DE102011100512A1

DE102011100512A1 - Steuereinrichtung für eine Luftbeschaffungsanlage und Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Luftbeschaffungsanlage

Info

Publication number: DE102011100512A1
Application number: DE102011100512A
Authority: DE
Inventors: Stefan Brinkmann; Konrad Feyerabend
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2012-11-08
Also published as: EP2705233A1; WO2012149989A1; US20140034009A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung (20) für eine Luftbeschaffungsanlage (14) eines Fahrzeugs (1), das eine Getriebeeinrichtung (3, 4) und einen Verbrennungsmotor (2) zum Antreiben des Fahrzeugs (1) in Lastphasen aufweist, wobei die Steuereinrichtung (20) vorgesehen ist zur Aufnahme von Druck-Messsignalen (S1) und zur Ausgabe von Steuersignalen (S2, S3) zur Einleitung und Beendigung von Förderphasen eines an den Verbrennungsmotor (2) angeschlossenen oder anschließbaren Kompressors (15). Hierbei ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung (20) Zustandssignale (S4) über einen aktuellen Zustand des Verbrennungsmotors (2) und/oder der Getriebeeinrichtung (3, 4) aufnimmt und in Abhängigkeit der Zustandssignale (S4) in Lastphasen des Verbrennungsmotors (2) eine Förderphase einleitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Luftbeschaffungsanlage und ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Luftbeschaffungsanlage.
Luftbeschaffungsanlagen für Druckluftsysteme in Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen weisen im Allgemeinen eine Luftaufbereitungsanlage und einen an die Luftaufbereitungsanlage angeschlossenen Kompressor auf, der direkt von dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angatrieben wird. Hierzu ist der Kompressor z. B. direkt über ein Getriebe oder einen Riemen mit der Motorwelle verbunden oder durch eine Kompressorkupplung von der Motorwelle abkuppelbar. Die Steuerung der Luftbeschaffungsanlage erfolgt über eine entsprechende Steuereinrichtung, auch EAPU (electronic air processing unit) genannt, die zwischen Förderphasen, in denen Luft gefördert wird und Energiesparphasen mit geringer Leistungsaufnahme (Power reduction Betrieb) schaltet. Dieses Umschalten kann durch Ansteuerung der Kompressorkupplung, falls eine solche vorgesehen ist, oder durch Ansteuerung geeigneter Ventile in der Luftaufbereitungsanlage oder im Kompressor erfolgen. Hierzu nimmt die Steuereinrichtung im Allgemeinen Druck-Messsignale eines Drucksensors auf, z. B. aus einem der angeschlossenen Betriebsbremskreise. Bei Unterschreiten eines minimalen Druckwertes wird eine Förderphase eingeleitet, die bei Erreichen eines oberen Druckwertes wieder beendet wird.
In Lastphasen treibt der Verbrennungsmotor das Fahrzeug an. In Schubphasen treibt hingegen das Fahrzeug den eingekuppelten Verbrennungsmotor an; derartige Schubphasen liegen insbesondere bei Bergabfahrt und Abbremsvorgängen ohne Bremsbetätigung bei eingekuppeltem Motor (Motorbremsfunktion) vor. Hierbei ist es bekannt, in derartigen Schubphasen bevorzugt eine Förderphase des Kompressors einzuleiten, um die zur Verfügung gestellte kinetische Energie des Fahrzeugs als Förderleistung des Kompressors zu nutzen. Somit erfolgt in derartigen Schubbetriebs-Phasen des Verbrennungsmotors ggf. eine Förderung, auch wenn der gemessene Druckwert im Betriebsbremskreis dies nicht erfordert, solange ein maximal zulässiger oberer Druckwert nicht überschritten wird.
Neuere Fahrzeuggenerationen von Nutzfahrzeugen ermöglichen es, in Schubphasen den Motor ganz auszukuppeln, d. h. eine automatische Getriebeeinrichtung in eine Leerlauf-Stellung zu verstellen, um eine Motorbremsung zu vermeiden. Das Fahrzeug rollt somit, nur gebremst durch Luft- und Rollwiderstand. Der Motor läuft dann im Leerlaufbetrieb mit niedriger Drehzahl. Der Motor verbraucht dabei typischerweise sehr viel Kraftstoff pro erzeugter Leistung, da er sich im Verbrauchskennfeld weit vom optimalen Arbeitspunkt entfernt befindet. Derartige Leerlaufbetrieb-Phasen bzw. Coasting-Phasen können nachfolgend bei Auftreten begrenzender Parameter wie einer festgestellten zu hohen Fahrzeugbeschleunigung oder einer aktiven Betätigung des Fahrers durch Einwirken auf Bremse oder Gaspedal wieder beendet werden.
In derartigen Leerlaufbetrieben ist somit eine Schubphasennutzung des Kompressors nicht möglich. Somit wird hier ggf. rein druckabhängig, d. h. durch Messung des im Betriebsbremskreis vorhandenen Drucks geregelt.
