DE3044422A1

DE3044422A1 - Kraftfahrzeug mit einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3044422A1
Application number: DE19803044422
Authority: DE
Inventors: Richard van 7100 Heilbronn Basshuysen; Max 7107 Neckarsulm Ruf; Dietrich Prof. Dr. 7124 Bönnigheim Schmidt
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1980-11-26
Filing date: 1980-11-26
Publication date: 1982-06-03
Also published as: JPS6328803B2; DE3044422C2; US4427150A; JPS57164805A

Description

Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine der genannten Art arbeitet die Heizanlage zufriedenstellend, so lange die im allgemeinen von der Brennkraftmaschine abgegebene Wärmemenge zum Aufheizen der Heizanlage ausreicht. Nun hat sich aber gezeigt, daß bei Brennkraftmaschinen, die sich (■ durch ein günstiges Verbrauchsverhalten und somit durch einen

hohen Wirkungsgrad auszeichnen, die abgegebene Wärmemenge - insbesondere im Leerlauf und im unteren Teillastbereich der Brennkraftmaschine - häufig nicht ausreicht, um bei tiefen Außentemperaturen eine ausreichende Heizleistung für die Heizanlage zu erreichen und somit die Beheizung des Fahrgastraumes sicherzustellen, Es sind deshalb Zusatzheizungen bekannt, die den Zweck haben, die unzureichende Wärmemenge der Brennkraftmaschine auf die für die Heizanlage erforderliche Heizleistung zu erhöhen. Diese Zusatzheizungen arbeiten beispielsweise entweder mit einem Kraftstoffbrenner oder werden mit einer elektrischen Wirbelstrombremse betrieben.

Aus der US-PS 27 ^9 04°. ist beispielsweise eine Heizanlage bekannt, bei der im Heizkreis eine Wirbelstrombremse vorgesehen ist, die als zeitweilige Zusatzheizung für die Heizflüssigkeit dient und als ein zusätzlich angeordnetes, mit eigenem Antrieb versehenes Aggregat ausgebildet ist. Mit einer derartigen Heizanlage ist es zwar möglich, die Heizflüssigkeit für Heizzwecke zusätzlich aufzuheizen, doch ist für die Unterbringung der aus mehreren Bauteilen bestehenden vollständigen Heizanlage ein beträchtlicher Bauraum im Kraftfahrzeug bzw. an der Brennkraftmaschine erforderlich.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Heizanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, die mit geringem Aufwand eine zusätzliche Aufheizung der Heizflüssigkeit bei niedrigen Außentemperaturen ermöglicht.

Die Aufgabe wird ,nach einem Vorschlag der Erfindung dadurch gelost, daß der Drehstromgenerator flüssigkeitsgekühlt ist, seine von Kühlflüssigkeit durchströmten Räume in den Heizkreis einschaltbar sind, auf seinem Rotor ein Pumpenrad zur Förderung der Flüssigkeit durch den Heizkreis angebracht ist und seine Ständer- bzw. Feldwicklungen kurzschließbar sind.

Durch diese Lösung, bei welcher der Drehstromgenerator als Wirbelstrombremse schaltbar und mit der Flüssigkeitspumpe zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist, ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau und eine geringen Raumbedarf beanspruchende Anordnung, für die ein einziger gemeinsamer Antrieb ausreichend ist. Der besondere Vorteil dieser Ausführung besteht jedoch darin, daß vom Drehstromgenerator entweder elektrische Energie geliefert oder bei Bedarf die Funktion einer Wirbelstrombremse hergestellt werden kann, deren erzeugte Wärme direkt in die den Generator umgebende Kühlflüssigkeit übergeht und vom Pumpenrad unmittelbar in Umlauf gebracht werden kann. Durch die vorgesehene Kühlung ist auch der Generator selbst höher belastbar, dessen bei Betrieb entstehende Erwärmung schließlich ebenfalls dem Kuhlflussigkeitskreislaüf zugute kommt. Durch diesen Vorschlag entfällt außerdem die übliche Notwendigkeit, nämlich den Generator außerhalb der Brennkraftmaschine anzuordnen.

Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung kann die Aufgabe dadurch gelöst werden, daß der Drehstromgenerator ein flüssigkeitsgekühlter Drehstrom-Asynchrongenerator ist,

seine von Kühlflüssigkeit durchströmten Räume in den Heizkreis einschaltbar sind, auf seinem Rotor ein Pumpenrad zur Förderung der Flüssigkeit durch den Heizkreis angebracht ist, und zur Erzeugung des Erregerstromes für die Spulen des Drehstrom-Asynchrongenerators aus der Fahrzeugbatterie eine Halbleiterschaltung vorgesehen ist, die zwei gegensinnig arbeitende Halbleiterschalter pro Spule aufweist, von denen der erste zwischen der Spule und dem Pluspol und der zweite zwischen der Spule und Masse liegt, wobei wahlweise der Ansteuerstrom für die beiden jeweils einer Spule zugeordneten Halbleiterschalter ein Wechselstrom ist, der aus dem Batterie-

