JP2014504346A - 車両のコンプレッサに用いられる空気供給を制御する弁装置ならびにコンプレッサシステムおよびコンプレッサシステムを制御する方法 - Google Patents

車両のコンプレッサに用いられる空気供給を制御する弁装置ならびにコンプレッサシステムおよびコンプレッサシステムを制御する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、車両(10)のコンプレッサ(24)に用いられる空気供給を制御する弁装置(40)であって、当該弁装置(40)は弁ハウジング(100)を有し、該弁ハウジング(100)は、周辺空気供給部(32)に接続するための第1の圧縮空気入口(102)と、過給空気供給部(34)に接続するための第2の圧縮空気入口(104)とを有し、該第2の圧縮空気入口(104)を介して、前圧縮された空気が供給可能であり、さらに前記弁ハウジング(100)は、コンプレッサ(24)に接続するための圧縮空気出口(106)を有する弁装置に関する。当該弁装置(40)は、第1の切換状態を有し、該第1の切換状態では、圧縮空気出口(106)が、第1の圧縮空気入口(102)に、流体が流通するように接続されており、当該弁装置(40)は、第2の切換状態を有し、該第2の切換状態では、圧縮空気出口(106)が、第2の圧縮空気入口(104)に、流体が流通するように接続されている。当該弁装置(40)はさらに、当該弁装置(40)を第1の切換状態と第2の切換状態との間で切り換えることのできる切換装置を有する。さらに、本発明は、このような弁装置を備えたコンプレッサシステムおよびコンプレッサシステムに用いられる空気供給を制御する方法に関する。

Description

本発明は、車両のコンプレッサに用いられる空気供給を制御する弁装置に関する。本発明はさらに、このような弁装置を備えたコンプレッサシステムならびに車両のコンプレッサシステムのコンプレッサに用いられる空気供給を制御する方法に関する。
最近の車両、特に商用車では、しばしば圧縮空気を用いて作動されるシステムが使用される。このようなシステムは、たとえばブレーキシステムおよびサスペンションシステムにおいて使用される。圧縮空気を発生させかつ調整するためには、圧縮空気調整装置(Druckluftaufbereitungsanlage)が使用される。この圧縮空気調整装置は、たとえば圧縮空気を発生させ、濾過し、貯え、そして相応するシステムに移送する。このような圧縮空気調整装置は、たとえば貨物自動車、レール車両およびトラクタにおいて使用され、空気を加圧するために、コンプレッサシステムのコンプレッサと、所属のコンポーネントとを有する。中央の駆動装置、たとえばエンジンからのエネルギの効率良い利用を達成するために、このような車両では、しばしばターボチャージャが使用される。ターボチャージャを介して、たとえば排ガス流からエネルギを取り出すことができる。ターボチャージャを、空気が圧縮空気調整装置のコンプレッサもしくはコンプレッサシステムに供給される前に空気を前圧縮するために使用することが既に知られている。これにより、時間当たりの、コンプレッサから流れる空気容量が高められる。国際公開第2009/146866号に基づき、これに関連して、コンプレッサに、ターボチャージャによって前圧縮された空気を供給するか、または周辺空気を供給することが知られている。周辺空気はターボチャージャを迂回してコンプレッサに供給される。
本発明の課題は、車両のコンプレッサに選択的に周辺空気または前圧縮された空気を供給するためのできるだけ信頼性の良い、簡単でかつ廉価な手段を提供することである。
この課題は、独立項形式の請求項に記載の特徴により解決される。
別の有利な構成および改良形は、従属項形式の各請求項に記載されている。
本発明によれば、車両のコンプレッサに用いられる空気供給を制御する弁装置が提供される。この弁装置は弁ハウジングを有しており、この弁ハウジングは、周辺空気供給部に接続するための第1の圧縮空気入口と、過給空気供給部に接続するための第2の圧縮空気入口とを有し、この第2の圧縮空気入口を介して、前圧縮された空気が供給可能であり、さらに弁ハウジングは、コンプレッサに接続するための圧縮空気出口を有する。当該弁装置は、第1の切換状態を有し、該第1の切換状態では、圧縮空気出口が、第1の圧縮空気入口に、流体が流通するように接続されており(流体流通接続)、当該弁装置は、第2の切換状態を有し、該第2の切換状態では、圧縮空気出口が、第2の圧縮空気入口に、流体が流通するように接続されている。当該弁装置はさらに、当該弁装置を前記第1の切換状態と前記第2の切換状態との間で切り換えることのできる切換装置を有する。したがって、コンプレッサに対して周辺空気供給部と過給空気供給部との間での切換を簡単に行うことができる。当該弁装置は、特に車両のコンプレッサシステムにおいて使用するために設けられていてよい。