EP2984347A1 - Einrichtung zur leistungseinsparung bei einem kolbenverdichter - Google Patents

Einrichtung zur leistungseinsparung bei einem kolbenverdichter

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EP2984347A1
EP2984347A1 EP14715843.0A EP14715843A EP2984347A1 EP 2984347 A1 EP2984347 A1 EP 2984347A1 EP 14715843 A EP14715843 A EP 14715843A EP 2984347 A1 EP2984347 A1 EP 2984347A1
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EP
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suction
valve
cylinder head
pressure
plate
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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    • F04B7/0057—Mechanical driving means therefor, e.g. cams
    • F04B7/0061—Mechanical driving means therefor, e.g. cams for a rotating member

Definitions

  • the invention relates to a device for power saving in a
  • Piston compressor in particular for compressed air generation in a motor vehicle, with a piston arranged in a cylinder axially movable piston for generating compressed air, which passes through at least one intake valve for compressing into a compression chamber of the cylinder, wherein the intake valve with
  • pressure-controlled means for power saving cooperates.
  • Reciprocating compressors for motor vehicle construction in particular commercial vehicle construction, which primarily for the production of compressed air for compressed air systems in
  • the pressure valve opens at the top of the valve plate as before at a certain pressure level. Compressed air enters the pressure regulator from the pressure chamber where it is blown off to the atmosphere via a relief valve. This means that a portion of the air sucked in during the suction cycle leaves the cylinder space through the suction openings, while a still existing proportion of the air is pushed out through the pressure openings.
  • Suction lamella suction work continues to be carried out as the piston compressor continues to operate, ie air is drawn into the suction line via the suction line, the suction port is open and the suction valve is in the idling position
  • Suction chamber of the compressor is sucked and is at least partially in the Suction line pushed back again when the piston of the compressor
  • FR 1 098 045 A describes a reciprocating compressor whose suction valve has an actuating mechanism for keeping it open.
  • This is a plunger which acts on the suction valve and carries a piston which can be acted upon by the pressure of the pressure vessel connected to the compressor, such that the plunger is displaced through the piston when a pressure threshold is exceeded and the suction valve is accordingly opened.
  • a check valve is provided in the suction line thereof, which opens when a negative pressure in the suction line, to suck air into the reciprocating compressor.
  • the pressure valve of the reciprocating compressor is unaffected by the operation of the suction valve, which is constantly in the ready state, so that even in idle position of the suction valve always a certain compression work is done.
  • the object of the present invention is to provide a device for power saving in a reciprocating compressor, with which in the shutdown or idling phase as complete as possible
  • the invention includes the technical teaching that the actuating means the suction plate of the valve plate so coordinated actuated that this in the
  • Cylinder head cover or a similar component by means of a slider or the like shuts off to an increased harmful space in the region of
  • Sauglamelle can be used as a sliding or Drehlamelle with the help of
  • Actuating means are moved under control by a pressure regulator or otherwise provided control signal from its working position to the idle position, in which the at least one suction port is either partially or completely exposed, such that the in the compression space
  • the achievable power savings is on the order of about 60%.
  • the solution according to the invention ensures that no unnecessary volume of air is displaced on the pressure side of the compressor. It is also prevented in particular in parallel to the suction line of the reciprocating compressor turbochargers or compressors that occur in these by sucking air laden with lubricating oil under the action of high temperatures coking. Furthermore, the efficiency of the compressor in the delivery phase is not adversely affected by the inventive solution, so it throttle losses are avoided.
  • the suction lamella is designed so that it works without friction. As a result, no wear occurs even with very little lubricating oil in the compression chamber
  • the suction plate is formed so that in the idle phase, the pressure openings are completely or partially closed as needed. An unnecessary displacement of a volume fraction of air in the pressure chamber therefore does not take place. Only if a certain amount of residual air to avoid icing or contamination is desired, a partial opening of the
  • the actuating means which are preferably pneumatically actuated for adjusting the suction lamella and the slide, act in a preferred embodiment of the invention substantially parallel to the plane of the valve plate and have an actuating piston which can be acted upon by a control pressure.
  • the actuating piston can be guided in a bore of the cylinder head cover, which can be formed by casting in the cylinder head cover.
  • the actuating piston acts by means of a driving pin extending through the bore on an actuating member rotatable the suction lamella between working and idle position as well as on the suction port closing slider.
  • the closing the suction port in the cylinder head cover slide is designed according to a preferred embodiment as a hinged thereto pivoting slide and lies within the cylinder head cover.
  • the slider is furthermore preferably provided with a minimum air valve in the region closing off the suction connection.
  • Embodiment is acting as a check valve minimum air valve, a multi-plate valve, which consists of a terminal end of the slide as a breakthrough formed minimum air trap with hereby cooperating valve lamella.
  • the plurality of suction openings formed in the valve plate are arranged annularly and with a disk-shaped as a rotary blade with openings and recesses
  • Valve plate formed pressure valve cross-sections are arranged in an annular shape, which open into a pressure chamber with connection to the pressure line within the cylinder cover, which are alternately closed with the disc-shaped suction plate. These pressure valve cross-sections interact with a pressure-valve unit arranged inside the cylinder head, preferably consisting of pressure-valve catch, pressure-valve spring and pressure-valve lamella.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a reciprocating compressor with a device for power saving, cooperating therewith, a perspective view of a valve plate and
  • Figure 9 is a schematic representation of a two-cylinder construction of a
  • Piston compressor with cooperating device for power saving. According to Figure 1, there is a piston compressor for compressed air generation in
  • crankcase 400 includes a cylinder which together with the piston 100 forms a compression space 500, which is provided on the front side with a cylinder head 600, which is shown here only schematically, with a power saving device integrated therein.