f gleichstrom durch einen Oszillator, einen nachgeschalteten

Teiler zur Erzeugung von mindestens drei elektrisch um 120 versetzten Steuerspannungen, eine für jede Spule, erzeugt ist, so daß die ersten und zweiten Halbleiterschalter abwechselnd leitend und nichtleitend sind, oder der Ansteuerstrom für die ersten Halbleiterschalter ein Gleichstrom, ggf. ein getakteter Gleichstrom hoher Frequenz,ist, während der Ansteuerstrom für die zweiten Halbleiterschalter Null ist, so daß alle ersten Halbleiterschalter leitend und alle zweiten Halbleiterschalter nichtleitend sind, oder mindestens zwei der ersten Halbleiterschalter und mindestens einer der zweiten Halbleiterschalter leitend ist. Durch die vorgeschlagene Schaltung wird ermöglicht, daß die Wicklungen bzw.

V^- die Spulen des Drehstrom-Asynchrongenerators sowohl für die

Erzeugung von Drehstrom als auch für die Erzeugung von Wirbelströmen für den Heizbetrieb verwendet werden können. Ausserdem kann durch diese Lösung die Verkettung der Wicklungsstränge sowohl in Stern- als auch Dreieckschaltung erfolgen.

Die Aufgabe kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung aber auch dadurch gelöst werden, daß der Drehstromgenerator ein flüssigkeitsgekuhlter Drehstrom-Asynchrongenerator ist, seine von Kühlflüssigkeit durchströmten Räume in den Heizkreis einschaltbar sind, auf seinem Rotor ein Pumpenrad zur

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Förderung der Flüssigkeit durch den Heizkreis angebracht ist, zur Erzeugung des Erregerstromes für die Spulen des Drehstrom-Asynchrongenerators aus der Fahrzeugbatterie eine Halbleiterschaltung vorgesehen ist, die zwei gegensinnig arbeitende Halbleiterschalter pro Spule aufweist, von denen einer zwischen der Spule und dem Pluspol und der andere zwischen der Spule und Masse liegt, der Ansteuerstrom für die Halbleiterschalter ein Wechselstrom ist, der aus dem Batteriegleichstrom durch einen Oszillator mit nachgeschaltetem Teiler zur Erzeugung von mindestens drei elektrisch um 120 versetzten Steuerspannungen, eine für jede Spule, erzeugt ist, so daß (^ die beiden einer Spule zugeordneten Halbleiterschalter abwechselndleitend und nichtleitend sind, und die Anschlüsse von zwei Spulen zwecks Umkehrung des Drehfeldes umschaltbar sind. Auch bei dieser Ausführung werden durch Umpolen des Drehstromfeldes des Drehstrom-Asynchrongenerators Wirbelströme erzeugt, die eine Erwärmung der Kühlflüssigkeit herbeiführen.

Die die magnetischen Feldlinien leitenden Bauteile des Drehstromgenerators können aus ferromagnetischen Werkstoffen bestehen. Durch die Verwendung derartiger Werkstoffe, welche die Eigenschaft besitzen, auch bei hohen Frequenzen mit kleinen Verlusten zu arbeiten, kann die Baugröße des Generators ^ und somit das Gewicht und das Schwungmoment verringert werden.

Bei einem Kraftfahrzeug mit einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine kann der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine in an sich bekannter Weisa an den Heizkreis anschaltbar sein und das auf dem Rotor angebrachte Pumpenrad zur Förderung der Flüssigkeit sowohl durch den Heizkreis als auch durch den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine verwendet werden.' Wenn der Drehstromgenerator als Wirbelstrombremse geschaltet ist, tritt eine entsprechende Belastung der Brennkraftmaschine ein, die zu einer schnelleren Erwärmung der Brennkraftmaschine selbst führt, so daß der Drehstromgenerator .nur dann und auch

verhältnismäßig kurzzeitig als Wirbelstrombremse arbeiten muß, solange ein Wärmedefizit vorhanden ist.

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn in der Halbleiterschaltung VMOS-Transistoren verwendet werden. Derartige Transistoren zeichnen sich durch einen günstigen Widerstand, eine bessere Leistungsverstärkung, kürzere Ein- und Ausschaltzeiten sowie größere Überlastbarkeit aus.

