CN101896383B - 压缩机和控制为载货车辆供应压缩空气的压缩机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为载货车辆(14)供应压缩空气的压缩机系统(16)，其中，压缩机系统(16)包括：用于产生压缩空气的压缩机(18)；用于将转矩从驱动发动机(12)传递到压缩机(18)上的变速器(20)；用于切断在压缩机(18)和驱动发动机(12)之间的连接的离合器(22)；以及用于断开和接通离合器(22)的控制设备(10)。根据本发明提出，控制设备(10)适用于，当超过可设定的最大允许的压缩机转速或驱动发动机(12)的发动机转速时，断开离合器(22)，当发动机转速大于最大允许的发动机转速期间，暂时接通已断开的离合器(22)。本发明还涉及一种用于控制压缩机系统的方法。

Description

压缩机和控制为载货车辆供应压缩空气的压缩机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于为载货车辆供应压缩空气的压缩机系统，其中，压缩机系统包括：用于产生压缩空气的压缩机；用于将转矩从驱动发动机传递到压缩机上的变速器；用于切断在压缩机和驱动发动机之间的连接的离合器；以及用于断开和接通离合器的控制设备。
本发明还涉及一种用于控制为载货车辆供应压缩空气的、由载货车辆的驱动发动机驱动的压缩机系统的方法，其中，压缩机系统包括：用于产生压缩空气的压缩机；用于将转矩从驱动发动机传递到压缩机上的变速器；用于切断在压缩机和驱动发动机之间的连接的离合器；以及用于断开和接通离合器的控制设备。
背景技术
为了可以满足现代载货车辆的子系统的压缩空气需求，属于压缩空气供应装置的压缩机具备下降的传动比。与发动机转速相同的驱动轴转速为n驱动，与压缩机转速相同的从动轴转速为n输出，这两种转速之间的传动比i在此定义为i＝n驱动/m输出，并且i选择为尽可能小。
这是有利的，这是因为特别是在发动机转速较低时，经常出现载货车辆的空气需求量升高的情况。例如该情况出现在集装箱更换作业时或公共汽车驶向车站时。公共汽车必须在该处停住，打开门，为了在公共汽车的较低的地面水平时实现舒适地下车，空气悬挂首先排气，再次关闭门，并且紧接着空气悬挂在开车前又充气。整个过程需要很多空气，必须在发动机转速较低时使用这些空气。
然而，通过下降的传动比，所输送的空气量在发动机转速偏低以及偏高时都被明显提高，由此可能会产生压缩机的过度的负载。这特别被考虑，这是因为在发动机制动状态中，发动机大概每分钟2000转的额定转速可由制动转速(～2400U/min)明显地超过。在此产生的问题在于，在进行发动机制动时通过用于材料保护的离合器切断压缩机是不希望的，这是因为用于对机动车制动的运行制动器也许需要空气。这种空气消耗量甚至可被接受，这是因为应该已经通过发动机制动器使载货车辆制动。
发明内容
本发明的目的是提供一种压缩机系统，该压缩机系统能够以明显小于一的传动比来驱动，其中特别在发动机转速较高时降低在压缩机上出现的热负载和机械负载。
该目的通过独立权利要求所述特征来实现。
本发明有利的实施方式和改进方案在从属权利要求中给出。
本发明由此建立这种类型的压缩机系统，即控制设备适用于，在超过可设定的最大允许的压缩机转速或驱动发动机的发动机转速时，断开离合器；并且在发动机转速大于最大允许的发动机转速期间，暂时接通已断开的离合器。在超过可设定的最大允许的转速时，首先通过断开离合器使得压缩机的机械负载和热负载减小为零。在发动机转速大于最大允许的发动机转速期间，通过随后暂时接通离合器，一方面维持产生所需的压缩空气，另一方面与连续工作时相比减少了压缩机的平均的热负载和机械负载。在其中特别优选使用根据本发明的压缩机系统的典型的传动比在0.4和0.7之间，其中，当驱动发动机的小的传动比或高的额定转速导致高的压缩机转速时，根据本发明的压缩机也可一般性地使用。
也可以有利地提出，控制设备适用于，当在载货车辆的压缩空气供应系统中存在的压力超过可设定的切断压力时，断开离合器。如果用于载货车辆的压缩空气的储存容器被足够地填充，那么进一步由压缩机产生的压缩空气因此是多余的。在载货车辆的压缩空气供应系统中占主导的压力可以提出作为填充度的简单的指示器(Indikator)。