  • the cylinder head 600 comprises a slide 7 which functions as a 2/2-way valve and activates a suction connection 1 of the reciprocating compressor with integrated minimum air valve 8.
  • the ambient air drawn in via the suction connection 1 passes via the slide 7 within the cylinder head 600 into a dead space formed therein and switchable serving suction chamber 18th
  • the suction chamber 18 opens in the cylinder head 600 via a - not shown - valve plate in trained suction openings.
  • the suction openings 3 are controlled via a designed as a suction plate 4 2/2-way valve circuit to prevent in the valve position shown, which corresponds to the working position of the compressor via a check valve function, a return flow of compressed air into the suction chamber 18 and the generated compressed air via at least one likewise formed in the valve plate pressure bore 5 with downstream pressure valve unit.
  • Minimum air valve 8 of the slide 7 also serves to ensure a reduced flow rate in the case of a blocked in the closed position mechanism and thus constitutes a safety function.
  • the cylinder head 600 in the outer view essentially of a valve plate 2, on which an intermediate plate 20 to the extended
  • Housing the device is placed on the power saving, which is followed by a cylinder head cover 21.
  • a cylinder head cover 21 In the cylinder head cover 21 is an opening for supplying the control pressure S for inside the cylinder head 600th
  • the disc-shaped designed as a rotary blade suction plate 4 is arranged at the bottom of the valve plate 2.
  • the suction lamella 4 is here in the working position, wherein - in accordance with Figure 1 - arranged annularly arranged in the valve plate 2 introduced pressure holes 5 are open, while here - not recognizable - hidden by the suction plate 4 and also annularly arranged in the valve plate 2 Suction openings 3 are covered.
  • Figure 3 illustrates, in contrast to the external view described above, a partial sectional bottom view of the power saving device with omission of the intermediate plate 20 and cylinder head cover 21 in detail showing the actuating means for the device to save power in the working position.
  • the pneumatically actuated actuating means comprise a guided parallel to the plane of the valve plate 2 and acted upon by the control pressure S.
  • Actuating piston 1 1 The actuating means are in the control pressure-less Starting position. In this case acts with the actuating piston 1 1 coupled driving pin 17 via a rotary lever 10 with a rotary lever axis 14 for
  • Valve plate formed suction openings 3, whereas at the same time adjacent pressure valve cross-sections 5 are released through openings 6 in the suction plate 4.
  • the pressure valve cross sections 5 cooperate with a pressure valve unit 9a-9c, which form a check valve to the delivery side.
  • FIG. 4 is a plan view of the mechanism shown in FIG. 3, with the reference numerals used above in conjunction with FIG. 3 applying the foregoing detailed description. Illustrated by way of illustration here is the functional position of the actuating means of the device for power saving. In addition, it can be seen that the slide 7 is provided at the end, which is not shown here - the suction connection 1, with a minimum air intake opening 15 of the minimum air valve 8 (not shown here). According to FIG. 5, the device for power saving using the component designation according to the previous detailed description in FIG. 5,
  • the suction openings 3 of the valve plate 2 are opened by recesses 16 of the suction plate 4, whereas the pressure valve cross-sections 5 are closed, since these are not connected to the corresponding openings 6 in the suction plate 4 in
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line V-V of FIG. 6 and illustrates the apparatus for power saving in the neutral position.
  • Cylinder head cover 21 in the form of a pivot lever slide 7.
  • the rotary lever 10 is further actuated, which actuates the suction plate 4 via the rotary lever axis 14.
  • the pressure valve unit cooperating with the pressure valve cross sections 5 in the valve plate 2 consists of a pressure valve catch 9a, a pressure valve spring 9b and a pressure valve cam 9c, which is arranged here in the region of the intermediate plate 20 of the cylinder head.
  • Figure 8 is a sectional view of line IV-IV in Figure 4 and illustrates the device for power saving in the working position. Incidentally, the above applies here as well with regard to the reference numbers used
  • FIG. 9 shows a two-cylinder construction of a reciprocating compressor in which the same intake space is used by both cylinders.
  • the slide 7 ' is present only once, since there is only one suction port 1 in this embodiment.
  • Each compression chamber 500 and 500a is associated with its own rotatable suction plate 4 and 4a.
  • In the idle phase then pushes a piston 100, the air via the suction chamber 18 in the other compression chamber 500a at 180 ° stroke displacement at this moment just a downwardly moving piston 100a has, so sucks. Due to the large cross-section open suction openings 3, 3a and the freely flow through the suction chamber 18 occur only very small

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Abstract

Einrichtung zur Leistungseinsparung bei einem Kolbenverdichter, insbesondere zur Drucklufterzeugung bei einem Kraftfahrzeug, mit einem einen Verdichtungsraum (500) begrenzenden Kolben (100) zur Erzeugung von Druckluft, die aus der Umgebung stammend über mindestens ein an einem Zylinderkopfdeckel (21) ausgebildeten Sauganschluss (1) und ein an einer Ventilplatte (2) angeordnete Ansaugventilanordnung zum Komprimieren in den Verdichtungsraum (500) gelangt, wobei zur Leistungseinsparung eine druckabhängig wirkende Leerlaufeinrichtung für die mit einer zugeordneten Sauglamelle (4) versehene Ansaugventilanordnung vorgesehen ist, welche durch Betätigungsmittel zwischen einer mindestens eine Saugöffnung (3) überlappenden Arbeitsstellung und einer die mindestens eine Saugöffnung (3) wenigstens teilweise freigebenden Leerlaufstellung verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel die Sauglamelle (4) derart koordiniert betätigt, dass diese in der Leerlaufstellung die mindestens eine Saugöffnung (3) in der Ventilplatte (2) zumindest teilweise freigibt und gleichzeitig benachbarte Druckventilquerschnitte (5) zumindest teilweise verschließt sowie den Sauganschluss (1) am Zylinderkopfdeckel (21) mittels eines Schiebers (7) absperrt, um einen erhöhten schädlichen Raum im Bereich des Zylinderkopfes (600) zu bilden.