Die Spulen des Drehstromgenerators zur Erzeugung des Erregerstromes können geschaltet sein, wenn ein über den Zündschalter geführter Stromkreis geschlossen ist, in welchem ein erster, bei niedriger Außentemperatur geschlossener Schalter, ein zweiter bei niedriger Kühl- bzw. Heizflüssigkeitstemperatur geschlossener Schalter, ein dritter bei Teillast der Brennkraftmaschine geschlossener Schalter, ein vierter bei langsamer Drehzahl der Brennkraftmaschine geschlossener Schalter, ein fünfter in einem unteren Gang des Schaltgetriebes geschlossener Schalter, ein sechster bei Wärmebedarf im Fahrgastraum geschlossener Schalter und ein siebenter bei einer für die Abgabe an die Verbraucher ausreichenden Kapazität der Batterie geschlossener Schalter vorgesehen ist. Das bedeutet, daß die Wirbelstrombremse und somit die Zusatzheizung in Tätigkeit gesetzt und Wärme an die Heizanlage abgegeben wird, sobald diese Betriebszustände vorliegen. Wird einer dieser Betriebszustände nicht erfüllt bzw. nicht erreicht, wird die Wirbelstrombremse außer Betrieb gesetzt und keine Zusatzwärme erzeugt.

Zur Übertragung der Betriebsparameter kann der erste Schalter mit einem die Außentemperatur wahrnehmenden Temperaturfühler, der zweite Schalter mit einem an der Brennkraftmaschine angeordneten Temperaturfühler, der dritte Schalter mit dem Gasgestänge für die Brennkraftmaschine, und der fünfte Schalter mit dem Schaltgetriebe und der siebente Schalter mit der Batterie in Verbindung stehen.

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Bei einem Kraftfahrzeug mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine kann der vierte Schalter mit dem Unterbrecher zur Wahrnehmung der Drehzahl in Verbindung stehen.

Wenn ein Kraftfahrzeug dagegen eine selbstzündende Brennkraftmaschine aufweist, kann der vierte Schalter mit der Einspritzpumpe zur Wahrnehmung der Drehzahl in Verbindung stehen.

Zur Erzielung einer zuverlässigen Funktion ist es zweckmäßig, daß die Schalter durch Elektromagneten betätigbar sind.

Eine Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in folgendem unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die Gesamtansicht einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlflüssigkeits- und Heizkreislauf sowie zugehöriger Steuerung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen im Kühlflüssigkeitskreislauf angeordneten Drehstromgenerator, der mit einer Kühlflüssigkeitspumpe eine Baueinheit bildet,

Fig. 3 ein Schaltbild für die Spulen eines Drehstrom-Asynchrongenerators in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 4 ein Schaltbild für die Spulen eines Drehstrom-Asynchrongenerators in einer zweiten Ausführungsform, und

Fig. 5 ein Schaltbild in einer dritten Ausführungsform, jedoch für die Spulen eines gleichstromerregten Drehstromgenerators.

In der in Fig. 1 gezeigten schematischen Gesamtansicht ist mit 1 eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges bezeichnet, dessen Fahrgastraum mit einer Heizeinrichtung ausgestattet ist. Die Heizeinrichtung wird von einem Luft-Wasser-Wärmetauscher 2 gebildet, der über einen Heizkreis an den Kühlflussigkextskreislauf der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen ist. Dieser Kühlflussigkextskreislauf besteht im wesentlichen aus einer aus der Brennkraftmaschine 1 austretenden Kühlflüssigkeitsleitung 3» die über ein Thermostatventil k geführt ist und in einen Kühler 5 mündet. An den Kühler 5 schließt sich

Γ eine" Kühlflüssigkeitsleitung 6 an, die mit ednervon dem Ihermo-

statventil k ausgehenden, den Kühler 5 umgehenden Bypassleitung 7 verbunden ist und in einer Kühlflüssigkeitspumpe 8 mündet, die für den Umlauf der Kühlflüssigkeit durch die Kühlräume der Brennkraftmaschine 1 und durch den Heizkreis des Wärmetauschers 2 vorgesehen ist. Über eine den Heizkreis bildende, von der Brennkraftmaschine 1 ausgehenden Zuflußleitung 9 und eine in die Kühlflüssigkeitsleitung 6 mündende Rücklaufleitung 10 ist der Wärmetauscher 2 an den Kühlflussigkextskreislauf der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen. Von der Kühlflüssigkeitspumpe 8, die direkt an der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist und von dieser beispielsweise über einen Zahnriementrieb 11 angetrieben wird, gelangt

^- die Kühlflüssigkeit unmittelbar in die Brennkraftmaschine

Die Kühlflüssigkeitspumpe 8 bildet mit einem Drehstrom-Asynchrongenerator 12 eine Baueinheit, wobei der Generator 12 derart ausgebildet ist, daß seine Spulen und sein Läufer von Kühlflüssigkeit umspült sind. Die Feldspulen des Generators 12 stehen über eine Leitung 13 und. eine Steuereinrichtung· Ik mit einer Stromquelle bzw. Batterie 15 in Verbindung. Im Normalbetrieb wird im Generator 12 Strom erzeugt, der auf übliche Weise an das elektrische Bordnetz bzw. die' Verbraucher des Kraftfahrzeuges abgegeben wird. Die Steuereinrich-

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tung lk kann andererseits mit Hilfe eines Steuerstromkreises l6 derart beeinflußt werden, daß die Feldspulen des Generators 12 umgepolt werden, um den Generator als Wirbelstrombremse zu betreiben und Wärme zu erzeugen, die direkt in die Kühlflüssigkeit übergeht.

