JP2011510223A - 省エネルギ装置を備えたコンプレッサ並びにコンプレッサの省エネルギ運転のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧縮空気を製造するための商用車（１２）のためのコンプレッサ（１０）であって、コンプレッサ（１０）は、ピストン室（１６）と空所（１８）とを備えたケーシング（１４）を有しており、空所（１８）をピストン室（１６）から隔てるための遮蔽体（２２）を備えた弁装置（２０）を有しており、遮蔽体（２２）は弁装置（２０）の開放のために、弁座（２４）からピストン室（１６）の方向に持上り可能である、圧縮空気を製造するための商用車のためのコンプレッサに関する。さらに本発明はコンプレッサを負荷軽減する方法に関する。

Description

本発明は、圧縮空気を製造するための商用車のためのコンプレッサであって、コンプレッサはピストン室と空所とを備えたケーシング、及び空所をピストン室から隔てるための遮蔽体を備えた弁装置とを有する、圧縮空気を製造するための商用車のためのコンプレッサに関する。

さらに本発明は、圧縮空気を製造するための商用車のためのコンプレッサの負荷軽減をする方法であって、コンプレッサがピストン室と空所とを備えたケーシング、及び空所をピストン室から隔てるための遮蔽体を備えた弁装置を有している、圧縮空気を製造するための商用車のためのコンプレッサの負荷軽減をする方法に関する。

例えばレール又は道路交通において使用される現代の商用車は、多数の圧縮空気消費器を有している。圧縮空気消費器の空気消費量は、一般的にコンプレッサを有する圧縮空気供給装置によってまかなわれる。上記コンプレッサは一般的に商用車内に存在する、商用車の前進のために使用される内燃機関によって直接駆動される。コンプレッサの駆動装置は内燃機関に直接連結されているので、商用車の内燃機関が回転している限り、コンプレッサは常に一緒に回転する。特にコンプレッサは、圧縮空気消費器に空気が必要でない若しくは商用車内に設けられている圧縮空気リザーバが完全に充填されている場合であっても稼動している。上記状態においては、一般的にコンプレッサはエネルギ消費量を減らすために負荷軽減される。

このような負荷軽減装置の構成は、例えばＧＢ２３２３６３９Ａから参照可能である。負荷軽減されたコンプレッサのエネルギ消費量は、２０００Ｕ／分において約３ＫＷから１ＫＷより下に落ちる。目下、存在する空所は約７ｃｃｍである。空所弁が絞りとしても作用し、大きな空所はさらなる省エネルギを可能にしないので、最大で約９０ｃｃｍの空所が可能である。さらに、存在する段部に基づき、コンプレッサのフィード行程中の高いエネルギ消費量は不都合である。

本発明の目的は、空所弁の絞り作用を減じると同時に、持続的に存在する空所によるエネルギ損失を減じることである。

上記目的は独立請求項の特徴により達成される。

本発明の有利な構成は、従属請求項に記載されている。

本発明は、冒頭で述べた形式のコンプレッサを起点として、遮蔽体が弁装置の開放のために弁座からピストン室の方向に持上り可能である構成に基づく。常に存在する空所（Schadraum）が一定のままであることにより、ピストン室の方向への遮蔽体の持上りによって、弁装置の絞り効果は低減可能である。さらにこのような弁装置においては、単に、シール及びばねが必要なだけである。

有利には、遮蔽体はシリンダヘッドの、ピストン室に隣接している切欠き内に少なくとも部分的に運動可能であるようになっていてよい。

また、遮蔽体はピストン室内に少なくとも部分的に運動可能であるようになっていてもよい。この構成においては、弁座から持ち上げられた遮蔽体が、ピストン室内において運動可能なピストンの上側のリターンポイントにおいて、ピストンに配置されている切込み部内に少なくとも部分的に突入する。この構成において、常に設けられている空所は、圧送行程中には減じられ、圧縮行程の間においては少ないエネルギしか無益に失われないので、コンプレッサ全体の効率は高められる。切込み部の必要最小限の底面は遮蔽体の底面と少なくとも同じであり、切込み部の高さは、遮蔽体が弁座から持ち上げられるだけの区間と同じである。