Description

Einrichtung zur Leistungseinsparung bei einem Kolbenverdichter
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Leistungseinsparung bei einem
Kolbenverdichter, insbesondere zur Drucklufterzeugung bei einem Kraftfahrzeug, mit einem in einem Zylinder axial bewegbar angeordneten Kolben zur Erzeugung von Druckluft, die über mindestens ein Ansaugventil zum Komprimieren in einen Verdichtungsraum des Zylinders gelangt, wobei das Ansaugventil mit
druckgesteuerten Mitteln zur Leistungseinsparung zusammenwirkt.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf
Hubkolbenkompressoren für den Kraftfahrzeugbau, insbesondere Nutzfahrzeugbau, welche vornehmlich zur Erzeugung von Druckluft für Druckluftanlagen im
Kraftfahrzeug verwendet werden.
Zur Regelung der Fördermenge derartiger Kolbenverdichter sowie zur Regelung des Drucks in nachgeschalteten Verbrauchern, beispielsweise einer Bremsanlage, sind Einrichtungen zur Leistungseinsparung allgemein bekannt. Diese stoßen das Ansaugventil des Kolbenverdichters auf, wenn ein vorbestimmter Druck erreicht ist und dieser als Steuerdruck auf ein mechanisches Betätigungselement für das Aufstoßen des Ansaugventils einwirkt. Derartige Einrichtungen sind als sogenannte „Governor" Einrichtungen allgemein bekannt.
Aus der DE 33 29 790 AI geht alternativ hierzu eine technische Lösung hervor, nach welcher die Sauglamelle des Verdichters mittels eines im Ventilträger geführten Betätigungskolbens parallel zur Ebene des Ventilträgers zwischen Pumpstellung und Leerlauf Stellung verschoben wird, wobei in der Arbeitsstellung die Saugöffnungen des Verdichters in Überlappung mit der Sauglamelle sind, während sie in der Leerlauf- oder Abschaltstellung wenigstens teilweise freiliegen. In dieser Stellung pumpt der Kolben des nach wie vor laufenden Verdichters leer, es wird also Luft aus dem Saugraum des Zylinderkopfes durch die wenigstens teilweise offenliegenden Saugöffnungen hindurch in den Verdichtungsraum angesaugt und wieder durch die Saugöffnungen in den Saugraum zurückgeschoben. Gleichzeitig wird jedoch nach wie vor eine gewisse Verdichtungsarbeit geleistet, um einen geringen Anteil von Luft während des Verdichtungshubes durch die gegenüber dem Verdichtungsraum offenen Drucköffnungen in den Druckraum zu drücken, wobei das Druckventil an der Oberseite der Ventilplatte nach wie vor bei einem bestimmten Druckniveau öffnet. Aus dem Druckraum gelangt Druckluft in den Druckregler und wird dort über ein Entlastungsventil an die Atmosphäre abgeblasen. Dies bedeutet also, dass ein Anteil der während des Saugtaktes angesaugten Luft den Zylinderraum durch die Saugöffnungen verlässt, während ein nach wie vor bestehender Anteil der Luft durch die Drucköffnungen ausgeschoben wird.
Während dieses Betriebszustandes besitzt das sich im Kurbelgehäuse befindliche Schmieröl die verstärkte Neigung, in Folge des reduzierten Druckniveaus im
Verdichtungsraum entlang der Kolbenringe nach oben zu kriechen, so dass das Schmieröl schließlich in den Verdichtungsraum gelangen kann und zu einer erhöhten Anreicherung in der Luft mit Schmieröl beiträgt. Bei längerem Betrieb mit hohen Temperaturen ist folglich erhöhter Kohleanfall in Kauf zu nehmen.
Bei geöffnetem Saugventil, also bei sich im Leerlaufstellung befindlicher
Sauglamelle, wird bei weiterlaufendem Betrieb für den Kolbenverdichter nach wie vor Saugarbeit verrichtet, es wird also Luft über die Saugleitung, den geöffneten Sauganschluss und das in Leerlaufstellung befindliche Saugventil in den
Verdichtungsraum des Verdichters angesaugt und wird wenigstens teilweise in die Saugleitung wieder zurückgeschoben, wenn der Kolben des Verdichters
Verdichtungsarbeit leistet. Die in den Verdichtungsraum angesaugte Luft ist mit Ölpartikeln befrachtet, welche in Folge des reduzierten Druckniveaus im
Zylinderraum entlang der Kolbenringe in Richtung des Verdichtersraums kriechen. Diese mit Ölpartikeln befrachtete Luft wird durch die Saugleitung wenigsten teilweise wieder ausgeschoben, das Schmieröl wird kumuliert und tritt dann später schwallartig beim Umschalten auf den Förderbetrieb in die Druckleitung über.
