DE102015219613A1 - Integrated air supply unit with air dryer and air spring system, as well as control of an air supply unit - Google Patents
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Abstract
Integrierte Luftversorgungseinheit (1), insbesondere für ein Luftfedersystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Luftverdichter (2) mit Elektromotor (3), einen Lufttrockner (4) und einen pneumatischen Block (5), wobei innerhalb des pneumatischen Blocks (5) der Luftverdichter (2) und teilweise eine Umschaltventileinrichtung (10) zur Lufttrocknerregelung angeordnet sind, wobei der Lufttrockner (4) eine erste Kammer (11) mit einem Adsorptionsmittel und eine zweite Kammer (12) mit einem Adsorptionsmittel umfasst.Integrated air supply unit (1), in particular for an air spring system for a motor vehicle, comprising an air compressor (2) with electric motor (3), an air dryer (4) and a pneumatic block (5), inside the pneumatic block (5) the air compressor ( 2) and partly a reversing valve device (10) are arranged for air dryer control, wherein the air dryer (4) comprises a first chamber (11) with an adsorbent and a second chamber (12) with an adsorbent.
Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte Luftversorgungseinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Luftfedersystem. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer integrierten Luftversorgungseinheit.The invention relates to an integrated air supply unit according to the preamble of
In bekannten Luftfederungsanlagen werden zur Niveauregulierung Druckluftkompressoren benötigt. Diese vorzugsweise trockenlaufenden Kompressoren stellen die für den Betrieb erforderlichen Drücke in den einzelnen Komponenten, wie z. B. Luftfedern oder Druckluftspeichern, bereit. Hierfür saugen die Kompressoren Luft aus der Umgebung an, verdichten diese auf ein bestimmtes Druckniveau und führen es den Komponenten der Anlage zu.In known air suspension systems compressed air compressors are needed for level control. These preferably dry-running compressors provide the required for operation pressures in the individual components, such. As air springs or compressed air storage ready. For this purpose, the compressors suck in air from the environment, compress it to a certain pressure level and feed it to the components of the system.
Die angesaugte Umgebungsluft enthält allerdings Wasser bzw. Feuchtigkeit, welches zum Einfrieren einzelner Komponenten, wie z.B. Ventilen, im Betrieb führen kann. Um dies zu verhindern wird der Taupunkt der angesaugten Luft mittels eines Trockners abgesenkt. D.h. die Luft wird mittels eines Trockenmittels/Adsorptionsmittels, bspw. Silikagel, in einem Trockner getrocknet bzw. entfeuchtet. Die angesaugte Luft gibt somit ihre Feuchtigkeit an den Trockner ab und wird anschließend z. B. in die Luftfedern weitergeleitet.The sucked ambient air, however, contains water or moisture which is used to freeze individual components, such as e.g. Valves, in operation can lead. To prevent this, the dew point of the sucked air is lowered by means of a dryer. That The air is dried or dehumidified by means of a desiccant / adsorbent, for example silica gel, in a dryer. The sucked air thus releases its moisture to the dryer and is then z. B. forwarded in the air springs.
Die Feuchtigkeitsaufnahme des Adsorptionsmittels ist allerdings von der Lufttemperatur abhängig. Silikagel lässt eine gute Wasseraufnahme bei etwa 60°C zu. Bei höheren Temperaturen ab etwa 80°C muss das Adsorptionsmittel erstmals für eine Abkühlung der angesaugten Luft sorgen, womit der nutzbare Adsorptionsbereich um 1/3 der Bettlänge des Trockners reduziert wird und sogenannte Totzonen entstehen.The moisture absorption of the adsorbent, however, depends on the air temperature. Silica gel allows a good water absorption at about 60 ° C. At higher temperatures from about 80 ° C, the adsorbent for the first time to provide cooling of the intake air, whereby the usable adsorption is reduced by 1/3 of the bed length of the dryer and so-called dead zones arise.
Ab einem gewissen Punkt ist der Trockner gesättigt und das Adsorptionsmittel kann seine Trocknungsfunktion nur noch bedingt erfüllen. Deshalb muss der Trockner regeneriert werden.At some point, the dryer is saturated and the adsorbent can only partially fulfill its drying function. Therefore, the dryer must be regenerated.