有利には、空所は雰囲気に連結されていてよい。空所と雰囲気との連結により、閉鎖された空所に比べて、負荷軽減行程中に発生するピーク圧のさらなる低減が可能になる。これによりコンプレッサのエネルギ消費量をさらに減じることができる。

他の遮蔽体を備えた他の弁装置と他のピストン室とが設けられていて、他の遮蔽体が他の弁装置の開放のために他の弁座から他のピストン室の方向へ持上り可能である、ということも考慮可能である。単筒式のコンプレッサの他に、２以上のシリンダを備えたコンプレッサも使用される。他のピストン室の方向へ開放する弁装置はそれぞれ、コンプレッサの負荷軽減のために設けられていてよい。

他の遮蔽体はシリンダヘットの、他のピストン室に隣接している他の切欠き内へ少なくとも部分的に運動可能であるようになっていてもよい。

有利には、他の遮蔽体は他のピストン室内へ少なくとも部分的に運動可能であってよい。他の弁座から持ち上げられた他の遮蔽体は、他のピストン室において運動可能な他のピストンの上側のリターンポイントにおいて、他のピストンに配置されている他の切込み部内に少なくとも部分的に突入する。

さらに、弁装置と他の弁装置とが開放されていると、ピストン室と他のピストン室とは空所を介して互いに接続されているようになっていてよい。ピストン室と他のピストン室との空所を介した接続により、ピストン室と他のピストン室との間の空気を往復してポンピングすることができるので、コンプレッサの負荷軽減行程中の圧力形成は十分に防がれる。

択一的には、他の弁装置を介して他のピストン室に接続可能である他の空所が設けられていてよい。他の空所を設けることにより、ピストン室及び他のピストン室の別々の負荷軽減が可能になる。

特に、他の空所が雰囲気と連結されていてよい。

さらに本発明は、本発明に係るコンプレッサを備えた商用車を提供する。

上位概念部に記載の方法は、遮蔽体を弁装置の開放のために弁座からピストン室の方向に持ち上げることによりさらに改良される。このように本発明に係るコンプレッサの利点及び特性は方法の範囲にも置き換えられる。

このことは以下に記載の、本発明に係る方法の有利な構成にも当てはまる。

本発明に係る方法は有利には、ピストン室において運動可能なピストンが下側のリターンポイントの近くにある間に、遮蔽体をシリンダヘッドにおける、ピストン室に隣接する切欠き内へ少なくとも部分的に運動させることにより改良される。ピストン室において運動可能なピストンが下側のリターンポイントの近くにある間の遮蔽体の運動は、この時点におけるピストン室内の圧力は小さいので特に簡単である。

有利には、遮蔽体は、ピストン室において運動可能なピストンが下側のリターンポイントの近くにある間に、ピストン室において少なくとも部分的に運動するようになっていてよい。弁座から持ち上げられた遮蔽体はピストンの上側のリターンポイントにおいて、ピストンに配置されている切込み部によって少なくとも部分的に収容される。

さらに空所を雰囲気に連結するようになっていてよい。

他の遮蔽体を備えた他の弁装置と、他のピストン室とが設けられていることも考慮可能である。他の遮蔽体は他の弁装置を開放するために他の弁座から他のピストン室の方向に持ち上げられる。

有利には、他の遮蔽体はシリンダヘッドにおける、他のピストン室に隣接する他の切欠き内に少なくとも部分的に運動する。

特に、他のピストン室内において運動可能な他のピストンが下側のリターンポイントの近くにある間に、他の遮蔽体が他のピストン室内へ少なくとも部分的に運動するようになっていてよい。他の弁座から持ち上げられた他の遮蔽体は、他のピストンの上側のリターンポイントにおいて、他のピストンに配置されている他の切込み部によって少なくとも部分的に収容される。