Weiterhin ist auch bei herkömmlicher Schubphasennutzung zur Luftförderung in Phasen mit hohem Luftverbrauch die reine Schubphasennutzung im Allgemeinen nicht ausreichend, um sämtliche vom Fahrzeug benötigte Luft zu erzeugen. Somit wird der Kompressor ergänzend auch in Lastphasen des Verbrennungsmotors betrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für eine Luftbeschaffungsanlage und ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, die einen geringen Energieverbrauch bei voller Funktionalität gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuereinrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Weiterhin sind die Luftbeschaffungsanlage mit einer derartigen Steuereinrichtung sowie das gesamte Fahrzeug vorgesehen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, in Lastphasen bzw. einem Lastbetrieb des Verbrennungsmotors eine Förderphase des Kompressors möglichst dann einzuleiten, wenn vom Energieverbrauch her günstige Motorzustände ermittelt werden. Hierzu können insbesondere im Verbrauchskennfeld des Verbrennungsmotors günstige Kennlinienbereiche detektiert werden.
Erfindungsgemäß werden somit Motordaten zur Steuerung bzw. Regelung der Förderphasen der Luftbeschaffungsanlage herangezogen. Erfindungsgemäß kann somit insbesondere auf unterschiedlichen Energieverbrauch pro erbrachter Leistung im Verbrauchskennfeld des Verbrennungsmotors reagiert werden.
Erfindungsgemäß können Daten über das Verbrauchskennfeld immer aktuell über eine fahrzeuginterne Datenverbindung der Steuereinrichtung der Luftbeschaffungsanlage mitgeteilt werden; hierbei können jeweils aktuelle Daten z. B. in Abhängigkeit vom jeweiligen Luftdruck und anderen äußeren Bedingungen übertragen werden.
Weiterhin ist es jedoch auch möglich, dass das Verbrauchskennfeld innerhalb oder außerhalb der Steuereinrichtung gespeichert ist, so dass die Steuereinrichtung der Luftbeschaffungsanlage auf dieses Verbrauchskennfeld zurückgreifen kann.
Darüber hinaus ist es auch möglich, neben den Verbrauchskennfeld des Motors auch das Verbrauchskennfeld des Kompressors einzubeziehen. Abhängig von der Drehzahl und dem Gegendruck hat jeder Kompressor eine spezifische Leistungsaufnahme pro geförderter Luftmenge. Aus der Überlagerung der Verbrauchskennfelder des Motors und des Kompressors (bei bekanntem Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Kompressor) lässt sich ein Verbrauchskennfeld, das den Primärenergieverbrauch pro geförderter Luftmenge angibt, ermitteln. Dieses kombinierte Verbrauchskennfeld kann für eine optimale Regelung der Kompressorsteuerung herangezogen werden.
Die Steuereinrichtung des Druckluftsystems nimmt somit Daten über einen Motorzustand, vorteilhafterweise ergänzend auch über einen Getriebezustand wie z. B. das Vorliegen eines Leerlaufbetriebes bzw. Einkupplung oder Auskupplung auf. Grundsätzlich kann das Vorliegen eines Leerlaufbetriebes oder eines eingekuppelten Betriebs jedoch auch aus den Motordaten ermittelt werden, da im ausgekuppelten Zustand bzw. Leerlaufbetrieb des Motors ein niedriger Drehzahlbereich mit niedriger Motorbelastung vorliegt.
Die Steuereinrichtung des Druckluftsystems kann somit Förderphasen dann einleiten, wenn die zusätzliche Leistungsaufnahme des Kompressors nur einen relativ geringen zusätzlichen Treibstoffverbrauch bewirkt.
Erfindungsgemäß werden somit einige Vorteile erreicht. Insbesondere ist der Treibstoffverbrauch relativ gering. Weiterhin kann vorausschauend Druckluft erzeugt werden, wenn der Energiebedarf des Motors pro erbrachter Leistung bzw. Fördermenge niedrig ist, so dass in späteren Lastphasen mit hohem Energieverbrauch pro erbrachter Leistung des Motors bzw. pro geförderter Luftmenge keine zusätzliche Belastung des Motors durch dann eventuell erforderliche Förderphasen auftritt.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterbildung können ergänzend Ausschlusskriterien herangezogen werden, um trotz Erkennen eines günstigen Verbrauchskennlinienbereichs gegebenenfalls die Einleitung der Förderphase zu unterdrücken. Diese Ausschlusskriterien können das Erkennen eines Hochlastbetriebes (z. B. voll durchgedrücktes Gaspedal) umfassen, insbesondere bei Bergauffahrt oder Fahrt unter großer Last. Weiterhin kann als Ausschlusskriterium z. B. erkannt werden, dass eine Beschleunigung oder eine hohe Beschleunigung gewünscht ist, um in diesen Phasen den Motor nicht durch den Kompressorbetrieb zusätzlich zu belasten.
Gemäß einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausbildung wird der Gesamtdruckbereich, der definiert wird durch den niedrigsten Druck, der im System nicht unterschritten werden soll als unterer Druckschwelle, und den höchsten Druck, der im System nicht überschritten werden soll als oberer Druckschwelle, in mehrere einzelne Druckbereiche unterteilt, in denen unterschiedliche Regelungsverfahren betrieben werden. In einem ersten, unteren Druckbereich ist es jeweils vorgesehen, bei Unterschreiten seiner unteren Druckschwelle Druckluft bis zum Erreichen seiner oberen Druckschwelle zu fördern; somit wird hier auch bei ggf. schlechten Bedingungen eine Förderphase eingeleitet.