Im Steuerstromkreis l6 sind sieben Schalter 17, l8, 19» 20, 21, 22 tind 23 in Reihe hintereinander angeordnet, die im geöffneten Zustand dargestellt sind. Der Schalter 17 steht unmittelbar mit der Batterie I5 in Verbindung und wird von einem Elektromagneten 24 geschlossen, wenn die Batterie 15 ei-

t ' ne ausreichende Kapazität für die elektrischen Verbraucher

im Kraftfahrzeug aufweist. Der Schalter l8 steht mit dem Schalthebel 25 des Schaltgetriebes in Verbindung und wird von einem Elektromagneten 26 geschlossen, wenn ein kleiner Gang, zum Beispiel der erste oder der zweite Gang, eingelegt ist. Der Schalter 19 ist mit dem Gaspedal 27 oder einem von diesem zur Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine 1 führenden Gestänge verbunden und wird von einem, eine Verzögerungscharakteristik aufweisenden Elektromagneten 28 derart betätigt, daß der Schalter I9 bei Betätigung des Gaspedals 27 unter normalen Betriebsbedingungen geschlossen und lediglich bei einer beabsichtigten stärkeren Beschleunigung durch

v- kräftiges Niederdrücken des Gaspedales 27 bzw. durch einen

Kick-down geöffnet ist. Der Schalter 20 steht unter dem Einfluß eines symbolisch angedeuteten Drehzahlreglers 29 und wird von einem Elektromagneten 3O geschlossen, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 niedriger ist als etwa ein Drittel der Höchstdrehzahl. Der Schalter 21 ist über eine Leitung 3I mit einem Temperaturfühler 32 verbunden, der beispielsweise im Zylinderblock der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist, und wird von einem Elektromagneten 33 geschlossen, wenn die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine von beispielsweise 85 C unterschritten wird. Der Schalter 22 ist mit einem Temperaturfühler %k verbunden und wird von einem

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Elektromagneten 35 geschlossen, vrenn die Außentemperatur auf einen Wert gesunken ist, der ein Heizen des Fahrgastraumes als sinnvoll erscheinen läßt. Der Schalter 23 ist über eine Leitung 36 mit einem Heizungsregler 37, der in der Zuflußleitung 9 liegt, verbunden, und wird von einem Elektromagneten 38 geschlossen, wenn im Fahrgastraum aufgrund eines Wärmebedarfs der Heizungsregler 37 geöffnet ist.

Bei geschlossenem Steuerstromkreis l6 wird ein Schalter 82, 82' bzw. 9^ beispielsweise elektromagnetisch geschlössen, der in der Steuereinrichtung lA angeordnet ist,und durch den - wie später beschrieben - der Generator 12 in eine Wirbelstrombremse umgepolt wird. Ein zusätzliches Heizen über die Wirbelstrombremse findet demnach nur bei geschlossenem Steuerstromkreis l6 statt, das heißt, wenn die genannten Betriebsbedingungen vorliegen, in denen von der Brennkraftmaschine 1 nur eine schlechte Heizleistung aufgebracht wird. Da die Wirbelstrombremse bei Betrieb eine bestimmte Lei-l·- stungaufnimmt, tritt eine höhere Belastung der Brennkraftmaschine 1 ein,' die zu einer schnelleren Erwärmung der Brennkraftmaschine 1 selbst führt. Wenn dagegen bei einer beabsichtigten stärkeren Beschleunigung durch kräftiges Niedertreten des Gaspedals 25 der Kick-down ausgelöst, also die volle Leistung der Brennkraftmaschine gefordert wird, wird der Steuerstromkreis l6 vom Schalter I9 unterbrochen. Die Wirbelstrombremse wird aber auch dann außer Betrieb gesetzt ,bzw. zu einem Generator umgepolt, wenn die anderen Betriebsbedingungen von den vorher erwähnten abweichen, und infolgedessen einer oder mehrere der anderen Schalter I7, l8, 20, 21, 22 und 23 geöffnet wird.

In der Zuflußleitung 9 ist eine Umwälzpumpe 39 angeordnet, deren Motor über eine Leitung ^O an die Steuereinrichtung lk angeschlossen ist. Bei vorübergehendem Stillstand der Brennkraftmaschine 1 wird die Umwälzpumpe 39 in Betrieb gesetzt.

Die als Wärmeträger dienende Kühlflüssigkeit wird dadurch umgewälzt und über den Wärmetauscher 2 geführt, so daß der Fahrgastraum weiterhin beheizt wird. Über einen nicht näher gezeigten Temperaturschalter wird die Umwälzpumpe 39 jedoch abgeschaltet um ein Unterschreiten der Kühlflüssigkeitstemperatur und ein Abkühlen der Brennkraftmaschine zu vermeiden.