弁装置は2つの圧縮空気入口の他に、特にコンプレッサに接続するための唯一つの出口を有していてよい。切換装置もしくは弁装置は、切換状態の間での切換のために電気的またはニューマチック的に制御可能であってよい。圧縮空気出口の範囲に、または圧縮空気出口に、または圧縮空気出口の下流側に、センサ装置が接続可能であるか、または接続されている。センサ装置は、特に圧力センサおよび/または流量センサを有していてよい。センサ装置もしくはそのセンサが電子制御装置に接続されていると有利である。センサ装置を弁装置の一部および/またはコンプレッサシステムの一部として構成するか、またはみなすことが考えられる。センサ装置は、弁装置の切換状態を測定し、かつ/または切換状態を求めかつ/または制御するためのデータを求めて、伝送するために構成されているか、または接続されていてよい。弁装置は電子制御装置を有し、かつ/または電子制御装置に接続されているか、または接続可能であってよい。このような制御装置は、特に弁装置もしくは切換装置を種々異なる切換状態の間で制御しかつ/または切り換えるために形成されていてよい。弁装置の電子制御装置が、通信のために、車両の少なくとも1つの別の、できれば上位の制御装置に接続されているか、または接続可能であることが考えられる。特に、切換装置は制御装置による制御のために形成されていてよい。センサ装置が信号伝送のために、相応する制御装置に接続されていると有利である。弁装置は、該弁装置が、いかなる切換状態においても、その唯一つの出口、すなわち圧縮空気出口と、前記圧縮空気入口のうちの少なくとも1つの圧縮空気入口との流体流通接続を形成するように形成されていてよい。特に、弁装置のいかなる切換状態においても、第1の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間の流体流通と、第2の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間の流体流通とが同時に遮断されることはないように形成されていてよい。
本発明の有利な構成では、前記切換装置により、第1の切換状態において、第2の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間の流体流通路が遮断されており、かつ/または第2の切換状態において、第1の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間の流体流通路が遮断されている。したがって、第1の切換状態では、第1の圧縮空気入口を経由した圧縮空気だけが、圧縮空気出口へ引き続き案内され、最終的にはコンプレッサへ案内され、それに対して、第2の圧縮空気入口を経由した圧縮空気供給は中断されている。逆に、第2の切換状態では、第2の圧縮空気入口を経由した圧縮空気供給だけが可能となる。
弁装置は、少なくとも1つの第3の切換状態を有していてよい。この第3の切換状態では、第1の圧縮空気入口と第2の圧縮空気入口とが、圧縮空気出口に、流体が流通するように接続されている。したがって、供給される空気の混合を達成することができる。これにより、たとえば過給空気供給部を介して、コンプレッサにとっては臨界的な圧力を有する圧縮空気が供給される場合には、周辺空気の供給もしくは第1の圧縮空気入口を経由する前圧縮された空気の排出により、圧力の低下を達成することができる。これにより、一方ではコンプレッサを保護することができる。他方において、過給空気圧を減少させるためにターボチャージャシステムに干渉することが必要でなくなる。このことは車両にかかる回路手間を減少させる。特別な構成では、弁装置が、一連の種々異なる切換状態を有していて、これらの切換状態では、第1の圧縮空気入口と第2の圧縮空気入口とが、圧縮空気出口に流体が流通するように接続されている。これらの切換状態は、第1の圧縮空気入口および第2の圧縮空気入口の、弁装置において開放された横断面に関して、かつ/または開放された横断面の割合に関して、種々異なっていてよい。これにより、種々の混合比を調節することができる。弁装置の切換状態が、第1の切換状態と第2の切換状態との間で実質的に連続的に調節可能であると、有利になり得る。したがって、弁装置は第1の切換状態と第2の切換状態との間の別の中間切換状態を有していてよい。周辺空気供給部および/または過給空気供給部に、供給された空気の圧力レベルを求めるためのセンサが配置されていると有利になり得る。センサは直接的または間接的に、別の電子コンポーネントを介して切換装置もしくは弁装置の電子制御部に接続されていてよい。電子制御部は、圧縮空気出口を介してコンプレッサに案内された空気によって、予め規定された圧力閾値が超えられないような、弁装置の切換状態を調節するように形成されていてよい。このような制御は、たとえばセンサ信号をベースとして行われ、かつ切換状態の間での切換によって達成され得る。
