DE102019126342B4

DE102019126342B4 - Druckluftversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019126342B4
Application number: DE102019126342.5A
Authority: DE
Inventors: Felix Grimm; Holger Puff; Uwe Mende; Tommy Prager; Stefan Böhm
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2039-10-01
Also published as: DE102019126342A1

Abstract

Druckluftversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Verbrennungsmotor (1), ein Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) und ein Kompressorsystem (5), das mittels des Verbrennungsmotors (1) antreibbar ist, wobei zwischen Verbrennungsmotor (1) und Kompressor (6) des Kompressorsystems (5) eine schaltbare Kupplung (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompressorsystem (7) eine Kurbelwelle (8) mit einem Kanalsystem (11, 12) umfasst, das an das Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) angeschlossen ist, wobei das Kanalsystem (11, 12) einen ersten Kanalabschnitt (11) und einen zweiten Kanalabschnitt (12) umfasst, die für unterschiedliche Ölvolumenströme ausgelegt sind, wobei die Kupplung (15) über den ersten Kanalabschnitt (11) und die Lagerstellen (9a, b; 14a, b) der Kurbelwelle (8) über den zweiten Kanalabschnitt (12) direkt an das Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) angeschlossen sind, wobei eine Schaltvorrichtung (7, 18, 19) vorgesehen ist, mittels der der zweite Kanalabschnitt (12) von dem Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) abkoppelbar ist, so dass der Kanalabschnitt (12) von der Ölversorgung getrennt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckluftversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Druckluftversorgungssysteme sind in Kraftfahrzeugen wie LKW's bewährt und aus Bussen oder anderen Kraftfahrzeugen mit hohem Druckluftbedarf nicht mehr wegdenkbar. Das Druckluftversorgungssystem umfasst einen Luftpresser oder Kompressor der mittels des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Daneben gibt es noch Systeme, bei denen der Luftpresser mittels eines Elektromotor angetrieben ist. Diese können beispielsweise in Hybrid oder Elektrofahrzeugen mit der Energie aus der Batterie angetrieben werden.
Ein gattungsgemäßer Kompressor umfasst einen oder mehrere Zylinder. Wobei bei mehreren Zylindern diese in Reihe geschaltet sind. Demgemäß wird das zu verdichtende Medium zunächst auf einen ersten Wert verdichtet. Sodann wird es dem nachfolgenden Zylinder zugeführt und auf einen zweiten, noch höheren Wert verdichtet. Beim Verdichten erhöht sich die Temperatur des Druckmediums, das mittels einer Kühleinrichtung zwischen die beiden Druckstufen abgekühlt wird.
An einen Kompressor werden die folgenden Anforderungen gestellt: Die Zylinder und Lager müssen entsprechend ausgelegt sein, um vor allem die Normalkräfte des Kolbens aufnehmen zu können. Sie sollen gleichzeitig leicht sein, was insbesondere bei Verwendung für Kraftfahrzeuge in zunehmendem Maße gefordert wird. Schließlich soll der Kompressor einfach im Aufbau und kostengünstig in der Herstellung sein.
Aufgrund der sich verschärfenden Abgasgesetze wird zudem immer häufiger auch gefordert, dass die Kompressoren in Fahrzeugen nur dann aktiv sind, wenn Druckluft benötigt wird. Eine Lösung ist es, zwischen Verbrennungsmotor und Kompressor eine Kupplung vorzusehen. Alternativ kann der Kompressor von einem Elektromotor angetrieben werden.
Ein Problem stellen die Gleitlager zur Lagerung der Kurbelwelle und der Pleuelstangen dar, die bei zu langem Trockenlauf beschädigt werden können. Abschaltbare Druckkompressoren werden derzeit im abgeschalteten Zustand nur dann mit Öl versorgt, wenn auch der Verbrennungsmotor läuft. Ein weiteres Problem besteht darin, dass bei laufendem Motor ein Öldruck bzw. Ölstrom bereitgestellt wird, der bei entkuppeltem Kompressor gar nicht benötigt wird, wodurch es zu einer unnötigen Belastung der Pumpe kommt, die dadurch einen erhöhten Energieaufwand aufweist.
Aufgrund von Energie- und Emissionseinsparungen wird zukünftig auch im Nutzfahrzeugbereich die Start-Stopp-Funktionalität von Motoren gefordert, was zusätzlich dazu führt, dass der Öldruck in der Gleitlagerung häufig abfällt. Falls der Kompressor zusätzlich eine Kupplung mit Reibbelägen besitzt, z.B. Konus- oder Lamellenkupplung, fehlt weiterhin auch Öl zum Kühlen der Reibbeläge.
Aus der DE10 2010 046 031 A1 ist ein Kompressor mit Ölversorgungssystem bekannt. Dabei weist die Kurbelwelle ein Kanalsystem auf, dass an das Ölversorgungssystem angeschlossen ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kompressorsystem vorzuschlagen, das die Schmierölversorgung des Kurbeltriebs verbessert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
Bei der vorgeschlagenen Ausführung handelt es sich um ein Druckluftversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, ein Ölbereitstellungssystem und ein Kompressorsystem, das mittels des Verbrennungsmotors antreibbar ist, wobei zwischen Verbrennungsmotor und Kompressor des Kompressorsystems eine schaltbare Kupplung angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Kompressorsystem umfasst eine Kurbelwelle mit einem Kanalsystem, das an das Ölbereitstellungssystem angeschlossen ist, wobei das Kanalsystem einen ersten Kanalabschnitt und einen zweiten Kanalabschnitt umfasst, die für unterschiedliche Ölvolumenströme ausgelegt sind.
Das Ölbereitstellungssystem kann weiterhin Mittel umfassen, die eine Notölversorgung des Kompressorsystems gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst das Ölbereitstellungssystem ein Speichersystem mit einem Öldruckspeicher, so dass zumindest kurzzeitig der Öldruck im Kompressorsystem gehalten werden kann, das an das Kanalsystem angeschlossen ist.
In einer weiteren möglichen Ausführung kann das Ölbereitstellungssystem eine elektrische Unterstützungsölpumpe umfassen, die dazu ausgelegt ist, den Öldruck im Ölbereitstellungssystem zu halten, wenn der Verbrennungsmotor steht.
Beide Varianten sind für Kraftfahrzeuge gedacht die eine Stopp/Start Automatik aufweisen und die Ölversorgung der Lager und der Kupplung des Kompressors möglichst lange nach Abschalten des Verbrennungsmotors gewährleistet sein muss.
Des Weiteren kann die Kupplung über den ersten Kanalabschnitt und die Lagerstellen der Kurbelwelle über den zweiten Kanalabschnitt an das Ölbereitstellungssystem angeschlossen sein. Weiterhin ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen, mittels der der zweite Kanalabschnitt von dem Ölbereitstellungssystem abkoppelbar ist. Vorzugsweise ist die Schaltvorrichtung ein Fliehkraftventil oder ein betätigbares Ventil, wobei die Fliehkraftkupplung in der Kurbelwelle derart positioniert ist, dass sich das Fliehkraftventil bei der Drehung der Kurbelwelle öffnet.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, eine Schaltvorrichtung vorzusehen, die einen Schieber umfasst, der zusammen mit der Kupplung schaltbar ist.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nachfolgend die Ausprägungen der Erfindung näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 Druckluftversorgungssystem mit Verbrennungsmotor
2 Kurbelwelle mit Fliehkraftventil
3 Lösung mit schaltbarem Ventil
4 Lösung mit Absperrschieber