Sollte an die Saugleitung parallel zum Kolbenverdichter ein Turbolader
angeschlossen sein, welcher durch seine Saugwirkung einen gewissen Unterdruck innerhalb der Saugleitung erzeugt, dann besteht außerdem die Gefahr, dass die Ölpartikel der in der Saugleitung befindlichen Luft in den Turbolader gelangen und dort zu starken Verkokungen beitragen. Derartige Verkokungen sind natürlich in hohem Maße unerwünscht.
In der FR 1 098 045 A ist ein Kolbenverdichter beschrieben, dessen Saugventil einen zum Offenhalten desselben dienenden Betätigungsmechanismus aufweist. Es handelt sich hierbei um einen auf das Saugventil einwirkenden Stößel, welcher einen vom Druck des an den Verdichter angeschlossenen Druckbehälters beaufschlagbaren Kolben trägt, derart, dass der Stößel nach Überschreiten einer Druckschwelle durch den Kolben verschoben und demgemäß das Saugventil geöffnet wird. Außerhalb des Kolbenverdichters ist in der Saugleitung desselben eine Rückschlagklappe vorgesehen, welche bei Entstehen eines Unterdrucks in der Saugleitung öffnet, um Luft in den Kolbenverdichter anzusaugen. Das Druckventil des Kolbenverdichters ist unbeeinflusst von der Betätigung des Saugventils, welches ständig in betriebsbereiter Stellung ist, so dass auch in Leerlaufstellung des Saugventils immer eine gewisse Verdichtungsarbeit geleistet wird. Wie im Falle der vorstehend diskutierten Lösung des Standes der Technik öffnet das Druckventil ab einem bestimmten Druckniveau, wodurch Verdichterarbeit geleistet wird. In Folge des in Leerlaufstellung reduzierten Druckniveaus im Verdichtungsraum besteht auch bei Konstruktionen dieser Art das Problem, dass das Schmieröl entlang der Kolbenringe nach oben, also in den
Verdichtungsraum gelangen kann und somit eine Anreicherung der Luft mit
Schmieröl gegeben ist. Zudem entstehen durch die Rückschlagklappe
Drosselverluste, welche die Effizienz des Verdichters nachteilig beeinflussen.
Davon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Einrichtung zur Leistungseinsparung bei einem Kolbenverdichter zu schaffen, mit welcher in der Abschalt- oder Leerlaufphase eine möglichst vollständige
Leistungseinsparung erzielt wird, und dass nicht unnötigerweise Schmieröl aus dem Kurbelgehäuse in den Verdichtungsraum gelangen und dort zu einer Olanreicherung der Luft in der Saugleitung beitragen kann.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Betätigungsmittel die Sauglamelle der Ventilplatte derart koordiniert betätigten, dass diese in der
Leerlaufstellung die mindestens eine Druckventilöffnung in der Ventilplatte oder einem vergleichbaren Bauteil zumindest teilweise verschließt und gleichzeitig benachbarte Saugventilquerschnitte freigibt sowie den Sauganschluss am
Zylinderkopfdeckel oder einem vergleichbaren Bauteil mittels eines Schiebers oder dergleichen absperrt, um einen erhöhten schädlichen Raum im Bereich des
Zylinderkopfes zu bilden.
Durch die in Leerlaufstellung sich vollziehende Verstellung der Sauglamelle in die geöffnete Lage und durch die sich gleichzeitig vollziehende, wenigstens teilweise Schließung des Sauganschlusses am Zylinderkopfdeckel mittels des Schiebers innerhalb des Zylinderkopfes wird eine Optimierung der Leistungseinsparung erreicht. In der Leerlaufphase wird durch die verstellbare Sauglamelle in Verbindung mit dem Schieber sichergestellt, dass die Saugleitung und ggf. an die Saugleitung angeschlossene Filter und Kompressoranlagen unbeeinflusst bleiben vom weiteren Leerlauf des Kolbens. Durch die gleichzeitige, wenigstens teilweise vollzogene Schließung des mindestens einen Druckventilquerschnittes des Kolbenverdichters wird außerdem erreicht, dass kein unnötiges Abblasen von Luft stattfindet. Als Folge davon ist es nur erforderlich, ein den Leckageverlusten entsprechendes geringes Volumen über ein vorzugsweise am Schieber befindliches Rückschlagventil anzusaugen, wenn der Kolben des Verdichters in Leerlaufstellung der Sauglamelle eine Saugbewegung vollzieht. Bei vollständig geschlossenen Drucköffnungen des Verdichters reduziert sich die zusätzlich anzusaugende Luftmenge aus der
Saugleitung auf das tatsächlich existierende Leckagevolumen auch blow-by genannt, im Verdichtungsraum des Zylinders.
