CN101132960B - 供气系统控制 - Google Patents

Abstract

基于发动机控制信号控制车辆供气系统一个或多个部件，如空气压缩机或空气干燥器。发动机控制信号的示例包括排气控制信号，涡轮增压器状态信号，冷却剂温度信号，和环境温度信号。

Description

供气系统控制

技术领域

本发明的公开内容通常涉及由内燃机带动的车辆供气系统，更确切地，本发明涉及基于发动机控制信号对车辆供气系统部件的控制，例如压缩机和空气干燥器。

背景技术

现代商用车包括用于带动空气系统的供气系统，例如行驶制动器，风挡雨刮器，气垫等。典型的供应系统利用发动机装配和驱动空气压缩机。该压缩机将空气输送至空气干燥器。该空气干燥器过滤，冷却和干燥空气。所述空气被输送至一个或多个储气罐。该系统从该一个或多个储气罐中将空气抽出。

典型地，该供气系统压力由气动式调节器控制。该调节器监测储气罐压力，并利用来自储气罐的空气向压缩机和空气干燥器发送信号。典型的供气系统单独基于储气罐压力操作，该压力由调节器检测。当系统压力下降到较低预定值以下时，例如100磅每平方英寸，所述调节器激活压缩机以开始在空气系统中增加压力。所述压缩机积累空气压力直到空气系统压力到达较高预定值，例如125磅每平方英寸。

转让给本发明所有人的美国专利NO.6682459(此处为“’459专利”)公开了一种用于商用车辆空气制动系统的电子充气控制器。所述’459专利公开在遇到高负荷情况时中止所述空气压缩机充气循环。所述’459专利还公开当停车以及空气供应被重新充气时增加发动机转速以减少供气系统充气所需的时间。所述’459全文在此被结合参考。

Richard Conklin & Bill Hudgins，电子压缩机和空气干燥器，ASE1999-01-3771(1999)(此处为“ASE论文1999-01-3771”)关注于气刹车辆的气动式充气系统的电子控制器。ASE论文1999-01-3771全文在此被结合参考。

发明内容

本申请涉及基于发动机控制信号对车辆供气系统的一个或多个部件进行控制。在一个实施例中，控制器基于发动机控制信号控制供气系统。

在一个实施例中，发动机排气控制信号被监测且空气压缩机基于发动机排气控制信号被控制。发动机排气控制信号可被监测以确定激活压缩机是否会导致发动机排气超过排气限定值。当其确定压缩机的激活会导致发动机排气超过排气限定值时空气压缩机可被控制以禁止激活。在一个实施例中，发动机排气控制信号可被监测以测定空气质量，如压缩机进气空气质量。例如，发动机排气控制信号被监测以确定排气再循环状态。当排气被再循环时通过禁止压缩机激活，使包括排气的进气系统空气被禁止由空气压缩机压缩。

在一个实施例中，涡轮增压器的状态被监测。空气压缩机基于涡轮增压器的状态被控制。例如，当涡轮增压器激活时空气压缩机可被激活以减少压缩机执行的工作量。

在一个实施例中，发动机冷却剂温度被监测。空气压缩机基于冷却剂温度被控制。例如，当冷却剂温度高于选择的温度时压缩机可停止。

在一个实施例中，压缩机空气质量指示被提供。在这个实施例中，提供给压缩机的空气质量属性被测量。该被测量的空气质量属性值与预定可接受的空气质量属性范围进行比较。当所述测量值在可接受空气质量范围之外时提供一不可接受空气质量指示。当所测量值在可接收空气质量范围之外时这一情况被记录。在一个实施例中，当测量值在可接受的空气质量范围之外超过预定时间间隔后提供不可接受空气质量指示。

在一个实施例中，车辆状况被监测以阻止空气干燥器中的过度净化循环。例如，空气干燥器出口空气作为露点被测量。如果空气干燥器出口空气低于预定露点则干燥器在下一循环净化。