In einem dritten, oberen Druckbereich wird keine Förderphase gestartet. Bei Erreichen oder Unterschreiten seiner unteren Druckschwelle kann vorzugsweise eine Druckluftförderung gestartet werden, wenn eine Schubphase erkannt wird und höchstens solange gefördert, bis seine obere Druckschwelle erreicht wird oder die Schubphase beendet ist. Damit wird hier eine Luftförderung ohne zusätzlichen Energieverbrauch ermöglicht.
In einem zweiten, mittleren Druckbereich, der zwischen dem oberen und unteren Druckbereich liegen kann oder mit diesen überlappt, kann bei Unterschreiten seiner unteren Druckschwelle bei Erkennen von günstigen Motordaten, d. h. insbesondere einem günstigen Kennlinienbereich im Verbrauchskennfeld, und bei Nicht-Vorliegen von Ausschlusskriterien, eine Förderphase eingeleitet werden. Diese Förderphase wird solange beibehalten, bis der günstige Bereich im Motorkennfeld verlassen wird, oder bis die obere Druckschwelle des mittleren Druckbereichs überschritten wird.
Erfindungsgemäß kann es auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung ermittelt, ob die im dritten, oberen Druckbereich verwendeten Schubphasen überhaupt eingeleitet werden, oder ob der Motor bei Erreichen einer Schubphase jeweils oder manchmal in einen Leerlaufbetrieb übergeht; wenn dieser letzte Fall erkannt wird, kann der obere Druckbereich bei der erfindungsgemäßen Einteilung auch entfallen und die obere Druckschwelle des zweiten, mittleren Druckbereichs so gelegt werden, dass bis zum höchsten Druck, der nicht überschritten werden darf, gefördert wird.
Obere und untere Schwellen der Druckbereiche, insbesondere des zweiten Druckbereichs, können statisch festgelegt sein oder bevorzugt dynamisch anhand von Verfügbarkeit von ausreichend Schubphasen festgelegt werden. Sind nur wenige Schubphasen verfügbar, kann die obere Druckschwelle angehoben werden. Sind sehr viele Schubphasen verfügbar, kann die untere Druckschwelle des zweiten Druckbereichs bis zur unteren Druckschwelle des ersten Bereichs abgesenkt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Nutzfahrzeug mit seinen wesentlichen Baugruppen gemäß einer Ausführungsform;
2 ein Verbrauchskennfeld des Verbrennungsmotors;
3 eine erfindungsgemäße Unterteilung des Gesamt-Druckbereichs in mehrere Druckbereiche;
4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5 ein Diagramm des spezifischen Arbeitsbedarfs in Abhängigkeit von der Kompressordrehzahl.
Ein Nutzfahrzeug 1 ist in 1 mit seinen hier relevanten Baugruppen dargestellt. Der Antriebstrang weist im Wesentlichen einen Verbrennungsmotor 2 mit Motorwelle 2a, eine Kupplung 3, ein Getriebe 4 und eine zu angetriebenen Rädern 5 führende Abtriebswelle 6 auf. Der Verbrennungsmotor 2 wird über eine Motorsteuereinrichtung 8 gesteuert bzw. geregelt; entsprechend ist ein Getriebesteller 10 zur Ansteuerung der Kupplung 3 und des Getriebes 4 vorgesehen. Die Kupplung 3 und das Getriebe 4 sind gemäß dieser Ausführungsform als automatisches Getriebe bzw. automatische Getriebeeinrichtung 3, 4 ausgebildet. Dementsprechend ist der Getriebesteller 10 ein automatischer Getriebesteller 10. Der Getriebesteller 10 und die Motorsteuereinrichtung 8 sind an einen fahrzeuginternen Datenbus, hier einen CAN-Bus 12, angeschlossen.
Eine Luftbeschaffungsanlage 14 weist im Wesentlichen einen Kompressor 15 auf, der direkt von der Motorwelle 2a angetrieben wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Kompressorkupplung 16 auf der Motorwelle 2a vorgesehen, um den Kompressor 15 zeitweise von der Motorwelle 2a abzukuppeln; alternativ hierzu kann auch eine Energiesparstellung des Kompressors vorgesehen sein, so dass dieser zeitweise ohne Förderleistung leer läuft. Die Ansteuerung der Kompressorkupplung 16 erfolgt über eine Druckluft-Steuereinrichtung bzw. EAPU (electronic air processing unit) 20, die entsprechend an den CAN-Bus 12 angeschlossen ist. Die Druckluft-Steuereinrichtung 20 steuert über Ventil-Steuersignale S2 weiterhin Ventile einer Vorsteuer-Ventileinrichtung einer Luftaufbereitungsanlage 22 an, im allgemeinen ein Purgeventil/Entlüftungsventil und ein Regenerationsventil.
