CN101903227B - 压缩机和用于控制为载货车辆供应压缩空气的压缩机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于为具有驱动发动机(20)的载货车辆(12)供应压缩空气的压缩机(10)，其中，压缩机(10)通过传动比小于一的变速器(26)由驱动发动机(20)驱动，并且压缩机(10)包括活塞室(14)、余隙(16)以及用于接通余隙(16)的阀装置(18)。根据本发明提出，以这种方式设计阀装置(18)，即通过接通余隙(16)，由压缩机(10)输送的气流可以减小至一个不为零的值。另外，本发明涉及一种用于控制为载货车辆(12)供应压缩空气的压缩机(10)的方法。

Description

压缩机和用于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具有驱动发动机的载货车辆供应压缩空气的压缩机，其中，压缩机通过传动比小于一的变速器由驱动发动机驱动，并且压缩机包括活塞室、余隙以及用于接通余隙的阀装置。

本发明另外涉及一种用于控制为具有驱动发动机的载货车辆供应压缩空气的压缩机的方法，其中，压缩机通过传动比小于一的变速器由驱动发动机驱动，并且压缩机包括活塞室、余隙以及用于接通余隙的阀装置。

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/n_输出，并且i选择为尽可能小。

这发生的原因是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。整个所述过程需要很多空气，必须在发动机转速较低时获得这些空气。

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机械负载和热负载。这特别被考虑，这是因为在发动机制动状态中，驱动发动机的例如每分钟2000转的额定转速可被明显地超过几百转，直至例如为每分钟2400转的制动转速。在此产生的问题特别在于，在进行发动机制动时为了材料保护而完全地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，该压缩机可以以明显小于一的传动比来运行，其中特别在发动机转速较高时降低在压缩机上出现的负载。

该目的通过独立权利要求的特征来实现。

本发明的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，即以这种方式设计了阀装置，通过接通余隙，由压缩机输送的气流可以减小至一个不为零的值。接通余隙使压缩机在压缩阶段期间可以达到的压缩度降低。因为在压缩期间产生的热量和压缩度相互关联，所以最大压缩的减少也使得在压缩机的输送循环期间产生的热量降低和因此使得压缩机的热负载降低。此外，压缩机的机械负荷的部件、例如曲轴、活塞、曲柄、曲柄螺栓和曲轴轴承，被保护避免在高转速和高压时出现的过载，并且以这种方式免除了对这些部件的机械加强。在其中特别优选使用根据本发明的压缩机的典型的传动比在0.4和0.7之间，然而其中在另外的传动比时也可以使用根据本发明的压缩机。

此外可以有利地提出，阀装置包括多个可以单独连接的阀。通常通过阀装置的开关实现接通余隙，该阀装置以预定的阀横截面的形式开启在活塞室和余隙之间的连接。在压缩阶段期间，压缩机通过该预定的阀横截面将空气吸入余隙中。除余隙容积之外，被开启的连接的阀横截面是有意义的，这是因为阀横截面确定空气的流阻。多个可以单独开关的阀因此可以实现匹配于压缩机转速的阀横截面的扩大或者流阻的降低。

此外有利地可以提出，余隙包括多个独立的容积，这些容积可以由阀装置单独开关。接通另外的余隙容积可以实现在需求状态中进一步降低在压缩机中出现的峰值压力，并且因此进一步减小热负载和机械负载。

可替换地可以提出，阀装置包括可至少分两阶段开关的阀。利用可至少分两阶段开关的阀，在活塞室和余隙之间被开启的阀横截面也可以匹配于需求，因此以这种方式同样可以逐级减小在压缩机中出现的峰值压力。

可以特别地提出，由压缩机输送的气流可通过接通余隙减小至零。如果在活塞室和余隙之间由阀装置开启的阀横截面足够大，并且余隙的容积同时是足够的，那么由压缩机可达到的输送压力可以降低到用于输送气流所必须的压力之下。在此状态中，压缩机不再输送气流，并且因为压缩机做了更少的功，所以相应地需要更少的能量。以这种方式可以实现系统节能。

本发明由此建立这种类型的方法，即由压缩机输送的气流通过接通余隙减小至一个不为零的值。

以这种方式，根据本发明的压缩机的优点和特点也转化到方法的范畴中。该方法也适用于根据本发明的方法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，即通过改变在活塞室和余隙之间的阀装置的全部打开的阀横截面对输送的气流产生影响。

