DE4226665C2 - Einrichtung zum integralen Steuern einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, und eines mechanischen Schaltgetriebes während eines Schaltvorganges in einem Antriebsstrang für ein Schienenfahrzeug - Google Patents
Einrichtung zum integralen Steuern einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, und eines mechanischen Schaltgetriebes während eines Schaltvorganges in einem Antriebsstrang für ein SchienenfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum integralen
Steuern einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines
Dieselmotors, und eines mechanischen Schaltgetriebes
während eines Schaltvorganges in einem Antriebsstrang für
ein Schienenfahrzeug.
Ausgangspunkt der Erfindung ist die aus der DE 37 30 340 C2
bekannte Antriebsvorrichtung. Es handelt sich
dort um ein spezielles hydrodynamisches Wendegetriebe mit
einem hydrodynamischen Getriebeteil und mit einem
mechanischen Schaltgetriebe. Im hydrodynamischen
Getriebeteil sind für jede Fahrtrichtung zwei Wandler
vorgesehen (Anfahr- und Marsch-Wandler). Im mechanischen
Schaltgetriebe ist eine Eingangswelle mittels
unterschiedlicher Zahnrad-Übersetzungen derart an eine
Ausgangswelle koppelbar, daß zwei Gänge für verschiedene
Geschwindigkeitsbereiche und eine Neutralstellung
einschaltbar sind. Das während der Fahrt umschaltbare
mechanische Schaltgetriebe umfaßt außerdem eine
selbsttätige Gangschalteinrichtung mit einer
Stellungsmeldeeinrichtung und mit einer
Synchronisiereinrichtung. Schließlich ist ein
Synchron-Indikator vorgesehen, der bei erfolgter
Synchronisierung ein Synchron-Signal erzeugt. Die DE-PS
offenbart keine Einzelheiten über den vorgesehenen
Antriebsmotor. Es ist jedoch bekannt, daß ein derartiges
hydrodynamisches Getriebe vorzugsweise mit einer
Brennkraftmaschine (Dieselmotor oder Gasturbine) kombiniert
wird, an der eine Brennstoff-Dosiereinrichtung vorgesehen
ist, die mittels einer Stelleinrichtung (z. B. Fahrschalter,
Gashebel oder Drehmomentregler) verstellbar ist.
Ein Merkmal dieser bekannten Antriebsvorrichtung besteht
darin, daß das Synchronisieren des mechanischen
Schaltgetriebes bei jedem Umschaltvorgang mit Hilfe eines
Wandlers der jeweiligen Gegen-Fahrtrichtung durchgeführt
wird. Deshalb ist diese Synchronisiereinrichtung nicht
anwendbar, wenn der beschriebene hydrodynamische
Getriebeteil fehlt oder wenn ein anders gearteter
hydrodynamischer Getriebeteil vorgesehen werden soll. In
beiden Fällen ist üblicherweise für das Ändern der
Fahrtrichtung ein zusätzlicher mechanischer Getriebeteil
vorhanden. Ein solches Getriebe ist bekannt aus
DE 37 30 339 A1. Dort wird für das
Synchronisieren des mechanischen Schaltgetriebes ein
hydrodynamischer Retarder benötigt, der in bekannter Weise
mit einer Füllungs-Steuereinrichtung versehen sein muß. Der
relativ hohe Bauaufwand für einen derartigen Retarder ist
nur dann lohnend, wenn dieser Retarder zugleich auch als
Fahrzeug-Bremse eingesetzt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zum integralen Steuern einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Dieselmotors, und eines mechanischen
Schaltgetriebes während eines Schaltvorganges in einem
Antriebsstrang für ein Schienenfahrzeug gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterzuentwickeln, daß
das Synchronisieren ohne aktive Zuhilfenahme eines
hydrodynamischen Getriebeteiles, d. h. ohne daß der
Füllungsgrad eines hydrodynamischen Getriebeteiles variiert
werden muß, sicher und mit geringem Bauaufwand durchführbar
ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale
des Anspruches 1 gelöst. Diese Lösung setzt voraus, daß die
Brennkraftmaschine während des normalen Traktionsbetriebes
mit einer Füllungssteuerung betrieben wird. Mit anderen
Worten: Die vorgesehene übliche Stelleinrichtung (z. B.
