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Dokumentenidentifikation DE4040576A1 27.06.1991
Titel Antriebsvorrichtung
Anmelder Zahnradfabrik Friedrichshafen AG, 7990 Friedrichshafen, DE
Erfinder Raue, Reimund, 7990 Friedrichshafen, DE
DE-Anmeldedatum 19.12.1990
DE-Aktenzeichen 4040576
Offenlegungstag 27.06.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.06.1991
IPC-Hauptklasse F02B 33/16
IPC-Nebenklasse F02D 23/00   F02B 39/12   
Zusammenfassung Bei einer Antriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor (3) kann auf Ladebetrieb umgeschaltet werden. Ein Kreiselverdichter (15) ist über eine Trennkupplung (11) bei Erreichen einer Umschaltstellung (U) eines Steuerglieds (24) zuschaltbar. Die Umschaltstellung (U) ist von der Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds (24) abhängig. Bei Beschleunigungsvorgängen ist somit ein verzögerungsfreies Zuschalten des Kreiselverdichters (15) möglich.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Verbrennungsmotor und einem über einen Drehzahlvariator und eine Trennkupplung antreibbaren Verdichter, der bei Erreichen einer Umschaltstellung eines Steuerglieds durch Betätigen der Trennkupplung im Schließsinne zugeschaltet und somit auf Ladebetrieb umgeschaltet wird.

Es ist allgemein bekannt, daß das von einem Verbrennungsmotor, z. B. einem Otto-Motor, erzeugte Drehmoment bei einer bestimmten Motordrehzahl ein Maximum aufweist. Dieses Drehmoment fällt sowohl bei niedrigeren als auch höheren Drehzahlen ab. Diese Drehzahl-Drehmoment- Kennlinie hat zur Folge, daß im unteren Drehzahlbereich die Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs zu wünschen übrig läßt. Durch die Aufladung eines Verbrennungsmotors läßt sich der Drehmomentverlauf so beeinflussen, daß ohne Hubraumvergrößerung des Verbrennungsmotors eine höhere Leistung erzielt werden kann.

Es ist bekannt, den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einem Kreiselverdichter aufzuladen, der von der Motorwelle über einen Drehzahlvariator mit einem Keilriemen und geteilten Riemenscheiben angetrieben wird (Prospekt: "Mechanischer Kreisellader MKL" der Zahnradfabrik Friedrichshafen AG, Impressum F5/21 GF 8 72 008).

Es ist ferner bekannt, einen Kreiselverdichter mittels einer Trennkupplung in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerglieds, z. B. eines Gaspedals, zuoder abzuschalten (EP-B1-01 98 312). Bei dieser Antriebsvorrichtung wird die Stellung einer Drosselklappe in der Ansaugleitung in Abhängigkeit des zurückgelegten Weges des Steuerglieds verändert, wobei gleichzeitig die Trennkupplung betätigt wird. Beim Beschleunigungsvorgang eines Kraftfahrzeugs kommt es bei dieser Anordnung zu unerwünschten Verzögerungen, da die Umschaltstellung erst nach Zurücklegen einer bestimmten Wegstrecke des Steuerglieds erreicht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung nach dem Gattungsbegriff so zu verbessern, daß insbesondere ein verzögerungsfreies Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, die Umschaltstellung, bei der der Verdichter durch Betätigen der Trennkupplung im Schließsinne zugeschaltet wird, von der Geschwindigkeit oder der Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds, z. B. eines Gaspedals, abhängig zu machen. Die Umschaltstellung wird somit durch die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung des Steuerglieds bestimmt. Dies hat in erster Linie den Vorteil, daß der Kreiselverdichter durch Betätigen der Trennkupplung im Schließsinne unverzüglich zugeschaltet und somit auf Ladebetrieb umgestellt wird, wenn das Steuerglied beschleunigt betätigt wird. Im Gegensatz zu einer rein wegeabhängigen Bestimmung der Umschaltstellung werden mit der erfindungsgemäßen Lösung unerwünschte Verzögerungen beim Beschleunigungsvorgang eliminiert.

