DE4015374A1 - Bedarfsoptimierter hydrostatisch-mechanischer antrieb von nebenaggregaten eines kraftfahrzeuges mit servolenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen bedarfsoptimierten hydrosta­ tisch-mechanischen Antrieb von Nebenaggregaten wie des Lüf­ ters, Druckluftkompressors, der Wasserpumpe, Pumpe(n) einer Arbeitsgerätschaft und dergleichen eines Kraftfahrzeuges mit Servolenkung.

Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik wie aus Band 1, Beiträge zum Fachgebiet Hydraulik, des 9. Aachener fluidtechnischen Kolloquiums vom 20. bis 22. März 1990 be­ kannt.

In Seite 185 dieser Veröffentlichung ist unter anderem die Möglichkeit eines hydraulischen Antriebs der Lichtma­ schine, Wasserpumpe, Schmiermittelpumpe und des Klimakom­ pressors eines Kraftfahrzeuges erwähnt.

Im Beitrag gemäß Seiten 196 bis 214 besagter Veröffentli­ chung ist die Möglichkeit eines hydrostatischen Antriebes von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeuges angesprochen, mit einer von der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs aus antreib­ baren, in offenem oder geschlossenem Kreislauf betriebenen Druckölförderanlage zur Versorgung eines Hydrostatmotors, an dem die Nebenaggregate mechanisch angeschlossen sind. In Seiten 210 bis 213 sind dabei mehrere Prinzipien skizzenhaft mit Kurzbeschreibung dargelegt.

Im Beitrag gemäß Seiten 218 bis 242 besagter Veröffentli­ chung ist ebenfalls die Rede von einem zukünftig möglichen hydrostatischen Antrieb des Lüfters, Generators und Klima­ kompressors eines Kraftfahrzeuges mit von dessen Brennkraft­ maschine aus angetriebener Pumpe und hydrostatisch von letz­ terer versorgtem Hydrostatmotor, an dem die besagten Neben­ aggregate angekoppelt sind.

Im Beitrag gemäß Seiten 243 bis 256 besagter Veröffentli­ chung ist die Möglichkeit eines hydrostatischen Kraftfahr­ zeuglüfterantriebes aufgezeigt, wobei ein Pumpe-Motor- Kreislauf mit am Hydrostatmotor angekoppeltem Lüfter in ver­ schiedenen Ausführungsmöglichkeiten skizzenhaft dargestellt und beschrieben ist.

In verschiedenen Beiträgen besagter Veröffentlichung ist auch die Problematik hinsichtlich der Druckölversorgung der Servolenkung angesprochen. Aus Sicherheitsgründen schreibt der Gesetzgeber bis dato eine autarke Druckölversorgung der Organe der Servolenkung durch eine eigene Lenkhilfepumpe vor. Diese Lenkhilfepumpe stellt neben den anderen Nebenag­ gregaten des Kraftfahrzeugs ein Zusatzaggregat dar, das zu einer Verteuerung der Gesamtantriebsanlage führt.

Es sei des weiteren auf einen Stand der Technik gemäß der DE-OS 36 11 361 hingewiesen. Hieraus ist ein hydrostatischer Antrieb von Nebenaggregaten eines Fahrzeugs wie z. B. Servo­ lenkung, Lüfter, Kompressor bekannt. Der Lüfter und Kompres­ sor sind von je einem eigenen Hydrostatmotor antreibbar, die jedoch nie gemeinsam, sondern nur alternativ nach Bedarf durch Umschaltung elektromagnetischer Ventilmittel mit dem für ihren Antrieb benötigten Strömungsmittel von einer Kon­ stantpumpe her versorgt werden, die von der Brennkraftma­ schine des Fahrzeugs aus angetrieben ist. Der von der Kon­ stantpumpe erzeugte Förderstrom wird dabei von einem 3-Wege- Stromregelventil in einen der Servolenkung zugeführten Kon­ stantstrom und einen Reststrom aufgeteilt, der an den Hydro­ statmotoren wahlweise wirksam wird. Die Ein- und Ausschal­ tung der Hydrostatmotoren erfolgt abhängig von Schaltanfor­ derungssignalen (Druckschalter am Kompressor, Temperaturfüh­ ler im Kühlmittelkreislauf) durch eine elektrische Steuer­ einrichtung, die auch die Umschaltung der Ventile für Um­ steuerung der jeweils an einem der Hydrostatmotoren wirksa­ mem Druckmittelströme bewirkt.

Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß dann, wenn ein dringender Leistungsbedarf gleichzeitig an beiden Hydrostat­ motoren notwendig ist, z. B. wenn sowohl der Druckluftbehäl­ ter wegen zu starkem Druckabfalles zu laden, gleichzeitig aber auch der Lüfter wegen zu hoher Kühlmitteltemperatur zu betreiben ist, diesem gleichzeitigen Leistungserfordernis nicht Rechnung getragen werden kann. Es wird grundsätzlich zuerst der Kompressor bedient, was zur Folge haben kann, daß wegen fehlender Lüftung der Motor zu heiß wird. Außerdem hat diese bekannte Lösung den Nachteil, daß primär die Servolen­ kung mit einem Konstantvolumenstrom versorgt ist, während die Hydrostatmotoren nur vom Reststrom gespeist werden, was sich bei starkem Leistungsbedarf am Nebenaggregat auch nega­ tiv auswirken kann.

Darüber hinaus ist es ein beanspruchtes Merkmal dieser be­ kannten Lösung, daß eine zweite elektromotorisch betreibbare Pumpe vorhanden ist, die zur bedarfsweisen Versorgung der Servolenkungsorgane dient. Diese Zusatzpumpe tritt anstelle der üblichen Lenkhilfepumpe, stellt zwar einen Sicherheits­ aktivposten dar, erfordert aber auch einen entsprechenden Kostenmehraufwand. Darüber hinaus erweist sich auch der An­ trieb jedes Nebenaggregates durch einen eigenen Hydrostatmo­ tor als kostenmäßig sehr aufwendig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für einen bedarfsoptimierten hydrostatisch-mechanischen Antrieb von Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs mit niedrigen bzw. gün­ stigen Drehzahlen und der Eliminierung der Lenkhilfepumpe der Servolenkung unter Beibehaltung eines sicheren Betriebes der letzteren zu finden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen bedarfsopti­ mierten hydrostatisch-mechanischen Antrieb von Nebenaggrega­ ten mit Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Details dieser Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zum Antrieb der Nebenaggregate des Fahrzeugs nur ein einzi­ ger Hydrostatmotor notwendig ist, von dem aus die Nebenag­ gregate über einfache Transmissionen und/oder teils direkt mechanisch antreibbar sind. So sind einerseits die Kosten für den Aufwand an Hydrostatmotoren begrenzt, andererseits ist man hinsichtlich der Unterbringung und Anordnung der Ne­ benaggregate sehr flexibel. Außerdem ist zur Versorgung des Hydrostatmotors nur eine vergleichsweise einfache Drucköl­ versorgungsanlage notwendig.

Durch entsprechende Regelung des Druckölstromes infolge ent­ sprechender Einflußnahmen auf die Druckölversorgungsanlage lassen sich bei geringem abnehmerseitigen Leistungsbedarf der angetriebenen Nebenaggregate diese mit sehr niedrigen Drehzahlen betreiben, aber auch bei mit niedriger Drehzahl betriebenem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs trotzdem wirksame Drehzahlen der Nebenaggregate erzielen. Statistisch gesehen können aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung sämtli­ che Schleppverluste der Nebenaggregate stark reduziert bzw. im Vollastbetrieb deren Wirkungsgrad erhöht werden. Die Druckölversorgungsanlage ist so ausgelegt, daß diese auch bei Leerlauf des Verbrennungsmotors einen Druckölförderstrom bewirkt, der jenem der bisher notwendigen Lenkhilfepumpe entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, auf die bisher notwendige Lenkhilfepumpe verzichten zu können.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

In der Zeichnung sind als Teile eines Kraftfahrzeuges, bei dem es sich um einen Personenkraftwagen, ein Nutzfahrzeug wie Lastkraftwagen oder Omnibus handeln kann, dessen Ver­ brennungsmotor mit M, die auf die lenkbaren Räder einwirken­ de sowie deren Lenkbarkeit unterstützende Servolenkung mit SL, die Batterie mit B, der letztere speisende Generator mit G, das fahrzeuginterne Druckluftsystem mit DS, der/die zur Ver­ sorgung des letzteren dienende(n) Druckluftvorratsbehälter mit DV, der letztere(n) speisende Kompressor mit K, ein Kühlag­ gregat mit C, der zugehörige Lüfter mit L, die im Kühlmit­ telkreislauf des Verbrennungsmotors M wirkende Kühlmittel­ (Wasser)-Pumpe mit W, ein zu dessen Regelung dienender Ther­ mostat mit Th, eine Arbeitsgerätschaft, z. B. Hub- und Senkor­ gane für einen Kippauflieger oder eine Ladeplattform mit AG und die zugehörige(n) Pumpe(n) mit PAG bezeichnet.

