CH721608A1 - Arbeitsmaschine mit Energierekuperation und Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine umfassend einen Verbrennungsmotor (10) und wenigstens einen sekundären pneumatischen oder hydraulischen Arbeitskreis, wobei während des Betriebs des sekundären Arbeitskreises Energie rekuperiert und einem Druckspeicher (13) der Arbeitsmaschine zur Energiespeicherung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hilfsverdichter (15) vomanden ist, der durch die im Druckspeicher (13) gespeicherte Energie antreibbar ist, und eine Motorsteuerung vorhanden und konfiguriert ist, eine hochdynamische Steigerung der Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor (10) zu erkennen und bei Bedarf Zusatzladeluft mittels des Hilfsverdichters (15) zu erzeugen, die dem Ladeluftpfad des Verbrennungsmotors (10) in Ergänzung zum regulären Ladeluftstrom des Verbrennungsmotors (10) zugeführt wird. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine mit oben genannten Merkmalen.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine mit Energierekuperation und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Arbeitsmaschine

[0002] Im Technologiebereich von Fahrzeugen ist die Rekuperation von Energie und deren Wiederverwendung bereits seit langem Stand der Technik. Auch ist die Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem elektrischen System für die Hybridisierung der Fahrzeuge am weitesten verbreitet. Hierbei existieren unterschiedliche Ausprägungsgrade der Hybridisierung. Bei einem sogenannten Micro-Hybridfahrzeug lassen sich in Bezug auf die Leistung seines Verbrennungsmotors vergleichsweise geringe Leistungen rekuperieren, weswegen die Rekuperationsenergie nicht als Antriebsenergie eingesetzt wird, sondern ausschließlich zur Versorgung von Sekundärfunktionen, wie bspw. zur Versorgung eines Elektrostarters des Verbrennungsmotors und sonstigen im Fahrzeug vorhandenen elektrischen Verbrauchern. Bereits bei Abbremsvorgängen, die das Anfallen von zeitbezogener kinetischer Energie eines Rangiervorgangs überschreiten, lässt sich lediglich ein geringer Anteil der dabei vorliegenden überschüssigen Leistung rekuperieren. Obgleich der Tatsache, dass lediglich ein sehr geringer Anteil der prinzipiell verfügbaren Energie zurückgewonnen werden kann, hat innerhalb seiner Rahmenbedingungen auch ein Mico-Hybridfahrzeug seine Daseinsberechtigung. So sind etwa seine Anschaffungs-Mehrkosten, sein Zusatzgewicht und der Ressourcen-Mehreinsatz gegenüber einem vergleichbaren Fahrzeug, welches abgesehen von der sogenannten Lichtmaschine keinerlei Möglichkeit aufweist, um eine darüber hinausreichende Rekuperationsleistung zu beziehen, vergleichsweise niedrig.

[0003] Für Fahrzeuge, die innerhalb der Hybridisierung bereits in die nächsthöhere Kategorie der sogenannten Mild-Hybridfahrzeuge einzuordnen sind, ist bereits ein erheblicher Mehraufwand dafür zu leisten, dass ein rein elektromotorisch angetriebener Rangierbetrieb erfolgen kann, eine gewisse elektromotorisch erzeugte Antriebsleistung zusätzlich zu der vom Verbrennungsmotor verfügbaren bereitgestellt werden kann und eine Rekuperation durchgeführt werden kann, deren obere Leistungsgrenze die eines Micro-Hybrids übersteigt. Auf eine Vervollständigung der betreffenden Klassifizierung wird im Folgetext verzichtet.

[0004] Hinsichtlich möglicher Kombinationen von Antriebsaggregaten existiert nicht nur die Kombination von Verbrennungsmotor mit Elektromotor, genauer mit einem elektrischen Antriebssystem, sondern ferner auch Kombinationen aus Verbrennungsmotor und Schwungradspeicher oder hydraulischem Antriebssystem inkl. Druckspeicher. Die letztgenannte Kategorie weist vor allem im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen ein hohes Erfolgspotenzial auf, da hier, anders als bspw. im PKW-Bereich, bereits hohe hydraulische Leistungsflüsse vorliegen und entsprechende Hydrauliksysteme vorhanden sind. So ist bspw. für einen seriell aufgebauten dieselmotorischhydraulischen-Leistungspfad eines Grundsystems, z.B. ein Dieselmotor, der eine Hydraulikpumpe zur Bereitstellung hydraulische Leistung für einen Hubzylinder oder einen Hydraulikmotor antreibt, die funktionsfähige und nutzbringende Einbindung eines Druckspeichers bekannt.

[0005] Ein Beispiel einer Arbeitsmaschine, die eine sinnvolle Energierekuperation während eines Arbeitszyklus gestattet, ist ein Bagger. Hier ist unter anderem für die Energierekuperation auch die Betätigung des sogenannten Hubes prädestiniert ist. (Als Hub oder auch Ausleger bezeichnet man das sich am Oberwagen angebaute Segment des betreffenden Arbeitsgerätes, die beiden anderen Segmente werden Löffel und Stiel genannt.) Beim Anheben jener Arbeitsausrüstung muss dem Ausleger-Hydraulikzylinder eine entsprechend hohe Energiemenge zugeführt werden, um über eine Schwenkbewegung des Auslegers unter Mitwirkung des Stieles und Löffels die in Vertikalrichtung erforderliche Positionierung des Löffels zu erzielen. Wenn man sich die Länge des möglichen Hebelarmes vergegenwärtig sowie die Tatsache, dass während des Anhebens der Löffel mit dem Schüttgut gefüllt ist, wird deutlich, dass für den beschriebenen Hubvorgang sehr hohe Leistungen erforderlich sind. Beim Absenken, wenngleich sich das Schüttgut in den meisten Fällen nicht mehr innerhalb des Löffels befindet, werden stattdessen hohe Leistungen verfügbar, aus denen Rekuperationsenergie bezogen werden kann. Bei den überwiegenden Einsätzen eines Baggers ist auch für das Einstechen des Löffels in das Schüttgut bzw. das Aushubgut eine hohe Leistung erforderlich. Aus den betrachteten Teilsequenzen eines Arbeitszyklus, beginnend mit dem Absenken der Arbeitsausrüstung, dem sich anschließenden Einstechen des Löffels in das Schüttgut und dem nachfolgenden Anheben der Arbeitsausrüstung einschließlich dem aufgenommenen Schüttgut, ergibt sich in der genannten Abfolge und dabei zeitlich parallel zu den Arbeitsabschnitten das folgende Leistungsprofil: Zu Beginn des Absenkens besteht zumindest ein geringer Leistungsbedarf und spätestens gegen Ende des Absenkens fällt Leistung an, die rekuperiert werden kann. Während des Einstechvorgangs in das Schüttgut bzw. in das Aushubgut besteht stattdessen ein hoher bis sehr hoher Leistungsbedarf, der möglichst verzögerungsfrei zur Verfügung stehen sollte. Das Anheben erfordert gleichsam eine hohe Leistung.

[0006] Die während eines Arbeitszyklus auftretende kurzfristige Steigerung des Leistungsbedarfs stellt jedoch für gewisse Motorkonzepte ein Problem dar, denn den Brennräumen des Verbrennungsmotors muss innerhalb einer extrem kurzen Ansprechzeit eine deutlich gesteigerte Luftmenge zugeführt werden, was durch den regulären Luftpfad des Motors oftmals nicht zu bewerkstelligen ist. Bekannt ist diese Problematik bspw. als sogenanntes Turboloch.

[0007] Aus der US 2010/02362332A1 ist eine Arbeitsmaschine bekannt, die beim Absenken einer Last hydraulische Energie rekuperiert. Bei der bekannten Systemlösung erfolgt der Wiedereinsatz der zuvor rekuperierten und innerhalb eines Druckspeichers aufgenommenen hydraulischen Energie zum Antreiben eines Hydraulikmotors, der sodann mechanischer Leistung direkt in das Antriebssystem der Maschine in Form eines Verbrennungsmotors einbringt. Ein solches System ist jedoch vergleichsweise aufwändig zur realisieren.

[0008] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Arbeitsmaschine bzw. ein Verfahren aufzuzeigen, das die vorgenannte Problematik zu überwinden weiß.

[0009] Gelöst wird die obige Aufgabenstellung durch eine Arbeitsmaschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 16.

[0010] Der erfindungsgemäße Ansatz der Anmeldung besteht darin, die temporär erforderliche Zusatzladeluft, die über den regulären Ladeluftpfad nicht in einer entsprechend ausreichenden Kurzfristigkeit erbracht werden kann, anderweitig verfügbar zu machen, wobei die notwendige Modifikation der Arbeitsmaschine bzw. des verwendeten Verbrennungsmotors vergleichsweise geringe Anforderungen in Sachen Bereitstellung und Integration erfordert und der Einsatz dadurch besonders energieeffizient ist.

