DE10258889A1

DE10258889A1 - Druckluftanlage für motorgetriebene Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10258889A1
Application number: DE2002158889
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Jürging; Michael Dr. Kokes
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Für eine Druckluftanlage von motorbetriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere über eine Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugen, wird vorgesehen, dass die zumindest einen Drucklufterzeuger (19 bis 22) und einen Druckluftverbraucher umfassende Druckversorgungseinheit (11 bis 14) der Druckluftanlage für den Drucklufterzeuger (19 bis 22) einen eigenständigen elektromotorischen Antrieb (E-Motor 23 bis 26) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckluftanlage für motorgetriebene Kraftfahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinenantrieb, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Für Druckluftanlagen von motorgetriebenen Kraftfahrzeugen ist es aus der DE 29 11 085 A1 bekannt, für den Drucklufterzeuger den Antrieb vom Fahrzeugmotor unter Vermittlung einer Kupplung abzugreifen, die bei Erreichen eines vorgegebenen Maximaldruckes druckabhängig und selbsttätig auskuppelt, um mit dem Abblasen von überschüssigem Luftvolumen verbundene Geräuschbelästigungen ebenso zu vermeiden wie die Leistungsaufnahme des Drucklufterzeugers zu reduzieren.

Eine weitere Druckluftanlage für motorisch angetriebene Kraftfahrzeuge ist aus der DE 33 24 477 A1 bekannt, bei der zur Begrenzung des Druckniveaus dem Kompressionsvolumen des Drucklufterzeugers ein Schadvolumen zuschaltbar ist und bei der zu dem, um auf möglichst einfache und kostengünstige Weise eine intermittierende, energiesparende Drucklufterzeugung zu ermöglichen, der Drucklufterzeuger bevorzugt nur in solchen Phasen angetrieben wird, in denen für den Antrieb die Bewegungsenergie des Fahrzeuges, zum Beispiel bei Talfahrt und im Bremsbetrieb, genutzt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckluftanlage der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, dass der Betrieb in Berücksichtigung der Möglichkeiten für einen energiesparenden Einsatz in allen Betriebsphasen des Fahrzeuges bedarfsgerecht gesteuert werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht, demzufolge der Drucklufterzeuger mit einem eigenständigen, elektromotorischen Antrieb versehen wird, und zwar erfindungsgemäß bevorzugt in einer Ausgestaltung, bei der für das Fahrzeug als motorische Antriebsquelle eine Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

Insbesondere für Nutzfahrzeuge stellen Brennkraftmaschinen, vor allem Diesel-Brennkraftmaschinen, einen besonders wirtschaftlichen Antrieb dar. Dieser muss teilweise unter ungünstigen Bedingungen betrieben werden, so insbesondere in Startphasen nach längeren Stillstandszeiten, um für die Druckluftanlage den vorgegebenen Mindestdruck aufzubauen. Insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen bedeutet dies den Betrieb der Brennkraftmaschine bei verhältnismäßig geringer Last im Standbetrieb, so dass, sofern keine Zusatzheizanlagen Verwendung finden, aufgrund der schlechten Aufheizung der Brennkraftmaschine in diesem Betrieb sowohl hohe Emissionswerte als auch ungünstige Verschleißbedingungen gegeben sind.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht den Aufbau des erforderlichen Druckniveaus für die Druckluftanlage unabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine, und dies auch über die sonstigen Betriebsbereiche hinweg, wobei zusätzlich die Möglichkeit besteht, die für den elektromotorischen Antrieb des Drucklufterzeugers notwendige elektrische Leistung durch eine zusätzliche Leistungsaufnahme des Generators in Betriebsbereichen der Fahrzeugbrennkraftmaschine zu decken, in denen diese Generatorleistung ohne Treibstoff gewonnen werden kann, was im Bremsbetrieb der Brennkraftmaschine der Fall ist.