Die Luftaufbereitungsanlage 22 weist neben der Vorsteuer-Ventileinrichtung in an sich bekannter Weise einen Filter, Lufttrockner und ein Mehrkreisschutzventil auf und ist hier nicht detaillierter dargestellt. An die Luftaufbereitungsanlage 22 ist mindestens ein Verbraucherkreis 24 mit einem Druckluftspeicher angeschlossen ist, z. B. ein Betriebsbremskreis, dessen gespeicherter Luftdruck über einen in der Luftaufbereitungsanlage 22 vorgesehenen Drucksensor 25 gemessen wird, der ein Druck-Messsignal S1 an die Druckluft-Steuereinrichtung 20 ausgibt.
Die Druckluft-Steuereinrichtung 20 dient in an sich bekannter Weise zur Einstellung unterschiedlicher Phasen der Luftbeschaffungsanlage 14, wobei die Druckluft-Steuereinrichtung 20 die Kompressorkupplung 16 über Kompressor-Steuersignale S3 und die Ventileinrichtung über Ventil-Steuersignale S2 ansteuert:

– einer Förderphase, in der der Kompressor 15 Luft fördert, bei der gezeigten Ausführungsform mit geschlossener Kompressorkupplung 16,
– einer Ruhephase, in der die Druckluft-Steuereinrichtung 20 die Kompressorkupplung 16 öffnet, so dass der Kompressor 15 nicht fördert,
– einer Regenerationsphase, in der ebenfalls die Kompressorkupplung 16 geöffnet ist, wobei die Druckluft-Steuereinrichtung 20 die Ventil-Steuersignale S2 an die einzelnen Ventile der Ventileinrichtung der Luftaufbereitungsanlage 22 ausgibt, um eine Regeneration des hier nicht detaillierter gezeigten Lufttrockners einzuleiten,
– gegebenenfalls können noch weitere Phasen vorgesehen sein.

Die Motorsteuereinrichtung 8 ermittelt die jeweils aktuelle Motordrehzahl n und Motorleistung (Motorlast) P des Verbrennungsmotors 2, aus denen das in 2 dargestellte Verbrauchskennfeld 26 zusammengesetzt ist, wie es als solches üblich ist. Hierbei ist auf der Abszisse (X-Achse) die Motordrehzahl n in rpm und auf der Ordinate (Y-Achse) die Leistung P in kW aufgetragen. Die aktuell anliegende Motorlast kann entweder als absoluter Wert oder relativ (in %) zu einer in 2 eingezeichneten Volllastkurve 32 ermittelt und auf den CAN-Bus 12 übertragen werden.
Vorzugsweise arbeitet die Motorsteuereinrichtung 8 mit dem automatischen Getriebesteller 10 zusammen, um in dem Verbrauchskennfeld 26 jeweils geeignete Bereiche mit geringem Verbrauch, und bei Erkennen eines höheren Drehmomentbedarfs bzw. eines höheren Beschleunigungsbedarfs entsprechend vorteilhafte Einstellungen auszuwählen.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Motorsteuereinrichtung 8 Lastphasen erkennen, in denen der Verbrennungsmotor 2 gemäß der Ordinate (vertikale Achse der 2) eine nennenswerte Leistung zu erbringen hat, so dass eine Lastphase vorliegt, bei der der Antrieb des Nutzfahrzeugs 1 über den Verbrennungsmotor 2 erfolgt. Weiterhin können Schubphasen erkannt werden, in denen im angekuppelten Zustand das Nutzfahrzeug 1 aufgrund seiner kinetischen Energie über die angetriebenen Räder 5, die Abtriebswelle 6, das Getriebe 4 und die Kupplung 3 den Verbrennungsmotor 2 antreibt. Derartige Schubphasen können insbesondere bei Bergabfahrt und/oder bei Abbremsvorgängen vorliegen, wie als solches bekannt ist. Statt der Motorsteuereinrichtung 8 können diese Ermittlungen auch in einer anderen Steuer- bzw. Rechnereinrichtung mit entsprechender Funktionalität, z. B. einem Fahrdynamik-Regelsystem, durchgeführt werden.
Ergänzend kann das in 5 gezeigte Kompressor-Kennfeld 50 mit einbezogen werden, dass den spezifischen Arbeitsbedarf WK des Kompressors der Dimension Energie pro geförderten Luftvolumen, d. h. kWh/m³ in Abhängigkeit der Kompressordrehzahl, d. h. in der Einheit Umdrehungen pro Minute zeigt. Die Kurven zeigen folgende Werte an:
WK1 bei p = 14 Bar, WK2 bei p = 12 Bar, WK3 bei p = 10 Bar, WK4 bei p = 8 Bar. Da der Kompressor 15 starr auf der Motorwelle 2a angebracht ist, sind die Kompressordrehzahl n und die Motordrehzahl in einem festen, bekannten Übersetzungsverhältnis umrechenbar, im gezeigten Beispiel wird von einem direkten Antrieb mit 1:1 Übersetzung ausgegangen. Somit kann z. B. ein Produkt aus den Werten der 2 und 5 gebildet werden, das zur Beurteilung des Leistungsverbrauchs pro geförderter Luft dienen kann. Es ergibt sich somit ein kombiniertes Motor/Kompressor-Verbrauchskennfeld, das gegenüber dem reinen Motor-Verbrauchskennfeld 26 die Kompressor-Eigenschaften mit berücksichtigt. Relevant ist somit die pro geförderter Luftmenge (unter Berücksichtigung des Drucks, d. h. somit die Luftmasse) verbrauchte Energie.
