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Patent Searching and Data


Title:
VACUUM SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/193083
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an internal combustion engine with a fluid reservoir and a fluid/steam accumulator. The fluid/steam accumulator is connected to a valve via a first connecting line, and the valve is connected to an electrically driven vacuum pump. The electrically driven vacuum pump has a first inlet which is designed to carry out a suction function and a second inlet which is designed to carry out a flushing function.

Inventors:
SCHÖNWALD FREDDY (DE)
SCZESNY CARSTEN (DE)
ZIEHR DANIEL (DE)
PYRDOK BENJAMIN
Application Number:
PCT/EP2015/062004
Publication Date:
December 23, 2015
Filing Date:
May 29, 2015
Export Citation:
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Assignee:
MAGNA POWERTRAIN BAD HOMBURG GMBH (DE)
International Classes:
F02M25/08; B60T13/46; B60T17/02; F01C1/344; F01C21/08; F04C2/344
Foreign References:
DE102009049024A12011-04-14
DE19942011A12001-03-08
DE102008052763A12010-04-29
US20020098099A12002-07-25
US20070297928A12007-12-27
EP2652306A12013-10-23
Attorney, Agent or Firm:
RAUSCH, Gabriele (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Vakuumsystem (40) in einem Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine (30) und einem Tank (33) und einem damit verbundenen Dampfspeicher (35), wobei Dampfspeicher (35) eine Verbindungsleitung (37) zum Spülen aufweist, und einer elektrisch getriebenen Vakuumpumpe (1 ), deren mindestens eine Auslass(17) zur Verbrennungskraftmaschine oder zum Ansaugtrakt führt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektrisch angetriebene Vakuumpumpe (1 ) einen ersten Einlass (15) aufweist, der als Anschluss an das Vakuumsystems des Fahrzeugs dient und einen zweiten Einlass (1 6), der mit der Verbindungsleitung (37) zum Spülen des Dampfspeichers (35) durch Absaugen verbunden ist.

2. Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Einlass (15,1 6) zu getrennten Druckraumeingängen (1 1 ,12) führen.

3. Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckraumeingänge (1 1 ,12) auch im Arbeitsraum getrennt sind.

4. Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckraumeingänge (1 1 ,12) nur einen sehr kurze Zeit in einer Kurzschlussverbindung stehen.

5. Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass die der zweite Einlass (1 6) mit einem Spülluftventil (38) in der Verbindungsleitung (37) zum Dampfspeicher (35) versehen ist.

6. Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass das Spülluftventil (38) vor der Vakuumpumpe (1 ) oder in der Vakuumpumpe angeordnet ist.

7. Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung mindestens ein weiteres Ventil (41 ) am ersten Einlass (15) steuert

8. Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der elektrischen Vakuumpumpe und mindestens eines der Ventile von einem gemeinsamen Steuergerät (39) erfolgt.

9. Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung das Spülluftventil (38) temporär öffnet.

10. Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumsystem drei Betriebszu- stände für die Vakuumpumpe (1 ) aufweist, indem die Ventile (38, 41 ) beide geöffnet, oder das eine oder das andere geschlossen ist.

1 1 . Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (1 ) von einem BLDC Motor getrieben ist.

12. Verfahren zum Betrieb eines Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (1 ) sowohl eine Funktion zur Herstellung von Vakuum für Ver- braucher (14) im Kraftfahrzeug als auch eine Funktion zum Spülen Dampfspeichers (35) eines Tanks (33) ausführt.

Description:
Vakuumsystem und Verfahren zum Betrieb desselben

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Tank und einem damit verbundenen Dampfspeicher, wobei der Dampfspeicher eine Verbindungsleitung zum Spülen aufweist, und einer elektrisch getriebenen Vakuumpumpe, deren Auslass zur Verbrennungskraftmaschine führt.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Vakuumsystems.

