Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckluftaufbereitung in Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Druckluftversorgungssysteme werden in Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen eingesetzt, um Druckluftverbraucher des Fahrzeugs mit Druckluft zu versorgen. Derartige Druckluftverbraucher sind beispielsweise Betriebsbremsen, eine Luftfederungseinrichtung, pneumatische Getriebeschalteinrichtungen oder dergleichen. Die aus der Umgebung vom Kompressor angesaugte Luft ist im Allgemeinen mit Feuchtigkeit und Verunreinigungen belastet. Moderne Druckluftversorgungssysteme umfassen deshalb eine hier allgemein als Lufttrockner bezeichnete Einrichtung, in der die vom Kompressor bereitgestellte Druckluft durch Lufttrocknungsmittel von Feuchtigkeit sowie durch Filter und Abscheider von weiteren Kondensaten und Partikeln befreit wird, um eine Beschädigung bzw. Funktionsbeeinträchtigung der Druckluftverbraucher zu verhindern.

Typische Lufttrockner verwenden ein Trocknungsmaterial, welches nach einer bestimmten Betriebszeit mittels in einem Regenerationsreservoir gespeicherter, über den Lufttrockner geführter und über ein zugeordnetes Entlüftungsventil entlüfteter Systemluft regeneriert wird. Der Regenerationsmodus erfolgt üblicherweise dann, wenn der Betriebsdruck einen vorgegebenen Wert erreicht hat, d.h. das Druckluftsystem befüllt ist. Dann wird über einen vom Betriebsdruck angesteuerten, im Allgemeinen pneumatischen Governor der Kompressor von einem Betriebszustand "Fördern" in einen Betriebszustand "Warten" umge- schaltet, so dass sich der Systemdruck nicht weiter erhöhen kann. Zum anderen wird der Lufttrockner von einem Betriebszustand "Förderung" in einen Betriebszustand "Regeneration" umgeschaltet, wobei die dem Regenerationsreservoir entnommene Regenerationsluft den Lufttrockner üblicherweise entgegen der Förderrichtung durchströmt und über das Entlüftungsventil in die Umgebung entlüftet wird. Der allein vom Systemdruck vorgegebene starre Zyklus von "Förderung" und "Regeneration" berücksichtigt nicht einen unterschiedlich hohen Druckluftverbrauch und damit unterschiedlich hohe Regenerationsanforderungen. In Phasen mit sehr hohem Luftverbrauch kann es vorkommen, dass die verfügbare Luftmenge bei normalem Systemverhalten (Fördern bis zum Abschaltdruck, dann einmalige Regeneration) nicht ausreicht, um eine ausreichende Trocknung sicherzustellen, so dass die Qualität der zur Verfügung stehenden Druckluft stark variiert, und zwar nicht nur von Fahrzeug zu Fahrzeug, sondern auch während des Tagesbetriebes eines Fahrzeugs.

Die DE 10 2010 024 476 A1 zeigt und beschreibt ein Druckluftsteuerungsverfahren und eine Druckluftsteuerungseinrichtung mit einem pneumatisch betätigbaren Governor, wie sie weiter oben schon beschrieben wurden. Um zu ermöglichen, dass der Kompressor auch angesteuert werden kann, wenn der Systemdruck noch nicht ausreicht, um den Governor zu schalten, ist ein in einer den Governor umgehenden Druckluftleitung angeordnetes zusätzliches Zufuhrsteuerventil vorgesehen, mittels dem zum Schalten des Betriebszustandes des Kompressors der Systemdruckeingang unabhängig vom Systemdruck pneumatisch mit dem Kompressorsteuerausgang verbindbar ist. Dadurch kann die Kompressorsteuerleitung mit dem Systemdruck beaufschlagt werden, auch wenn der Systemdruck noch nicht zum Umschalten des Entlüftungssteuerventils ausreicht. Auf diese Weise kann der Kompressor ausgeschaltet bzw. in einen Betriebszustand "Warten" geschaltet werden, ohne dass gleichzeitig ein Regenerationsvorgang bzw. Spülvorgang im Lufttrockner ausgelöst wird. Zweck dieser Maßnahme ist es, den Kompressor ausschalten zu können, wenn beispielsweise die gesamte Motorleistung für den Vortrieb des Kraftfahrzeuges benötigt wird. Die Ansteuerung des Lufttrockners bleibt nach wie vor abhängig von dem Schaltzustand des pneumatisch über den Systemdruck angesteuerten Governor, so dass eine effizientere Ansteuerung des Lufttrockners nicht möglich ist.