结合附图考虑以下说明和权利要求，本领域技术人员可进一步明白本发明的优点和益处。

附图说明

图1是车辆供气系统的示意图；

图2是基于发动机控制信号控制空气压缩机的方法的流程图；

图3是适于基于发动机控制信号控制的车辆供气系统的示意图；

图4是适于基于发动机控制信号控制的车辆供气系统的示意图；

图5是适于基于发动机控制信号控制的车辆供气系统的示意图；

图6是适于基于发动机控制信号控制的车辆供气系统的示意图；

图7是基于发动机发出的控制信号控制空气压缩机的方法流程图；

图8是基于空气质量控制空气压缩机的方法流程图；

图9是基于发动机涡轮状态控制空气压缩机的方法流程图；

图10是基于冷却剂温度控制空气压缩机的方法流程图；

图11是基于干燥器入口温度控制干燥器加热器的方法流程图；

图12是压缩机控制器的示意图；

图13是具有低气压超控(override)的基于发动机控制信号控制空气压缩机的方法流程图。

具体实施方式

本发明涉及基于发动机控制信号对车辆供气系统12的一个或更多部件的控制。本发明可在各种不同车辆的供气系统中被实现。图1描述了一个这样的车辆供气系统12的实施例。

所述供气系统12包括空气压缩机10，储气罐16，调节器18，和空气干燥器20。空气压缩机10包括外壳11，头部13，和活塞15。所述头部13装配于外壳11从而所述头部和外壳限定出压缩室17。该活塞15在压缩室17中往复运动以公知的方式压缩压缩室中的空气。所述压缩机10可由车辆曲轴(未示出)驱动。该压缩机10从空气源22接收空气，例如发动机进气系统。该压缩机10压缩空气并向储气罐16提供已压缩的空气。在图1所示的空气系统中，当储气罐16中的压力低于预定最小压力时调节器18将压缩机10置于激活或负荷状态，且当储气罐中的压力达到预定最大压力时将压缩机置于停止或无负荷状态。在图1所述的实施例中，调节器18通过向压缩机减荷器24提供空气信号将压缩机10置于无负荷状态。所述压缩机减荷器可以采用各种不同形式。例如，减荷器24可以是保持进气阀25打开的机构或可以是单独的阀组件。

图2描述了一种基于发动机控制信号控制空气压缩机10的方法。根据图2所示的方法，发动机控制信号被监控60。压缩机基于控制信号被控制61。

发动机控制信号包括来自监控发动机相关部件状态的传感器的信号和控制发动机相关部件的信号。发动机控制信号示例包括排放控制信号，涡轮增压器状态信号，冷却剂温度信号，环境温度信号，节气门位置信号，发动机负载信号，发动机制动状态信号，每分钟发动机转速，进气歧管压力信号，和车速信号，发动机排放控制信号的示例包括当前排空气信号，空气质量信号，和排气再循环信号。

图3-6示出适于基于发动机控制信号进行控制的车辆供气系统12的示例。图3示出压缩机控制回路40，其基于一个或多个发动机控制信号在供气系统12中控制压缩机10。所述控制回路40包括控制器42，发动机控制信号通信线路44，和控制阀47。所述发动机控制信号通信线路44接收来自发动机控制单元49的控制信号。发动机控制信号通信线路44可采取不同的形式。在一个实施例中，发动机控制信号通信线路包含连接于牵引车总线的J1939通信线路。

参考图3，所述控制阀47包括与储气罐16相连的进气系统54和与减荷器24相连的出气口。所述控制器42控制控制阀47以选择性地将空气信号从储气罐16传送给减荷器以选择性地使压缩机10停止。例如，控制器可打开控制阀将空气信号提供给减荷器以将压缩机置于无负荷状态。所述控制器可关闭控制阀以允许压缩机被置于负荷状态。在一个实施例中，所述控制阀是电磁阀。

在所述实施例中，从储气罐16经过控制阀47到达减荷器24的路径与从储气罐16经过调节器18到达减荷器的路径并联。结果，控制阀46可操作以对调节器18旁路且基于通过发动机控制信号通信线路44提供给控制器42的发动机控制信号使压缩机10停止。在示范性实施例中，控制器基于装配压缩机的特定发动机和装配所述发动机的车辆类型来编程以优化压缩机性能。

