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Die Erfindung betrifft ein Steuerluftsystem, MRCU, zur Bereitstellung von Druckluft mit einem einstellbaren Luftdruck in einen Luftraum, vorzugsweise zur Steuerung des Bremsmomentes eines hydrodynamischen Retarders.
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In einem Kraftfahrzeug ist das Steuerluftsystem für den hydrodynamischen Retarder in der Regel an das Druckluftsystem des Kraftfahrzeugs, beispielsweise die Druckluftversorgung für das Bremsluftsystem, das in Nutzfahrzeugen zum Lösen der Bremsen verwendet wird, angeschlossen.
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Zur Steuerung des Bremsmomentes mittels des Steuerluftsystems gehört neben der Regelung des Druckluftaufbaus, um die Bremsleistung des Retarder zu erhöhen, auch die Regelung des Druckluftabbaus, um die Bremsleistung des Retarders zu verringern.
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Für den Druckabbau ist das Auslassventil eines Steuerluftsystems vorgesehen, wobei der Steuerluftdruck im Bedarfsfall durch definiertes Öffnen und Schließen des Auslassquerschnittes absenkbar ist. Dabei öffnet das Auslassventil immer dann vollständig und dauerhaft, wenn der Luftraum möglichst schnell entlüftet werden soll, das heißt entweder auf eine Anforderung von einem Steuersystem oder beim Vorliegen eines Fehlerzustandes, bei welchem der Luftraum des Retarders möglichst rasch entleert werden muss und daher eine schnelle und vollständige Entlüftung des Luftraums erforderlich ist.
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Für beide Funktionen ist eine schnelle und gut regelbare Regelung gewünscht, die mit bekannten Steuerluftsystemen nur bedingt zu erreichen ist. So sind aus dem StdT unterschiedlich aufgebaute Steuerluftsysteme und Verfahren zur Regelung, Überwachung und Funktionskontrolle bekannt.
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Die
DE 199 29 152 A1 offenbart beispielsweise ein Steuerluftsystem mit Proportionalventileinrichtung zur Steuerung des Bremsmomentes eines Retarders.
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DE 10 2011 106 522 B3 beschreibt ein Steuerluftsystem und ein Verfahren zur Steuerung eines hydrodynamischen Retarders mittels eines Steuerluftsystems. Zur Steuerung des hydrodynamischen Retarders ist ein Luftraum vorgesehen, der über das Steuerluftsystem mit Druckluft befüll- oder entleerbar ist, so dass im Luftraum ein gewünschter Steuerluftdruck eingestellt ist. Der Steuerluftdruck wird mittels eines Sensors erfasst, der zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordnet ist. Die Funktionsfähigkeit des Einlassventils und des Auslassventils wird durch vorgegebene Schaltfolgen allein mittels des durch den Sensor erfassten Steuerluftdruckes festgestellt. Weiterhin wird in der
DE 10 2014 201 750 A1 ein Verfahren zur Überwachung eines Versorgungsdruckes in einem pneumatischen oder hydraulischen Drucksystem beschrieben.
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In beiden Schriften wird ein System offenbart, bei dem zum Schnellentlüften des Luftraums sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil jeweils in seine geöffnete Schaltstellung geschaltet wird. Zugleich wird das vorgeschaltete Einlassventil in seine Ruheschaltung geschaltet, so dass Steuerluft aus dem Luftraum sowohl über das Auslassventil als auch über das Einlassventil und das vorgeschaltete Einlassventil in die Umgebung gelangt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen alternativen Aufbau für ein Steuerluftsystem vorzuschlagen, mit welchem die Funktionalität des Steuerluftsystems verbessert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Steuerluftsystem entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
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Bei dem vorgeschlagenen Steuerluftsystem handelt es sich um ein System zur Bereitstellung von Druckluft mit einem einstellbaren Luftdruck in einem Luftraum, vorzugsweise zur Steuerung des Bremsmomentes eines hydrodynamischen Retarders, wie er in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Das Steuerluftsystem umfasst einen Regelkanal, über den der Luftraum mit dem Steuerluftsystem verbunden ist, eine Druckluftleitung, in welche ein elektrisch betätigbares Einlassventil geschaltet ist, um dem Luftraum Druckluft zuzuführen und einen Entlüftungsanschluss mit einer Entlüftungsleitung, in welche ein elektrisch betätigbares Entlüftungsventil geschaltet ist.
