108463A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2437309A (en) * 2006-04-22 2007-10-24 Ford Global Tech Llc Vehicle engine cooling using a Stirling Engine
EP1939036A1 (en) * 2005-10-21 2008-07-02 Daikin Industries, Ltd. Refrigeration device for trailer
EP2128545A1 (en) * 2007-01-26 2009-12-02 Daikin Industries, Ltd. Refrigeration device for refrigeration vehicle
WO2013095889A3 (en) * 2011-12-20 2015-05-07 Carrier Corporation Transport refrigeration system with engine shaft horsepower augmentation

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1751686A1 (en) * 1967-07-26 1971-08-05 Jean Roche Motor vehicle, in particular for transport purposes
DE4204261A1 (en) * 1992-02-13 1993-08-19 Bayerische Motoren Werke Ag Car with main and auxiliary engines - has auxiliary Stirling engine to drive generator and stirling refrigeration machine for air conditioning

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1751686A1 (en) * 1967-07-26 1971-08-05 Jean Roche Motor vehicle, in particular for transport purposes
DE4204261A1 (en) * 1992-02-13 1993-08-19 Bayerische Motoren Werke Ag Car with main and auxiliary engines - has auxiliary Stirling engine to drive generator and stirling refrigeration machine for air conditioning

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1939036A1 (en) * 2005-10-21 2008-07-02 Daikin Industries, Ltd. Refrigeration device for trailer
EP1939036A4 (en) * 2005-10-21 2009-06-24 Daikin Ind Ltd Refrigeration device for trailer
GB2437309A (en) * 2006-04-22 2007-10-24 Ford Global Tech Llc Vehicle engine cooling using a Stirling Engine
GB2437309B (en) * 2006-04-22 2011-09-14 Ford Global Tech Llc A cooling system for an engine
EP2128545A1 (en) * 2007-01-26 2009-12-02 Daikin Industries, Ltd. Refrigeration device for refrigeration vehicle
EP2128545A4 (en) * 2007-01-26 2011-05-18 Daikin Ind Ltd Refrigeration device for refrigeration vehicle
WO2013095889A3 (en) * 2011-12-20 2015-05-07 Carrier Corporation Transport refrigeration system with engine shaft horsepower augmentation
US9758013B2 (en) 2011-12-20 2017-09-12 Carrier Corporation Transport refrigeration system with engine shaft horsepower augmentation

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004002386A1 (en) 2005-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1458586B1 (en) Device and method for adjusting the speed of a vehicle
DE10047969B4 (en) Electric motor control device combined with an internal combustion engine
EP3351472B1 (en) Device for providing electrical energy for an electrical consumer and/or for charging a battery in a boat
DE102006001201B4 (en) Method for controlling a battery charging operation
EP1755912B1 (en) Method for operating a hybrid motor vehicle
EP1536967B2 (en) Motor vehicle comprising a hybrid drive and method for controlling the idle speed of a hybrid drive of a motor vehicle
DE10236010A1 (en) Control device and method for a vehicle which is equipped with an internal combustion engine
DE102016217743A1 (en) Hybrid system for an internal combustion engine
DE60301978T2 (en) System and method for controlling the power supply of a hybrid vehicle
EP1966018B1 (en) Motor vehicle comprising a hybrid drive, and method for the operation of a hybrid drive
DE102006044773A1 (en) Accelerator pedal insertion point for hybrid vehicles
DE10301531A1 (en) Control for electrical installation and transmission of motor vehicle has circuit management operating dependent on power feed and battery voltage
EP0936354A2 (en) Electronic control device
WO2004108463A1 (en) Driving arrangement for auxiliary units
DE102011108490A1 (en) Hybrid powertrain with electronic throttle and method for controlling throttle position
DE10326193B3 (en) Drive unit for pneumatic or hydraulic auxiliary or refrigeration device in automobile using steam driven thermodynamic expansion machine independent of automobile engine
WO2000029246A2 (en) Drive unit for a motor vehicle
EP3827165B1 (en) Method for operating an idling control device, idling control device, and motor vehicle
EP1474598B1 (en) Device for controlling the torque of the drive unit of a vehicle
EP1531074B1 (en) Hybrid vehicle with cruise control system
DE102008012547A1 (en) Apparatus and method for air precontrol in speed-controlled internal combustion engines
DE60133613T2 (en) Starting method and apparatus in a hybrid vehicle
DE102006014401A1 (en) Method for controlling power take-up from engine by generators during e.g. braking comprises measuring instantaneous operating parameters, deriving desired take-up and comparing actual instantaneous values with this to control take up
DE102019210586A1 (en) Method for torque-neutral switching between an internal combustion engine and an electrical machine
DE10302047A1 (en) Operating internal combustion engine, involves starter interacting at least indirectly with crankshaft in no-load operation, whereby revolution rate of crankshaft can be influenced by starter

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: FESTSTELLUNG EINES RECHTSVERLUSTS NACH REGEL 69(1) EPUE (EPA FORM 1205A VOM 14.02.2006)

122 Ep: pct application non-entry in european phase