DE10223405B4

DE10223405B4 - Luftfedersystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10223405B4
Application number: DE10223405A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dipl.-Ing. Ocker; Matthias Dipl.-Ing. Römer; Hans Dipl.-Ing. Scheerer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-05-25
Filing date: 2002-05-25
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2022-05-26
Also published as: DE10223405A1; US6817600B2; US20030218281A1

Abstract

Luftfedersystem (1) eines Kraftfahrzeugs mit
– einem Kompressor (8), der über eine Ansaugleitung (23) Luft aus der Atmosphäre ansaugt und verdichtet,
– einem dem Kompressor (8) nachgelagerten Trockner (11), der die Druckluft entfeuchtet,
– Niveauregelventilen (4), über die einzelne, den Fahrzeugrädern zugeordnete Luftfedern ansteuerbar sind,
– einer Druckleitung (7), die den Kompressor (8) mit den Luftfedern verbindet,
– einer Entlüftungsleitung (12), über die die Druckleitung (7) mittels eines Schaltventils (13) absperrbar mit der Atmosphäre verbindbar ist
– einem Abschnitt (14) der Druckleitung (7) zwischen Trockner (11) und Niveauregelventilen (4), in dem eine Drossel (16) parallel zu einem Rückschlagventil (15) angeordnet ist und
– einem Schaltventil (17), das parallel zu dem Druckleitungsabschnitt (14) angeordnet ist
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drossel (16) einen variierbaren Strömungsquerschnitt aufweist und das Schaltventil (17) elektromagnetisch ansteuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfedersystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiges Luftfedersystem ist aus der DE 198 35 491 A1 bekannt. Für den Fall des Absenkens des Fahrzeugaufbaus werden über ein Steuergerät unmittelbar den Fahrzeugrädern zugeordnete Schaltventile sowie ein weiteres Schaltventil elektromagnetisch angesteuert, wodurch eine im Ausgangszustand mit der Atmosphäre verbundene Leitung mit der Druckleitung verbunden wird. Diese Druckerhöhung bewirkt sowohl ein Öffnen des parallel zum Rückschlagventil angeordneten Schaltventils als auch ein Öffnen eines weiteren Absperrventils, so dass Luft aus den Luftfedern abgelassen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein hinsichtlich der Schaltventilansteuerung geändertes Luftfedersystem für Kraftfahrzeuge anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Grundlegender Gedanke der Erfindung ist, einen Abschnitt der Druckleitung zwischen einem dem Kompressor nachgeschalteten Trockner und den Niveauregelventilen der Luftfedern mit variierbarem Strömungsquerschnitt und einem elektromagnetischen Schaltventil auszugestalten. Über diesen variablen Strömungsquerschnitt, der als Drossel arbeitet, und das elektromagnetische Schaltventil kann die Abströmgeschwindigkeit der im Falle eines Absenkens des Fahrzeugniveaus über die Niveauregelventile abgelassenen Luftmasse eingestellt werden. Dabei ist der maximale Strömungsquerschnitt geringer gewählt als der Strömungsquerschnitt des die Entlüftungsleitung absperrenden Schaltventils. Dadurch wird eine Entdrosselung der komprimierten Luftmasse im Druckleitungsabschnitt vor dem Durchströmen des Trockners erreicht. Die Entdrosselung bewirkt ein Abfallen der relativen Luftfeuchtigkeit, wodurch die entspannte Luft bei Durchströmen des Trockners die dort angesammelte Luftfeuchtigkeit aufnehmen und somit den Trockner regenerieren kann. Der Trockner entfeuchtet die komprimierte Luft beispielsweise durch ein die Luftfeuchtigkeit aufnehmendes Gel.

Der Druckleitungsabschnitt weist ein zu der Drossel mit variierbarem Querschnitt parallel angeordnetes Rückschlagventil auf. Dieses Rückschlagventil sperrt bei einem Druckabfall in Richtung Trockner und öffnet, wenn über den Kompressor verdichtete Luft zu den Luftfedern oder in einen Druckspeicher gefördert wird. Dadurch kann die Stauwirkung der Drossel umgangen und somit die benötigte Leistung des Kompressors geringer ausgelegt werden. Es ist auch möglich, den variierbaren Strömungsquerschnitt der Drossel im Falle des Kompressorbetriebes maximal aufzuweiten.

Eine weitere Möglichkeit zur Querschnittserweiterung im Druckleitungsabschnitt sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, bei der das elektromagnetische Schaltventil parallel zu der Drossel angeordnet ist und einen Bypass zur Drossel sperrt oder freigibt. Im Falle eines notwendig schnellen Absenkens des Fahrzeugaufbaus kann somit die Drossel wirksam umgangen werden.

