CN101896721A - 具有节能装置的压缩机和节能地运行压缩机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于为载货车辆(12)产生压缩空气的压缩机(10)，其中，压缩机(10)包括：具有活塞室(16)和余隙(18)的壳体(14)；具有用于将余隙(18)与活塞室(16)分开的锁闭体(22)的阀装置(20)。根据本发明提出，为了开启阀装置(20)，锁闭体(22)可在活塞室(16)的方向上从阀座(24)上抬起。此外，本发明涉及一种用于对压缩机进行卸载的方法。

Description

具有节能装置的压缩机和节能地运行压缩机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于为载货车辆产生压缩空气的压缩机，其中，压缩机包括：具有活塞室和余隙的壳体；以及具有用于将余隙与活塞室分开的锁闭体的阀装置。

本发明还涉及一种对用于为载货车辆产生压缩空气的压缩机进行卸载的方法，其中，压缩机包括：具有活塞室和余隙的壳体；以及具有用于将余隙与活塞室分开的锁闭体的阀装置。

背景技术

例如在轨道交通或道路交通中使用的现代的载货车辆具有很多压缩空气用户，这些压缩空气用户的空气消耗通常由包括压缩机的压缩空气供应装置来满足。该压缩机通常直接由存在于载货车辆中的内燃机驱动，该内燃机也用于载货车辆的牵引。因为压缩机的驱动装置直接与内燃机连接，因此只要载货车辆的内燃机转动，压缩机就持久地一起转动。尤其是即使当压缩空气用户不需要空气时，或者存在于载货车辆中的压缩空气储存器被完全充满时，压缩机也工作。在这种情况下，通常为了降低能耗而对压缩机进行卸载。

例如可以由GB 2 323 639 A获悉这种卸载装置的一个实施例。在每分钟2000转的情况下，被卸载的压缩机的功率消耗从大约3KW下降到1KW以下。存在的余隙的容积当时大约为7ccm。因为余隙阀也用作节流阀并且较大的余隙不能实现进一步节能，因此余隙最大可以为大约90ccm。此外不利的是，在压缩机的输送阶段中由于存在的沉淀物引起了高的能量消耗。

发明内容

本发明的目的是降低余隙阀的扼流作用，并且同时通过持续存在的余隙减小能量损耗。

该目的通过独立权利要求所述的特征来实现。

本发明的有利的实施例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，即为了开启阀装置，锁闭体可在活塞室的方向上从阀座上抬起。通过在活塞室的方向上抬起锁闭体可以减小阀装置的扼流作用，而持续存在的余隙保持恒定。此外对于这种类型的阀装置仅仅还需要密封件和弹簧。

此外可以有利地提出，锁闭体可至少部分地运动到气缸头中的凹槽中，该凹槽邻接于活塞室。

但是也可以提出，锁闭体可至少部分地运动到活塞室中，其中，从阀座上抬起的锁闭体在可在活塞室中运动的活塞的上部的换向点处至少部分地伸入到布置在活塞上的凹进处中。在该实施例中，在输送阶段期间，持续存在的余隙缩小，并且因此使压缩机的效能总体升高，这是因为在压缩中无效地损失很少的能量。凹进处的所需的最小底面积至少等于锁闭体的底面积，而凹进处的高度至少等于锁闭体从其阀座上抬起的距离。

可以有利地提出，余隙与大气连接。通过余隙与大气的连接，相对于封闭的余隙可以进一步降低在卸载阶段期间出现的峰值压力，由此可以进一步降低压缩机的能量消耗。

也可以考虑，设置具有另外的锁闭体的另外的阀装置和另外的活塞室，并且为了开启另外的阀装置，另外的锁闭体可在另外的活塞室的方向上从另外的阀座上抬起。除了单气缸的压缩机外，也应用了具有两个或多个气缸的压缩机，其中可以分别设置用于卸载压缩机的阀装置，该阀装置在另外的活塞室的方向上开启。