Nachfolgend wird allgemein von einem Verbrauchskennfeld gesprochen, das das Verbrauchskennfeld 26 oder das kombinierte Verbrauchskennfeld sein kann.
Bei diesen Ausführungsformen kann die Motorsteuereinrichtung 8 oder die für diese Funktionalität vorgesehene Steuereinrichtung ermitteln, dass ein Auskuppeln und somit die Einstellung eines Leerlaufs vorteilhaft ist, bei dem das Nutzfahrzeug 1 somit nicht mehr über den Verbrennungsmotor 2 gebremst wird, sondern lediglich über die dynamischen Widerstände wie Luftwiderstand, Rollwiderstand etc. Das Auskuppeln des Verbrennungsmotors 2 von der Abtriebswelle 6 kann durch Betätigung der Kupplung 3 und/oder Einstellen eines Leerlaufs im Getriebe 4 erfolgen. Diese Leerlaufphase kann dann bei Erkennen entsprechender Umstände beendet werden, z. B. bei einer Bremsbetätigung oder Gaspedalbetätigung durch den Fahrer (die über den CAN-Bus 12 mitgeteilt werden), weiterhin gegebenenfalls bei einer über die Raddrehzahlen ermittelten Beschleunigung des Fahrzeugs, oder einer zu großen Beschleunigung des Fahrzeugs, z. B. aufgrund eines zu großen Gefälles.
Erfindungsgemäß nimmt die Druckluft-Steuereinrichtung 20 über den CAN-Bus 12 Zustandssignale S4 auf, z. B. Motorzustands-Signale wie aktuelle Drehzahl und aktuelle Last und/oder das aktuelle Verbrauchskennfeld des Motors, Fahrzustands-Signale wie die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und die Information, ob derzeit eine Schubphase vorliegt oder gebremst wird, oder Getriebe-Signale wie den Öffnungszustand der Kupplung oder eine sonstige Leerlauferkennung. Weiterhin verfügt die Druckluft-Steuereinrichtung 20 über Daten des Verbrauchskennfeldes 26 oder des kombinierten Verbrauchskennfeldes; vorteilhafterweise ist der Druckluft-Steuereinrichtung 20 das gesamte Verbrauchskennfeld 26 bzw. das kombinierte Verbrauchskennfeld zugänglich. Hierzu kann das Verbrauchskennfeld 26 bzw. das kombinierte Verbrauchskennfeld mit den Zustandssignalen S4 mit übertragen werden, oder das Verbrauchskennfeld 26 bzw. das kombinierte Verbrauchskennfeld ist in der Druckluft-Steuereinrichtung 20 oder einem angeschlossenen externen Speicher gespeichert. Die jeweilige aktuelle Position in dem Verbrauchskennfeld 26 bzw. dem kombinierten Verbrauchskennfeld wird dann von der Druckluft-Steuereinrichtung 20 bei der Einstellung der verschiedenen Phasen der Luftbeschaftungsanlage 14 berücksichtigt.
Die Druckluft-Steuereinrichtung 20 zieht somit zur Einstellung der Förderphasen zum einen die Druck-Messsignale S1 und zum anderen die Zustandssignale S4 mit Daten über Motordrehzahl, Motorleistung (Motorlast) bzw. der Lage im Verbrauchskennfeld 26 bzw. dem kombinierten Verbrauchskennfeld sowie ggf. einem eingestellten Leerlauf heran.
Die Druckluft-Steuereinrichtung 20 leitet bei Feststellen eines niedrigen Druckwertes, der ggf. die Funktionalität der angeschlossenen Druckluftverbraucher beeinträchtigen könnte, jeweils durch ein entsprechendes Kompressor-Steuersignal S3 eine Förderphase ein. Förderphasen werden insbesondere in Fahrzuständen eingestellt, bei denen die zusätzliche Belastung durch den Kompressor 15 zu relativ geringem Energie-Mehrverbrauch führt. Derartige Zustände sind in dem Verbrauchskennfeld 26 von 2 durch Motorkennlinien 27 eingezeichnet, die Bereiche mit im Wesentlichen gleichem Treibstoffverbrauch pro erzeugter Energie darstellen. Somit ist der mit 26-1 gekennzeichnete Kennlinienbereich der Bereich mit dem günstigsten Energieverbrauch, zu den Seiten hin nimmt der Energieverbrauch jeweils zu, so dass der Kennlinienbereich 26-2 demgegenüber einen etwas höheres Energieverbrauch aufweist; entsprechendes gilt bei Berücksichtigung des Kompressorkennfeldes 50 aus 5.
Die Druckluft-Steuereinrichtung 20 kann z. B. den einzelnen Kennlinienbereichen 26-1, 26-2, ... Prioritäten zuordnen, so dass in Abhängigkeit der Priorität der Einschalt-Druckwert (cut-in), bei dem die Förderung beginnt, und/oder der Abschalt-Druckwert (cut-out), bei dem die Förderung beendet wird, festgelegt werden.
