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Vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zum Regulieren des Reifendrucks. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs.
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Im Stand der Technik gibt es verschiedene Ansätze zur sogenannten ”pneumatischen Hybridisierung” von Verbrennungsmotoren. Die Druckschrift
WO2009/036992A1 zeigt beispielhaft solch einen Verbrennungsmotor mit pneumatischer Hybridisierung. Dabei wird der Verbrennungsmotor als Bremsenergie nutzende Pumpe und als Druckluft-Expansionsmotor genutzt. Dies erfolgt beispielsweise durch Anschließen eines Drucklufttanks an den Verbrennungsmotor mit elektronisch ansteuerbaren Ladeventilen. Die rekuperierte Druckluft ermöglicht dabei ein schnelleres Anliegen des Drehmomentes und damit ein erhöhtes Ansprechverhalten von Turbomotoren sowie einen Druckluftstart.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung ein Fahrzeug bereitzustellen, das bei kostengünstiger Herstellung und Montage und möglichst geringer Anzahl an Baugruppen und Nebenaggregaten sowohl eine pneumatische Hybridisierung eines Verbrennungsmotors als auch eine aktive Regulierung eines Reifendrucks ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe vorliegender Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb eines solchen Fahrzeuges anzugeben.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass, wenn im Fahrzeug ein aktives System für die Regelung des Reifenfülldrucks vorgesehen ist, nicht zwingend ein separater Kompressor und ein eigener Luftdrucktank vorgehalten werden müssen. Vielmehr kann für die pneumatische Hybridisierung des Verbrennungsmotors und für die Regulierung des Luftdrucks in den Reifen ein gemeinsamer Luftdrucktank verwendet werden. Somit wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug umfassend einen Verbrennungsmotor mit zumindest einer Brennkammer und einem Kolben. Des Weiteren umfasst das Fahrzeug einen Drucklufttank und zumindest einen Reifen. Eine erste Druckluftverbindung ist zwischen dem Drucklufttank und dem zumindest einen Reifen angeordnet und dient zum Erhöhen des Luftdrucks im Reifen. Die erste Luftdruckverbindung kann eine oder mehrere Leitungen umfassen, je nachdem, ob die einzelnen Reifen separat oder gemeinsam mit dem Drucklufttank verbunden werden. Des Weiteren umfasst das Fahrzeug zumindest eine zweite Druckluftverbindung. Die zweite Druckluftverbindung ist zwischen dem Drucklufttank und dem Verbrennungsmotor angeordnet. Auch die zweite Druckluftverbindung kann eine oder mehrere Leitungen umfassen. Zwischen der zweiten Druckluftverbindung und der zumindest eine Brennkammer des Verbrennungsmotors ist zumindest ein Ventil angeordnet. Der Verbrennungsmotor ist dazu ausgebildet, durch Ansteuerung des Ventils die Druckluft aus der zweiten Druckluftverbindung in die Brennkammer einzuleiten. Zusätzlich oder alternativ wird das Ventil derart angesteuert, dass in der Brennkammer erzeugte Druckluft über die zweite Druckluftverbindung in den Drucklufttank eingeleitet wird.
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Zur Nutzung der Druckluft in dem Verbrennungsmotor gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die alle bevorzugt vorgesehen sind: So kann die Druckluft über die zweite Druckluftverbindung direkt in die Brennkammer eingeleitet werden und dort direkt den Kolben in der Brennkammer bewegen. Zusätzlich zum Einleiten der Druckluft direkt in die Brennkammer kann auch Kraftstoff oder ein Kraftstoffgemisch in die Brennkammer eingebracht und gezündet werden. Des Weiteren ist es vorgesehen, die Druckluft aus dem Drucklufttank noch vor dem Brennraum mit Kraftstoff zu vermischen und anschließend in den Brennraum einzuleiten. In all diesen Varianten unterstützt die Druckluft aus dem Drucklufttank die Bewegung des Kolbens in der Brennkammer.