Aus der US 6,036,449 ist es auch bereits bekannt, einen elektrisch angesteuerten Governor zu verwenden, um die starren Grenzen, bei denen der Governor umschaltet, aufzuheben. Eine elektronische Steuereinrichtung kann unabhängig vom jeweiligen Systemdruck die Steuerleitung des Entlüftungsventils und die Steuerleitung des Kompressors mit dem aktuellen Systemdruck beaufschlagen oder diese beiden Steuerleitungen entlüften. Auf diese Weise wird ein flexibleres Steuern der Regeneration des Lufttrockners ermöglicht. Der Zweck dieser Maßnahme besteht vor allem darin, zu verhindern, dass die Zylinderkopftemperaturen des Kompressors zu hoch werden, vielmehr diese in vorgegebenen Grenzen zu halten, um die Laufzeit des Kompressors zu verlängern. Eine gezielt effiziente Ansteuerung insbesondere des Lufttrockners ist aber nicht vorgesehen.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Druckluftaufbereitung in Kraftfahrzeugen sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen, die eine weitergehende Optimierung des Förderbetriebs bzw. des Regenerationsbetriebs ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Verfahrensanspruchs 1 sowie des unabhängigen Einrichtungsanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den diesen jeweils nachgeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine flexible Ansteuerung des Kompressors einerseits und des Lufttrockners andererseits die Förderzeiten möglichst kurz gehalten werden können, und damit mehr Zeit für die Regeneration zur Verfügung steht. Demnach geht die Erfindung einerseits von einem Verfahren zur Druckluftaufbereitung in Kraftfahrzeugen aus, bei dem von einem vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs angetriebenen Kompressor Umgebungsluft angesaugt und verdichtet wird, in einem nachgeordneten Lufttrockner getrocknet und zu Druckluftverbrauchern gefördert wird, wobei ferner der Lufttrockner mittels in einem Regenerationsreservoir gespeicherter, über den Lufttrockner geführter und über ein zugeordnetes Entlüftungsventil entlüfteter Systemluft regeneriert wird, und bei dem bei vorgegebenen Betriebszuständen mittels eines elektrisch angesteuerten Governors zwischen einer Förderphase und einer Regenerationsphase umgeschaltet wird. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass zumindest in Phasen hohen Druckluftverbrauchs für die Förderphase des Kompressors der Fahrbetrieb mit hoher Drehzahl des Antriebsmotors genutzt wird, und dass für die Regenerationsphase zumindest, jedoch bevorzugt der Standbetrieb bei Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors genutzt wird.

Bei hoher Drehzahl des Antriebsmotors ist auch die Drehzahl des Kompressors und damit dessen Förderleistung hoch, so dass die Förderphase zeitlich kurz gehalten wird. Die Regenerationsphase erfolgt vorzugsweise im Standbetrieb, also bei Fahrzeugstillstand, wenn der den Kompressor antreibende Antriebsmotor die Leerlaufdrehzahl hat, die für den Förderbetrieb, also für die Versorgung der Druckluftverbraucher und insbesondere das Befüllen der diesen zugeordneten Druckluft-Vorratsbehälter nicht optimal ist.