Die Sauglamelle kann als eine Schiebe- oder Drehlamelle mit Hilfe der
Betätigungsmittel unter Steuerung durch einen Druckregler oder ein anderweitig bereitgestelltes Steuersignal aus ihrer Arbeitsstellung in die Leerlaufstellung verschoben werden, in welcher die mindestens eine Saugöffnung entweder teilweise oder vollständig freigelegt wird, derart, dass die in den Verdichtungsraum
angesaugte Luft wieder in den Saugraum zurückströmen kann. Die hierdurch erzielbare Leistungseinsparung liegt in der Größenordnung von etwa 60%.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt sicher, dass auf der Druckseite des Verdichters kein unnötiges Luftvolumen verschoben wird. Es wird auch insbesondere bei an der Saugleitung des Kolbenverdichters parallel angeschlossenen Turboladern oder Kompressoren verhindert, dass bei diesen durch Ansaugen von mit Schmieröl befrachteter Luft unter Einwirkung hoher Temperaturen Verkokungen auftreten. Des Weiteren wird durch die erfindungsgemäße Lösung die Effizienz des Verdichters in der Förderphase nicht nachteilig beeinflusst, es werden also Drosselverluste vermieden. Die Sauglamelle ist so konstruiert, dass diese reibungsfrei arbeitet. Dadurch tritt auch bei sehr wenig Schmieröl im Verdichtungsraum kein Verschleiß zwischen
Sauglamelle und Ventilplatte auf. Dieses Design eignet sich damit besonders für im Ölauswurf reduzierte Verdichter als auch für ölfreie Verdichtertypen.
In vorteilhafter Weise ist die Sauglamelle so ausgebildet, dass in der Leerlaufphase die Drucköffnungen je nach Bedarf ganz oder teilweise verschlossen werden. Ein unnötiges Verschieben eines Volumenanteils von Luft in den Druckraum findet folglich nicht statt. Nur wenn eine gewisse Restluftförderung zur Vermeidung von Vereisung oder Verschmutzung erwünscht ist, wird eine Teilöffnung der
Drucköffnungen in der Ventilplatte eingestellt. Außerdem entsteht durch das Verschließen des Sauganschlusses ein gewisser Staudruck im Verdichtungsraum, welcher dazu beiträgt, dass das Schmieröl aus dem Kurbelgehäuse zurückgehalten wird. Das teilweise oder vollständige Abdecken der Saugöffnungen trägt somit zu einer weiteren Optimierung in der erzielbaren Leistungseinsparung bei.
Die zur Verstellung der Sauglamelle sowie des Schiebers vorzugsweise pneumatisch angesteuerten Betätigungsmittel wirken bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Wesentlichen parallel zur Ebene der Ventilplatte und weisen einen mit einem Steuerdruck beaufschlagbaren Betätigungskolben auf. Der Betätigungskolben kann dabei in einer Bohrung des Zylinderkopfdeckels geführt sein, welche gießtechnisch im Zylinderkopfdeckel ausgebildet werden kann.
Vorzugsweise wirkt der Betätigungskolben mittels eines durch die Bohrung sich erstreckenden Mitnahmestiftes auf ein die Sauglamelle zwischen Arbeits- und Leerlaufstellung verdrehbares Betätigungsorgan als auch auf den Sauganschluss verschließenden Schieber ein. Der den Sauganschluss im Zylinderkopfdeckel verschließende Schieber ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als ein hieran angelenkter Schwenkschieber ausgebildet und liegt innerhalb des Zylinderkopfdeckels. Der Schieber ist weiterhin vorzugsweise in dem den Sauganschluss verschließenden Bereich mit einem Mindestluftventil versehen. Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform ist das als Rückschlagventil wirkende Mindestluftventil ein Lamellenventil, welches aus einem endseits des Schiebers als Durchbruch ausgebildeten Mindestluftfänger mit hiermit zusammenwirkender Ventillamelle besteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die mehreren in der Ventilplatte ausgebildeten Saugöffnungen kreisringförmig angeordnet und mit einer scheibenförmig als Drehlamelle mit Durchbrüchen und Ausnehmungen
ausgebildeten Sauglamelle verschließbar. Außerdem können mehrere in der
Ventilplatte ausgebildete Druckventilquerschnitte kreisringförmig angeordnet werden, die innerhalb des Zylinderdeckels in einen Druckraum mit Verbindung zur Druckleitung münden, welche abwechselnd mit der scheibenförmigen Sauglamelle verschließbar sind. Diese Druckventilquerschnitte wirken mit einer innerhalb des Zylinderkopfes förderleitungsseitig angeordneten Druckventileinheit, vorzugsweise bestehend aus Druckventilfänger, Druckventilfeder und Druckventillamelle zusammen.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kolbenverdichters mit hiermit zusammenwirkender Einrichtung zur Leistungseinsparung, eine perspektivische Ansicht eines aus Ventilplatte und
Zylinderkopfdeckel bestehenden Zylinderkopfes des
Kolbenverdichters mit integrierter Einrichtung zur
Leistungseinsparung, eine perspektivische Ansicht von mit der Ventilplatte (geschnitten dargestellt) zusammenwirkenden Betätigungsmitteln der Einrichtung zur Leistungseinsparung (von unten), eine perspektivische Ansicht von mit der Ventilplatte (geschnitten dargestellt) zusammenwirkenden Betätigungsmitteln der Einrichtung zur Leistungseinsparung (von oben), eine Draufsicht auf die Ventilplatte mit Betätigungsmitteln für die Einrichtung zur Leistungseinsparung in Arbeitsstellung, eine Draufsicht auf die Ventilplatte mit Betätigungsmitteln für die Einrichtung zur Leistungseinsparung in Leerlaufstellung, eine Schnittdarstellung von Linie V-V gemäß Figur 6 mit Darstellung von sich innerhalb des Zylinderkopfes befindlichen
Betätigungsmitteln in der Leerlaufstellung, eine Schnittdarstellung von Linie IV-IV gemäß Figur 5 mit
Darstellung von sich innerhalb des Zylinderkopfes befindlichen Betätigungsmitteln in der Arbeitsstellung, und
Figur 9 eine schematische Darstellung einer Zweizylinderbauweise eines
Kolbenverdichters mit hiermit zusammenwirkender Einrichtung zur Leistungseinsparung. Gemäß Figur 1 besteht ein Kolbenverdichter zur Drucklufterzeugung im
Wesentlichen aus einem Kolben 100, der über ein Pleuel 200 an einer angetriebenen Kurbelwelle 300 angelenkt ist. Die Kurbelwelle 300 ist in einem Kurbelgehäuse 400 drehend gelagert. Das Kurbelgehäuse 400 beinhaltet einen Zylinder, der gemeinsam mit dem Kolben 100 einen Verdichtungsraum 500 bildet, welcher stirnseitig mit einem - hier nur schematisch dargestellten - Zylinderkopf 600 mit einer hierin integrierten Einrichtung zur Leistungseinsparung versehen ist.