也可以有利地提出，控制设备适用于，在驱动发动机启动期间，断开离合器。在驱动发动机启动期间，通过断开离合器可以减少需要通过起动装置施加的、用于使驱动发动机启动的转矩。
此外可以提出，设置有检测压缩机的温度的温度传感器。压缩机的温度可以提出作为对于压缩机的热负载的标准。
特别地可以提出，变速器具有小于一的传动比。通过使用小于一的传动比，与发动机转速相比提高了压缩机转速，并且由此在确定的驱动发动机转速时提高了所产生的压缩空气的体积。以这种方式，特别可以在发动机转速较小的时候快速地实现所需的压缩空气量。
本发明还涉及一种具有根据本发明的压缩机系统的载货车辆。
本发明由此建立这种类型的方法，即在超过可设定的最大允许的压缩机转速或驱动发动机的发动机转速时断开离合器，并且在发动机转速大于最大允许的发动机转速期间，暂时接通已断开的离合器。
以这种方式，根据本发明的压缩机系统的优点和特点也转移到方法的范畴中。这也适用于根据本发明的方法的、在下面给出的特别优选的实施例。
该方法以有利的方式由此进行改进，即当在载货车辆的压缩空气供应系统中存在的压力超过可设定的切断压力(Abschaltdruck)时，断开离合器。
此外可以提出，在驱动发动机启动期间，断开离合器。
也可以提出，当压缩机的被测温度超过可设定的最大允许的温度时，断开离合器。
此外在这里可以进一步提出，在压缩机的被测温度超过可设定的最大允许的温度期间，暂时接通离合器。
可以特别地提出，变速器将传动比小于一的发动机转速传递到压缩机上。
附图说明
现在参考附图根据特别优选的实施例示例性地对本发明加以说明。图中示出：
图1示出了具有根据本发明的压缩机系统的机动车的简化示意图；
图2示出了用于运行压缩机系统的两种切换策略；
图3示出了用于运行压缩机系统的一种根据本发明的切换策略；和
图4示出了一个流程图，其说明了各个方法步骤。
具体实施方式
在下列附图中相同的参考标号表示相同的或同类型的部件。
图1示出了具有根据本发明的压缩机系统16的机动车的简化示意图。载货车辆14由驱动发动机12驱动。此外，驱动发动机12通过变速器20驱动压缩机18，该压缩机为压缩空气供应系统24提供压缩形式的空气。变速器20具有的小于一的传动比i，也就是说，与发动机转速相同的驱动轴转速n驱动大于与压缩机转速相同的从动轴转速n输出。由此，压缩机转速总是以固定的系数i大于发动机转速。离合器22布置在变速器20和驱动发动机12之间，通过该离合器可以使压缩机18和驱动发动机12断开。变速器20和离合器22的顺序反之也是这样，这甚至是更常用的布置形式，这是因为变速器20通常设计为驱动发动机12的组成部件，其中然后在压缩机曲轴上固定了齿轮。压缩机18和变速器20、离合器22以及此外布置在载货车辆14中的控制设备10共同构成压缩机系统16。此外，在压缩机系统16中设置了转速传感器28，30和温度传感器26，其中，转速传感器28，30检测发动机转速或压缩机转速，而温度传感器26检测压缩机温度。控制设备10和转速传感器28，30以及温度传感器26连接并且该控制设备能够断开和接通离合器22。在没有转速传感器28，30的情况下也可以实现对压缩机转速的监测，其中然后通过机动车总线、例如控制器局域网总线(CAN-Bus)向控制设备10传输通常已知的发动机转速，然后该控制设备联系变速器20的传动比从而确定压缩机转速。通过发动机转速进行确定甚至是优选的，这是因为可以舍弃用于直接确定压缩机转速的、单独的转速传感器28，30。在其中特别优选使用根据本发明的压缩机系统的典型的传动比在0.4和0.7之间，其中在另外的传动比时也可应用根据本发明的压缩机系统。
图2示出了用于运行压缩机系统的两种切换策略。在X轴上表示了发动机转速，在Y轴上表示了压缩机转速。此外，所标出的长期允许的压缩机转速40和短期允许的压缩机转速42平行于X轴。第一压缩机转速曲线44根据选定的传动比与发动机转速无关地保持在长期允许的压缩机转速40之下。因此通过离合器切换压缩机是不必要的。第二压缩机转速曲线46可能将在发动机的大约每分钟1900转的转速时超过长期允许的压缩机转速40。在此点上使得离合器断开，紧接着压缩机转速下降为零，并且在发动机转速进一步上升期间也保持为零。该切换策略是不利的，这是因为通过断开离合器在发动机转速较高时使得空气输送完全停止。