Die Nebenaggregate des Kraftfahrzeugs - Kompressors K, Genera­ tor K, Lüfter L, Kühlmittelpumpe W, Pumpe(n) PAG, gegebenen­ falls auch weitere, z. B. ein Klimakompressor (sofern das Fahrzeug über eine Klimaanlage verfügt) - sind mechanisch von einem einzigen Hydrostatmotor HM aus antreibbar, und zwar jeweils einzeln oder gruppenweise über entsprechende mechanische Verbindungen bzw. Transmissionen, welche z. B. durch Riementriebe 1, 2, 3, 4, 5, gegebenenfalls - wie dar­ gestellt - unter Zwischenschaltung einer Nebenwelle 6 reali­ sierbar sind.

Der Hydrostatmotor HM wird von einer hinsichtlich Förder­ druck und/oder Volumenstrom regelbaren, wenigstens eine vom Verbrennungsmotor M über Triebstrang 7 angetriebene Pumpe aufweisenden Druckölversorgungsanlage DFA mit aus einem Vor­ ratstank 8 geförderten Druckölstrom über eine Druckzulei­ tung 9 gespeist. Die Druckölversorgungsanlage DFA kann auf verschiedene Art realisiert sein. In einer ersten Version kann diese aus zwei Konstantförderpumpen mit einem Fördervo­ lumen Q und Q/2 sowie einem Schaltventil bestehen, so daß je nach Schaltstellung des letzteren drei verschieden große Vo­ lumenströme mit Q/2 oder Q oder 1,5 Q ausgangs der Drucköl­ versorgungsanlage DFA bereitgestellt werden können. In einer zweiten Version kann die Druckölversorgungsanlage DFA aus einer Konstantpumpe, einem Speicher und einem Abschalt- Zuschaltventil bestehen, wobei die Konstantpumpe in den Speicher fördert und der am Ausgang der Druckölversorgungs­ anlage DFA bereitzustellende Volumenstrom mit entsprechendem Druck durch regelungsseitige Einflußnahme auf das die Entla­ dung steuernde Abschalt-Zuschaltventil bewirkt wird. In ei­ ner dritten, der an sich besten Version besteht die Drucköl­ versorgungsanlage DFA aus einer stufenlos verstellbaren Pum­ pe, z. B. der Axialkolbenbauart, so daß durch entsprechende Regelung derselben ein exakt auf den Leistungsbedarf der an­ zutreibenden Nebenaggregate einstellbarer Druckölstrom aus­ gangs der Druckölversorgungsanlage DFA bereitstellbar ist.

Grundsätzlich wird eine Reglung des mittels der Druckölver­ sorgungsanlage DFA bereitgestellten Druckölstromes ange­ strebt, die zusätzlich zur Drehzahloptimierung der vom Hy­ drostatmotor HM aus angetriebenen Nebenaggregate, gegebenen­ falls auch unter Berücksichtigung einer Zu- und Abschaltung bzw. An- und Abkopplung derselben, eine Mindestölfördermenge entsprechend einer ersetzten, abgeregelten Lenkhilfepumpe bewirkt. Dabei kann der Arbeitsdruck des Ölförderstromes beispielsweise durch Last-Abschaltung oder Abkopplung des Generators G und/oder Lastabschaltung bzw. Abkopplung des Kompressors K begrenzt werden.

