DE4333564A1 - Verfahren zum Antreiben von Nebenaggregaten an Fahrzeugen, insbesondere an Kraftfahrzeugen, und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben von Nebenaggregaten an einem Fahrzeug, insbesondere an einem Kraftfahrzeug.

Kraftfahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge mit Verbren­ nungsmotor als Antrieb, sind heute mit einer Vielzahl an energieaufnehmenden Nebenaggregaten, wie z. B Generator, Servolenkung, Klimaanlage, elektrische Fensterheber, Sitz­ heizung und anderem ausgestattet, die die Bedienung des Fahrzeugs erleichtern und den Fahrzeugkomfort erhöhen. Da Kraftfahrzeuge infolge der hohen Verkehrsdichte über­ wiegend in einem dem Stadtverkehr entsprechenden Betrieb bewegt werden, der durch Stillstandsphasen und Betriebs­ phasen mit haufig wechselnden, z. T. niedrigen Geschwindig­ keiten gekennzeichnet ist, ist auch der Energieaufwand für den Betrieb der Nebenaggregate hinsichtlich des Gesamt­ wirkungsgrades spürbar. Aus Komfort- und Sicherheitsgründen ist es erforderlich, daß eine Reihe von Nebenaggregaten, wie Generator, Klimaanlage und Servolenkung, ständig ange­ trieben werden sollen. Dies führt bei niedrigen Motorlasten zu hohen Verlusten und verhindert, daß der Motor in Still­ standsphasen oder auch im Schubbetrieb abgestellt werden kann, so daß sich hierdurch ein unnötiger Kraftstoffverbrauch ergibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und auch eine Anordnung zu schaffen, zumindest einen Teil der für den Betrieb der Nebenaggregate erforderlichen Energie über einen Energiespeicher zur Verfügung zu stellen, der vorzugsweise durch Rückgewinnung der Bremsenergie aufgeladen wird.

Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Weise gelöst, daß durch eine mit dem Fahrzeugmotor über eine schaltbare Trennkupplung in Verbindung stehende Hydraulikmaschine, die mit den anzutreibenden Nebenaggre­ gaten in Wirkverbindung steht und die umschaltbar als Pumpe und als Motor betreibbar ist, im Pumpbetrieb ein Hydrospeicher mit einem im Kreislauf förderbaren Fluid aufgeladen wird und bei aufgeladenem Hydrospeicher im Motorbetrieb bei geöffneter Trennkupplung die Nebenaggre­ gate angetrieben werden. Unter Hydrospeicher im Sinne der Erfindung ist beispielsweise ein Gasblasenspeicher mit einer unter Druckvorspannung stehenden Gasblase zu verstehen, die in einem Speicherbehälter angeordnet ist, der gegen den Druck der Gasblase und unter deren Komprimie­ rung mit einem Fluid gefüllt werden kann.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Nebenaggregate bei aufgeladenem Hydrospeicher und geöffneter Trennkupp­ lung unabhängig vom Fahrzeugmotor angetrieben werden können, so daß ohne Beeinträchtigung der Funktion der Nebenaggregate vom Fahrzeugmotor lediglich die für den jeweiligen Fahrbe­ trieb benötigte Energie abgenommen wird, wobei es auch möglich ist, den Fahrzeugmotor abzuschalten, ohne daß der Betrieb der Nebenaggregate unterbrochen werden muß. Dies ist beispielsweise dann von Bedeutung, wenn bei abge­ schaltetem Motor die Klimaanlage weiterbetrieben werden soll. Durch die Anordnung der schaltbaren Kupplung ist es nun möglich, unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand durch Schließen der Trennkupplung und Betrieb der Hydraulik­ maschine als Pumpe unmittelbar über den Fahrzeugmotor den Hydrospeicher aufzuladen, so daß die Betriebsbereit­ schaft des Fahrzeuges einschließlich der betriebsnotwendi­ gen Nebenaggregate zu keinem Zeitpunkt gestört ist. Bei aufgeladenem Hydrospeicher können dann die Nebenaggregate unabhängig vom Antriebsmotor über längere Zeit betrieben werden. Sowohl bei entleertem als auch bei vollem Hydrospeicher: ist ein direkter Antrieb über den Fahrzeugmotor gleichwohl möglich. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht jedoch darin, daß zur Aufladung des Hydrospeichers auch die kinetische Energie des Fahrzeuges ausgenutzt werden kann, wenn die schaltbare Trennkupplung beim Einleiten des Bremsvorganges zugeschaltet wird, so daß die sich hierbei ergebende Bremswirkung des Motors durch den Energie­ verbrauch der dann als Pumpe geschalteten Hydraulikmaschine noch erhöht wird und somit die Bewegungsenergie des Fahr­ zeugs unmittelbar durch Umsetzen in Druck im Hydrospeicher zum Teil gespeichert werden kann. Dadurch wird es möglich, mit einem Hydrospeicher mit einem Füllvolumen von beispiels­ weise etwa 10 Liter und einem Enddruck in aufgeladenem Zustand von beispielsweise 350 bar die erforderliche Brems­ leistung zum Abbremsen eines Fahrzeugs von 50 km/h auf 0 km/h durch Aufladen des leeren Hydrospeichers umzusetzen. Hieraus folgt, daß gerade im Stadtverkehr mit seinen niedri­ gen Geschwindigkeiten und häufigen Bremsvorgängen der Hydrospeicher immer wieder auf den maximalen Ladedruck aufgeladen wird und dementsprechend hierzu keine Motor­ leistung benötigt wird.