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Zum Erzeugen der Druckluft wird das zumindest eine Ventil im Verbrennungsmotor derart angesteuert, dass, beispielsweise beim Abbremsen des Fahrzeugs, durch den sich bewegenden Kolben die Luft in der Brennkammer komprimiert wird und in den Drucklufttank eingeleitet wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist somit vorgesehen, dass lediglich ein Drucklufttank, der nur ein Volumen für die Druckluft bereitstellt, sowohl für das Befüllen der Reifen als auch für die pneumatische Hybridisierung des Verbrennungsmotors verwendet wird. Dabei kann der Verbrennungsmotor auch lediglich zum Erzeugen der Druckluft und somit zum Befüllen des Drucklufttanks eingesetzt werden. insbesondere ist jedoch auch vorgesehen, die Druckluft aus dem Drucklufttank wieder in die Brennkammern einzubringen, um so den Kolben zu bewegen. Des Weiteren gibt es die Variante, dass die Druckluft nicht oder nicht ausschließlich in der Brennkammer erzeugt wird, sondern beispielsweise über einen Kompressor erzeugt wird. Auch in diesem Fall kann der gemeinsame Drucklufttank sowohl für den Antrieb beziehungsweise Hilfsantrieb des Verbrennungsmotors als auch zum Befüllen der Reifen genutzt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Druckluftverbindung zu jedem Reifen des Fahrzeuges, insbesondere zu allen vier Reifen, führt. Dadurch sind alle Reifen des Fahrzeugs mit der Druckluft aus dem einen Drucklufttank befüllbar.
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Des Weiteren ist bevorzugt ein binäres Ventilsystem für den zumindest einen Reifen vorgesehen. Insbesondere ist für jeden Reifen solch ein binäres Ventilsystem vorgesehen. Das binäre Ventilsystem umfasst ein Reifenventil und ein Steuergerät. Das Steuergerät steuert dabei das Reifenventil an. Das Reifenventil ist dazu ausgebildet, Druckluft aus dem Drucklufttank über die erste Druckluftverbindung in den Reifen einzufüllen und Druckluft aus dem Reifen abzulassen.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das binäre Ventilsystem dazu ausgebildet ist, eine Füllmenge und/oder eine Füllgeschwindigkeit beim Einleiten der Druckluft aus dem Drucklufttank in den Reifen zu variieren. Des Weiteren ist das binäre Ventilsystem vorzugsweise dazu ausgebildet, auch beim Ablassen der Druckluft aus dem Reifen eine Ablassmenge und/oder Ablassgeschwindigkeit der Druckluft zu variieren. Die Variation der Geschwindigkeit und Menge beim Befüllen oder Ablassen der Druckluft erfolgt insbesondere durch eine entsprechende Ansteuerung des Reifenventils durch das Steuergerät. Dabei wird das Reifenventil entsprechend weit geöffnet oder geschlossen, oder es wird die Öffnungs- bzw. die Schließzeit verändert. Das Reifenventil muss nicht zwingend am Reifen angeordnet werden, sondern befindet sich an passender Position zwischen dem Drucklufttank und dem Reifen.
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Das Steuergerät zum Ansteuern der Reifenventile ist vorzugsweise dazu ausgebildet, in den folgenden zwei Situationen den Reifendruck zu verändern:
Zum einen ist es vorgesehen, dass bei der Einstellung oder Änderung eines bestimmten Fahrerwunsches das binäre Ventilsystem agiert. Dieser Fahrerwunsch wird durch ein manuelles Einstellen eines Fahrzeugbetriebsmodus durch den Fahrer eingeleitet; oder der Fahrerwunsch wird durch das Fahrzeug erkannt. So kann ein Fahrerwunsch beispielsweise durch das Schaltverhalten oder eine Pedalbetätigung des Fahrers erkannt werden. Als bevorzugtes Beispiel sei hier ein Fahrer genannt, welcher die Absicht hat, auf einer Autobahn verbrauchsarm zu fahren. Er wählt über einen manuellen Schaltknopf den dafür konfigurierten Modus (Eco-Pro-Modus) aus. Durch das Betätigen des Schaltknopfes wird am Steuergerät ein Signal ausgelöst, welches das binäre Ventilsystem dazu befugt, sich für eine vorgegebene Zeit zu öffnen. Dabei wird der Fülldruck so lange am Fahrzeugreifen erhöht, bis der optimale, für den entsprechenden Modus hinterlegte Fülldruck erreicht ist.
