DE102004059835A1

DE102004059835A1 - Verfahren zum Regeln eines Druckluftversorgungssystems eines Kraftfahrzeugs

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Publication number: DE102004059835A1
Application number: DE102004059835A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Kley; Reinhold Dr. Pittius; Kurt Adleff; Heinz Höller; Klaus Vogelsang; Werner Adams
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-14
Also published as: JP2008523293A; KR20070088262A; CN101094782A; WO2006061066A1; RU2007121698A; EP1831063A1; US20110194948A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Druckluftversorgungssystems eines Kraftfahrzeugs, wobei das System einen Antriebsmotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs umfasst, der über eine schaltbare hydrodynamische Kupplung in eine Triebverbindung mit einem Luftverdichter schaltbar ist, so dass der Luftverdichter über eine Luftabgabeseite ein Druckluftsystem speist; umfassend die folgenden Schritte: DOLLAR A - Der Druck im Druckluftsystem wird erfasst und mit einem vorgegebenen Minimalwert verglichen; DOLLAR A - wenn der erfasste Druck unterhalb des vorgegebenen Minimalwertes liegt, wird die hydrodynamische Kupplung mit Arbeitsmedium befüllt, so dass der Luftverdichter gestartet wird; DOLLAR A - beim Start des Luftverdichters wird die Luftabgabeseite des Luftverdichters für eine vorbestimmte Zeitspanne in Abhängigkeit der Drehzahl des Luftverdichters oder der hydrodynamischen Kupplung und/oder in Abhängigkeit des Druckes im Druckluftsystem mit der Umgebung oder einem Niederdrucksystem verbunden und nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne bei Erreichen der vorgegebenen Drehzahl und/oder bei einem erfassten Druck im Druckluftsystem unterhalb eines vorgegebenen Druckwertes eines maximalen Gegendruckes, der kleiner als der vorgegebene Minimalwert ist, mit dem Druckluftsystem verbunden, so dass die Einspeisung beginnt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Druckluftversorgungssystems eines Kraftfahrzeugs, wobei das System einen Antriebsmotor umfasst, der der Kraftfahrzeugsantriebsmotor ist, d. h. zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs dient, ferner einen Luftverdichter, welcher ein Druckluftsystem des Fahrzeugs speist, und eine hydrodynamische Kupplung, die in die Triebverbindung zwischen dem Antriebsmotor und dem Luftverdichter geschaltet ist. Die hydrodynamische Kupplung ist dabei befüll- und entleerbar, um somit den Luftverdichter ein- und auszuschalten, in Abhängigkeit des Druckzustands in dem Druckluftsystem. Der Luftverdichter ist insbesondere als Hubkolben-Luftverdichter ausgebildet.

Druckluftversorgungssysteme, wie sie die Erfindung betrifft, weisen den Vorteil auf, dass durch die zwischengeschaltete hydrodynamische Kupplung einerseits ein energetisch günstiges Ausschalten des Luftverdichters möglich ist, wenn eine Speisung des Fahrzeugdruckluftsystems aufgrund eines ausreichenden Druckniveaus in diesem nicht notwendig ist, indem die hydrodynamische Kupplung „einfach" entleert wird. Andererseits wird durch die Zwischenschaltung der hydrodynamischen Kupplung zwischen den Antriebsmotor und den Luftverdichter wirkungsvoll eine Schwingungsdämpfung erreicht und zuverlässig vermieden, dass bei Verwendung eines Hubkolben-Luftverdichters ein negatives Drehmoment, d. h. ein Drehmoment, das vom Verdichter erzeugt wird, welches im Bereich des oberen Totpunktes des Hubkolben-Luftverdichters auftreten kann, von dem Hubkolben-Luftverdichter auf den Antriebsmotor bzw. ein an diesem angeschlossenes Getriebe zurückübertragen wird.