[0011] Erfindungsgemäß wird daher eine Arbeitsmaschine vorgeschlagen, die neben einem Verbrennungsmotor wenigstens einen sekundären pneumatischen oder hydraulischen Arbeitskreis umfasst. Während des Betriebs der Arbeitsmaschine ist Energie aus dem sekundären Arbeitskreis rekuperierbar und einem Druckspeicher der Arbeitsmaschine zur Speicherung in Form von Kompressionsenergie zuführbar. Erfindungsgemäß umfasst die Arbeitsmaschine wenigstens einen Hilfsverdichter, der durch die im Druckspeicher gespeicherte Energie antreibbar ist. Der genannte Hilfsverdichter ist als zusätzlicher Verdichter zum regulären Ladeluftpfad des Verbrennungsmotors zu verstehen. D.h. der Hilfsverdichter soll nur in hilfsweise unter besonderen Bedingungen zum Einsatz kommen und dem regulären Luftpfad des Verbrennungsmotors komprimierte Zusatzladeluft bereitstellen. Der reguläre Luftpfad umfasst die Luftansaugung und die entsprechende Zuführung der Verbrennungsluft in die Brennkammern des Verbrennungsmotors. Im regulären Ladeluftpfad kann bereits eine Verdichtung/Kompression der angesaugten Ladeluft ausgeführt werden, bspw. mittels eines Abgasturboladers oder eines anders angetriebenen Kompressors. Der Hilfsverdichter der vorliegenden Erfindung ist demzufolge als ein, zu einer etwaigen Verdichtungskomponente des regulären Ladeluftpfades zusätzlicher Verdichter zu verstehen.

[0012] Die Arbeitsmaschine umfasst weiterhin eine Motorsteuerung, die konfiguriert ist, für den Fall einer hochdynamischen Steigerung der Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor den Hilfsverdichter zu aktivieren, um komprimierte Zusatzladeluft zu erzeugen und diese dem regulären Ladeluftpfad des Verbrennungsmotors, d.h. in Ergänzung zum regulären Ladeluftstrom zuzuführen. Gemäß der Erfindung soll folglich mittels der im Druckspeicher gespeicherten Energie bei einem hochdynamischen Anstieg der Leistungsanforderung dem Verbrennungsmotor Zusatzladeluft zur Verfügung gestellt werden und zwar solange, bis der reguläre Luftpfad des Verbrennungsmotors ein ausreichendes Ladeluftvolumen für den aktuellen Motorbetriebspunkt bereitstellen kann. Mit anderen Worten: die mittels der rekuperierten Energie erzeugte Zusatzladeluft wird nur temporär und kurzzeitig für eine Übergangsphase der Leistungssteigerung bereitgestellt. Ein typisches Beispiel ist die Überbrückung des sogenannten Turbolochs.

[0013] Vorteilhafterweise kann eine erste hydraulische Verdrängereinheit vorgesehen sein, deren Druckausgang mit einem Eingang des Druckspeichers verbunden bzw. verbindbar ist. Mittels der ersten Verdrängereinheit kann dem Druckspeicher ein flüssiges Fluid, bevorzugt ein Öl, insbesondere Hydrauliköl, zugeführt werden, wodurch innerhalb des Druckspeichers Kompressionsenergie aufbau- und speicherbar ist. Rekuperationsenergie kann dem Druckspeicher direkt von einem Aktor des Arbeitskreises zuführbar sein, bspw. indem Hydraulikfluid bei der Betätigung eines Hydraulikzylinders aus dem Zylinder in den Druckspeicher fließt. Eine Energierekuperation kann jedoch auch mittelbar erfolgen, indem die erste hydraulische Verdrängereinheit im Pumpenbetrieb arbeitet und der während entsprechender Betriebszustände, in denen Bewegungsenergie aus dem Gesamtsystem entzogen werden muss, eine entsprechende Rekuperationsleistung über ihre Triebwelle zugeführt wird. Die so angetriebene erste Verdrängereinheit fördert dann Fluid in den Druckspeicher. Beispielsweise kann die erste hydraulische Verdrängereinheit derart in das Gesamtsystem integriert sein, dass diese lediglich von einem sich passiv bewegenden Teil Leistung beziehen kann, um diese in hydraulische Leistung umzuwandeln. Hierbei könnte es sich um eine zur Fortbewegung der Arbeitsmaschine dienende Achse handeln, die nicht aktiv angetrieben werden kann, sondern lediglich passiv mitbewegt wird und die Antriebswelle der Verdrängereinheit antreibt.

[0014] Die hydraulische Verdrängereinheit 12 kann jedoch auch unter einem erhöhten Arbeitsbetrieb des Verbrennungsmotors 10 und somit unter einer Inkaufnahme eines Kraftstoffmehrverbrauchs betätigt wird, um die Unterschreitung eines festgelegten Mindestdruckniveaus innerhalb des Druckspeichers 13 zu vermeiden. Dadurch wird sichergestellt, dass im Druckspeicher auch dann ein ausreichend großes Energiereservoir für die temporäre Bereitstellung der Zusatzladeluft zur Verfügung steht, wenn durch den sekundären Arbeitskreis aktuell keine oder weniger Energie rekuperiert wird.

[0015] Die erste hydraulische Verdrängereinheit kann bspw. über einen Nebenantrieb des Verbrennungsmotors angetrieben sein. Denkbar ist auch die Anbindung der ersten Verdrängereinheit über ein Pumpenverteilergetriebe, das von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Alternativ oder zusätzlich könnte die erste hydraulische Verdrängereinheit auch unabhängig vom Verbrennungsmotor durch einen Zusatzantrieb, bspw. einen Elektroantrieb, angetrieben sein.

[0016] Die erste Verdrängereinheit kann eine im Pumpenbetrieb rotatorisch arbeitende Verdrängereinheit sein, wie beispielswiese eine Axialkolben- bzw. Radialkolbenpumpe.

[0017] Gemäß vorteilhafter Ausführung kann eine zweite hydraulische Verdrängereinheit vorgesehen sein, die mittels der im Druckspeicher gespeicherter Kompressionsenergie antreibbar ist und deren mechanische Ausgangsleistung den Hilfsverdichter antreibt. Die zweite Verdrängereinheit kann demzufolge ein Hydraulikmotor sein, bevorzugt ein Hochgeschwindigkeits-Hydraulikmotor. In einer vorteilhaften Ausführung kann der Hydraulikmotor eine Axialkolbenmaschine sein, die für den Betrieb im benötigten Hochdrehzahlbereich geeignet ist. Zwischen der zweiten Verdrängereinheit und dem Hilfsverdichter kann ein Übersetzungsgetriebe geschaltet sein.

[0018] Besonders bevorzugt ist es, wenn die zweite hydraulische Verdrängereinheit ebenfalls im Pumpenbetrieb betreibbar ist. Dies ermöglicht auch eine Rekuperation der Rotationsenergie des Hilfsverdichters in den Druckspeicher, wenn dieser beispielsweise abgeschaltet wird und ausläuft.

[0019] Der Hilfsverdichter kann ein volumetrischer Verdichter sein, vorzugsweise ein Innenzahnradkompressors oder ein Gerotor-Kompressor. Der eingesetzte Druckspeicher kann ein Blasenspeicher, Membranspeicher oder ein Doppelkolbenspeicher sein. Denkbar ist die Verwendung eines beliebigen Speichertyps, solang dieser geeignet ist, die im sekundären Arbeitskreis rekuperierte Energie aufzunehmen.

[0020] Sinnvollerweise ist wenigstens ein Ladeluftkühler stromaufwärts des Hilfsverdichters vorgesehen, um die erzeugte Zusatzladeluft abzukühlen. Der Hilfsverdichter kann einen dedizierten, nachgeschalteten Ladeluftkühler aufweisen. Denkbar ist es jedoch auch, die erzeugte Zusatzladeluft einem integralen Ladeluftkühler des regulären Ladeluftpfades zuzuführen, d.h. die Zusatzladeluft wird dem regulären Ladeluftpfad bereits stromaufwärts eines etwaigen dort verbauten Ladeluftkühlers zugeführt.

[0021] Umfasst der Verbrennungsmotor bereits eine Ladeluftverdichtung, insbesondere in Form eines Abgasturboladers, so ist es sinnvoll, wenn die durch den Hilfsverdichter erzeugte Zusatzladeluft strömungsaufwärts der bestehenden Verdichtung (Abgasturboladers) des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Umfasst der reguläre Luftpfad des Verbrennungsmotors eine Drosselklappe, so wird die Zusatzladeluft aus dem Hilfsverdichter bevorzugt strömungsabwärts der Drosselklappe dem regulären Luftpfad zugeführt.

[0022] Gemäß vorteilhafter Ausführung der Erfindung ist der Druckspeicher über eine Ventilanordnung, vorzugsweise wenigstens ein schaltbares Wegeventil, an den sekundären Arbeitskreis der Arbeitsmaschine angebunden. Idealerweise sind über die ein oder mehreren Ventile mindestens drei Ventilstellungen möglich. Gemäß einer ersten Ventilstellung kann dem Druckspeicher flüssiges Fluid aus dem sekundären Arbeitskreis im Rahmen der Energierekuperation oder von der ersten Verdrängereinheit zugeführt werden. In einer zweiten Ventilstellung kann flüssiges Fluid aus dem Druckspeicher zum Antreiben des Verdichters bzw. der zweiten Verdrängereinheit entnommen werden. Gemäß einer dritten Ventilstellung kann weder flüssiges Fluid aus dem Druckspeicher entnommen werden, noch flüssiges Fluid in den Druckspeicher zuführbar sein. In einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Anbindung des Druckspeichers über ein Drei-Wegeventil, das die vorgenannten drei Ventilstellungen umsetzen kann. Der Druckspeicher umfasst dementsprechend nur einen einzigen Anschluss, der mit einem Anschluss des Drei-Wegeventils verbunden ist.