ピストン室と他のピストン室とは空所を介して互いに接続されるようになっていてもよい。

有利には、他の弁装置を介して他のピストン室に接続される空所が設けられていてよい。

特に、他の空所を雰囲気に連結してよい。

本発明に係る第１のコンプレッサの断面図である。 本発明に係る第１のシリンダヘッドの詳細図である。 圧送行程における本発明に係る第１のシリンダヘッドの詳細図である。 負荷軽減行程における本発明に係る第１のシリンダヘッドの詳細図である。 本発明に係る第２のコンプレッサの一部分を示した図である。 本発明に係る第３のコンプレッサの一部分を示した図である。 図７ａは負荷軽減されたコンプレッサの吸込み行程を示した図であり、図７ｂは負荷軽減されたコンプレッサの圧縮行程を示した図であり、図７ｃは負荷軽減されたコンプレッサの別の吸込み行程を示した図である。 負荷軽減されたコンプレッサを示した図である。 図９ａは、負荷軽減による省エネルギを具体的に示した第１のグラフであり、図９ｂは負荷軽減による省エネルギを具体的に示した第２のグラフである。

本発明を、添付の図面を参照して特に有利な実施の形態に基づいて例示的に説明する。

図面に使用されている同じ符号は同じ又は類似の部材を示すものである。

図１には、本発明に係る第１のコンプレッサの断面図が示されている。図示のコンプレッサ１０はピストン室１６を備えたケーシング１４と、シリンダヘッド２８とを有している。ピストン室１６内には、ピストン室１６において可動なピストン３０が配置されている。ピストン３０はコンロッド３４を介してクランクシャフト３６によって駆動される。シリンダヘッド２８内には空所１８と、遮蔽体２２及び切欠き２６の後方に設けられている弁座２４を備えた弁装置２０とが配置されている。弁装置２０の切換えにより、空所１８とピストン室１６との間の接続は解放可能であり、このことを以下に詳細に説明する。

図２には、本発明に係る第１のシリンダヘッドの詳細図が示されている。図１に記載の部材の他に、ばね４６と、支持プレート４８と、シールリング５０と、弁プレート５２と接続室５４とが示されている。弁プレート５２には弁座２４を備えた切欠き２６が設けられている。弁座２４には遮蔽体２２が、弁装置２０の記載の閉鎖された状態において着座している。遮蔽体２２は支持プレート４８に支持されているばね４６によって弁座２４に対して押圧される。シールリング５０は接続室５４をシールしている。接続室５４の通気により、ばね４６のばね力に抗して切欠き２６内へと遮蔽体２２は進出する。

図３，４には、圧送行程若しくは負荷軽減行程における本発明に係る第１のシリンダヘッドを詳細に示した別の図が示されている。図３，４に示した、シリンダヘッド２８の構成部材は、図２に既に記載した部材と実質的に同一である。図３には閉鎖された状態にある弁装置２０が示されており、図４には進出した状態にある同じ弁装置２０が示されている。進出した状態において接続室５４は通気されており、その結果、遮蔽体２２は切欠き２６内へと進出する。つまり遮蔽体２２は弁座２４から持ち上げられている。

図５には、本発明に係る第２のコンプレッサの一部分が示されている。図５に示した、コンプレッサ１０の部分は第１の実施の形態とは、弁プレート５２に切欠き２６が設けられていない点で異なる。遮蔽体２２は進入した状態において弁プレート５２と面一を成している。しかしながら、遮蔽体２２の進出を可能にするために、切込み部３２がピストン３０に設けられている。切込み部３２内へと遮蔽体２２は進出可能である。進出した状態において、遮蔽体２２はピストン３０の上側のリターンポイントにおいて部分的に切込み部３２内に突入する。遮蔽体２２の進出時に切込み部３２と空所１８との間に、接続室５４の通気により空気が通流できる接続がもたらされる。