1 zeigt ein Druckluftversorgungssystem mit Verbrennungsmotor, wie es in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt. Wie skizziert ist das Kompressorsystem 7 mit dem Verbrennungsmotor 1 über einen Zahnradtrieb antreibbar verbunden. Zur Schmierölversorgung des Systems ist eine Ölpumpe 2 vorgesehen, die auch zur Schmierölversorgung des Motors 1 Verwendung findet.
Das Kompressorsystem 5 setzt sich aus dem Kompressor 6 und einer schaltbaren Kupplung 15 zusammen, über die der Kompressor 6 in bekannter Weise ein- und ausschaltbar ist.
Die Darstellung zeigt eine Variante, wie ein Ölbereitstellungssystem aufgebaut sein kann mit dem sichergestellt ist, dass die Lager 9a, b, 14a, b und 21 auch bei einen Motorstillstand, also wenn die Ölpumpe 2 nicht angetrieben wird, zumindest eine Zeitlang mit Öl versorgt werden. Der vorgesehene Ölspeicher 9 ist dabei derart ausgelegt, dass er beim Pumpenbetrieb befüllt wird und bei Motorstillstand Öl an das Kompressorsystem 5 abgibt, so dass zumindest eine gewisse Zeit lang eine Grundölversorgung des Kompressorsystems 5 sichergestellt ist.
Innerhalb der Kurbelwelle 8 gibt es ein Kanalsystem 11, 12, dass an das Ölbereitstellungssystem über den Ölkanal 10 angeschlossen ist. Das Kanalsystem umfasst einen ersten Kanalabschnitt 11 zur Versorgung der Kupplung 15 und des Leerlauflagers 21 und einen zweiten Kanalabschnitt 12 zur Versorgung der Lagerstellen der Kurbelwelle 8. Die Kanäle sind derart dimensioniert, dass entsprechend dem Bedarf unterschiedliche Ölvolumenströme durch diese geleitet werden.
Alternativ zu dieser Variante kann auch eine elektrisch angetriebene Ölpumpe vorgesehen werden, die bei Motorstillstand die Ölversorgung aufrecht hält.
Eine weitere Alternative ist ein Kompressor mit eigener Ölversorgung durch eine integrierte oder angeflanschte Ölpumpe am Kurbeltrieb des Kompressors, so dass eine eigene Ölversorgung der Lagerstellen und der Kupplung möglich ist. Der Öldruck und die Ölmenge werden durch die Entkopplung vom Motorölkreislauf wesentlich schneller aufgebaut oder zur Verfügung gestellt.
In den 2 bis 4 werden unterschiedliche Lösungsvarianten vorgeschlagen, wie der Ölverbrauch im Stillstand des Verbrennungsmotors 1 reduziert werden kann. Die Lösungen können mit und ohne dem oben beschriebenen Ölbereitstellungssystem umgesetzt sein. Alle Lösungen haben gemeinsam, dass die Ölversorgung der Kupplung 15 und des Leerlauflagers 21 über den ersten Kanalabschnitt 11 versorgt werden, der direkt mit dem Ölkanal 10 verbunden ist. Die Verbindung des zweiten Kanalabschnitts 12 zum Ölkanal 10 ist verschließbar ausgeführt.
In 2 ist eine Lösung dargestellt, bei der ein Fliehkraftventil 7 zum Einsatz kommt, dessen Schieber die Kanalverbindung frei gibt, sobald eine gewisse Drehzahl der Kurbelwelle 8 erreicht ist.
3 zeigt eine Lösung mit einem schaltbaren Ventil 19 und in 4 wird eine Lösung offenbart, bei der ein Sperrschieber 18 vorgesehen ist, der mittels des Betätigungszylinders 17 für die Kupplung 15 von einer ersten in eine zweite Stellung bewegbar ist. In der zweiten Stellung ist der zweite Kanalabschnitt 12 von der Ölversorgung getrennt.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Ölpumpe
3: Druckspeicher
4: Rückschlagventil
5: Kompressorsystem
6: Kompressor
7: Fliehkraftventil
8: Kurbelwelle
9a, b: Lager
10: Ölkanal
11: erster Kanalabschnitt
12: zweiter Kanalabschnitt
13: Pleuel
14a, b: Pleuellager
15: Kupplung
16: Absperrventil
17: Betätigungszylinder
18: Sperrschieber
19: Ventil
20: Zahnrad
21: Leerlauflager
22: Kurbelwellengehäuse
23: Schmierölbohrungen