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Zur Verbesserung der Funktionalität des Steuerluftsystems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in dem Regelkanal ein Umschaltventil vorgesehen ist, über das eine Verbindung zwischen Regelkanal und Entlüftungsanschluss herstellbar ist. Die Verbindung kann ein Verbindungskanal zwischen Umschaltventil und Entlüftungskanal sein. Durch die Schaffung der zusätzlichen schnellen Entlüftungsmöglichkeit, kann ein relativ großer Durchlassquerschnitt zu schnellen Entlüftung freigeschaltet werden.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Umschaltventil ein Schnellentlüftungsventil, das auf Basis von Druckdifferenzen, ohne zusätzliche Betätigungsmittel, schaltet. Alternativ könnte auch ein zwangsbetätigtes Ventil eingesetzt werden.
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Weiterhin kann parallel zum Regelkanal eine Bypassleitung zur Überbrückung des Umschaltventils vorgesehen sein. Durch diese Bypassleitung wird erreicht, dass ein Druckausgleich zwischen den vor und hinter dem Schnellentlüftungsventil angeordneten Kanalabschnitten des Regelkanals, stattfinden kann.
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Mittels einer in der Bypassleitung angeordneten Drossel kann der Druckausgleich angepasst werden, so dass eine Schaltung des Schnellentlüftungsventils in die Schnellentlüftungsposition bis zu einem festlegbaren Entlüftungsvolumen pro Zeiteinheit verhindert wird.
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Das Entlüftungsventil ist vorzugsweise als Regelventil ausgeführt, das in zumindest einer Regelstellung einen wirksamen Durchleitungsquerschnitt aufweist, der größer ist als der Durchleitungsquerschnitt durch die Drossel.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Druckluftzuleitung in Strömungsrichtung der Druckluft dem Einlassventil eine Schaltvorrichtung vorgeschaltet ist, die im nicht betätigten Zustand die Druckluftzuleitung zu einem Druckluftanschluss unterbricht.
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Die Schaltvorrichtung kann vorzugsweise ein elektrisch betätigbares Pilotventil und ein pneumatisch betätigbares Vorsteuerventil umfassen, wobei das Vorsteuerventil über eine an den Druckluftanschluss angeschlossene Steuerluftleitung, in der das Pilotventil geschaltet ist, schaltbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführung sind alle Ventile des Steuerluftsystems in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und dieses Gehäuse umfasst integrierte Kanäle, die die Ventile fluidleitend untereinander verbinden.
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Anhand des Ausführungsbeispiels werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert. Die Figur zeigt im Einzelnen:
- 1 Steuerluftsystem mit Schnellentlüftungsventil und Bypass
- 2 Diagnosezyklus
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1 zeigt ein Steuerluftsystem 1 mit Schnellentlüftungsventil und Bypass. Das Steuerluftsystem 1 oder auch MRCU (Mechatronic Retarder Control Modul) genannt, wird für die Steuerung oder Regelung des hydrodynamischen Retarders in einem Kraftfahrzeug benötigt. Der Retarder ist hier nicht komplett dargestellt, da für die Beschreibung der Erfindung die Darstellung des Luftraums 11 ausreicht. Der Luftraum ist ein Raum im Öltank des Retarders. Durch die Befüllung des Luftraums 11, der an dem Regelauslass des Steuerluftsystems angeschlossen ist, wird das im Tank befindliche Öl in den Arbeitsraum des Retarders gedrückt, so dass der Retarder vom Nicht-Bremsbetrieb in den Bremsbetrieb schaltet. Zur Beendigung des Bremsvorgangs wird der Luftraum 11 über die MRCU entlüftet, so dass das Öl aus dem Arbeitsraum zurück in den Tank gepumpt werden kann.
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Das Steuerluftsystem 1 wird über eine nur angedeutete Steuerung 12, der CPU, gesteuert oder geregelt, wobei die elektrisch schaltbaren Ventile 3, 5a, 5b, 6, 13 und der Sensor 8 an dieser angeschlossen bzw. durch diese geschaltet werden. Weiterhin ist ein Nebenauslass A2 vorgesehen, an den ein externes Nebenventil angeschlossen ist, dass ebenfalls über die Steuerung der MRCU ansteuerbar ist.