Es sind zwar Systeme bekannt, bei denen die Fahrzeugenergie beim Bremsen über Hybridsysteme mit hydraulischer Speiche­ rung zurückgewonnen werden sollen. Derartige Systeme sind beispielsweise bekannt aus DE-A-33 03 811, EP-A-0 366 080, EP-A-0 366 081, EP-A-0 366 087, EP-A-0 366 088 sowie EP-A-0 366 095. Bei all diesen Vorveröffentlichungen wurde jedoch versucht, die Bremsenergie zurückzugewinnen und dann als Antriebsleistung in den Antriebsstrang wieder einzuspeisen, also unmittelbar wieder zur Erzeugung von Fahrleistung zu nutzen. Um dies jedoch sinnvoll verwirk­ lichen zu können, ist es erforderlich, relativ große und damit auch schwere Hydrospeicher zu verwenden, durch die das Fahrzeuggewicht erhöht wird und aufwendige Steuer- und Regelsysteme zu verwenden, durch die die Störungsanfäl­ ligkeit erhöht und ein nachteiliger Einfluß auf den Gesamt­ wirkungsgrad des Fahrzeugs genommen wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist vorgesehen, daß eine Hydraulikmaschine mit fest vorgegebenem, drehzahlproportionalem Förderstrom verwendet wird. Die erfindungsgemäße Verwendung einer derartigen Konstantfördermaschine hat den Vorteil, daß sie in einfacher Weise im Motorbetrieb bei geöffneter Trennkupplung drehzahl­ regelbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ohne Drehrichtungsumkehr eine Umschaltung von Motorbetrieb auf Pumpbetrieb möglich ist.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Trennkupplung in Abhängigkeit vom Ladedruck des Hydrospeichers geschaltet wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Betriebsbereitschaft des Fahrzeugs gewährleistet ist. Sobald nämlich der Lade­ druck des Hydrospeichers unter einen Mindestdruck absinkt, der Hydrospeicher nahezu entleert ist, kann bei laufendem Fahrzeugmotor über die Trennkupplung die Hydraulikmaschine als Pumpe zugeschaltet und der Hydrospeicher wieder aufge­ laden werden. Da über die Hydraulikmaschine die anzutrei­ benden Nebenaggregate in Wirkverbindung stehen, werden unmittelbar über den Betrieb der Hydraulikmaschine auch die Nebenaggregate weiterbetrieben, unabhängig davon, ob die Hydraulikmaschine als Pumpe oder als Motor arbeitet. Sobald dann der vorgegebene maximale Ladedruck erreicht ist, wird die Trennkupplung wieder gelöst und die Hydraulik­ maschine auf Motorbetrieb umgeschaltet, so daß die Neben­ aggregate wieder ausschließlich über die Hydraulikmaschine angetrieben werden.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Verfahren ist vorgesehen, daß die Aufladung des Hydrospeichers unter Ausnutzung der kinetischen Energie des Fahrzeugs in der Weise erfolgt, daß beim Bremsvorgang die Trennkupplung geschlossen, die Hydraulikmaschine auf Pumpbetrieb umgeschaltet und das Fluid zunächst drucklos im Kreislauf gefördert wird, daß der Druck im Fluidkreis­ lauf in Abhängigkeit vom Druck im Bremssystem erhöht wird und bei einem Überschreiten des Drucks im Bremssystem gegenüber dem Ladedruck des Hydrospeicher das Fluid in den Hydrospeicher gefördert wird und bei Erreichen des maximalen Ladedrucks im Hydrospeicher bei voll ständigem Aufladen der Ladeenddruck im Fluidkreislauf während des weiteren Bremsvorganges bei einem weiteren Ansteigen des Drucks im Bremssystem gehalten und bei einem Absinken des Drucks im Bremssystem unabhängig vom Ladedruck abgesenkt wird. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß beim Einleiten des Bremsvorganges die Energieabnahme zum Laden des Hydrospeichers "sanft" erfolgt, so daß keine stoßweise oder stufenweise Erhöhung der durch den Bremsvorgang ein­ schließlich des hierbei wirksam werdenden Motorbremsmomentes erfolgt. Der sogenannte Bremskomfort wird eingehalten, die über die Bremse eingeleitete Verzögerung wird auch dann nicht beeinträchtigt, wenn der Hydrospeicher voll aufgeladen ist, da die durch den maximalen Ladedruck vor­ gegebene Leistungsaufnahme der als Pumpe geschalteten Hydraulikmaschine solange bestehen bleibt, wie der entspre­ chende Druck im Bremssystem aufrechterhalten, also das Bremspedal getreten wird. Erfordert der Bremsvorgang einen höheren Bremsdruck, so wird dieser durch Erhöhen der Pedalkraft aufgebracht, das das Motorbremsmoment unter­ stützende Bremsmoment der Hydraulikmaschine jedoch beibehal­ ten. Wird die Pedalkraft wieder vermindert, sinken der Druck im Fluidkreislauf der Hydraulikmaschinen und der Druck im Bremssystem proportional ab, so daß auch hier keine sprunghafte Änderung in der Abnahme von kinetischer Energie durch die Fahrzeugbremsen (Umwandlung in Wärme) und die Hydraulikmaschine erfolgt. Wird die Bremse gelüftet, d. h. das Bremspedal freigegeben, öffnet die Trennkupplung, so daß das zusätzliche Bremsmoment der Hydraulikmaschine entfällt. Diese schaltet automatisch wieder auf Motorbe­ trieb um. Da bei dieser Verfahrensweise, d. h. bei einer Förderung des Fluids im Kreislauf unter Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Pumpendruckes sich das Fluid erwärmt, also auch hier kinetische Fahrzeugenergie in Wärme umgewandelt wird, muß das Fluid ebenfalls gekühlt werden. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn insbesondere die Bereiche gekühlt werden, in denen aufgrund der Drosselung auf der Druckseite der Pumpe ein wesentlicher Teil der Strömungs­ energie in Wärmeenergie umgesetzt wird. Da die im Hydro­ speicher enthaltene Energie jedoch fortlaufend für den Antrieb von Nebenaggregaten verbraucht wird, führt praktisch jeder Bremsvorgang zunächst zu einer Aufladung, so daß im Normalfall nur kurzzeitig Spitzenbelastungen zu einer stärkeren Erwärmung des Fluids führen, die durch intensive Kühlung abgeführt werden müssen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nach der Erfindung eine Anordnung zum Antreiben von Neben­ aggregaten eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, die eine an den Fahrzeugmotor über eine schaltbare Trennkupplung ange­ schlossene, mit den Nebenaggregaten in Wirkverbindung stehende Hydraulikmaschine aufweist, die mit einem Aus­ gleichsbehälter einerseits und mit einem Hydrospeicher andererseits über eine Förderleitung in Verbindung steht, in der zwischen Ausgleichsbehälter und Hydraulikmaschine ein erstes Rückschlagventil, zwischen Hydrospeicher und Hydraulikmaschine ein zweites Rückschlagventil angeordnet ist, wobei zwischen den beiden Rückschlagventilen eine erste, die Hydraulikmaschine überbrückende Bypassleitung angeordnet ist, die ein steuerbares Druckregelventil aufweist, wobei ferner der Förderleitung eine zweite Bypassleiung zugeordnet ist, die das zweite Rückschlagventil und die Hydraulikmaschine überbrückt, die mit einem schalt­ baren Sperrventil versehen ist und wobei ferner der Förder­ leitung eine dritte Bypassleitung zugeordnet ist, die das erste Rückschlagventil und die Hydraulikmaschine überbrückt und die mit einem schaltbaren Sperrventil versehen ist. Eine derartige Anordnung erlaubt es, die Hydraulikmaschine ohne Änderung der Drehrichtung vom Pumpenbetrieb auf Motor­ betrieb und umgekehrt umzuschalten. Durch die Anordnung eines steuerbaren Druckregelventils kann hierbei unmittelbar auf die Energieaufnahme bzw. Energieabgabe der Hydraulik­ maschine Einfluß genommen werden. So ist es beispielsweise möglich, bei geschlossener Trennkupplung und drucklos offenem Druckregelventil die anzutreibenden Nebenaggregate über die zwischengeschaltete Hydraulikmaschine mechanisch anzutreiben, da das Fluid hierbei drucklos im Kreislauf durch die Förderleitung und die erste Bypassleitung gefördert wird. Bei entsprechender Ansteuerung der Sperrventile in den Bypassleitungen (alle Sperrventile geschlossen), ist es dann möglich, mit Hilfe des Fahrzeugmotors, also auch im Stand, den Hydrospeicher aufzuladen. Dieser Vorgang kann auch während der Fahrt erfolgen, so daß auch dann die Nebenaggregate angetrieben werden, wenn nach einer Entleerung des Hydrospeichers dieser auch während der Fahrt wieder aufgeladen werden kann. Bei entsprechender Ansteue­ rung der Trennkupplung über das Bremspedal kann die kineti­ sche Energie des Fahrzeugs zur Aufladung des Hydrospeichers entsprechend dem vorbeschriebenen Verfahren genutzt werden. In vorteilhafter Ausgestaltung ist hierbei ferner vorgesehen, daß zumindest in der ersten Bypassleitung wenigstens ein Kühler für das Fluid angeordnet ist, um so bei der Aufnahme von kinetischer Energie den durch den Fluidkreislauf nicht nutzbaren Energieanteil als Wärme über den Kühler abzugeben.