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Zum anderen ist es vorgesehen, dass das Ventilsystem bei Erkennen eines zu niedrigen Luftdrucks agiert. Solch ein zu niedriger Luftdruck entsteht beispielsweise bei einer Reifenpanne oder einer zeitbedingten Diffusion der Reifenluft. Durch Fülldruckkontrollsensoren am Fahrzeugreifen können solche Abweichungen vom optimalen Fülldruck erkannt werden.
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Zusätzlich oder alternativ zu solchen Fülldruckkontrollsensoren ist es auch vorgesehen, dass mittels des binären Ventilsystems, beispielsweise durch eine entsprechende Vorrichtung im Reifenventil, der Ist-Druck im Reifen gemessen wird.
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Wie eingangs bereits beschrieben, wird sowohl für die pneumatische Hybridisierung des Verbrennungsmotors als auch für die Regulierung des Reifendrucks der gleiche Drucklufttank verwendet. Dabei kann beispielsweise beim Abbremsen des Fahrzeugs der sich bewegende Kolben im Brennraum zum Erzeugen der Druckluft verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ dazu ist bevorzugt ein Kompressor im Fahrzeug zum Befüllen des Drucklufttanks vorgesehen. Vorzugsweise kann der Kompressor entweder über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder über einen eigenen Elektromotor angetrieben werden. Ferner ist es auch möglich den Kompressor, als Bestandteil eines Abgasturboladers, über das Abgas des Verbrennungsmotors anzutreiben.
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Durch den optional verwendbaren Kompressor kann eine vorteilhafte Redundanz zur Ausfallsicherung genutzt werden. Hierbei wird auf einen Entfall des Notstarters beziehungsweise Ritzelstarter des Fahrzeuges gezielt, welcher als Hilfsaggregat zum Starten des Verbrennungsmotors dient. Sollte beispielsweise ein Leck zwischen dem Drucklufttank und dem Verbrennungsmotor, insbesondere in der zweiten Druckluftverbindung, bestehen, wodurch ein eigentlicher Start des Verbrennungsmotors über die Druckluft aus dem Drucklufttank unterbunden wird, kann der zusätzliche Kompressor als Notsystem agieren. Der zusätzliche Kompressor ersetzt somit den Ritzelstarter. Dies ist insbesondere mit einem Kompressor möglich, der über einen separaten Elektromotor antreibbar ist. Insbesondere verfügt der Kompressor dann über eine druckluftführende Verbindung direkt zum Verbrennungsmotor, um den Verbrennungsmotor direkt zu starten und eine weitere Druckluft führende Leitung zum Drucklufttank, um den Drucklufttank zu beladen.
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Bezüglich geringer Herstellungskosten, geringem Gewicht und reduziertem Wartungsaufwand ist jedoch vorgesehen, das Fahrzeug ohne Kompressor, lediglich mit einem Drucklufttank auszustatten, wobei dann nur der Verbrennungsmotor zum Aufladen des Drucklufttanks verwendet wird und der Drucklufttank selbst sowohl zum pneumatischen Betreiben des Verbrennungsmotors als auch zum Auffüllen der Reifen angewandt werden kann. In Anordnungen nach dem Stand der Technik wird teilweise ein eigener Kompressor nur zum Befüllen der Reifen verwendet. Das hier vorgestellte System, mit dem gemeinsam genutzten Drucklufttank, kann sehr viel schneller die Reifen befüllen, da eine relativ große Menge an Druckluft stets zur Verfügung steht.