Die Druckölversorgung der ihrem Aufbau nach ansich bekannten Servolenkung SL erfolgt unter Verzicht auf die bislang not­ wendige Lenkhilfepumpe durch leitungsmäßige An- bzw. Einbin­ dung der Organe 10 (Strombegrenzungsventil), 11 (Druckbe­ grenzungsventil), V_L (lenkradseitig betätigbares Lenkventil), L_B1 und L_B2 (Lenkbegrenzungsventile) der Servolenkung SL in den ausgangsseitigen Druckölrücklaufzweig 12 des Hydrostat­ motors HM. Dabei kann letzterer - wie in der Zeichnung dar­ gestellt - durch eine dessen eingangsseitige Zuleitung 9 und ausgangsseitigen Druckölrücklaufzweig 12 verbindende Bypaß­ leitung 16 mit Druckbegrenzungs- und/oder Kurzschlußventil 17 überbrückt sein. ln Verbindung mit der Drossel 13 ist durch das Strombegrenzungsventil 10 der Servolenkung SL der für die Lenkhilfe jeweils notwendige Druckmittelstrom einstellbar, überschüssiges Drucköl wird über die Leitung 12/8 zum Vorrats­ tank 8 rückgeleitet. Mittels des Druckbegrenzungsventiles 11 der Servolenkung SL wird der für die jeweilige Lenkhilfe maximal zulässige Druck eingestellt, abgesteuertes Drucköl wird über den Leitungszweig 12/1 unter Durchströmung eines Ölfilters 15 zum Vorratstank 8 rückgeleitet. Mittels des Lenkventils V_L der Servolenkung SL ist in je einer der beiden von der mittleren Kurzschluß- bzw. Umlaufstellung verschiedenen Schaltstellungen Drucköl aus der Leitung 12 über Leitungszweig 12/2 bzw. 12/3 je einem der beiden Druck­ räume 18 bzw. 19 des Arbeitszylinders 20 der Servolenkung SL zuführbar, während der andere der beiden Druckräume 19 bzw. 18 über den jeweiligen Leitungszweig 12/3 bzw. 12/2 und den Entlastungsleitungszweig 12/4 ausgangs des Lenkventils V_L, der in den Leitungszweig 12/1 einmündet, entlastbar bzw. entladbar ist, so daß mittels des im Arbeitszylinder 20 wir­ kenden, die Druckräume 18, 19 voneinander trennenden Kolbens 21 über die daran angeschlossene Kolbenstange auf die Len­ kung des Kraftfahrzeugs hydraulisch unterstützend eingewirkt werden kann. Die beiden, eingangsseitig über je einen Lei­ tungszweig 12/5 bzw. 12/6 an je einem der beiden Leitungs­ zweige 12/2 bzw. 13/3 und ausgangsseitig über einen gemein­ samen Entlastungsleitungszweig 12/7 angeschlossenen, je eine Absperrstellung und eine Durchlaßstellung ermöglichenden Lenkbegrenzungsventile L_B1 bzw. L_B2 bewirken wenn in Durch­ laßstellung geschaltet eine Entlastung des jeweils ange­ schlossenen Leitungszweiges 12/2 bzw. 12/3 und damit eine Beendigung eines hydraulischen Lenkunterstützungsvorgangs in der einen oder anderen Richtung.

Um einen bedarfsoptimierten Betrieb der Nebenaggregate zu erreichen, ist außer einer entsprechenden Regelung des Druckölförderstromes auch eine bedarfsgerechte Lastzu- bzw. Lastabschaltung bzw. ein geregelter Antrieb der Nebenaggre­ gate vorteilhaft.

So ist es beispielsweise möglich, im Antriebsstrang des Lüf­ ters L eine schaltbare Viskokupplung KL (wie dargestellt) vor­ zusehen, mit der der Lüfter L nur bei entsprechendem Bedarf an den Antriebsstrang anschließbar, ansonsten jedoch von letzteren abgekoppelt ist. Die Kühlmittelpumpe W kann hin­ sichtlich ihres Fördervolumens durch einen thermostatischen Regelkreis (wie dargestellt) oder durch mechanische Vorkeh­ rungen im Antriebsstrang geregelt werden. Der Druckluft-Kom­ pressor K kann mittels eines Schaltventiles 22 durch Um­ schaltung des letzteren auf Ablaß in Atomsphäre mit Minimal­ förderleistung betrieben (wie dargestellt) oder durch Vorse­ hen einer schaltbaren Kupplung vom Antriebsstrang 4 getrennt werden. Ebenso kann der die Batterie B speisende Generator G über eine Schalteinrichtung 23 abgeschaltet (wie dargestellt) oder mittels einer schaltbaren Kupplung von Antriebsstrang 4 getrennt werden. Die Pumpe(n) PAG ist/sind durch schaltbare Kupplung(en) KA vom Antriebsstrang 5 trennbar bzw. nur bei Bedarf an dieser anschließbar oder die Saugseite und Druck­ seite sind kurzschließbar. In gleicher Weise wäre auch ein Klimakompressor (falls eine Klimaanlage vorhanden) zu- bzw. abschaltbar bzw. an- und abkoppelbar.

Zur Regelung des Druckölförderstromes im Hinblick auf bedarfs­ optimierten Betrieb der Nebenaggregate und genügende Druck­ ölversorgung der Organe der Servolenkung SL ist vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit 24 vorgesehen, die einen Mikroprozessor, Daten- und Programmspeicher sowie eine ent­ sprechende Ein- und Ausgabeperipherie aufweist und auf der Basis eingespeicherter Werte bzw. Kennfelddaten anhand zuge­ führter Istwertdaten wie nM (Drehzahl Triebstrang 7), p_ÖL (Druck Druckölstrom ausgangs von DFA in Leitung 9), A_Bat (Ladungszustand Batterie B), P_L (Druck im Druckluftvorrats­ behälter DV), T_W (Temperatur im Kühlmittelkreislauf des Ver­ brennungsmotors M), P_A (Arbeitsdruck für Arbeitsgerätschaft) und dergleichen mehr (soweit notwendig für Regelung) die notwendigen Regelmaßnahmen errechnet und entsprechende Regel- bzw. Schaltbefehle an die angeschlossenen Organe bzw. Aggre­ gate ausgibt.