Fahrschalter, Gashebel, Drehmomentregler od. dgl.) verstellt
unmittelbar die Brennstoff-Dosiereinrichtung BDE, so daß
hierdurch unmittelbar auf das von der Brennkraftmaschine
abgegebene Drehmoment Einfluß genommen wird. "Unmittelbar"
bedeutet: Es soll zwischen der üblichen Stelleinrichtung
und der BDE keine weitere Regeleinrichtung (z. B.
Drehzahlregler) vorhanden sein. Eines von mehreren
wesentlichen Erfindungsmerkmalen besteht nun darin, daß an
der Brennkraftmaschine zusätzlich ein Drehzahlregler
vorgesehen ist, der nur während eines Umschaltvorganges,
und zwar an Stelle der üblichen Stelleinrichtung aktiv
wird. Der Drehzahlregler hat in an sich bekannter Weise
einen Eingang für den Motordrehzahl-Istwert und einen
Sollwert-Eingang. Der letztere ist an einen
Sollwert-Bildner angeschlossen, der bei jedem Schaltvorgang
aus der Ausgangsdrehzahl des mechanischen Schaltgetriebes
die zum Synchronisieren erforderliche Soll-Motordrehzahl
ermittelt. Im einfachsten Fall muß dieser Sollwert-Bildner
die momentane Ausgangsdrehzahl multiplizieren mit einem
Faktor, der die im einzuschaltenden Gang zu erwartende
Gesamtübersetzung zwischen Motor und Getriebe-Ausgangswelle
repräsentiert.
Das Umschalten des Schaltgetriebes in einen anderen Gang
läuft nun im Prinzip (vereinfacht gesagt) derart ab, daß am
Motor die Brennstoff-Dosiereinrichtung vorübergehend nicht
durch die normale Stelleinrichtung, sondern durch den
Drehzahlregler gesteuert wird, letzteres allerdings nur
solange sich das Schaltgetriebe in seiner Neutralstellung
befindet. Der Drehzahlregler hat also allein die Aufgabe,
die Brennkraftmaschine kurzzeitig derart zu steuern, daß
die Gangschalteinrichtung für das Einlegen des
nachfolgenden Ganges synchronisiert wird. Sobald der
Getriebe-Schaltvorgang abgeschlossen ist, wird der
Drehzahlregler sofort wieder unwirksam gemacht und die
Brennstoff-Dosiereinrichtung wieder mit der normalen
Stelleinrichtung verbunden.
Dieses Umschaltprinzip ist zwar schon aus der DE 30 45 840 A1
bekannt, dort sind jedoch die besonderen Anforderungen an
den Antrieb eines Schienenfahrzeuges unberücksichtigt
geblieben. Insbesondere fehlen Maßnahmen, welche die bei
Schienenfahrzeugen notwendige relativ hohe Leistung
berücksichtigen.
Im Anspruch 1 sind die aufeinanderfolgenden Schritte eines
Umschaltvorganges im einzelnen definiert. Danach erfolgt
zunächst das Abkoppeln der Brennstoff-Dosiereinrichtung von
der normalen Stelleinrichtung, wodurch zugleich das
Motor-Drehmoment reduziert wird. Danach erfolgt das
Verstellen der Gangschalteinrichtung in die
Neutralstellung, und zwar wegen des reduzierten
Motor-Drehmoments mit relativ geringem Kraftaufwand.
Abweichend von der DE 30 45 840 A1 wird das Verbinden der
Brennstoff-Dosiereinrichtung mit dem Drehzahlregler erst
dann ausgelöst, wenn die Gangschalteinrichtung die
Neutralstellung erreicht hat, so daß nunmehr das
Synchronisieren erfolgt. Bei (ebenfalls abweichend von der
DE 30 45 840 A1) wenigstens angenähertem Synchron-Zustand
erscheint ein Synchron-Signal, welches das Abkoppeln der
Brennstoff-Dosiereinrichtung vom Drehzahlregler auslöst, so
daß das Motor-Drehmoment erneut relativ niedrig ist. Somit
erfolgt das nachfolgende Verstellen der
Gangschalteinrichtung in den nächsten Gang wiederum mit
relativ geringem Kraftaufwand. Dabei ist wichtig, daß
nochmals abweichend von der DE 30 45 840 A1 erst das Ende
dieses Schaltvorganges schließlich das Wieder-Verbinden der
Brennstoff-Dosiereinrichtung mit der normalen
Stelleinrichtung auslöst.