Während es grundsätzlich möglich ist, das Druckregelventil über eine entsprechende mechanische, elektrische oder elektronische Ansteuerung an die einzelnen Betriebsbedingun­ gen anzupassen, ist es in besonders vorteilhafter Ausgestal­ tung der Erfindung vorgesehen, daß das Druckregelventil antriebsseitig an eine Druckleitung des hydraulischen Bremssystems des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Hierdurch ist es möglich, über ein mechanisch relativ einfach aufge­ bautes Bauelement den Druck im Fluidkreislauf an den Druck im Bremssystem anzupassen. So ist es möglich, bei einem mit Steuerkolben arbeitenden Druckregelventil den Steuer­ kolben unter Anpassung an den jeweiligen Druck im hydrau­ lischen Bremssystem zu verschieben, so daß bei geschlosse­ ner Kupplung und geschlossenen Magnetventilen in den Bypassleitungen die Hydraulikmaschine über den beim Brems­ vorgang im Schubbetrieb arbeitenden Motor angetrieben wird und damit das Bremsmoment des Motors sich entsprechend der von der Hydraulikmaschine abgeforderten Förderleistung zur Füllung des Hydrospeichers erhöht, so daß die kinetische Energie wenigstens teilweise im Hydrospeicher abgespeichert werden kann. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn das Druckregelventil regelseitig den Durchfluß der ersten Bypassleitung nicht vollständig schließt, so daß die als Pumpe arbeitende Hydromaschine das Fluid mit einem vorgege­ benen Höchstdruck, der dem maximalen Ladedruck des Hydro­ speichers entspricht, im Kreislauf durch die erste Bypass­ leitung und die Förderleitung umpumpt, so daß hier auch bei vollständig gefülltem Hydrospeicher eine dem maximalen Ladedruck des Hydrospeichers entsprechende Förderleistung als Bremsmoment abgenommen und als Wärme abgeführt wird.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Stirnansicht eines Fahrzeugmotors mit anzutreibenden Nebenaggregaten,

