1 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
| Vehicular hydraulic systems
Environment Energy
HRB – Hydrostatic Regenerative Braking System
The Hydraulic Hybrid Drive from Bosch Rexroth
and
Hydrostatic Fan Drive in Vehicles
Mauro Silva – DCBR/Mobil Sales
2 | 5/12/2010 | © Bosch Rexroth AG 2010. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of
applications for industrial property rights.
Within The Bosch Group
Industrial
Technology
Bosch Group Revenue: 38,2 Bill. euros
Associates on Jan. 1, 2010:
270,687
Automobile
Technology
Consumer Goods and
Building Services Eng.
Packaging
Technology Solar Energy Bosch Rexroth
Drive and Control Techn. Revenue: 4,146 Bill. Euros
Associates 2009: 34,225
| The Company
3 | 5/12/2010 | © Bosch Rexroth AG 2010. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of
applications for industrial property rights.
| The Workshop
HRB and Fan Drive
4 | 5/12/2010 | © Bosch Rexroth AG 2010. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of
applications for industrial property rights.
| The Workshop
HRB and Fan Drive
5 | 5/12/2010 | © Bosch Rexroth AG 2010. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of
applications for industrial property rights.
| Comparison E-Hybrid vs. HRB
Fuel cell
Ultracap
Battery
Elkos
Power density [W/kg]
En
erg
ie d
en
sity
[Wh
/kg
]Hydr. Accumulator
Fuel cell
Ultracap
Battery
Elkos
Power density [W/kg]
En
erg
ie d
en
sity
[Wh
/kg
]Hydr. Accumulator
High energy density
Battery / Ultracaps
Energy density
Battery: 10 - 100 Wh/kg
Ultracaps: 1 - 10 Wh/kg
Hydr. Accumulator: 0,2 - 5 Wh/kg
High specific power density
Hydro. Accumulator
Power density
Battery: 10 - 300 W/kg
Ultracaps: 200 - 4000 W/kg
Hydr. Accumulator: 2000 – 300 000 W/kg
(Depends on diameter of opening)
Energ
y
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applications for industrial property rights.
| Storage Loading Speed vs. Brake Energy
Passenger Car
1,5 to, 50 km/h, 2 m/s2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5
Time [s]
Energ
y [
kJ]
Hydraulic Bladder Accumulator, Lithium Battery, Lead Battery and real Breaking Energy
The Lithium Battery fits well,
however the lead battery is
never sufficient to recover a
part of the braking energy
Delivery Vehicle
7 to, 30 km/h, 2,5 m/s2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 1 2 3 4 5
Time [s]
Energ
y [
kJ]
The hydraulic accumulator
is suitable and the lithium
battery can largely recover
the braking energy
Refuse Truck
25 to, 10 km/h, 1,5 m/s2
Only the hydraulic
accumulator is sufficient
fast to absorb the complete
breaking energy
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5
Time [s]
En
erg
y [kJ]
Braking
time
Passenger Car
1,5 to, 50 km/h, 2 m/s2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5
Time [s]
Energ
y [
kJ]
Hydraulic Bladder Accumulator, Lithium Battery, Lead Battery and real Breaking Energy
The Lithium Battery fits well,
however the lead battery is
never sufficient to recover a
part of the braking energy
Delivery Vehicle
7 to, 30 km/h, 2,5 m/s2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 1 2 3 4 5
Time [s]
Energ
y [
kJ]
The hydraulic accumulator
is suitable and the lithium
battery can largely recover
the braking energy
Refuse Truck
25 to, 10 km/h, 1,5 m/s2
Only the hydraulic
accumulator is sufficient
fast to absorb the complete
breaking energy
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5
Time [s]
En
erg
y [kJ]
Refuse Truck
25 to, 10 km/h, 1,5 m/s2
Only the hydraulic
accumulator is sufficient
fast to absorb the complete
breaking energy
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5
Time [s]
En
erg
y [kJ]
Braking
time
7 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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| Parallel – HRB System
System Components:
P/M Pump/Motor Unit G Gearbox
C Clutch V Valveblock
SHP High Pressure Accumulator HCU Hybrid Control Unit
P/M
V
C
G
HCU
SHP
8
APU (A4VSO) 210 ccm; Pmax: 250 kW; Tmax: 1100 Nm
HRB-Gearboxratio: 3.21; 2.2; 1.5
Accumulator: 2 x 32 l, pmax: 325 bar, ca. 550 kJ/0,15 kWh
Weight HRB: 500 kg
HRB operation range 0…50 km/h
Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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| Parallel – HRB System
P/M
V
C
G
HCU
SHP
9 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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| Braking with the HRB
Driver activates HRB
by button or lever
10
acceleration pedal is
released HRB engages
& disengages engine
Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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| Braking with the HRB
11
Axial Piston Unit (APU)
charges accumulator
Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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| Braking with the HRB
12
Braking torque is
controlled by APU’s
displacement
Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
| Braking with the HRB