Gemäß einem wichtigen weiterführenden Gedanken der
Erfindung ist, wie bei Schienenfahrzeugen bekannt, -
zwischen der Brennkraftmaschine und dem Schaltgetriebe eine
hydrodynamische Kupplung vorgesehen, die während des
normalen Traktionsbetriebes üblicherweise mit nur sehr
kleinem Schlupf arbeitet und somit eine beinahe starre
Verbindung zwischen Motor und Getriebe bildet. Diese
Eigenschaft der hydrodynamischen Kupplung wird in bekannter
Weise durch einen bestimmten Füllungsgrad hergestellt, der
in der Regel 100% beträgt. Für die Erfindung ist
wesentlich, daß dieser Füllungsgrad auch während des
Getriebeumschaltvorganges unverändert bleibt. Somit ändert
sich der Schlupf während des Umschaltvorganges nur
geringfügig; dies erleichtert das möglichst korrekte Bilden
des Motordrehzahl-Sollwertes, der (wie oben erwähnt) dem
Motor-Drehzahlregler für das Synchronisieren zugeführt
werden muß. Ein wesentlicher Vorteil der hydrodynamischen
Kupplung besteht nun darin, daß sie - trotz ihres beinahe
starren Verhaltens - das Einlegen des nächsten Ganges
wesentlich erleichtert. Das Schaltgetriebe hat nämlich
vorzugsweise formschlüssige Kupplungen, so daß das
Umschalten von einem Gang auf einen anderen durch Aus- und
Einrücken von derartigen formschlüssigen Kupplungen
erfolgt. Obwohl nun das Synchronisieren mit Hilfe des
Motor-Drehzahlreglers mit relativ hoher Genauigkeit
erfolgt, findet dennoch das Einrucken des nächsten Ganges
in der Regel bei einer kleinen Drehzahl-Differenz statt.
Diese wird nun sehr wirkungsvoll durch die hydrodynamische
Kupplung überbrückt, so daß ein Klemmen der
Schalteinrichtung vermieden und ein eventuell auftretender
Drehmomentstoß gedämpft wird.
Ein weiterer für ein Schienenfahrzeug wichtiger
zusätzlicher Erfindungsgedanke besteht darin, das
Motor-Drehmoment in den kurzen Zeitabschnitten, in denen
die Gangschalteinrichtung bewegt werden muß, möglichst
genau auf den Wert Null einzustellen. Würde man nämlich die
Brennstoff-Dosiereinrichtung lediglich auf Motor-Leerlauf
einstellen, so würde während des Umschaltvorganges in der
Regel ein negatives Motor-Drehmoment in das Schaltgetriebe
eingeleitet werden. Um dies zu verhindern, ist - wiederum
abweichend von der DE 30 45 840 A1 - die
Brennstoff-Dosiereinrichtung in den fraglichen
Zeitabschnitten mit einer Signalquelle zu verbinden, die
eine Mindesteinspritzmenge signalisiert, so daß das
Motor-Drehmoment wenigstens angenähert auf dem Wert Null
gehalten wird. Diese Signalquelle ist also immer dann
wirksam, wenn die Brennstoff-Dosiereinrichtung weder
an die normale Stelleinrichtung noch an den
Drehzahlregler angeschlossen ist. Dies ist der Fall sowohl
beim Verstellen der Gangschalteinrichtung in die
Neutralstellung als auch beim Einlegen des nachfolgenden
Ganges.
Das Prinzip der Erfindung und die schon erläuterten
Ausgestaltungen sowie zusätzlich mögliche Ausgestaltungen
der Erfindung werden nachfolgend anhand der zeichnerisch
dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Antriebsvorrichtung,
worin zwischen Motor und Schaltgetriebe eine beliebige,
aber während des normalen Traktionsbetriebes zumindest
weitgehend starre Kupplung vorgesehen ist.
Die Fig. 2 zeigt schematisch eine Antriebsvorrichtung,
worin zwischen Motor und Schaltgetriebe ein
hydrodynamisches Wandler-Kupplungsgetriebe vorgesehen
ist.