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Die MRCU 1 ist, wie hier dargestellt, an ein Druckluftsystem 2 angeschlossen. Dies kann beispielsweise die Druckluftversorgung des Betriebsbremssystems sein. Der Anschluss erfolgt über die Schaltvorrichtung, bestehend aus dem elektrisch betätigbaren Pilotventil 3 und dem pneumatisch betätigbaren Vorsteuerventil 4. Das Vorsteuerventil 4 wird über eine an den Druckluftanschluss 2 angeschlossene Steuerluftleitung 9, in der das Pilotventil 3 geschaltet ist, geschaltet. Die beiden Einlassventile 5a, b sind über die Druckluftleitung 7b mit Druckluft versorgbar, wenn das Pilotventil 3 geschaltet bzw. angesteuert wird, so dass das Vorsteuerventil 4 mittels Druckluft betätigt wird und in die Offenstellung schaltet. Im nicht betätigten Zustand wird die Druckluftzuleitung 7a, b zum Druckluftanschluss 2 unterbrochen.
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In der dargestellten Ausführung sind zwei parallel geschaltete Einlassventile 5a, b vorgesehen, die separat ansteuerbar sind. So kann der Strömungswiderstand zumindest in zwei Stufen geregelt werden. Weiterhin können die Einlassventile 5a, b mit unterschiedlichen Durchlassquerschnitten ausgeführt sein. Bei geöffneten Einlassventilen 5a, b und geschlossenem, betätigtem Auslassventil 6, wird der Luftraum 11 befüllt. Entsprechend dem gewünschten Bremsmoment des Retarders erfolgt die Befüllung bis zu einem gewünschten Druck, der mittels des Sensors 8 gemessen wird. Eine entsprechende Regelung des Drucks erfolgt auf Basis dieses Sensormesswertes.
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Um die Bremsleistung zu reduzieren oder in den Nicht-Bremsbetrieb zu schalten, werden die Ventile 5a, b und 6 in die Grundstellung geschaltet und das Auslassventil 6 geöffnet, so dass Druckluft aus dem Luftraum 11 über den Entlüftungsanschluss R entweichen kann.
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Das Befüllen des Luftraums 11 sowie dessen Entlüftung erfolgt über den Regelkanal 16, der den Luftraum mit den Einlassventilen 5a, b und dem Auslassventil 6 verbindet. Im Regelkanal 16 ist ein Schnellentlüftungsventil 17 angeordnet, das über die Druckdifferenz zwischen den Drücken an den Druckbezugspunkten D1 und D2 geschaltet wird. Die Funktion eines derartigen Schnellentlüftungsventils 17 ist allgemein bekannt.
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Beim Befüllen des Luftraums 11, also bei Betätigung von Pilotventil 3, Einlassventilen 5a, b und Auslassventil 6 (in Schließstellung) ist der Druck D2 > D1 sodass das Schnellentlüftungsventil in die Schließstellung geschaltet, in der die Verbindung zur Entlüftungsleitung 10b bzw. dem Entlüftungsanschluss R verschlossen ist.
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Ist der gewünschte Druck im Luftraum 11 beziehungsweise das gewünschte Bremsmoment des Retarders erreicht, werden zumindest die Einlassventile 5a, b stromlos geschaltet, also verschlossen. Zusätzlich kann die Druckluftzufuhr auch durch schalten des Pilotventils 3 unterbrochen werden.
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Die Regelung des Bremsmomentes erfolgt nach der Befüllung des Luftraums 11 über das Auslassventil 6 zur Reduzierung des Drucks D1 und über zumindest eines der Einlassventile 5a, b zur Erhöhung des Drucks D1. Die Druckregelung erfolgt auf Basis der Messwerte von Drucksensor 8.
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Bei der Regelung der Entleerung wird im Wesentlichen zwischen der Feinregelung und der Schnellentlüftung unterschieden. Die Feinregelung des Drucks am Druckbezugspunkt D1 und damit auch im Luftraum 11 des Retarders wird benötigt um das Bremsmoment des Retarders während des Retarderbetriebs anzupassen, wobei die Schnellentlüftung dafür vorgesehen ist, den Retarderbetrieb schnellst möglich zu beenden bzw. den Retarder abzuschalten. Dies ist beispielsweise bei einer Fehlfunktion notwendig.
