DE19851436A1

DE19851436A1 - Optimum power current generation system for motor vehicle has first and second generators with first generator connected to engine drive shaft and controllable clutch between generators

Info

Publication number: DE19851436A1
Application number: DE19851436A
Authority: DE
Inventors: Dieter Falzewski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2000-05-11

Abstract

The system includes a clutch (5) e.g. a magnetic clutch, which is arranged between the first generator (2) which is directly connected with a drive shaft (3) of the engine and the second generator (4). The clutch is controllable using an evaluation-control unit (6), which evaluates the load condition (7). The evaluation and control unit is mechanically and electrically across the two generators. The first generator is dimensioned to cover a base load necessary for driving the motor vehicle and contains all relevant safety components.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur energieoptimierten Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen.The invention relates to a method and a device for energy-optimized Electricity generation in motor vehicles.

Insbesondere aus ökologischen Gründen werden vielfältige Anstrengungen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs in Kraftfahrzeugen unternommen. Beispiele hierfür sind Verbesserungen in der Aerodynamik und die Verwendung neuer leichterer Werkstoffe. Gleichzeitig nehmen jedoch die elektrischen Verbraucher in Kraftfahrzeugen stetig zu. Beispiele hierfür sind insbesondere elektrisch steuerbare Komfortfunktionen wie beispielsweise Sitzheizungen, Klimaanlagen, elektrisch verstellbare Fensterheber und Navigationsgeräte. Des weiteren nimmt die sicherheitsrelevante Sensorik und Regelung wie beispielsweise ABS, ADR und Airbags zu. Die elektrische Energie für all diese Komponenten muß durch den Generator erzeugt werden, der hierzu vom Motor angetrieben wird. Der Generator wird dabei unter Einhaltung von Sicherheitsmargen derart ausgelegt, daß dieser gegebenenfalls noch alle elektrischen Komponenten mit elektrischer Energie versorgen kann. Aufgrund dieser Tatsache ist es leicht ersichtlich, daß sich die Menge an bereitgestellter elektrischer Energie auf den Kraftstoffverbrauch niederschlägt. Im gleichen Maße wie andere kraftstoffverbrauchende Komponenten optimiert werden, nimmt der Einfluß der elektrischen Energieerzeugung zum Gesamtkraftstoffverbrauch zu.For ecological reasons in particular, various efforts are being made to reduce it of fuel consumption in motor vehicles. examples for this are Improvements in aerodynamics and the use of new, lighter materials. At the same time, however, the electrical consumers in motor vehicles are steadily increasing. Examples of this are in particular electrically controllable comfort functions such as For example, seat heaters, air conditioners, electrically adjustable windows and Navigation devices. Furthermore, the safety-relevant sensors and controls take how for example ABS, ADR and airbags too. The electrical energy for all of these components must be generated by the generator, which is driven by the engine. The Generator is designed in compliance with safety margins such that this If necessary, supply all electrical components with electrical energy can. Because of this, it is easy to see that the amount of provided electrical energy on fuel consumption. In the same He takes measurements of how other fuel-consuming components are optimized Influence of electrical energy generation on total fuel consumption.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optimierten Stromerzeugung zu schaffen, mittels derer im Mittel der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann.The invention is therefore based on the technical problem, a method and a To create device for optimized power generation, by means of which the average Fuel consumption can be reduced.

Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die Aufteilung eines großen Generators in zwei separate Generatoren, wobei der eine permanent mit dem Motor verbunden ist, wohingegen der andere nur bei Bedarf zugeschaltet und ansonsten mechanisch von der Antriebswelle des Motors entkoppelt ist, wird der Wirkungsgrad im Mittel spürbar verbessert, so daß der Kraftstoffverbrauch ebenfalls reduziert wird. Die Erhöhung des Wirkungsgrades liegt insbesondere darin, daß falls der zweite Generator nicht zugeschaltet wird, aufgrund der kleineren Auslegung des ersten Generators die statischen und dynamischen Verluste geringer sind, beispielsweise weil geringere Massen zu beschleunigen oder zu verzögern sind. Des weiteren kann auch die Kühlung für den ersten Generator geringer als für einen einzigen großen Generator ausgelegt werden, so daß in den Phasen ohne den zweiten Generator erheblich Energie eingespart werden kann.The solution to the problem results from the features of claims 1 and 6. Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims. By dividing a large generator into two separate generators, one of which is permanently connected to the engine, whereas the other is only required switched on and otherwise mechanically decoupled from the drive shaft of the motor, the efficiency is noticeably improved on average, so that fuel consumption too is reduced. The increase in efficiency is in particular that if the second generator is not switched on, due to the smaller design of the first The static and dynamic losses are lower, for example because lower masses have to be accelerated or decelerated. Furthermore, the Cooling for the first generator less than for a single large generator be designed so that in the phases without the second generator considerable energy can be saved.