13 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
| Accelerating with the HRB
acceleration pedal
is pushed
14
accumulator discharges
via Axial Piston Unit (APU)
Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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| Accelerating with the HRB
15 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
| Accelerating with the HRB
Drive torque is controlled
by APU’s displacment
and supplemented by
engine if neccessary
16
HRB disengages
when accumulator
is discharged
Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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| Accelerating with the HRB
17
Test vehicles in 2009 / 2010
| Test Vehicles
Crane Carrier LET2
(USA)
MAN TGM
(Germany)
MAN TGS
(Germany)
Quelle Grafiken: media.daimler.com; MAN MediaCenter
18
Actual test confirms fuel savings of up to 25 % and lower emissions from simulation and test course
Reduction in brake wear app. 50 %
High power density of the hydraulic accumulator
Great cost advantage (Hydraulic vs. Electric) at
the same fuel efficiency
Long lifetime, high level of ruggedness
(HRB-System lifetime = vehicle lifetime)
Well known maintenance and servicing requirements
The HRB-System consist of Million-fold tested components
Simple, reliable operation means high driver acceptance
No deceleration during shifting Increased drive comfort
Eric Lindzus | 18.04.2011 | SPP23 | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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| Benefits of HRB – confirmed in Practical Tests
During the test runs, performed under daily refuse truck conditions, the hybrid
drive HRB from Bosch Rexroth shows an fuel savings between 13-28% and a
significant break wear reduction. The HRB system shows the highest
potential with short distances between stops and a slight uphill grade
because it is then possible to drive the vehicle via the hybrid drive.
HRB from Bosch Rexroth tested by the
Independent German Automobile Association
Quelle Grafik: MAN MediaCenter
19
Carsten Mielke, Head of Department for Transport
in Kassel, Germany:
“Our refuse collection vehicles consume clearly less
diesel fuel than vehicles without HRB. Over an entire
route we are seeing savings from 15 to 18 percent.
This is enough to justify the acquisition of additional
vehicles with the hydraulic hybrid.“
Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
| History
06 / 2008 started with the first prototype testings in Berlin and New York
09 / 2008 presentation on IAA commercial vehicle 2008
03 / 2009 availability of HRB for further prototype vehicles
08 / 2010 final TÜV (German technical inspection agency) certification
10 / 2010 over 15 vehicles in 4 countries on the streets
10 / 2010 start of series production
First customer feedback:
20 | 5/12/2010 | © Bosch Rexroth AG 2010. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of
applications for industrial property rights.
| The Workshop
HRB and Fan Drive
21 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Fan Drive Applications
Mobil Cranes
Buses
Wheel Loader
Carrier Trucks
Dumper
Locomotives
Excavators
Harvester
Applications
22 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Fan Drive control systems
Control systems
hydro -
mechanical
control
electro -
hydraulic
control
constant system
• External gear pump
• External gear motor
• Thermal relief valve
• Priority valve
variable displ. system
• Axial piston pump
• Axial piston motor
• Thermal relief valve
Hydrostatic fan
drives
constant system
• External gear pump
• External gear motor
• Electronics
• Temperature sensors
variable displ.
system
• Axial piston pump
• Axial piston motor
• Electronics
• Temperatur sensors
23 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Fan Drive control systems
24 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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Fan Drive control systems
Diesel Engine Speed [rpm]
Fan
sp
ee
d
[rp
m]
Fan Speed Diagram
0
500
1000
1500
2000
2500
500 750 1000 1250 1500 1750 2000
• Fan speed is independent
of the engine speed
• stepless variable fan speed
from minimum to maximum
Diesel Engine Speed [rpm]
Fan
sp
ee
d
[rp
m]
Fan Speed Diagram
0
500
1000
1500
2000
2500
500 750 1000 1250 1500 1750 2000
• Direct linkage between fan
speed and engine speed
Diesel Engine Speed [rpm]
Fan
sp
ee
d
[rp
m]
Fan Speed Diagram
0
500
1000
1500
2000
2500
500 750 1000 1250 1500 1750 2000
• 3-step linkage between fan
speed and engine speed
1
2
3
• Additional power supplied
at lower engine speed
• Limited fan power at lower
engine speed
• Limited fan power at lower
engine speed
25 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Hydromechanical Control / Constant System
Advantages of the system :
• radiator can be positioned independently of the engine
• short overall length of the gear pump
• good price/performance ratio
