[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruches
1.
[0002] Aus der WO 85/02 227 ist eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung bekannt, bei welcher
der Antrieb des Lüfters über das äußere Zentralrad des Planetengetriebes erfolgt.
Durch Variieren desjenigen Momentes, mit welchem das innere Zentralrad am Gehäuse
über die Bremseinrichtung abgestützt wird, kann die Lüfterdrehzahl bezogen auf jeweils
eine bestimmte Brennkraftmaschinendrehzahl stufenlos verändert werden. Damit ist es
möglich, dann, wenn hohe Kühlwassertemperaturen vorliegen, wie z.B. bei geringer Brennkraftmaschinendrehzahl
und hoher Brennkraftmaschinenlast, die Lüfterdrehzahl und damit die Kühlleistung zu
erhöhen.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung
derart weiterzubilden, daß auf einfache und insbesondere bauraumsparende Weise eine
weitere Verbesserung der Kühlleistung erzielt werden kann.
[0004] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des
Hauptanspruches gelöst.
[0005] Dadurch, daß über das äußere Zentralrad nicht nur der Lüfter, sondern zusätzlich
auch noch die im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeordnete Kühlmittelpumpe
angetrieben wird, liegt im Falle einer Erhöhung des Abstützmomentes über die Bremseinrichtung
sofort sowohl eine erhöhte Lüfterdrehzahl als auch eine erhöhte Kühlmittelpumpendrehzahl
vor. Damit kann bei Bedarf innerhalb kürzester Zeit eine relativ hohe Kühlleistung
zur Verfügung gestellt werden. Dies ist z.B. vorteilhaft bei Fahrzeugen, welche mit
einer Zusatzbremseinrichtung (Retarder) ausgerüstet sind, bei welcher die beim Bremsvorgang
anfallende Wärmemenge über das Kühlmittel der Brennkraftmaschine abgeführt wird. So
kann zum Beispiel dann, wenn die Zusatzbremseinrichtung betätigt wird, sofort das
Moment, mit welchem das innere Zentralrad über die Bremseinrichtung am Gehäuse des
Planetengetriebes abgestützt wird, maximal erhöht werden, so daß eine maximale Kühlleistung
über die jetzt erhöhte Drehzahl des äußeren Zentralrades sofort zur Verfügung steht.
Darüber hinaus wird dadurch, daß sowohl der Lüfter selbst auf dem äußeren Zentralrad
befestigt ist als auch der Antrieb der Kühlmittelpumpe von diesem äußeren Zentralrad
aus erfolgt, Bauraum eingespart.
[0006] Eine besonders einfache Art des Antriebes der Kühlmittelpumpe von dem äußeren Zentralrad
aus ist mit Anspruch 2 aufgezeigt.
[0007] In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
[0008] Im einzelnen zeigt
- Figur 1
- eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung in einer Prinzipdarstellung,
- Figur 2
- den Aufbau der in Figur 1 mit 8 bezeichneten Einrichtung in einer Prinzipdarstellung
und
- Figur 3
- in einem Flußdiagramm die Funktionsweise der in der Figur 1 mit 27 bezeichneten elektronischen
Steuereinheit.
[0009] In Figur 1 zeigt 1 eine ein Fahrzeug antreibende Brennkraftmaschine, welche mit einer
als Retarder 2 ausgebildeten Zusatzbremseinrichtung gekoppelt ist. Das Aktivieren
bzw. Deaktivieren der Zusatzbremseinrichtung 2 erfolgt dabei in bekannter Weise durch
Füllen bzw. Entleeren des Strömungskreislaufes des Retarders 2, wobei durch entsprechende
Veränderung bzw. Anpassung des Füllungsgrades die Bremsleistung geregelt werden kann.