Bei einem Otto-Motor mit einer Drosselklappe, deren Stellung den wirksamen Querschnitt einer Ansaugleitung bestimmt, ist es vorteilhaft, die Trennkupplung so zu betätigen, daß bei gleichzeitigem Vorliegen bestimmter Bedingungen die Trennkupplung nicht geschlossen bzw. die geschlossene Trennkupplung geöffnet wird. Zu den genannten Bedingungen zählt ein bestimmter Öffnungswinkel der Drosselklappe und ein bestimmter Geschwindigkeits- oder Beschleunigungswert des Steuerglieds. Liegen diese Werte unterhalb vorgegebener Werte, so wird der Verbrennungsmotor nicht auf Ladebetrieb umgeschaltet bzw. es wird auf Ansaugbetrieb zurückgeschaltet. Der Öffnungswinkel der Drosselklappe kann hier beispielsweise bei ca. 50 Prozent liegen, während gleichzeitig keine Betätigung des Steuerglieds oder eine Betätigung des Steuerglieds mit einer nur relativ geringen Beschleunigung erfolgt.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal wird die Trennkupplung bei Überschreiten eines vorgegebenen Öffnungswinkels der Drosselklappe nicht im Schließsinne betätigt. Dieser Bereich erstreckt sich bis zum maximalen Öffnungswinkel der Drosselklappe. Ebenso wird innerhalb dieses Bereichs eine geschlossene Trennkupplung geöffnet. Der vorgegebene Öffnungswinkel der Drosselklappe kann bei ca. 80 Prozent liegen, so daß im Bereich bis zum maximalen Öffnungswinkel kein Ladebetrieb möglich ist.

Sofern ein elektronisches Steuergerät zur Betätigung der Drosselklappe und der Trennkupplung eingesetzt wird, wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, einen programmierbaren Speicher zur Vorgabe von Parametern, wie Öffnungswinkel der Drosselklappe, und zumindest einen Beschleunigungswert des Steuerglieds vorzusehen.

Weitere wesentliche Merkmale und die daraus resultierenden Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu entnehmen.

Eine Ansaugleitung 1 führt zu einem Gemischverteiler 2 eines vierzylindrigen Verbrennungsmotors 3. Bei dem Verbrennungsmotor 3 handelt es sich um einen Otto-Motor. Die erfindungsgemäße Anordnung kann jedoch prinzipiell auch bei einem Diesel-Motor verwirklicht werden. Dem Verbrennungsmotor 3 ist ein Abgassammler 4 zugeordnet.

Eine Abtriebswelle 5 steht mit einem selbst nicht dargestellten Getriebe in treibender Verbindung. Auf der gegenüberliegenden Seite des Verbrennungsmotors befindet sich eine Antriebswelle 6 eines Drehzahlvariators 7. Eine Primärscheibe 8 des Drehzahlvariators 7 treibt über einen Riemen 9 eine Sekundärscheibe 10 an.

Durch Betätigen einer elektromagnetischen Trennkupplung 11 wird eine drehfeste Verbindung zwischen der Sekundärscheibe 10 und einer Eingangswelle 12 eines Hochtreiber-Planetengetriebes 13 hergestellt. Eine Sonnenradwelle 14 dient zum Antrieb eines Kreiselverdichters 15, der innerhalb der Saugleitung 1 liegt.

Bei Leerlauf und bei niedrigen Motordrehzahlen dreht die Sekundärscheibe 10 schneller als die Primärscheibe 8, und zwar im Verhältnis 2 : 1. Bei maximaler Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 erreicht das Übersetzungsverhältnis in der Regel den Wert von 1 : 0,8. Da die Ausgangsdrehzahl der Sekundärscheibe 10 für den Betrieb des Kreiselverdichters 15 nicht ausreicht, weist das Hochtreiber-Planetengetriebe ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 15 auf.