Der Zylinderkopf 600 umfasst einen als 2/2-Wegeventil fungierenden und einen Sauganschluss 1 des Kolbenverdichters ansteuernden Schieber 7 mit integriertem Mindestluftventil 8. Die über den Sauganschluss 1 angesaugte Umgebungsluft gelangt über den Schieber 7 innerhalb des Zylinderkopfes 600 in eine hierin ausgebildete und als zuschaltbarer Schadraum dienende Ansaugkammer 18.
Richtung Verdichtungsraum 500 mündet die Ansaugkammer 18 im Zylinderkopf 600 über eine - nicht weiter dargestellte - Ventilplatte in ausgebildete Saugöffnungen 3.
Die Saugöffnungen 3 werden über eine als Sauglamelle 4 ausgebildete 2/2-Wege- ventilbeschaltung angesteuert, um in der gezeigten Ventilstellung, welche der Arbeitsstellung des Verdichters entspricht, über eine Rückschlagventilfunktion ein Rückströmen von komprimierter Druckluft in die Ansaugkammer 18 zu verhindern und die erzeugte Druckluft über mindestens eine ebenfalls in der Ventilplatte ausgebildeten Druckbohrung 5 mit nachgeschalteter Druckventileinheit 9
auszustoßen. Konkret wird ohne einen an die Betätigungsmittel für die Einrichtung zur Leistungseinsparung anliegenden Steuerdruck S - wie hier dargestellt - der Mechanismus durch die Federkraft einer Rückstellfeder 12 in die Arbeitsstellung gedrückt. Bei anliegendem Steuerdruck S werden - in der hier nicht dargestellten anderen Schaltstellung der Sauglamelle 4 - die Druckbohrungen 5 zumindest teilweise verschlossen und die Saugöffnungen 3 geöffnet. Der Kolben 100 verdichtet dann nur noch in die jetzt abgeschlossene Ansaugkammer 18. Etwaige, beispielsweise am Kolben 100 vorbeilaufende Leckverluste werden durch die Rückschlagventilfunktion des Mindestluftventils 8 ausgeglichen. Das
Mindestluftventil 8 des Schiebers 7 dient auch dazu, im Falle eines in Schließstellung blockierten Mechanismus eine reduzierte Fördermenge sicherzustellen und bildet insoweit eine Sicherheitsfunktion.
Gemäß Figur 2 besteht der Zylinderkopf 600 in der Außenansicht im Wesentlichen aus einer Ventilplatte 2, auf welcher eine Zwischenplatte 20 zur erweiterten
Unterbringung der Einrichtung zur Leistungseinsparung aufgesetzt ist, welcher sich ein Zylinderkopfdeckel 21 anschließt. Im Zylinderkopfdeckel 21 ist eine Öffnung zur Zuführung des Steuerdrucks S für die innerhalb des Zylinderkopfes 600
untergebrachten Betätigungsmittel für die Einrichtung zur Leistungseinsparung angeordnet. An der Unterseite der Ventilplatte 2 ist die scheibenförmig als Drehlamelle ausgebildete Sauglamelle 4 angeordnet. Die Sauglamelle 4 befindet sich hier in der Arbeitsstellung, wobei - in Übereinstimmung mit Figur 1 - die in die Ventilplatte 2 kreisringförmig angeordnet eingebrachten Druckbohrungen 5 geöffnet sind, während hier - nicht erkennbare - durch die Sauglamelle 4 verdeckte und ebenfalls kreisringförmig in der Ventilplatte 2 angeordnete Saugöffnungen 3 abgedeckt sind.
Die Figur 3 illustriert im Gegensatz zur vorstehend beschriebenen Außenansicht eine Teilweise geschnittene Unteransicht der Einrichtung zur Leistungseinsparung mit Weglassung von Zwischenplatte 20 und Zylinderkopfdeckel 21 unter detaillierter Darstellung der Betätigungsmittel für die Einrichtung zur Leistungseinsparung in der Arbeitsstellung.