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Für die Schnellentlüftung des Luftraums 11 muss das Schnellentlüftungsventil 17 in die Entlüftungsstellung schalten, so dass ein relativ großer Durchgangsquerschnitt über die Entlüftungsleitung 10c zur Entlüftungsleitung 10b freigeschaltet wird. Die Schaltung erfolgt, sobald die Drücke an den Druckbezugspunkten D1, D2, und damit auch die Kräfte, die auf das Schaltelement 18 im Schnellentlüftungsventil 17 wirken, eine festgelegte Differenz aufweisen, die über dem Druckunterschied zwischen den Druckbezugspunkten D1 und D2 bestimmt wird, wobei D2 < D1 sein muss, um das Schaltelement 18 in die Entlüftungsstellung zu schalten. Der Druckabbau an D2 erfolgt sobald das Entlüftungsventil 6, welches einen relativ kleinen maximalen Durchlassquerschnitt aufweist, geöffnet wird.
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Um zu verhindern, dass das Schnellentlüftungsventil 17 bei jedem Entlüftungsvorgang schaltet, und damit einen relativ großen Durchlassquerschnitt öffnet, ist es erforderlich, dass die Druckdifferenz zwischen D1 und D2 unterhalb der Schaltdifferenz bleibt, wenn eine Feinregelung des Retarderbremsmomentes notwendig ist. Damit die Druckdifferenz zwischen D2 und D1 auch bei geöffnetem Auslassventil 6 gering bleibt, ist parallel zum Regelkanal 16, in dem das Schnellentlüftungsventil 17 geschaltet ist, ein Bypass 15 vorgesehen. Über den Bypass 15 erfolgt ein Druckausgleich zwischen D1 und D2, der mittels der Drossel 13 einstellbar ist.
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Bei dem Auslassventil 6 handelt es sich um ein Regelventil, mittels dem der Druckabbau an A2 zumindest so geregelt werden kann, dass ein Schalten des Schnellentlüftungsventils 17 in die Entlüftungsstellung verhindert wird oder dass ein Schalten des Schnellentlüftungsventils 17 in die Entlüftungsstellung ausgelöst wird.
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Durch den Bypass 15 wird somit verhindert, dass bei jeder Druckreduzierung das Schnellentlüftungsventil 17 geschaltet wird, was zu einer wesentlich verbesserten Lebensdauer des Schaltelementes 18 im Schnellentlüftungsventil 17 führt.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Steuerluftsystem, die MRCU, in einem Gehäuse als kompakte Einheit zusammengebaut. Die einzelnen Ventile 3, 4, 5a, 5b, 6, 13, 17 haben somit ein gemeinsames Gehäuse und sind untereinander über entsprechende Kanäle/Leitungen im Gehäuse verbunden. Weiterhin sind am Gehäuse die Anschlüsse P, A1, A2, R vorgesehen. Der Drucksensor kann innerhalb oder außerhalb des Gehäuses untergebracht sein.
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Das in 1 dargestellte Steuerluftsystem hat zudem die Funktion, dass die pneumatischen Funktionen der einzelnen Ventile innerhalb des MRCU überprüft werden können. Eine Überprüfung oder Diagnose der Funktionsfähigkeit der MRCU ist vor jedem Start des Fahrzeugs sinnvoll oder sogar erforderlich. Der Diagnosezyklus erfolgt vorzugsweise mit dem Einschalten der Fahrzeugzündung.
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Die MRCU ist weiterhin dafür ausgelegt, dass auch die korrekte Funktion eines am Nebenauslass A2 angeschlossenen Nebenventils geprüft werden kann. Das Erkennen der Funktion des (externen) Nebenventils ist zur Sicherstellung einer weiteren Funktion am Gesamtprodukt Retarder äußerst vorteilhaft.
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Bei dem nachfolgend beschriebenen Diagnosezyklus, wie in 2 dargestellt, werden alle pneumatischen Funktionen der Schaltventile innerhalb des MRCU und des externen Nebenventils überprüft. Einzelne Schritte des Diagnosezyklus können weggelassen werden, wenn es beispielsweise nur ein Einlassventil 5a, b gibt oder wenn kein externes Nebenventil vorhanden ist.
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Das Verfahren zur Überprüfung des Funktionszustandes der Ventile umfasst folgende Schritte:
- Gestartet wird der Diagnosezyklus dadurch, dass die Schaltvorrichtung, also das Pilotventil 3 angesteuert wird, so dass das Vorsteuerventil 4 in der Druckluftzuleitung 7a, b, von einer Schließstellung in eine Offenstellung bewegt wird. Gleichzeitig wird das Auslassventil 6 in eine Schließstellung geschaltet, so dass die Entlüftungsleitung 10a, b verschlossen wird.