In einem solchen Druckluftversorgungssystem gibt es eine Vielzahl von Zuständen mit unterschiedlichen Randbedingungen, in welchen die verschiedenen Komponenten des Druckluftversorgungssystems derart geeignet zusammenarbeiten müssen, dass ein energetisch günstiger und bauteilschonender Betrieb gewährleistet ist. Als unterschiedliche Randbedingungen seien beispielsweise das Fahren des Fahrzeugs gegenüber dem Stillstand des Fahrzeugs, das Streckenprofil, welches das Fahrzeug gerade zurücklegt, wie Bergauffahrten oder Bergabfahrten, sowie unterschiedliche Druckzustände im Druckluftversorgungssystem des Fahrzeugs genannt, beispielsweise oberhalb eines maximal zulässigen Druckes, unterhalb des minimal zulässigen Druckes sowie unterhalb eines sogenannten Lösedruckes, bei dem der Federspeicher im Fahrzeugbremssystem gelöst wird und unterhalb dessen das Fahrzeug nicht fahren darf, genannt. Dieser Lösedruck ergibt sich durch die Ausführung der Bremsen als „fail-safe", d. h. bei einem Ausfall der Druckluftanlage werden die Bremsbacken beispielsweise mittels Federn angedrückt, so dass eine Bremsung erfolgt. Ab einem bestimmten Luftdruck können die Bremsbacken dann aktiv gelöst werden, so dass unterhalb dieses Druckes das Fahrzeug nicht losfahren kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln eines solchen Druckluftversorgungssystems darzustellen, welches einen besonders effizienten und schonenden Betrieb aller Komponenten des Druckluftversorgungssystems gewährleistet sowie zu einer energetisch günstigen Fahrweise des Fahrzeugs beiträgt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß der einfachsten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druck im Druckluftsystem, welches bei Unterschreiten eines bestimmten Minimaldruckes, beispielsweise durch einen entsprechenden hohen Verbrauch verschiedener am Druckluftsystem angeschlossener Verbraucher oder durch Undichtigkeiten, mit Druckluft befüllt werden soll, erfasst und mit einem vorgegebenen Minimalwert verglichen. Wenn der erfasste Druck unterhalb des vorgegebenen Minimalwertes liegt, und der Luftverdichter, mittels welchem Druckluft in das Druckluftsystem eingespeist werden soll, nicht in Betrieb ist, so wird die hydrodynamische Kupplung mit Arbeitsmedium befüllt, damit vom Antriebsmotor über die hydrodynamische Kupplung Drehleistung auf den Luftverdichter übertragen wird. Unter Befüllen der hydrodynamischen Kupplung ist dabei ein Befüllen des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung zu verstehen, welcher bekanntlich durch das Pumpenrad und durch das Turbinenrad gebildet wird, und wobei das Arbeitsmedium im Arbeitsraum ein Drehmoment vom Pumpenrad auf das Turbinenrad überträgt.

In dem Moment, in dem die hydrodynamische Kupplung mit Arbeitsmedium befüllt wird, beginnt der Luftverdichter mit seiner Kompressionstätigkeit, wobei die Zustände im Luftverdichter bei diesem Anfahrvorgang stark von dem Gegendruck abhängen, gegen welchen der Luftverdichter arbeitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt dazu, dass der Luftverdichter stets gegen einen kleinen Gegendruck angefahren wird, was besonders schonend für den Luftverdichter ist und ein „Drücken" des Antriebsmotors, d. h. eine Verminderung der Drehzahl des Antriebsmotors, ausschließt. Hierzu wird die Luftabgabeseite des Luftverdichters erfindungsgemäß beim Start des Luftverdichters in Abhängigkeit eines vorgegebenen Kriteriums zunächst mit der Umgebung, in welcher bekanntlich ein vergleichsweise niedriger Umgebungsdruck herrscht, oder einem Niederdrucksystem verbunden. Unter Niederdrucksystem ist dabei ein Drucksystem zu verstehen, in welchem ein niedrigerer Druck als in dem Druckluftsystem, welches gespeist werden soll, herrscht. Beispielsweise kann ein solches Niederdrucksystem einen maximalen Druck von 2 bar aufweisen. Selbstverständlich ist es auch möglich, wenn mehrere Niederdrucksysteme, beispielsweise verschiedene Druckkessel, zur Verfügung stehen, sich bei jedem Anfahrvorgang ein geeignetes Niederdrucksystem auszuwählen, mit welchem die Luftabgabeseite des Luftverdichters verbunden wird.

Erst wenn der Luftverdichter eine gewisse Drehzahl erreicht hat, wird seine Luftabgabeseite mit dem Druckluftsystem verbunden, welches durch ihn gespeist werden soll. Das Erreichen einer geeigneten Drehzahl kann dabei direkt oder indirekt festgestellt werden. Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird die Drehzahl des Luftverdichters oder eines mit ihm in einer Triebverbindung stehenden Bauteils erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Sobald der Sollwert erreicht wird, erfolgt die Umschaltung der Verbindung der Luftabgabeseite mit der Umgebung bzw. dem Niederdrucksystem in eine Verbindung mit dem zu speisenden Druckluftsystem.

Gemäß einer zweiten Ausführung wird die Drehzahl des Luftverdichters zum Umschalten auf das Druckluftsystem mittelbar dadurch berücksichtigt, dass zwischen dem Beginn des Befüllvorgangs der hydrodynamischen Kupplung und dem Umschalten der Luftabgabeseite auf das Druckluftsystem eine vorbestimmte Zeitspanne vergeht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Abhängigkeit des erfassten Druckes im Druckluftsystem entschieden, ob der Luftverdichter mit seinem Start sofort beginnen soll, in das Druckluftsystem einzuspeisen, nämlich wenn ein entsprechend niedriger Druck im zu speisenden Druckluftsystem herrscht, beispielsweise ein Druck von weniger als 2 bar, oder ob die Luftabgabeseite zunächst mit der Umgebung oder einem Niederdrucksystem verbunden wird, so dass der Luftverdichter in die Umgebung bzw. in das Niederdrucksystem, welches getrennt vom Druckluftsystem ist, speist.