In weiterer Ausgestaltung kann das Schaltventil eine Drossel enthalten und somit in seiner Ausgangsstellung als Drossel in der Druckleitung fungieren und in seiner Arbeitsstellung eine nahezu ungedrosselte Druckleitung herstellen.

Durch eine gemeinsame elektronische Ansteuerung sowohl des elektromagnetischen Schaltventils des Druckleitungsabschnitts als auch des der Entlüftungsleitung lässt sich eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Erfindung verwirklichen. So können beispielsweise über dieselbe Endstufe eines Steuer geräts beide Schaltventile angesteuert werden, wodurch eine zusätzliche Endstufe eingespart werden kann. Dazu schaltet das Schaltventil des Druckleitungsabschnitts bereits bei einem geringen Erregerstrom bzw. bei einer geringen Spannung, wohingegen das Schaltventil der Entlüftungsleitung erst bei einem höheren Erregerstrom bzw. bei einer höheren Spannung schaltet. Für eine normale Fahrzeugaufbauabsenkung mit verhältnismäßig geringer Absenkgeschwindigkeit wird über das Steuergerät nur das Schaltventil der Entlüftungsleitung angesteuert und die Luftmassen strömen über die Drossel im Druckleitungsabschnitt, den Trockner und die Entlüftungsleitung ab. Bei benötigter schnellerer Fahrzeugaufbauabsenkung werden mit einer höheren Erregerspannung bzw. mit einem höheren Erregerstrom beide Schaltventile beaufschlagt, so dass neben dem Schaltventil des Druckleitungsabschnitts auch das Schaltventil der Entlüftungsleitung schaltet. Über den so erzielten Bypass können die Luftmassen schneller den Druckleitungsabschnitt passieren und über die Entlüftungsleitung entweichen.