図６には、本発明に係る第３のコンプレッサの一部分が示されている。図６に記載のコンプレッサ１０は２つのシリンダを備えたコンプレッサである。既述の部材の他に、図６に示したコンプレッサ１０は、他のピストン室１６′と、他の空所１８′と、他の遮蔽体２２′、他の弁座２４′及び他のばね４６′を備えた他の弁装置２０′と、他の切込み部３２′を備えた他のピストン３０′とを有している。コンプレッサ１０の本実施の形態において、空所１８は他の空所１８′とは接続しておらず、２つのシリンダの負荷軽減のために２つの空所１８，１８′は、別々に２つの弁装置２０，２０′によって接続することができる。また、２つの空所１８，１８′が互いに接続されていることも考慮可能であり、これにより弁装置２０及び他の弁装置２０′が同時に開放した場合、ピストン室１６と他のピストン室１６′との間に空気が通流できる接続がもたらされる。上記実施の形態が図８に詳細に記載されている。切込み部３２と他の切込み部３２′とを備えた上記ツインシリンダコンプレッサに対して、図１〜４に記載したように、２つの切欠き内における弁装置２０及び他の弁装置２０′の配置も考慮可能である。

図７ａ，７ｂ，７ｃには、負荷軽減されたコンプレッサ１０の作業行程が示されている。図７ａには、最後の作業タイミング中にコンプレッサ１０の負荷軽減のために開放された弁装置２０を有するコンプレッサ１０が示されている。ピストン３０が弁装置２０から離れるように運動する第１の吸込み行程中に、空気は空気吸込み弁３８を通って空気吸込み部４２からピストン室１６へ吸い込まれる。第１の吸込み行程中に空気排出弁４０は閉鎖されたままであり、空気排出部４４内へ空気は圧送されない。

第１の吸込み行程に続いてピストン３０は再び弁装置２０に向かって運動する。空気吸込み弁３８は負圧が存在しないことに基づき閉鎖し、空気排出弁４０はピストン室１６内の圧力が小さいことに基づき理想的には開放されない。弁装置２０が開放されている、つまりピストン室１６と空所１８とが接続されているので、コンプレッサ１０はこの行程中に空気を空所１８内に吸い込む。したがって、空気は空所１８内に引き込まれて圧縮される。達成可能な圧力は理想的には、空気排出部４４に存在する圧力を下回ったままである。

図７ｃに示した他の吸込み行程においては、ピストンは図７ａのように再び弁装置２０から離れる方向に運動するが、空気吸込み弁３８も空気排出弁４０も閉鎖されたままである。他の吸込み行程中に、空所内に引き込まれて圧縮された空気は再びピストン室１６に戻されて膨張する。

図８には負荷軽減されたコンプレッサが示されている。図８に示したコンプレッサ１０は、２つのシリンダを備えたコンプレッサである。ピストン室１６と他のピストン室１６′とは、弁装置２０及び他の弁装置２０′の開放により空所１８を介して接続可能である。ピストン室１６及び他のピストン室１６′の内部には、コンロッド３４若しくは３４′を介してクランクシャフト３６に連結されたピストン３０若しくは３０′が配置されている。弁装置２０も他の弁装置２０′も開放されている場合、コンプレッサ１０は負荷軽減されている。ピストン３０及び他のピストン３０′の周期的な上下運動中に、空気は空所１８を介して２つのピストン室１６，１６′の間を往復するようにポンピングされる。理想的には、内部に負圧も正圧も形成されないので、空気吸込み弁３８，３８′も空気排出弁４０，４０′も閉鎖されたままである。つまり上記コンプレッサは負荷軽減された状態において、２つの空気吸込み部４２，４２′を通じて空気を吸い込まない。

図９ａ，９ｂには、コンプレッサの負荷軽減による省エネルギを具体的に示す２つのグラフが示されている。２つのグラフのＸ軸には、分毎のコンプレッサ回転数が記載されており、Ｙ軸には、各エネルギ消費量がキロワット時において記載されている。図９ａには２５０ｃｍ^３のコンプレッサに対する４つの曲線が示されている。曲線１０４，１０６は、８．５若しくは１２ｂａｒの圧送圧におけるエネルギ消費量を示している。曲線１００，１０２はコンプレッサの２つの異なる省エネルギモードが示されている。これらの省エネルギモードは負荷軽減により実現可能である。図９ｂに記載の４つの曲線は、３６０ｃｍ^３のコンプレッサのものであり、上側の２つの曲線１１２，１１４の曲線はまた、８．５若しくは１２ｂａｒの圧送圧に相当し、下側の２つの曲線１０８，１１０はまた、負荷軽減により実現可能な、コンプレッサの２つの異なる省エネルギモードを示している。