Durch Desorption erfolgt eine Regeneration des Trockners. D.h. die im Adsorptionsmittel enthaltene Feuchtigkeit wird mittels durchströmender Luft aufgenommen und an die Umgebung abgegeben. Dabei strömt die Luft bspw. von einem Druckluftspeicher über eine Drossel zur weiteren Entspannung der Luft im Gegenstrom durch den Trockner und wird über ein Ablassventil an die Umgebung abgelassen.Desorption causes a regeneration of the dryer. That The moisture contained in the adsorbent is absorbed by air flowing through and discharged to the environment. In this case, the air flows, for example, from a compressed air reservoir via a throttle for further expansion of the air in countercurrent through the dryer and is discharged via a drain valve to the environment.
Für die Regeneration des Adsorptionsmittels ist erwärmte Luft von Vorteil, da bei höheren Temperaturen die Luft die Feuchtigkeit aus dem Adsorptionsmittel besser aufnehmen kann. Dabei entspricht die Temperatur der Luft meist der Umgebungstemperatur aus den Komponenten der Luftfederungsanlage und wird durch die Entspannung noch weiter abgekühlt. Dadurch wird ein schlechter Regenerationswirkungsgrad erreicht, der nur auf dem Prinzip der Druckwechselregeneration im Gegen- oder Gleichstrom beruht.For the regeneration of the adsorbent heated air is advantageous because at higher temperatures, the air can absorb the moisture from the adsorbent better. The temperature of the air usually corresponds to the ambient temperature of the components of the air suspension system and is further cooled by the relaxation. As a result, a poor regeneration efficiency is achieved, which is based only on the principle of pressure swing regeneration in counter or DC.
Um dennoch eine ausreichende Arbeitskapazität des Trockners zu schaffen, müsste dieser größer dimensioniert werden oder es müsste mehr Regenerationsluft durch den Trockner geleitet werden. Ein größerer Trockner hat allerdings den Nachteil von mehr Gewicht und Bauraum. Weiterhin sind große Mengen Regenerationsluft bei offenen Luftfedersystemen meist nur bei der Entladung des Luftfederungssystems von Voll- zur Leerlast möglich. Dies sind allerdings Ausnahmen, da im Betrieb häufiger ein Lastwechsel zwischen zwei Personen mit Gepäck und Leerlast stattfindet, was allerdings zu kleinen Regenerationsluftmengen mit entsprechend schlechter Desportion führt. In einem geschlossenen Luftfedersystem sind die beschriebenen Möglichkeiten zum Luftablassen systembedingt nicht vorhanden. Hier kann bei Befüllung des Systems nur ein Anteil der Systemluft für die Regeneration verwendet werden, da sonst das System nicht befüllt wird. Dieser Anteil sollte so klein wie möglich sein, um die Kompressorlaufzeiten für die Befüllung gering zu halten. Die Luftsteuerung erfolgt in diesen Fällen meist durch die mindestens vorhandenen Aktoren wie Luftfederventil, Druckspeicherventil, Umschaltventil bei geschlossenen Systemen oder Ablassventil.In order nevertheless to create a sufficient working capacity of the dryer, this would have to be larger or it would have more regeneration air to be passed through the dryer. However, a larger dryer has the disadvantage of more weight and space. Furthermore, large amounts of regeneration air in open air spring systems are usually only possible when unloading the air suspension system from full to empty load. However, these are exceptions, since in operation more often a load change between two people with luggage and empty load takes place, but this leads to small amounts of regeneration air with correspondingly poor desorption. In a closed air spring system, the described possibilities for deflation are due to the system not available. Here, when filling the system, only a portion of the system air can be used for the regeneration, otherwise the system is not filled. This proportion should be as small as possible in order to minimize the compressor run times for filling. In these cases, the air control is usually carried out by the at least existing actuators such as air spring valve, pressure accumulator valve, reversing valve with closed systems or drain valve.
Als Folge dessen besteht immer die Gefahr eines Durchbruchs von Wasser bzw. Feuchtigkeit in die Anlage. Dies erfolgt besonders, wenn aufgrund von Leckagen im Luftfederungssystem die Systemluft nur noch bedingt für die Regeneration des Trockners zur Verfügung steht, da der Kompressor permanent das System mit Luft befüllen muss.As a result, there is always the risk of breakthrough of water or moisture in the system. This is particularly the case if due to leaks in the air suspension system, the system air is only conditionally available for the regeneration of the dryer, since the compressor must constantly fill the system with air.