弁装置の切換装置は、ピストンを有していてよい。このピストンは、前記第1の切換状態に相当する第1の位置と、前記第2の切換状態に相当する第2の位置との間で運動可能であり、前記第1の位置においてピストンは、第1の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間の流体流通接続を開放し、前記第2の位置においてピストンは、第2の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間の流体流通接続を開放する。ピストンは弁ハウジングの内部に、特にピストン案内のための通路内に収容されていてよい。ピストンがシール部材を有することが考えられる。このシール部材は、たとえばピストンと弁ハウジングもしくは弁装置の、運動するピストンを収容するエレメント、たとえば通路との間のシールを形成する。したがって、特に第1の切換状態と第2の切換状態との間での切換を簡単に達成することができる。
別の有利な構成では、弁ハウジングが、第1の圧縮空気入口に対応している第1の弁座と、第2の圧縮空気入口に対応している第2の弁座とを有している。切換装置がピストンを有し、該ピストンは、制御可能に第1の弁座に当接可能となり、かつ制御可能に第2の弁座に当接可能となるようにするために設けられていてよい。第1の切換状態においてピストンは、第2の弁座に当接していて、第2の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間の流体流通を遮断している。第2の切換状態において、ピストンは、第1の弁座に当接していて、第1の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間の流体流通を遮断している。この構造は、ピストンのための正確に規定された運動空間を提供する。少なくとも1つの弁座の範囲では、たとえばピストンを測位するためにセンサ、たとえばコンタクトセンサが設けられていてよい。このようなセンサは制御装置に接続されていてよい。弁座は、たとえば対応する圧縮空気入口に配属され得る開口または管路区分に設けられた狭隘部として形成されていてよい。特にピストンは、第1の弁座に当接する位置と、第2の弁座に当接する位置との間で往復運動可能であってよい。この場合、種々の中間切換状態が調節されることが考えられる。
前記切換装置は、切換ディスクを有していてよい。この切換ディスクは、第1の切換状態に相当する第1の位置と、第2の切換状態に相当する第2の位置との間で回転可能であり、前記第1の位置では、切換ディスクが、第1の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間の流体流通接続を開放し、前記第2の位置では、切換ディスクが、第2の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間の流体流通接続を開放する。このことは、容易に切り換えられ得る、信頼性の良い切換装置を提供するための別の手段である。
さらに別の改良形では、前記切換装置がさらに、出口開口を備えた出口ディスクを有している。この出口開口を介して、前記切換ディスクから圧縮空気出口への流体流通接続が形成可能であるか、または調整されている。前記切換装置はさらに、第1の入口開口と第2の入口開口とを備えた入口ディスクを有し、前記第1の入口開口を介して、第1の圧縮空気入口から前記切換ディスクへの流体流通接続が形成可能であるか、または調整されており、前記第2の入口開口を介して、第2の圧縮空気入口から前記切換ディスクへの流体流通接続が形成可能であるか、または調整されている。前記切換ディスクは、出口ディスクと入口ディスクとの間に回転可能に配置されていて、切換開口を有している。さらに、前記切換ディスクは、第1の位置と第2の位置との間で回転可能であり、前記第1の位置では、前記切換ディスクの切換開口を介して前記出口開口と前記第1の入口開口との間の流体流通接続が形成されており、前記第2の位置では、前記切換開口を介して前記出口開口と前記第2の入口開口との間の流体流通接続が形成されている。したがって、切換ディスクの回転が、両圧縮空気入口のうちの一方の圧縮空気入口からの圧縮空気によってほとんど負荷されないような単純な切換装置を製造することができる。なぜならば、切換ディスクが、空気流に対して直交する方向に回転可能であるからである。第1の位置は第1の切換位置に相当しており、第2の位置は第2の切換位置に相当している。考えられ得る構成では、切換ディスクが第1の位置では第2の入口開口を覆い、第2の位置では第1の入口開口を覆い、この場合、切換ディスクが、相応する開口を通る流体流通を遮断する。この変化形においても、当然ながら、種々の中間切換状態が可能であり、これらの中間切換状態では、上で述べたような両圧縮空気入口から供給された圧縮空気の規定された混合が可能となる。出口ディスクおよび/または入口ディスクは、弁ハウジング内部に取り付けられていてよい。これにより出口ディスクおよび/または入口ディスクは、ハウジングに対して不動となる。