[0023] Alternativ ist es ebenso vorstellbar, dass die Anbindung des Druckspeichers über mehrere Fluidanschlüsse erfolgt. Ein erster Anschluss des Druckspeichers ist mittelbar mit dem Hochdruckausgang der ersten Verdrängereinheit verbunden bzw. mit einer Leitung des sekundären Arbeitskreises, über die rekuperierte Energie in den Druckspeicher zuführbar ist. Sinnvollerweise ist zwischen dem Anschluss des Druckspeichers und der ersten Verdrängereinheit bzw. besagter Leitung zur Energierekuperation ein Rückschlagventil oder eine funktional ähnlich wirkende Komponente integriert, um einen Rückfluss des Fluids aus dem Druckspeicher in Richtung der ersten Verdrängereinheit bzw. den Arbeitskreis zu vermeiden. Ein zweiter Fluidanschluss des Druckspeichers ist bevorzugt über ein Ventil mit dem Hochdruckeingang der zweiten Verdrängereinheit verbunden. Das zwischen zweiter Verdrängereinheit und Druckspeicher eingebundene Ventil kann per Fernsteuerung in eine erste Ventilstellung verbracht werden, in dieser kein flüssiges Fluid aus dem Druckspeicher in Richtung der zweiten Verdrängereinheit strömt, sowie in eine zweite Ventilstellung verbracht werden, in der flüssiges Fluid aus dem Druckspeicher in Richtung der zweiten Verdrängereinheit strömt. Bevorzugt ist auch für diese Ausführung vorgesehen, dass durch geeignete Ansteuerung der Ventile und Komponenten ein Zustand einstellbar ist, in dem der Druckspeicher weder Fluid aufnehmen noch abgeben kann, und zwar unabhängig von den vorliegenden Druckverhältnissen.

[0024] Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Verdrängereinheit für den Fall, dass dem Druckspeicher momentan kein flüssiges Fluid zugeführt werden soll, in einen Leerlauf-Betriebszustand versetzbar ist, in dem die Leistungsaufnahme der ersten Verdrängereinheit aus dem Antriebssystem wesentlich kleiner ist als während des Arbeitsbetriebs der ersten Verdrängereinheit. Denkbar ist eine solche Umsetzung mittels Hydraulikventils, um den Fluidstrom durch die Verdrängereinheit zu reduzieren bzw. zu sperren. Ein solches Hydraulikventil ermöglicht je nach Anforderungsfall (i) ein Öffnen und geöffnet Halten oder (ii) ein Schließen und geschlossen halten per Fernsteuerung.

[0025] Alternativ kann es ebenfalls vorgesehen sein, dass die erste Verdrängereinheit von ihrer Antriebswelle mechanisch entkoppelbar ist, bevorzugt über eine magnetische Kupplung. Die verwendete Kupplung kann bevorzugt die Zustände (i) momentanes Öffnen, (ii) geöffnet halten, (iii) momentanes Schließen und (iv) geschlossen halten einnehmen.

[0026] Bei dem sekundären Arbeitskreis kann es sich um einen offenen oder geschlossenen Hydraulikkreislauf handeln. Die Arbeitsmaschine ermöglicht eine Onroad- oder Offroad-Anwendung. Die Arbeitsmaschine kann eine mobile Arbeitsmaschine oder eine stationäre Arbeitsmaschine sein.

[0027] Neben der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Arbeitsmaschine nach der vorliegenden Erfindung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass während des Betriebs des sekundären Arbeitskreises Energie rekuperiert und in einem Druckspeicher der Arbeitsmaschine gespeichert wird. Die im Druckspeicher gespeicherte Energie kann dann zum Antrieb eines Hilfsverdichters der Arbeitsmaschine verwendet werden, wobei mittels des Hilfsverdichters Zusatzladeluft erzeugt wird, die dem Verbrennungsmotor temporär als Zusatzladeluft zum Luftpfad des Verbrennungsmotors zugeführt wird, und zwar dann, wenn eine hochdynamische Steigerung der Leistungsanforderung des Verbrennungsmotors erkannt wird. Kommt es also zu einem starken Anstieg der Leistungsanforderung, bspw. durch eine zu verrichtende Arbeit des sekundären Arbeitskreises, so kann diese Leistungsanforderung oftmals nicht verzögerungsfrei durch den Verbrennungsmotor bereitgestellt werden, bspw. aufgrund des bestehenden Turboloches. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für so einen Fall Zusatzladeluft durch den Hilfsverdichter bereitgestellt. Da der Hilfsverdichter mit gespeicherter Energie aus dem Druckspeicher betrieben wird, steht diese Zusatzladeluft nahezu verzögerungsfrei zur Verfügung.

[0028] Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt zudem ein „downsizing“ der eingesetzten Verbrennungsmotoren, da diese hochdynamische Steigerung der Leistungsanforderung mittels des vorgeschlagenen Verfahrens bedienen können.

[0029] Bevorzugt ist es, wenn, sofern der Verbrennungsmotor die aktuelle Leistungsanforderung ohne Zusatzladeluft bedienen kann, bestehende Rotationsenergie des Hilfsverdichters in den Druckspeicher rekuperiert wird, bspw. indem die zweite Verdrängereinheit zum Antrieb des Hilfsverdichters im Pumpenbetrieb arbeitet und Hydraulikfluid in den Druckspeicher fördert.

[0030] Bevorzugt kommt eine erste Verdrängereinheit zum Einsatz, um den Druckspeicher auch bei unzureichender Energierekuperation aufzuladen. Da eine solche erste Verdrängereinheit bevorzugt über einen Nebenantrieb des Verbrennungsmotors, über ein von dem Verbrennungsmotor angetriebenes Pumpenverteilergetriebe angetrieben wird, sollte die erste Verdrängereinheit bei Nichtgebrauch nur eine möglichst geringe Leistungsaufnahme haben. Bevorzugt ist es, wenn die erste hydraulische Verdrängereinheit in Bezug auf ihre im Volllastbetrieb vorliegende Leistungsaufnahme eine Leerlauf-Leistungsaufnahme unterhalb von 10 %, bevorzugt unterhalb von 5 % und besonders bevorzugt unterhalb von 2 % aufweist.

[0031] Das Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoff betrieben wird, der molekularen Wasserstoff enthält. Bspw. enthält der verwendete Kraftstoff mindestens 50 % molekularen Wasserstoff bzw. dem Verbrennungsmotor wird reiner Wasserstoff als Kraftstoff zugeführt.

[0032] Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird der Verbrennungsmotor mit einem Verbrennungsluftverhältnis Lambda betrieben, dass definierten Grenzwert von mindestens 1,5 im laufenden Betrieb nicht oder zumindest nicht dauerhaft unterschreitet. Bevorzugt liegt der Grenzwert bei mindestens 2,0 und besonders bevorzugt bei mindestens 2,5.

[0033] Das Konzept des sogenannten Magermotors, d.h. ein Verbrennungsmotor, der mit einem hohen Verbrennungsluftverhältnis (Lambda) betrieben wird, ist bekannt. Das Vorliegen eines Verbrennungsluftverhältnisses von Lambda = 2 innerhalb eines Motorbrennraums bedeutet, dass sich in Bezug auf eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs (z.B. Wasserstoff) darin die doppelte Luftmenge resp. die doppelte Menge an Sauerstoff befindet als dies theoretisch für eine vollständige Verbrennung der sich darin befindenden Gesamtkraftstoffmenge erforderlich wäre.

[0034] Der Betrieb eines Wasserstoffmotors ist prinzipiell unter einem hohen Verbrennungsluftverhältnis und weist zudem potenzielle Vorteile auf. Im Bereich eines etwa ausgeglichenen Verbrennungsluftverhältnisses weist ein mit Wasserstoff betriebener Verbrennungsmotor eine vergleichsweise geringe Klopfgrenze auf. Eine nennenswert höhere Klopfgrenze besteht erst in den Bereichen einer vergleichsweise großen Abweichung des stöchiometrischen Kraftstoff-Luft Verhältnis. Bei der verbrennungsmotorischen Anwendung unter Anwesenheit eines Anteils an molekularem Wasserstoff, der sich deutlich oberhalb des stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis befindet, besteht eine Gefahr von Zündaussetzern erst bei einem extrem hohen Wasserstoff-Überschuss, der weit oberhalb der entsprechenden Betriebsgrenze für Methan liegt. Auch stellt bei einer Verbrennung von molekularem Wasserstoff anders als bei einer Verbrennung von Kraftstoffen, die Kohlenstoff enthalten, die stark zunehmende Emission nicht verbrannter Kohlenwasserstoffe keine gesonderte Anforderung an die Abgasnachbehandlung dar. Ferner besteht bei einer verbrennungsmotorischen Nutzung solcher Kraftstoffe, resp. Kraftstoffgemische, die einen zunehmend hohen Anteil an molekularem Wasserstoff aufweisen eine hohe Absenkung der NOx-Emissionen und eine tendenzielle Anhebung des Motorwirkungsgrades.