上述の記載、図面及び請求項において開示されている本発明の特徴は、個々においても任意の組合せにおいても本発明の実現のために重要であり得る。

１０ コンプレッサ、 １２ 商用車、 １４ ケーシング、 １６ ピストン室、 １６′ 他のピストン室、 １８ 空所、 １８′ 他の空所、 ２０ 弁装置、 ２０′ 他の弁装置、 ２２ 遮蔽体、 ２２′ 他の遮蔽体、 ２４ 弁座、 ２４′ 他の弁座、 ２６ 切欠き、 ２８ シリンダヘッド、 ３０ ピストン、 ３０′ 他のピストン、 ３２ 切込み部、 ３２′ 他の切込み部、 ３４ コンロッド、 ３４′ 他のコンロッド、 ３６ クランクシャフト、 ３８ 空気吸込み弁、 ３８′ 空気吸込み弁、 ４０ 空気排出弁、 ４０′ 空気排出弁、 ４２ 空気吸込み部、 ４２′ 空気吸込み部、 ４４ 空気排出部、 ４６ ばね、 ４６′ 他のばね、 ４８ 支持プレート、 ５０ シールリング、 ５２ 弁プレート、 ５４ 接続室、 １００ ２２５ｃｃｍにおけるコンプレッサの省エネルギモード、 １０２ ２２５ｃｃｍのコンプレッサにおける省エネルギモード、 １０４ 圧力が８．５ｂａｒにおける２２５ｃｃｍのコンプレッサ、 １０６ 圧力が１２ｂａｒにおける２２５ｃｃｍのコンプレッサ、 １０８ ３６０ｃｃｍのコンプレッサにおける省エネルギモード、 １１０ ３６０ｃｃｍのコンプレッサにおける省エネルギモード、 １１２ 圧力が８．５ｂａｒにおける３６０ｃｃｍのコンプレッサ、 １１４ 圧力が１２ｂａｒにおける３６０ｃｃｍのコンプレッサ

Claims (21)