此外可以提出，由压缩机输送的气流通过接通余隙减小至零。

可以有利地提出，只在载货车辆的发动机制动期间满足至少一个用于接通余隙的条件。

可以特别地提出，根据下列量值中至少任一个实现接通余隙：

-发动机转速，

-压缩机转速，

-油门踏板位置，

-输送的气流，

-发动机负载，

-档位选择，

-载货车辆的空气需求量，

-压缩机的温度。

在压缩机的压缩循环期间产生的热量可以根据已知的压缩度计算得出。因此可以根据发动机转速、压缩机转速、输送的气流或取决于档位选择的油门踏板位置，计算出需要排出的热量。如果需要排出的热量超过通过压缩机的冷却系统可以导出的热量，那么可以通过接通余隙而减少需要排出的热量，这通过减小压缩的方法实现。在此也可以考虑发动机负载以及压缩机的瞬时温度。此外，载货车辆的空气需求量可以作为用于接通余隙的标准被考虑。当载货车辆具有足够的压缩空气时，压缩机可以不取决于其他量值而变换到节能状态中，从而节约燃料。

在此特别优选的是，压缩机转速直接由转速传感器检测，并且由控制设备在开关阀装置时对压缩机转速进行考虑。直接检测压缩机转速以及在阀装置开关状态时的考虑使压缩机运行得到优化。

可替换地优选地提出，间接地通过发动机转速和传动比检测压缩机转速，并且由控制设备在开关阀装置时对压缩机转速进行考虑。间接地通过发动机转速和传动比检测压缩机转速允许节省单独的转速传感器，其中通常不必再考虑另外的缺点。

附图说明

现在参考附图根据特别优选的实施例对本发明加以示例性说明。图中示出：

图1示出了具有压缩机的机动车的简化示意图；

图2示出了压缩机的截面图；

图3示出了根据本发明的压缩机的输送的气流和发动机转速或压缩机转速的关系；

图4示出了根据本发明的压缩机的发动机特征曲线以用于说明本方法的工作方式；

图5示出了说明单独的方法步骤的流程图。

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示出了具有压缩机10的机动车12的简化示意图。载货车辆12由驱动发动机20驱动。驱动发动机20通过变速器26驱动压缩机10，该压缩机从空气过滤器24吸入空气，并且为压缩空气提供装置22提供压缩形式的空气。变速器26具有的传动比i小于一，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，压缩机转速和发动机转速相差固定的系数i。由驱动发动机20、变速器26和由驱动发动机20通过变速器26驱动的压缩机10共同组成系统。在其中特别优选使用根据本发明的压缩机的典型的传动比在0.4和0.7之间，其中在另外的传动比时也可以使用根据本发明的压缩机。此外示出了用于检测压缩机转速的转速传感器74，以及用于控制压缩机10的控制设备72。

图2示出了压缩机的截面图。压缩机10包括具有散热片40的气缸壳体38，该壳体包围由曲轴42驱动的、在活塞室14中可运动的活塞36。散热片40并不是强制性需要的，但是其用于气缸壳体38的冷却，其中另外的未示出的气缸壳体38的冷却形式、例如通过水冷，常常具有更高的冷却能力。除了冷却能力较低之外，散热片40用于使气缸壳体加固。此外示出了具有进气阀28的进气口30、具有排气阀32的排气口34以及具有阀装置18的余隙16。阀装置18可以通过控制设备72控制，其中控制设备72可以设计成单独的或者是其它的已经布置在机动车12中的控制设备的集成部件，该控制设备例如控制了压缩空气提供装置22。控制设备72基于发动机转速或压缩机转速开关阀装置18，其中或者设置了直接和控制设备72连接的单独的传感器74以用于检测各个转速；或者通过机动车总线、例如控制器局域网总线(CAN-Bus)将转速传递给控制设备。在后一种情况中，应用已经在机动车12中其它已有的传感器用于检测转速。

在示出的吸气阶段期间，活塞36在活塞室14内部向下移动，其中空气通过进气阀28由进气口30吸入到活塞室14中。在吸气阶段中，排气阀32取决于结构地被关闭。在未示出的输送阶段期间，活塞36在活塞室14中向上移动，其中进气阀28关闭，排气阀32在达到足够高的压力时被打开，并且空气被输送到排气口34中。