Die Fig. 2 zeigt den Drehstrom-Asynchrongenerator 12, der mit der Kühlflussigkeitspumpe 8 zu einer Baueinheit zusammengefaßt und, in einem Pumpengehäuse 4l angeordnet, direkt an dem Gehäuse der Brennkraftmaschine 1 angeflanscht ist und weitgehend in das Gehäuse hineinragt. Im Pumpengehäuse kl ist in Lagerstellen 42 die Antriebswelle 43 gelagert, die gegenüber dem Innenraum 44 des Pumpengehäuses 4l über einen Dichtring 45 abgedichtet ist und mit einer Riemenscheibe k6 - zum Beispiel für einen Zahnriemen - fest verbunden ist. Ebenfalls mit der Antriebswelle 43 fest verbunden ist ein topfförmiger Rotor 47, der auf seiner dem Gehäuse der Brennkraftmaschine 1 zugewandten radial verlaufenden Stirnseite 48 die Schaufeln des Pumpenrades 49 der Kühlflussigkeitspumpe 8 trägt. In seiner innneren Umfangsfläche 50 des sich vom Pumpenrad 49 erstreckenden rohrförmigen Mantels 51 nimmt der Rotor 47 den Kurzschlußläufer 52 des Drehstromgenerators auf. Der Kurzschlußläufer 52 weist einen Käfig auf, der von zwei

^ Ringen 53 und diese verbindende Stäbe 54 gebildet wird, die

aus Kupfer oder Aluminium bestehen und in entsprechenden Nuten des beispielsweise aus Grauguß oder Dynamoblechen hergestellten Mantels 51 eingelassen sind. Der Kurzschlußläufer 52 umgibt den Spulenkern 55 mit den Spulen 56. Der Spulenkern 55 besteht beispielsweise ebenfalls aus Grauguß oder Dynamoblechen und ist im Pumpengehäuse kl feststehend angeordnet. Der Rotor 47 und die Spulen 5° sind ständig von Kühlflüssigkeit umgeben, welche bei Umlauf des Rotors aus dem Saugraum 57, in dem die Kühlflüssigkeitsleitung 6 (Fig. 1) mündet, in

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den Hohlraum 58 des Gehäuses der Brennkraftmaschine gefördert wird. Da bei Umlauf im Hohlraum 58 ein höherer Druck herrscht als im Saugraum 57» findet über den Innenraum kk des Pumpengehäuses ^l und über im Rotor kl angeordnete Axialbohrungen 59 ein ständiges Umspülen der Spulen 56 und des Rotors 4t 7 durch die Flüssigkeit statt, so daß die bei Wirbelstrombetrieb erzeugte Wärme in den Flüssigkeitsstrom abgeleitet wird. Die Anschlüsse der Spulen 56 erstrecken sich durch Öffnungen' 6O, in der Stirnseite des Pumpengehäuses kl, die auch als Entlüftungsbohrungen dienen, zur Steuereinrichtung Ik (Fig. l).

In Fig. 3 ist als Beispiel eine Schaltung der Steuereinrichtung lA veranschaulicht, die es ermöglicht, daß der dargestellte Drehstrom-Asynchrongenerator 12 von seiner Eigenschaft als Generator zur Versorgung des Bordnetzes des Kraftfahrzeuges in eine Wirbelstrombremse zur Aufheizung der Kühlflüssigkeit umgepolt werden kann. Die Steuereinrichtung lk wird von einem Steuermodul l4a und einem Leistungsmodul l4b gebildet, während der Drehstrom-Asynchrongenerator 12 durch drei Feldspulen 56 U, V, W dargestellt ist, welche über die Leitung I3, die aus drei Leitungen 13 U, V, W besteht, an den Leistungsmodul l4b angeschlossen sind. Der Steuermodul l^a und der Leistungsmodul l*tb sind über eine Leitung 6l an den Pluspol und über eine Leitung 62 an den Minuspol bzw. Masse der in dieser Fig. nicht näher gezeigten Batterie I5 angeschlossen. Der Steuermodul l4a enthält einen Spannungsumformer 63, der aus der anliegenden Spannung der Batterie eine Konstentspannung von beispielsweise 5 Volt bereitstellt. In einem an den Spannungsumformer 63 angeschlossenen Oszillator 6k wird eine Taktfrequenz erzeugt, die in einem mit diesem verbunden Teiler 65 in drei um 120 versetzte Rechteckspannungen auf drei Steuerleitungen 66, 67 und 68 verteilt werden, die über Dioden 69, 70 und 71

mit den Gates von VMOS-Transistoren 72, 73, 7^, 75» 76 und verbunden sind. Jeder Feldspule 56 U, V, W des Drehstrom-Asynchrongenerators 12 sind zwei komplementäre VMOS-Transistoren 72, 73; 7^, 75 bzw. 76, 77 zugeordnet. Die Feldspulen 56 U, V, W sind bei diesem Beispiel im Stern geschaltet. Die Zu₁-leitungen I3U, I3V und I3W sind mit den Verbindungsleitungen 80 der beiden zugehörigen Transistoren und über gegensinnig wirkende Dioden 78, 79 mit der Leitung 6l bzw. 62 verbunden. In der Steuerleitung 68 ist ein Wechselschalter 8l angeordnet, der in der dargestellten Stellung die Gates der Transistoren 76 und 77 mit der Diode 71 verbindet. Ih dieser