切換装置が、種々の切換状態の間での切換のための操作装置として電動モータを有することが考えられる。切換装置は別個の操作装置、たとえばこのようなモータに結合されていてもよい。操作装置としては、電磁石(ソレノイド)および/またはばね装置を使用することもできる。操作装置は、上で説明した制御装置のうちの1つによって制御されてよい。
当該弁装置は、特に3ポート2位置弁として形成されていてよい。したがって、不要な入口および出口は存在せず、このことは構造や制御を容易にする。
本発明は、さらに、上で説明したような、コンプレッサに用いられる空気供給を制御する弁装置を備えたコンプレッサシステムに関する。コンプレッサシステムに関しては、弁装置の構造に応じて、既に説明した利点と実質的に同一の利点が得られる。コンプレッサシステムは、周辺空気供給部と過給空気供給部とを有していてよい。
別の有利な構成では、コンプレッサシステムが、遮断弁を有し、該遮断弁は、前記弁装置の圧縮空気出口とコンプレッサとの間に接続されていて、前記弁装置からコンプレッサへの圧縮空気供給路を遮断するか、または開放することができる。特に、この遮断弁は、遮断位置においては、圧縮空気出口とコンプレッサとの間の圧縮空気供給を遮断することができ、通流位置においては、圧縮空気出口とコンプレッサとの間の圧縮空気供給を可能にすることができる。したがって、たとえばコンプレッサがアイドリング段階で運転される場合に、コンプレッサへの望ましくない圧縮空気供給を簡単に阻止することができる。また、コンプレッサが、択一的または付加的にコンプレッサクラッチに連結されており、このコンプレッサクラッチを介して、コンプレッサが駆動装置から遮断可能となることも考えられる。
コンプレッサシステムは、前記弁装置を制御するために適した電子制御装置を有すると有利である。この制御装置は、直接に弁装置もしくは切換装置に接続されていてよい。コンプレッサシステムの制御装置が、弁装置の制御装置に接続されていることが考えられる。コンプレッサシステムは、弁装置の圧縮空気出口とコンプレッサとの間に接続されたセンサ装置を有していてよい。センサ装置は、特に圧力センサおよび/または流量センサを有していてよい。センサ装置もしくはそのセンサは、電子制御装置に接続されていてよい。弁装置の切換状態を測定し、かつ/または切換状態を求めかつ/または制御するためのデータを求め、かつ/またはこれらのデータを、コンプレッサシステムの制御装置および/または搭載電子装置の一部であってよい制御装置に伝送するために、センサ装置が形成または接続されていることが考えられる。このような制御装置は、特に種々異なる切換状態の間で弁装置もしくは切換装置を制御しかつ/または切り換えるために形成されていてよい。センサ装置が、信号伝送のために、相応する制御装置に接続されていると有利である。この制御装置は、車両のCANバスに接続されていてよい。
本発明はさらに、上で説明したようなコンプレッサシステムのコンプレッサに対する空気供給を制御する方法に関する。この場合、コンプレッサは、空気供給のために前記弁装置の圧縮空気出口に接続されている。本発明による方法では、前記弁装置が2つの切換状態の間で切り換わるように前記弁装置を制御するステップを実施する。制御は、前で説明したセンサ装置またはセンサのセンサ信号に基づいて行われ得る。制御の際には、車両パラメータ、たとえば車両速度、エンジンパラメータ、たとえばエンジン回転数および/またはコンプレッサパラメータ、たとえばコンプレッサ回転数を考慮することができる。
本発明の改良形では、前記弁装置が第1の切換状態と第2の切換状態との間で切り換わるように前記弁装置が制御される。
また、第1の圧縮空気入口と第2の圧縮空気入口とが圧縮空気出口に、流体が流通するように接続される第3の切換状態へまたは該第3の切換状態から前記弁装置が切り換えられるように前記弁装置を制御することも考えられる。