Die genannte Betriebsweise wird nicht immer genutzt, sondern vorzugsweise nur in Phasen mit einem besonders hohen Druckluftverbrauch. In Phasen mit vergleichsweise niedrigem oder normalem Druckluftverbrauch werden dagegen herkömmliche Betriebsweisen genutzt, etwa die Drucklufterzeugung im Schubbetrieb des Fahrzeugs, so dass im Antriebsmotor kein Kraftstoff für die Drucklufterzeugung im angekoppelten Kompressor verbraucht wird. In Phasen mit vergleichsweise niedrigem oder normalem Druckluftverbrauch wird die Regenerationsphase bevorzugt im Lastbetrieb des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach Phasen mit hohem Druckluftverbrauch unabhängig vom aktuellen Systemdruck, also unabhängig davon, ob der aktuelle Systemdruck eine Druckluftförderung verlangt oder nicht, eine oder mehrere Regenerationsphasen mit zwischenzeitlichem teilweisem oder vollständigem Wiederauffüllen des Regenerationsreservoirs stattfinden. Bei mehreren aufeinander folgenden Regenerationsphasen erfolgt ein mehrmaliges Befüllen des Regenerationsreservoirs und eine jeweils anschließende Regenerationsphase, wobei auch jeweils eine nur teilweise Entleerung des Regenerationsreservoirs möglich ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird bei hoher Trocknerbeanspruchung die Spanne bzw. das Druckband zwischen dem Einschaltdruck und dem Abschaltdruck des Kompressors verkleinert und dadurch die Regenerationsfrequenz erhöht. Diese Maßnahme erfolgt, auch wenn der Abschaltdruck noch nicht erreicht ist, jeweils dann, wenn der beispielsweise errechnete Wassereintrag eine vorgegebene Regenerationsmenge erreicht oder übersteigt. Diese beiden beschriebenen Maßnahmen können auch während des Fahrbetriebes erforderlich sein und durchgeführt werden. Eine vollständige Befüllung des Systems erfolgt dann beispielsweise im Schub- oder Bremsbetrieb des Fahrzeuges in energiesparender Weise.

Eine weitere Unterstützung des Regenerationsvorgangs erfolgt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch, dass in der Regenerationsphase zusätzlich zur Regenerationsluft aus dem Regenerationsreservoir vom Kompressor geförderte bzw. in Druckluft- Vorratsbehältern gespeicherte Systemluft in den Lufttrockner geleitet wird. Diese zusätzlich zugeleitete Systemluft wird gemäß der Erfindung von einer vom Governor zum Entlüftungsventil führenden Steuerdruckleitung abgezweigt.

Eine Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst einen von einem Antriebsmotor antreibbaren Kompressor, einen die- sem nachgeordneten Lufttrockner mit einem mit diesem über eine Regenerationsluftleitung sowie einen Regenerationslufteingang verbundenen Regenerationsreservoir, und mit einem Entlüftungsventil zum Entlüften der Regenerationsluft, ferner umfassend dem Lufttrockner nachgeordnete Druckluftverbraucher sowie einen Governor, welcher den Kompressor pneumatisch zwischen einem Förderbetrieb und einem Wartebetrieb sowie entsprechend den Lufttrockner zwischen einem Trocknerbetrieb und einem Regenerationsbetrieb umschaltet. Außerdem ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Governor ein elektrisch angesteuertes, über eine pneumatische Kompressorsteuerleitung mit dem Kompressor verbundenes Kompressorsteuerventil sowie ein elektrisch angesteuertes, über eine pneumatische Lufttrocknersteuerleitung mit dem Entlüftungsventil des Lufttrockners verbundenes Lufttrocknersteuerventil aufweist. Sowohl das Kompressorsteuerventil als auch das Lufttrocknersteuerventil kann jeweils über eine elektronisches Steuergerät (ECU) unabhängig vom aktuellen Systemdruck angesteuert werden, so dass die vorne beschriebenen Verfahrensvorgänge im Sinne der vorliegenden Erfindung optimiert werden können.