Grundsätzlich sind diese erfindungsgemäßen Vorteile bei Druckluftanlagen unterschiedlichen Aufbaus zu realisieren, so beispielsweise auch bei Druckluftanlagen mit einem zentralen Drucklufterzeuger für die Summe der Druckluftverbraucher. Eine höhere Flexibilität auch im konstruktiven Bereich ist aber dadurch zu erreichen, dass den Druckluftverbrauchern einzeln, oder in Gruppen, jeweils ein Drucklufterzeuger mit eigenständigem elektromotorischem Antrieb zugeordnet wird, so dass räumlich getrennte Einheiten mit kurzen Leitungswegen und kleinbauenden Drucklufterzeugern ergeben, deren elektrische Antriebe ebenfalls kompakt und klein bauen. Eine solche Aufsplittung ergibt auch erweiterte Möglichkeiten hinsichtlich der Priorisierung der Versorgung der jeweiligen Druckluftverbraucher bzw. Druckluftverbrauchergruppen, so dass in versorgungskritischen Betriebsbereichen eine entsprechende Selektion vorgenommen werden kann.

In Anbetracht der erfindungsgemäß in besonders einfacher Weise realisierbaren Ansteuerung des Antriebs der Drucklufterzeuger lassen sich relevante fahrzustandsabhängige Faktoren ebenso wie durch den Betriebszustand der Brennkraftmaschine bedingte Faktoren bei geringem Aufwand und in Rückgriff auf fahrzeugseitig ohnehin vorhandene Systeme mit Vorteil nutzen, so dass insbesondere in Verbindung mit einer luftbedarfsabhängigen Steuerung bei nur geringem zusätzlichen sensorischen Steuerungsaufwand Druckluftanlagen hoher Effizienz und geringen Leistungsbedarfes aufgebaut werden können. Wichtig ist dies im Hinblick auf die Versorgung und Ansteuerung für unterschiedliche Druckluftverbraucher, so beispielsweise von Luftdruckbremssystemen, von Luftfeder- und/oder Niveauregelsystemen, von Hubsystemen zum Liften von Achsen oder Rädern, von Stellsystemen wie beispielsweise bei Getrieben und/oder von weiteren, luftdruckunterstützten Servosystemen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 in stark schematisierter Darstellung ein dreiachsiges Nutzfahrzeug mit einer Druckluftanlage zur Betätigung diverser Fahrzeugaggregate, wobei eine erste mögliche Ausgestaltung einer solchen Druckluftanlage dargestellt ist, und
2 und 3 weitere, auf Ausbildungsformen der Druckluftanlage beschränkte Darstellungen.
In 1 ist im Schema ein Kraftfahrzeug in Form eines dreiachsigen Nutzfahrzeuges durch seine Vorderachse 1 und seine Hinterachsen 2 und 3 veranschaulicht, wobei die für den Antrieb des Fahrzeuges vorgesehene Brennkraftmaschine bei 4 strichliert als im Bereich der Vorderachse 1 liegend angedeutet ist, auf die Darstellung des weiteren Antriebsstranges aber verzichtet wurde. Für den dargestellten Beispielsfall ist des Weiteren davon ausgegangen, dass die bezogen auf die Fahrtrichtung F rückwärtige Hinterachse 3 als Nachlaufachse ausgebildet ist, die gegebenenfalls über eine nicht dargestellte Hubvorrichtung ausgehoben werden kann.
Für die Vorderachse 1 und die bezogen auf die Fahrtrichtung F vordere Hinterachse 2 ist eine Federabstützung mit radnah angedeuteten Luftfederelementen 5 vorgesehen, die belastungsabhängig in ihrem Luftdruck veränderlich sind und über die eine im Wesentlichen belastungsunabhängige Niveaulage für das Fahrzeug vorgegeben werden kann, um die die Federbewegungen erfolgen.
Weiter sind den Rädern 6 der Achsen 1 bis 3 jeweils, wie bei 7 schematisch angedeutet, Radbremselemente 7 einer Druckluftanlage zugeordnet. Die Druckluftbremsanlage arbeitet bezogen auf die Vorderachse 1 und die vordere Hinterachse 2 mit einem Antiblockiersystem, wie über das Steuergerät 8 und das Bremspedal 9 symbolisch angedeutet.
Im Hinblick auf die mit Druckluft arbeitenden bzw. druckluftbeaufschlagten Systeme des Fahrzeuges ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete Druckluftversorgungsanlage vorgesehen, die aus Druckluftversorgungseinheiten 11 bis 14 aufgebaut ist, welche jeweils einen Druckluftspeicher 15 bis 18, einen Drucklufterzeuger 19 bis 22 und als Antrieb einen Elektromotor 23 bis 26 umfassen. Die Motoren 23 bis 26 werden, was nicht dargestellt ist, aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges gespeist, und zwar aus der Batterie und/oder dem der Brennkraftmaschine 4 zugeordneten Generator.