In Fig. 1 erkennt man eine Brennkraftmaschine 10
(vorzugsweise Dieselmotor, nachfolgend kurz "Motor"
genannt) mit einer Brennstoff-Dosiereinrichtung 11 und
mit einer Drehzahl-Meßeinrichtung 12. Die
Motorausgangswelle 13 ist über eine (nur schematisch
angedeutete) Kupplung 14 an die Eingangswelle 15 eines
insgesamt mit 20 bezeichneten mechanischen
Schaltgetriebes gekoppelt. Im Hinblick auf das Anfahren
des Fahrzeuges aus dem Stillstand ist die Kupplung 14
schlupffähig. Während des normalen Fahrbetriebes bildet
sie jedoch eine mehr oder weniger starre Verbindung
zwischen dem Motor 10 und der Eingangswelle 15. Das
Schaltgetriebe 20 hat ein Zahnradpaar 16, 17 für einen
Langsam-Gang und ein weiteres Zahnradpaar 18, 19 für
einen Schnell-Gang. Das erste Zahnrad 16, 18 jedes
Zahnrad-Paares sitzt starr auf der Eingangswelle 15. Das
zweite Zahnrad 17, 19 jedes Zahnrad-Paares ist starr mit
einer Zahnkupplungshälfte 17′ bzw. 19′ verbunden.
Eine Gangschalteinrichtung umfaßt eine koaxial zu den
Zahnrädern 17, 19 angeordnete Schiebeschaltwelle 21,
einen Druckmittel-Schaltzylinder 23 und eine
Federanordnung 24. Die Schiebeschaltwelle 21 hat zwei
Zahnkränze und ist zwischen drei verschiedenen Stellungen
axial verschiebbar. In allen drei Stellungen greift der
eine Zahnkranz in die Verzahnung einer Getriebe-
Ausgangswelle 22 ein. Der andere Zahnkranz 21′ befindet
sich in der dargestellten mittleren Neutral-Stellung
zwischen den beiden Zahnkränzen 17′ und 19′, also außer
Eingriff mit diesen.
Mit Hilfe des Druckmittel-Schaltzylinders 23 kann die
Schiebeschaltwelle 21 aus der Neutralstellung entweder
mit dem Zahnkranz 17′ oder mit dem Zahnkranz 19′ in
Eingriff gebracht werden, so daß entweder der Langsam-
oder der Schnell-Gang eingeschaltet ist. Eine
Steuereinheit SS ist mit dem Schaltzylinder 23 über zwei
Druckmittelleitungen L und S verbunden. Der an die
Schiebeschaltwelle 21 gekoppelte Kolben des
Schaltzylinders 23 ist außerdem an die Federanordnung 24
gekoppelt, welche die Schiebeschaltwelle 21 in der
mittleren Neutralstellung hält, solange beide
Druckmittelleitungen L und S drucklos sind. Schließlich
ist am Schaltzylinder 23 eine Stellungsmeldeeinrichtung
25 vorgesehen mit drei Signalleitungen L′, N und S′ für
die drei Stellungen der Schiebeschaltwelle 21. An das
Schaltgetriebe 20 sind zwei Drehzahl-Meßleitungen n1 und
n2 angeschlossen zum Übertragen eines Meßwertes für die
Getriebeeingangsdrehzahl bzw. für die
Getriebeausgangsdrehzahl. Die Meßleitung n2 mündet in
eine Umschalt-Steuereinheit US, die beim Erreichen einer
bestimmten Ausgangs-Drehzahl das Umsteuern des
Schaltgetriebes 20 vom bisher eingeschalteten Gang in den
anderen Gang auslöst. Zu diesem Zweck ist die Umschalt-
Steuereinheit US u. a. über zwei Signalleitungen La und Sa
mit der Schaltzylinder-Steuereinheit SS verbunden.