也可以提出，另外的锁闭体可至少部分地运动到气缸头中的另外的凹槽中，该另外的凹槽邻接于另外的活塞室。

可以有利地提出，另外的锁闭体可至少部分地运动到另外的活塞室中，其中，从另外的阀座上抬起的另外的锁闭体在可在另外的活塞室中运动的另外的活塞的上部的换向点处至少部分地伸入到布置在另外的活塞上的另外的凹进处中。

此外可以提出，当阀装置和另外的阀装置被开启时，活塞室和另外的活塞室通过余隙彼此连接。因为在活塞室和另外的活塞室之间的空气可以被往复泵送，所以通过活塞室和另外的活塞室通过余隙彼此之间的连接，在压缩机的卸载阶段期间在很大程度上避免了压力的形成。

可替换地可以提出，设置有另外的余隙，该另外的余隙可通过另外的阀装置与另外的活塞室连接。另外的余隙的这种设置可以实现单独地对活塞室和另外的活塞室进行卸载。

此外可以特别地提出，另外的余隙与大气连接。

此外，本发明提出了一种具有根据本发明的压缩机的载货车辆。

这种类型的方法由此加以改进，即为了开启阀装置，锁闭体在活塞室的方向上从阀座上抬起。以这种方式，根据本发明的压缩机的优点和特殊性也转化到方法的范畴中。

这也适用于根据本发明的方法的下面给出的特别优选的实施例。

该方法以有利的方式由此加以改进，当可在活塞室中运动的活塞在下部的换向点附近时，锁闭体至少部分地运动到气缸头中的凹槽中，该凹槽邻接于活塞室。因为在这个时间点，在活塞室中的压力很低，所以当可在活塞室中运动的活塞在下部的换向点附近时，锁闭体特别容易运动。

可以有利地提出，当可在活塞室中运动的活塞在下部的换向点附近时，锁闭体至少部分地运动到活塞室中，其中，从阀座上抬起的锁闭体在活塞的上部的换向点处至少部分地由布置在活塞上的凹进处所容纳。

此外可以提出，余隙与大气连接。

也可以考虑，设置了具有另外的锁闭体的另外的阀装置以及另外的活塞室，其中，为了开启另外的阀装置，另外的锁闭体在另外的活塞室的方向上从另外的阀座上抬起。

然后可以有利地提出，另外的锁闭体至少部分地运动到气缸头中的另外的凹槽中，该另外的凹槽邻接于另外的活塞室。

可以特别地提出，当可在另外的活塞室中运动的另外的活塞在下部的换向点附近时，另外的锁闭体至少部分地运动到另外的活塞室中，其中，从另外的阀座上抬起的另外的锁闭体在另外的活塞的上部的换向点处至少部分地由布置在另外的活塞上的另外的凹进处所容纳。

也可以提出，活塞室和另外的活塞室通过余隙彼此连接。

可以有利地提出，设置有另外的余隙，该另外的余隙通过另外的阀装置与另外的活塞室连接。

然后可以特别地提出，另外的余隙与大气连接。

附图说明

现在参考附图，根据尤其优选的实施例对本发明进行示例性的说明。图中示出：

图1是根据本发明的第一压缩机的截面图；

图2是根据本发明的第一气缸头的细节图；

图3是在输送阶段中的根据本发明的第一气缸头的细节图；

图4是在卸载阶段中的根据本发明的第一气缸头的细节图；

图5是根据本发明的第二压缩机的剖面图；

图6是根据本发明的第三压缩机的剖面图；

图7a是卸载的压缩机的吸气阶段；

图7b是卸载的压缩机的压缩阶段；

图7c是卸载的压缩机的另外的吸气阶段；

图8是卸载的压缩机；

图9a是说明了通过卸载实现的节能的第一图表；

图9b是说明了通过卸载实现的节能的第二图表。

具体实施方式

在附图中使用的相同的参考标号来表示相同的或类似的部件。

图1示出了根据本发明的第一压缩机的截面图。示出的压缩机10包括：具有活塞室16的壳体14和气缸头28，在该壳体中布置了可在活塞室16中运动的活塞30，该活塞通过曲柄34由曲轴36驱动。在气缸头28中布置了余隙18和阀装置20，该阀装置具有锁闭体22和在凹槽26后方的所属的阀座24。通过接通阀装置20可以开通在余隙18和活塞室16之间的连接，这在下面被详细地说明。

