DE4200918C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um den Strom- bzw. Spannungsbedarf von elektrischen Verbrauchern in einem Kraftfahrzeug zu decken, wird dem Drehstromgenerator ein zeitlich getakteter Erregerstrom zugeführt. Hierbei wird beispielsweise bei einer ersten, niedrigen Generatordrehzahl der Erregerstrom in festgelegten zeitlichen Abständen von einem Regler so ein- bzw. ausgeschaltet, daß sich ein bestimmter, erster mittlerer Erregerstrom bei einer konstanten Bordspannung einstellt. Damit bei einer zweiten, höheren Generatordrehzahl die für das Bordnetz des Kraftfahrzeuges zulässige Bordspannung auf ihren Sollwert geregelt wird, verändert der Regler das Taktsignal dahingehend, daß die ausgeschalteten Zeitanteile zunehmen und sich ein zweiter, mittlerer Erregerstrom einstellt, welcher niedriger ist als der erste. Infolgedessen bleibt die von dem Erregerstrom und der Drehzahl abhängige, in dem Generator induzierte Bordspannung konstant.

Weiterhin ist es bekannt, zwischen einem Abtrieb einer Brennkraftmaschine und einem Antrieb von Nebenaggregaten ein Getriebe anzuordnen, welches parameterabhängig eine Anpassung der Antriebsdrehzahl der Nebenaggregate an die Abtriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine vornimmt. Beispielsweise ist in der DE-PS 31 24 102 eine verbraucherstromabhängige Umschaltung zwischen einer höheren und einer niedrigeren Antriebsdrehzahl einer Lichtmaschine offenbart. Das der Lichtmaschine vorgeschaltete Getriebe weist eine von einer Steuereinrichtung betätigte Kupplung auf, welche die Drehzahlumschaltung derart vornimmt, daß die höhere Antriebsdrehzahl nur dann erhalten bleibt, wenn eine niedrige Brennkraftmaschinendrehzahl und gleichzeitig ein hoher Strombedarf an der Lichtmaschine anliegt. Der Strombedarf wird einem Regler für den Erregerstrom zugeführt, der seinerseits der Steuereinrichtung zugeführt wird.

Bei der Antriebsvorrichtung gemäß DE-OS 28 01 812 ist koaxial auf einem Kurbelwellenstumpf ein Planetengetriebe angeordnet, dessen Sonnenrad mit einer elektromagnetisch festbremsbaren Kupplungsscheibe versehen ist und dessen Hohlrad Nebenaggregate antreibt. Bei freiem Sonnenrad werden alle Nebenaggregate mit einer niedrigen Drehzahl angetrieben, bei festem Sonnenrad erhöht sich die Abtriebsdrehzahl des Hohlrades, so daß alle Nebenaggregate mit einer gemeinsamen, höheren Drehzahl angetrieben werden. Das Umschalten der Kupplungsscheibe erfolgt in Abhängigkeit mehrerer Parameter, z. B. des Batterieladestromes oder der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine.

Aus dem genannten Stand der Technik ist es bekannt, die Drehzahl des Nebenaggregatantriebes parameterabhängig zwischen einer niedrigen und einer höheren Drehzahl umzuschalten. Eine stufenlose Anpassung oder ein Abschalten von einem oder mehreren Nebenaggregaten ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Nebenaggregateantriebes einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welches einen bedarfsgeregelten Antrieb einzelner Nebenaggregate ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens ist im Anspruch 6 benannt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung zeigen die Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise über den Eingriff in den dem Drehstromgenerator (Lichtmaschine) zugeführten Erregerstrom in Kombination mit einem zwischen der Brennkraftmaschine und den Nebenaggregaten angeordneten Ausgleichsgetriebe einen bedarfsgeregelten Antrieb einzelner Nebenaggregate, wie z. B. einer Wasserpumpe.
Die bei einer konstanten Drehzahl von der Brennkraftmaschine an das Ausgleichsgetriebe abgegebene Leistung kann als konstant angenommen werden und wird in Abhängigkeit des Getriebeaufbaues in einem zunächst konstanten Momentenverhältnis auf diese Aggregate aufgeteilt. Das notwendige Antriebsmoment der Wasserpumpe kann als konstant angenommen werden, während das der Lichtmaschine von der Erregerstromstärke abhängt.

Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird dem Regler z. B. ein kühlwassertemperaturabhängiges Signal zugeführt, welches das Takten des Lichtmaschinenerregerstromes verändert. Bei kalter Brennkraftmaschine ist nur ein geringer oder gar kein Kühlwasserdurchsatz erwünscht. Die in der Lichtmaschine induzierte Bordspannung hängt direkt von dem Erregerstrom und der Antriebsdrehzahl der Lichtmaschine ab. Bei sinkendem Erregerstrom und dadurch um einen bestimmten Betrag verringerten Antriebsmoment der Lichtmaschine wird durch das Ausgleichsgetriebe die Antriebsdrehzahl erhöht und dadurch die Bordspannung konstant gehalten.
Aufgrund der ausgleichenden Wirkung des Planetengetriebes verringert sich die Antriebsdrehzahl der Wasserpumpe.

Vorteilhafterweise kann durch Anwenden dieses Verfahrens bei niedriger Brennkraftmaschinendrehzahl ein hohes Übersetzungsverhältnis bezüglich der Lichtmaschine erreicht werden, so daß der elektrische Bedarf z. B. auch bei Leerlaufdrehzahl gedeckt ist. Andererseits ist ein Absenken des Übersetzungsverhältnisses bei hohen Brennkraftmaschinendrehzahlen möglich. Hierdurch sinkt die Leistungsaufnahme und die von dem Lüfterrad der Lichtmaschine verursachte Geräuschemission. Die Lichtmaschine kann somit in einem günstigen Wirkungsgradbereich ihres Kennfeldes betrieben werden.

Weitere Vorteile werden bezüglich des zweiten Nebenaggregats, z. B. einer Wasserpumpe, erzielt. Bei bekannter Auslegung einer herkömmlich angetriebenen Wasserpumpe wird die Leistungsaufnahme auf den Kühlwasserdurchsatz der Brennkraftmaschine bei Vollast und maximaler Drehzahl bezogen. Bei Teillast bzw. niedrigen Drehzahlen sinkt der Kühlungsbedarf der Brennkraftmaschine auf bis zu ein Drittel der maximalen Kühlleistung. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen bedarfsgeregelten Antrieb der Wasserpumpe, in dem bei niedriger Kühlwassertemperatur das Ausgleichsgetriebe die Antriebsdrehzahl der Wasserpumpe senkt und bei erwärmter Brennkraftmaschine dem gestiegenen Kühlbedarf entsprechend erhöht.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zufuhr des last- bzw. kühlwassertemperaturabhängigen Signales nur bei Unterschreiten eines festgelegten Grenzwertes für die Kühlwassertemperatur. Liegt die aktuelle Kühlwassertemperatur unterhalb des Grenzwertes, wird das Takten des Erregerstromes dahingehend verändert, daß dieser Erregerstrom sinkt. Infolgedessen sinkt das Antriebsmoment der Lichtmaschine und ihre Drehzahl steigt, die Drehzahl der Wasserpumpe sinkt.

In weiterer Ausgestaltung kann zwischen dem Abtrieb des Planetengetriebes und der Wasserpumpe eine Feststellvorrichtung angeordnet sein, die bei einem Kaltstart die Wasserpumpe stillegt. Hierdurch erhöht sich die Drehzahl der Lichtmaschine. Bei regelbarer Auslegung dieser Feststellvorrichtung kann die Kühlleistung zusätzlich zwischen einem Drittel und Null der maximalen Kühlleistung geregelt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Nebenaggregateantrieb an einer Brennkraft­ maschine mit Nebenaggregaten und

Fig. 2 eine Draufsicht des Antriebes gemäß Fig. 1.