Eine energetisch sehr günstige Ausführungsform sieht vor, das Schaltventil in der Entlüftungsleitung als druckgesteuertes Schaltventil auszuführen. Dabei wird das Stellglied des Ventils einerseits mit dem in der Entlüftungsleitung herrschenden Druck beaufschlagt, so dass das Ventil bei einem festgelegten Überdruck selbsttätig öffnet. Andererseits wirkt auf das Stellglied des Ventils der Druck einer Vorsteuerleitung, die über ein elektromagnetisches Vorsteuerventil mit der Druckleitung verbindbar ist. Durch Ansteuerung und Schalten des Vorsteuerventils mittels der nur einen Endstufe des Steuergeräts, die auch das Ventil im Druckleitungsabschnitt steuert, wird somit erreicht, dass der in der Druckleitung herrschende Druck das Schaltventil der Entlüftungsleitung öffnet. Es wird somit eine geringere elektrische Leistung für das Öffnen des Schaltventils in der Entlüftungsleitung benötigt.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Entlüftungsleitung in die Ansaugleitung mündet. Diese Ausführungsform stellt eine akustisch sehr vorteilhafte Variante dar, insbesondere, wenn die Entlüftungsleitung zwischen Ansaugfilter und Kompressor in der Ansaugleitung endet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung in verschiedenen Ausgestaltungsformen beschrieben. Dabei sind in allen Figuren gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:
1: Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Luftfedersystems,
2: Eine Darstellung nach 1, jedoch mit einem zusätzlichen Schaltventil im Druckleitungsabschnitt,
3: Eine Teildarstellung nach 2, mit einer weiteren Ausgestaltung des Schaltventils,
4: Eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit Überbrückung der Drossel und des Trockners.
In 1 ist ein Luftfedersystem 1 dargestellt, welches einen Ventilblock 2 und eine Kompressoreinheit 3 aufweist. Der Ventilblock 2 beinhaltet mehrere Niveauregelventile 4, die jeweils eine Verbindung zwischen einer Druckleitung 7 und nichtdargestellten Luftfedern herstellen bzw. trennen können. Ebenfalls beinhaltet der Ventilblock 2 ein Schaltventil 5, welches einen Druckspeicher 6 mit der Druckleitung 7 verbinden kann.
Die Kompressoreinheit 3 weist einen Kompressor 8 bestehend aus Elektromotor 9 und Verdichter 10, sowie einen Trockner 11 und eine Entlüftungsleitung 12 mit Absperrschaltventil 13 auf. Zwischen dem Trockner 11 und dem Ventilblock 2 wird ein Abschnitt 14 der Druckleitung 7 von einem Rückschlagventil 15, das ein Druckgefälle von den Luftfedern in Richtung Trockner 11 sperrt und einer zum Rückschlagventil 15 parallel angeordneten Drossel 16, die einen veränderlichen Durchströmquerschnitt aufweisen kann, gebildet. Eine Entlüftungsleitung 12 stellt eine Umgehung des Kompressors 8 dar, die zwischen dem druckseitigen Ausgang des Kompressors 8 und dem Trockner 11 beginnend hinter einem Filter 22 in die Ansaugleitung 23 mündet.
Zum Absenken des Fahrzeugaufbaus werden sowohl die Niveauregelventile 4 als auch das Absperrschaltventil 13 von einem nicht dargestellten Steuergerät angesteuert und geöffnet. Dabei wird der wirksame Durchströmquerschnitt der Drossel 16 so eingestellt, dass einerseits die zum Absenken des Fahrzeugaufbaus erforderliche Luftmasse in der erforderlichen Zeit abgelassen werden kann. Andererseits wird diese unter Druck stehende Luftmasse hinreichend stark gedrosselt, um eine Entspannung zu erfahren, damit die vorhandene relative Feuchtigkeit in der Luft sinkt. Dadurch wird gewährleistet, dass die entspannte Luft beim Passieren des Trockners 11 die dort gesammelte Feuchtigkeit aufnehmen und somit den Trockner 11 wieder regenerieren kann. Das Absperrschaltventil 13 verfügt dabei über einen geringen Drosselwiderstand und einen größeren Durchströmquerschnitt als die Drosselstelle 14.
Beim Erreichen des gewünschten Niveaus werden die Schaltventile 4, 13 wieder geschlossen. Über den Strömungsquerschnitt und die Geschwindigkeit mit der der Strömungsquerschnitt der Drossel 16 verändert wird, kann die Absenkgeschwindigkeit des Fahrzeugniveaus beeinflusst werden.
In 2 weist der Druckleitungsabschnitt 14 gegenüber der 1 ein zusätzliches, parallel geschaltetes elektromagnetisches Schaltventil 17 auf. Ebenso weist die Kompressoreinheit 3 gegenüber 1 ein Vorsteuerventil 18 auf, das im geschalteten Zustand den in der Leitung 7 herrschenden Druck über eine Vorsteuerleitung 19 auf ein Stellglied des Absperrventils 13 wirken lässt. Die Stellglieder des Schaltventils 17 und des Vorsteuerventils 18 sind über elektrische Steuerleitungen 20 mit der selben, nicht dargestellten Endstufe des ebenfalls nicht dargestellten Steuergeräts verbunden.
Zum Absenken des Fahrzeugaufbaus wird neben den Niveauregelventilen 4 über die elektrische Steuerleitung 20 das Stellglied des Vorsteuerventils 18 mit einer schwachen Spannung bzw. mit einem schwachen Erregerstrom beaufschlagt. Dadurch schaltet das entsprechende ausgelegte Vorsteuerventil 18 und stellt eine Verbindung zwischen der Leitung 7 und der Vorsteuerleitung 19 her. Sodann wirkt am Stellglied des Absperrschaltventils 13 der in der Leitung 7 herrschende Druck. Durch diesen Druckanstieg schaltet das Absperrschaltventil 13 und stellt über die Ansaugleitung 23 und den Filter 22 eine Verbindung zwischen der Entlüftungsleitung 12 und der Atmosphäre 21 her, so dass die überschüssige Luftmasse über die Leitung 7, die Drossel 16, den Trockner 11 sowie die Entlüftungsleitung 13 und die Ansaugleitung 23 entweichen kann. Da das Öffnen des benötigten großen Strömungsquerschnitts im Absperrschaltventil 13 über den in der Druckleitung 7 herrschenden Druck vorgenommen wird, ist diese Ausführungsform energetisch sehr vorteilhaft. Zumal das Öffnen des verhältnismäßig kleinen benötigten Querschnitts im Vorsteuerventil 18 ebenfalls mit geringem Energieaufwand vorgenommen werden kann.
Für den Fall, dass der Fahrzeugaufbau sehr schnell abgesenkt werden muss, z.B. beim Übergang eines Off-Road-Fahrzeugs vom Gelände (hoher Fahrzeugaufbau für große Bodenfreiheit bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten) zur Straßenfahrt (geringer Schwerpunkt zur Vermeidung instabiler Fahrzustände bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten) werden sowohl das Vorsteuerventil 18 als auch das Sachaltventil 17 von der Endstufe über die Steuerleitung 20 mit einer höheren Spannung oder mit einem höheren Erregerstrom beaufschlagt. Damit schaltet zusätzlich zum Vorsteuerventil 18 nun auch das Schaltventil 17 und gibt einen Bypass, der die Drossel 16 umgeht, frei. Zusammen mit der Drossel 16 weist die Druckleitungsabschnitt 14 somit einen gegenüber dem Zustand mit gesperrtem Schaltventil 17 vergrößerten Durchströmquerschnitt auf, der eine schnelle Niveauabsenkung bewirkt.
In der 3 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei das Schaltventil 17 als Drosselventil ausgestaltet ist und somit im ungeschalteten Ausgangszustand die Funktion der Drossel 16 aus 2 übernimmt.
In 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der das Schaltventil 17 nicht nur einen Bypass um das Rückschlagventil 15 und die Drossel 16, sondern zusätzlich um den Trockner 11 ermöglicht. Somit kann im Falle einer schnellen Niveauabsenkung auch der Strömungswiderstand des Trockners 11 umgangen werden. In diesem Fall unterbleibt allerdings die Regeneration des Trockners.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass zum Anheben des Fahrzeugaufbaus der im Speicher 6 gespeicherte Druck solange über das Schaltventil 5 und die Niveauregelventile 4 in die Luftfedern geleitet wird, bis das gewünschte Niveau erreicht ist. Sodann werden die Niveauregelventile 4 und das Schaltventil 5 wieder geschlossen. Bei Unterschreiten eines vorgegebenen Drucks im Speicher 6 saugt der Kompressor 8 Luft über die Ansaugleitung 23 und einen Filter 22 aus der Atmosphäre 21 an und drückt die verdichtete Luft über den Trockner 11, den Druckleitungsabschnitt 14 und das Schaltventil 5 in den Speicher 6. Dabei öffnet das Rückschlagventil 15 und ermöglicht so eine nahezu ungedrosselte Verbindung zwischen Trockner 11 und Speicher 6. Denkbar ist auch ein direktes Befüllen der Luftfedern über den Kompressor, um die gewünschte Reaktionszeiten zu erreichen müsste der Kompressor jedoch für die Spitzenlast sehr leistungsstark dimensioniert sein.