Die während eines Bremsbetriebes anfallende Wärmeenergie wird dabei über einen Wärmetauscher
3 an die Kühlmittelflüssigkeit der Brennkraftmaschine 1 abgegeben. Der Retarder 2
ist also an den Kühlmittelkreislauf 4 der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen. Das
von dem Retarder 2 und von der Brennkraftmaschine 1 selbst erwärmte Kühlmittel wird
über einen im Fahrtwind liegenden Kühler 5 gekühlt. Die Förderung des Kühlmittels
erfolgt über die Kühlmittelpumpe 10. An der Brennkraftmaschine 1 ist ferner eine von
deren Kurbelwelle 7 aus angetriebene Einrichtung 8 zum Antrieb zweier die Wärmeabfuhr
aus dem Kühlmittel beeinflussender Baueinheiten angeordnet. Diese Baueinheiten sind
zum einen ein hinter dem Kühler 5 angeordneter Lüfter 9, sowie die Kühlmittelpumpe
10, welche über den Keilriemen 11 von der Riemenscheibe 12 (s. Fig. 2) aus angetrieben
wird. Der Aufbau der Einrichtung 8 zum Antrieb des Lüfters 9 bzw. der Kühlmittelpumpe
10, deren Abtriebsdrehzahl bezogen auf die aktuelle Brennkraftmaschinendrehzahl n
zwischen einem Normalwert und einem erhöhten Wert stufenlos verstellbar ist, ist in
der Figur 2 näher beschrieben.
Die Einrichtung 8 besteht aus einem Planetengetriebe, dessen Planetenradträger 13
von der Kurbelwelle 7 der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird. Der Lüfter 9 und
die Riemenscheibe 12 zum Antrieb der Kühlmittelpumpe 10 sind auf dem äußeren Zentralrad
14 des Planetengetriebes drehfest gelagert. Das innere Zentralrad 15 ist über eine
weitere Strömungsbremse (Retarder) 16 am Gehäuse 19 der Brennkraftmaschine 1 abgestützt,
wobei der Rotor 17 der Strömungsbremse 16 fest mit dem inneren Zentralrad 15 und der
Stator 18 fest mit dem Maschinengehäuse 19 verbunden ist. Die Größe des Drehmomentes,
das nun an dem Gehäuse 19 über die Strömungsbremse 16 abgestützt werden kann, hängt
ab von der im Strömungskreislauf des Retarders 16 befindlichen Ölmenge. Je größer
diese ist, desto größer ist auch das abstützbare Moment. Je größer aber das abstützbare
Moment ist, desto geringer ist auch die Drehzahl des inneren Zentralrades 15. Der
Füllungsgrad des Strömungskreislaufes des Retarders 16 ist beliebig veränderbar. Das
für den Retarder 16 benötigte Öl wird dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine
1 entnommen.
[0010] Wird nun die Brennkraftmaschine 1 mit einer bestimmten Drehzahl n betrieben, so dreht
sich der Planetenradträger 13 natürlich mit der gleichen Drehzahl. Die Umfangsgeschwindigkeit
am Außenumfang des Planetenradträgers 13 (Radius r
m) entspricht dabei der Länge der Pfeile 20 und 21 in den beiden Diagrammen A und B.
In diesen Diagrammen A und B sind die Umfangsgeschwindigkeiten v der einzelnen umlaufenden
Teile des Planetengetriebes in Abhängigkeit des Radius r des jeweiligen Rades aufgetragen
(r
a=Radius der äußeren Zentralrades 14, r
m=Radius des Planetenradträgers 13 und r
i=Radius des inneren Zentralrades 15).
Das Diagramm A zeigt nun die Verhältnisse bei einem entleerten Strömungskreislauf
im Retarder 16 auf. Dadurch, daß in diesem Fall nur ein minimales Moment am Maschinengehäuse
19 abgestützt werden kann, kann das innere Zentralrad 15, da es nur geringfügig abgebremst
wird, mit einer relativ hohen Drehzahl bzw. auf dem Radius r
i mit einer relativ hohen Umfangsgeschwindigkeit umlaufen (Pfeil 22). Die Folge hiervon
ist, daß das äußere Zentralrad 14 (Radius r
a) und damit der Lüfter 9 und die Riemenscheibe 12 für den Antrieb der Kühlmittelpumpe
10 nur mit einer geringen Drehzahl umlaufen (Pfeil 23).