A"* Stellung liefern die Feldspulen 56 U, V, W beim Antrieb des

Generatorläufers durch die Brennkraftmaschine Strom in das Bordnetz, d. h. in die Plusleitung 6l, und zwar über die Dioden 78, während ein Stromfluß zur Masseleitung 62 durch die Dioden 79 bei der positiven Halbwelle gesperrt ist. Der Erregerstrom für den Drehstrom-Asynchrongenerator 12 wird dabei über die Transistor-Paare 72, 73; 7Ί, 75 und 76, 77 geliefert, welche den Gleichstrom der Fahrzeugbatterie in einen Drehstrom umwandeln, der aufgrund der an die Gates jedes Tansistor-Paares 72, 73; 7k, 75 und 76, 77 angelegten Rechteckspannung die Transistoren jedes Paares abwechselnd leitend und nichtleitendwerden. Die dargestellte Schaltung ist __ bekannt (siehe beispielsweise VMOS-Transistoren, Eigenschaf-

V^. ■ ten und Schaltbeispiele von Intermetall ITT. Applikationsbericht 8OI von Infratron, München) und bildet keinenTeil der vorlie genden Erf indung.

Wenn der Drehstrom-Asynchrongenerator 12 als Wirbelstrombremse dienen soll, so wird der Schalter 8l in die gestrichelt eingezeichnete Lage gebracht, was zur Folge hat, daß die Gates der Transistoren 76 und 77 mit der Masseleitung -62 verbunden werden. Mit dem Schalter 8l ist ein weitere Schalter 82 verbunden, der von dem Steuerstromkreis l6 (Fig. 1) betätigt wird und bei Generatorbetrieb offen, bei Betrieb des

des Generators 12 als Wirbelstrombremse jedoch geschlossen ist (gestrichelte Stellung). Dadurch wird ein Gleichstrom hinter dem Spannungsumformer 63 abgenommen und über einen Widerstand 83 und Dioden 8k und 85 in die Steuerleitungen 66 und 67 eingespeist, was zur Folge hat, daß die Transistoren 72 und 7^ ständig leitend werden, während die Transistoren 73 und 75 ständig nichtleitend sind, wodurch die Feldspulen U und V mit Gleichstrom versorgt werden, der über die Feldspule W und über den leitend gewordenen Transistor 77 zur Masseleitung 62 abfließen kann. Der Transistor 76 ist nichtleitend, da sein Gate auf Massepotentialliegt.

Bei Drehung des Kurzschlußläufers 52 (Fig. 2) schneiden dessen Stäbe 5^t die Feldlinien der von den Feldspulen 56 U, V, W erzeugten Magnetfelder, wodurch in den Stäben ^h. Wirbelströme induziert werde, die Wärme erzeugen, welche in der vorherbeschriebenen Weise durch die die ühnenräume kk durchströmende Flüssigkeit abgeführt wird.

Um den Erregerstrom durch die Feldspulen 56 U, V, W klein zu halten, kann als Ansteuerstrom für die Transistoren ein getakteter Gleichstrom verwendet werden, der mittels eines Taktoszillators 86 erzeugt wird. Dadurch entsteht in den Feldspulen zusätzlich zum Ohmschen Widerstand ein Blindwiderstand, ^^v~ der den Erregerstrom begrenzt. Die Taktfrequenz des Taktoszillators 86 kann wesentlich größer sein als die Frequenz des Oszillators 64:.

Es sei nun auf Fig. k Bezug genommen, in welcher ein Schaltbild dargestellt ist, das sich von dem Schaltbild gemäß Fig. im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß der Sternpunkt

87 der Feldspulen U, V, W über einen VMOS-Transistor 88 mit der Minusleitung 62 verbunden ist. Das Gate dieses Transistors

88 ist über eine Leitung 89, einen''Widerstand 90 und einen

Schalter 82' wiederum mit der Ausgangsklemme des Spannungsumformers 63 verbunden. Außerdem sind die Gates der Transistoren 72 bis 77 über Dioden 91» 92 und 93 mit der Leitung verbunden.

Bei offenem Schalter 82' liefert der Drehstrom-Asynchrongenerator 12 Strom in das Bordnetz. Wenn der Schalter 82· geschlo'ssen ist, so wird der Transistor 88 leitend, so daß der Sternpunkt 87 mit Masse verbunden ist. Über die Dioden 91» 92 und 93 werden die Gates der Transistoren 72 bis 77 so angesteuert, daß die ersten Transistoren 72, 7^ und 76 stets _t>x leitend und die zweiten Transistoren 73» 75 und 77 stets nichtleitend sind. Dies hat zur Folge, daß die Feldspulen 56 U, V, W stets von Gleichstrom durchflossen werden und in ddn Stäben des Kurzschlußläufers in der vorher beschriebenen Weise Wirbelströme induziert werden. Auch in diesem Fall kann ein Taktoszillator 86 eingeschaltet werden, um den Strom durch die Feldspulen 56 U, V, W zu begrenzen.