Fig. 2 Die Gesamtanordnung in einem Blockschalt­ bild,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Fluidsystems,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Druckregel­ ventils,

Fig. 5 das Druckregelventil in verschiedenen Schaltzuständen.

In Fig. 1 sind in einer schematischen Stirnansicht eines Motors 1 die beiden Antriebsbereiche für die Haupt- und Nebenaggregate dargestellt. Der erste Antriebsbereich wird durch einen Riementrieb oder eine Kette 2 gebildet, der über die Kurbelwelle 3 als Antrieb geführt ist und hierbei als Hauptaggregate die Nockenwellen 4, die Einspritzpumpe 5, die Wasserpumpe 6 sowie die Ölpumpe 7 in üblicher Weise antreibt.

Der zweite Antriebsbereich wird durch einen Riementrieb 8 gebildet, der über eine Hydraulikmaschine 9 geführt ist, die sowohl als Pumpe als auch als Motor umschaltbar betrie­ ben werden kann. Die Möglichkeit eines derartigen Umschalt­ betriebes unter Beibehaltung der Drehrichtung wird für ein Ausführungsbeispiel anhand von Fig. 3 näher erläutert werden. Die Hydraulikmaschine 9 wird über einen Riemen­ trieb 10 und eine zwischengeschaltete Trennkupplung 11 ebenfalls über die Kurbelwelle angetrieben. Bei geöffneter Trennkupplung 11 ist die Antriebsverbindung zwischen der Hydraulikmaschine 9 und der Kurbelwelle aufgehoben. Bei geschlossener Trennkupplung 11 kann die Hydraulikmaschine 9 über die Kurbelwelle vom Motor angetrieben werden.

Der zweite Antriebsbereich des Riementriebs 8 treibt hier­ bei als Nebenaggregate beispielsweise einen Klimakompres­ sor 12 und einen Generator 13 an. Zusätzlich können hier noch weitere Nebenaggregate, wie beispielsweise eine Vakuum­ pumpe, die Druckversorgung für eine Niveauregelung und ähnliche Aggregate angetrieben werden. Der Antrieb dieser Nebenaggregate des zweiten Antriebsbereiches erfolgt hierbei entweder über die auf Motorbetrieb geschaltete Hydraulik­ maschine oder aber bei geschlossener Trennkupplung über die als Pumpe geschaltete Hydraulikmaschine direkt über die Kurbelwelle 3. Dieser Betriebsfall gilt jedoch nur für Ausnahmefälle, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird.

In Fig. 2 ist ebenfalls in Form eines Blockschaltbildes der Antrieb eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Motor 1 treibt hierbei in üblicher Weise über ein Getriebe 14 eine Antriebsachse 15 an. Das freie Ende der Kurbelwelle 3 steht mit der schaltbaren Trennkupplung 11 in Verbindung, über die die Hydraulikmaschine 9 mit dem Antriebsmotor in Wirkverbindung gebracht werden kann. Über die Hydraulik­ maschine 9 wird in der anhand von Fig. 1 beschriebenen Weise eine Reihe von Nebenaggregaten angetrieben, wie dies in dieser Darstellung als Nebenaggregatblock 16 darge­ stellt ist. Bei einem automatischen Getriebe mit Strömungs­ wandler ist es zweckmäßig, wenn die vorbeschriebene Trenn­ kupplung zwischen dem Strömungswandler und der Antriebs­ achse 15 angeordnet ist, um im Schubbetrieb die bestmögliche Umsetzung des Bremsmomentes der Hydraulikmaschine auf das Fahrzeug zu bewirken.