图4所示的供气系统控制回路62基于一个或多个发动机控制信号控制压缩机10和/或空气干燥器20。图4所示的控制回路62包括空气系统控制器63，和发动机控制信号通信线路64。在图4所示的实施例中，空气系统控制器62代替传统供气系统包括的调节器。发动机控制信号通信线路64从发动机控制单元49提供控制信号给控制器63。在图4的实施例中，压缩空气由储气罐16经过管线65提供给控制器63。压力传感器66将压力信号从储气罐16通过通信线路67提供到控制器63。控制器63通过气动式信号线路68与压缩机10连接。控制器63通过气动式信号线路69与干燥器20连接。在图4所示的实施例中，控制器63基于发动机控制信号和/或压力信号通过向压缩机10和/或干燥器20选择性的提供气动信号来控制压缩机10和/或干燥器20。例如，所述控制器可向压缩机提供空气信号以将压缩机置于无负荷状态。在示范性实施例中，控制器基于装配压缩机的特定发动机和装配所述发动机的车辆类型来编程以优化压缩机性能。

图5所示的供气控制系统12基于一个或多个发动机控制信号控制压缩机10和/或空气干燥器20。在图5的实施例中，压缩机10包括电子接口70以及干燥器20包括电子接口72。供气系统控制器74与发动机控制单元49，压缩机电子接口70，干燥器电子接口72，和储气罐压力传感器66通信。压缩机电子接口70使压缩机10可被控制器74控制。干燥器电子接口72使干燥器20可被控制器74控制。控制器74和电子接口70，72间的通信消除了将压缩空气从储气罐提供给空气系统控制器或空气系统控制阀的必要。控制器74和电子接口70，72间的通信还消除了从空气系统控制器74或空气系统控制阀到压缩机和/或干燥器延伸的气动控制信号线路的必要。在图5的实施例中，控制器76通过基于发动机控制信号和/或压力信号选择性地向压缩机10和/或干燥器20提供通信信号来控制压缩机10和/或干燥器20。例如，控制器76可向压缩机电子接口70提供电子控制信号以将压缩机10置于无负荷状态。在示范性实施例中，控制器基于装配压缩机的特定发动机和装配所述发动机的车辆类型来编程以优化压缩机性能。

图6所示的供气控制系统12基于一个或多个发动机控制信号控制压缩机10和/或空气干燥器20。在图6的实施例中，发动机控制单元49被编程以控制所述供气系统12。也就是，空气系统控制器的功能被集成到发动机控制单元49中。在图6的实施例中，压缩机10包括电子接口80以及干燥器20包括电子接口82。发动机控制单元49与压缩机电子接口80，干燥器电子接口82，和储气罐压力传感器66通信。例如，压缩机电子接口80，干燥器电子接口82，和/或压力传感器66可与车辆总线连接。所述压缩机电子接口80使压缩机10可被发动机控制器49控制。所述干燥器电子接口82使干燥器20可被发动机控制器49控制。在图6的实施例中，发动机控制器49通过基于发动机控制信号和/或压力信号选择性地向压缩机10和/或干燥器20提供通信信号来控制压缩机10和/或干燥器20。

供气系统可基于各种不同的发动机控制信号被控制。图7-11是描述基于发动机控制信号控制供气系统部件的算法的流程图。在图7的示例中，发动机排放控制信号被监控90。发动机排放控制信号被分析以确定92激活压缩机是否会导致发动机排放超过排气限定值。例如，排放气体在排气歧管可被检测且由激活压缩机导致的排放气体增加可被推测。如果排放气体的增加会导致排放超过排气限定值，所述压缩机阻止94被激活。如果激活压缩机不会导致排放限制被违反，所述压缩机允许96被激活。

在图8的实施例中，发动机的排放空气质量信号被监控100。例如，不是提供给压缩机的空气质量的信号被监控。所述空气质量信号被分析以确定102空气质量是否对空气压缩机的压缩可接受。差的空气质量会减少压缩机的使用寿命。如果提供给压缩机的所述空气的质量不可接受，压缩机阻止104被激活。如果提供给压缩机的空气质量可接受标准，压缩机允许106被激活。

空气质量可通过各种不同方式被监控。在一个实施例中，空气质量传感器108(图3)被包含在车辆空气进气系统中。在一个实施例中，压缩机空气质量指示器被提供给车辆驾驶员或服务技师。传感器108测量提供给压缩机的空气质量属性。所述被测量的空气质量属性与预定的可接受的空气质量范围进行比较。当测量值不在可接受的质量范围时提供不可接受空气质量指示。当测量的空气质量属性值在可接受的空气质量范围之外时的情况可被记录且测量值在可接受的空气质量范围之外的时间可被记录。在一实施例中，当测量值在可接受的空气质量范围之外超过预定时间间隔后提供不可接受空气质量指示。

