DE4200918C1 - - Google Patents
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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.
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.
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.
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.
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