Der Druckwert, welcher zur Entscheidung über ein direktes Einspeisen von Luft mittels des Luftverdichters in das Druckluftsystem verwendet wird, wird vorliegend als maximaler Gegendruck bezeichnet, da ein Anfahren des Luftverdichters gegen einen Druck oberhalb dieses maximalen Gegendrucks eine Belastung des Luftverdichters bzw. der den Luftverdichter antreibenden Komponenten, beispielsweise des Antriebsmotors, darstellen würde, die vermieden werden soll.

Die Verbindung der Luftabgabeseite des Luftverdichters mit der Umgebung bzw. einem Niederdrucksystem oder dem zu speisenden Druckluftsystem kann durch entsprechendes Einstellen eines Schaltventils erfolgen, insbesondere durch Beaufschlagen eines 3/2-Wegeventils mit einem Steuerdruck, vorteilhaft mit einem Luftdruck, der aus dem Druckluftsystem abgeführt wird.

Auch in die arbeitsmediumführende Verbindung zwischen einer Arbeitsmediumquelle und der hydrodynamischen Kupplung, mittels welcher Arbeitsmedium aus der Arbeitsmediumquelle in den Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung geleitet wird, kann ein Schaltventil eingebracht sein, dass insbesondere als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist und welches ein Öffnen und Schließen der arbeitsmediumleitenden Verbindung bewirkt, um die Befüllung der hydrodynamischen Kupplung zu steuern. Wenn die hydrodynamische Kupplung befüllt werden soll, schaltet das Ventil entsprechend in seine geöffnete Stellung, wohingegen es in seine geschlossene Stellung schaltet, wenn die hydrodynamische Kupplung entleert werden soll.

Besonders vorteilhaft ist in die zuletzt genannte arbeitsmediumleitende Verbindung ein 2/3-Wegeventil eingebracht, das neben dem geöffneten Zustand und dem gesperrten Zustand einen dritten Schaltzustand aufweist. Dieser dritte Schaltzustand ist ein Zustand, in welchem der Querschnitt der arbeitsmediumleitenden Verbindung zu der hydrodynamischen Kupplung vermindert wird, so dass eine Drosselung des Arbeitsmediumstromes in die hydrodynamische Kupplung erfolgt. Dieser Zustand wird daher auch Drosselstellung des Ventils genannt und wird genau dann eingestellt, wenn zwar mittels des Luftverdichters Druckluft in das Druckluftsystem eingespeist werden soll, aber der Luftverdichter mit einer Überdrehzahl, d. h. mit einer Drehzahl oberhalb einer zulässigen Drehzahl, arbeitet. Zur Entscheidung, ob das 2/3-Wegeventil in den Drosselzustand geschaltet werden soll, wird die Drehzahl des Luftverdichters erfasst, entweder direkt oder über die Drehzahl eines mit dem Luftverdichter in einer Triebverbindung stehenden Bauteils.

Das 2/3-Wegeventil wird in seinen geöffneten (vollständig geöffneten) Zustand geschaltet, wenn der erfasste Druck im Druckluftsystem unterhalb des vorgegebenen Minimalwertes liegt, d. h. wenn Luft in das Druckluftsystem mittels des Luftverdichters eingespeist werden soll und der Luftverdichter mit einer zulässigen, d. h. nicht überhöhten, Drehzahl arbeitet. Das 2/3-Wegeventil wird in seine geschlossene Stellung geschaltet, wenn der erfasste Druck im Druckluftsystem oberhalb des vorgegebenen Maximalwertes liegt, d. h. wenn mittels des Luftverdichters nicht weiter Luft in das Druckluftsystem gespeist werden soll.

Wenn die Zufuhr von Arbeitsmedium in die hydrodynamische Kupplung unterbrochen wird, weil der erfasste Druck im Druckluftsystem oberhalb des vorgegebenen Maximalwertes liegt, wird vorteilhaft die Luftabgabeseite des Luftverdichters zugleich mit der Umgebung oder einem/dem Niederdrucksystem verbunden. Um ein Überdrehen des Luftverdichters zu vermeiden, was durch den plötzlichen Wegfall des Gegendruckes bei einem Umschalten dieser luftleitenden Verbindung auftreten könnte, erfolgt das Umschalten dieser Verbindung vorteilhaft zeitlich verzögert nach dem Sperren der Zufuhr von Arbeitsmedium in die hydrodynamische Kupplung, d. h. nach dem Beginn der Entleerung der hydrodynamischen Kupplung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt dieses eine Sicherheitsfunktion aus, mittels welcher erkannt wird, wann das Fahrzeug bewegt wird, obwohl ein vorgegebener zweiter Minimalwert des Druckes im Druckluftsystem, welcher unterhalb des ersten vorgegebenen Minimalwertes liegt und den oben beschriebenen Federspeicher-Lösedruck darstellt, unterschritten ist, obwohl der Luftverdichter in Betrieb ist. Dieser erfasste Zustand bedeutet, dass die Drehzahl des Luftverdichters nicht ausreichend ist, um einen ausreichenden Druck im Druckluftsystem aufrecht zu erhalten. Dementsprechend wird als Reaktion die Drehzahl des Antriebsmotors erhöht, so dass sich die Drehzahl des Luftverdichters erhöht.