本明細書の枠内では、車両はあらゆる種類の自動車であってよい。特に車両は商用車、走行可能な建設機械、レール車両、トラクタまたは貨物自動車であってよい。コンプレッサシステムは1つのコンプレッサを有していてよい。コンプレッサもしくはコンプレッサシステムが、コンプレッサクラッチを有していてよい。コンプレッサシステムが、圧縮空気供給のためのコンポーネント、管路、弁、圧縮空気接続部および/または類似のコンポーネントを有することが考えられる。また、圧縮空気流を制御するためのコンポーネント、コンプレッサまたはコンプレッサクラッチを制御するためのコンポーネントを、コンプレッサシステムの一部とみなすこともできる。エアドライヤ、多回路保護弁および別のコンポーネントを備えた圧縮空気調整装置は、コンプレッサシステムとして解釈され得るか、またはコンプレッサシステムを包含することができる。制御は、電子式、電気式またはニューマチック式に行われ得る。電子式の制御とニューマチック式の制御とから成る組合せも考えられる。コンプレッサシステムは、特に1つまたは複数の電子制御装置を有していてよい。電子制御装置は、たとえばコンプレッサおよび/またはコンプレッサクラッチおよび/または弁装置を制御するために、特に上で説明した弁装置のうちの1つを制御するために設けられていてよく、かつ/または相応して接続されていてよい。制御装置が、1つまたは複数の圧力センサの信号をベースにして制御を実施することが考えられる。制御が、弁装置の下流側に設置されたセンサ装置によって伝送された信号に基づいて実施され、かつ/または過給空気供給部および/または周辺空気供給部からの信号に基づいていると、特に有利である。制御は車両パラメータ、たとえば車両速度、エンジンパラメータ、たとえばエンジン回転数および/またはコンプレッサパラメータ、たとえばコンプレッサ回転数を考慮して行われ得る。この場合、相応するパラメータを搭載電子装置、たとえばCANバスを介して、制御を実施する制御装置に伝送することが有利になり得る。過給空気供給部は、コンプレッサのための前圧縮された空気を供給するために働く。空気の前圧縮は、ターボチャージャまたは別の適当な装置によって行われる。周辺空気供給部は、前圧縮されていない周辺空気を供給するために働く。したがって、周辺空気は大気圧を有していてよい。流体流通の遮断部は、それぞれ直接的または間接的な流体流通接続の遮断部として設計され得る。流体流通が遮断されている2つのコンポーネントが、流体、特に圧縮空気を交換し得ないことが有利である。流体流通接続された装置、たとえば圧縮空気入口と圧縮空気出口との間で、流体、特に空気または圧縮空気が流通し得る。弁ハウジングに設けられた圧縮空気入口または圧縮空気出口には、1つまたは複数の開口および/または管路区分および/または圧力室が対応配置されていてよい。したがって、入口または出口は、圧縮空気が主として1つの開口個所においてしか流入せず、そして1つの開口個所においてしかこの範囲から再び流出しない場合には、入口範囲もしくは出口範囲であると理解され得る。
以下に、本発明の有利な実施形態を図面につき詳しく説明する。
コンプレッサシステムを備えた車両の概略図である。 弁装置の1変化形を示す概略図である。 弁装置の別の変化形を示す概略図である。 図4aは、弁装置のさらに別の変化形を示す概略図である。図4bは、図4aに示した変化形を別の方向から見た図である。 図5aは、弁装置のさらに別の変化形を示す概略図である。図5bは、図5aに示した変化形を示す別の概略図である。図5cは、図5aに示した変化形を示すさらに別の概略図である。図5dは、図5aに示した変化形を示すさらに別の概略図である。 別のコンポーネントを備えた弁装置を示す概略図である。
以下の図面説明において、同一のコンポーネントまたは同一機能のコンポーネントは同じ符号で示されている。図1には、ニューマチック的なライン(空圧管路)は実線として描かれていて、電気的なライン(電気線路)および接続路は破線により描かれている。
図1には、商用車10が概略的に図示されている。図示の商用車10は、原動機であるエンジン14およびコンプレッサシステム12の他に、消費器を備えた圧縮空気調整装置16と、空気フィルタ18と、過給された空気を冷却するインタクーラ20と、ターボチャージャ22とを有する。コンプレッサシステム12自体は、シングルシリンダ式コンプレッサまたはダブルシリンダ式コンプレッサであってよいコンプレッサ24の他に、CANバス30への接続部28を備えた電子制御装置26を有する。さらに、周辺空気供給部32と過給空気供給部34とが設けられている。周辺空気供給部32には、第1の圧力センサ36が設けられており、過給空気供給部34には、第2の圧力センサ38が設けられている。第1および第2の両圧力センサ36,38の代わりに、流量センサまたは別の適当なセンサ装置、たとえば圧力センサと流量センサとを備えたセンサ装置が設けられていてもよい。周辺空気供給部32は、周辺からの空気を、空気フィルタ18のすぐ背後から空気供給弁装置40に案内する。過給空気供給部34は、ターボチャージャ22により前圧縮されかつその後にインタクーラ20において冷却される前圧縮された空気(「過給空気」とも呼ばれる)を、同じく空気供給弁装置40に案内する。空気供給弁装置40はコンプレッサ24に接続されており、これによりコンプレッサ24に圧縮のための空気が供給される。コンプレッサ24と、空気供給弁装置40の、コンプレッサ24に接続された出口との間には、センサ装置39が接続されている。このセンサ装置39は、圧力センサと流量センサとを有する。空気供給弁装置40は有利には、コンプレッサ24への接続のため、もしくはコンプレッサ24への空気の供給のために、唯一つの圧縮空気出口しか有しない。