Stand der Technik Um den erhöhten Anforderungen des Klimaschutzes gerecht zu werden, sehen sich die Automobilhersteller gezwungen, die C0 2 Emissionen ihrer Fahrzeugflotten zu reduzieren und so den aufkommenden Normen zu entsprechen. Bis sich der Elektroantrieb technisch und wirtschaftlich nachhaltig darstellen lässt, behält der Verbrennungsmotor wohl seine dominierende Stellung als Antriebsquelle für Pkw und Nutzfahrzeuge. Begleitend zu verschiedenen Maßnahmen sollen die Reibungswiderstände der Verbrennungskraftmaschine bezüglich Wasser- und Vakuumpumpen reduziert werden. Anstatt also einen mit dem Motor mitdrehenden Antrieb für Pumpen zu verwenden, sieht man elektrische Pumpen als Lösung an, die nur bei Bedarf zugeschaltet werden und im Ruhezustand keinerlei zusätzlichen Reibwiderstand aufweisen.

Eine elektrische Vakuumpumpe, EVP deckt dabei unter Umständen den gesamten Vakuumbedarf eines Fahrzeugs ab, speziell in Elektro-, Hybrid- und Dieselfahrzeugen, sowie bei der Benzindirekteinspritzung. Darüber hinaus kommt die EVP zum Einsatz, wenn der Verbrennungsmotor moderner Fahrzeuge kein ausrei- chendes Vakuum zum Betrieb des Bremskraftverstärkers und unterdruckgesteuer- ter Aktuatoren liefert.

Durch gesteuerten und abrufbaren Unterdruck unabhängig vom Antriebsstrang, trägt eine EVP zur Reduktion des C02 Ausstoß konventioneller Verbrennungsmo- toren bei.

Weiterhin verfügen moderne Kraftfahrzeuge in der Regel über ein Tankentlüftungssystem. Die im Kraftstofftank entstehenden Kraftstoffdämpfe werden in einen Kraftstoffdampfspeicher geleitet. Der Kraftstoffdampfspeicher weist einen Aktiv- kohlefilter auf. Im Aktivkohlefilter werden die aus dem Kraftstoff austretenden

Kohlenwasserstoffe aufgefangen und zurückgehalten. Sobald die maximale Partikelbeladung erreicht ist, muss der Aktivkohlefilter gespült werden.

Über ein Spülluftventil wird der Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Kraftstoffdampfspeicher verbunden und durch Unterdruck ein Volumenstrom durch den Filter gezogen. Die Kraftstoffdämpfe gelangen so in den Luftansaugbereich des Verbrennungsmotors und werden mitverbrannt.

Um politische Emissionsziele zu erreichen werden oftmals sehr feine Aktivkohlefilter eingesetzt. Diese fungieren aber als Drossel gegenüber der Luftzufuhr, es wird also mehr Unterdruck zur Aufrechterhaltung eines Volumenstroms benötigt. Durch Verkleinerung der Motoren werden diese vermehrt mit offenen Drosselklappen betrieben, so dass das Niveau des Unterdrucks im Ansaugtrakt sinkt, also weniger Unterdruck für einen Spülvorgang zur Verfügung steht.

Somit muss die Spülluftfunktion über eine elektrische Spülpumpe dargestellt wer- den.

Aus der EP 2652306 A1 ist eine Anordnung zum Spülen bekannt. In der Belüftungsleitung für den Kraftstoffdampfspeicher ist eine Spülluftpumpe angeordnet, die in die Ventileinheit zur Steuerung der Belüftung des Kraftstoffdampfspeichers integriert ist. Um die Anforderungen an C02-Ausstoßminimierung sowie modernen Kraftstoffdampfrückführungen gerecht zu werden, werden somit unterschiedliche Pumpensysteme verwendet, die wiederum Zusatzgewicht bringen. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Vakuumsystem für ein Kraftfahrzeug zu entwickeln, das verschiedenen Druckaufgaben im Fahrzeug übernimmt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Vakuumsystem in einem Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Tank und einem damit verbun- denen Dampfspeicher, wobei der Dampfspeicher eine Verbindungsleitung zum Spülen aufweist, und einer elektrisch getriebenen Vakuumpumpe, deren mindestens ein Auslass zur Verbrennungskraftmaschine führt, wobei die elektrisch angetriebene Vakuumpumpe einen ersten Einlass aufweist, der als Anschluss an das Vakuumsystems des Fahrzeugs dient und einen zweiten Einlass, der mit der Ver- bindungsleitung zum Spülen des Dampfspeichers verbunden ist.