Um eine zusätzliche Bremswirkung auf den Antriebsmotor des Fahrzeugs auszuüben, wenn sich das Fahrzeug im Motorschubbetrieb befindet, der sich bekanntlich dann einstellt, wenn bei einer Bergabfahrt Drehenergie von den Rädern des Fahrzeugs auf die Motorabtriebswelle, bei einem Verbrennungsmotor auf die Kurbelwelle, übertragen wird, wird vorteilhaft im Motorschubbetrieb des Fahrzeugs die hydrodynamische Kupplung stets befüllt, so dass der Luftverdichter von dem Antriebsmotor angetrieben wird. Wenn dadurch zugleich der erfasste Druck im Druckluftsystem über den vorgegebenen Maximalwert ansteigt, wird Druckluft aus dem Druckluftsystem abgelassen, beispielsweise über ein Sicherheitsventil, so dass der Druck im Druckluftsystem wieder absinkt oder zumindest maximal begrenzt wird. Dadurch, dass vom Antriebsmotor Antriebsenergie auf den Luftverdichter übertragen wird, welcher gegen den hohen Gegendruck des Druckluftsystems arbeitet, kann zusätzlich eine Bremswirkung auf den Motor aufgebracht werden, was zu einer Entlastung der Stell- bzw. Reibbremsen des Fahrzeugs führt.

Um diese zusätzliche Bremswirkung auf den Antriebsmotor des Fahrzeugs zu vergrößern, wenn sich das Fahrzeug im Motorschubbetrieb befindet, kann in eine Luftleitung, die auf der Luftabgabeseite des Luftverdichters angeschlossen ist, ein Ventil oder eine Drossel eingebracht sein, welche den Luftstrom auf der Luftabgabeseite des Luftverdichters unterbricht oder drosselt. Beides führt zu einer Erhöhung des Gegendruckes, gegen welchen der Luftverdichter arbeitet und somit zu einer erhöhten Leistungsaufnahme des Luftverdichters. Insbesondere kann das oben beschriebene Schaltventil, welches zum Umschalten der Luftabgabeseite des Luftverdichters mit der Umgebung bzw. einem Niederdrucksystem oder dem zu speisenden Druckluftsystem verwendet wird, eine weitere Schaltstufe aufweisen, in welcher es die Strömung in der Leitung auf der Luftabgabeseite drosselt oder absperrt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung fließt die Topographie der vom Kraftfahrzeug zurückgelegten bzw. zurückzulegenden Strecke in das erfindungsgemäße Verfahren ein. Bei bekannter Topographie, welche insbesondere durch Verwendung eines sogenannten Navigationssystems für Fahrzeuge erfasst wird, wird der vorgegebene Minimalwert, ab welchem der Luftverdichter gestartet werden soll, variiert beziehungsweise es wird in Abhängigkeit dieser Topographie ein dritter Minimalwert vorgegeben, welcher kleiner als der erste Minimalwert ist und insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Minimalwert liegt. Dieser dritte Minimalwert stellt den zulässigen Minimalwert des erfassten Drucks im Druckluftsystem dar, oberhalb dessen der Luftverdichter noch nicht gestartet wird, wenn sich das Kraftfahrzeug eine Bergstrecke hinauf bewegt und aufgrund der bekannten Topographie sichergestellt ist, dass im Verlauf der nächsten Kilometer keine große Bremsleistung beispielsweise aufgrund eines starken Gefälles zu erwarten ist. Wenn beispielsweise das Kraftfahrzeug eine Bergstrecke hinauf fährt und vor Erreichen der Bergkuppel der erste Minimalwert unterschritten wird, nicht aber der dritte Minimalwert, und bekannt ist, dass auch nach Erreichen der Kuppel kein starkes Gefälle mit erforderlicher hoher Bremsleistung folgt, so lässt das Regelverfahren ein Abfallen des Druckes im Druckluftsystem bis auf den vorgegebenen dritten Minimalwert zu. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrzeugmotor, der eine hohe Leistungsabgabe aufgrund des notwendigen Beförderns des Fahrzeugs den Berg hinauf erbringen muss, nicht zusätzlich durch den Antrieb des Kompressors belastet wird.