Für das bei jedem Umschalt-Vorgang notwendige
Synchronisieren der Schiebeschaltwelle 21 mit der
anzukoppelnden Kupplungshälfte 17′ oder 19′ ist folgendes
vorgesehen: Die Brennstoff-Dosiereinrichtung 11 ist über
eine Leitung 11′ mit einem Drei-Stellungs-Umschalter U
verbunden, der beispielsweise mittels Federn in einer
mittleren Ruheposition gehalten wird. In seiner (in der
Zeichnung) rechten Arbeitsposition verbindet der
Umschalter U die Brennstoff-Dosiereinrichtung 11 mit
einem Fahrschalter 9, der in der üblichen Weise durch den
Fahrzeug-Führer verstellbar ist, um hierdurch während des
normalen Traktionsbetriebes das gewünschte Motor-
Drehmoment einzustellen. In seiner dargestellten linken
Arbeitsposition verbindet der Umschalter U die
Brennstoff-Dosiereinrichtung 11 mit dem Ausgang 26 eines
Drehzahlreglers DR. Dessen Istwert-Eingang (Leitung 12′)
ist mit der Drehzahlmeßeinrichtung 12 des Motors 10
verbunden, während der Sollwert-Eingang (Leitung F) an
einen insgesamt mit SB bezeichneten Sollwert-Bildner
angeschlossen ist. Drehzahlregler DR und Umschalter U
sind Bestandteile eines ansonsten nicht näher
dargestellten Motor-Steuergerätes MS.
Der Sollwert-Bildner SB ist an die Drehzahl-Meßleitung n2
angeschlossen und umfaßt zwei Umformelemente H und R. Das
eine Umformelement H multipliziert den (variablen) Wert
für die Ausgangsdrehzahl n2 mit einem Faktor, der im
Schnellgang die Gesamtübersetzung zwischen Motor 10 und
Ausgangswelle 22 repräsentiert. Es bildet also die Soll-
Motordrehzahl für das Hochschalten vom Langsam- in den
Schnellgang. In ähnlicher Weise bildet das andere
Umformelement R die Soll-Motordrehzahl für das
Zurückschalten vom Schnell- in den Langsamgang. Ein Zwei-
Stellungsschalter V verbindet den Sollwerteingang des
Drehzahlreglers DR, also die Leitung F, entweder mit dem
einen oder mit dem anderen Umformelement H, R; dies
erfolgt abhängig davon, ob momentan der Langsam- oder der
Schnellgang eingeschaltet ist, also abhängig davon, in
welcher der beiden Leitungen L′ und S′ ein Signal
vorhanden ist.
Ein Synchron-Indikator SI hat einen Eingang für den
Meßwert n2 der Getriebeausgangsdrehzahl und einen anderen
Eingang (Leitung 27), dem ein Meßwert für die Drehzahl
entweder des Zahnrades 19 oder des Zahnrades 20 zugeführt
werden muß, je nachdem welcher Gang als nächster
einzulegen ist. Zu diesem Zweck ist ein zweiter Zwei-
Stellungsschalter W vorgesehen, der einen Meßwert n1 für
die Drehzahl des einen Zahnrades 19 entweder unverändert
an die Leitung 27 abgibt oder (mittels eines
Umformelements q) verändert um den Stufensprung q
zwischen den beiden Gängen des Schaltgetriebes 20. Auch
die Stellung des Schalters W hängt davon ab, welches der
beiden Signale L′ oder S′ vorhanden ist. Im dargestellten
Beispiel sind die beiden Schalter V und W deshalb
mechanisch aneinander gekoppelt. Dies ist jedoch nur eine
symbolische Darstellung zahlreicher möglicher
Ausführungsvarianten. Ebenso kann anstelle des
Umschalters U jede beliebige andere gleichwirkende
Anordnung vorgesehen werden. Abweichend von der
Darstellung könnte die Drehzahl des Zahnrades 17 auch
durch einen zusätzlichen Meßfühler ermittelt werden.
Der Ausgang (Leitung G) des Synchron-Indikators SI ist
einerseits mit der Umschalt-Steuereinheit US verbunden
und andererseits mit der Schaltzylinder-Steuereinheit SS
sowie mit einem in der Leitung N befindlichen
Unterbrecher 28, der somit geöffnet wird, sobald über die
Leitung G der Synchron-Zustand gemeldet wird.
Angenommen die Antriebsvorrichtung befinde sich während
des normalen Traktionsbetriebes im Langsamgang (Signal La
und Druck in Leitung L vorhanden; somit Ausgangswelle 22
an das Zahnrad 17 gekoppelt), dann hat das Signal L′ die
Schalter V und W in die gezeichnete (untere) Stellung
gebracht, so daß der nachfolgende Hochschalt-Vorgang
vorbereitet ist. Außerdem steht das Signal A am
Umschalter U, so daß dieser den Fahrschalter 9 mit der
Brennstoff-Dosiereinrichtung 11 verbindet. Wenn nun die
Umschalt-Steuereinheit US feststellt, daß die
Ausgangsdrehzahl n2 einen bestimmten Grenzwert erreicht
hat (nämlich die obere Schaltdrehzahl), dann wird der
Hochschaltvorgang ausgelöst, wobei dieser in den
folgenden Schritten abläuft:
- 1. Die Umschalt-Steuereinheit US löscht das Signal A;
somit geht der Umschalter U auf seine mittlere
Neutralstellung. Hierdurch kann der Motor 10
beispielsweise in den Leerlauf-Zustand übergehen.