Die pneumatisch angesteuerten Betätigungsmittel umfassen einen parallel zur Ebene der Ventilplatte 2 geführten und mit dem Steuerdruck S beaufschlagbaren
Betätigungskolben 1 1. Die Betätigungsmittel befinden sich in der steuerdrucklosen Ausgangsposition. Hierbei wirkt ein mit dem Betätigungskolben 1 1 gekoppelter Mitnahmestift 17 über einen Drehhebel 10 mit einer Drehhebelachse 14 zur
Betätigung auf die Sauglamelle 4, um diese zwischen Arbeits- und Leerlaufstellung zu schalten. Gleichzeitig betätigt der Mitnahmestift 17 des Betätigungskolbens 1 1 den zur Ansteuerung des - nicht weiter dargestellten - Sauganschlusses 1 dienenden Schieber 7, welcher über ein Drehlager 13 angelenkt als Schwenkschieber ausgebildet ist. Der Schieber 7 ist in dem den Sauganschluss 1 verschließenden Bereich mit einem Mindestluftventil 8a, 8b versehen. In der dargestellten Arbeitsstellung verschließt die Sauglamelle 4 die in der
Ventilplatte ausgebildeten Saugöffnungen 3, wogegen gleichzeitig benachbarte Druckventilquerschnitte 5 über Durchbrüche 6 in der Sauglamelle 4 freigegeben werden. Die Druckventilquerschnitte 5 wirken mit einer Druckventileinheit 9a-9c zusammen, welche ein Rückschlagventil zur Förderseite hin bilden.
Die Figur 4 ist eine Draufsicht des in der Figur 3 dargestellten Mechanismus, wobei die vorstehend im Zusammenhang mit der Figur 3 verwendeten Bezugszeichen unter Verwendung der vorstehenden Detailbeschreibung gelten. Zeichnerisch illustriert wird hier insoweit die Funktionsstellung der Betätigungsmittel der Einrichtung zur Leistungseinsparung. Darüber hinaus ist ersichtlich, dass der Schieber 7 an dem den - hier nicht weiter dargestellten - Sauganschluss 1 zugeordneten Ende mit einer Mindestluftansaugöffnung 15 des - hier nicht weiter dargestellten - Mindestluftventils 8 versehen ist. Gemäß Figur 5 ist die Einrichtung zur Leistungseinsparung unter Verwendung der Bauteilbezeichnung gemäß der vorangegangenen Detailbeschreibung in der
Arbeitsstellung gezeigt. Hierbei verdeckt die an der Ventilplatte 2 angebrachte Sauglamelle 4 die in die Ventilplatte 2 eingebrachten Saugöffnungen 3 und die benachbarten Druckventilquerschnitte 5 der Ventilplatte 2 sind über die Durchbrüche 6 in der Sauglamelle 4 geöffnet. Gleichzeitig ist der Sauganschluss 1 im - nicht weiter dargestellten - Zylinderkopf wegen des hiervon weggeschwenkten Schiebers 7 in der Offenstellung. Diese Arbeitsstellung wird im steuerdrucklosen Zustand des Betätigungskolbens 1 1 erreicht, welcher über eine Rückstellfeder 12 in die
Ausgangsposition gedrückt ist.
In der Figur 6 ist der Betätigungskolben 1 1 dagegen steuerdruckbeaufschlagt, so dass sich die Einrichtung zur Leistungseinsparung in der Leerlaufstellung befindet.
Hierbei sind die Saugöffnungen 3 der Ventilplatte 2 durch Ausnehmungen 16 der Sauglamelle 4 geöffnet, wogegen die Druckventilquerschnitte 5 verschlossen sind, da diese nicht mit den korrespondierenden Durchbrüchen 6 in der Sauglamelle 4 in
Übereinstimmung sind. Gleichzeitig wird der Sauganschluss 1 im - hier nicht weiter dargestellten - Zylinderkopf durch das Ende des Schiebers 7 verschlossen, so dass Luft lediglich über das Mindestluftventil 8 durch die Mindestlufltansaugöffnung 15 in die - hier nicht dargestellte - Ansaugkammer 18 strömen kann.
Die Figur 7 ist eine Schnittansicht von Linie V-V aus Figur 6 und illustriert die Einrichtung zur Leistungseinsparung in der Leerlaufstellung. Ersichtlicherweise ist der Betätigungskolben 1 1 der Betätigungsmittel für die Einrichtung zur
Leistungseinsparung in einer korrespondierenden Bohrung 22 im Zylinderkopfdeckel 21 zur Bildung einer Kolben-Zylinder-Einheit geführt, welche von dem Steuerdruck beaufschlagt wird. Der am Außenumfang des Betätigungskolbens 11 angeordnete Mitnahmestift 17 erstreckt sich durch eine langlochförmige Ausnehmung im
Zylinderkopfdeckel 21 in den als Schwenkhebel ausgebildeten Schieber 7. Über den Mitnahmestift 17 wird ferner der Drehhebel 10 betätigt, welcher über die Drehhebelachse 14 die Sauglamelle 4 betätigt. Die mit den Druckventilquerschnitten 5 in der Ventilplatte 2 zusammenwirkende Druckventileinheit besteht aus einem Druckventilfänger 9a, einer Druckventilfeder 9b sowie einer Druckventillamelle 9c, welche hier im Bereich der Zwischenplatte 20 des Zylinderkopfes angeordnet ist. Im Übrigen gilt hinsichtlich der restlichen Bezugszeichen die vorstehende
Detailbeschreibung.
Die Figur 8 ist eine Schnittdarstellung von Linie IV-IV in Figur 4 und illustriert die Einrichtung zur Leistungseinsparung in der Arbeitsstellung. Im Übrigen gilt auch hier hinsichtlich der verwendeten Bezugszeichen die vorstehende
Detailbeschreibung.