Indem die Zustandssignale S4 der Druckluft-Steuereinrichtung 20 über den CAN-Bus 12 fortlaufend zur Verfügung gestellt werden, kann dynamisch auf Änderungen in den Kennfeldern 26, 50 reagiert werden; derartige Änderungen können z. B. auf Änderungen im Luftdruck, z. B. einem niedrigen Luftdruck in größerer Höhe beruhen, so dass sich die Position im jeweiligen Verbrauchskennfeld und insbesondere die Anordnung günstiger Kennlinienbereiche 26-1, 26-2, ... ändern kann.
Erfindungsgemäß können weiterhin Kenntnisse von Überholvorgängen und anderen Hochlastbetrieben einbezogen werden, damit in derartigen Hochlastbetriebs-Phasen des Verbrennungsmotors 2 alle Energie für die Räder 5 zur Verfügung steht; somit wird in derartigen Hochlast-Phasen bevorzugt keine Druckluft gefördert, falls es nicht aufgrund eines sehr niedrigen festgestellten Druckwertes im Verbraucherkreis 24 bzw. dessen Druckluftspeicher unbedingt erforderlich ist.
Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Einbeziehung von Kenntnissen über den Leerlaufbetrieb möglich. So kann vorgesehen sein, dass die Druckluft-Steuereinrichtung 20 erkennt, ob eine Motorbremsfunktion und somit Schubphasen vorgesehen sind bzw. ob ein Leerlaufbetrieb mit Auskupplung vorgesehen ist, und in Abhängigkeit dieser Ermittlung die oberen und unteren Druckschwellen zum Einleiten der Förderphasen einstellen.
Weiterhin kann ermittelt werden, ob ein Schubbetrieb mit eingekuppeltem Verbrennungsmotor 2 genutzt wird. Falls eine derartige Schubphasennutzung ermittelt wird, wird in der Schubphase die Kompressorkupplung 16 geschlossen, um die Betätigung des Kompressors 15 zu ermöglichen. Die Informationen, ob nachfolgend ein Schubbetrieb eingestellt wird oder nicht, kann über den CAN-Bus 12 durch entsprechende Zustands-Signale S4, d. h. insbesondere Zustands-Signale des Getriebestellers 10, und/oder durch selbsttätige Ermittlung der Druckluft-Steuereinrichtung 20 bzw. selbstlernend erfolgen.
Erfindungsgemäß können der untere Förder-Druckluftwert (cut-in) zum Einleiten einer Förderphase im Lastbetrieb und der obere Druckluftwert (cut-out) zum Beenden einer Förderphase im Lastbetrieb dynamisch angepasst werden, abhängig vom Luftverbrauch und von den verfügbaren Schubphasen. Je weniger Schubphasen verfügbar sind – z. B. bei Vorliegen einer Coasting-Funktion – und je weniger der benötigten Luft dementsprechend in der jeweiligen Schubphase erzeugt werden kann, desto höher kann erfindungsgemäß der untere Druckschwelle (Einschalt-Druckwert, cut-in) und auch die obere Druckschwelle (Abschalt-Druckwert, cut-out) gelegt werden, zwischen denen somit in optimalen Lastphasen gefördert wird. Hierdurch kann sicher gestellt werden, dass dieser Lastphasen-Modus nur aktiv ist, wenn nicht genug Schubphasen zur Verfügung stehen und somit Lastphasen gut genutzt werden können, wenn relativ wenige Schubphasen vorhanden sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zum Betrieb des Kompressors 15 (Förderbetrieb)

– Schubphasennutzungen besonders bevorzugt einzusetzen,
– mit nachrangiger Priorität sind stabile Fahrzustände (ohne Hochlastbetriebe, bei denen die Kompressorbetätigung stören würde) mit günstigen Kennlinienbereichen 26-1, 26-2 anzusetzen, d. h. Lastbetrieb des Verbrennungsmotors 2 in diesen Kennlinienbereichen,
– erst nachrangig Leerlaufbetriebe und ungünstige Lastbetriebe, d. h. Hochlastbetriebsphasen wie Beschleunigungsphasen und z. B. Bergauffahrten.

3 zeigt eine Ausführungsform mit einer Aufteilung eines Druck-Gesamtbereichs des Druckwerts pw zwischen z. B. 10 Bar und 12,3 Bar in einzelne Druckbereiche 30-1, 30-2 und 30-3, die erfindungsgemäß zu verschiedenen Einstellungen bzw. Regelungen führen.
In einem unterhalb von 10 Bar liegenden Druckbereich ist grundsätzlich ein Förderbetrieb erforderlich; ein derartiger Druckwert unter 10 Bar sollte hierbei gar nicht erst auftreten, da bereits in dem darüber liegenden ersten, unteren Druckbereich 30-1 rechtzeitig gefördert wird. In diesem ersten, unteren Druckbereich 30-1 wird auch bei schlechten Lastbedingungen, d. h. einer ungünstigen aktuellen Lage im Verbrauchskennfeld 26 gefördert. Hierbei kann z. B. eine untere Druckschwelle von 10 Bar festgelegt sein, bei deren Unterschreiten eingeschaltet wird, und eine obere Druckschwelle von 10,7 Bar, bei deren Erreichen abgeschaltet wird.