图3示出了用于运行压缩机系统的一种根据本发明的切换策略。X轴表示了时间，Y轴表示发动机转速或压缩机转速。所标出的长期允许的压缩机转速40和短期允许的压缩机转速42又平行于X轴。所标出的发动机转速曲线48从驱动发动机的大约每分钟600转的空转转速出发，一直增长到驱动发动机的大约每分钟2000转的额定转速，从而通过驱动发动机的制动转速又从大约每分钟2400转降低至空转转速。根据本发明的压缩机转速曲线50表明从属于发动机转速曲线48的压缩机转速。在从零到大约36秒的第一阶段Ⅰ期间，压缩机18的离合器22被接通，并且压缩机18处于恒定的运行中。当驱动发动机12达到额定转速时，根据本发明的压缩机转速曲线50达到长期允许的压缩机转速40。通过开始发动机制动使驱动发动机12在阶段Ⅱ中达到制动转速。从属于制动转速的压缩机转速在接通离合器时符合短期允许的压缩机转速42，该转速大于长期允许的压缩机转速40。所以首先在阶段Ⅱ开始时通过控制装置10断开离合器22，因此压缩机转速曲线50降为零，并且在断开区间52期间保持该值。为了可以再次产生的压缩空气，当断开区间52结束时再次接通离合器22，因此压缩机18在短暂时间后达到短期允许的压缩机转速42，并且在负载区间58期间保持该值。并且当负载区间58结束时再次断开离合器22，并且开始另一个断开区间54。接着是另外的负载区间60，62和断开区间56。当负载区间62结束时也开始了第三区域Ⅲ，该区域通过较长的断开区间64表明。因为压缩空气供应系统24的储存容器被填充，所以当负载区间62结束时压缩空气供应系统24在该实例中达到其切断压力。为了节能，持久地断开压缩机18的离合器22。当第三区域Ⅲ结束时，存储在压缩空气供应系统中的空气量低于预定的最小值，也就是说未超过被测的切断压力。由于该原因离合器22又被接通。因为同时发动机制动结束，并且驱动发动机12的发动机转速位于驱动发动机12的额定转速之下，因此离合器22保持接通并且再次稳定地运行压缩机18。
图4示出说明了各个方法步骤的流程图。从步骤100出发，对驱动发动机12的发动机转速或压缩机18的压缩机转速是否大于最大允许的转速进行校验。这可以通过监测驱动发动机12的发动机转速或者压缩机转速，或者联系档位选择来进行节气门踏板调节来实现。因为压缩机18的热负载取决于压缩机转速，所以同样可以考虑直接对压缩机18的温度进行监测。此外，如果特别地通过涡轮增压器设置了附加的压缩机18的增压，那么可以对驱动发动机12的发动机负载进行考虑。如果压缩机18所达到的压缩机转速大于允许的转速，100-是，那么在110中由控制装置10断开离合器22。紧接着在120中，离合器22的断开被保存用于以后的诊断或统计评估。随后在100中又继续。如果压缩机的转速小于最大的允许转速100-否，那么继续130。控制装置10接通离合器22，从而使压缩机18的空气输送再次开始。紧接着继续100。需要注意的是，当离合器22有可能接通时，在100中不需要考虑压缩机18的当前的压缩机转速，而更应考虑的是压缩机18可能具有的转速。此外也要说明的是，也可以在低于正常的接通压力时接通压缩机18。然而，接通压力必须总位于规定的最小压力之上。由此，在高转速时为防止机械超载而对压缩机18的保护得以进一步改进，这是因为在高转速时更少地经常出现压缩机18的致动的问题。
在当前的说明书中、附图中以及在权利要求书中公开的本发明的特征可以不仅单独地、也在任意的组合中对于实现本发明来说都是重要的。
参考标号
10        控制装置
12        驱动发动机
14        载货车辆
16        压缩机系统
18        压缩机
20        变速器
22        离合器
24        压缩空气供应系统
26        温度传感器
28        发动机转速传感器
30        压缩机转速传感器
40        长期允许的压缩机转速
42        短期允许的压缩机转速