Um die dem Lufttrockner zusätzlich zu der vom Regenerationsreservoir gelieferten Regenerationsluft vom Kompressor geförderte oder gegebenenfalls in den Druckluftverbrauchern zugeordneten Druckluftbehältern gespeicherte Systemluft zuführen zu können, ist gemäß einer Ausgestaltung dieser Einrichtung vorgesehen, dass von der Lufttrocknersteuerleitung eine mit dem Regenerationslufteingang des Lufttrockners verbundene zweite Leitung abzweigt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in der gerade genannten Zweigleitung ein in Richtung zum Lufttrockner öffnendes viertes Rückschlagventil und eine erste kleine Blende angeordnet ist, wobei die erste kleine Blende so ausgelegt ist, dass sie an ihrer stromaufwärtigen Seite, also in der Luft- trocknersteuerleitung, einen ausreichenden Steuerdruck für das Entlüftungsventil sicherstellt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Regenerationsreservoir in Reihe zwischen dem Lufttrockner und den beiden Druck- luftverbrauchern angeordnet ist, dass der Lufttrockner und das Regenerationsreservoir über eine Befüllleitung miteinander verbunden sind, in der ein zum Regenerationsreservoir hin öffnendes fünftes Rückschlagventil angeordnet ist, dass das Regenerationsreservoir über eine Entleerungsleitung mit dem Lufttrockner verbunden ist, und dass in der Entleerungsleitung eine zweite kleine Blende angeordnet ist.

Das Kompressorsteuerventil und das Lufttrocknersteuerventil sind jeweils als

3/2-Wegeventile ausgebildet, die in einer ersten Schaltstellung eine Systemdruckleitung mit der jeweils zugeordneten Kompressorsteuerleitung bzw. mit der Lufttrocknersteuerleitung verbinden, und in der zweiten Schaltstellung die jeweils zugeordneten Steuerleitungen von der Systemdruckleitung trennen und mit einem Entlüftungsport verbinden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Druckluftaufbereitung mit einem elektrisch angesteuerten Governor, und

Fig. 2 eine andere Ausgestaltung einer derartigen Einrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung umfasst einen von einem nicht dargestellten Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges antreibbaren Kompressor 2, einen diesem nachgeordneten kombinierten Lufttrockner 4 und Luftreiniger sowie diesem über ein erstes Rückschlagventil 6 und einen Beruhigungs- und Kondensationstank 8 (wet tank) sowie über zweite und dritte Rückschlagventile 10, 12 nachgeordnete erste und zweite Druckluft-Vorratstanks 14, 16 für unterschiedliche Druckluftverbraucher, beispielsweise eine Hinterachsbremsanlage und einer Vorderachsbremsanlage. Von einer zwischen dem Kompressor 2 und dem Lufttrockner 4 angeordneten ersten Druckluftleitung 18 zweigt eine Entlüftungsleitung 20 ab, die zu einem Entlüftungsventil 22 führt. Von einer zwischen dem Lufttrockner 4 und dem Beruhigungs- und Kondensationstank 8 angeordneten zweiten Druckluftleitung 24 zweigt eine Regenerationsluftleitung 26 ab, die über eine Blende 28 zu einem Regenerationsreservoir 30 führt.

Von einer die beiden Druckluft- Vorratstanks 14, 16 versorgenden dritten Druckluftleitung 32 zweigt eine Systemdruckleitung 34 ab, die zu einem Gover- nor 36 führt, welcher nachstehend im Einzelnen beschrieben wird. Die insoweit beschriebene Einrichtung hat einen im Wesentlichen herkömmlichen Aufbau, so dass die darin enthaltenen Komponenten und deren Funktionen nicht im Einzelnen dargelegt werden brauchen.