In der Ansaugleitung 1 befindet sich ein Vergaser 16 mit einer Saugöffnung 17. Eine Drosselklappe 18 ist mit Hilfe eines Stellmotors 19 von ihrer Schließstellung bis zu einem maximalen Öffnungswinkel betätigbar.

Den Eingang der Ansaugleitung 1 bildet ein Luftfilter 20.

Der Stellmotor 19 zur Betätigung der Drosselklappe 18 ist über Signalleitungen 21 an ein elektronisches Steuergerät 22 angeschlossen.

Eine weitere Signalleitung 23 führt von einem Steuerglied 24 - im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies ein Gaspedal - zum elektronischen Steuergerät 22. Das Steuerglied 24 steht mit einem Beschleunigungsgeber 25 in Verbindung, mit dem die Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds 24 erfaßt und über die Signalleitung 23 dem elektronischen Steuergerät 22 mitgeteilt werden kann.

Eine Signalleitung 26 führt vom Steuergerät 22 zur elektromagnetischen Trennkupplung 11.

An das Steuergerät 22 können zusätzliche Signalleitungen zur Erfassung weiterer Parameter angeschlossen sein.

Bei der beschriebenen Antriebsvorrichtung folgt eine Betätigung der Trennkupplung 11 zum Antrieb des Kreiselverdichters 15 bei Erreichen einer Umschaltstellung U des Steuerglieds 24. Mit dem Erreichen der Umschaltstellung wird von Ansaug- auf Ladebetrieb umgeschaltet. Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß keine definierte Wegstrecke des Steuerglieds 24 bis zum Erreichen der Umschaltstellung zurückgelegt werden muß. Die Umschaltstellung U ist vielmehr von der Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds 24 abhängig. Dieser Beschleunigungswert wird vom Beschleunigungsgeber 25 erfaßt und dem elektronischen Steuergerät 22 mitgeteilt. Wird das Steuerglied 24 beschleunigt betätigt, wird die Trennkupplung 11 praktisch verzögerungsfrei geschlossen, so daß der Kreiselverdichter unmittelbar zugeschaltet wird. Ein Beschleunigungsvorgang ist somit praktisch verzögerungsfrei möglich.

Mit 27 ist die Position des Steuerglieds 24 angedeutet, die einem kleinen bis mittleren Öffnungswinkel der Drosselklappe 18 entspricht. Dieser Wert kann beispielsweise bei 50 Prozent des maximalen Öffnungswinkels liegen.

Mit 28 ist die Position des Steuerglieds 24 angedeutet, bei dem der Öffnungswinkel der Drosselklappe 18 ca. 80 Prozent des maximalen Öffnungswinkels ausmacht.

Die Trennkupplung 11 wird nicht geschlossen bzw. die geschlossene Trennkupplung 11 wird geöffnet, wenn der Öffnungswinkel der Drosselklappe 18 und die Beschleunigung des Steuerglieds 24 im Sinne eines Gasgebens unterhalb vorgegebener Werte liegen. Somit wird der Verbrennungsmotor 3 im unteren Drehzahlbereich und ohne zu beschleunigen nicht im Ladebetrieb betrieben.

Bei Überschreiten eines vorgegebenen Öffnungswinkels (mit der Bezugsziffer 28 bezeichnet), bis zum Erreichen des maximalen Öffnungswinkels der Drosselklappe 18, erfolgt ebenfalls kein Ladebetrieb des Verbrennungsmotors 3.

Das elektronische Steuergerät 22 ist mit einem programmierbaren Speicher bestückt. Hier können bestimmte Öffnungswinkel der Drosselklappe 18 vorgegeben werden. Der Speicher enthält zumindest eine Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit (Beschleunigungswert) des Steuerglieds 24.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung sieht vor, die Geschwindigkeit der Lageveränderung, d. h. die zurückgelegte Wegstrecke pro Zeiteinheit des Steuerglieds 24, zu erfassen. Anstelle eines Beschleunigungsgebers 25 ist dann eine Meßeinrichtung für die Geschwindigkeit des Steuerglieds vorzusehen.