[0011] Ist hingegen der Strömungskreislauf des Retarders 16 maximal befüllt (Diagramm B),
so kann auch ein maximales Moment am Maschinengehäuse 19 abgestützt werden, d.h. das
innere Zentralrad 15 (Radius r
i) läuft nur mit einer geringen Umfangsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl um (Pfeil 24).
Verbindet man nun wiederum die Spitzen der beiden Pfeile 21 und 24, so ergibt sich
für die Umfangsgeschwindigkeit des äußeren Zentralrades 14 (Radius r
a) und damit für die Drehzahl des Lüfters 9 und der Riemenscheibe 12 für die Kühlmittelpumpe
10 ein im Vergleich zum Diagramm A relativ großer Wert (Pfeil 25). Bei gleicher Brennkraftmaschinendrehzahl
n liegt also bei entleertem Strömungskreislauf des Retarders 16 eine geringe (Normalwert)
und bei befülltem Strömungskreislauf eine erhöhte Lüfter- bzw. Kühlmittelpumpendrehzahl
(erhöhter Wert) vor.
[0012] Es ist nun vorgesehen, daß, solange das Fahrzeug nicht abgebremst wird und die Brennkraftmaschinentemperatur
unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt, der Lüfter 9 und die Kühlmittelpumpe
10 nicht mit einer erhöhten Drehzahl betrieben werden, d.h. der Strömungskreislauf
des Retarders 16 ist in diesem Betriebsfall entleert. Wird nun vom Fahrer das Bremspedal
26 betätigt (α>0°), d.h., wird das Fahrzeug über den Retarder 2 abgebremst oder überschreitet
die Temperatur T
KM des Kühlmittels der Brennkraftmaschine 1 einen vorgegebenen Grenzwert T
KMg, so wird der Strömungskreislauf des Retarders 16 befüllt, so daß der Lüfter 9 und
die Kühlmittelpumpe 10 dann mit einer erhöhten Drehzahl angetrieben werden. Damit
wird also sofort die Wärmeabfuhr aus dem Kühlmittel der Brennkraftmaschine 1 erhöht,
so daß die Temperatur der Betriebsflüssigkeit des Retarders 2, sowie die Temperatur
der Brennkraftmaschine selbst zu keinem Zeitpunkt einen kritischen Wert erreichen
kann.
[0013] Der Lüfter 9 und die Kühlmittelpumpe 10 werden also auch dann mit einer erhöhten
Drehzahl betrieben (unabhängig ob nun Bremsbetrieb vorliegt oder nicht), wenn die
Kühlmitteltemperatur T
KM oberhalb eines für die Brennkraftmaschine kritischen Grenzwertes T
KMg liegt.
[0014] Die Ansteuerung des Retarders 16 sowie der Zusatzbremseinrichtung (Retarder 2) erfolgt
über eine elektronische Steuereinheit 27 (s.Fig. 1), welcher über den Sensor 28 und
die Meßwertleitung 29 ein der aktuellen Auslenkung α des durch einen Fahrer betätigbaren
Bremspedals 26 entsprechendes Signal, über den Sensor 30 und die Meßwertleitung 31
ein der Temperatur T
R der Betriebsflüssigkeit der Zusatzbremseinrichtung 2 entsprechendes Signal und über
den Sensor 32 und die Meßwertleitung 33 ein der aktuellen Temperatur T
KM des Kühlmittels der Brennkraftmaschine 1 entsprechendes Signal zugeführt wird. In
Abhängigkeit dieser Eingangsgrößen erzeugt die Steuereinheit 27 ein Stellwertsignal
zur Ansteuerung des Retarders 16, bzw. zur Ansteuerung einer an dem Retarder 16 vorgesehenen,
in der Zeichnung der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten Stelleinrichtung
zur Änderung der im Strömungskreislauf zwischen Rotor 17 und Stator 18 befindlichen
Ölmenge (Steuerleitung 34). Darüber hinaus erfolgt über die elektronische Steuereinheit
27 natürlich auch eine der Auslenkung α des Bremspedales entsprechende Betätigung
der Zusatzbremseinrichtung 2 zur Einstellung der geforderten Bremsleistung (Steuerleitung
35). Dies geschieht ebenfalls durch entsprechendes Füllen oder Entleeren des Strömungskreislaufes
des Retarders 2.
