Unterdruckversorgungseinrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Unterdruckversorgungseinrichtung für mindestens einen

Verbraucher in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Kraftfahrzeugen wird Unterdruck primär zur Bremskraftverstärkung und sekundär zum Betrieb diverser sonstiger Verbraucher benötigt. Es ist bekannt, den vom Verbrennungsmotor im Ansaugtrakt erzeugten Unterdruck zur Versorgung der Verbraucher zu nutzen. Ferner werden vom Verbrennungsmotor mechanisch angetriebene, nass laufende Unterdruckpumpen zur Versorgung der Verbraucher mit

Unterdruck bereitgestellt. Zusätzlich ist es bekannt, elektrisch angetriebene, trocken laufende Unterdruckpumpen als Zusatzpumpen für bestimmte Betriebssituationen einzusetzen, in denen der Verbrennungsmotor im Ansaugtrakt, oder die vom Verbrennungsmotor angetriebene Unterdruckpumpe nicht den benötigten Unterdruck bereitstellen können. Solche Betriebssituationen sind beispielsweise der Start- Stop-Betrieb des Verbrennungsmotors oder ein Kaltstart mit offener Drosselklappe zur Katalysatorheizung. Die elektrisch betriebene Unterdruckpumpe ist dabei parallel zu der mechanisch vom Verbrennungsmotor angetriebenen Unterdruckpumpe bzw. parallel zu einer

Unterdruckversorgungsleitung zwischen Verbraucher und Ansaugtrakt angeordnet.

Die elektrisch betriebenen Unterdruckpumpen nach dem Stand der Technik haben aufgrund ihrer Ausfuhrung als trocken laufende Pumpe einen schlechteren Wirkungsgrad bei Evakuierung unter 200 mbar Absolutdruck im Vergleich zu den herkömmlichen am Verbrennungsmotor angebauten mechanischen Unterdruckpumpen, die durch ihre Olschmierung und die dadurch erreichte Spaltabdichtung einen höheren Wirkungsgrad erzielen. Hieraus folgen längere Evakuierungszeiten und damit eine reduzierte Bremskraft-Unterstützung in bestimmten Fahrsituationen sowie längere Laufzeiten der elektromotorischen Unterdruckpumpe mit der Folge hoher Kosten zur Gewahrleistung der benotigten Lebensdauer.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Unterdruckversorgungseinrichtung mit einer Unterdruckpumpe mit reduzierter Laufzeit bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Unterdruckpumpe in Reihe zwischen dem Verbraucher und der Unterdruckquelle anzuordnen. Dabei ist der Eingang der Unterdruckpumpe mit einem Verbraucher, insbesondere einem Bremskraftverstarker, verbunden, wodurch Luft aus diesem abgesaugt wird. Der Ausgang der Pumpe ist im Gegensatz zum Stand der Technik nicht mit der Atmosphäre, sondern mit der Vakuumquelle, insbesondere dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, verbunden. Hierdurch fordert die Unterdruckpumpe die von den Verbrauchern angesaugte Lauft nicht gegen die Atmosphäre, sondern gegen das von der Unterdruckquelle bereit gestellte Unterdruckniveau.

Hierdurch liegt eine geringere Druckdifferenz zwischen

Saugseite und Druckseite der Unterdruckpumpe an, wodurch die Laufzeit der Unterdruckpumpe erheblich reduziert wird, wodurch sich wiederum die Lebensdauer der Unterdruckpumpe verlängert. Ferner resultiert aus der erfindungsgemäßen Unterdruckversorgungseinrichtung eine

Laufgeräuschreduzierung, da die von der Unterdruckpumpe erzeugten Schallwellen nicht unmittelbar nach außen, sondern in die Unterdruckquelle geleitet werden.

Die Verwendung des Ansaugtraktes als Unterdruckquelle kann insbesondere bei Benzin-Motoren, die bei Kraftfahrzeugen mit Hybrid-Antrieb vorzugsweise zum Einsatz kommen, eingesetzt werden. Auch lässt sich der Ansaugtrakt bei Direkteinspritzer-Motoren als Unterdruckquelle nutzen, wenn auch der Unterdruck im Ansaugtrakt bei derartigen Motoren reduziert ist.