Der Governor 36 umfasst ein elektrisch angesteuertes, über eine pneumatische Kompressorsteuerleitung 38 mit dem Kompressor 2 verbundenes Kompressorsteuerventil 40 und ein elektrisch angesteuertes, über eine pneumatische Lufttrocknersteuerleitung 42 mit dem Entlüftungsventil 22 des

Lufttrockners 4 verbundenes Lufttrocknersteuerventil 44. Dem Governor 36 ist ein elektronisches Steuergerät 46 (ECU) zugeordnet, welches das Kompressorsteuerventil 40 und das Lufttrocknersteuerventil 44 elektrisch ansteuern kann. Der Governor 36 weist einen Drucksensor 70 auf, mittels dem der Luftdruck in der Systemdruckleitung 34 messbar ist. Der Druckluftsensor 70 kann wie in den Figuren dargestellt im Steuergerät 46 oder in dem Beruhigungs- und Kondensationstank 8 oder in dem ersten oder dem zweiten Druckluft- Vorratstank 14, 16 oder direkt in der dritten Druckluftleitung 32 oder der Systemdruckleitung 34 angeordnet sein. Wie an sich bekannt ist, können die Messwerte eines solchen Drucksensors 70 auch von einem anderen Steuergerät an das Steuergerät 46 des Governors 36 herangeführt werden, beispielsweise über eine Datenbusleitung.

In einer anderen Bauform kann vorgesehen sein, dass alle Magnetventile, nämlich das Entlüftungsventil 22, das Kompressorsteuerventil 40 und das Lufttrocknersteuerventil 44, sowie das Steuergerät 46 in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sind. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Entlüftungsventil 22, das Kompressorsteuerventil 40 und das Lufttrocknersteuerventil 44 in einem Steuerblock zusammengefasst sowie an das Gehäuse des Lufttrockners 4 angeflanscht sind. Genauso kann der das Entlüftungsventil 22, das Kompressorsteuerventil 40 und das Lufttrocknersteuerventil 44 umfassende Steuerblock, das Steuergerät 46 und der Lufttrockner 4 als separate Geräte ausgebildet sein.

Das Kompressorsteuerventil 40 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet, welches in der dargestellten Schaltstellung die Kompressorsteuerleitung 38 über einem ersten Entlüftungsport 48 entlüftet und damit den Kompressor 2 in seinen Fördermodus schaltet. In der zweiten, nicht dargestellten Schaltstellung wird die den Systemdruck führende Systemdruckleitung 34 mit der Kompressorsteuerleitung verbunden, wodurch der Kompressor 2 in seinen Wartemodus geschaltet wird.

Das Lufttrocknersteuerventil 44 ist ebenfalls als 3/2-Wegeventil ausgebildet, welches in der dargestellten Schaltstellung die Lufttrocknersteuerleitung 42 mit einem zweiten Entlüftungsport 50 verbindet, und damit das federbelastete Entlüftungsventil 22 in die dargestellte Schließstellung schaltet. In seiner zweiten Schaltstellung verbindet das Lufttrocknersteuerventil 44 die Systemdruckleitung 34 mit der Lufttrocknersteuerleitung 42, so dass das Entlüftungsventil 22 in eine Entlüftungsstellung geschaltet wird, bei der die Entlüftungsleitung 20 über einen Schalldämpfer 52 entlüftet wird.