[0015] In der Figur 3 ist die Funktionsweise der elektronischen Steuereinheit 27 anhand
eines Flußdiagrammes 36 näher erläutert. Nach dem Start der Brennkraftmaschine 1 erfolgt
im Eingabeblock 37 zunächst die Übernahme des aktuellen Wertes für die Auslenkung
α des Bremspedales 26, sowie des aktuellen Wertes für die Temperatur T
KM des Kühlmittels der Brennkraftmaschine 1. Im Verzweigungsblock 38 wird überprüft,
ob die Kühlmitteltemperatur T
KM oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes T
KMg liegt. Ist dies der Fall, so wird über den Ausgabeblock 39 die Strömungsbremse 16
gemäß dem Diagramm B der Figur 2 angesteuert, d.h. das äußere Zentralrad 14 und damit
der Lüfter 9 und die Riemenscheibe 12 für den Antrieb der Kühlmittelpumpe 10 laufen
mit einer erhöhten Drehzahl, wodurch die Wärmeabfuhr aus dem Kühlmittel erhöht ist.
Gleichzeitig wird über diesen Ausgabeblock 39 auch die Zusatzbremseinrichtung (Retarder
2) entsprechend der Auslenkung α des Bremspedales 26 angesteuert. Die Steuerung verzweigt
anschließend wieder zurück zum Punkt 46 zur erneuten Eingabe von α und T
KM. Liegt die Kühlmitteltemperatur jedoch unterhalb des Grenzwertes T
KMg (Verzweigungsblock 38), so erfolgt im nächsten Verzweigungsblock 40 die Abfrage,
ob Bremsbetrieb vorliegt oder nicht. Liegt kein Bremsbetrieb vor, d.h. also α=0° (Verzweigungsblock
40), so erfolgt über den Ausgabeblock 41 eine Ansteuerung der Zusatzbremseinrichtung
(Retarder 2) derart, daß deren Strömungskreislauf vollständig entleert ist, so daß
über den Retarder 2 keine kinetische Energie des Fahrzeuges in Wärmeenergie umgewandelt
wird. Es tritt demzufolge auch keine nennenswerte Erhöhung der Temperatur des Betriebsflüssigkeit
des Retarders 2 ein. Die Strömungsbremse 16 wird daher entsprechend dem Diagramm A
der Figur 2 angesteuert, d.h. auch der Strömungskreislauf des Retarders 16 ist entleert,
so daß nur ein geringes Moment am Motorgehäuse 19 abgestützt werden kann. Als Folge
hiervon dreht das äußere Zentralrad 14 und damit auch der Lüfter 9 sowie die Riemenscheibe
12 für den Antrieb der Kühlmittelpumpe 10 mit einer relativ geringen Drehzahl (Normaldrehzahl).