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In weiterer vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, zwischen dem Drucklufttank und dem zumindest einen Reifen einen Filter anzuordnen, um die in den Fahrzeugreifen einströmende Luft zu reinigen.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges, insbesondere des soeben vorgestellten Fahrzeuges. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: Speicherung von Druckluft, welche in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors durch Bewegung eines Kolbens erzeugt wird, und Erhöhen eines Luftdrucks in einem Reifen des Fahrzeugs mit der gespeicherten Druckluft, welche in der Brennkammer erzeugt wurde.
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Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs vorgestellten vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechende vorteilhafte Anwendung für das erfindungsgemäße Verfahren. So ist insbesondere auch in dem Verfahren vorgesehen, dass die Reifen nicht nur mit Druckluft befüllt werden können, sondern auch stets Luft aus den Reifen abgelassen werden kann. Des Weiteren ist auch in dem Verfahren vorgesehen, dass in dem Verbrennungsmotor nicht nur Druckluft erzeugt wird, sondern auch die Druckluft wieder in die Brennkammern eingebracht werden kann.
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Das Erzeugen der Druckluft in den Brennkammern erfolgt insbesondere im Schleppbetrieb des Verbrennungsmotors, also während einer Bergabfahrt oder während dem Verzögern des Fahrzeuges.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur. Es zeigt:
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1 eine schematisch vereinfachte Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Im Folgenden wird anhand der schematisch vereinfachten Darstellung eines Fahrzeugs 1 in 1 die Erfindung genauer erläutert.
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Das Fahrzeug 1 umfasst vier Reifen 2 und einen Verbrennungsmotor 3. Der Verbrennungsmotor 3 dient zum Antrieb des Fahrzeugs 1. Des Weiteren ist in dem Fahrzeug in Drucklufttank 4 angeordnet.
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Über eine erste Druckluftverbindung 5 ist der Drucklufttank 4 mit jedem der Reifen 2 verbunden. Die erste Druckluftverbindung 5 kann mehrere Leitungen umfassen.
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Des Weiteren ist der Drucklufttank 4 über eine zweite Druckluftverbindung 6 mit dem Verbrennungsmotor 3 verbunden. Innerhalb des Verbrennungsmotors 3 führt die zweite Druckluftverbindung 6 zu den einzelnen Brennkammern 7. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Verbrennungsmotor 3 sechs Brennkammern 7. In jeder Brennkammer 7 ist ein Kolben beweglich geführt.
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Im Schleppbetrieb des Verbrennungsmotors 3 bewegen sich die Kolben in den Brennkammern 7 ohne dass Kraftstoff verbrannt wird. Dadurch kann innerhalb der Brennkammern 7 Luft komprimiert werden. Diese komprimierte Luft wird zum Befüllen des Drucklufttanks 4 verwendet. Zusätzlich oder alternativ zu dieser Möglichkeit der Befüllung ist vorgesehen, in dem Fahrzeug 1 einen Kompressor anzuordnen.
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Die in dem Drucklufttank 4 gespeicherte Druckluft kann zum teilweisen Antrieb des Verbrennungsmotors 3 genutzt werden. So ist es zur Unterstützung des Vortriebs des Fahrzeuges 1 oder beispielsweise zum Starten des Verbrennungsmotors 3 vorgesehen, die Druckluft aus dem Drucklufttank 4 in die Brennkammern 7 einzuleiten, um dadurch die Kolben zu bewegen.
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Gleichzeitig kann die Druckluft aus demselben Drucklufttank 4 auch zum Regulieren des Reifendrucks in den Reifen 2 verwendet werden. Hierzu ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass zwischen dem Drucklufttank 4 und den Reifen 2 jeweils ein Reifenventil 8 angeordnet ist. Die Reifenventile 8 werden über ein entsprechendes Steuergerät angesteuert. Diese Reifenventile 8 mit dem Steuergerät bilden ein binäres Ventilsystem, über das es möglich ist, den Reifendruck sowohl zu erhöhen als auch zu reduzieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Reifen
- 3
- Verbrennungsmotor
- 4
- Drucklufttank
- 5
- Erste Druckluftverbindung
- 6
- Zweite Druckluftverbindung
- 7
- Brennkammern
- 8
- Reifenventile
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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