Dabei wird auch bei maximaler Leistungsanforderung der an­ treibbaren Nebenaggregate außer einer permanenten Bereit­ stellung eines Druckölförderstromes für die Servolenkung SL über den Rücklaufzweig 12 des Hydrostatmotors HM, bei Aus­ fall der Regelung unter Umgehung des letzteren über die By­ passleitung 16, gegebenenfalls durch eine Prioritätenregelung hinsichtlich der Notwendigkeit zu betreibender Nebenaggrega­ te eine Regelung des von der Druckölförderanlage DFA bereit­ zustellenden Druckölförderstromes bewirkt, die auf einen ge­ ringstmöglichen Aufwand vom Verbrennungsmotor M abzuzweigen­ der Energie und schleppverlustarmen Betrieb der Nebenaggre­ gate abgestellt ist.

Claims (7)

1. Bedarfsoptimierter hydrostatisch-mechanischer Antrieb von Nebenaggregaten wie des Lüfters (L), Druckluftkompressors (K), Generators (G), Klimakompressors, der Kühlmittelpum­ pe (W), Pumpe(n)(PAG) einer Arbeitsgerätschaft (AG) und dergleichen eines Kraftfahrzeugs mit Servolenkung (SL), wobei die Nebenaggregate einzeln oder gruppenweise mecha­ nisch durch einen von einer hinsichtlich Förderdruck und/oder -volumen regelbaren, wenigstens eine verbren­ nungsmotorbetriebene Pumpe enthaltenden Druckölversor­ gungsanlage (DFA) gespeisten Hydrostatmotor (HM) antreib­ bar und gegebenenfalls abhängig von einer Regelung (24) nach Bedarf zu- und abschaltbar bzw. an- und abkuppelbar sind, und wobei die Druckölversorgung der Servolenkung (SL) unter Verzicht auf eine Lenkhilfepumpe durch lei­ tungsmäßige An- bzw. Einbindung der Organe (10, 11. V_L, 20, L_B1, L_B2) der Servolenkung (SL) in den ausgangsseiti­ gen Druckölrücklaufzweig (12) des Hydrostatmotots (HM) erfolgt.

2. Antrieb von Nebenaggregaten nach Anspruch 1, mit einer Regelung des Druckölstromes, die zusätzlich zur Drehzahl­ optimierung der vom Hydrostatmotor (HM) aus angetriebe­ nen Nebenaggregate (L, W, K, G, PAG) und gegebenenfalls auch deren Zu- und Abschaltung eine Mindestölfördermenge entsprechend der ersetzten, abgeregelten Lenkhilfepumpe bewirkt.

3. Antrieb von Nebenaggregaten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Regelung des Druckölstromes derart, daß dessen Arbeitsdruck durch Abschalten bzw. Abkoppeln des Generators (G) und/oder des Druckluftkompressors (K) begrenzbar ist.

4. Antrieb von Nebenaggregaten nach Anspruch 1, wobei der Hydrostatmotor (HM) durch eine dessen eingangsseitige Druckölzuleitung (9) und ausgangsseitigen Druckölrücklauf­ zweig (12) verbindende Bypaß-Leitung (16) mit Druckbe­ grenzungs- und/oder Kurzschlußventil (17) überbrückt ist.

5. Antrieb von Nebenaggregaten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Triebwelle des Hydrostatmotors (HM) die anzutreibenden Nebenaggregate (L, W, K, G, P_AG) z. B. über Riementransmissionen (1, 2, 3, 4, 5), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Nebenwelle (6), angeschlos­ sen sind.

6. Antrieb von Nebenaggregaten nach Anspruch 5, wobei zumin­ dest einzelne der Nebenaggregate (L, W, K, G, P_AG) durch schaltbare Kupplungen (K_L, K_A) in bzw. außer Wirkverbin­ dung mit dem jeweiligen Antriebsstrang bringbar sind.

7. Antrieb von Nebenaggregaten nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Regelung des Drucköl­ förderstromes und bedarfsoptimierten Betriebes der Neben­ aggregate, deren Zu- und Abschaltung bzw. An- und Abkopp­ lung sowie einer genügenden Druckölversorgung der Organe der Servolenkung (SL) eine elektronische Steuereinrich­ tung (24) mit Mikroprozessor, Daten- und Programmspeichern sowie entsprechender Ein- und Ausgabeperipherie vorgesehen ist.