Anschließend erfolgt eine Verzweigung zum Punkt 55 bzw. Punkt 46 zur erneuten Eingabe
von α und T
KM. Liegt hingegen Bremsbetrieb vor, ist also α>0° (Verzweigungsblock 40), so erfolgt
über den Ausgabeblock 42 eine Ansteuerung der Zusatzbremseinrichtung 2 derart, daß
deren Strömungskreislauf entsprechend der vorgegebenen Auslenkung α des Bremspedales
26 befüllt wird. Das Fahrzeug wird dadurch in dem entsprechenden vom Fahrer gewünschten
Maße abgebremst, was natürlich zu einer Erwärmung der Betriebsflüssigkeit der Zusatzbremseinrichtung
2 führt. Diese anfallende Wärmeenergie wird über den Wärmetauscher 3 an das Kühlmittel
der Brennkraftmaschine 1 abgegeben. Mit zunehmender Bremsleistung wird also auch das
Kühlmittel stärker erwärmt. Die Erwärmung des Kühlmittels der Brennkraftmaschine 1
erfolgt jedoch stark verzögert zu der Erwärmung der Betriebsflüssigkeit der Zusatzbremseinrichtung
2. Um nun zu verhindern, daß -insbesondere bei niederen Brennkraftmaschinendrehzahlen,
in denen das Planetengetriebe nur mit einer geringen Drehzahl angetrieben wird-, die
Zusatzbremseinrichtung 2 schon thermisch überlastet ist, die Kühlmitteltemperatur
T
KM aber aufgrund der Verzögerung noch auf einem relativ niederen Niveau liegt, ist erfindungsgemäß
vorgesehen, über den Ausgabeblock 42, also unmittelbar, nachdem festgestellt wurde,
daß Bremsbetrieb vorliegt, auch die Drehzahl des Lüfters 9 und der Kühlmittelpumpe
10 zu erhöhen. Die Strömungsbremse 16 wird demzufolge entsprechend dem Diagramm B
der Figur 2 angesteuert und zwar wird deren Strömungskreislauf befüllt, so daß an
dem Maschinengehäuse 19 ein größeres Moment abgestützt werden kann. Die Folge davon
ist eine erhöhte Abtriebsdrehzahl des äußeren Zentralrades 14 und damit auch eine
erhöhte Drehzahl des Lüfters 9 und der Kühlmittelpumpe 10. Liegt also Bremsbetrieb
vor, so werden die Maßnahmen zur verstärkten Wärmeabfuhr aus dem Kühlmittel der Brennkraftmaschine
1 schon so frühzeitig aktiviert das eine thermische Überlastung der Zusatzbremseinrichtung
2 ausgeschlossen ist.
Im anschließenden Eingabeblock 43 erfolgt die Übernahme der aktuellen Temperatur T
R des Retarders 2 bzw. die von dessen Betriebsflüssigkeit sowie die aktuelle Auslenkung
α des Bremspedales 26. Im nachfolgenden Verzweigungsblock 44 wird überprüft, ob immer
noch Bremsbetrieb vorliegt (α>0°?) oder nicht. Ist dies der Fall verzweigt die Steuerung
zu dem Punkt 45 zur erneuten Eingabe der aktuellen Werte von T
R und α. Dies geschieht nun so lange, bis bei der Abfrage im Verzweigungsblock 44 sich
ergibt, daß kein Bremsbetrieb mehr vorliegt. Während des Durchlaufes dieser Schleife
werden sämtliche über den Eingabeblock 43 erfaßten Werte von T
R in einem Speicher abgelegt. Liegt nun also kein Bremsbetrieb mehr vor, so wird zuerst
über den Ausgabeblock 53 veranlaßt, daß der Strömungskreislauf des Retarders 2 entleert
wird, d.h. die Zusatzbremseinrichtung 2 ist inaktiv, so daß deren Betriebsflüssigkeit
nicht mehr weiter erwärmt wird. Anschließend wird in dem Block 47 aus den zuvor abgespeicherten
Werten für T
R ein Mittelwert
R (mittlere Temperatur
R während der vorangegangenen Bremsphase) ermittelt. Dieser Mittelwert
R bezogen auf die jeweilig im Strömungskreislauf des Retarders 2 befindliche Menge