Die bezogen auf die jeweilige Druckluftversorgungseinheit 11 bedarfsabhängige Steuerung der Motoren 23 bis 26 erfolgt über ein Steuergerät 27, das im Ausführungsbeispiel als für die Elektromotoren 23 bis 26 gemeinsames Steuergerät dargestellt ist und das neben dem Luftbedarf der jeweiligen Druckluftversorgungseinheit 11 bis 14, wie durch die Steueranschlüsse 28 angedeutet, relevante Steuergrößen berücksichtigt und verarbeitet, so beispielsweise fahrzustands- oder fahrzeugbeladungsabhängige Steuergrößen und/oder aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine abgeleitete Steuergrößen, wobei die diesbezüglichen Informationen entweder unmittelbar sensorisch erfasst und/oder aus anderweitigen Steuersystemen des Fahrzeuges übernommen werden können, die gegebenenfalls mit dem Steuergerät 27 der Druckluftversorgungsanlage 10 auch zusammengefasst sein können.
Die Druckluftversorgungseinheiten 11 bis 14 sind im Ausführungsbeispiel jeweils bestimmten Verbrauchern zugeordnet und können daher individuell bedarfsorientiert gesteuert werden, wobei im Ausführungsbeispiel je eine Druckluftversorgungseinheit 11 bzw. 12 dem Bremssystem der Vorderachse 1 bzw. der hinteren Vorderachse 2 zugeordnet ist, das zum entsprechenden Druckluftspeicher 15 bzw. 16 einen Leitungsanschluss 29 bzw. 30 aufweist. Die Bremsdruckbeaufschlagung ist, wie bei Antiblockiersystemen bekannt, über das Steuergerät 8 blockierkraftgeregelt, wozu in den zu den jeweiligen Rädern 6 führenden Leitungsanschlüssen 29 bzw. 30 Steuerventile 31 bzw. 32 vorgesehen sind, die über zugeordnete Steuerleitungen 33 bzw. 34 mit dem Steuergerät 8 verbunden sind. Für die rückwärtige Hinterachse 3 ist des Weiteren, ausgehend vom Druckluftspeicher 18 der Druckversorgungseinheit 14, eine eigenständige Druckluftversorgung mit dem Leitungsanschluss 35 veranschaulicht, wobei dieser Anschluss 35 dargestellt ist als Versorgungsanschluss für die Radbremselemente 7 der Räder 6 der Hinterachse 3. Von diesem Anschluss 35 kann im Rahmen der Erfindung aber auch für die Achse 3 die Versorgung einer Hubeinrichtung abgezweigt werden, über die die Achse 3 bedarfsweise geliftet werden kann.
Abweichend von den Druckluftversorgungseinheiten 11, 12 und 14 gehen vom Druckluftspeicher 17 der Versorgungseinheit 13 Leitungsanschlüsse 36 und 37 für verschiedene Verbraucher aus, wobei der Leitungsanschluss 36 auf die druckluftbetätigte Schalt- und Stelleinrichtung des nur symbolisch dargestellten Fahrzeuggetriebes 38 ausmündet. Über den Leitungsanschluss 37 erfolgt die Versorgung der Luftfederelemente 5, die bedarfsabhängig beaufschlagt sind, um eine beladungsunabhängige Niveaulage des Fahrzeuges zu erreichen, wobei auch Anpassungen an besondere Gegebenheiten bei Be- und Entladen möglich sind.
Das Ausführungsbeispiel veranschaulicht, dass im Rahmen der Erfindung unter Sicherheits- und/oder Verbrauchsaspekten jeweils gesonderte Versorgungskreise aufgebaut werden können, mit entsprechend unterschiedlicher Dimensionierung der jeweiligen Druckluftversorgungseinheit und auch mit einer Positionierung der Druckluftversorgungseinheit innerhalb des Fahrzeuges an einem jeweils hierfür gewünschten Ort, so dass insbesondere auch günstige Leitungswege möglich werden.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, wie in 2 dargestellt, für mehrere Druckluftspeicher 15 bis 18 einen gemeinsamen Drucklufterzeuger 39 vorzusehen, aus dem, wie aus 2 ersichtlich, die einzelnen Druckluftspeicher 15 bis 18 parallel gespeist werden. Dem Drucklufterzeuger 39 ist als Antriebsquelle wiederum ein E-Motor 40 zugeordnet, dessen Ansteuerung über ein Steuergerät 41 erfolgt. 2 veranschaulicht des Weiteren die Integration einer Luftaufbereitungseinheit 42 zwischen Drucklufterzeuger 39 und den nachgeordneten Druckluftspeichern 15 bis 18; solche Luftaufbereitungseinheiten 42 sind an sich bekannt.
3 ist ein Beispiel für den gruppenweisen Aufbau und die gruppenweise Zusammenfassung von Druckluftversorgungseinheiten 43 und 44 und deren Kombination mit einer unabhängigen Versorgungseinheit 45 in einem Fahrzeug, wie sie mit zugeordneten Steuergeräten 46 und 47 beispielsweise zweckmäßig sein kann, um über die Dopplung und Zusammenfassung von Versorgungseinheiten 43 und 44 zu einer Gruppe mit kleinen, gleichbauenden Einheiten einen im Vergleich zu sonstigen Verbrauchern erhöhten Luftbedarf eines Verbrauchers abzudecken und/oder für einen Verbraucher versorgungsseitig eine redundante Absicherung zu schaffen. Die Versorgungseinheiten 43 bis 45 umfassen jeweils Druckluftspeicher 48, Drucklufterzeuger 49 und diesen antriebsseitig zugeordneten E-Motoren 50.