[0035] Um jene Vorteile bei einem dynamisch betriebenen Wasserstoffmotor dauerhaft nutzen zu können sowie die daraus resultierenden Folgevorteile einer jeweiligen Reduzierung der Baugröße des Abgasnachbehandlungssystems und der Reduktionmittel-Einsatzmenge zum Abbau der Stickoxide, muss bei einem hochdynamisch betriebenen Wasserstoffmotor auch im Fall transient ausgeprägter hoher Leistungsanstiege die Luftzufuhr entsprechend der Mengensteigerungsfähigkeit der Wasserstoffzufuhr erhöhbar sein. (Obgleich es sich bei Wasserstoff bekannterweise um einen gasförmigen Kraftstoff handelt, stellt dessen hohe zeitbezogene Mengensteigerungsfähigkeit zumindest dann keine hohe Zusatzanforderung dar, wenn der aus dem On-board Tank verfügbare Wasserstoff ein hohes Druckniveau aufweist.). Die hier benötigte kurzfristig sehr stark erhöhbare Luftmenge wird durch die erfindungsgemäße Erweiterung der Arbeitsmaschine durch den Hilfsverdichter mit das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt.

[0036] Gemäß einer weiter vorteilhaften Ausführung des Verfahrens gestattet das erfindungsgemäße Verfahren im Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors eine Absenkung der Motordrehzahl, da bei dynamischen Steigerungen der Leistungsanforderungen an den Verbrennungsmotor Zusatzladeluft mittels des Hilfsverdichters bereitstellbar ist. Sinnvollerweise wird die Absenkung der Motordrehzahl dynamisch in Abhängigkeit von der im Druckspeicher verfügbaren Kompressionsenergie bestimmt. Insbesondere wird eine Absenkung der Drehzahl nur dann ausgeführt, wenn der Ladezustand des Druckspeichers einen unteren Grenzwert nicht unterschreitet. Mit zunehmendem Speichervolumen kann die Absenkung der Drehzahl zudem erhöht werden.

[0037] Bspw. kann bei einer mit einem Flüssigkraftstoff betriebenen erfindungsgemäß ausgeführten Arbeitsmaschine, die insbesondere einen Dieselmotor als Verbrennungsmotor umfasst, der durch die Erfindung ermöglichte potenzielle Zugewinn an Dynamikfähigkeit bevorzugt vorwiegend für ein „Downspeeding“ genutzt werden. Demgemäß ist im unteren und mittlerem Arbeitsbereich seiner Auslastung das Betreiben des Verbrennungsmotors bei einer abgesenkten Motordrehzahl vorgesehen. D.h. die Motordrehzahl wird gegenüber der Drehzahl, mit dieser eine konventionelle Arbeitsmaschine ohne Hilfsverdichter bei vergleichbarer Anwendung betrieben wird. Mit anderen Worten: Betrachtet man die Dynamikfähigkeit eines bestimmten Bestandsmotors als ausreichend hoch, kann dieser bzw. die Arbeitsmaschine gemäß der Erfindung erweitert werden. Während seines Betriebs kann dann unter Beibehaltung seiner Dynamikfähigkeit das Drehzahlkollektiv auf ein bestimmtes und geringeres Niveau verschoben werden. Insgesamt eröffnet die Umsetzung der Erfindung damit einen gewissen Zugewinn, der je nach Präferenz des Anwenders stärker zur Erhöhung der Motordynamik oder stärker zur Erhöhung der Energieeffizienz genutzt werden kann.

[0038] Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine bzw. bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die aus dem sekundären Arbeitskreis in den Druckspeicher rekuperierte Energie bspw. aus einer translatorischen Bewegungsfunktion eines einzigen Aktuators des sekundären Arbeitskreises gewonnen werden. Ein solcher Aktuator ist bspw. ein Hydraulikzylinder, der ein Segment eines Hebelarms der Arbeitsmaschine betätigt. Denkbar ist die Energierekuperation auch aus einer rotierenden Bewegungsfunktion eines einzigen Aktuators des sekundären Arbeitskreises, bspw. von einer Axialkolbenmaschine, die das Beschleunigen und Abbremsen der Drehbewegung eines Oberwagens der Arbeitsmaschine bewirkt. Möglich ist auch eine Energierekuperation aus einem Antriebssystem der Arbeitsmaschine, das zur translatorischen Fortbewegung der Arbeitsmaschine dient.

[0039] Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand von möglichen Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Es zeigen: Figur 1: eine Prinzipschaltbild der Erfindung gemäß einer möglichen Ausführung, Figuren 2a-2i: chronologische Darstellungen des Zustands einer Arbeitsmaschine und des Schaltbildes für die erfindungsgemäße Verfahrensausführung, Figur 3: eine Prinzipdarstellung der strömungstechnischen Einbindung des erfindungsgemäßen Hilfsverdichters in den Luftpfad des Verbrennungsmotors, Figur 4: eine Diagrammdarstellung zum Vergleich des zeitlichen Drehmomentverlaufs für unterschiedliche Motortypen, Figur 5: ein zeitliches Leistungsdiagramms zur Verdeutlichung eines möglichen Downspeedings bei Anwendung der Erfindung, und Figur 6: Diagrammdarstellung von Momentangrößen des Hilfsverdichters während der Verfahrensausführung.

[0040] Figur 1 zeigt das Schema einer Ausführungsform der Erfindung. Was die Komponenten anbelangt, verfügt der Verbrennungsmotor 10 im Sinne der Erfindung über einen hydraulischen Druckspeicher 13, eine erste hydraulische Verdrängereinheit (Hydraulikpumpe) 12 und eine zweite hydraulische Verdrängereinheit (Hydraulikmotor)14, einen Kompressor 15, auch als Hilfsverdichter bezeichnet, entsprechende Hydraulikventile 16, 17, Hydraulikleitungen, ein Steuergerät und einen Hydrauliköltank 18. Im Fall, dass das erfindungsgemäße System in einer solchen Anwendung eingesetzt wird, in der bereits naturgemäß entsprechende hydraulische Komponenten in einem offenen Hydraulikkreis verbaut sind, kann für diejenigen für das erfindungsgemäße Zusatzsystem vorhandenen hydraulischen Komponenten selbstverständlich der bereits aufgrund der vorhandenen Mobilhydraulik existierende Hydrauliköl-Vorratstank 18 mitbenutzt werden.

[0041] Sofern die erste hydraulische Verdrängereinheit 12 genutzt wird, arbeitet diese im Pumpenbetrieb. Die hydraulische Verdrängereinheit 12 ist dabei in das Gesamtsystem bestehend aus dem Verbrennungsmotor 10 und den Abtrieben vorzugsweise derart integriert, dass der hydraulischen Verdrängereinheit 12 während entsprechender Betriebszustände, in denen Bewegungsenergie aus dem Gesamtsystem entzogen werden muss, eine entsprechende Rekuperationsleistung über ihre Triebwelle zugeführt werden kann. Zwischen dem Hochdruckanschluss der hydraulischen Verdrängereinheit 12 und dem Druckspeicher 13 besteht eine Fluidverbindung, um dem Druckspeicher 13 Hydrauliköl zuführen, ein Rückfluss von Hydrauliköl aus dem Druckspeicher 13 in Richtung der hydraulischen Verdrängereinheit 12 wird jedoch vermieden.

[0042] Zwischen der hydraulischen Verdrängereinheit 14, die bevorzugt als ein Hydraulikmotor für einen 1-Quadrantenbetrieb ausgeführt ist, und dabei besonders bevorzugt als High-Speed Hydraulikmotor (Hochgeschwindigkeits-Hydraulikmotor) ausgelegt ist, und dem Druckspeicher 13 besteht eine über ein 3/2-Wegeventil 16 geführte Fluidverbindung. In einer ersten Schaltstellung der hydraulischen Verdrängereinheit 14 aus dem Druckspeicher 13 kommend Hydrauliköl zugeführt werden kann, in einer zweiten Schaltstellung kann jene Fluidverbindung unterbrochen werden.

[0043] Der Hilfsverdichter 15 ist derart in das Gesamtsystem integriert, dass dieser von der Triebwelle der hydraulische Verdrängereinheit 14 Rotationsleistung beziehen kann und dadurch die Brennluftzufuhr in den Verbrennungsmotor 10 erhöhen kann. Die mechanische Kopplung zwischen der hydraulischen Verdrängereinheit 14 und dem Verdichter 15 kann über ein Übersetzungsgetriebe geführt sein.

[0044] Die hydraulische Verdrängereinheit 12 kann als Nebenabtrieb des Verbrennungsmotors 10 ausgeführt sein oder im Fall des Vorhandenseins primär- oder sekundärseitig an ein Pumpenverteilergetriebe angebaut sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt eine solche Beschaffenheit der Erfindung vor, dass jene hydraulische Verdrängereinheit 12 derart in das Gesamtsystem integriert ist, um während solcher Betriebssituationen, in denen keine Rekuperationsleistung zur Verfügung steht, den Verbrennungsmotor 10 möglichst wenig zu belasten. Bei einem Aufbau gemäß des in Figur 1 gezeigten Schemas wird für den Betriebsfall, dass dem Druckspeicher 13 unter Einsatz der hydraulische Verdrängereinheit 12 Leistung zugeführt werden soll, dass 2/2 Wegeventil 17 geschlossen und zugleich das 3/2-Wegeventil 16 derart eingestellt, dass das von der hydraulischen Verdrängereinheit 12 geförderte Hydraulikfluid dem Druckspeicher 13 zugeführt werden kann. Sofern dem Druckspeicher 13 kein Hydraulikfluid zugeführt werden soll oder kein Hydraulikfluid zugeführt werden kann, wird das 2/2 Wegeventil 17 geöffnet, wodurch das von der hydraulischen Verdrängereinheit 12 geförderte Hydraulikfluid unmittelbar in den Hydrauliköl-Vorratstank 18 zurückgeleitet wird.