图2示出了根据本发明的第一气缸头的细节图。除了在图1中示出的部件，还示出了弹簧46、支撑板48、密封圈50、阀板52和开关腔54。在阀板52中置入有具有阀座24的凹槽26，锁闭体22在所示的阀装置的关闭状态中安放在该阀座24上。在此，锁闭体22由支撑在支撑板48上的弹簧46压向阀座24。密封圈50将开关腔54密封，其中开关腔54的通风引起锁闭体22克服弹簧46的弹簧力脱离进入到凹槽26中。

图3和图4示出在输送阶段或卸载阶段中的根据本发明的第一气缸头的另外的细节图。在图3和图4中示出的气缸头28的组成部件基本上和在图2中已经示出的部件相同。在图3中示出了在关闭状态中的阀装置20，而在图4中示出了在开启状态中的同类型的阀装置20。在开启状态中，开关腔54进行通风，并且在这之后锁闭体22脱离进入到凹槽26中，也就是说从阀座24上抬起。

图5示出了根据本发明的第二压缩机的剖面图。在图5中示出的压缩机10的剖面图与第一实施例的区别在于，在阀板52中没有设置凹槽26。锁闭体22在缩回的状态中与阀板52齐平。但是为了实现锁闭体22的脱离，在活塞30中设置了凹进处32，锁闭体22可脱离进入到该凹进处中。在其脱离的状态中，锁闭体22在活塞30的上部的换向点处部分地伸入到凹进处32中。在通过对开关腔54进行通风而导致锁闭体22脱离时，在凹进处32和余隙18之间形成可以使空气流动的连接。

图6示出了根据本发明的第三压缩机的剖面图。在图6中示出的压缩机10是具有两个气缸的压缩机。除了已经示出的部件之外，在图6中示出的压缩机10还包括另外的活塞室16′、另外的余隙18′、具有另外的锁闭体22′的另外的阀装置20′、另外的阀座24′和另外的弹簧46′以及具有另外的凹进处32′的另外的活塞30′。在示出的压缩机10的实施例中，余隙18没有和另外的余隙18′连接，并且两个余隙18，18′可以单独地由用于使两个气缸卸载的两个的阀装置20，20′接通。但是也可以考虑，两个余隙18，18′彼此连接，由此，当同时打开阀装置20和另外的阀装置20′时，形成在活塞室16和另外的活塞室16′之间的可以使空气流动的连接。这种可能性通过图8被详细地说明。类似于示出的、具有凹进处32和另外的凹进处32′的双气缸压缩机，根据图1至图4也可以考虑，阀装置20和另外的阀装置20′布置在两个凹槽中。

图7a，7b和7c示出了卸载的压缩机10的工作阶段。在图7a中示出了压缩机10，其阀装置20在最后一个工作冲程中为了卸载压缩机10而被开启。在第一吸入阶段期间，在该阶段期间活塞30从阀装置20上移开，空气通过进气阀38由进气口42吸入到活塞室16中。在此阶段期间，放气阀40保持关闭并且没有空气被输送进出气口44。

在第一吸入阶段之后，活塞30又在阀装置20的方向上运动，其中由于没有负压，进气阀38关闭，并且由于活塞室16中的压力较低，放气阀40以理想的方式并不开启。因为阀装置20是开启的，即余隙18和活塞室16相连接，压缩机10在该阶段期间将空气吸入余隙18中。因此，空气被压缩到余隙18中，其中可达到的压力在理想的情况下保持在出气口44处存在的压力之下。