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild für einen gleichstromerregten Drehstromgenerator 12', dessen Feldspulen U¹, V und W¹ und dessen Erregerwicklung mit E bezeichnet sind. Im Normalbetrieb wird bei Drehung des Läufers 52' in den Feldspulen U¹, V, W¹ ein Wechselstrom induziert, der über die Dioden 78' in \ die Plusleitung öl¹ eingespeist wird, während ein Abfluß in

die Masseleitung 62' durch die Dioden 79' verhindert wird. Um diesen gleichstromerregten Drehstromgenerator als Wirbelstrombremse verwenden zu können, sind die Feldspulen U¹, V W¹ mittels der Schalter 9^ kurzschließbar. Diese Schalter 9^ sind gemeinsam in der gleichen Weise wie der Schalter 82 bzw. 82' in den vorhergehenden Beispielen, betätigbar.

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Die Schalter 82, 82' und 9k können auch mit dem Bremspedal des Kraftfahrzeuges verbunden werden, sodaß der Generator als zusätzliche Fahrzeugbremse verwendet werden kann. Dies hat den Vorteil, daß zum Beispiel beim Befahren von Gefällstrecken eine hierbei eintretende Abkühlung der Kühlflüssigkeit verringert wird.

Während im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 die Kurzschlußstäbe 5^ im Rotor 4 7 angeordnet sind, ist auch eine Ausführung denkbar, bei der diese Stäbe im Stator, d. h. im Spulenkern 55 liegen. Hierzu ist es notwendig, daß der Rotor k7 auf seiner Mantelfläche 50 eine Verzahnung mit parallel zur Drehachse liegenden Zähnen erhält, um ein pulsierendes Magnetfeld zu erzeugen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, ι daß der Rotor k.7 lediglich magnetf eld-führende Funktion hat und nicht wie bei der Ausführung gemäß Fig. 2 in Flüssigkeit läuft, so daß Panschverluste vermieden werden. Die Kühl- bzw. Heizflüssigkeit kann dann ausschließlich durch den feststehenden Stator geführt werden, wobei in bekannter Weise die Leiterstäbe hohl und von Flüssigkeit durchströmt ausgebildet sein können.

Dabei kann der Rotor von jedem beliebigen, von der Brennkraftmaschine angetriebenen Teil, z. B. der Schwungscheibe, gebildet werden.

25. November I98O
N/EXP, co-se

Claims

304AA22

196/80

AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT Neckarsulm/Württ,

Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine

Patentansprüche

/ lJ Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem von dieser angetriebenen Drehstromgenerator, einer Batterie und einer Heizanlage für den Fahrgastraum mit einem Heizkreis, der einen von Heizflüssigkeit durchströmten Wärmetauscher

JT für die Heizluft aufweist, gekennzeichnet durch folgende

Merkmale:

- der Drehstromgenerator (12·) ist flüssigkeitsgekühlt

- seine von Kühlflüssigkeit durchströmten Räume (kk) sind in den Heizkreis (9, 10) einschaltbar

- seine Ständer-(Feld-)Wicklungen (U¹, V, W¹) sind kurzschließbar.
2. Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- der Drehstromgenerator (12) ist ein flüssigkeitsgekühlter Drehstrom-Asynchrongenerator

- seine von Kühlflüssigkeit durchströmten Räume (44) sind in den Heizkreis (91 10) einschaltbar

- zur Erzeugung des Erregerstromes für die Spulen (56 U,. V, W) des Drehstrom-Asynchrongenerators (12) aus der Fahrzeugbatterie (15) ist eine Halbleiterschaltung vorgesehen, die zwei gegensinnig arbeitende Halbleiterschalter (72, 73; 74, 75; 76, 77) pro Spule (56 U, V, ¥) aufweist, von denen der erste (72, 74, 76) zwischen der Spule (56 U, V, W) und dem Pluspol (6l) und der zweite zwischen 'der Spule (56 U, V, W) und Masse (62) liegt, wobei wahlweise

- der Ansteuerstrom für die beiden jeweils einer Spule (56 U, V, W) zugeordneten Halbleiterschalter (72, 73; 74, 75; 76, 77) ein Wechselstrom ist, der aus dem Batterie-Gleichstrom durch einen Oszillator (64), einen nachgeschalteten Teiler (65) zur Erzeugung von mindestens drei elektrisch um 120 versetzten Steuerspannungen, eine für jede Spule (56 U, V, W), erzeugt ist, so daß die ersten (72, 74, 76) und zweiten Halbleiterschalter (73, 75> 77) abwechselnd leitend und nichtleitend sind, oder