Insbesondere können in die bekannte Topographie zusätzlich zu den beispielsweise mittels des Navigationssystems erfassten Streckendaten gespeicherte fahrspezifische Daten aus früheren Fahrten des Fahrzeugs auf dieser Strecke beziehungsweise in ähnlichen Situationen einfließen und zur Festsetzung des vorgegebenen dritten Minimalwerts herangezogen werden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher beschrieben werden.
Es zeigen:
1 einen durch das erfindungsgemäße Verfahren geregelten Zustand beim Start des Antriebsmotors, wenn das Druckluftsystem weitgehend entleert ist;
2 einen durch das erfindungsgemäße Verfahren eingeregelten Zustand nach dem Starten des Motors, wenn der Druck im Druckluftsystem in einem gewünschten Druckbereich liegt;
3 eine Ausführung eines Druckluftversorgungssystems, das mit einem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt wird, wobei der Luftverdichter gegen eine Überdrehzahl geschützt ist;
4 eine Ausführung eines Druckluftversorgungssystems mit stetig regelndem 3/2-Wegeventil.
In der 1 erkennt man den Antriebsmotor 1, welcher über ein Getriebe 4 in einer Triebverbindung mit der Antriebswelle 2.1 einer hydrodynamischen Kupplung 2 steht. Die hydrodynamische Kupplung 2 steht mit ihrer Abtriebsseite 2.2 in einer Triebverbindung mit einem Luftverdichter 3, welcher über eine Luftabgabeseite 3.1 ein Druckluftsystem 7 speist. Das Druckluftsystem 7 kann beispielsweise ein Druckluftkessel sein, aus welchem Druckluft über einen oder mehrere entsprechende Ausgänge entnommen werden kann, um Verbraucher zu versorgen.
Die hydrodynamische Kupplung 2 weist eine zuführende arbeitsmediumleitende Verbindung 5 aus einem Arbeitsmediumvorrat (nicht dargestellt) auf, sowie eine arbeitsmediumabführende Verbindung 6, mittels welcher Arbeitsmedium aus der hydrodynamischen Kupplung 2 abtransportiert werden kann. Als Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung 2 kommt beispielsweise Öl oder Wasser oder ein Gemisch mit einem oder beiden dieser Stoffe in Betracht.
In die luftführende Leitung zwischen dem Luftverdichter 3 und dem Druckluftsystem 7 ist ein 3/2-Wegeventil (Schaltventil 8) geschaltet, welches in der in der 1 gezeigten Stellung eine luftleitende Verbindung zwischen der Luftabgabeseite 3.1 des Luftverdichters 3 und dem Druckluftsystem 7 herstellt, so dass beim Antrieb des Luftverdichters 3 Druckluft in das Druckluftsystem 7 eingespeist wird. In diesem Zustand ist das 3/2-Wegeventil frei von einer Druckbeaufschlagung durch einen Steuerdruck, welcher bekanntermaßen auf eine Seite eines solchen Schaltventils, auch Steuerschieber genannt, aufgegeben werden kann und gegen eine Druckfeder auf der anderen Seite des Ventils arbeitet.
Dieser in der 1 gezeigte Zustand des 3/2-Wegeventils 8 wird dann eingestellt, wenn der Druck im Druckluftsystem 7 unterhalb des vorgegebenen Minimalwertes liegt, d. h. wenn Druckluft mittels des Luftverdichters 3 in das Druckluftsystem 7 eingespeist werden soll, um den Druck im Druckluftsystem 7 anzuheben.
In die arbeitsmediumleitende Verbindung 5, durch welche der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung 2 mit Arbeitsmedium befüllt werden kann, ist ein 2/2-Wegeventil (Schaltventil 9) geschaltet, welches ebenfalls auf einer Seite durch einen Steuerdruck beaufschlagbar ist, der dem Druck einer auf der entgegengesetzten Seite angeordneten Druckfeder entgegengesetzt ist. Somit ist das 2/2-Wegeventil je nach Größe des Steuerdruckes zwischen einem (vollständig) geöffneten und einem gesperrten Zustand schaltbar.
In der 1 ist dabei der Zustand gezeigt, in welchem beispielsweise der Antriebsmotor 1 gestartet wurde und der Luftkessel leer ist bzw. das Druckluftsystem einen zu kleinen oder den Umgebungsdruck aufweist, d. h. der erfasste Druck im Druckluftsystem liegt unterhalb des vorgegebenen ersten Minimalwertes. Insofern der Druck im Druckluftsystem 7 auch unterhalb des beschriebenen zweiten Minimalwertes, d. h. des sogenannten Lösedruckes, liegt, muss zunächst mit dem Luftverdichter 3 soviel Druckluft in das Luftsystem 7 gepumpt werden, dass der Druck des Druckluftsystems 7 den Lösedruck, d. h. den vorgegebenen zweiten Minimalwert, überschreitet, bevor das Fahrzug losfahren darf. Hierzu wird gegebenenfalls die Motordrehzahl des Antriebsmotors erhöht, beispielsweise auf 1200 Umdrehungen pro Minute oder mehr, um eine entsprechende Drehzahl des Luftverdichters 3 und eine dementsprechende Fördermenge des Luftverdichters 3 zu erreichen.
Aufgrund der Tatsache, dass der Luftkessel leer ist bzw. der Druck im Druckluftsystem 7 ausgesprochen niedrig ist, kann der Luftverdichter 3 direkt gegen den Druck im Druckluftsystem 7 angefahren werden, d. h. das Schaltventil 8 wird direkt in den durchgängigen Zustand geschaltet, beispielsweise zeitgleich mit dem Schalten des Schaltventils 9 in den durchgängigen Zustand.