Besser ist es jedoch, der Brennstoff-
Dosiereinrichtung 11 ein Signal zuzuführen (z. B.
über die Leitung B), das eine Mindesteinspritzmenge
befiehlt. Diese verhindert, daß der Motor 10 das
Fahrzeug bremst, daß also an der Schiebeschaltwelle
21 ein Drehmoment vorhanden ist. Mit anderen Worten:
Das Motordrehmoment soll auf dem Wert Null gehalten werden. - 2. Nun löscht die Umschalt-Steuereinheit US das Signal La, so daß der Druck in der Leitung L verschwindet und die Schiebeschaltwelle 21 unter der Wirkung der Federanordnung 24 in ihre mittlere Neutralstellung wandert. Die Schalter V und W bleiben hierbei in der gezeichneten Position.
- 3. Die Neutralstellung der Schiebeschaltwelle 21 löst das Signal N aus, das den Umschalter U in seine linke Position verstellt; denn der Unterbrecher 28 ist geschlossen. Somit wird die Brennstoff- Dosiereinrichtung 11 durch den Drehzahlregler DR gesteuert. Da der dem Drehzahlregler eingegebene Sollwert dem Element H entnommen ist, synchronisiert der Motor 10 nunmehr das Zahnrad 19 mit der Schiebeschaltwelle 21. Dieser Zustand ist in Fig. 1 dargestellt. Sofern sich die Ausgangsdrehzahl n2 ändert, wird der Sollwert ständig dementsprechend korrigiert. Die Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Anordnung, bei welcher der Ausgang N der Stellungsmeldeeinrichtung 25 unmittelbar mit dem Unterbrecher 28 gekoppelt ist. In der Regel wird man jedoch einen Verstärker dazwischenschalten, der vorzugsweise in der Umschalt-Steuereinheit US angeordnet wird.
- 4. Bei Erreichen des Synchron-Zustandes gibt der Synchron-Indikator SI das Signal G an die Umschalt- Steuereinheit US; zugleich wird in der Leitung N der Unterbrecher 28 geöffnet, so daß der Umschalter U sofort wieder in die neutrale Mittelstellung gelangt. Es wird also in diesem Zustand wiederum Motor-Leerlauf oder vorzugsweise Motor-Drehmoment gleich Null befohlen.
- 5. Gleichzeitig oder unmittelbar danach sendet die Umschalt-Steuereinheit US das Signal Sa; folglich gelangt Druck in die Leitung S; somit geht die schiebeschaltwelle 21 in die befohlene Endlage, in der das Zahnrad 19 an die Ausgangswelle 22 gekoppelt ist. Hierdurch gibt die Stellungsmeldeeinrichtung 25 das Signal S′ an die Umschalt-Steuereinrichtung US, so daß das Signal A den Umschalter U wieder in seine rechte normale Position bringt. Außerdem verstellt das Signal S′ die Schalter V und W in ihre obere Position, so daß der Sollwert-Bildner SB und der Synchron-Indikator SI auf den später erfolgenden Rückschaltvorgang vorbereitet sind.