有些发动机包括排气再循环系统。排气再循环系统在一定条件下将一小部分排气再循环回发动机进气系统以减少排放。在一个实施例中，空气质量被监控以确定排气是否再循环回发动机空气进气系统。在一个实施例中，如果排气被再循环回发动机空气进气系统则压缩机被阻止激活。如果排气没有被再循环回发动机空气进气系统则压缩机允许被激活。

在图9的示例中，发动机进气涡轮增压器被监控110。例如，涡轮增压器状态是在高压模式操作还是在低压模式操作。在这个示例中，如果涡轮增压器提供高于预定值的增压，则涡轮增压器处于高压模式。如果该增压低于预定值，则涡轮增压器处于低压模式。在图9的示例中，确定112涡轮增压器是在高压模式还是低压模式。在这个示例中，如果涡轮增压器处于高压模式则压缩机被激活114，且如果涡轮增压器在低压模式操作则使压缩机停止116。当涡轮增压器处于高压模式，提供给压缩机的进气被加压成高于大气压。结果，当涡轮增压器在高压模式操作时，压缩机的工作量，以及由此驱动压缩机的发动机的工作量被减少。

在一个实施例中，压缩机10的状态(激活或停止)被传送给发动机控制器49。例如，压缩机状态可通过一个已公开的压缩机控制器传送给发动机控制器49。这种信息传送通知发动机控制器压缩机正在使用一些进气。被压缩机用过的进气不会被提供给燃烧室燃烧燃料。发动机控制器49控制空气-燃料混合物以解决空气压缩机的状态。

在图10的实例中，发动机冷却剂温度被监控120以确定112冷却剂温度是否大于用于发动机10的预定期望温度限定值。在这个实施例中，如果冷却剂温度低于用于压缩机10的期望温度限定值则压缩机被允许123激活。如果冷却剂温度高于用于压缩机10的期望温度限定值则压缩机被阻止124被激活。在许多应用中，压缩机10被发动机冷却剂冷却。在冷却剂相对较冷时操作压缩机降低了压缩机的操作温度且可延长压缩机的寿命。

在图11的实施例中，环境温度被监控130并确定132环境温度是否低于用于干燥器20的预定期望温度限定值。在这个实施例中，如果环境温度低于用于干燥器20的期望温度，干燥器加热器133(图1)被打开134。如果环境温度高于用于干燥器20的期望温度限定值则干燥器加热器133被关闭136。在一个实施例中，加热器的打开和关闭是基于干燥器入口温度而不是环境温度。干燥器20的加热阻止了空气干燥器中液体的冻结。

图12是控制器42的示意图，其可基于发动机控制信号控制压缩机。例如，控制器可被用于执行图2和7-11所述的方法，图7-11所述方法的结合，以及由传统调节器控制系统(在低于阈值压力激活，在高于阈值压力停止)执行的控制方法和图7-11所述方法的结合。图12示例所述的控制器42包括输入190，存储器192，处理器194，和输出196。输入190接收发动机控制信号198和/或储气罐压力信号200。存储器192存储压缩机控制算法和预定值，例如上限和下限控制值。处理器194将处理器控制算法应用于发动机控制信号198和/或储气罐压力信号200以产生输出信号202。输出信号202控制供气系统。输出信号202的实施例包括导致压缩机激活的空气压缩机激活信号和导致压缩机停止的空气压缩机停止信号。

图13描述一种具有低空气压力超控的基于发动机控制信号的空气压缩机控制方法。在图13所示的实施例中，发动机控制信号被监控250以确定252压缩机是否该停止。图13所示流程图的基于发动机控制信号的部分254可包含一个或多个图2和7-11所示方法。如果压缩机基于254算法通过发动机控制信号被设置成停止状态，该方法确定256供气系统压力是否低于最小阈值压力，例如100磅每平方英寸。如果系统压力低于最小压力，基于发动机控制信号的算法被超控(overridden)258(即压缩机被激活)。如果系统压力高于最小压力，压缩机由260设置成停止状态。在示范性实施例中，当达到压力上限时压缩机被停止。