In dem dritten, oberen Druckbereich 30-3 von z. B. 11,3 Bar bis 12,3 Bar werden lediglich Schubnutzphasen des Verbrennungsmotors 2 zum Einkuppeln des Kompressors 15 (Förderphase) genutzt. Höhere Druckwerte sollten nicht erreicht werden, bzw. es findet keine Druckluftförderung stakt.
Die Grenzen des zweiten, mittleren Druckbereich 30-2 können sich vorteilhafterweise mit den Grenzen des ersten, unteren Druckbereichs 30-1 und dritten, oberen Druckbereichs 30-3 überschneiden, um ein zu häufiges Hin- und Herschalten zu vermeiden. In dem zweiten, mittleren Druckbereich 30-2 werden zum Fördern zum einen Schubnutzphasen (Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 2) und zum anderen Lastphasen des Verbrennungsmotors 2 mit günstig bewerteten Fahrbetriebsbedingungen, d. h. das Vorliegen eines günstigen Kennlinienbereichs 26-1, 26-2 und das Fehlen von Ausnahmefällen wie z. B. Hochlastbetrieb genutzt. Der zweite, mittlere Druckbereich 30-2 kann z. B. eine untere Druckschwelle von 10,5 Bar und eine obere Druckschwelle von z. B. 11,5 Bar aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren startet somit gemäß 4 in Schritt St0 beim Starten des Verbrennungsmotors 2. Gemäß einem ersten Schritt St1 werden fortlaufend Druck-Messsignale S1 aufgenommen; gemäß einem zweiten Schritt St2 werden fortlaufend Zustandssignale S4 von der Motorsteuereinrichtung und ggf. vom Getriebesteller 10 aufgenommen. Die Schritte St1 und St2 laufen hierbei parallel bzw. fortlaufend. In einem dritten Schritt St3 wird eine Zuordnung des jeweiligen Zustands zu den drei Druckbereichen von 3 vorgenommen und in Abhängigkeit dieser Zuordnung gegebenenfalls Steuersignale S2, S3 ausgegeben. Nachfolgend wird das Verfahren vor den ersten Schritt St1 zurückgesetzt.
Sämtliche obigen Ausführungen gelten auch unter Einbeziehung eines kombinierten Verbrauchskennfeldes.

Claims

Steuereinrichtung (20) für eine Luftbeschaffungsanlage (14) eines Fahrzeugs (1), das eine Getriebeeinrichtung (3, 4) und einen Verbrennungsmotor (2) zum Antreiben des Fahrzeugs (1) in Lastphasen aufweist, wobei die Steuereinrichtung (20) vorgesehen ist zur Aufnahme von Druck-Messsignalen (S1) und zur Ausgabe von Steuersignalen (S2, S3) zur Einleitung von Förderphasen eines an den Verbrennungsmotor (2) angeschlossenen oder anschließbaren Kompressors (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) Zustandssignale (S4) über einen aktuellen Zustand des Verbrennungsmotors (2) und/oder der Getriebeeinrichtung (3, 4) aufnimmt und in Abhängigkeit der Zustandssignale (S4) in Lastphasen des Verbrennungsmotors (2) eine Förderphase einleitet.
Steuereinrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Steuersignale (S2, S3) zur Einleitung einer Förderphase in Lastphasen des Verbrennungsmotors (2) ausgibt, wenn Kennwerte (P, n) des Verbrennungsmotors (2) und/oder des Kompressors (15) in einem als zulässig bewerteten Bereich (26-1, 26-2) eines Kennfeldes, insbesondere Verbrauchskennfeldes, liegen, wobei die Bewertung, ob ein Bereich eines Kennfeldes (26-1, 26-2) zulässig ist, in Abhängigkeit der aufgenommenen Druck-Messsignale (S1) erfolgt.
Steuereinrichtung (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennlinienbereich (26-1, 26-2) von einer Kombination von Motordrehzahl (n) und einer Motorleistung (P) des Verbrennungsmotors (2) abhängig ist.
Steuereinrichtung (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennlinienbereich (26-1, 26-2) weiterhin einen spezifischen Energieverbrauch des Kompressors (15) in Abhängigkeit des geförderten Luftvolumens oder der geförderten Luftmasse einbezieht.
Steuereinrichtung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gesamt-Druckbereich der Druck-Messsignale (S1) in mindestens zwei Druckbereiche (30-1, 30-2, 30-3) unterteilt, wobei sie in einem unteren Druckbereich (30-1) mit niedrigen Druckwerten eine Förderphase einleitet oder beibehält, unabhängig von den aufgenommenen Zustandssignalen (S4), und wobei sie in einem zweiten Druckbereich (30-2), der oberhalb des unteren Druckbereichs (30-1) angeordnet ist, eine Förderphase einleitet, wenn sie eine der folgenden Zustände des Verbrennungsmotors (2) ermittelt oder mitgeteilt bekommt: eine Schubphase des Verbrennungsmotors (2), bei der das Fahrzeug (1) den Verbrennungsmotor (2) antreibt, oder eine Lastphase des Verbrennungsmotors (2) in einem als günstig bewerteten Kennlinienbereich (26-1, 26-2), wenn kein Ausschlusskriterium vorliegt.