Die Figur 9 zeigt eine Zweizylinderbauweise eines Kolbenverdichters, bei dem derselbe Ansaugraum von beiden Zylindern genutzt wird. Der Schieber 7' ist nur einmal vorhanden, da es auch bei dieser Ausfuhrungsform nur einen Sauganschluss 1 gibt. Jedem Verdichtungsraum 500 und 500a ist eine eigene verdrehbare Sauglamelle 4 bzw. 4a zugeordnet. In der Leerlaufphase schiebt dann der eine Kolben 100 die Luft über die Ansaugkammer 18 in den anderen Verdichtungsraum 500a der bei 180° Hubversatz in diesem Moment gerade einen sich abwärts bewegenden Kolben 100a aufweist, also saugt. Durch die großquerschnittig geöffneten Saugöffnungen 3, 3a und die frei durchströmbare Ansaugkammer 18 treten nur sehr geringe
Drosselverluste auf. Auch hier lässt sich der Zylinderdruck über die Größe der freigegebenen Saugkanalquerschnitte so auslegen, dass genügend Gegendruck zur Vermeidung von Ölübertritt verbleibt.
Bezugszeichenliste
1 Sauganschluss
2 Ventilplatte
3 Saugöffnung
4 Sauglamelle
5 Druckventilquerschnitt
6 Durchbruch
7 Schieber
8 Mindestluftventil
9 Druckventileinheit
10 Drehhebel
11 Betätigungskolben
12 Rückstellfeder
13 Drehlager
14 Drehhebelachse
15 Mindestluftansaugöffnung
16 Ausnehmung
17 Mitnahmestift
18 Ansaugkammer
19 Druckraum (Förderseite)
20 Zwischenplatte
21 Zylinderkopfdeckel
22 Bohrung
100 Kolben
200 Pleuel
300 Kurbelwelle
400 Kurbelgehäuse
500 Verdichtungsraum
600 Zylinderkopf
S Steuerdruck

Claims

A n s p r ü c h e
1. Einrichtung zur Leistungseinsparung bei einem Kolbenverdichter,
insbesondere zur Drucklufterzeugung bei einem Kraftfahrzeug, mit einem einen Verdichtungsraum (500) begrenzenden Kolben (100) zur Erzeugung von Druckluft, die aus der Umgebung stammend über mindestens ein an einem Zylinderkopfdeckel (21) ausgebildeten Sauganschluss (1) und ein an einer Ventilplatte (2) angeordneten Ansaugventilanordnung zum Komprimieren in den Verdichtungsraum (500) gelangt, wobei zur Leistungseinsparung eine druckabhängig wirkende Leerlaufeinrichtung für das mit einer zugeordneten Sauglamelle (4) versehene Ansaugventilanordnung vorgesehen ist, welche durch Betätigungsmittel zwischen einer mindestens eine Saugöffnung (3) überlappenden Arbeitsstellung und einer die mindestens eine Saugöffnung (3) wenigstens teilweise freigebenden Leerlaufstellung verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel die Sauglamelle (4) derart koordiniert betätigt, dass diese in der Leerlaufstellung die mindestens eine
Saugöffnung (3) in der Ventilplatte (2) freigibt und gleichzeitig benachbarte
Druckventilquerschnitte (5) zumindest teilweise verschließt sowie den Sauganschluss (1) am Zylinderkopfdeckel (21) mittels eines Schiebers (7) absperrt, um einen erhöhten schädlichen Raum im Bereich des Zylinderkopfes (600) zu bilden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die pneumatisch angesteuerten Betätigungsmittel einen im Bereich des Zylinderkopfdeckels (21 ) im Wesentlichen parallel zur Ebene der Ventilplatte (2) geführten und mit einem Steuerdruck beaufschlagbaren
Betätigungskolben (11) aufweisen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungskolben (1 1) in einer Bohrung (22) des Zylinderkopfdeckels (21) geführt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der mit Steuerdruck beaufschlagbare pneumatische Betätigungskolben (1 1) durch eine Rückstellfeder (12) in eine steuerdrucklose Ausgangsposition verstellbar ist, welche der Arbeitsstellung entspricht.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungskolben (11) mittels eines hiermit gekoppelten Mitnahmestiftes (17) auf eine die Sauglamelle (4) zwischen Arbeitsund Leerlaufstellung verdrehende Drehhebelachse (14) als auch auf den den
Sauganschluss (1) verschließenden Schieber (7) einwirkt.
6. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der den Sauganschluss (1) verschließende Schieber (7) als ein am Zylinderkopfdeckel (21) angelenkter Schwenkschieber ausgebildet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (7) in dem den Sauganschluss (1) verschließenden Bereich mit einem Mindestluftventil (8a, 8b) versehen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das als Rückschlagventil ausgebildete
Mindestluftventil (8a, 8b) ein Lamellenventil ist, welches aus einem endseits des Schiebers als Durchbruch (8a) ausgebildeten Mindestluftventilfänger mit hiermit zusammenwirkender Ventillamelle (8b) besteht.
9. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in der Ventilplatte (2) ausgebildete
Saugöffnungen (3) kreisringförmig angeordnet sind und mit einer scheibenförmig als Drehlamelle mit Durchbrüchen (6) und Ausnehmungen (16) ausgebildeten
Sauglamelle (4) zusammenwirken.
10. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass außerdem mehrere in der Ventilplatte (2) ausgebildete Druckventilquerschnitte (5) kreisringförmig angeordnet sind und ventilmäßig abwechselnd mit der scheibenförmigen Sauglamelle (4)
zusammenwirken.
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