Claims

Druckluftversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Verbrennungsmotor (1), ein Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) und ein Kompressorsystem (5), das mittels des Verbrennungsmotors (1) antreibbar ist, wobei zwischen Verbrennungsmotor (1) und Kompressor (6) des Kompressorsystems (5) eine schaltbare Kupplung (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompressorsystem (7) eine Kurbelwelle (8) mit einem Kanalsystem (11, 12) umfasst, das an das Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) angeschlossen ist, wobei das Kanalsystem (11, 12) einen ersten Kanalabschnitt (11) und einen zweiten Kanalabschnitt (12) umfasst, die für unterschiedliche Ölvolumenströme ausgelegt sind, wobei die Kupplung (15) über den ersten Kanalabschnitt (11) und die Lagerstellen (9a, b; 14a, b) der Kurbelwelle (8) über den zweiten Kanalabschnitt (12) direkt an das Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) angeschlossen sind, wobei eine Schaltvorrichtung (7, 18, 19) vorgesehen ist, mittels der der zweite Kanalabschnitt (12) von dem Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) abkoppelbar ist, so dass der Kanalabschnitt (12) von der Ölversorgung getrennt ist.
Druckluftversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) Mittel umfasst, die eine Notölversorgung des Kompressorsystems (5) gewährleistet.
Druckluftversorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) ein Speichersystem mit einem Öldruckspeicher (3), zum kurzzeitigen Halten des Öldrucks im Kompressorsystem (5), das an das Kanalsystem angeschlossen ist, umfasst.
Druckluftversorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölbereitstellungssystem (2, 3, 10) eine elektrische Unterstützungsölpumpe, zum Halten des Öldrucks im Ölbereitstellungssystem, umfasst.
Druckluftversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung ein Fliehkraftventil (7) oder ein betätigbares Ventil (19) ist.
Druckluftversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung ein Schieber (18) ist, der zusammen mit der Kupplung (15) schaltbar ist.