[0045] Für bestimmte Anwendungen kann eine Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft sein, bei der unter Betätigung der hydraulischen Verdrängereinheit 12 dem Druckspeicher 13 vorzugsweise lediglich im Fall der Verfügbarkeit von Rekuperationsleistung Energie zugeführt wird; jedoch beim Unterschreiten eines gewissen Mindestdruckniveaus innerhalb des Druckspeichers 13 die hydraulische Verdrängereinheit 12 unter einem erhöhten Arbeitsbetrieb des Verbrennungsmotors 10 und somit unter einer Inkaufnahme eines Kraftstoffmehrverbrauchs betätigt wird, um die Unterschreitung eines festgelegten Mindestdruckniveaus innerhalb des Druckspeichers 13 zu vermeiden. Dadurch kann die Bereitstellungsmöglichkeit von Zusatzladeluft mit der im Druckspeicher 13 gespeicherten Energie auch dann aufrechterhalten werden kann, wenn die verfügbare Rekuperationsenergie nicht entsprechend hoch genug ist. Ein entsprechendes Szenario könnte bspw. vorliegen, wenn die Arbeitsmaschine auf der Straße fährt und sich aufgrund einer aktuellen Verkehrssituation in einem langanhaltenden Stop and Go Betrieb bewegt; insbesondere, wenn sich jene Fahrmanöver entlang einer Steigungsauffahrt erstrecken.

[0046] Ergänzend oder alternativ zu dem 2/2-Wegeventil 17 kann die hydraulische Verdrängereinheit 12 derart in das Gesamtsystem integriert werden, dass der betreffende Kraftschluss zwischen der Triebwelle jener hydraulischen Verdrängereinheit 12 und ihrem äußeren Antrieb jeweils gezielt geschlossen bzw. unterbrochen werden kann; bspw. unter Verwendung einer Magnetkupplung. Ergänzend oder alternativ zu dem Vorgenannten kann eine solche hydraulische Verdrängereinheit 12 Verwendung finden, deren Förderwirkung deaktiviert werden kann.

[0047] Die Figuren 2a-2i zeigen jeweils bestimmte Momentaufnahmen einer bestimmten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine in einer exemplarischen Anwendung. Bei der Anwendung handelt es sich um den Hebelarm eines Baggers 1. In den Figuren 2a-2i ist jeweils linksseitig eine schematische Siluette des Baggers 1 dargestellt, rechtsseitig ist der Arbeitsmodus des erfindungsgemässen Systems aufgezeigt, wobei die Bagger-Siluetten und die angedeuteten Betriebssituationen des erfindungsgemässen Systems in jeder einzelnen Figur zeitlich miteinander korrespondieren. Das jeweils rechtsseitig dargestellte Teilsystem ist weitreichend reduziert und umfasst die zuvor genannten Komponenten Verbrennungsmotor 10, erste Verdrängereinheit 12, Druckspeicher 13, zweite Verdrängereinheit 14, Hilfsverdichter 15. Zudem enthält das System die beiden 3/2 Wegeventile 20, 21, um die Komponenten für die unterschiedlichen Betriebszustände fluidisch miteinander zu verbinden bzw. die Fluidverbindungen zu trennen. Ferner zeigt die Darstellung einen Hydraulikzylinder 19 des sekundären Arbeitskreises des Baggers, der zur hydraulischen Betätigung des Hebelarms des Baggers dient. Obgleich der unterstützte Bewegungsablauf des Baggers 1 die Bestandteile Hub 2, Stiel 3 und Löffel 4 betrifft, beschränken sich die rechtsseitigen Abbildungen der Figuren 2a-2i auf das jeweilige Darstellen eines einzigen Linearzylinders 19, und zwar des Linearzylinders zur Betätigung des Hubs 2.

[0048] In der Figur 2a befindet sich der Hub der linksseitig angedeuteten Bagger-Siluette im Bereich seines oberen Endanschlags. Damit korrespondierend ist in der rechtsseitigen Darstellung der Figur 2a die Kolbenstange des Hydraulikzylinders 19 weit ausgefahren. Der Stil 3 der Bagger-Siluette ist angewinkelt. Die gestrichelte Verbindungslinie zu dem 3/2-Wegeventil 21 soll andeuten, dass in der hier dargestellten Momentaufnahme kein Hydraulikfluid von der hydraulischen Verdrängereinheit 12 durch das 3/2-Wegeventil 21 strömen kann. Weitere hydraulischen Verdrängereinheiten, die von dem Verbrennungsmotor 10 angetrieben werden können, sind in jenem stark reduzierten schematisch ausgeführten Prinzipschaltbild nicht aufgezeigt; ebenso wenig der reguläre Luftpfad des Verbrennungsmotors 10 etc.

[0049] Innerhalb des rechtsseitigen Prinzipschaltbilds befindet sich ein weiteres 3/2-Wegeventil 20. Zwischen dem Linearzylinder 19 und dem Druckspeicher 13 besteht ein über die beiden 3/2-Wegeventile 20, 21 geführte Verbindung, die über durchgezogene Linien aufgezeigt ist. Die Tatsache, dass es sich hierbei um jeweils durchgezogene Linien handelt, soll andeuten, dass eine solche Kombination der Schaltstellungen dieser beiden 3/2-Wegeventile 20, 21 vorliegt aufgrund derer zwischen dem Arbeitsraum des Linearzylinders 19 und dem zur Aufnahme von Hydraulikfluid vorhandenen Speichervolumen des Druckspeichers 13 eine Fluidverbindung besteht. Auf jeder dieser drei besagten durchgezogenen Linien ist ein Pfeil in einer solchen Richtung angetragen, die aufzeigen soll, dass Hydraulikfluid vom Arbeitsraum des Linearzylinders 19 kommend in die Richtung des Speichervolumens des Druckspeichers13 fliessen kann. Auf der sich innerhalb des Arbeitsraums des Linearzylinders 13 befindenden Hydraulikfluid-Säule lastet über die Kolbenstange geführt ein hoher Druck aufgrund der Kraftwirkung des Schaufelhebelarms, derweil der Füllstand und damit der Innendruck innerhalb des Druckspeichers 13 vergleichsweise niedrig ist. Sofern keine entsprechende hydraulische und/oder mechanische Blockade vorliegt, kommt es zu einer solchen Bewegung der Kolbenstange des Linearzylinders 19, die das Abfliessen von Hydraulikfluid aus dem Arbeitsraum des Linearzylinders 19 in Richtung der Pfeilmarkierungen bewirkt.

[0050] In der Ing Figur 2a aufgezeigten Momentaufnahme verbleiben der Hilfsverdichter 15 und die zu seinem Antrieb dienende zweite hydraulische Verdrängereinheit 14, die gemäss des verwendeten Schaltbildsymbols als Hydraulikmotor ausgeführt ist, in einem passiven Zustand.

[0051] Eine Bewegung des in Figur 2a gezeigten Zustands des Baggers 1 in den in Figur 2b sowie Figur 2c gezeigten Zustand führt dazu, dass eine vergleichsweise geringe hydraulische Leistung für das leichte Anheben des Stils 3 erforderlich ist, derweil eine vergleichsweise hohe Abgabeleistung für das Absenken des Hubes 2 vorliegt, die erfindungsgemäss dafür genutzt wird, um dem Speichervolumen des Druckspeichers 13 Kompressionsenergie zuzuführen. Demgemäss liegt das Verbrauchersystem Schaufelarm betreffend eine geringe Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor 10 vor und in dem Druckspeicher 13 lässt sich hydraulische Energie rekuperieren. Eine Momentaufnahme der Bewegung des Schaufelarms sowie der Veränderungen der Füllstände des Druckspeichers 13 und des Linearzylinders 19 ist in Figur 2b rechts aufgezeigt. Eine Momentaufnahme zu einem späteren Zeitpunkt, und zwar kurz vor dem Einstechen des Löffels 4 zur Aufnahme von Schüttgut 22 ist in Figur 2c aufgezeigt. Auf diese Weise kann ein Teil der sich abbauenden Hubenergie in Kompressionsenergie umgewandelt werden, indem Hydrauliköl in den bspw. als Blasenspeicher, Membranspeicher oder Doppelkolbenspeicher ausgeführten Druckspeicher 13 hineingepresst wird.

[0052] In den Figuren 2d, 2e sind zwei zeitlich hintereinanderliegende Momentaufnahmen aufgezeigt, die das Einstechen des Löffels 4 in das Schüttgut 22 darstellen. Innerhalb des dazwischen liegenden Zeitraums erfolgt ggf. eine geringe weitere Absenkung des Hubes, der in Bezug auf die jeweiligen Leistungsumsetzungen innerhalb der Linearzylinder, welche die Positionsänderungen der drei im Fokus stehenden Bestandteile Hub 2, Stiel 3 und Löffel 4 während jener Betriebsphase eine eher zweitrangige Bedeutung zukommt, weswegen in dem abgebildeten Linearzylinder 19, über den die Bewegung des Hubes bestimmt wird, bei einem Vergleich der Figuren 2d, 2e keine Füllstandsänderung durch eine einfache Augenscheinnahme erkennbar ist.

[0053] Für denjenigen Linearzylinder, der die nunmehr erforderliche Bewegung des Stils 3 erwirkt, besteht während jenes Zeitintervalls eine weitaus höhere Anforderung an hydraulischer Leistung. Jener Linearzylinder ist in den besagten Prinzipschaltbildern, welche die betrachtete Bewegungsabfolge des Löffelarms aufzeigen, nicht abgebildet, wobei jene Linearbewegung, über die das Positionieren der betreffenden Kolbenstange in ihrer Axialrichtung erfolgt, aus dem Gesamtkontext selbsterklärend ist.