Alternativ zur Adsorption und Regeneration gibt es verbesserte Trocknungsprinzipien, welche zusätzliche Leitungen und Aktoren benötigten. Insbesondere zusätzliche Verkabelung und elektrische Stecker sind aber unerwünscht, da diese zu zusätzlichen Komponenten am Kompressor mit entsprechend hohem Bau- und Kostenaufwand führen.As an alternative to adsorption and regeneration, there are improved drying principles which require additional lines and actuators. In particular, additional cabling and electrical connectors are undesirable because they lead to additional components on the compressor with a correspondingly high construction and cost.
Ein derartiger Kompressor für Luftfederanlagen ist aus der
Aus der
Es wäre denkbar einen größeren Zylinderkopf zu gestalten mit geeigneter Luftführung zur Abkühlung von Luft, allerdings führt dies zu mehr Bauraum. Zylinderköpfe sind in der Regel aus Alu-Druckguss gefertigt und es gestaltet sich hierbei schwierig innere Luftleitungen zu realisieren.It would be conceivable to design a larger cylinder head with suitable air flow for cooling air, but this leads to more space. Cylinder heads are usually made of die-cast aluminum and it turns out this difficult to realize inner air lines.
Die
Weiterhin sind aus der
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine kompakte Luftversorgungseinheit, z.B. für Luftfedersysteme, mit effizienten Trocknereigenschaften zu schaffen.Therefore, it is an object of the invention to provide a compact air supply unit, e.g. for air spring systems, with efficient drying properties.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung eines Lufttrockners zu schaffen, welches eine verbesserte Trocknerverfügbarkeit bereitstellt.Another object of the invention is to provide a method of controlling an air dryer which provides improved dryer availability.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.The problem underlying the invention is achieved with the features of the independent claim.
Erfindungsgemäß wird eine Integrierte Luftversorgungseinheit bereitgestellt, wobei die Luftversorgungseinheit einen Luftverdichter mit Elektromotor, einen Lufttrockner und einen pneumatischen Block umfasst, wobei innerhalb des pneumatischen Blocks der Luftverdichter und teilweise eine Umschaltventileinrichtung zur Lufttrocknerregelung angeordnet sind, wobei der Lufttrockner eine erste Kammer mit einem Adsorptionsmittel und eine zweite Kammer mit einem Adsorptionsmittel umfasst. Bevorzugt ist die integrierte Luftversorgungseinheit für ein Luftfedersystem für ein Kraftfahrzeug geeignet.According to the invention, an integrated air supply unit is provided, wherein the air supply unit comprises an air compressor with electric motor, an air dryer and a pneumatic block, wherein within the pneumatic block of the air compressor and partially a changeover valve device for air dryer control are arranged, the air dryer a first chamber with an adsorbent and a second chamber with an adsorbent comprises. Preferably, the integrated air supply unit is suitable for an air spring system for a motor vehicle.
Bevorzugt sind die erste Kammer und die zweite Kammer pneumatisch in Reihe geschaltet.Preferably, the first chamber and the second chamber are pneumatically connected in series.
Vorteilhafterweise kann so eine Kammer zur Adsorption und die andere Kammer zur gleichzeitigen Regeneration genutzt werden.Advantageously, such a chamber can be used for adsorption and the other chamber for simultaneous regeneration.
Vorzugweise ist in einer pneumatischen Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer eine erste Regenerationsdrossel mit parallel geschaltetem Wechselventil angeordnet.Preferably, in a pneumatic connection between the first and the second chamber, a first regeneration throttle arranged in parallel with a shuttle valve.
Vorzugweise weist das Wechselventil einen Ausgangsanschluss zu einer zweiten Umschaltventileinrichtung zur Luftstromregelung auf.Preferably, the shuttle valve has an output port to a second switching valve device for air flow control.
Vorteilhafterweise kann so teilweist Luft über die Regenerationsdrossel in einer Kammer zur Regeneration geleitet werden und teilweise in das Luftfedersystem geleitet werden.Advantageously, in part so air can be passed over the regeneration choke in a chamber for regeneration and partially directed into the air spring system.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Umschaltventileinrichtung zwischen dem Luftverdichter und dem Lufttrockner angeordnet, wobei die Umschaltventileinrichtung den Luftverdichter wahlweise mit der ersten Kammer oder mit der zweiten Kammer verbindet.According to a preferred embodiment, the switching valve means is disposed between the air compressor and the air dryer, the switching valve means selectively connecting the air compressor to the first chamber or to the second chamber.