当开关阀装置18时，开启活塞室14和余隙16之间的连接，空气可以通过该连接流动。流阻在此主要取决于开启的阀横截面，阀装置18打开该横截面。如果压缩机10处于输送阶段，空气不仅在活塞室14的内部而且在余隙16中被压缩。当阀装置18开启足够大的阀横截面时，因为活塞室的需要压缩的容积又增加了余隙容积，所以空气的相对的压缩由此减小。如果被开启的阀横截面不足够大，那么阀横截面起到节流阀的作用。在此情况中，在压缩时出现的压力很少地明显下降。压缩的减小降低了产生的热学上的废热，并且因此降低了压缩机的热负载。

如果余隙16的容积和由阀装置18开启的阀横截面超过了规定的界限，那么在输送阶段期间在活塞室14中可以达到的压力可以小于在排气口34的区域中产生的压力。随后不再进行空气输送，其中同时必须做少量的功用于压缩空气。以这种方式可以使压缩机10的节能系统得以实现。

图3示出了根据本发明的压缩机的输送的气流和发动机转速或压缩机转速的关系。X轴表示各个发动机转速或压缩机转速，其中各个较小的数对应发动机转速，各个较大的数对应压缩机转速。Y轴表示输送的气流。被标出的第一输送曲线44从驱动发动机的每分钟500转的空转转速或所属的每分钟750转的压缩机转速出发开始增长，与此相应的变速器的传动比是二比三。当在开关点46时，位于驱动发动机的每分钟2000转的额定转速之下，余隙被接通。因此，输送的气流下降，其中输送的气流现在可以根据第二输送曲线48确定。如果发动机转速上升到驱动发动机的每分钟2000转的额定转速以上时，例如采取发动机制动时，其中制动转速达到每分钟2400转，那么输送的气流根据在第一输送曲线44下方延伸的第二输送曲线48而增长。第二输送曲线48随着通过余隙的空气减少的压缩而出现，因此需要排出的压缩热在余隙接通时减小。同样可以考虑多级的下降。

图4示出了根据本发明的压缩机的发动机特征曲线以用于说明本方法的工作方式。以标准的方式在X轴上表示发动机转速，在Y轴上表示由驱动发动机提供的转矩，并且附加地由右边出发以双曲线形式表示了同样的发动机功率。此外，在发动机特征曲线内同样表示了单位为毫巴的增压压力，该压力说明了驱动发动机20的涡轮增压器的增压压力。第一运行区域62和第二运行区域64被切换边界58分开。粗体标出的线56描述发动机数据的被测曲线，由此接下来说明本方法。

在压缩机10的第一运行区域62中，余隙16没有被接通。在第二运行区域64中，余隙16通过阀装置18接通。从空转54开始，机动车在第一运行区域62中加速，其中驱动发动机20的状态从左下部向右上部沿着S形的曲线56移动穿过发动机特征曲线。当达到上方的接通点70时，进入未示出的变速器的下一个较高的档位，其中驱动发动机20的发动机转速同时直线下降。在重新接通变速器后，发动机转速又升至点70。需要注意的是，如此选择切换边界58，即当正常驱动载货车辆12的驱动发动机20时，该切换边界不被横穿。当达到载货车辆12的最终速度时，驱动发动机20通常位于远离切换边界58的正常的运行区域68内。如果现在采取发动机制动，那么驱动发动机的状态沿着属于发动机制动的曲线66向外移动穿过驱动发动机20的每分钟2000转的额定转速。在此切换边界58相交，并且阀装置18接通余隙16，由此减小在压缩机10中出现的最大压缩率，这引起输送的气流和生产的废热下降。如果发动机制动结束，那么驱动发动机20的状态又横穿过切换边界58，并且阀装置18再次断开事先接通的余隙16。驱动发动机20的状态现在又沿着S形的曲线56移动。此外可以考虑压缩机10通过接通另外的余隙或增大空余的阀横截面从而转入节能状态，在此状态时输送的空气量趋近于零。