Die Hydraulikmaschine 9 steht über eine Förderleitung 17 mit einem Ausgleichsbehälter 18 einerseits und einem Hydro­ speicher 19 andererseits in Verbindung. Der Hydrospeicher 19 ist vorzugsweise als Gasblasenspeicher ausgebildet, der ein Fassungsvermögen von beispielsweise 10 Litern aufweist und dessen Gasblase so vorgespannt ist, daß ein maximaler Ladedruck von beispielsweise 350 bar erreicht werden kann. Die Hydraulikmaschine 9 ist hierbei bevorzugt als sogenannte Konstantfördermaschine ausgebildet, d. h. der Förderstrom ist drehzahlproportional.

Über ein hier nur angedeutetes System vom Bypassleitungen, das anhand von Fig. 3 noch näher erläutert werden wird, ist es nun möglich, entsprechend den einzelnen Betriebs­ fällen die Hydraulikmaschine 9 bei geschlossener Trenn­ kupplung 11 über den Antriebsstrang des Motors als Pumpe zu betreiben und hierbei beispielsweise aus dem Ausgleichs­ behälter 18 das Fluid in den Hydrospeicher 19 zu pumpen und diesen zu füllen.

Bei geöffneter Trennkupplung 11 und entsprechender Schaltung der Bypassleitungen ist es dann möglich, mit der im Hydrospeicher enthaltenen Druckenergie über die nunmehr als Motor geschal­ tete Hydraulikmaschine 9 den Nebenaggregatblock 16 unabhängig vom Verbrennungsmotor anzutreiben.

Über eine hier nur schematisch angedeutete Steuerung 20 werden die Meß- und Funktionssignale verarbeitet und die einzelnen Steuer- und Regelsignale abgegeben. So beispiels­ weise das Signal zum öffnen und Schließen der Trennkupp­ lung 11, die Signale zur Betätigung der einzelnen im Fluid­ system enthaltenen Ventile sowie die bei der Betätigung des Bremspedals abgegebenen Stellsignale. Ferner wird der Druck im Hydrospeicher erfaßt. Weitere Regel- und Steuersignale für das Gesamtsystem können in der Steuerung 20 ebenfalls erfaßt und verarbeitet werden.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist in der Förderleitung 17 im Bereich des Ausgleichsbehälters 18 ein Rückschlagventil 21 und im Bereich des Hydrospeichers 19 ein Rückschlagventil 22 angeordnet. Zwischen den beiden Rückschlagventilen 21 und 22 ist eine erste Bypassleitung 23 vorgesehen, die die Hydraulikmaschine überbrückt und in der ein steuerbares Druckregelventil 24 sowie ein Magnetventil 25 angeordnet ist. In der ersten Bypassleitung 23 ist ferner noch ein Kühler 26 zur Kühlung des Fluids sowie ein Sicherheits­ ventil SV angeordnet. Bei geschlossenem Magnetventil 25 kann dann über die angetriebene Hydraulikmaschine 9 der Hydrospeicher 19 gefüllt werden. Wird dann das Magnet­ ventil 25 geöffnet und das Druckregelventil 24 drucklos gestellt, dann kann das Fluid über die als Pumpe arbeitende Hydraulikmaschine 9 im Kreislauf durch die Förderleitung 17 und die erste Bypassleitung 23 geführt werden. Der Druck des Hydrospeichers 19 hält das Rückschlagventil 22 geschlos­ sen, während das Rückschlagventil 21 am Ausgleichsbehälter durch den, wenn auch geringen, Fluiddruck in der Kreislauf­ führung geschlossen bleibt.

Der Förderleitung 17 ist eine zweite Bypassleitung 27 zugeord­ net, die das zweite Rückschlagventil 22 und die Hydraulik­ maschine 9 überbrückt und in der ein weiteres Magnet­ ventil 28 angeordnet ist. Eine dritte Bypassleitung 29 überbrückt das erste Rückschlagventil 21 und die Hydraulik­ maschine 9. Auch in der dritten Bypassleitung 29 ist ein Magnetventil 30 angeordnet. Wird nun in der ersten Bypass­ leitung 23 das Magnetventil 25 geschlossen und werden bei gefülltem Hydrospeicher 19 die Magnetventile 28 und 30 geöffnet, so wird das Fluid aus dem Hydrospeicher 19 über die zweite Bypassleitung 27, die Förderleitung 17 und die dritte Bypassleitung 29 durch die Hydraulikmaschine 9 in den Ausgleichsbehälter 18 geführt. Die Hydraulikmaschine 9 arbeitet in dieser Schaltung als Motor. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Hydraulikmaschine 9 sowohl im Pumpbetrieb als auch im Motorbetrieb ihre Drehrichtung beibehält.