Endseitig einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine ist ein von einer Kurbelwelle 1 angetriebener Nebenaggregateantrieb angeordnet. Die Kurbelwelle 1 ist mit einem Planetenträger 2 eines als Planetengetriebe 3 ausgebildeten Ausgleichsgetriebes verbunden. Ein als Hohlrad 4 ausgebildeter erster Abtrieb 5 treibt mittels eines Umschlingungstriebes 6 einen als Lichtmaschine wirkenden Drehstromgenerator 1 an.

Ein als Sonnenrad 8 wirkender zweiter Abtrieb 9 ist mittels eines weiteren Umschlingungsgetriebes 10 mit einer Wasserpumpe 11 verbunden. Ein Riemen 12 des Getriebes 10 umschlingt eine Scheibe 13 der Wasserpumpe 11, wobei zwischen dieser Scheibe 13 und einer Welle 14 der Wasserpumpe 11 eine als Feststellvorrichtung wirkende, elektromagnetische Kupplung 15 angeordnet ist.

Ein Steuergerät 20 verarbeitet die Drehzahl NL des Generators 7, die Drehzahl n der Brennkraftmaschine, ein lastabhängiges Signal SL und ein kühlwassertemperaturabhängiges Signal ST. In dem Steuergerät 20 ist ein unterer Grenzwert GT für das Signal ST abgespeichert. Die Kupplung 15 wird bedarfsabhängig über eine Leitung 21 von dem Steuergerät 20 ein- bzw. ausgeschaltet. Einem Regler 22 für einen dem Generator 7 zugeführten Erregerstrom IE wird in Abhängigkeit der Drehzahl NL ein Taktsignal TN und in Abhängigkeit der Signale SL und ST ein Taktsignal TS zugeführt.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem Signal ST oberhalb des Grenzwertes GT erfolgt das Takten des Erregerstromes IE in bekannter Weise in Abhängigkeit der Generatordrehzahl NL über das Signal TN.

Die gesamte, von der Brennkraftmaschine in das Ausgleichsgetriebe übertragene Leistung PG wird entsprechend der Zähnezahlen des Planetengetriebes 3 in ein dem Generator 7 zugeführtes Antriebsmoment ML mit der Drehzahl NL und ein der Wasserpumpe 11 zugeführtes Antriebsmoment MW mit einer Drehzahl NW aufgeteilt.

Das Umschlingungsgetriebe 6 hat ein Übersetzungsverhältnis von Eins zu Zwei Komma fünf (1: 2,5), das des Getriebes 10 beträgt Eins zu Eins (1:1). Das Momentenverhältnis ML/MW hängt von den Kennfeldern der Nebenaggregate ab, in denen die Leistung über der Antriebsdrehzahl aufgetragen ist, und kann beispielsweise mit einem Wert von vier angenommen werden.

Wird z. B. bei einem Kaltstart der Grenzwert GT unterschritten, überlagert das Taktsignal TS das Taktsignal TN und der Erregerstrom IE regelt bedarfsabhängig unmittelbar das Antriebsmoment ML und mittelbar über das Planetengetriebe 3 die Drehzahl NW der Wasserpumpe 11.

Eine Änderung der Lichtmaschinendrehzahl LM um z. B. 1000 1/min hat aufgrund des Übersetzungsverhältnisses des Umschlingungsbetriebes 6 von 1:2,5 eine Änderung der Drehzahl des Hohlrades 4 von 400 1/min zur Folge. Entsprechend dem Momentverhältnis ML/MW von vier ändert sich demnach die Wasserpumpendrehzahl NW um 1600 1/min.

Zur Erzielung einer besonders schnellen Brennkraftmaschinenerwärmung kann bei Unterschreiten des Grenzwertes GT um einen bestimmten Betrag die Wasserpumpe 11 mittels der Kupplung 15 festgebremst werden. Die Drehzahl NL erhöht sich und zum Konstanthalten der Bordspannung UB wird der Erregerstrom IE weiter abgesenkt. Bei einer regelbar ausgelegten Kupplung 15 kann die Kühlleistung zusätzlich im Bereich von Null bis ca. 0,3 der Vollastkühlleistung geregelt werden.