Wie eingangs erwähnt, kann anstelle eines Otto-Motors ein Dieselmotor Verwendung finden. Das Steuerglied 24 ist dann ein Fahrpedal, und die Drosselklappe 18 wird durch die Vorrichtung zur Fördermengensteuerung der Einspritzpumpe ersetzt.

Der Verdichter ist an keine bestimmte Bauart gebunden. Anstelle eines Kreiselverdichters kann beispielsweise ein Roots-Gebläse oder ein G-Lader eingesetzt werden. Das Abschalten des Verdichters im Zuge der Umschaltung vom Lade- auf den Ansaugbetrieb erfolgt im praktischen Betrieb nicht schlagartig. Der Übergang hat Hysterese- Charakteristik.

Bezugszeichen

1 Ansaugleitung

2 Gemischverteiler

3 Verbrennungsmotor

4 Abgassammler

5 Abtriebswelle

6 Antriebswelle

7 Drehzahlvariator

8 Primärscheibe

9 Riemen

10 Sekundärscheibe

11 Trennkupplung

12 Antriebswelle

13 Hochtreiber-Planetengetriebe

14 Sonnenradwelle

15 Kreiselverdichter

16 Vergaser

17 Saugöffnung

18 Drosselklappe

19 Stellmotor

20 Luftfilter

21 Signalleitungen

22 Steuergerät

23 Signalleitungen

24 Steuerglied

25 Beschleunigungsgeber

26 Signalleitung

27 Zwischenstellung

28 Zwischenstellung


Anspruch[de]
  1. 1. Antriebsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Verbrennungsmotor (3) und einem über einen Drehzahlvariator (7) und eine Trennkupplung (11) antreibbaren Verdichter (15), der bei Erreichen einer Umschaltstellung (U) eines Steuerglieds (24) durch Betätigen der Trennkupplung (11) im Schließsinne zugeschaltet und somit auf Ladebetrieb umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltstellung (U) von der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds (24) abhängig ist.
  2. 2. Antriebsvorrichtung mit einer Drosselklappe (18), mit der der wirksame Querschnitt einer Ansaugleitung (1) in Abhängigkeit der Stellung des Steuerglieds (24) verändert wird, nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung (11) bei gleichzeitigem Vorliegen folgender Bedingungen nicht im Schließsinne betätigbar ist bzw. die geschlossene Trennkupplung (11) geöffnet wird:
    1. a) der Öffnungswinkel der Drosselklappe (18) und
    2. b) die Geschwindigkeit oder die Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds (24) liegen unterhalb vorgegebener Werte.
  3. 3. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 1, 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung (11) bei Überschreiten eines vorgegebenen Öffnungswinkels bis zum Erreichen des maximalen Öffnungswinkels der Drosselklappe (18) nicht im Schließsinne betätigbar ist bzw. die geschlossene Trennkupplung (11) geöffnet wird.
  4. 4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Öffnungswinkel ca. 80 Prozent des maximalen Öffnungswinkels der Drosselklappe (18) beträgt.
  5. 5. Antriebsvorrichtung mit einem elektronischen Steuergerät (22) zur Betätigung der Drosselklappe (18) und der Trennkupplung (11) in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerglieds (24), nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (22) einen programmierbaren Speicher (EEPROM) zur Speicherung von Öffnungswinkeln der Drosselklappe (18) und zumindest einer Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds (24) aufweist.
  6. 6. Antriebsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Verbrennungsmotor (3) und einem über einen Drehzahlvariator (7) und eine Trennkupplung (11) antreibbaren Verdichter (15), der bei Erreichen einer Umschaltstellung (U) eines Steuerglieds (24) durch Betätigen der Trennkupplung (11) im Schließsinne zugeschaltet und somit auf Ladebetrieb umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltstellung (U) von der Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds (24) abhängig ist.






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