在图7c中示出的另外的吸入阶段中，活塞再次运动，如在图7a中从阀装置20上离开，但是现在进气阀38和放气阀40都保持关闭。在另外的吸入阶段期间，被压入余隙中的空气又被释放回活塞室16中。

图8示出了卸载的压缩机。在图8中示出的压缩机10是具有双气缸的压缩机，其中活塞室16和另外的活塞室16′可通过开启阀装置20和另外的阀装置20′，通过余隙18相连接。通过曲柄34或34′与曲轴36连接的活塞30或30′布置在活塞室16和另外的活塞室16′的内部。当阀装置20和另外的阀装置20′开启时，使压缩机10卸载，其中在活塞30和另外的活塞30′的周期性的上和下运动期间，空气经过余隙18在两个活塞室16，16′之间被往复泵送。因为在内部既不产生负压也不产生过压，所以在理想的情况下，进气阀38，38′和放气阀40，40′在此保持关闭。示出的压缩机在其卸载阶段中也就不通过两个进气口42，42′吸空气。

图9a和9b示出了两个说明通过卸载压缩机实现的节能的图表。在两个图表的X轴上列出了单位为转/每分钟的压缩机转数，而在Y轴上列出了单位为千瓦小时的各个能量消耗。图9a示出了250cm³的压缩机的四条曲线，其中曲线104和106表示在输送压力为8.5巴或12巴时的能量消耗。曲线100和102表示压缩机的两种不同的、可通过卸载实现的节能模式。在图9b中列出的四条曲线属于360cm³的压缩机，其中上方的两条曲线112，114又对应于8.5巴或12巴的输送压力，并且下方的两条曲线108，110又表示压缩机的两个不同的、可通过卸载实现的节能模式。

在上述说明书中、在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    压缩机

12    载货车辆

14    壳体

16    活塞室

16′  另外的活塞室

18    余隙

18′  另外的余隙

20    阀装置

20′  另外的阀装置

22    锁闭体

22′  另外的锁闭体

24    阀座

24′  另外的阀座

26    凹槽

28    气缸头

30    活塞

30′  另外的活塞

32    凹进处

32′  另外的凹进处

34    曲柄

34′  曲柄

36     曲轴

38     进气阀

38′   进气阀

40     放气阀

40′   放气阀

42     进气口

42′   进气口

44     出气口

46     弹簧

46′   另外的弹簧

48     支撑板

50     密封圈

52     阀板

54     开关腔

100    在节能模式中的225ccm的压缩机

102    在节能模式中的225ccm的压缩机

104    在8.5巴压力中的225ccm的压缩机

106    在12巴压力中的225ccm的压缩机

108    在节能模式中的360ccm的压缩机

110    在节能模式中的360ccm的压缩机

112    在8.5巴压力中的360ccm的压缩机

114    在12巴压力中的360ccm的压缩机

Claims (21)

1.一种用于为载货车辆(12)产生压缩空气的压缩机(10)，其中，所述压缩机(10)包括：

-具有活塞室(16)和余隙(18)的壳体(14)；以及

-具有用于将所述余隙(18)与所述活塞室(16)分开的锁闭体(22)的阀装置(20)，

其特征在于，为了开启所述阀装置(20)，所述锁闭体(22)可在所述活塞室(16)的方向上从阀座(24)上抬起。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述锁闭体(22)可至少部分地运动到气缸头(28)中的凹槽(26)中，所述凹槽邻接于所述活塞室(16)。

3.根据权利要求1或2所述的压缩机(10)，其特征在于，所述锁闭体(22)可至少部分地运动到所述活塞室(16)中，其中，从所述阀座(24)上抬起的所述锁闭体(22)在可在所述活塞室(16)中运动的活塞(30)的上部的换向点处至少部分地伸入到布置在所述活塞(30)上的凹进处(32)中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机(10)，其特征在于，所述余隙(18)与大气连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机(10)，其特征在于，