空気供給弁装置40の切換状態に関連して、コンプレッサ24は、過給空気供給部34を介して既にターボチャージャ22により前圧縮された空気を吸い込むか、または周辺空気供給部32を介して、前圧縮されていない周辺空気を吸い込む。空気供給弁装置40が図示の第1の切換状態にあると、コンプレッサ24は空気フィルタ18と周辺空気供給部32とを介して周辺空気を吸い込む。図示されていない第2の切換状態において、コンプレッサ24は空気フィルタ18とターボチャージャ22とインタクーラ20と過給空気供給部34とを介して、既にターボチャージャ22により前圧縮された空気を吸い込む。周辺圧に比べて高められた過給圧に基づき、コンプレッサ24の回転数が同じままでも、単位時間当たりのコンプレッサ24により圧送される空気容量は増大する。ターボチャージャ22はエンジン14の排ガスにより駆動される。この場合、ターボチャージャ22の主要役割は、エンジン14への過給にある。すなわち、エンジン14の図示の6つのシリンダ42を、より大きな量の燃焼空気によって運転することにある。コンプレッサ24の駆動は、当業者に知られているように、エンジン14により行われる。たとえば、コンプレッサ24は歯車伝動装置を介してエンジン14により駆動され得る。コンプレッサ24により圧送された圧縮空気は、消費器を備えた圧縮空気調整装置16に供給される。消費器を備えた圧縮空気調整装置16は、特に当業者に知られている1つの圧縮空気調整装置と、たとえば多回路保護弁により互いに対して保護された複数の消費器回路とを有しており、これらの消費器回路に個々の消費器が接続されている。コンプレッサ24はさらに、弁装置44により接続可能な、シリンダ1つ当たり約10ccmのすき間容積(Schadraum)46を有しており、これにより圧縮空気圧送時の圧力ピークが緩和される。「すき間容積46」とは、一般に、コンプレッサのピストン室に接続されていて、コンプレッサの圧縮行程の終了時に残る各空間容積を意味する。したがって、すき間容積46の接続は、コンプレッサの可能な最大圧縮を減少させ、ひいては圧縮行程の間に生じる圧力ピークを減少させる。コンプレッサ24と空気供給弁装置40との間には、遮断弁48が配置されていてよい。この遮断弁48を介して、空気供給弁装置40からコンプレッサ24への空気供給を遮断するか、または開放することができる。コンプレッサ24は、遮断弁が閉じられていると、空気を吸い込むことができず、したがって、もはや圧縮空気を圧送することもできない。この状態において、通常コンプレッサ24の潤滑のために使用されるオイルが、コンプレッサ24の膨張行程中に生じる負圧によって圧縮室内に吸い込まれ、コンプレッサ24の次の圧縮行程の際に、消費器を備えた、接続された圧縮空気調整装置16の方向へ放出されることが知られている。このことを阻止するためには、遮断弁48が完全にシールされるのではなく、規定された残留不密性を有し、これによりコンプレッサ24の吸込み負圧を制限することが考えられる。こうして、コンプレッサ24のオイル放出が減じられる。遮断弁48によるコンプレッサ24への空気供給の遮断は、コンプレッサ24を、エネルギ節約性の運転形式にもたらすための簡単な手段である。択一的または付加的に、コンプレッサ24はクラッチ装置を介して駆動装置に連結されていてよい。クラッチの解放により、コンプレッサ24を、エネルギ節約性の運転モードにもたらすことができる。
ターボチャージャ22により提供された過給圧が、調節可能な過給圧閾値よりも下にある場合には、空気供給弁装置40は、図示されていない第2の切換状態に位置する。コンプレッサ24はその場合、過給空気供給部34を介して、既に前圧縮された空気を受け取る。コンプレッサ24は、前圧縮されていない空気を吸い込むために最適化されている。それゆえに、既に僅かな過給圧によっても、コンプレッサ24により圧送される空気容量は著しく増大される。約0.6バールの過給圧までは、前圧縮されていない空気を吸い込むために最適化されたコンプレッサ24は、既に前圧縮された空気をも問題なく圧送することができる。ターボチャージャ22により提供された過給圧が、「すき間容積過給圧閾値」とも呼ばれるこの第1の限界値を上回ると、コンプレッサ24に対応配置されたすき間容積46は、弁装置44を介して接続され、これにより、既に前圧縮された空気の圧送時に生じる吐出圧が低下させられる。ターボチャージャ22により提供された過給圧がさらに増大して、「過給圧閾値」と呼ばれる別の限界値をも上回ると、発生した吐出圧は、すき間容積46の接続にもかかわらずコンプレッサ24を損傷させてしまう恐れがある。したがって、過給圧閾値が上回られると、空気供給弁装置40は図示の第1の切換状態へ切り換えられる。コンプレッサ24に対応配置されたすき間容積46は、再び弁装置44の操作によって閉鎖され得る。前圧縮されていない空気を吸い込むために最適化されたコンプレッサ24はこの場合、周辺空気供給部32を介して、前圧縮されていない空気を吸い込む。すき間容積46の接続は、その他にも、大きな空気量が必要とされない場合に、圧送される空気容量の低減もしくはエネルギ節約のためにも使用され得る。弁装置44は、たとえば電子制御装置26を介して制御されるか、もしくは操作され得る。