Claims

Druckluftanlage für motorgetriebene Kraftfahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinenantrieb, bei denen die Druckluftanlage wenigstens einen Druckluftverbraucher sowie einen motorisch angetriebenen Drucklufterzeuger umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucklufterzeuger (19 bis 22; 39) einen eigenständigen elektromotorischen Antrieb (E-Motor 23-26; 41) aufweist.
Druckluftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeweils einen Druckluftverbraucher ein Drucklufterzeuger (19, 20, 22) vorgesehen ist.
Druckluftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeweils eine Gruppe von Druckluftverbrauchern ein gemeinsamer Drucklufterzeuger (21, 39) vorgesehen ist.
Druckluftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Gesamtheit der Druckluftverbraucher eines Fahrzeuges zentral ein Drucklufterzeuger (39) vorgesehen ist.
Druckluftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einem Druckluftverbraucher ein Druckluftspeicher (15, 16, 18) zugeordnet ist.
Druckluftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einer Gruppe von Druckluftverbrauchern ein Drucklufterzeuger (17) zugeordnet ist.
Druckluftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Gesamtheit der Druckluftverbraucher eines Fahrzeuges zentral ein Druckluftspeicher vorgesehen ist.
Druckluftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Drucklufterzeuger (23 bis 26, 39) luftbedarfsabhängig gesteuert ist/sind.
Druckluftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Drucklufterzeuger (23 bis 26, 39) fahrzustandsabhängig gesteuert ist/sind.
Druckluftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Drucklufterzeuger (23 bis 26, 39) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine (4) gesteuert ist/sind.
Druckluftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die als Antrieb der Drucklufterzeuger vorgesehenen E-Motoren (23 bis 26) eine gemeinsame Ansteuerung (Steuergerät 27) vorgesehen ist.
Druckluftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die als Antrieb der Drucklufterzeuger (39) vorgegebenen E-Motoren (40) jeweils eine unabhängige Ansteuerung (Steuergerät 41) vorgesehen ist.