虽然本发明是根据特定实施例被描述，然而本领域技术人员可进行替换，修改和改变。因此，本发明包含所有权利要求保护范围之内的这种替换，修改和改变。

Claims (23)

1.一种控制空气压缩机的方法，包括

a)监控发动机控制信号，其中发动机控制信号从由发动机排气控制信号，涡轮增压器状态信号，和冷却剂温度信号组成的信号组中选择；以及

b)基于发动机控制信号控制空气压缩机。

2.如权利要求1所述的方法，其中发动机控制信号包含发动机排气控制信号。

3.如权利要求2所述的方法，其中发动机排气控制信号被监控以确定激活压缩机是否会导致发动机排气超过排气限定值，且当其确定激活压缩机会导致发动机排气超过排气限定值时空气压缩机被控制为禁止压缩机激活。

4.如权利要求2所述的方法，其中发动机排气控制信号指示进气空气质量且所述空气压缩机基于所述进气空气质量被控制。

5.如权利要求2所述的方法，其中发动机排气控制信号被监控以确定排气再循环状态且所述空气压缩机基于排气再循环状态被控制。

6.如权利要求5所述的方法，其中当排气被再循环回发动机空气进气系统时，包含排气的进气被禁止由所述空气压缩机压缩。

7.如权利要求5所述的方法，其中当排气被再循环回发动机空气进气系统时所述压缩机的激活被禁止。

8.如权利要求1所述的方法，其中发动机控制信号包含涡轮增压器状态信号。

9.如权利要求8所述的方法，其中当发动机控制信号指示涡轮增压器在高压模式操作时所述压缩机被激活。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括基于空气压缩机状态控制发动机空气-燃料混合物。

11.如权利要求1所述的方法，其中发动机控制信号包含冷却剂温度信号。

12.如权利要求11所述的方法，其中当由冷却剂温度信号指示的温度高于选择的温度时压缩机被停止。

13.一种空气压缩机控制器，包含：

a)用于接收发动机控制信号的输入，其中发动机控制信号从由发动机排气控制信号，涡轮增压器状态信号，和冷却剂温度信号组成的信号组中选择；

b)用于存储压缩机控制算法的存储器；

c)将压缩机控制算法用于发动机控制信号的处理器，其中所述处理器基于发动机控制信号提供空气压缩机激活和停止信号；以及

d)用于传送压缩机激活和停止信号以控制所述压缩机的输出。

14.如权利要求13所述的空气压缩机控制器，其中发动机控制信号包含发动机排气控制信号。

15.如权利要求14所述的控制器，其中所述处理器确定激活压缩机是否会导致发动机排气超过排气限定值且当所述处理器确定压缩机的激活会导致发动机排气超过排气限定值时所述输出传送压缩机停止信号。

16.如权利要求14所述的控制器，其中处理器确定是否在进行再循环排气且当所述处理器确定在进行再循环排气时所述输出提供压缩机停止信号。

17.如权利要求13所述的控制器，其中发动机控制信号包含发动机冷却剂温度信号。

18.如权利要求17所述的空气压缩机控制器，其中当所述处理器确定由冷却剂温度信号指示的温度高于选择的温度时所述输出提供压缩机停止信号。

19.如权利要求13所述的空气压缩机控制器，其中发动机控制信号包含涡轮增压器状态信号。

20.如权利要求13所述的空气压缩机控制器，其中所述空气压缩机控制器与空气压缩机通信且所述空气压缩机控制器基于发动机控制信号控制空气压缩机的激活和停止。

21.如权利要求13所述的空气压缩机控制器，其中空气压缩机控制器被包括于车辆供气系统中，该系统包括：

i)具有空气进气系统的发动机；

ii)具有进口的空气压缩机，该进口与发动机进气系统连通以从发动机进气系统接收空气；

iii)发动机控制单元，监控发动机控制信号以控制发动机且与空气压缩机控制器通信，其中空气压缩机控制器从发动机控制单元接收发动机控制信号且空气压缩机控制器基于发动机控制信号控制压缩机。

22.如权利要求21所述的空气压缩机控制器，其中所述空气压缩机控制器向发动机控制单元提供压缩机激活状态信号。

23.如权利要求22所述的空气压缩机控制器，其中压缩机激活状态信号被发动机控制单元应用以基于空气压缩机激活状态确定发动机空气-燃料混合物。

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