空気供給弁装置40は、電気式またはニューマチック式に操作可能な弁装置である。この弁装置は、特にその切換状態に応じて、空気供給部32,34のできるだけ大きな流れ横断面を開放する。空気供給弁装置40は、電子制御装置26に接続されていてよい。電子制御装置26は、この弁装置を特にセンサ装置39および/または圧力センサ36,38の信号に基づいて制御するために形成されていてよい。これらのセンサ36,38,39のうちの1つまたは複数を介して直接に制御を行うこともできる。その場合、これらのセンサ36,38,39は、相応して空気供給弁装置40に接続されており、この場合、空気供給弁装置40を切り換えるために、エンジン制御装置からの別のデータは必要とされない。空気供給弁装置40の制御は、エンジン回転数および/またはコンプレッサ回転数および/または別のエンジンパラメータおよび/または車両パラメータに関連して、電子制御装置26を介して行われ得る。エンジン回転数および別のパラメータは、好ましくはエンジン制御装置および/または別の制御装置から読み取ることができる。この場合には、エンジンターボチャージャの特性マップが既知であることを前提条件とすることができる。相応するデータは、CANバス30を介して伝送され得る。
図2〜図5には、それぞれコンプレッサシステムのための空気供給弁装置40として使用され得る種々の弁装置の概略図が図示されている。これらの弁装置は、それぞれ1つの弁ハウジング100を有する。この弁ハウジング100には、第1の圧縮空気入口102と、第2の圧縮空気入口104と、単独の圧縮空気出口106とが設けられている。第1の圧縮空気入口102は、周辺空気供給部に接続するために設けられており、第2の圧縮空気入口104は、過給空気供給部に接続するために設けられていると有利である。圧縮空気出口106は、第1および第2の圧縮空気入口102,104の少なくともいずれか一方からコンプレッサに圧縮空気を供給するために設けられている。図示の弁装置は、それぞれ少なくとも1つの第1の切換状態と第2の切換状態とを有しており、第1の切換状態では、圧縮空気出口106が第1の圧縮空気入口102に、流体が流通するように接続されており、第2の切換状態では、圧縮空気出口106が第2の圧縮空気入口104に、流体が流通するように接続されている。さらに、弁装置40を種々の切換状態の間で切り換えるための切換装置が設けられている。この切換装置は、それぞれ1つの操作装置108を有しており、この操作装置108は電気的な制御線路110を介して制御可能である。制御線路110は、たとえば電子制御装置26および/または1つまたは複数のセンサ装置に接続されていてよい。操作装置108は、力伝達のための軸またはロッド109を有していてよい。操作装置108が電動モータまたは電磁石(ソレノイド)として形成されていることが考えられる。操作装置108は、弁装置の多数の切換状態を調節するように制御可能であってよい。すなわち、特に、第1の圧縮空気入口102も第2の圧縮空気入口104も同時に圧縮空気出口106に接続されているような中間切換状態が考えられる。したがって、これらの中間切換状態では、供給された空気の種々異なる混合が生ぜしめられるか、もしくは過給空気供給部34から到来した圧縮空気については、調節された種々異なる流れ横断面に基づいて、種々異なる程度で、周辺空気供給部32を介して逃出することが可能となる。中間切換状態の制御は連続的に行われ得る。
図2に示した弁装置では、切換装置がピストン112を有する。このピストン112は、ハウジング100内部の操作装置108によって運動可能である。弁ハウジング100には、第1の弁座114が設けられており、この第1の弁座114は第1の圧縮空気入口102に対応している。第2の圧縮空気入口104には、第2の弁座116が対応している。両弁座114,116はそれぞれピストン112のためのストッパを形成している。したがって、ピストン112の運動は、両弁座114,116の間の範囲に限定されている。ピストン112が第1の弁座114に接触していると、ピストン112は圧縮空気出口106と第1の圧縮空気入口102との間の流体接続を遮断している。第2の圧縮空気入口104と圧縮空気出口106との間には、流体流通接続が提供されているので、第2の圧縮空気入口104と圧縮空気出口106との間では、空気が流通するようになっている。ピストン112のこの位置は、弁装置の第2の切換状態に相当している。他方において、ピストン112が、図2に図示されているように、第2の弁座116に接触していると、ピストン112は圧縮空気出口106と第2の圧縮空気入口104との間の流体接続を遮断する。第1の圧縮空気入口102と圧縮空気出口106との間には、流体流通接続が提供されているので、第1の圧縮空気入口102と圧縮空気出口106との間では、空気が流通するようになっている。ピストン112のこの位置は、弁装置の第1の切換状態に相当している。中間切換状態は、両弁座114,116の間の任意の位置にピストン112を位置決めすることにより調節され得る。