Wegen der elektrischen Ansteuerung sowohl des Kompressorsteuerventils 40 als auch des Lufttrocknersteuerventil 44 kann die Einrichtung unabhängig von dem Systemdruck, also unabhängig davon, ob das System vollständig befüllt ist oder nicht, in die weiter vorne beschriebenen Betriebsmodi geschaltet werden. Wie die Fig. 1 weiter erkennen lässt, zweigt von einem mit der Lufttrocknersteuerleitung 42 verbundenen Leitungsabschnitt eine Zweigleitung 54 ab, über die über ein viertes Rückschlagventil 56 und eine erste kleine Blende 58 dem Regenerationslufteingang 60 des Lufttrockners 4 zusätzlich zu der aus dem Regenerationsreservoir 30 zugeführten Regenerationsluft Systemluft zugeführt werden kann, um den Regenerationsvorgang des Lufttrockners 4 zu beschleunigen. Die erste kleine Blende 58 ist so ausgelegt, dass stromaufwärts derselben und damit in der Lufttrocknersteuerleitung 42 ein für Steuerungszwecke ausreichend hoher Steuerdruck erhalten bleibt. Die kleine Blende 58 kann mechanisch verschließbar sein, um die Zweigleitung absperren zu können, wenn zusätzliche Systemluft für den Regenerationsvorgang nicht gebraucht wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung entspricht in ihrem wesentlichen Aufbau der Einrichtung gemäß der Fig. 1 , so dass eine ins Einzelne gehende Beschreibung der übereinstimmenden Komponenten und Funktionen nicht erforderlich ist. Die Einrichtung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Einrichtung gemäß Fig. 1 jedoch in zweierlei Hinsicht:

Die in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnete Systemdruckleitung ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 nicht vorhanden, so dass im Regenerationsmodus dem Lufttrockner 4' keine zusätzliche Systemluft zur Unterstützung des Regenerationsvorgangs zugeführt werden kann.

Um das Befüllen des Regenerationsreservoirs 30' insbesondere für den Fall von mehrfach hintereinander durchzuführenden Regenerationsvorgängen zu erleichtern, ist das Regenerationsreservoir 30' zwischen dem Lufttrockner 4' und den beiden Druckluft- Vorratstanks 14', 16' in Reihe angeordnet, wobei das Befüllen des Regenerationsreservoirs 30' über eine vom Lufttrockner 4' kommende Befüllleitung 62 sowie ein darin angeordnetes, zum Regenerationsreservoir 30' hin öffnendes fünftes Rückschlagventil 64 erfolgt. Das Entleeren des Regenerationsreservoirs 30' in Richtung zum Regenerationslufteingang 60 des Lufttrockners 4' erfolgt über eine Entleerungsleitung 66 sowie eine darin angeordnete zweite kleine Blende 68 erfolgt, die der Blende 28 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 entspricht. Zum Befüllen muss die Druckluft demnach keine Blende passieren.

Der Aufbau und die Funktion des Governors 36' und des damit zusammenwirkenden Steuergerätes 46' entsprechen denen des Governors 36 und des Steuergerätes 46 der Fig. 1.

Bezugszeichen

2 Kompressor

4 Lufttrockner- und Luftreiniger

4' Lufttrockner- und Luftreiniger

6 Erstes Rückschlagventil

8 Beruhigungs- und Kondensationstank

10 Zweites Rückschlagventil

12 Drittes Rückschlagventil

14 Druckluftverbraucher, erster Druckluft- Vorratstank

14· Druckluftverbraucher, erster Druckluft- Vorratstank

16 Druckluftverbraucher, zweiter Druckluft-Vorratstank

16' Druckluftverbraucher, zweiter Druckluft- Vorratstank

18 Erste Druckluftleitung

20 Entlüftungsleitung

22 Entlüftungsventil

24 Zweite Druckluftleitung

26 Regenerationsluftleitung

28 Blende

30 Regenerationsreservoir

30' Regenerationsreservoir

32 Zweite Druckluftleitung

34 Systemdruckleitung

36 Governor

36' Governor

38 Kompressorsteuerleitu ng

40 Kompressorsteuerventil

42 Lufttrocknersteu erleitu ng

44 Lufttrocknersteuerventil

46 Steuergerät

46' Steuergerät

48 Erster Entlüftungsport Zweiter Entlüftungsport

Schalldämpfer

Zweigleitung

Viertes Rückschlagventil

Erste kleine Blende

Regenerationslufteingang

Befüllleitung

Fünftes Rückschlagventil

Entleerungsleitung

Zweite kleine Blende

Drucksensor