Der Rückschaltvorgang läuft im Prinzip genauso ab wie der
Hochschaltvorgang. Nur wird nunmehr dem Drehzahlregler
eine andere, nämlich die aus dem Umformelement R
stammende Soll-Motordrehzahl vorgegeben. Außerdem wird
dem Synchron-Indikator SI als Eingangsdrehzahl nicht die
Drehzahl des Zahnrades 19, sondern die Drehzahl des
Zahnrades 17 eingegeben. Während des Rückschaltvorganges
werden dann die Schalter V und W wieder in die
gezeichnete untere Stellung zurückgeführt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich
von demjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch,
daß das mechanische Schaltgetriebe 20′ mit einem
hydrodynamischen Getriebe vereinigt und außerdem um eine
Wendeschalteinrichtung ergänzt ist. Alle unverändert
gebliebenen Elemente sind in Fig. 2 mit den gleichen
Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Das hydrodynamische
Getriebe umfaßt einen Drehmomentwandler 30, der nur in
einem unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich (Wandlergang)
gefüllt ist, wobei im mechanischen Schaltgetriebe 20′
stets der Langsamgang eingeschaltet ist. Das
hydrodynamische Getriebe umfaßt außerdem eine
hydrodynamische Kupplung 31, die nur in einem oberen, an
den Wandlergang anschließenden
Fahrgeschwindigkeitsbereich gefüllt ist, wobei das
mechanische Schaltgetriebe 20′ wahlweise im Langsamgang
oder im Schnellgang arbeitet. Der Motor 10 treibt über
seine Ausgangswelle 13 und über eine Getriebe-
Antriebswelle 32 und über nicht näher bezeichnete
Zahnräder eine Primärwelle 33 des hydrodynamischen
Getriebes an und außerdem eine Füllpumpe 34. Die letztere
dient (mittels nicht dargestellter
Steuerungseinrichtungen) zum abwechselnden Füllen des
Drehmomentwandlers 30 oder der Kupplung 31. An die
Sekundärwelle 35 des hydrodynamischen Getriebes ist
zunächst eine Wendeschalteinrichtung 36 gekoppelt, mit
der die Fahrtrichtung (vorwärts oder rückwärts) bestimmt
wird. Für das Einschalten des Langsamganges, der
Neutralstellung oder des Schnellganges ist wiederum eine
Schiebeschaltwelle 21, ein Schaltzylinder 23 und eine
Federanordnung 24 vorhanden. Dargestellt ist der Zustand
im Schnellgang; d. h. das Signal A ist vorhanden und hat
den Umschalter U in die rechte Position verstellt;
außerdem sind das Signal Sa und Druck in der Leitung S
vorhanden. Folglich ist auch das Signal S′ vorhanden, so
daß die Schalter V und W in ihrer oberen Position sind.
Das Umschalten des Schaltgetriebes während der Fahrt vom
Schnellgang in den Langsamgang oder zurück erfolgt mit
den gleichen Schritten wie beim Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß beim
Bilden des Sollwertes für den Drehzahlregler DR
zusätzlich noch der Schlupf der hydrodynamischen Kupplung
31 berücksichtigt wird. Zu diesem Zweck ist eine Schlupf-
Meßeinrichtung 38 vorgesehen. Dieser werden über die
Leitungen 37 und 39, n1 die Drehzahlwerte der beiden
Kupplungshälften zugeführt. Eine Ausgangsleitung 40 ist
mit einem Multiplikator 41 verbunden, der in die
Sollwert-Leitung F eingesetzt ist.
Während des Motor-Startvorganges (bei stehendem Fahrzeug)
befindet sich die Schiebeschaltwelle 21 stets in ihrer
mittleren Neutralstellung, außerdem sind sowohl Wandler
30 als auch Kupplung 31 vorläufig nur mit Luft gefüllt.
Diese Luft kann die Sekundärwelle 35 und somit die
Zahnkränze 17′, 19′ vorzeitig in Rotation versetzen, was
das nachfolgende Einlegen des Langsamganges erschweren
würde. Deshalb ist während des Motor-Startvorganges eine
sogenannte Läuferbremse 42 wirksam, die mittelbar an die
Sekundärwelle 35 des hydrodynamischen Getriebes gekoppelt
ist. Eine solche Läuferbremse 42 kann vorteilhaft auch
dann vorgesehen werden, wenn der Drehmomentwandler 30
weggelassen wird, wenn also - auch schon beim Anfahren
des Fahrzeuges - die Kraftübertragung durch die
hydrodynamische Kupplung 31 stattfindet.