Wenn als Unterdruckpumpe eine elektromotorisch angetriebene, insbesondere trocken laufende, Pumpe eingesetzt wird, eignet sich die erfindungsgemäße Unterdruckversorgungseinrichtung insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen mit Hybrid-Antrieb. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der elektromotorisch betriebenen Unterdruckpumpe werden deren Nachteile, wie insbesondere der schlechtere Wirkungsgrad, kompensiert. Die elektromotorisch angetriebene Unterdruckpumpe muss nur eine geringe Druckdifferenz überwinden, wodurch die Laufzeit gegenüber einer herkömmlichen Parallelanordnung verringert ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Steuerung der Unterdruckpumpe mindestens ein mit einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung verbundener Unterdrucksensor vorgesehen ist. Dieser Unterdrucksensor ist bevorzugt auf der Saugseite der Unterdruckpumpe angeordnet und misst somit den am Verbraucher anliegenden Unterdruck. Wird eine vorgegebene Abschaltschwelle, z.B.

150 mbar Absolutdruck unterschritten, wird die Unterdruckpumpe abgeschaltet. überschreitet der von dem Unterdrucksensor gemessene Absolutdruck eine vorgegebene obere Einschaltschwelle von z.B. 330 mbar, wird die Pumpe wieder eingeschaltet.

Um in Betriebssituationen, in denen die Vakuum-Saugleistung des Verbrennungsmotors im Ansaugtrakt großer ist als die Vakuum-Saugleistung der Unterdruckpumpe eine Drosselung durch die in Reihe geschaltete Unterdruckpumpe zu verhindern, ist in Ausgestaltung der Erfindung eine Bypass- Leitung vorgesehen, die unter Umgehung der Unterdruckpumpe die Unterdruckquelle, insbesondere den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, direkt mit dem Verbraucher, insbesondere dem Bremskraftverstarker, verbindet. Durch diese erfindungsgemaße Ausgestaltung der

Unterdruckversorgungseinrichtung kann die Laufleistung des Verbrennungsmotors in bestimmten Betriebssituationen, beispielsweise unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors bei niedrigem Vakuumniveau, ohne Drosselverluste genutzt werden.

Um das Vakuumniveau in den Verbrauchern bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor oder bei höherer Saugleistung der elektromotorisch betriebenen Unterdruckpumpe zu erhalten, ist in Ausgestaltung der Erfindung mit Vorteil ein Ruckschlagventil innerhalb der Bypassleitung angeordnet.

Bevorzugt ist ebenfalls ein Ruckschlagventil in der Verbindungsleitung zwischen Unterdruckpumpe und Verbraucher angeordnet, damit das Vakuumniveau im Verbraucher auch bei abgeschalteter Unterdruckpumpe aufrechterhalten werden kann .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist auf der Druckseite der Unterdruckpumpe mindestens ein

Unterdruckreservoir vorgesehen. Dieses dient dazu, bei Stillstand des Verbrennungsmotors, insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Hybrid-Antrieb, einen Unterdruck auf der Druckseite der Unterdruckpumpe zu erhalten, um die Laufzeit der Unterdruckpumpe auch bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor zu reduzieren.

Zeichnungen

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Unterdruck- Versorgungseinrichtung mit einer elektromotorisch angetriebenen Unterdruckpumpe,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Unterdruckversorgungseinrichtung und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Unterdruckversorgungseinrichtung mit zusätzlichem Unterdruckreservoir .

Ausführungsbeispiele

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Fig. 1 ist eine Unterdruckversorgungseinrichtung 1 gezeigt. Die Unterdruckversorgungseinrichtung 1 umfasst einen mit Unterdruck zu versorgenden Verbraucher 2, welcher in den gezeigten Ausführungsbeispielen als Bremskraftverstärker ausgebildet ist. Der Verbraucher 2 ist Teil einer Bremskraftanlage 3. Der Bremskraftverstärker 2 unterstützt die auf ein Bremspedal 4 aufgebrachte Fußkraft

beim Betätigen der Bremskraftanlage und verringert damit den erforderlichen Kraftaufwand.

Der von dem Bremskraftverstärker 2 benötigte Unterdruck wird einerseits von einem Verbrennungsmotor 5 in dessen Ansaugtrakt 6 sowie von einer Unterdruckpumpe 7 mit elektrischem Antriebsmotor 8 bereitgestellt. Bei der Unterdruckpumpe 7 handelt es sich um eine trocken laufende Pumpe .

Die Unterdruckpumpe 7 ist in Reihe zwischen dem Ansaugtrakt

6 des Verbrennungsmotors 5 und dem Bremskraftverstärker 2 angeordnet. Hierzu ist die Saugseite 9 der Unterdruckpumpe

7 mittels einer ersten Verbindungsleitung 10 mit dem Bremskraftverstärker 2 und die Druckseite 11 der

Unterdruckpumpe 7 über eine zweite Verbindungsleitung 12 mit dem Ansaugtrakt 6 des Verbrennungsmotors 5 verbunden.