Die Kupplung zwischen den Generatoren ist vorzugsweise als Magnetkupplung ausgebildet, da mittels dieser eine schnelle und zuverlässige elektrisch steuerbare mechanische und elektrische Verbindung herstellbar bzw. auftrennbar ist.The coupling between the generators is preferably designed as a magnetic coupling, because by means of this a fast and reliable electrically controllable mechanical and electrical connection can be established or separated.

Die Dimensierung des ersten Generators erfolgt derart, daß dieser eine notwendige Grundlast abdecken kann. Diese Grundlast beinhaltet dabei alle für den Betrieb des Kraftfahrzeuges notwendigen und alle sicherheitsrelevanten Komponenten. Da der Einspareffekt um so größer ist, desto weniger der zweite Generator zugeschaltet wird, wird die Grundlast vorzugsweise um den Energiebedarf für häufig frequentierte Komfortkomponenten wie beispielsweise Radio und Navigationsgeräte erweitert.The first generator is dimensioned such that it is a necessary one Can cover base load. This basic load includes all for the operation of the Motor vehicle necessary and all safety-related components. Since the The greater the savings effect, the less the second generator is switched on the base load preferably around the energy requirement for frequently frequented Comfort components such as radio and navigation devices expanded.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur energieoptimierten Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen.The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment explained. The single figure shows a schematic block diagram of a device for energy-optimized power generation in motor vehicles.

Die Vorrichtung 1 zur energieoptimierten Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen umfaßt einen ersten Generator 2, der fest mit einer Antriebswelle 3 eines nicht dargestellten Motors verbunden ist, einen zweiten Generator 4, eine Kupplung 5 und eine Bewertungs- und Steuereinheit 6. Die zwischen dem ersten Generator 2 und dem zweiten Generator 4 angeordnete Kupplung 5 verbindet oder trennt die Antriebswelle 3 mechanisch mit dem zweiten Generator 4 und verbindet oder trennt die beiden Generatoren 2, 4 elektrisch. Gesteuert wird die Kupplung 5 durch die Bewertungs- und Steuereinheit 6, der hierzu als Eingangsgröße 7 eine elektrische Lastinformation des Kraftfahrzeuges zugeführt wird. Der erste Generator 2 wird dabei derart ausgelegt, daß dieser eine Grundfast aus für den Betrieb notwendigen Komponenten wie beispielsweise Kraftstoffversorgungspumpen, elektrische Zündunterstützung sowie sicherheitsrelevante Komponenten wie beispielsweise ABS abdeckt. Darüber hinaus sind auch stark frequentierte Komfortkomponenten berücksichtigt. Vereinfacht ausgedrückt ist der erste Generator 2 derart ausgelegt, daß dieser den maximal auftretenden Energiebedarf bei einer sommerlichen Tagesfahrt abdeckt. Alle anderen elektrischen Komponenten wie beispielsweise Beleuchtung und Heizung werden hingegen durch den zweiten Generator 4 abgedeckt. Die Summe der elektrischen Leistungen vom ersten und zweiten Generator 2, 4 entspricht dabei im wesentlichen der Leistung eines herkömmlichen Generators.The device 1 for energy-optimized power generation in motor vehicles comprises a first generator 2 , which is fixedly connected to a drive shaft 3 of a motor, not shown, a second generator 4 , a clutch 5 and an evaluation and control unit 6 . The clutch 5 arranged between the first generator 2 and the second generator 4 mechanically connects or disconnects the drive shaft 3 to the second generator 4 and electrically connects or disconnects the two generators 2 , 4 . The clutch 5 is controlled by the evaluation and control unit 6 , to which an electrical load information of the motor vehicle is fed as input variable 7 . The first generator 2 is designed in such a way that it covers a basic fast of components necessary for operation, such as fuel supply pumps, electrical ignition support and safety-relevant components such as ABS. High-traffic comfort components are also taken into account. Put simply, the first generator 2 is designed in such a way that it covers the maximum energy requirement that occurs during a summer day trip. All other electrical components such as lighting and heating, however, are covered by the second generator 4 . The sum of the electrical powers from the first and second generators 2 , 4 essentially corresponds to the power of a conventional generator.