44        第一压缩机转速曲线
46        第二压缩机转速曲线
48        发动机转速曲线
50        根据本发明的压缩机转速曲线
52        断开区间
54        断开区间
56        断开区间
58        负载区间
60        负载区间
62        负载区间
64        断开区间
100       转速大于允许的转速？
110       断开离合器
120       存储数据
130       接通离合器
Ⅰ        恒定的运行
Ⅱ        间歇运行
Ⅲ        去激活压缩机

Claims (12)

1.一种用于为载货车辆(14)供应压缩空气的压缩机系统(16)，其中，所述压缩机系统(16)包括：
-用于产生压缩空气的压缩机(18)；
-用于将转矩从驱动发动机(12)传递到所述压缩机(18)上的变速器(20)；
-用于切断在所述压缩机(18)和所述驱动发动机(12)之间的连接的离合器(22)；以及
-用于断开和接通所述离合器(22)的控制设备(10)；
其特征在于，所述控制设备(10)适用于，当超过可设定的最大允许的压缩机转速或所述驱动发动机(12)的发动机转速时，断开所述离合器(22)，并且在发动机转速大于最大允许的发动机转速期间，暂时接通已断开的所述离合器(22)。
2.根据权利要求1所述的压缩机系统(16)，其特征在于，所述控制设备(10)适用于，当在所述载货车辆(14)的压缩空气供应系统(24)中存在的压力超过可设定的切断压力时，断开所述离合器(22)。
3.根据权利要求1或2所述的压缩机系统(16)，其特征在于，所述控制设备(10)适用于，在所述驱动发动机(12)启动期间，断开所述离合器(22)。
4.根据权利要求1所述的压缩机系统(16)，其特征在于，设置有检测所述压缩机(18)的温度的温度传感器(26)。
5.根据权利要求1所述的压缩机系统(16)，其特征在于，所述变速器(20)具有小于一的传动比。
6.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的压缩机系统(16)的载货车辆(14)。
7.一种用于控制为载货车辆(14)供应压缩空气的、由所述载货车辆(14)的驱动发动机(12)驱动的压缩机系统(16)的方法，其中所述压缩机系统(16)包括：
-用于产生压缩空气的压缩机(18)；
-用于将转矩从所述驱动发动机(12)传递到所述压缩机(18)上的变速器(20)；
-用于切断在所述压缩机(18)和所述驱动发动机(12)之间的连接的离合器(22)；以及
-用于断开和接通所述离合器(22)的控制设备(10)，
其特征在于，
-在超过可设定的最大允许的压缩机转速或所述驱动发动机(12)的发动机转速时，断开所述离合器(22)，
-在发动机转速大于最大允许的发动机转速期间，暂时接通已断开的所述离合器(22)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当在所述载货车辆(14)的压缩空气供应系统(24)中存在的压力超过可设定的切断压力时，断开所述离合器(22)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在所述驱动发动机(12)启动期间，断开所述离合器(22)。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述压缩机(18)的被测温度超过可设定的最大允许的温度时，断开所述离合器(22)。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述压缩机(18)的被测温度超过可设定的最大允许的温度期间，暂时接通所述离合器(22)。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发动机转速通过传动比小于一的所述变速器(20)传递到所述压缩机(18)上。
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