• infinitely variable fan speed, from minimum to maximum, if permitted by oil flow from the external gear pump
• low weight
Wate
r
Oil
Tu
rbo
ch
arg
ed
air
External
gear motor
External Gear
Pump
Thermo
relief
valve
External gear pump
AZPF
Size 4 … 28 cc
External gear motor
AZMF
Size 8 … 28 cc
Priority valve LPS
Thermo relief valve MHDBDT
27 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Hydromechanical Control / Variable System
Advantages of the system :
• radiator can be positioned
independently of the engine
• infinitely variable fan speed
from minimum to maximum
• drive power of the variable displacement
pump corresponds with the required fan
power
• no throttling losses
• fan speed is largely independent
of the engine speed
• lower fuel consumption
Var. Displ. Pump
A10VO...DRG/31
size 18 ... 140
Var. Displ. Pump
A10VO...DRG/52
size 28 ... 85
Fixed motor
A10FE / FM
size 10 ... 63
Thermal relief valve
MHDBDT
Axial piston
motor
A10FE
Thermo relief
valve
MHDBDT
Axial –
piston pump
A10VO…DRG/31
Wate
r
Oil
Tu
rbo
ch
arg
ed
air
29 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Electroproportional Control / Fixed Displacement
Advantages of the system :
• variable fan speed control
• fan speed is largely independent of the engine speed
• direction and weighting of several operating parameters
• minimum throttling losses
• Fail - safe function
• reduced power consumption
External Gear Pump
AZPF
size 8 ... 28 cc
External Gear Motor
AZMF
size 8 ... 28 cc
BODAS Control Unit RC 2-2/2x
PTC - Temperature Sensor for
Air / Water
External
Gear
Pump
External Gear Motor
with integrated Prop.
Valve
Wate
r
OIl
Tu
rbo
Ch
arg
ed
Air
PTC
PTC
Temperature Water
Temperature Ambiente Air
Co
ntr
ol U
nit
RC
2-2
/2x
Retarder
Turbo Charged air
PTC
Temperature Oil
31 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Electroproport. Control / Variable Displacement
Advantages of the system :
• infinitely variable fan speed from minimum to maximum
• fan speed is largely independent of the engine speed
• direction and weighting of several operating parameters
• high control quality
• no throttling losses
• Fail-safe function
• lower fuel consumption
Var. Displ. Pump
A10VO...ED/31
size 18 ... 140
Var. Displ. Pump
A10VO...ED/52
size 28 ... 85
Fixed Motor
A10FE / FM
size 10 ... 63
BODAS Control Unit RC 2-2/2x
PTC - Temperature Sensor for
Air / Water
Co
ntr
ol U
nit
RC
2-2
/2x
Axial Piston-
Motor A10FE
Axial Piston
Pump
A10VO...ED/52
PTC
PTC
Fluid Temperature Water
Ambiente Temperature
Retarder
Speed Sensor DSM
Temperature OIl
Turbo Charged Air
PTC
Wate
r
Oil
Tu
rbo
ch
arg
ed
air
33 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Summary
hydraulic control
simple systems
electronic control
complex systems
Hydraulic control is used in
configura-
tion simple systems, i.e. typically for
measuring one or two temperatures
of fluids
• fixed pump system or
• Variable displacement system
• fixed pump system or
• Variable displacement system
Electronic control permits the configuration
of complex systems, covering several gas /
fluid temperatures and switching signals.
34 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Advantages
Advantages of a hydrostatic fan
drive with variable displacement
pump :
• steplessy variable fan control from minimum to maximum speed
• drive power of variable displacement pump corresponds to the fan capacity required
• no lost energy
• fan speed largely independent of internal combustion engine speed
• position of radiator independent of engine
• compact design
• enhanced fuel economy
• reduction of noise level emission
35 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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Option : Fan Function Manifold (FFM)
Speed Sensor DSM
Temperature for Oil
Temperature for Water
Temperature turbo charge air
Ambiente temperature a b
Ste
ue
rge
rät
RC
2-2
/2x
Change of direction of rotation Axial Piston-
Motor
A10FE
Fan Function
Manifold HSH 06 / 10
Retarder
Features: • Bi - directional fan rotation
• No shock valves needed
• Option: fan standstill
• Variable oil heat-up function
(via controlling ED-pressure setting)
• No anti-cavitation valve
• No pump drain line
• Fail safe mode
Axial Piston
Pump
A10VO...ED/52
36 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
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Preview - Combined Systems
AC Compressor
Air Compressor
Alternator
Misc.
- Fixed displacement system
- Usage for fan drive
- Depending Cooling Power
- One Parameter
- Variable displacement system
- Usage for fan drive
- Independent Cooling Power
- Multiple Parameters
- Variable displacement system
- Combined systems
- Independent Cooling Power
- Multiple Parameters
- Closed Loop Control
37 Eric Lindzus | 18.04.2011 | Abteilung | © Bosch Rexroth AG 2010. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,
Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
The Drive & Control Company
Thank you!