-设置了具有另外的锁闭体(22′)的另外的阀装置(20′)以及另外的活塞室(16′)，以及

-为了开启所述另外的阀装置(20′)，所述另外的锁闭体(22′)可在所述另外的活塞室(16′)的方向上从另外的阀座(24′)上抬起。

6.根据权利要求5所述的压缩机(10)，其特征在于，所述另外的锁闭体(22′)可至少部分地运动到气缸头(28)中的另外的凹槽中，所述另外的凹槽邻接于所述另外的活塞室(16′)。

7.根据权利要求5或6所述的压缩机(10)，其特征在于，所述另外的锁闭体(22′)可至少部分地运动到所述另外的活塞室(16′)中，其中，从所述另外的阀座(24′)上抬起的所述另外的锁闭体(22′)在可在所述另外的活塞室(16′)中运动的另外的活塞(30′)的上部的换向点处至少部分地伸入到布置在所述另外的活塞(30′)上的另外的凹进处(32′)中。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的压缩机(10)，其特征在于，当所述阀装置(20)和所述另外的阀装置(20′)被开启时，所述活塞室(16)和所述另外的活塞室(16′)通过所述余隙(18)彼此连接。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的压缩机(10)，其特征在于，设置有另外的余隙(18′)，所述另外的余隙可通过所述另外的阀装置(20′)与所述另外的活塞室(16′)连接。

10.根据权利要求9所述的压缩机(10)，其特征在于，所述另外的余隙(18′)与大气连接。

11.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的压缩机(10)的载货车辆(12)。

12.一种对用于为载货车辆(12)产生压缩空气的压缩机(10)进行卸载的方法，其中，所述压缩机(10)包括：

-具有活塞室(16)和余隙(18)的壳体(14)；以及

-具有用于将所述余隙(18)与所述活塞室(16)分开的锁闭体(22)的阀装置(20)，

其特征在于，为了开启所述阀装置(20)，所述锁闭体(22)在所述活塞室(16)的方向上从阀座(24)上抬起。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当可在所述活塞室(16)中运动的活塞(30)在下部的换向点附近时，所述锁闭体(22)至少部分地运动到气缸头(28)中的凹槽(26)中，所述凹槽邻接于所述活塞室(16)。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，当可在所述活塞室(16)中运动的所述活塞(30)在所述下部的换向点附近时，所述锁闭体(22)至少部分地运动到所述活塞室(16)中，其中，从所述阀座(24)上抬起的所述锁闭体(22)在所述活塞(30)的上部的换向点处至少部分地由布置在所述活塞(30)上的凹进处(32)所容纳。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述余隙(18)与大气连接。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，设置了具有另外的锁闭体(22′)的另外的阀装置(20′)以及另外的活塞室(16′)，其中，为了开启所述另外的阀装置(20′)，所述另外的锁闭体(22′)在所述另外的活塞室(16′)的方向上从另外的阀座(24′)上抬起。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述另外的锁闭体(22′)至少部分地运动到气缸头(28)中的另外的凹槽中，所述另外的凹槽邻接于所述另外的活塞室(16′)。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，当可在所述另外的活塞室(16′)中运动的另外的活塞(30′)在下部的换向点附近时，所述另外的锁闭体(22′)至少部分地运动到所述另外的活塞室(16′)中，其中，从所述另外的阀座(24′)上抬起的所述另外的锁闭体(22′)在所述另外的活塞(30′)的上部的换向点处至少部分地由布置在所述另外的活塞(30′)上的另外的凹进处(32′)所容纳。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述活塞室(16)和所述另外的活塞室(16′)通过所述余隙(18)彼此连接。

20.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，设置有另外的余隙(18′)，所述另外的余隙通过所述另外的阀装置(20′)与所述另外的活塞室(16′)连接。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述另外的余隙(18′)与大气连接。

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