图5示出了说明单独的方法步骤的流程图。从步骤100出发检测了由压缩机10输送的空气量是否大于最大的空气量V_最大。例如通过监控驱动发动机20的发动机转速、经过转速传感器的压缩机转速或与档位选择有关的油门踏板位置可以实现检测，该转速传感器直接或间接地经过例如控制器局域网总线(CAN-Bus)的机动车总线和所属的控制设备连接。同样可以考虑直接对压缩机10的温度进行监控。此外，如果特别地设置为通过涡轮增压器进行压缩机10的附加的增压，那么可以对驱动发动机20的发动机负载进行考虑。如果由压缩机10输送的气流大于V_最大，100-是，那么在110中余隙16由阀装置18接通。紧接着在120中，余隙的接通被保存用于以后的诊断或统计上的评估。随后又在100中继续进行。如果由压缩机10输送的空气量小于V_最大，100-否，那么在130中继续进行。阀装置18断开余隙16，以便又提高压缩机10的空气输送量。紧接着在100中继续进行。需要注意的是，在100中要确定的不是压缩机10的实际输送的空气量，更确切地说而是当余隙16没有接通时压缩机10将可能输送的空气量。此外需要说明的是，也可以在小于正常的接通压力时接通压缩机。然而，接通压力必须总位于合法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  压缩机

12  载货车辆

14  活塞室

16  余隙

18  阀装置

20  驱动发动机

22  压缩空气提供装置

24  空气过滤器

26  变速器

28  进气阀

30  进气口

32  排气阀

34  排气口

36  活塞

38  气缸壳体

40  散热片

42  曲轴

44  第一输送曲线

46  接通点

48  第二输送曲线

54  空转

56  被测曲线

58  切换边界

62  第一运行区域

64  第二运行区域

66  发动机制动

68  常的运行区域

70  接通点

72  控制设备

74  转速传感器

100 输送的气流大于V最大

110 接通余隙

120 存储数据

130 断开余隙

Claims (13)

1.一种包括变速器(26)和用于为具有驱动发动机(20)的载货车辆(12)供应压缩空气的压缩机(10)的系统，其中，所述压缩机(10)通过所述变速器(26)由所述驱动发动机(20)驱动，并且所述压缩机(10)包括活塞室(14)、余隙(16)以及用于接通所述余隙(16)的阀装置(18)，并且其中，以这种方式设计所述阀装置(18)，即通过接通所述余隙(16)，由所述压缩机(10)输送的气流可以减小至一个不为零的值，其特征在于，所述变速器(26)的传动比小于一。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阀装置(18)包括多个可以单独开关的阀。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述余隙(14)包括多个独立的容积，这些所述容积可以由所述阀装置(18)单独开关。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阀装置(18)包括可至少分两阶段开关的阀。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，由所述压缩机(10)输送的气流可通过接通所述余隙(16)减小至零。

6.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的系统的载货车辆(12)。

7.一种用于控制包括变速器(26)和为具有驱动发动机(20)的载货车辆(12)供应压缩空气的压缩机(10)的系统的方法，其中，所述压缩机(10)通过所述变速器(26)由所述驱动发动机(20)驱动，并且所述压缩机(10)包括活塞室(14)、余隙(16)以及用于接通所述余隙(16)的阀装置(18)，并且其中，通过接通所述余隙(16)，由所述压缩机(10)输送的气流减小至一个不为零的值，其特征在于，所述压缩机(10)以所述变速器(26)的输出转速驱动，并且所述输出转速大于所述变速器(26)的由所述驱动发动机(20)提供的输入转速。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过改变在所述余隙(16)和所述活塞室(14)之间的所述阀装置(18)的全部打开的阀横截面对输送的所述气流产生影响。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，由所述压缩机(10)输送的所述气流通过接通所述余隙(16)减小至零。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，只在所述载货车辆(12)的发动机制动期间满足至少一个用于接通所述余隙(16)的条件。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据下列至少任一个量值实现接通所述余隙(16)：

-发动机转速，

-压缩机转速，

-油门踏板位置，

-被输送的气流，

-发动机负载，

-档位选择，

-所述载货车辆的空气需求量，

-所述压缩机的温度。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

-直接由转速传感器(74)检测所述压缩机转速，并且

-在开关所述阀装置(18)时，由控制设备(72)考虑所述压缩机转速。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

-间接地通过所述发动机转速和传动比检测所述压缩机转速，并且

-在开关所述阀装置(18)时，由控制设备(72)考虑所述压缩机转速。

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