[0054] In Bezug auf den hier im Fokus stehenden Teilabschnitt der Arbeitsabfolge, in dem das Einstechen des Löffels 4 in das Schüttgut 22 erfolgt, ist unter Zugrundlegung einer zeitlich losgelösten Betrachtung der Beginn eines quasi sprunghaft erfolgenden Anstiegs des Leistungsbedarfs, den der Verbrennungsmotor 10 bedienen muss. In Bezug auf die jeweiligen Zeitpunkte sind Bedarfsanstiege weitaus weniger vorausschaubar. Ein erfindungsgemässer Betrieb zur effizienten Ausführung des Beschriebenen Arbeitsvorgangs sieht nun vor, dass durch Freischalten der entsprechenden Fluidverbindung mittels des Ventils 20 hydraulische Leistung aus dem Druckspeicher 13 dem Hydraulikmotor 14 zugeführt wird. Dadurch wird der Hilfsverdichter 15 bestimmungsgemäss in seinen Arbeitsbetrieb versetzt und behält diesen auch über eine gewisse Zeitspanne bei. Bis der Hilfsverdichter 15 bei Vorliegen eines entsprechenden Bedarfsfalls ausgehend von seiner Aktvierung die erforderliche Zusatzladeluft generiert und dem Luftpfad des Verbrennungsmotors zuführt, vergeht ein vergleichsweise sehr kurzer Zeitraum. Ein solcher Bedarfsfall existiert dann, wenn ein in seiner Absoluthöhe und auch in Bezug auf die geforderte Steigerungsrate extrem hoher Anstieg der Sollabgabeleistung des Verbrennungsmotors vorliegt und jene Anforderung seitens des Kraftstoffzuführungssystems aufgrund seiner Beschaffenheit und einer geeigneten Betriebsfähigkeit besteht. Eine genauere Fokussierung auf die durch den Einsatz des Hilfsverdichters 15 erwirkte Zuführungsunterstützung von Ladeluft erfolgt in einem separaten Abschnitt.

[0055] Je nach Auslegung des betreffenden Teilsystems, der jeweils verfügbaren Rekuperationsenergie und der jeweils erforderlichen Luftunterstützung durch den Hilfsverdichter 15 und vor allem auch durch die jeweils momentan vorliegenden Schüttgutbedingungen kann es möglich sein, dass in einem ersten Szenario die Fähigkeit dem Verbrennungsmotor 10 Zusatzladeluft zuzuführen bereits erschöpft ist bzw. bevor das Einstechen des Löffels 4 in das Schüttgut 22 abgeschlossen ist erschöpft wäre (bspw. aufgrund eines leeren Druckspeichers). In einem anderen Szenario kann jedoch die Unterstützung durch Zusatzladeluft noch möglich sein, wenn bereits das Anheben des sich im Löffel 4 befindenden Schüttguts begonnen hat bzw. sogar abgeschlossen ist. Ein Anwendungsfall gemäss dem ersten Szenario stellt keinen Nachteil dar, sofern die mittels des Hilfsverdichters 15 erbringbare Ladeluftunterstützung in einem solchen Ausmaß zeitlich und mengenmässig erbringbar ist, bis der Verbrennungsmotor 10 ohne Einwirken des Hilfsverdichters betrieben werden kann und hierdurch bedingt keine Einschränkung seiner momentanen Leistungsabgabefähigkeit besteht, d.h. beispielsweise das bekannte Turboloch bereits überwunden wurde.

[0056] In den Figuren 2f, 2g, 2h und 2i sind drei zeitlich hintereinanderliegende Momentaufnahmen aufgezeigt, die das Anheben des mit Schüttgut 22 befüllten Löffels 4 aufzeigen. In diesen Betriebszuständen ist das Wegeventil 20 geschlossen und unterbricht jeglichen Fluidfluss vom und zum Druckspeicher 13. Stattdessen kann der Linearzylinder 19 mit Hydrauliköl gefüllt werden, dass von der hydraulischen Verdrängereinheit 12 zum Linearzylinder 19 durch das Wegeventil 21 gefördert wird.

[0057] Figur 3 zeigt eine Prinzipdarstellung, wie der Zusatzverdichter 15 an den regulären Ladeluftpfad des Verbrennungsmotors 10 angebunden werden kann. In der genannten Figur ist der Einfachheit halber nicht aufgezeigt, auf welche Art und Weise dem Druckspeicher 13 flüssiges Hydraulikfluid zugeführt werden kann, da dies bereits vorstehend anhand der Figuren 2a bis 2i näher beschrieben wurde. In der Ausführung nach Figur 3 ist der Verbrennungsmotor ein Wasserstoffmotor 10, weswegen entlang des regulären Luftpfads 24 eine Drosselklappe 23 vorhanden ist. Die nachfolgenden Erläuterungen sind jedoch nicht auf eine Ausführung als Wasserstoffmotor beschränkt. Vorteilhafterweise ist die Drosselklappe 24 derart angeordnet, dass deren mögliche Drosselwirkung für den sich über den Hilfsverdichter 15 erstreckenden Luftpfad gänzlich ausbleibt. Der reguläre Luftpfad 24 erstreckt sich über eine Verdichterstufe in Form eines Abgasturboladers 25, die strömungsabwärts desjenigen Zuleitungsabschnitts angeordnet ist, an dem beide Teilluftströme, d.h. der sich über die Drosselklappe 23 erstreckenden dauerhafte Luftstrom und der durch den Hilfsverdichter 15 optional generierte Luftstrom, zusammengeführt werden. Den Verbrennungsmotor 10 betreffend sind exemplarisch vier Zylinder 29, der Luftverteiler 26, der Abgassammler 27, ein Ladeluftkühler 28 und der Abgasturbolader 25 angedeutet.

[0058] Um bei Vorliegen eines entsprechenden Bedarfsfalls nach nur einer kurzen Ansprechdauer den Brennräumen einen deutlich vergrösserten Massenstrom an Ladeluft zu ermöglichen, wird der aufgezeigte Hilfsverdichter 15 von der hydraulischen Verdrängereinheit 14, d.h. vorzugsweise dem Hochgeschwindigkeits-Hydraulikmotor angetrieben. Der Hilfsverdichter 15 ist bevorzugt ein volumetrischer Kompressor, insbesondere ein Gerotor-Kompressor oder ein Innenzahnradkompressor. Damit eine ausreichend hohe Kompressor-Drehzahl erreichbar ist, die einen Wert von 15.000 Umdrehungen pro Minute und vorzugsweise von 20.000 Umdrehungen pro Minute aufweist, erfolgt die Drehmitnahme zwischen dem Hydraulikmotor 14 und dem Kompressor 15 über ein Übersetzungsgetriebe 30. Damit der Hydraulikmotor 14 dem Kompressor 30 mechanische Leistung und diese in einer definiert vorgebbaren Höhe bereitstellen kann, bezieht dieser hydraulische Leistung, die von dem Druckspeicher 13 bereitgestellt werden kann und dabei über eine sich über ein regelbares Ventil 31 verlaufende Fluidverbindung erstreckt. Vorteilhafterweise erfoigt das Einstellen jenes Ventils 31 uber einen Regelkreis, wobei vorzugsweise die jeweils benötigte Ventilstellung durch ein Steuergerat ermittelt wird.

[0059] Nachfolgend werden Auslegungsbeispiele fur die Komponenten bei Einsatz mit einem Wasserstoffmotor mit Saugrohreinspritzung angeführt: • Wasserstoffmotor 10: o Hubraum ca. 10 Liter / Leistung von 200 kW / Anwendung in einem 30 t Bagger zur Erdbewegung o Hubraum ca. 15 Liter / Leistung von 450 kW / Anwendung in einem 80 t Bagger zur Erdbewegung • Druckspeicher 13: Fassungsvermögen fur das flüssige Fluid beträgt 2 Liter bis 6 Liter, dessen Präsenz im Speicher das erforderliche Luftdruckniveau, welches einen Maximaldruck von 240 bar aufweist • Kompressor 15 zur Bereitstellung der Zusatzladeluft: o Fördermenge 900 kg/h bis 2000 kg/h o Technologie: • bevorzugt volumetrischer Kompressor, insbesondere Gerotor-Kompressor oder Innenzahnradkompressor (Drehzahlbereich bis zu 20.000 rpm mindestens 15.000 rpm), alternativ ware mit Abstrichen auch der Einsatz eines Aussenzahnradkompressors möglich • weniger geeignet, aber dennoch möglich: dynamischer Kompressor (Schraubenverdichter), da hierfur aufgrund der extrem hohen Drehzahlen (50.000 rpm bis 100.000 rpm) nochmals ein Getriebe mit einem hohen Ubersetzungsverhältnis zum High-Speed Hydraulikmotor 14 erforderlich ist

Auslegungsbeispiel für einen Dieselmotor:

[0060] • Dieselmotor mit Saugrohreinspritzung, einem Hubraum von 9 Litern und einer Leistung von 200 kW; 13,5 I bei 450 kW • Druckspeicher und Einsatz wie oben erwähnt

[0061] Mögliche vorteilhafte Modifikationen der vorgenannten Arbeitsmaschine bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend beschrieben.