Wenn der Antriebsmotor gestartet ist und der erfasste Druckwert im Druckluftsystem 7 oberhalb des vorgegebenen Minimalwertes liegt, oder wenn nach dem Start des Luftverdichters 3 der Druck im Druckluftsystem 7 den vorgegebenen Maximalwert überschreitet, wird das Ventil 8 in seinen gesperrten Zustand geschaltet, indem ein Steuerdruck auf das Schaltventil 8, welcher dem Druck der Druckfeder auf der entgegengesetzten Seite entgegenwirkt (in den Figuren von oben nach unten), aufgebracht wird, welcher das Schaltventil 8 in den Zustand schaltet, in welchem die Einspeisungsverbindung in das Druckluftsystem 7 geschlossen wird und die Luftabgabeseite des Luftverdichters 3 mit der Umgebung verbunden wird.
Zugleich wird ein Steuerdruck auf das Schaltventil 9 aufgebracht, welcher dieses in seinen absperrenden Zustand schaltet, so dass kein Arbeitsmedium mehr in die hydrodynamische Kupplung 2 eingleitet wird. Das in der hydrodynamischen Kupplung 2 befindliche Arbeitsmedium wird über die Leitung 6 abgeleitet, so dass die hydrodynamische Kupplung 2 entleert wird.
Um zu verhindern, dass der Luftverdichter 3 in einen Überdrehzahlbereich gelangt, weil der Gegendruck durch das Umschalten des Ventils 8 abgesenkt wird, und sogleich durch einen entsprechend großen Füllungsgrad der hydrodynamischen Kupplung 2 noch viel Drehmoment vom Antriebsmotor 1 auf den Luftverdichter 3 übertragen wird, kann die Schaltung des Ventils 8 in seine Umleitungsstellung (2) zeitlich verzögert nach der Schaltung des Ventils 9 in seine Sperrstellung erfolgen. Eine Gefahr der Drehzahlerhöhung des Luftverdichters 3 besteht insbesondere dann, wenn das Ölvolumen zwischen dem Schaltventil 9 und der hydrodynamischen Kupplung 2 groß ist, so dass der Luftverdichter 3 entsprechend lange nach dem Schalten des Ventils 9 in die Sperrstellung nachläuft. Um so kürzer die „Pumpintervalle" sind, d. h. um so öfter der Luftverdichter 3 in einer vorgegebenen Zeitspanne ein- bzw. ausgeschaltet wird, um so stärker wirken sich die Abschaltverluste bzw. Nachlaufzeiten aus. Durch eine geeignete Schaltabfolge können diese Auswirkungen kompensiert oder zumindest beherrscht werden.
In der 3 ist das Schaltventil 9 in Form eines 2/3-Wegeventils ausgebildet. Dieses 2/3-Wegeventil wird in die gegenüber der in den 1 und 2 gezeigten Ausführung zusätzlich vorgesehene Drosselstellung geschaltet, wenn zwar ein Luftverdichterbetrieb gewünscht ist, da das Druckniveau im Druckluftsystem 7 unterhalb des minimal zulässigen Wertes liegt bzw. den maximal zulässigen Wert noch nicht erreicht hat, aber der Luftverdichter 3 mit einer zu großen Drehzahl umläuft. In diesem Fall wird der Zulauf von Arbeitsmedium in die hydrodynamische Kupplung 2 gedrosselt, so dass die Drehzahl des Turbinenrades bzw. der Abtriebsseite 2.2 der hydrodynamischen Kupplung 2 und damit auch die Drehzahl des Luftverdichters 3 vermindert wird. Die hydrodynamische Kupplung wird dabei in einen Zustand mit einer Teilfüllung gebracht, wodurch der in der Kupplung 2 ausgebildete Schlupf zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad vergrößert wird, so dass bei konstanter Antriebsdrehzahl die Antriebsdrehzahl sinkt.
In der 4 ist das Schaltventil 9 in der Form eines stetig regelnden 3/2-Wegeventils ausgebildet. Mittels dieses stetig regelnden Ventils wird der Zulauf von Arbeitsmedium in die hydrodynamische Kupplung 2 stetig dadurch eingestellt, dass mittels des Schaltventils 9 eine gewünschte Menge von dem in das Schaltventil 9 einströmenden Mediums abgezweigt bzw. abgeleitet wird und nur der „Rest" des Arbeitsmediums in die hydrodynamische Kupplung 2 geleitet wird. Selbstverständlich ist es möglich, den abgeleiteten Anteil auf Null zu setzen, so dass die gesamte dem Schaltventil 9 zugeführte Arbeitsmediummenge auch in die hydrodynamische Kupplung 2 geleitet wird. Gleichfalls ist es ebenso möglich, die gesamte dem Schaltventil 9 zugeführte Arbeitsmediummenge abzuleiten, so dass kein Arbeitsmedium in die hydrodynamische Kupplung 2 geführt wird.
Das Schaltventil 9 kann zwei Schaltstellungen bei drei Anschlüssen aufweisen (d. h. als 3/2-Wegeventil ausgeführt sein), wobei in einer ersten Schaltstellung der Fluss von Arbeitsmedium in die hydrodynamische Kupplung 2 unterbrochen wird, und in der zweiten Schaltstellung die Strömungsmenge von in die hydrodynamische Kupplung 2 strömendem Arbeitsmedium, wie dargestellt, geregelt wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein stetig regelndes Ventil vorzusehen, welches nicht als Schaltventil ausgeführt ist, sondern auch die vollständige Unterbrechung des Arbeitsmediumstroms in die hydrodynamische Kupplung 2 durch vollständiges Umleiten des in das Ventil 9 zuströmenden Arbeitsmediums an der hydrodynamischen Kupplung 2 vorbei bewirkt, ohne hierfür in eine zweite Stellung geschaltet zu werden.