- der Ansteuerstrom für die ersten Halbleiterschalter (72, 74, 76) ein Gleichstrom, gegebenenfalls ein getakteter Gleichstrom hoher Frequenz, ist, während der Ansteuerstrom für die zweiten Halbleiterschalter (73> 75i 77) Null ist, so daß alle ersten Halbleiterschalter (72, 74, 76) leitend und alle zweiten Halbleiterschalter (73» 75» 77) nichtleitend sind, oder mindestens zwei der ersten Halbleiterschalter (72, 74, 76) und mindestens einer der zweiten Halbleiterschalter (73, 75, 77) leitend ist.
3. Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- der Drehstromgenerator (12) ist ein flüssigkeitsgekühlter Drehstrom-Asynchrongenerator

- seine von Kühlflüssigkeit durchströmten Räume (44t) sind in den Heizkreis (9, 10) einschaltbar

- zur Erzeugung des Erregerstromes für die Spulen (56 U, V, V) des Drehstrom-Asynchrongenerators (12) aus der Fahrzeugbatterie (I5) ist eine Halbleiterschaltung vorgesehen, die zwei gegensinnig arbeitende Halbleiterschalter (72, 73; 74, 75 5 76, 77) pro Spule (56 U, V, W) aufweist, von denen einer (72, 74, 76) zwischen der Spule (56 U, V, W) und dem Pluspol (6l) und der andere (73, 75, 77) zwischen der Spule (56 U, V, W) und Masse (62) liegt

- der Ansteuerstrom für die Halbleiterschalter (72, 73ΐ 74, 75; 76, 77) ist ein Wechselstrom, der aus dem Batterie-Gleichstrom durch einen Oszillator (64) mit nachgeschaltetem Teiler (65) zur Erzeugung von mindestens drei elektrisch um 120 versetzten Steuerspannungen, eine für jede Spule (56 U, V, W), erzeugt ist, so daß die beiden einer Spule (56 U, V, W) zugeordneten Halbleiterschalter (72, 73; 74, 75; 76, 77) abwechselnd leitend und nichtleitend sind

- die Anschlüsse von zwei Spulen (56 U, V, W) sind zwecks Umkehrung des Drehfeldes umschaltbar,
4. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die die magnetischen Feldlinien leitenden Bauteile des Drehstromgenerators (12, 12') aus ferromagnetischen Werkstoffen bestehen.
5- Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer flussigkeitsgekuhlten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine (1) in an sich bekannter Weise an den Heizkreis (9» 10) anschal tbar ist und das auf dem Rotor (k7, 47') angebrachte Pumpenrad (^9) zur Förderung der Flüssigkeit sowohl durch den Heizkreis (9_? 10) als auch durch den Kühlkreislauf (3? 4, 5i 6, 7» 8) der Brennkraftmaschine verwendet ist.
6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß in der Halbleiterschaltung VMOS-Tran-

( ' sistoren verwendet sind.
7. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (56 U, V, W, U', V· , W) des Drehstromgenerators (12, 12') zur Erzeugung des Erregerstromes geschaltet sind, wenn ein über den Zündschalter geführter Stromkreis (l6) geschlossen ist, in welchem ein erster bei niedriger Außentemperatur geschlossener Schalter (22), ein zweiter bei niedriger Kühl- bzw. Heizflüssigkeitstemperatur geschlossener Schalter (21), ein dritter . bei Teillast der Brennkraftmaschine geschlossener Schalter (19), ein vierter bei langsamer Drehzahl geschlossener Schalter (20), ein fünfter in einem unteren Gang des Schaltgetriebes geschlossener Schalter(l8), ein sechster bei Wärmebedarf im Fahrgastraum geschlossener Schalter (23) und ein siebenter bei einer für die Abgabe an die Verbraucher ausreichenden Kapazität der Batterie geschlossener Schalter (17) vorgesehen ist.
8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (22) mit einem die Außentemperatur wahrnehmenden Temperaturfühler (3^), der zweite Schalter (21) mit einem an der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Temperaturfühler (32), der dritte Schalter (I9) mit dem Gasgestänge (27) für die Brennkraftmaschine und der fünfte Schalter (l8) mit dem Schaltgetriebe (25) und d""? "'siebente Schalter (17) mit der Batterie (I5) in Verbindung steht.

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9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Schalter (20) mit dem Unterbrecher zur Wahrnehmung der Drehzahl in Verbindung steht.
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 mit einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Schalter (20) mit der Einspritzpumpe zur Wahrnehmung der Drehzahl in Verbindung steht.
11. Kraftfahrzeug nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch ge-

ζ · kennzeichnet, daß die Schalter (17, 18, 19, 20, 21, 22,23)

durch Elektromagneten (24, 26, 28, 30, 33, 35, 38) betätigbar sind.
12. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rotor (47, 47') ein Pumpenrad (49) zur Förderung der Flüssigkeit durch den Heizkreis (9» 10) angebracht ist.