Das Lastsignal SL, welches z. B. direkt von der Drosselklappenstellung an der Brennkraftmaschine abhängt, hat nur Einfluß auf den Regler 22, solange ST unterhalb des Grenzwertes DT liegt.

In Abwandlung der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kurbelwelle 1 z. B. mit dem Sonnenrad 8 und die Wasserpumpe 11 mit dem Planetenträger 2 verbunden sein. Ebenso kann ein zweites Übersetzungsgetriebe zwischen der Kurbelwelle 1 und dem Ausgleichsgetriebe angeordnet sein. Desweiteren können zusätzliche Nebenaggregate, wie z. B. eine beim Kaltstart erforderliche Secundärluftpumpe in dem Nebenaggregatantrieb verbaut sein.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben eines an einer Brennkraftmaschine angeordneten Nebenaggregateantriebes in einem Kraftfahrzeug, mit einem zwischen der Brennkraftmaschine und Nebenaggregaten angeordneten Ausgleichsgetriebe, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Regler (22) einen einem Nebenaggregat (Drehstromgenerator 7) zugeführten Erregerstrom (IE) in Abhängigkeit der Generatordrehzahl (NL) zeitlich getaktet derart ein- und ausschaltet, daß eine in dem Drehstromgenerator (7) induzierte Bordspannung (UB) nahezu konstant bleibt, und daß dem Regler (22) zusätzlich ein last- und/oder kühlwassertemperatur­ abhängiges Signal (SL, ST) der Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei durch das Takten des Reglers (22) ein dem Drehstromgenerator (7) zugeführtes Antriebsmoment (ML) verändernd beeinflußt wird,
wodurch zur Aufrechterhaltung der Bordspannung (UB) die Generatordrehzahl (NL) und infolge dessen die Antriebsdrehzahl (NW) mindestens eines weiteren Nebenaggregates (Wasserpumpe 11) durch das Ausgleichsgetriebe (Planetengetriebe 3) verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lastabhängige Signal (SL) und/oder das kühlwassertemperaturabhängige Signal (ST) dem Regler (22) nur bei dem Unterschreiten eines unteren Grenzwertes (GT) des Signales (ST) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten des Grenzwertes (GT) der Regler (22) den Erregerstrom (IE) senkend taktet, so daß das Antriebsmoment (ML) geringer wird und zur Aufrechterhaltung der Bordspannung (UB) das Ausgleichsgetriebe (Planetengetriebe 3) die Antriebsdrehzahl (NL) des Drehstromgenerators (7) erhöht und infolge dessen die Antriebsdrehzahl (MW) der Wasserpumpe (11) gesenkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergerät 20 zumindest die Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine, die Drehzahl (NL) des Drehstromgenerators (7), das Lastsignal (SL) und das Temperatursignal (ST) aufnimmt und an den Regler (22) ein Taktsignal (TN) in Abhängigkeit der Drehzahl (NL) und ein Taktsignal (TS) in Abhängigkeit der Signale (SL und ST) abgegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten des Grenzwertes (GT) um einen bestimmten Betrag eine zwischen dem Planetengetriebe (3) und der Wasserpumpe (11) angeordnete Kupplung (15) von dem Steuergerät (20) über eine Leitung (21) angesteuert wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstromgenerator (7) mit einem Hohlrad (4) eines ersten Abtriebes (5), die Wasserpumpe (11) mit einem Sonnenrad (8) eines zweiten Abtriebes (9) und eine Kurbelwelle (1) mit einem Planetenträger (2) des Planetengetriebes (3) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hohlrad (4) und dem Drehstromgenerator (7) ein erstes Umschlingungsgetriebe (6) und zwischen dem Sonnenrad (8) und der Wasserpumpe (11) ein zweites Umschlingungsgetriebe (10) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Abtrieb (9) und der Wasserpumpe (11) eine mit dem Steuergerät (20) verbundene Feststellvorrichtung (Kupplung 15) angeordnet ist.