Bei einer normalen Tagesfahrt benötigen die aktiven elektrischen Verbraucher ca. 7-10 Ampere, die vom ersten Generator 2 abgedeckt werden müssen. Solange keine zusätzlichen elektrischen Verbraucher zugeschaltet werden, bleibt die Kupplung 5 offen, d. h. der zweite Generator 4 ist mechanisch von der Antriebswelle 3 des Motors getrennt. Die vorzugsweise im Motorsteuergerät integrierte Bewertungs-Steuereinheit 6 erfaßt dann kontinuierlich den Lastzustand und schließt die Kupplung 5 schließlich, wenn der erste Generator 2 die benötigte Energie nicht mehr alleine decken kann, beispielsweise weil die Kraftfahrzeugbeleuchtung eingeschaltet wurde. Sinkt der Energiebedarf wieder, so öffnet die Bewertungs- und Steuereinheit 6 wieder die Kupplung 5. Dadurch läßt sich im Mittel erheblich Kraftstoff einsparen. So benötigt beispielsweise ein 120-Ampere-Generator zur Deckung einer Grundlast von ca. 10 A 0,18 Liter Kraftstoff, wohingegen ein separater Generator 2 von 10 A im Vollastbetrieb nur ca. 0,06 Liter Kraftstoff benötigt, so daß in den Phasen mit getrenntem zweiten Generator 4 ca. 0,12 Liter Kraftstoff pro 100 km eingespart werden können.On a normal day's journey, the active electrical consumers require approximately 7-10 amperes, which must be covered by the first generator 2 . As long as no additional electrical consumers are switched on, the clutch 5 remains open, ie the second generator 4 is mechanically separated from the drive shaft 3 of the motor. The evaluation control unit 6 , which is preferably integrated in the engine control unit, then continuously records the load state and finally closes the clutch 5 when the first generator 2 can no longer cover the required energy alone, for example because the motor vehicle lighting has been switched on. If the energy requirement drops again, the evaluation and control unit 6 opens the clutch 5 again . This means that fuel can be saved considerably on average. For example, a 120 ampere generator needs 0.18 liters of fuel to cover a base load of approx. 10 A, whereas a separate generator 2 of 10 A only requires approx. 0.06 liters of fuel at full load, so that in the phases with separate second generator 4 can save about 0.12 liters of fuel per 100 km.

Claims

1. Device ( 1 ) for energy-optimized power generation in motor vehicles, comprising a first generator ( 2 ) and a second generator ( 4 ), the first generator ( 2 ) being fixedly connected to a drive shaft ( 3 ) of an engine, and between the first and second generator ( 2 , 4 ) is arranged a clutch ( 5 ) which can be controlled by an evaluation and control unit ( 6 ) evaluating the load state ( 7 ) and via which the generators ( 2 , 4 ) can be mechanically and electrically connected.

2. Device according to claim 1, characterized in that the coupling ( 5 ) is designed as a magnetic coupling.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the first generator ( 2 ) is dimensioned such that it covers a base load which contains all the components necessary for operating the motor vehicle and all safety-relevant components.

4. The device according to claim 3, characterized in that the base load additionally high-traffic comfort components.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation and control unit ( 6 ) is integrated in an engine control unit of the motor vehicle.

6. A method for energy-optimized power generation in motor vehicles by means of a device ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising the following method steps:

a) continuous detection of the load state ( 7 ) of the first generator ( 2 ) by the evaluation and control unit ( 6 ) with the clutch open,
b) the clutch ( 5 ) is closed by the evaluation and control unit if the load state ( 7 ) of the first generator ( 2 ) exceeds a threshold value and
c) re-opening the clutch ( 5 ) if the load state ( 7 ) of both generators ( 2 , 4 ) is below a threshold value that can be covered by the first generator ( 2 ) alone.

7. The method according to claim 6, characterized in that the threshold value for opening and closing the clutch ( 5 ) is the same.