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In einem ersten Schritt werden die beiden Einlassventile 5a, b nacheinander getestet, indem jedes für sich, für ein festgelegtes Zeitintervall in die Offenstellung geschaltet werden, so dass der Luftraum 11 über die Druckluftzuleitung 7a, b und den Regelanschluss A1 in zwei Stufen, z.B. erst auf 1 bar und dann auf 2 bar, mit Druckluft befüllt wird. Der gemessene Druck am Sensor 8 steigt damit in zwei Stufen an, wobei nach jedem Druckanstieg auf einen Fehler des jeweils getesteten Einlassventils 5a, b geschlossen werden kann, wenn der vom Sensor 8 wenigstens mittelbar erfasste oder berechnet Druck einen festlegbaren Mindestdruck (1 bar bzw. 2 bar), innerhalb eines festlegbaren Zeitinterwalls, nicht erreicht.
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In einem zweiten Schritt wird die Schaltvorrichtung 3, 4 in die Schließstellung geschaltet, wobei auf einen Fehlerzustand eines der geschlossenen Einlassventile 5a, b oder der Schaltvorrichtung 3, 4 geschlossen wird, wenn der vom Sensor 8 wenigstens mittelbar erfasste oder berechnet Druck, innerhalb eines festlegbaren Zeitinterwalls, auf einen festlegbaren Druck sinkt. Erfolgt kein Druckabfall ist das System dicht.
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In einem Zwischenschritt kann das am Nebenanschluss A2 angeschlossene Nebenventil überprüft werden. Wie dargestellt wird dazu bei geschlossener Schaltvorrichtung 3, 4, das Einlassventil 5b in die Offenstellung geschaltet, wobei auf einen Fehlerzustand des Nebenventils geschlossen wird, wenn der vom Sensor 8 wenigstens mittelbar erfasste oder berechnet Druck, innerhalb eines festlegbaren Zeitinterwalls, unter einen festlegbaren Mindestdruck sinkt. Erfolgt kein Druckabfall ist das System bis zum Nebenventil dicht.
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Zur weiteren Überprüfung der Funktion des Nebenventils, wird das Nebenventil bei geschlossener Schaltvorrichtung (3, 4) und geöffnetem Einlassventil 5b in die Offenstellung geschaltet, wobei auf einen Fehler des Nebenventils geschlossen wird, wenn der vom Sensor 8 wenigstens mittelbar erfasste oder berechnet Druck, innerhalb eines festlegbaren Zeitinterwalls, nicht unter einen festlegbaren Mindestdruck sinkt. Durch das Öffnen des Nebenventils wird der Druck am Sensor 8 durch das Abfließen der Druckluft in das Nebensystem reduziert, bis ein Druckausgleich erfolgt ist. Fällt der Druck am Sensor 8 nicht unter einen festgelegten Druck ist das Nebensystem dicht.
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In einem dritten Schritt wird das Auslassventil 6 in die Offenstellung geschaltet werden, wobei auf einen Fehlerzustand des Auslassventils 6 geschlossen wird, wenn der vom Sensor (8) wenigstens mittelbar erfasste oder berechnet Druck nicht innerhalb eines festlegbaren Zeitinterwalls auf den Umgebungsdruck sinkt.
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Falls erwünscht ist es ebenfalls möglich, den Ausgang A2 über die temporäre Öffnung der Einlassventile 5a und/oder 5b und das stromlos geöffnete Entlüftungsventil 6 zu entlüften bzw. drucklos zu schalten. Im Fehlerfall ist es weiterhin denkbar, dass eine Entlüftung des Regelanschlusses A1 über die temporäre Öffnung des nicht dargestellten Nebenventils erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuerluftsystem
- 2
- Druckluftanschluss
- 3
- Pilotventil
- 4
- Vorsteuerventil
- 5a, b
- Einlassventil
- 6
- Entlüftungsventil
- 7a, b
- Druckluftleitung
- 8
- Drucksensor
- 9
- Steuerluftleitung
- 10a, b, c
- Entlüftungsleitung
- 11
- Luftraum
- 12
- Steuereinrichtung
- 13
- Drossel
- 14
- Nebenleitung
- 15
- Bypasskanal
- 16
- Regellkanal
- 17
- Schnellentlüftungsventil
- 18
- Schaltelement
- A1
- Regelanschluss
- A2
- Nebenanschluss
- D1, D2
- Druckbezugspunkt
- R
- Entlüftungsanschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19929152 A1 [0006]
- DE 102011106522 B3 [0007]
- DE 102014201750 A1 [0007]