Bevorzugt ist die Umschaltventileinrichtung als Kombination aus vier 2/2-Wegeventilen oder zwei 3/2 Wegeventilen oder aus einem 4/2-Wegenventil ausgebildet.Preferably, the switching valve device is designed as a combination of four 2/2-way valves or two 3/2 way valves or a 4/2-way valve.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Umschaltventileinrichtung und der Umgebung ein Ablassventil angeordnet, wobei die Umschaltventileinrichtung wahlweise die erste Kammer oder die zweite Kammer mit der Umgebung verbindet.According to another preferred embodiment, a bleed valve is disposed between the switching valve device and the environment, wherein the switching valve means selectively connects the first chamber or the second chamber to the environment.
Erfindungsgemäß wird bei einer Steuerung einer integrierten Luftversorgungseinheit zur Adsorption durch den Lufttrockner Luft durch eine der Kammern und zur Regeneration des Lufttrockners Luft durch eine andere der Kammern geleitet. Bevorzugt wird zur Adsorption durch den Lufttrockner Luft durch eine der Kammern und gleichzeitig zur Regeneration des Lufttrockners Luft durch eine andere der Kammern geleitetAccording to the invention, in a control of an integrated air supply unit for adsorption by the air dryer air through one of the chambers and for regeneration of the air dryer air passed through another of the chambers. Preferably, for adsorption by the air dryer, air is passed through one of the chambers and, at the same time, for regeneration of the air dryer, air is passed through another of the chambers
Vorteilhafterweise werden dadurch geringere Regenerationsluftvolumen benötigt. Während dem Betrieb des Luftverdichters betrieb herrschen über längere Zeit stationäre Zustände für die Regeneration. Die nach der Adsorption trockene und noch vom Verdichtungsvorgang erwärmte Luft ist vorteilhaft für die Regeneration.Advantageously, lower regeneration air volumes are needed as a result. During operation of the air compressor operation prevail stationary conditions for a long time for regeneration. The dry after adsorption and heated by the compression process air is beneficial for regeneration.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird in einer ersten Schaltstellung der Umschaltventileinrichtung Luft vom Luftverdichter in die erste Kammer und weiter in die zweite Kammer gefördert und von der zweiten Kammer über die Umschaltventileinrichtung und das Ablassventil in die Umgebung abgeleitet.According to a preferred embodiment, in a first switching position of the switching valve device, air is conveyed from the air compressor into the first chamber and further into the second chamber and discharged from the second chamber via the switching valve device and the discharge valve into the environment.
Bevorzugt wird in einer ersten Schaltstellung der Umschaltventileinrichtung Luft vom Luftverdichter in die erste Kammer und weiter über die erste Regenerationsdrossel und in die zweite Kammer gefördert und von der zweiten Kammer über die Umschaltventileinrichtung und das Ablassventil in die Umgebung abgeleitet.Preferably, in a first switching position of the switching valve device, air is conveyed from the air compressor into the first chamber and further via the first regeneration throttle and into the second chamber and discharged into the environment from the second chamber via the switching valve device and the drain valve.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einer zweiten Schaltstellung der Umschaltventileinrichtung Luft vom Luftverdichter in die zweite Kammer und weiter in die erste Kammer gefördert und von der ersten Kammer über die Umschaltventileinrichtung und das Ablassventil in die Umgebung abgeleitet.According to a further preferred embodiment, air is conveyed from the air compressor into the second chamber and further into the first chamber in a second switching position of the switching valve device and discharged from the first chamber via the switching valve device and the discharge valve into the environment.
Bevorzugt wird in einer zweiten Schaltstellung der Umschaltventileinrichtung Luft vom Luftverdichter in die zweite Kammer und weiter über die erste Regenerationsdrossel und in die erste Kammer gefördert und von der ersten Kammer über die Umschaltventileinrichtung und das Ablassventil in die Umgebung abgeleitet.In a second switching position of the reversing valve device, air is preferably conveyed from the air compressor into the second chamber and further via the first regeneration throttle and into the first chamber and discharged into the environment from the first chamber via the reversing valve device and the drain valve.