Mit dem anhand von Fig. 2 und 3 erläuterten System sind nun verschiedene Betriebsweisen möglich. In einer ersten Betriebsweise kann bei geschlossener Trennkupplung 11, geöffnetem Druckregelventil 24 und geöffnetem Magnetventil 25 der Nebenaggregatblock 16 in konventioneller Weise mechanisch über den Motor angetrieben werden. Die Hydraulikmaschine 9 wälzt hierbei das Fluid drucklos um. Ein derartiger Betrieb kann beispielsweise dann notwendig sein, wenn der Hydro­ speicher entleert oder aber defekt ist, bzw. wenn vom Verbrennungsmotor die volle Leistung abverlangt wird, z. B. beim Beschleunigen oder bei Vollastbetrieb.

Eine weitere Betriebsweise ist dann gegeben, wenn über den Antriebsmotor der Speicher aufgeladen werden soll. Hierbei ist die Trennkupplung 11 geschlossen, die Magnet­ ventile 25, 28 und 30 sind ebenfalls geschlossen. Die Hydraulikmaschine 9 wird hierbei als Pumpe über den Motor angetrieben, so daß das Fluid über die Förderleitung 17 in den Hydrospeicher 19 solange gefördert wird, bis der Hydrospeicher 19 aufgeladen ist. Gleichzeitig erfolgt der Antrieb des Nebenaggregatblocks 16 mechanisch über den Motor. Sobald der Hydrospeicher 19 gefüllt ist, d. h. der maximale Ladedruck erreicht ist, wird über ein Druck­ signal das Magnetventil 25 geöffnet, so daß bei ebenfalls geöffnetem Druckregelventil 24 das Fluid wieder drucklos im Kreislauf geführt wird. Wird nun die Trennkupplung 11 geöffnet, dann kann über eine entsprechende Ansteuerung der Magnetventile 28 und 30 über die Bypassleitung 27 und 29 die Hydraulikmaschine 9 im Motorbetrieb gefahren werden, so daß der Nebenaggregatblock 16 nicht mehr über den Fahr­ zeugmotor 1 sondern über die Hydraulikmaschine 9 angetrie­ ben wird. Drehzahlregelung für die Nebenaggregate ist beispielsweise möglich über einen getakteten Betrieb eines der Magnetventile 28 oder 30. In dieser Betriebsstellung ist es auch möglich, mit Hilfe der Hydraulikmaschine den Fahrzeugmotor 1 zu starten. Hierzu werden die Trennkupp­ lung 11 geschlossen und die Magnetventile 28 und 30 geöffnet, so daß über die Hydraulikmaschine 9 der Verbrennungsmotor gestartet werden kann.

Die vorstehenden Betriebsarten, soweit sie den Ladevorgang des Hydrospeichers 19 beinhalten, gehören jedoch nicht zu den Regelbetriebsarten. Die Anordnung ist so ausgelegt, daß jeweils im Fahrbetrieb die kinetische Energie des Fahrzeugs beim Bremsvorgang genutzt wird. Über das Brems­ pedal erhält die Steuerung 20 entsprechende Steuersignale. Bei der Einleitung des Bremsvorganges zeitgleich mit dem Schalten des Bremslichtes, wird die Trennkupplung 11 ge­ schlossen und die Magnetventile 28 und 30 geschlossen, so daß die Hydraulikmaschine 9 als Pumpe arbeitet und das Fluid gegen den durch den Hydrospeicher 19 vorgegebenen Systemdruck fördert. Solange der Druck im Hydrospeicher größer ist als der von der Hydraulikmaschine 19 aufgebrachte Systemdruck, wird über das Druckregelventil 24 bei geöffne­ tem Magnetventil 25 der Förderstrom im Kreislauf unter Anpassung an den Druck im Bremssystem, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, abgesteuert, so daß das über die als Pumpe betriebene Hydraulikmaschine 9 aufgebrachte Bremsmoment wirksam bleibt. Sobald der Förder­ druck der Hydraulikmaschine den Druck im Hydrospeicher 19 überschreitet, kann Fluid in den Hydrospeicher gefördert werden. Dauert der Bremsvorgang auch dann noch an oder erfolgt ein neuer Bremsvorgang, wenn der Hydrospeicher 19 vollständig geschlossen ist, dann wird wieder, wie vor stehend beschrieben und über das Druckregelventil 24 der von der Hydraulikmaschine 9 aufgebrachte Förderdruck in Abhängigkeit vom Druck im Bremssystem abgesteuert. Über den Kühler 26 wird die hierbei anfallende Wärme vom Fluid abgeführt. Sobald der Bremsvorgang beendet ist, d. h. das Bremspedal freigegeben wird, erfolgt ein entspre­ chendes Signal an die Steuerung 20, durch die dann die Trennkupplung 11 sowie die Magnetventile 28 und 30 geöffnet werden und das Magnetventil 25 geschlossen wird und die Hydraulikmaschine unter Beibehaltung der Drehrichtung im Motorbetrieb arbeitet und den Nebenaggregatblock 16 antreibt.