Durch die Integration des Spülvorgang in eine Vakuumpumpe, die bereits im System vorgesehen ist, wird das gesamte Vakuumsystem im Kraftfahrzeug optimiert. Es wird eine zusätzliche Spülpumpe eingespart und das Gesamtsystem dadurch auch kostenmäßig optimiert.

Es ist dabei von Vorteil, dass der erste und der zweite Einlass zu getrennten Druckraumeingängen in der Vakuumpumpe führen. Dadurch ist es möglich die Pumpe für die beiden Funktionen optimal zu verwenden.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die Druckraumeingänge auch im Arbeitsraum getrennt sind oder nur eine sehr kurze Zeit in einer Kurzschlussverbindung stehen.

Um den Spülvorgang optimal anzusteuern ist vor dem zweiten Einlass ein Spülluftventil in der Verbindungsleitung zum Dampfspeicher vorgesehen. Dabei kann das Ventil vor der Vakuumpumpe oder in der Vakuumpumpe angeordnet sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Steuerung der elektrischen Vakuumpumpe und des Ventils von einem gemeinsamen Steuergerät.

Für den Spülvorgang ist es vorteilhaft, dass die Steuerung mit dem Steuergerät- das Ventil temporär öffnet.

Auch kann die Steuerung mit dem Steuergerät mindestens ein weiteres Ventil am ersten Einlass steuern.

Das Vakuumsystem mit der Vakuumpumpe weist drei Betriebszustände auf, indem die Ventile beide geöffnet, oder das eine oder das andere geschlossen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Vakuumpumpe sowohl einen Funktion zur Herstellung von Vakuum für Verbraucher im Kraftfahrzeug als auch eine Funktion zum Spülen eines Dampfspeichers ausführt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung wird in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Systems

Figur 2 und 3 zeigen jeweils einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Vakuumpumpe mit Rotor in unterschiedlichen Stellungen. In der Figur 1 ist schematisch ein Vakuumsystem 40 dargestellt, dass die erfindungsgemäße Lösung genutzt. Eine Verbrennungskraftmaschine 30 weist eine Ansaugseite 31 und eine Abgasseite 32 auf. Die Verbrennungskraftmaschine 30 ist über eine Kraftstoff zufuhr 34 mit einem Tank 33 verbunden, an dem schema- tisch eine Einfülleinheit skizziert ist. Dem Tank 33 zugeordnet ist ein Dampfspeicher 35, der einen Aktivkohlefilter enthält. An der Verbrennungskraftmaschine 30 ist eine Vakuumpumpe 1 angeordnet, deren Auslass 17 direkt mit dem Kurbelgehäuse 26 der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Das ist aber nur ein Ausführungsbeispiel, der Auslass 17 wird ganz allgemein mit der Ansaugseite der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Eingangsseitig, also auf der Ansaugseite ist die Vakuumpumpe 1 mit einem Verbraucher 14 über einen ersten Einlass 15 verbunden. Vor dem Einlass 15 ist beispielhaft ein Eingangsventil 41 angeordnet. Die Vakuumpumpe 1 weist einen zweiten Einlass 16 auf. Der zweite Einlass 16 steht über eine Verbindungsleitung 37 und ein Spülluftventil 38 mit dem Dampf- Speicher zu 35 in Verbindung.

Ein Steuergerät 39 ist über Steuerleitungen sowohl mit dem Spülluftventil 38 als auch mit der Vakuumpumpe 1 verbunden. Weiterhin weist er eine Verbindung zum Eingangsventil 41 auf. Diese Ausführungsform ist ebenfalls beispielhaft, es ist auch möglich getrennte Steuerungen für das Spülluftventil und die Vakuumpumpe bereitzustellen.