Bevorzugt wird mittels des Ausgangsanschluss des Wechselventils Luft von einer der Kammern teilweise in eine andere der Kammern und teilweise zu einer zweiten Umschaltventileinrichtung gefördert. Bevorzugt wird mittels des Ausgangsanschluss des Wechselventils Luft teilweise in das Luftfedersystem gefördert.Preferably, by means of the outlet connection of the shuttle valve, air is partly conveyed from one of the chambers into another of the chambers and partly to a second changeover valve device. Preferably, air is partially conveyed into the air spring system by means of the outlet connection of the shuttle valve.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Regeneration des Lufttrockners Luft von der zweiten Umschaltventileinrichtung unter Umgehung des Luftverdichters über das Wechselventil in eine der Kammern geleitet. Bevorzugt wird zur Regeneration des Lufttrockners Luft von der zweiten Umschaltventileinrichtung unter Umgehung des Luftverdichters über eine zweite Regenerationsdrossel und über das Wechselventil in eine der Kammern geleitet.According to a further preferred embodiment, air is passed from the second changeover valve device, bypassing the air compressor via the shuttle valve in one of the chambers for regeneration of the air dryer. For regeneration of the air dryer, air is preferably conducted from the second changeover valve device bypassing the air compressor via a second regeneration throttle and via the shuttle valve into one of the chambers.
Verwendung findet die integrierte Luftversorgungseinheit in einem Luftfedersystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit dem Konzept der geschlossenen Luftversorgung.The integrated air supply unit is used in an air spring system for a motor vehicle, in particular with the concept of the closed air supply.
Ebenfalls findet das Verfahren zur Steuerung einer Luftversorgungseinheit in einem Luftfedersystem für ein Kraftfahrzeug Anwendung, insbesondere mit dem Konzept der geschlossenen Luftversorgung.The method for controlling an air supply unit in an air spring system for a motor vehicle is also used, in particular with the concept of the closed air supply.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of an embodiment with reference to figures.
Es zeigenShow it
Der pneumatische Block
Die Ventile
Die Ventile
Zudem enthält Block
Weiterhin ist frontseitig am Block
Pneumatische Anschlüsse
Neben einem Teil der Ventile
Des Weiteren ist ein Drucksensor im Block
Die einzelnen Komponenten der integrierten Luftversorgungseinheit sind mit pneumatischen Leitungen verbunden. Die Schnittpunkte der Leitungen mit dem pneumatischen Block
Zwischen Luftverdichter
Beispielsgemäß wird beim offenen Luftversorgungsbetrieb Luft aus der Umgebung über Luftfilter
Dazu wird die Luft vom Luftverdichter
Beispielsgemäß kann ein Trocknervorgang auch mittels der Umschaltventileinrichtung
Dazu wird die Luft vom Luftverdichter
Dies ist vorteilhaft wenn ein weiterer Füllvorgang im offenen Luftversorgungsbetrieb erfolgt und eine der Kammern
Weiterhin fördert Luftverdichter
Die Regeneration nur einer der Kammern
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- integrierte Luftversorgungseinheit integrated air supply unit
- 22
- Luftverdichter air compressor
- 33
- Elektromotor electric motor
- 44
- Lufttrockner air dryer
- 55
- pneumatischer Block pneumatic block
- 66
- elektronisches Steuergerät electronic control unit
- 77
- Ventile valves
- 7a7a
- Antriebseinheiten drive units
- 7b7b
- Magnetventilspulen Solenoid valve coils
- 88th
- pneumatische Anschlüsse pneumatic connections
- 99
- elektronischer Anschluss electronic connection
- 1010
- Umschaltventileinrichtung zur Trocknerregelung Changeover valve device for drying control
- 1111
- erste Kammer first chamber
- 1212
- zweite Kammer second chamber
- 1313
- erste Regenerationsdrossel first regeneration choke
- 1414
- zweite Regenerationsdrossel mit Rückschlagventil second regeneration throttle with check valve
- 1515
- Wechselventil/Doppelrückschlagventil Shuttle valve / double check valve
- 2020
- Leistungsbegrenzungsventil Power limiting valve
- 2121
- Rückschlagventil check valve
- 2222
- Rückschlagventil check valve
- 2424
- Ablassventil drain valve
- 2525
- Drucksensor pressure sensor
- 2626
- Luftfederventile Air spring valves
- 2727
- Luftfedern air springs
- 2828
- Druckspeicher accumulator
- 2929
- Luftfilter air filter
- 3030
- ECU-Entlüftung ECU breather
- 3131
- manuelle Entlüftung manual venting
- 3232
- zweite Umschaltventileinrichtung zur Luftstromregelung second changeover valve device for air flow control
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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-
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