Das Druckregelventil ist nun über einen Drucktransmitter mit dem hydraulischen Bremssystem so gekoppelt, daß eine auf den Druck im Bremssystem abgestimmte druckproportionale Ansteuerung des Druckregelventils 24 erfolgt, wenn das Bremspedal betätigt wird. Diese Ansteuerung kann über entsprechende Stellantriebe über die Steuerung 20 auf der Basis von Druckfühlern im Bremssystem und im Fluid­ system der Hydraulikmaschine 9 erfolgen.

Anhand von Fig. 4 wird in einer schematischen Zeichnung eine einfache mechanisch ausführbare Anordnung für das Druckregelventil sowie eine mechanische Ansteuerung des Druckregelventils in Abhängigkeit vom Druck im Bremssystem dargestellt. Die mechanische Ausführungsform des Druckregel­ ventils 24 besteht im wesentlichen aus einem Steuerkolben 31, der den Strömungsquerschnitt der Bypassleitung 23 - ausgehend von einer Mindestdurchflußöffnung - bis zur vollständigen Freigabe, d. h. den drucklosen Durchgang des Fluids öffnen kann. Der Steuerkolben 31 ist hierbei über eine Stützfeder 32 auf einer Druckmembran 33 abgestützt. Die Druckmembran 33 steht über eine Rohrleitung 34 mit dem hydraulischen Bremssystem in Verbindung, so daß die Seite a mit dem jeweiligen Druck des Bremssystems beauf­ schlagt wird, während die Seite b über den Steuerkolben 31 und seine Stützfeder 32 mit dem Druck des Hydraulikma­ schinenkreislaufs beaufschlagt wird. Entsprechend der gegebenen Flächenverhältnisse des in seiner Fläche kleineren Steuerkolbens 31 gegenüber der großen Fläche der Membran 33 ergibt sich eine Anpassung der unterschiedlichen Drücke im Bremssystem, die im Bereich von max. 30 bar liegen können an den Druck im Hydraulikmaschinenkreislauf, der max. 350 bar betragen kann.

Die Funktionsweise eines nach diesem Prinzip arbeitenden Druckregelventils ist anhand von Fig. 5 dargestellt. In Abb. 5.1 ist die Stellung des Steuerkolbens 31 in der Normalstellung gezeigt, wenn das Druckregelventil vollständig geöffnet ist. Wird nun der Bremsvorgang einge­ leitet, also noch ohne Bremswirkung der Kontaktschalter "Bremslicht" und der entsprechende Kontaktschalter zur Ansteuerung der Steuerung 20 eingeschaltet, dann wird das System auf "Bremsen" aktiviert, d. h. die Magnetventile 28 und 30 werden geschlossen, während das Magnetventil 25 geöffnet wird. Ferner wird die Trennkupplung 11 geschlos­ sen, so daß die Hydraulikmaschine 9 drucklos fördert. Sobald der Pedalweg größer ist als der Pedalweg, durch den die Kontaktschalter betätigt werden, also im Bremssystem bereits ein Druck aufgebaut wird, wird über die Membran 33 der Steuerkolben 31 proportional zum Druck im Bremssystem verschoben, so daß das Druckregelventil in Abhängigkeit vom Druck im Bremssystem schließt. Hierbei stellen sich durch das Kraftgleichgewicht am Steuerkolben 31 unterschied­ liche Betriebszustände in Abhängigkeit vom Bremssystemdruck ein. Ist nun der Druck im Hydrospeicher 19 nahezu vollständig abgesunken, d. h. der Hydrospeicher ist nahezu vollständig entleert, dann wird entsprechend dieser Drucklage der Hydrospeicher aufgefüllt. Bleibt nun dieser Bremsdruck aufrechterhalten und ist der Hydrospeicher soweit aufgefüllt, daß der Gegendruck des Hydrospeichers dem Förderdruck der Hydraulikmaschine 9 entspricht, dann wird für die restliche Bremszeit das Fluid wie vorbeschrieben im Kreis­ lauf gefördert, so daß der entsprechende Energieanteil über die Drosselung durch das Druckregelventil in Wärme umgesetzt und über den Kühler 26 abgegeben wird.

Da bei diesem Vorgang das Gaspedal freigegeben ist, das Fahrzeug also im Schubbetrieb arbeitet, wirkt das von der Hydraulikmaschine 9 aufgenommene Antriebsmoment als zusätzliches Bremsmoment über den Motor auf das Fahrzeug. Die kinetische Energie wird somit zunächst zur Füllung des Hydrospeichers 19 verwendet und anschließend in Wärme umgewandelt. Dieser Vorgang kann bereits wirksam werden, bevor die Bremsen am Rad nennenswert wirksam werden.