an Betriebsflüssigkeit ist im wesentlichen ein Maß für die aus kinetischer in Wärme
gewandelte Energie während der vergangenen Bremsphase d.h. also für die abgegebene
Bremsleistung. Dementsprechend wird nun im Block 48 aus einem Kennfeld 49 in Abhängigkeit
des Mittelwertes
R eine Zeitspanne t
s ausgelesen, welche nach der Feststellung, daß kein Bremsbetrieb mehr vorliegt (Verzweigungsblock
44), noch verstreichen muß, bis Lüfter 9 und Kühlmittelpumpe 10 wieder mit ihrer Normaldrehzahl
(Ansteuerung der Strömungsbremse 16 gemäß Diagramm A der Figur 2) laufen können. Hierzu
wird im Block 50 ein Zeitgeber gestartet. Im anschließenden Verzweigungsblock 51 wird
abgefragt, ob die Zeitspanne t
s bereits vergangen ist. Wenn nicht, erfolgt ein Rücksprung zum Punkt 52 zur erneuten
Abfrage. Ist die Zeitspanne t
s hingegen verstrichen, so wird die Strömungsbremse 16 über den Ausgabeblock 54 gemäß
dem Diagramm A der Figur 2 angesteuert, d.h. die Drehzahl von Lüfter 9 und Kühlmittelpumpe
10 wird wieder auf den Normalwert reduziert. Mit dieser Maßnahme wird eine schnellstmögliche
Reduzierung der Temperatur T
R des Retarders 2 nach einer Bremsphase erreicht. Anschließend erfolgt eine Verzweigung
zum Punkt 55 bzw. Punkt 46 zur erneuten Eingabe von α und T
KM.
Alternativ zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, die
Erhöhung der Lüfter- bzw. der Kühlmittelpumpendrehzahl nicht sofort mit dem Beginn
des Bremsbetriebes vorzusehen, sondern erst dann, wenn die Temperatur T
R des Retarders 2, bzw. die der Betriebsflüssigkeit einen vorgegebenen Grenzwert überschritten
hat.
[0016] Es ist ebenso denkbar, die Erhöhung von Lüfter- und Kühlmittelpumpendrehzahl im Bremsbetrieb
nur dann vorzusehen, wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl unterhalb eines vorgegebenen
Grenzwertes liegt. Dies ist dann möglich, wenn oberhalb dieses Grenzwertes eine nicht
erhöhte Lüfter- und Kühlmittelpumpendrehzahl ausreichend ist, um die Wärmeenergie
aus der Betriebsmittelflüssigkeit des Retarders auch im extremen Bremsbetrieb in solch
einem Maße abzuführen, daß eine thermische Überlastung der Zusatzbremseinrichtung
ausgeschlossen ist.
Es ist ferner möglich, die Erhöhung von Lüfter- und Kühlmittelpumpendrehzahl im Bremsbetrieb
erst dann vorzusehen, wenn die Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur bereits
erreicht hat. Dadurch, daß dann bei noch kalter Brennkraftmaschine der Lüfter sowie
die Kühlmittelpumpe auch im Bremsbetrieb nur mit ihrer Normaldrehzahl laufen und somit
die Wärmeabfuhr aus dem Kühlmittel der Brennkraftmaschine verringert ist, wird die
den Verschleiß der Brennkraftmaschine fördernde Warmlaufphase -insbesondere dann,
wenn in dieser Phase häufig gebremst wird- deutlich verkürzt.
Die Erfindung beschränkt sich nicht darauf, daß für den Abtrieb das äußere Zentralrad,
für den Antrieb der Planetenradträger und zur Abstützung über die Strömungsbremse
das innere Zentralrad des Planetengetriebes vorgesehen sind, es ist ebenso auch eine
andere geeignete Konstellation denkbar.
Anstatt über eine Strömungsbremse kann die Änderung des Abstützmomentes auch über
eine andere Bremseinrichtung wie z.B. über eine Reibungsbremse oder eine Wirbelstrombremse
gesteuert werden.