1. 圧縮空気を製造するための商用車（１２）のためのコンプレッサ（１０）であって、該コンプレッサ（１０）は、
   −ピストン室（１６）と空所（１８）とを備えたケーシング（１４）を有しており、かつ、
   −空所（１８）をピストン室（１６）から隔てるための遮蔽体（２２）を備えた弁装置（２０）を有している、
   圧縮空気を製造するための商用車のためのコンプレッサにおいて、
   遮蔽体（２２）は弁装置（２０）の開放のために、弁座（２４）からピストン室（１６）の方向に持上り可能であることを特徴とする、圧縮空気を製造するための商用車のためのコンプレッサ。
2. 遮蔽体（２２）はシリンダヘッド（２８）の、ピストン室（１６）に隣接している切欠き（２６）内へ少なくとも部分的に運動可能であることを特徴とする、請求項１記載のコンプレッサ。
3. 遮蔽体（２２）はピストン室（１６）内へ少なくとも部分的に運動可能であり、弁座（２４）から持ち上げられた遮蔽体（２２）は、ピストン室（１６）において運動可能なピストン（３０）の上側のリターンポイントにおいて、ピストン（３０）に配置されている切込み部（３２）内へ少なくとも部分的に突入することを特徴とする、請求項１又は２記載のコンプレッサ。
4. 空所（１８）は雰囲気に連結されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載のコンプレッサ。
5. −他の遮蔽体（２２′）を備えた他の弁装置（２０′）と、他のピストン室（１６′）とが設けられており、
   −他の遮蔽体（２２′）は他の弁装置（２０′）の開放のために、他の弁座（２４′）から他のピストン室（１６′）の方向に持上り可能であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載のコンプレッサ。
6. 他の遮蔽体（２２′）はシリンダヘッド（２８）の、他のピストン室（１６′）に隣接している他の切欠き内へ少なくとも部分的に運動可能であることを特徴とする、請求項５記載のコンプレッサ。
7. 他の遮蔽体（２２′）は他のピストン室（１６′）内へ少なくとも部分的に運動可能であり、他の弁座（２４′）から持ち上げられた他の遮蔽体（２２′）は、他のピストン室（１６′）において運動可能な他のピストン（３０′）の上側のリターンポイントにおいて、他のピストン（３０′）に配置されている他の切込み部（３２′）内へ少なくとも部分的に突入することを特徴とする、請求項５又は６記載のコンプレッサ。
8. ピストン室（１６）と他のピストン室（１６′）とは、弁装置（２０）と他の弁装置（２０′）とが開放されていると、空所（１８）を介して互いに接続されていることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか一項記載のコンプレッサ。
9. 他の弁装置（２０′）を介して他のピストン室（１６′）に接続可能である他の空所（１８′）が設けられていることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか一項記載のコンプレッサ。
10. 他の空所（１８′）は雰囲気に連結されていることを特徴とする、請求項９記載のコンプレッサ。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項記載のコンプレッサ（１０）を備えた商用車（１２）。
12. 圧縮空気を製造するための商用車（１２）のためのコンプレッサ（１０）を負荷軽減する方法であって、コンプレッサ（１０）は、
    −ピストン室（１６）と空所（１８）とを備えたケーシング（１４）を有しており、かつ、
    −空所（１８）をピストン室（１６）から隔てるための遮蔽体（２２）を備えた弁装置（２０）を有している、圧縮空気を製造するための商用車のためのコンプレッサを負荷軽減する方法において、
    遮蔽体（２２）を弁装置（２０）の開放のために、弁座（２４）からピストン室（１６）の方向に持ち上げることを特徴とする、圧縮空気を製造するための商用車のためのコンプレッサを負荷軽減する方法。
13. ピストン室（１６）において運動可能なピストン（３０）が下側のリターンポイントの近くに位置する間に、遮蔽体（２２）をシリンダヘッド（２８）の、ピストン室（１６）に隣接する切欠き（２６）内へ少なくとも部分的に運動させることを特徴とする、請求項１２記載の方法。
14. ピストン室（１６）において運動可能なピストン（３０）が下側のリターンポイントの近くに位置する間に、遮蔽体（２２）をピストン室（１６）内へ少なくとも部分的に運動させ、弁座（２４）から持ち上げられた遮蔽体（２２）をピストン（３０）の上側のリターンポイントにおいて、ピストン（３０）に配置されている切込み部（３２）によって少なくとも部分的に収容することを特徴とする、請求項１２又は１３記載の方法。
15. 空所（１８）を雰囲気と連結することを特徴とする、請求項１２から１４までのいずれか一項記載の方法。
16. 他の遮蔽体（２２′）を備えた他の弁装置（２０′）と、他のピストン室（１６′）とが設けられており、他の遮蔽体（２２′）を他の弁装置（２０′）の開放のために、他の弁座（２４′）から他のピストン室（１６′）の方向に持ち上げることを特徴とする、請求項１２から１５までのいずれか一項記載の方法。
17. 他の遮蔽体（２２′）をシリンダヘッド（２８）の、他のピストン室（１６′）に隣接する他の切欠き内へ少なくとも部分的に運動させることを特徴とする、請求項１６記載の方法。
18. 他のピストン室（１６′）において運動可能な他のピストン（３０′）が下側のリターンポイントの近くに位置する間に、他の遮蔽体（２２′）を他のピストン室（１６′）内へ少なくとも部分的に運動させ、他の弁座（２４′）から持ち上げられた他の遮蔽体（２２′）を他のピストン（３０′）の上側のリターンポイントにおいて、他のピストン（３０′）に配置されている他の切込み部（３２′）によって少なくとも部分的に収容することを特徴とする、請求項１６又は１７記載の方法。
19. ピストン室（１６）と他のピストン室（１６′）とを空所（１８）を介して互いに接続することを特徴とする、請求項１６から１８までのいずれか一項記載の方法。
20. 他の弁装置（２０′）を介して他のピストン室（１６′）に接続する他の空所（１８′）が設けられていることを特徴とする、請求項１６から１８までのいずれか一項記載の方法。
21. 他の空所（１８′）を雰囲気に連結することを特徴とする、請求項２０記載の方法。

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