Claims (7)
1. Einrichtung zum integralen Steuern einer
Brennkraftmaschine, insbesondere eines
Dieselmotors, und eines mechanischen
Schaltgetriebes während eines Schaltvorganges in
einem Antriebsstrang für ein Schienenfahrzeug mit
den folgenden Merkmalen:
- a) die Brennkraftmaschine (10) hat eine Brennstoff-Dosiereinrichtung (11), die mittels einer Stelleinrichtung (z. B. Fahrschalter 9, Gashebel, Drehmomentregler od. dgl.) verstellbar ist;
- b) im Schaltgetriebe (20) ist eine Eingangswelle (15) mittels unterschiedlicher Zahnrad-Übersetzungen derart an eine Ausgangswelle (22) koppelbar, daß mindestens zwei Gänge (für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche) und eine Neutralstellung einschaltbar sind,
- c) das während der Fahrt umschaltbare Schaltgetriebe (20) umfaßt eine selbsttätige Gangschalteinrichtung (21, 23, 24) mit einer Stellungsmeldeeinrichtung (25) und mit einer Synchronisiereinrichtung;
- d) ein Synchron-Indikator (SI) erzeugt bei erfolgter
Synchronisierung ein Synchron-Signal (G);
gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale: - e) an die Brennstoff-Dosiereinrichtung (11) ist alternativ zu der genannten Stelleinrichtung (9) der Ausgang eines Motor-Drehzahlreglers (DR) anschließbar, dessen Sollwert-Eingang (F) an einen Sollwert-Bildner (SB) angeschlossen ist, der bei jedem Schaltvorgang aus der Ausgangsdrehzahl (n2) die zum Synchronisieren erforderliche Soll-Motordrehzahl ermittelt;
- f) eine vorzugsweise elektronische Umschalt-Steuereinheit (US) ist derart ausgebildet, daß das Umschalten des Schaltgetriebes (20), ausgelöst durch das Erscheinen eines Schaltsignals (z. B. bei Erreichen der oberen bzw. unteren Schaltdrehzahl n2 der Ausgangswelle) in den folgenden Schritten abläuft:
- f1) Abkoppeln der Brennstoff-Dosiereinrichtung (11) von der Stelleinrichtung (z. B. Fahrschalter 9);
- f2) Verstellen der Gangschalteinrichtung (23) in die Neutralstellung; hierdurch ausgelöst:
- f3) Verbinden der Brennstoff-Dosiereinrichtung (11) mit dem Drehzahlregler (DR), so daß die Brennkraftmaschine (10) die Elemente für den einzulegenden Gang synchronisiert;
- f4) ausgelöst durch das Erscheinen des Synchron-Signals (G): Abkoppeln der Brennstoff-Dosiereinrichtung (11) vom Drehzahlregler (DR);
- f5) Verstellen der Gangschalteinrichtung (21, 23) in den einzulegenden Gang; hierdurch ausgelöst:
- f6) Wieder-Verbinden der Brennstoff-Dosiereinrichtung (11) mit der Stelleinrichtung (9).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Brennkraftmaschine (10) und dem
Schaltgetriebe (20′) eine hydrodynamische Kupplung
(31) angeordnet ist, deren Füllungsgrad während des
Umschalt-Vorganges unverändert bleibt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Dosiereinrichtung
(11), solange sie weder an die Stelleinrichtung (9)
noch an den Drehzahlregler (DR) angeschlossen ist, mit
einer Signalquelle (US) für eine Mindesteinspritzmenge
verbindbar ist (Signal B).
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennstoff-Dosiereinrichtung (11) mit der
genannten Signalquelle (US) verbunden ist:
- a) während des Verstellens der Gangschalteinrichtung (21, 23) in die Neutralstellung und
- b) während des Verstellens der Gangschalteinrichtung aus der Neutralstellung in einen der Gänge.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß an den Sollwertbildner (SB) eine
Schlupf-Meßeinrichtung (38) angeschlossen ist, die den
Schlupf der hydrodynamischen Kupplung (31) mißt, so
daß der Sollwert entsprechend dem Schlupf korrigiert
wird.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine - während des
Motor-Startvorganges - die Sekundärseite der
hydrodynamischen Kupplung (31) festhaltende sogenannte
"Läuferbremse" (42) vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Brennkraftmaschine
(10) und dem Schaltgetriebe (20′) zusätzlich zur
hydrodynamischen Kupplung (31) ein hydrodynamischer
Drehmomentwandler (30) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
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DE4226665A DE4226665C2 (de) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | Einrichtung zum integralen Steuern einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, und eines mechanischen Schaltgetriebes während eines Schaltvorganges in einem Antriebsstrang für ein Schienenfahrzeug |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4226665A1 DE4226665A1 (de) | 1994-02-17 |
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ID=6465385
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