Nachfolgend sollen beispielhaft einige Randbedingungen genannt werden, welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Grenzwerte der Regelgrößen verwendet werden können:

Abschaltdruck:	p_Kessel,max = 12,5 ± 0,3 bar (vorgegebener Maximalwert im Druckluftsystem)
Schaltspanne:	Δp = 1,7 ± 0,3 bar
Einschaltdruck:	p_Kessel,ein = 10,8 ± 0,6 bar (vorgegebener Minimaldruckwert im Druckluftsystem)
Bremsanlage Motorfahrzeug	10 bar
Nebenverbraucherkreis	10 bar (Anhänger 8,5 bar)

Gesetzlich geforderte Fülldauer max. 12 min.
Federspeicher Lösedruck p_L = 5,5 ± 0,3 bar (vorgegebener zweiter Minimaldruckwert; ab diesem Kesseldruck kann das Fahrzeug losfahren)

Claims

Verfahren zum Regeln eines Druckluftversorgungssystems eines Kraftfahrzeugs, wobei das System einen Antriebsmotor (1) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs umfasst, der über eine schaltbare hydrodynamische Kupplung (2) in eine Triebverbindung mit einem Luftverdichter (3) schaltbar ist, so dass der Luftverdichter (3) über eine Luftabgabeseite (3.1) ein Druckluftsystem (7) speist; umfassend die folgenden Schritte: 1.1 der Druck im Druckluftsystem (7) wird erfasst und mit einem vorgegebenen Minimalwert verglichen; 1.2 wenn der erfasste Druck unterhalb des vorgegebenen Minimalwertes liegt, wird die hydrodynamische Kupplung (2) mit Arbeitsmedium befüllt, so dass der Luftverdichter (3) gestartet wird; 1.3 beim Start des Luftverdichters (3) wird die Luftabgabeseite (3.1) des Luftverdichters (3) für eine vorbestimmte Zeitspanne, in Abhängigkeit der Drehzahl des Luftverdichters (3) oder der hydrodynamischen Kupplung (2) und/oder in Abhängigkeit des Druckes im Druckluftsystem (7) mit der Umgebung oder einem Niederdrucksystem verbunden, und nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne, bei Erreichen der vorgegebenen Drehzahl und/oder bei einem erfassten Druck im Druckluftsystem (7) unterhalb eines vorgegebenen Druckwertes eines maximalen Gegendrucks, der kleiner als der vorgegebene Minimalwert ist, mit dem Druckluftsystem (7) verbunden, so dass die Einspeisung beginnt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Druck im Druckluftsystem (7) mit einem vorgegebenen Druckwert eines maximalen Gegendruckes beim Verdichterstart verglichen wird, welcher kleiner als der vorgegebene Minimalwert ist, und zwischen den beiden nachfolgenden Schritten ausgewählt wird, von denen genau einer ausgeführt wird: 2.1 wenn der erfasste Druck gleich oder kleiner als der maximale Gegendruck ist, wird die Luftabgabeseite (3.1) beim Start des Luftverdichters (3) sofort derart mit dem Druckluftsystem (7) verbunden, dass mit dem Start des Verdichters (3) sofort eine Einspeisung in das Druckluftsystem (7) erfolgt; 2.2 wenn der erfasste Druck größer als der maximale Gegendruck ist, wird die Luftabgabeseite (3.1) gemäß Schritt (1.3) zunächst mit der Umgebung oder einem Niederdrucksystem verbunden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in eine luftführende Leitung zwischen dem Luftverdichter (3) und dem Druckluftsystem (7), über welche der Luftverdichter (3) Druckluft in das Druckluftsystem (7) einspeist, ein Schaltventil (8), insbesondere ein 3/2-Wegeventil angeordnet ist, welches zur Herstellung der Verbindung gemäß Schritt 1.3 geschaltet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in eine arbeitsmediumleitende Verbindung (5), die an der hydrodynamischen Kupplung (2) derart angeschlossen ist, dass über sie Arbeitsmedium in den Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung (2) eingeleitet werden kann, ein Schaltventil (9), insbesondere ein 2/2-Wegeventil, zum Öffnen und Schließen der arbeitsmediumleitenden Verbindung (5) eingebracht ist, mittels welchem die Befüllung der hydrodynamischen Kupplung (2) gesteuert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Druck im Druckluftsystem (7) mit einem vorgegebenen Maximalwert verglichen wird, und die hydrodynamische Kupplung (2) entleert wird, so dass der Luftverdichter (3) keine Luft mehr in das Druckluftsystem (7) einspeist, wenn der erfasste Druck oberhalb des vorgegebenen Maximalwertes liegt.