In Figur 2 ist eine Vakuumpumpe 1 schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Ausführungsform ist beispielhaft und die Erfindung nicht auf eine Vakuumpumpe in dieser beispielhaften Ausführung beschränkt. Die zuvor definierten Einlässe 15 und 16 sowie der Auslassl 7 stehen mit den jeweiligen Arbeitsraum- Ein- und Auslässe der Vakuumpumpe in Verbindung. Die bauliche Ausgestaltung des Gehäuses und der Anschluss an die von der Systemseite definierten Einlässe und den Auslass erfolgt dabei nach fachmännischem Wissen.

Die Vakuumpumpe 1 umfasst ein Gehäuse mit einem Magnetring 2 mit einer Umlaufkontur 4, die auch als Hubkontur bezeichnet wird. Innerhalb des Magnet- rings 2 ist ein Rotor 5 drehbar gelagert, der sich im Betrieb in einer Betriebsdrehrichtung dreht, die durch einen Pfeil 6 angedeutet ist.

In einem Flügelaufnahmeschlitz des Rotors 5 ist ein Flügel 8 innerhalb der Umlaufkontur 4 verschiebbar geführt. An den Enden des Flügels 8 ist eine Kappe 9 angebracht, die an der Umlaufkontur 4 anliegen. Der Laufring 23 weist in dieser Ausführung zwei nasenartige radiale Ausbildungen 20 auf, wobei sich die Flügel mit der Kappe 9 zusammen mit dem Rotor 5 in einem Schmiegespalt 25 anschmiegen.

Durch den Rotor 5 und den Flügel 8 wird ein Arbeitsraum der Vakuumpumpe 1 in dem Gehäuse 2 in einen Saugraum 23 in der linken Pumpenhälfte und einen Druckbereich oder Druckraum 21 in der rechten Pumpenhälfte unterteilt. Der Saugraum 23 steht mit einem ersten Druckraum-Eingang 1 1 der Vakuumpumpe 1 in Verbindung. Über den ersten Druckraum-Eingang 1 1 wird ein Arbeitsmedium, insbesondere Luft, in den Saugraum 23 eingesaugt und aus dem Druckraum 21 heraus gefördert.

Die Vakuumpumpe, die wegen ihres einen Flügels auch als Monoflügelzellenpum- pe bezeichnet wird, wird dazu verwendet, einen Unterdruck, das heißt ein Vakuum, an einem Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeugs anzulegen. Bei dem Verbraucher 14 handelt es sich beispielsweise um den genannten Bremskraftverstärker.

Der Druckraum 21 steht über einen Druckraum-Ausgang 18, mit dem Auslass 17 und beispielsweise mit einem Kurbelgehäuse 26 oder einfach nur der Ansaugseite einer Verbrennungskraftmaschine 30 eines Kraftfahrzeugs in Verbindung. Über den Druckraum -Ausgang 18 wird das durch den Flügel 8 mit Druck beaufschlagte Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum der Vakuumpumpe 1 ausgeschoben, wobei die Zwischenschaltung eines Rückschlagventils möglich ist.

Erfindungsgemäß weist die Vakuumpumpe einen zweiten Druckraum-Eingang 12 auf, der beabstandet vom ersten Druckraum Eingang 1 1 angeordnet ist. Der erste Druckraumeingang 1 1 ist dabei mit dem ersten Einlass 15 der Vakuumpumpe verbunden und der zweite Druckraumeingang 12 mit dem zweiten Einlass 1 6. In der Figur 2 befindet sich der Flügel 8 in einer Position, in der die beiden Druckraum-Eingänge voneinander getrennt sind. In der Figur 3 befindet sich der Flügel 8 in einer Position, in der die beiden Druckraum-Eingänge 1 1 ,12 in einer Kurz- Schlussposition sind. Sobald der Flügel in der Drehrichtung des Pfeils 6 über den zweiten Druckraumeingang, ist die Kurzschlussposition beendet.

Um das erfindungsgemäße Vakuumsystem optimal zu betreiben, fällt der Steuerung der Vakuumpumpe eine große Rolle zu.