Die von der Unterdruckpumpe 7 aus dem Bremskraftverstärker 2 angesaugte Luft muss nicht gegen Atmosphärendruck sondern lediglich gegen das Unterdruckniveau im Ansaugtrakt 6 des Verbrennungsmotors 5 gefördert werden. Nimmt man an, dass der Absolutdruck im Ansaugtrakt etwa 330 mbar und der Absolutdruck im Bremskraftverstärker 2 etwa 150 mbar beträgt, so muss die elektromotorisch betriebene

Unterdruckpumpe 7 lediglich eine Druckdifferenz δp = 180 mbar überwinden. Wäre die Druckseite der Unterdruckpumpe 7 unmittelbar mit der Atmosphäre verbunden, müsste die Unterdruckpumpe 7 eine Druckdifferenz von 850 mbar überwinden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der

Unterdruckpumpe 7 in Reihe zwischen dem Ansaugtrakt 6 und dem Bremskraftverstärker 2 kann somit die Laufzeit der Unterdruckpumpe 7 verkürzt und damit ihre Lebensdauer verlängert werden. Zusätzlich wird der Stromverbrauch im Kraftfahrzeug zur Versorgung der Verbraucher mit Unterdruck reduziert .

Weiterhin ist eine Bypassleitung 13 vorgesehen, die die erste Verbindungsleitung 10 und die zweite

Verbindungsleitung 12 unter Umgehung der Unterdruckpumpe 7 miteinander verbindet. In Betriebssituationen, in denen die Vakuum-Saugleistung des Verbrennungsmotors 5 größer ist als die Vakuum-Saugleistung der Unterdruckpumpe 7 kann die Vakuum-Saugleistung des Verbrennungsmotors 5 über die Bypassleitung 13 ohne eine Drosselung durch die Unterdruckpumpe 7 direkt genutzt werden, um Luft aus dem Bremskraftverstärker 2 abzusaugen.

Sowohl in der Bypassleitung 13, als auch in der ersten Verbindungsleitung 10 zwischen Unterdruckpumpe 7 und Bremskraftverstärker 2 ist jeweils ein Rückschlagventil 14, 15 angeordnet. Die Rückschlagventile 14, 15 haben die Aufgabe das Unterdruckniveau bei Stillstand von Unterdruckpumpe 7 und/oder Verbrennungsmotor 5 im Bremskraftverstärker 2 zu erhalten.

Zur Steuerung der Unterdruckpumpe 7 bzw. des elektrischen Antriebsmotors 8 der Unterdruckpumpe 7 ist ein Unterdrucksensor 16 vorgesehen, welcher den Druck in der Verbindungsleitung 10 zwischen Rückschlagventil 15 und Bremskraftverstärker 2 misst. Der Unterdrucksensor 16 ist mit einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 17 verbunden, welche unmittelbar steuernd auf den Antriebsmotor 8 einwirkt. Wird ein vorgegebener Absolutdruck im Bremskraftverstärker 2 überschritten, so wird der Antriebsmotor 8 eingeschaltet, wodurch die

Unterdruckpumpe 7 Luft aus dem Bremskraftverstärker 2 in den Ansaugtrakt 6 fördert. Der Antriebsmotor 8 wird von der Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung wieder abgeschaltet, wenn ein vorgegebener Absolutdruck, beispielsweise 150 mbar, im Bremskraftverstärker 2 erreicht oder unterschritten wird.

Das Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 2 entspricht im Wesentlichen dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 1. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das Ruckschlag- ventil 15 unmittelbar benachbart zu der Unterdruckpumpe 7 angeordnet ist. über das Ruckschlagventil 15 gemäß Fig. 2 wird lediglich ein Einstromen von Luft durch die Unterdruckpumpe 7 in Richtung Bremskraftverstarker 2 verhindert, wohingegen das Ruckschlagventil gemäß Fig. 1 zusatzlich noch die Bypassleitung 13 abdichtet.

Bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 3 mundet in die zweite Verbindungsleitung 12 zwischen dem Ansaugtrakt 6 und der Unterdruckpumpe 7 eine Verbindungsleitung zu einem Unterdruckreservoir 18. Dieses dient zur Aufrechterhaltung eines Unterdrucks auf der Druckseite 11 der Unterdruckpumpe 7 bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor, beispielsweise in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb. Zwischen der Verbindungsstelle 19 der Verbindungsleitung zum Unterdruckreservoir 18 mit der zweiten Verbindungsleitung 12 und dem Ansaugtrakt 6 ist ein drittes Ruckschlagventil 20 angeordnet. Ansonsten entspricht die Konfiguration der Unterdruckversorgungseinrichtung gemäß Fig. 3 dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 2.