Erweiterungsform

[0062] Das System verfügt über eine Steuerungsfunktion, die einen dynamischen Schwellenwert einer Drehzahlabsenkung für den Verbrennungsmotor 10 festlegt. Im Fall, dass die bereits vorhandene Kompressionsenergie innerhalb des Druckspeichers 13 ausreichend hoch ist, wird bei einer jeweils geringen Leistungsabfrage der Motordrehzahl-Sollwert auf einen minimalen Grenzwert festgelegt. Sofern die momentan vorhandene Kompressionsenergie innerhalb des Druckspeichers 13 geringer ist, wird jener untere Motordrehzahl-Sollwert auf eine Schwelle festgelegt, die entsprechend des Fehlbetrags höher als der zuvor genannte minimale Grenzwert ist.

Systematik

[0063] – Die hydraulische Verdrängereinheit 12, über die die Rekuperation erfolgen kann, dient o (i) zugleich für den Arbeitsbetrieb resp. vorwiegend zum Arbeitsbetrieb und ist zugleich nutzbar für die Rekuperation: • Beispiel 1: Linearzylinder 19, der eine Arbeit zum Anheben einer Last ausführt und der beim Absenken jener Last hydraulische Leistung abgeben kann; • Beispiel 2: hydraulische Verdrängereinheit, die die Drehwerksbewegung des Oberwagens eines Baggers ausführt o (ii) lediglich zur Rekuperation: • Hydraulikpumpe, die Drehmoment beziehen kann von einem Nebenabtrieb des Verbrennungsmotors, von einem Abtrieb eines Pumpenverteilergetriebes oder von einer passiven Antriebsachse, d.h. eine Achse der keine Antriebsenergie von dem Antriebssystem zugeführt wird, um ein eigenes Drehmoment ausbilden zu können. – Bei der hydraulischen Verdrängereinheit, über die die Rekuperation erfolgen kann, handelt es sich um einen Energiewandler (i) zwischen Rotationsleistung und hydraulischer Leistung oder (ii) zwischen Hubleistung und hydraulischer Leistung.

[0064] Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteil lassen sich wie folgt zusammenfassen: – Ausgehend von einer geringen Ladeluftzuführungsrate kann innerhalb einer kurzen Zeitdauer eine erhebliche Steigerung der Ladeluftzuführungsrate erreicht werden. Siehe dazu bspw. Figur 4, die in einem Diagramm das mögliche Abgabe-Drehmoment gegenüber der Zeit für einen Wasserstoffmotor sowie einen Dieselmotor mit „Downspeeding“ aufzeigt. Insbesondere ist im Diagramm der Kurvenverlauf für einen konventionellen Wasserstoffmotor (gestrichelte Linie) sowie für einen Wasserstoffmotor mit dem erfindungsgemäßen Hilfsverdichter 15 gezeigt (gepunktete Linie). Erkennbar ist bei dieser Gegenüberstellung die erzielbare Dynamiksteigerung, da das höhere Abgabe-Drehmoment bei der erfindungsgemäßen Ausführung deutlich schneller vorliegt. Zusätzlich ist im Diagramm der Figur 4 mit der durchgezogenen Linie der Drehmomentverlauf für ein Dieselaggregat dargestellt, das mit „Downspeeding“, d.h. einer Absenkung des Drehzahlkollektivs betrieben wird. Aufgrund des Einsatzes der Erfindung kann auch hier trotz „Downspeeding“ eine ausreichende Dynamikfähigkeit des Dieselmotors sichergestellt werden. – Anwendung bei einem dynamisch betriebenen Gasmotor, der mit einem durchweg hohen Luftüberschuss betrieben werden soll -> die erfindungsgemässe Ausführung ermöglicht eine hohe Steigerung der Dynamikfähigkeit bei einem vergleichsweise geringen Aufwand. – Anwendung bei einem dynamisch arbeitenden mit einem Flüssigkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor → der Zugewinn an Dynamikpotenzial kann vollständig oder teilweise für ein Downspeeding verwendet werden. Es bietet sich insgesamt ein Optimierungsspielraum, da die Steigerung der Dynamikfähigkeit einen Spielraum dafür bietet, den Verbrennungsmotor im Betriebsbereich kleiner bis hin zu mittleren Abgabeleistungen unter einer geringeren Drehzahl betreiben zu können. Eine Gegenüberstellung der Motorleistung für einen Dieselmotor ohne Drehzahlabsenkung (1800rpm), einen Dieselmotor mit Drehzahlabsenkung auf 400rpm, jedoch ohne Hilfsverdichter sowie einen Dieselmotor mit Drehzahlabsenkung auf 1400rpm und erfindungsgemäßem Hilfsverdichter ist der Figur 5 zu entnehmen. Erkennbar ist hier, dass ein Dieselmotor gemäß der Erfindung trotz Drehzahlabsenkung von 1800rpm auf 1400rpm nahe an die Motorleistung des Dieselmotors ohne Drehzahlabsenkung herankommt. – Systemlösung ist robust/langlebig in Bezug auf Standzeiten und Einsatzbelastungen – Systemlösung ist vergleichsweise kostengünstig in Bezug auf die Anschaffungs- und Wartungskosten. – Systemlösung kann bezugnehmend auf das Anwendungsspektrum mobiler Arbeitsmaschinen auf den Einsatz solcher Komponenten beschränkt sein, die zu solchen Technologiebereichen zugehörig sind, die bereits standardmässig zur Anwendung kommen. – Modularität, (insbesondere deshalb sinnvoll, weil die Nutzung eines erfindungsgemässen Systems bei einem bestimmten Einsatz sehr vorteilhaft ist [z.B. bei einem für Aushubarbeiten eingesetzten Bagger], wohingegen an einem gleichen Grundgerät, welches jedoch für einen anderen Einsatz genutzt wird, das Vorhandensein eines erfindungsgemässen Systems keine nennenswerte Effizienzsteigerung erwirken kann [z.B. bei einem für Hausabrissarbeiten eingesetzten Bagger]. – kann bei bestimmten Einsätzen dediziert an einem einzigen, jeweils an mehreren Abtrieben oder jeweils für eine Gruppe mehrerer oder sämtlicher Abtriebe verwendet werden [Anwendungsbeispiel Bagger. Exemplar 1 des erdungsgemässen Systems für den Hub; Exemplar 2 für das Drehwerk]. – Nachrüstfähigkeit

[0065] Anders als bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Hybridantriebssystem wird in einer entsprechenden Betriebssituation nicht das vorübergehend bestehende Leistungsdefizit des Verbrennungsmotors durch den Einsatz eines zusätzlichen Antriebs reduziert, sondern die Erfindung ermöglicht es, den Verbrennungsmotor in einer verkürzten und somit akzeptablen Zeit in die Bereitschaft zu versetzen, entsprechend höhere Leistungen abgeben zu können. Demzufolge wird zwar vielfach nicht das gesamte Potential an prinzipiell verfügbarer rekuperierbarer Energie ausgeschöpft, aber dafür ist die Zusatzausstattung vergleichsweise kostengünstig, kompakt und daher eher besser als optionale Zusatzausstattung geeignet und weist gleichermassen eine höhere Eignung zur nachträglichen Ausstattung eines Bestandsfahrzeugs auf.

[0066] Wird ein Verbrennungsmotor hochdynamisch betrieben und soll dieser stets unter Beibehaltung eines hohen Verbrennungsluftverhältnis Lambda arbeiten, d.h. auch dann, wenn ein (zeitbezogen) kurzfristig verlangter und dabei (auf den Gesamtbetrag bezogen) hoher Anstieg der Motorabgabeleistung besteht, muss der betreffende Verbrennungsmotor derart ausgeführt sein, dass jedem der Brennräume im Bedarfsfall eine entsprechend zeit- und mengenbezogene stark ausgeprägte Steigerung der Luftzuführungsmenge bereitstellbar ist.

[0067] Die Diagramme der Figur 6 zeigen den jeweiligen Zeitverlauf von vier Momentangrössen auf, die sich während der Aktivitätsphase des Kompressors 15 ergeben. Der erste Abschnitt I des höckerförmigen Rotordrehzahl-Zeitverlaufs (Figur 6a) und der damit einhergehende Zeitverlauf des aus dem volumetrischen Kompressor austretenden Luftmassenstroms (Figur 6b) zeigt die Beschleunigungsphase I auf. Aufgrund des entsprechend hohen Luftbedarfs weist das Rotorpaar eine entsprechend seiner dafür erforderlichen Grösse nennenswerte Trägheit auf. Hinzu kommt die Notwendigkeit der Erreichung einer hohen Drehzahl. Daher vergeht ein gewisser Zeitraum (hier ca. 0.5 s) bis der volumetrischen Kompressor 15 einen dem Anfangssollwert entsprechenden Luftmassenstrom bereitstellen kann.