Verfahren gemäß der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein 2/3-Wegeventil in die arbeitsmediumleitende Verbindung (5) eingebracht ist, welches zur Steuerung der Befüllung der hydrodynamischen Kupplung (2) verwendet wird und in einen ersten Zustand geschaltet wird, in welchem das 2/3-Wegeventil auf Durchgang geschaltet wird, wenn der erfasste Druck im Druckluftsystem (7) unterhalb des vorgegebenen Minimalwertes liegt und solange der Luftverdichter mit einer Drehzahl unterhalb oder gleich einer maximal zulässigen Drehzahl arbeitet, ferner in einen zweiten Zustand, in welchem das 2/3-Wegeventil auf Sperrung geschaltet wird, wenn der erfasste Druck im Druckluftsystem (7) oberhalb des vorgegebenen Maximalwertes liegt, und in einen dritten Zustand, in welchem das 2/3-Wegeventil auf Drosselstellung geschaltet wird, wenn der erfasste Druck im Druckluftsystem (7) unterhalb des vorgegebenen Maximalwertes liegt und der Luftverdichter (3) mit einer Drehzahl oberhalb einer maximal zulässigen Drehzahl arbeitet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der erfasste Druck oberhalb des vorgegebenen Maximalwertes liegt, die luftleitende Verbindung zwischen der Luftabgabeseite (3.1) des Luftverdichters (3) und dem Druckluftsystem (7) unterbrochen wird, insbesondere dadurch, dass die Luftabgabeseite (3.1) mit der Umgebung oder einem Niederdrucksystem verbunden wird, insbesondere durch Schalten des Schaltventils (8) gemäß Anspruch 3.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die luftleitende Verbindung zwischen der Luftabgabeseite (3.1) des Luftverdichters (3) und dem Druckluftsystem (7) gemäß Anspruch 7 zeitlich verzögert nach dem Beginn der Entleerung der hydrodynamischen Kupplung (2), insbesondere nach dem Schalten des Schaltventils (9) in die Gesperrtstellung, unterbrochen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfasst wird und der erfasste Druck im Druckluftsystem mit einem vorgegeben zweiten Minimalwert, der unterhalb des ersten Minimalwertes liegt, verglichen wird, wobei der zweite Minimalwert einen Federspeicher-Lösedruck einer Bremsanlage des Kraftfahrzeugs darstellt, ab welcher das Kraftfahrzeug fahren darf, und bei einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs größer als Null und einem erfassten Druck im Druckluftsystem (7) unterhalb des vorgegeben zweiten Minimalwertes die Drehzahl des Antriebsmotors (1) erhöht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorschubbetrieb des Fahrzeugs, in welchem Drehenergie von den Rädern des Fahrzeugs auf die Motorabtriebswelle übertragen wird, die hydrodynamische Kupplung (2) stets gefüllt wird, so dass der Luftverdichter von dem Antriebsmotor (1) angetrieben wird, und zugleich, wenn der erfasste Druck im Druckluftsystem (7) den vorgegebenen Maximalwert überschreitet, Druckluft aus dem Druckluftsystem (7) zur Begrenzung des maximalen Drucks im Druckluftsystem (7) abgelassen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck auf der Luftabgabeseite (3.1) des Luftverdichters (3) insbesondere mittels eines Absperrventils oder einer Drossel auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Topographie der Strecke, auf welcher sich das Kraftfahrzeug bewegt, erfasst oder gespeichert wird, und der vorgegebene Minimalwert oder ein zusätzlich vorgegebener dritter Minimalwert in Abhängigkeit der Topographie eingestellt wird, und der Luftverdichter (3) in dem Fall, dass das Kraftfahrzeug eine Steigung hinauffährt, bei Unterschreiten des vorgegebenen Minimalwertes erst bei gleichzeitigem Unterschreiten des vorgegebenen dritten Minimalwertes durch Belüften der hydrodynamischen Kupplung (2) gestartet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Minimalwert oder der vorgegebene dritte Minimalwert in Abhängigkeit von gespeicherten während früheren Fahrten des Fahrzeugs aufgenommenen strecken- oder fahrspezifischen Daten eingestellt wird.