Claims

Luftfedersystem (1) eines Kraftfahrzeugs mit – einem Kompressor (8), der über eine Ansaugleitung (23) Luft aus der Atmosphäre ansaugt und verdichtet, – einem dem Kompressor (8) nachgelagerten Trockner (11), der die Druckluft entfeuchtet, – Niveauregelventilen (4), über die einzelne, den Fahrzeugrädern zugeordnete Luftfedern ansteuerbar sind, – einer Druckleitung (7), die den Kompressor (8) mit den Luftfedern verbindet, – einer Entlüftungsleitung (12), über die die Druckleitung (7) mittels eines Schaltventils (13) absperrbar mit der Atmosphäre verbindbar ist – einem Abschnitt (14) der Druckleitung (7) zwischen Trockner (11) und Niveauregelventilen (4), in dem eine Drossel (16) parallel zu einem Rückschlagventil (15) angeordnet ist und – einem Schaltventil (17), das parallel zu dem Druckleitungsabschnitt (14) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (16) einen variierbaren Strömungsquerschnitt aufweist und das Schaltventil (17) elektromagnetisch ansteuerbar ist.
Luftfedersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckleitungsabschnitt (14) das Schaltventil (17) parallel zur Drossel (16) angeordnet ist.
Luftfedersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckleitungsabschnitt (14) die Drossel (16) im Schaltventil (17) integriert ist.
Luftfedersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (13) der Entlüftungsleitung (12) elektromagnetisch oder mittels im Luftfedersystem (1) befindlicher Druckluft ansteuerbar ist.
Luftfedersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (17) im Druckleitungsabschnitt (14) und das Schaltventil (13) der Entlüftungsleitung (12) von einer gemeinsamen Endstufe eines Steuergerätes ansteuerbar sind.
Luftfedersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schaltventil (13) der Entlüftungsleitung (12) ein elektromagnetisch ansteuerbares Vorsteuerventil (18) zugeordnet ist, welches in einem Schaltzustand den in der Druckleitung (7) herrschenden Druck auf ein Stellglied des Schaltventils (13) der Entlüftungsleitung (12) wirken lässt.
Luftfedersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (17) im Druckleitungsabschnitt (14) und das Vorsteuerventil (18) von einer gemeinsamen Endstufe eines Steuergerätes ansteuerbar sind.
Luftfedersystem nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (13) der Entlüftungsleitung (12) oder das Vorsteuerventil (18) bei einem geringeren Erregerstrom oder einer geringeren Spannung schaltet, als das Schaltventil (17) des Druckleitungsabschnitts (14).
Luftfedersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (17) eine Umgehung sowohl der Drossel (16) als auch des Trockners (11) herstellen kann.
Luftfedersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsleitung (12) in die Ausaugleitung (23) mündet.