Da die elektrische Vakuumpumpe im Gegensatz zur mechanischen Vakuumpumpe nicht von der Motordrehzahl der Verbrennungskraftmaschine abhängt, kann ihr Fördervolumen nach Bedarf eingestellt werden.

Die Ansteuerung kann die Leistungsaufnahme die Leistungsaufnahme der Vaku- umpumpe 1 hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs im Fahrzyklus eines Kraftfahrzeugs optimieren und die Pumpe bei Nichtgebrauch teilweise deaktivieren. Wird im Vakuumsystem zusätzlicher Unterdruck angefordert, beispielsweise bei eingeleiteten Bremsvorgängen, kann die Vakuumpumpe in einfacher Art und Weise auf ihrer optimales Fördervolumen hochgefahren werden.

Die elektrische Vakuumpumpe wird über einen BLDC-Motor angetrieben und kann über die Elektronik drehzahlgesteuert werden. Die Drehzahlsteuerung ermöglicht konstante Durchflüsse, wenn den normalen Aufgaben der Vakuumpumpe weitere Funktionen, in diesem Fall die Spülluftfunktion dazu geschaltet wird.

Im Gegensatz zu einer elektrischen Vakuumpumpe mit Bürstenmotor erfolgt keine Drehzahländerung durch Änderung des Drehmomentes, wenn sowohl Spülluftfunktion als auch normale Vakuumfunktion im Betrieb sind.

Das Spülluftventil 38 ist in dieser Ausführungsform nicht Umfang der elektrischen Vakuumpumpe, sondern befindet sich in der Verbindungsleitung 37. In einer alter- nativen Ausführungsform ist das Spülluftventil 38 der gegen am zweiten Einlass 1 6 an der Vakuumpumpe integriert.

Die Ansteuerung des Vakuumsystems erfolgt über das Steuergerät 39. Während des Betriebes der Vakuumpumpe oder eine Anforderung an einen Spülvorgang ist das Spülluftventil 38 geschlossen das eingangs Ventil 41 dagegen zum Verbraucher 14 geöffnet. Damit kann die Vakuumpumpe eine optimale Evakuierung des Verbrauchers beispielsweise des Bremskraftverstärkers erreichen.

Sollte eine Anforderung an das spülen des Dampfspeichers vorliegen, gibt es zwei mögliche Ausführungsformen. In einer ersten Ausführung wird das eingangs Ventil 41 auf der Saugseite und am ersten Einlass 15 der Vakuumpumpe geschlossen. Das Spülluftventil 38 öffnet sich und der Aktivkohlefilter im Dampfspeicher 35 ist allein an die Vakuumpumpe angeschlossen. Das restliche Vakuumsystem ist abgekoppelt und wird in diesem Zustand nicht weiter mit Unterdruck versorgt.

Alternativ dazu ist es möglich beide Ventile 38 und 41 zu öffnen. In diesem Modus ist es der Vakuumpumpe möglich, sowohl die Spülfunktion auszuführen, als auch eine Saugfunktion und damit Unterdruck für einen Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Die Saugfunktion und der Unterdruck für den Verbraucher kann dabei in Abhängigkeit von der Drehzahl, beispielsweise bis zur Hälfte reduziert werden.

Bezugszeichenliste:

1 Vakuumpumpe 23 Laufring

2 Magnetring 25 Schmiegespalt

4 Umlaufkontur 26 Kurbelgehäuse

5 Rotor 30 Brennkraftmaschine

6 Pfeil 31 Ansaugseite

8 Flügel 32 Abgasseite

9 Kappe 33 Tank

1 1 erster Druckraum -Eingang 34 Kraftstoffzuführung

12 zweiter Druckraum-Eingang 35 Dampfspeicher

14 Verbraucher 36 Verbindung

15 erster Einlass 37 Verbindungsleitung

1 6 zweiter Einlass 38 Spülluftventil

17 Auslass 39 Steuergerät

18 Druckraum - Ausgang 40 Vakuumsystem

20 Ausbildungen 41 Eingangs-Ventil

21 Druckraum

22 Saugraum