[0068] Aufgrund jener durch den volumetrischen Kompressor 15 hervorgerufenen Erhöhung der Luftunterstützung und der dazu begleitenden Steigerung der Kraftstoffzuführungsrate erfolgt eine besonders starke Zunahme der aus dem Verbrennungsmotor austretenden Abgasenergie, wodurch eine Steigerung der sich allein durch den Abgasturbolader 25 hervorgerufene Ladeluftverdichtung sehr hoch ist. Aus diesem Grund kann die betreffende Unterstützung des volumetrischen Kompressors 15 nach dem Erreichen seiner maximalen Unterstützung recht deutlich reduziert werden, was durch eine entsprechende Regelung erfolgt, die eine entsprechend angepasste Drosselung der aus dem Druckspeicher 13 hinausströmenden Hydraulikfluids bewirkt. Dies führt zu einer über den Hydraulikmotor 14 bewirkten Abregelung der vom volumetrischen Kompressor 15 bewirkten Ladeluftverdichtung. Jene Absenkung ist in den beiden Diagrammen Figur 6a, 6b zu erkennen und betrifft das mittlere Zeitintervall II der drei markierten Abschnitte. Aufgrund des hohen Massenträgheitsmoments der beiden Rotoren des volumetrischen Kompressor 15 erfolgt eine zwar abnehmende aber zunächst weiterhin bestehende Luftverdichtung, die prinzipiell nutzbar ist. Was den Zeitraum anbelangt, besteht jene Verfügbarkeit nur über ein kurzes Zeitintervall. Betrachtet man allerdings den im Diagramm der Figur 6c aufgezeigten Leistungsverlauf, so erkennt man, dass jener Energieinhalt in Bezug auf denjenigen Energieinhalt, der insgesamt in den volumetrischen Kompressor 15 eingebracht worden ist, keineswegs vernachlässigbar klein ist. Dies wiederum eröffnet eine besonders interessante Perspektive für solche Einsatzgeräte, bei denen zwar ein gewisses Energie-Rekuperationspotenzial vorhanden ist, dieses jedoch zu gering ist, um daraus unter deren Nutzung eine Ladeluftunterstützung zu erwirken, die wiederum eine ausreichende Höhe aufweist, um dadurch gemäß der Erfindung das sogenannte Turboloch überbrücken zu können. Und zwar könnte man durch eine entsprechende Erweiterung des erfindungsgemäßen Systems dafür sorgen, dass ein Teil jener Rotationsenergie entsprechend umgewandelt wird, wodurch ein gewisser Energieanteil davon dem Druckspeicher 13 zurückgeführt wird, wodurch darin insgesamt ein Energievorkommen vorhanden ist, welches eine nachhaltige Versorgung des volumetrischen Kompressor 15 ermöglicht.

Claims (22)

1. Arbeitsmaschine umfassend einen Verbrennungsmotor (10) und wenigstens einen sekundären pneumatischen oder hydraulischen Arbeitskreis, wobei während des Betriebs des sekundären Arbeitskreises Energie rekuperiert und einem Druckspeicher (13) der Arbeitsmaschine zur Energiespeicherung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hilfsverdichter (15) vorgesehen ist, der durch die im Druckspeicher (13) gespeicherte Energie antreibbar ist, und eine Motorsteuerung vorgesehen und konfiguriert ist, eine hochdynamische Steigerung der Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor (10) zu erkennen und bei Bedarf Zusatzladeluft mittels des Hilfsverdichters (15) zu erzeugen, die dem Ladeluftpfad (24) des Verbrennungsmotors (10) in Ergänzung zum regulären Ladeluftstrom des Verbrennungsmotors (10) zugeführt wird.

2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste hydraulische Verdrängereinheit (12, 19) vorgesehen ist, um dem Druckspeicher (13) ein flüssiges Fluid, bevorzugt ein Öl, insbesondere Hydrauliköl, zuzuführen.

3. Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste hydraulische Verdrängereinheit (12) über einen Nebenantrieb des Verbrennungsmotors (10) oder über ein von dem Verbrennungsmotor angetriebenes Pumpenverteilergetriebe und/oder über einen Zusatzantrieb, bspw. einen Elektroantrieb, angetrieben ist.

4. Arbeitsmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdrängereinheit (12) eine im Pumpenbetrieb rotatorisch arbeitende Verdrängereinheit ist und vorzugsweise als Axialkolben- bzw. Radialkolbenpumpe ausgeführt ist.

5. Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite hydraulische Verdrängereinheit (14) vorgesehen ist, die mittels der im Druckspeicher (13) gespeicherten Kompressionsenergie antreibbar ist und deren mechanische Ausgangsleistung zum Antrieb des Hilfsverdichters (15) dient.

6. Arbeitsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verdrängereinheit (14) ein Hydraulikmotor ist, bevorzugt ein Hochgeschwindigkeits-Hydraulikmotor, besonders bevorzugt eine für dem Hochdrehzahlbereich geeignete Axialkolbenmaschine.

7. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite hydraulische Verdrängereinheit (14) im Pumpenbetrieb betreibbar ist, wodurch aus der Rotationsenergie des Hilfsverdichters (15) Energie in den Druckspeicher (13) rekuperierbar ist.

8. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Hilfsverdichter (15) und zweiter Verdrängereinheit (14) ein Übersetzungsgetriebe (30) geschaltet ist.

9. Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsverdichter (15) ein volumetrischer Verdichter ist, vorzugsweise ein Innenzahnradkompressor oder Gerotor-Kompressor.

10. Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (13) ein Blasenspeicher, Membranspeicher oder ein Doppelkolbenspeicher ist.

11. Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Hilfsverdichter (15) erzeugte Zusatzladeluft über wenigstens einen Ladeluftkühler dem Luftpfad des Verbrennungsmotors (10) zuführbar ist, vorzugsweise dem Luftpfad des Verbrennungsmotors (10) strömungsaufwärts einer Ladeluftkühlung (28) des Verbrennungsmotors (10) zuführbar ist.

12. Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzladeluft des Hilfsverdichters (15) dem Ladeluftpfad (24) des Verbrennungsmotors (10) strömungsaufwärts eines Kompressors (25) des Verbrennungsmotors (10), insbesondere strömungsaufwärts eines Abgasturboladers zuführbar ist.

13. Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der reguläre Ladeluftpfad (24) des Verbrennungsmotors (10) eine Drosselklappe (23) umfasst und die Zusatzladeluft aus dem Hilfsverdichter (15) strömungsabwärts der Drosselklappe (23) dem Ladeluftpfad zuführbar ist.

14. Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (13) über eine schaltbare Ventilanordnung (16, 17, 20, 21, 31), insbesondere wenigstens ein Wegeventil, in den sekundären Arbeitskreis eingebunden ist, wobei dem Druckspeicher (13) in einer ersten Ventilstellung flüssiges Fluid zur Energiespeicherung zuführbar ist, in einer zweiten Ventilstellung flüssiges Fluid zum Antreiben des Hilfsverdichters (15) entnehmbar ist und in einer dritten Ventilstellung weder flüssiges Fluid aus dem Druckspeicher (13) entnehmbar noch flüssiges Fluid in den Druckspeicher (13) zuführbar ist.

15. Arbeitsmaschinen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdrängereinheit (12) von ihrer Antriebswelle mechanisch entkoppelbar ist, bevorzugt über eine magnetische Kupplung, und die Kupplung bevorzugt folgende Zustände einnehmen kann (i) momentanes Öffnen, (ii) geöffnet halten, (iii) momentanes Schliessen und (iv) geschlossen halten.

16. Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Verbrennungsmotor (10) und wenigstens einem sekundären Arbeitskreis, wobei während des Betriebs des sekundären Arbeitskreises Energie rekuperiert und in einem Druckspeicher (13) der Arbeitsmaschine gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die im Druckspeicher (13) gespeicherte Energie einen Hilfsverdichter (15) antreibt, um dem Verbrennungsmotor (10) Zusatzladeluft zuzuführen, falls eine hochdynamische Steigerung der Leistungsanforderung des Verbrennungsmotors (10) erkannt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Rotationsenergie des Hilfsverdichters (15), die nach Beendigung des Verdichterbetriebs zur Erzeugung der Zusatzladeluft besteht, in den Druckspeicher (13) rekuperiert wird, indem eine zweite Verdrängereinheit (14) zum Antrieb des Hilfsverdichters (15) als Pumpe arbeitet.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste hydraulische Verdrängereinheit (12) in Bezug auf ihre im Volllastbetrieb vorliegende Leistungsaufnahme eine Leerlauf-Leistungsaufnahme unterhalb von 10 %, bevorzugt unterhalb von 5 % und besonders bevorzugt unterhalb von 2 % aufweist.

19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) mit einem Kraftstoff betrieben wird, der molekularen Wasserstoff enthält, bevorzugt mindestens 50 % molekularen Wasserstoff enthält, oder der Kraftstoff reiner Wasserstoff ist.

20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsluftverhältnis Lambda des Verbrennungsmotors (10) einen definierten Grenzwert nicht unterschreitet, wobei der Grenzwert einem Wert von mindestens 1,5, bevorzugt von mindestens 2,0 und besonders bevorzugt von mindestens 2,5 entspricht.

21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors (10) eine Absenkung der Motordrehzahl ausgeführt wird, die dynamisch in Abhängigkeit von der im Druckspeicher verfügbaren Kompressionsenergie bestimmt wird.

22. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckspeicher (13) Rekuperationsenergie aus einer translatorischen Bewegungsfunktion eines einzigen Aktuators des sekundären Arbeitskreises zugeführt wird, bspw. aus einem Hydraulikzylinder (19), der ein einziges Segment eines Hebelarms betätigt, und/oder aus einer rotierenden Bewegungsfunktion eines einzigen Aktuators des sekundären Arbeitskreises zugeführt wird, bspw. von einer Axialkolbenmaschine (12), die das Beschleunigen und Abbremsen der Drehwegung eines Oberwagens der Arbeitsmaschine bewirkt, und/oder aus einem Antriebssystem der Arbeitsmaschine zugeführt wird, das zur translatorischen Fortbewegung der Arbeitsmaschine dient.