Steuereinrichtung (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamt-Druckbereich der Druck-Messsignale (S1) in mindestens drei Druckbereiche (30-1, 30-2, 30-3) unterteilt ist, und die Steuereinrichtung (20) in einem oberen Druckbereich (30-3) oberhalb des zweiten Druckbereichs (30-2) nur eine Förderphase einleitet, wenn sie eine Schubphase des Verbrennungsmotors (2) ermittelt oder mitgeteilt bekommt.
Steuereinrichtung (20) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckbereich (30-2) mit dem oberen Druckbereich (30-3) und/oder dem unteren Druckbereich (30-1) überlappt.
Steuereinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennlinienbereich (30-1, 30-2) als günstig bewertet wird, der einen relativ geringen Treibstoffverbrauch pro Leistung oder pro erzeugter Energie oder pro geförderter Luftmenge aufweist.
Steuereinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausschlusskriterium ein Hochlastbetriebszustand bewertet wird, insbesondere einer der folgenden Zustände: Bergauffahrt, Beschleunigung, Beschleunigung oberhalb eines Beschleunigungs-Grenzwertes.
Steuereinrichtung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie selbstlernend ist und aus mitgeteilten Zustandssignalen (S4) über den Verbrennungsmotor (2) und/oder über die Getriebeeinrichtung (3, 4) ermittelt, ob in Schubphasen zumindest zeitweise eine Auskupplung des Verbrennungsmotors (2) zur Einstellung eines Leerlaufbetriebs eingestellt wird, und in Abhängigkeit dieser Ermittlung entscheidet, ob sie Steuersignale (S3, S2) zur Einleitung einer Förderphase ausgibt.
Luftbeschaffungsanlage (14) mit einer Steuereinrichtung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, einer Luftaufbereitungsanlage (22) mit einer Ventileinrichtung, wobei die Luftaufbereitungsanlage (22) durch Steuersignale (S2) der Steuereinrichtung (20) in verschiedene Phasen einstellbar ist, wobei durch die Steuersignale (S2, S3) der Steuereinrichtung (20) eine Förderphase der Luftbeschaffungsanlage (14) einleitbar und beendbar ist, und einem Drucksensor (25), der den Druck in einem angeschlossenen Verbraucherkreis (24) misst und das Druck-Messsignal (S1) an die Steuereinrichtung (20) ausgibt.
Fahrzeug (1) mit einer Luftbeschaffungsanlage (14) nach Anspruch 11, mindestens einem angeschlossenem Betriebsbremskreis (24), einem Verbrennungsmotor (2), einer Motorsteuereinrichtung (8) zur Steuerung des Verbrennungsmotors (2), einer automatischen Getriebeeinrichtung (3, 4) zum Verbinden des Verbrennungsmotors (2) mit einer Abtriebswelle (6) zum Antreiben von Fahrzeugrädern (5), und einem automatischen Getriebesteller (10) zur Steuerung des automatischen Getriebeeinrichtung (3, 4), wobei die Motorsteuereinrichtung (8), der automatische Getriebesteller (10) und die Steuereinrichtung (20) der Luftbeschaffungsanlage (14) über einen fahrzeuginternen Datenbus (12) miteinander verbunden sind.
Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Luftbeschaffungsanlage (14) für ein Fahrzeug (1), insbesondere einer Luftbeschaffungsanlage (14) nach Anspruch 11, wobei Förderphasen zur Förderung von Druckluft mittels eines durch einen Verbrennungsmotor (2) des Fahrzeugs (1) antreibbaren Kompresser (15) eingestellt und beendet werden, wobei ein von der Luftbeschaffungsanlage (14) gelieferter Luftdruck (pw) gemessen und Druck-Messsignale (S1) zur Steuerung oder Regelung der Förderphasen herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass Zustandssignale (S4) über einen aktuellen Zustand des Verbrennungsmotors (2) und/oder der Getriebeeinrichtung (3, 4), insbesondere eine relative Position von Kennwerten (n, L) in einem Verbrauchskennfeld (26) des Verbrennungsmotors (2) und/oder des Kompressors (15), zur Steuerung oder Regelung der Förderphasen herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck-Gesamtbereich des Druck-Messsignals (S1) in mindestens zwei, vorzugsweise drei Druckbereiche (30-1, 30-2, 30-3) unterteilt wird, wobei in einem unteren Druckbereich (30-1) mit niedrigen Druckwerten eine Färderphase eingeleitet oder beibehalten wird, unabhängig von den Zustandssignalen (S4), und in einem zweiten Druckbereich (30-2), der oberhalb des unteren Druckbereichs (30-1) angeordnet ist, eine Förderphase eingeleitet wird, wenn eine Schubphase des Verbrennungsmotors (2), bei der das Fahrzeug (1) den Verbrennungsmotor (2) antreibt, oder eine Lastphase des Verbrennungsmotors (2) in einem als günstig bewerteten Kennlinienbereich (26-1, 26-2) ohne Vorliegen eines Ausschlusskriteriums ermittelt oder mitgeteilt werden.