Muß nun aufgrund der Verkehrsgegebenheiten die Bremse voll durchgetreten werden, so stellt sich die in Fig. 5.3 dargestellte Situation ein. Der Druck im Bremssystem ist entsprechend der Proportionalität durch die Umsetzung im Druckregelventil größer als der maximal mögliche Förder­ druck der Hydraulikmaschine 9. Hierbei wird dann über die Stellung des Steuerkolbens 31 der über das Druckregel­ ventil in seiner Endstellung maximal mögliche Druck auf­ rechterhalten, so daß das zusätzliche Bremsmoment der Hydraulikmaschine weiter ansteht. Die weiter förderliche Bremsenergie wird dann über die Betätigung der Fahrzeug­ bremse unmittelbar an den Fahrzeugrädern wirksam.

Sobald das Bremspedal freigegeben wird, schließt das Magnetventil 25 und öffnen die Magnetventile 28 und 30, so daß dann der Hydrospeicher 19 die Hydraulikmaschine 9 bei geöffneter Trennkupplung 11 beaufschlagt und die Hydraulikmaschine 9 als Motor den Nebenaggregatblock 16 antreiben kann.

Claims (10)

1. Verfahren zum Antreiben von Nebenaggregaten (16) an einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug in der Weise, daß durch eine mit dem Fahrzeugmotor (1) über eine schaltbare Trennkupplung (11) in Verbindung stehende Hydrau­ likmaschine (9), die mit den anzutreibenden Nebenaggrega­ ten (16) in Wirkverbindung steht und die umschaltbar als Pumpe und als Motor betreibbar ist, im Pumpbetrieb ein Hydrospeicher (19) mit einem im Kreislauf förderbaren Fluid aufgeladen wird und bei aufgeladenem Hydrospeicher (19) im Motorbetrieb bei geöffneter Trennkupplung (11) die Nebenaggregate (16) angetrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hydraulikmaschine mit fest vorgegebenem drehzahl­ proportionalem Förderstrom verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung (11) in Abhängigkeit vom Ladedruck des Hydrospeichers (19) und/oder in Abhängigkeit vom Fahr­ zustand des Fahrzeuges geschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidkreislauf gekühlt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung des Hydrospeichers (19) unter Ausnutzung der kinetischen Energie des Fahrzeugs in der Weise erfolgt, daß beim Bremsvorgang die Trennkupp­ lung (11) geschlossen wird und die Hydraulikmaschine (9) auf Pumpbetrieb geschaltet und das Fluid drucklos im Kreis­ lauf gefördert wird, daß der Druck im Fluidkreislauf in Abhängigkeit vom Druck im Bremssystem erhöht wird und bei einem Überschreiten des Drucks im Bremssystem gegenüber dem Ladedruck im Hydrospeicher (19) das Fluid in den Hydro­ speicher (19) gefördert wird und bei Erreichen des Lade­ drucks des Hydrospeichers der Ladedruck während des weiteren Bremsvorganges im Fluidkreislauf bei einem weiteren Anstei­ gen des Drucks im Bremssystems gehalten und bei einem Absinken des Drucks im Bremssystems unabhängig vom Lade­ druck abgesenkt wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, zum Antreiben von Nebenaggregaten (16) eines Kraftfahrzeugs, die eine an den Fahrzeugmotor (1) über eine schaltbare Trennkupplung (11) angeschlossene, mit den Nebenaggregaten (16) in Wirkverbindung stehende Hydraulikmaschine (9) aufweist, die mit einem Ausgleichs­ behälter (18) einerseits und mit einem Hydrospeicher (19) andererseits über eine Förderleitung (17) in Verbindung steht, in der zwischen Ausgleichsbehälter (18) und Hydrau­ likmaschine (9) ein erstes Rückschlagventil (21) und zwi­ schen Hydrospeicher (19) und Hydraulikmaschine (9) ein zweites Rückschlagventil (22) angeordnet ist, wobei zwischen beiden Rückschlagventilen (21, 22) eine die Hydraulikma­ schine (9) überbrückende erste Bypassleitung (23) angeordnet ist, die ein steuerbares Druckregelventil (24) aufweist, wobei ferner der Förderleitung (17) eine zweite Bypasslei­ tung (27) zugeordnet ist, die das zweite Rückschlagventil (22) und die Hydraulikmaschine (9) überbrückt, die mit einem schaltbaren Sperrventil (28) versehen ist und wobei ferner der Förderleitung (17) eine dritte Bypassleitung (29) zugeordnet ist, die das erste Rückschlagventil (21) und die Hydraulikmaschine (9) überbrückt und mit einem schaltbaren Sperrventil (30) versehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der ersten Bypassleitung (23) ein Kühler (26) für das Fluid angeordnet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikmaschine (9) als Konstantfördermaschine mit drehzahlproportionalem Förderstrom ausgebildet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckregelventil (24) antriebsseitig an eine Druckleitung des hydraulischen Bremssystems des Kraftfahrzeugs und/oder an eine Betätigungseinrichtung des Fahrzeugbremssystems angeschlossen ist.

10. Anordnung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuerkolben (31) des Druckregelventils (24) regelseitig den Durchfluß der ersten Bypassleitung (23) nicht vollständig schließt und daß in der ersten Bypass­ leitung (23) zusätzlich ein steuerbares Sperrventil (25) angeordnet ist.