図3には、弁装置の変化形が示されている。この変化形では、切換装置がピストン122を有しており、このピストン122は操作装置108によって運動可能である。ピストン122はシール部材124を有しており、このシール部材124は弁ハウジング100に対するシールのために働く。この変化形では、ピストン122の運動を制限する弁座は設けられていない。それどころか、ピストン122は通路126内に収容されていて、この通路126内で運動させられるようになっている。通路126の一方の端部では、ピストン122が少なくとも部分的に第1の圧縮空気入口102もしくは対応する管路内に進入することができ、これにより第1の圧縮空気入口102と圧縮空気出口106との間の流体接続が遮断される。第2の圧縮空気入口104と圧縮空気出口106との間では、空気が流通し得る。この位置は第2の切換状態に相当している。さらに、図3に図示されているように、ピストン122を第2の圧縮空気入口104と圧縮空気出口106との間の位置へ運動させることができ、この場合、ピストン122は第2の圧縮空気入口104と圧縮空気出口106との間の流体接続を遮断する。第1の圧縮空気入口102と圧縮空気出口106との間では、空気が流通し得る。この位置は第1の切換状態に相当している。この変化形では、圧縮空気出口106と第2の圧縮空気入口104とが、ピストン122の運動方向に対して直角に通路126から分岐されており、それに対して第1の圧縮空気入口102はピストン122を運動方向で収容することができる。ハウジング100に設けられた通路126は、凹部を有しており、この凹部内にピストン122を収容することができ、これにより両圧縮空気入口102,104を完全に開放することができる。したがって、両空気供給部のために最大横断面を開放することができる。
図4aおよび図4bには、弁装置の別の変化形を互いに異なる方向から見た断面図が示されている。この実施形態では、切換装置が、操作装置108によって回転可能な切換ディスク132を有する。この切換ディスク132は操作装置108に設けられた軸109に回転可能に支承されていて、シール部材134を有している。弁ハウジング100は、切換ディスク132をハウジング100内で回転させることができるように形成されており、この場合、少なくとも特定の位置においてハウジング壁と切換ディスク132のシール部材134との間の密な接触が行われる。図4aには、切換ディスク132が、第1の圧縮空気入口102と圧縮空気出口106との間の流体接続を遮断している、相応する位置が示されている。第2の圧縮空気入口104と圧縮空気出口106との間には、流体流通接続が提供されている。すなわち、図4aには、第2の切換状態が示されている。切換ディスク132を回転させることにより、切換状態を切り換えることができる。もちろん、切換ディスク132の適当な回転位置により規定されている中間切換状態をとることもできる。図4bには、側面図が示されており、この側面図には、操作装置108および軸109が見えている。
さらに、図5a、図5b、図5cおよび図5dには、弁装置のさらに別の変化形が示されている。この変化形では、切換装置が、図5cに図示されている、スリット付けされた開口144を備えた切換ディスク142を有している。この切換ディスク142は、操作装置108に設けられた軸109に回転可能に配置されている。さらに、切換装置は、弁ハウジング100に取り付けられた出口ディスク152と、弁ハウジング100に取り付けられた入口ディスク162とを有する。切換ディスク142は入口ディスク162と出口ディスク152との間に配置されていて、入口ディスク162と出口ディスク152とに対して回転可能である。切換ディスク142のそれぞれ1つの扁平面には、入口ディスク162の第1の扁平面と、出口ディスク152の第1の扁平面とが向かい合わされていて、有利にはこれらの扁平面に空気密に接触している。出口ディスク152の第2の扁平面は、圧縮空気出口106に接続された圧力室154に面している。出口ディスク152は、図5bに示した開口スリット156を有していて、この開口スリット156により、切換ディスク142から圧縮空気出口106への流体接続が形成可能となる。図5dから判るように、入口ディスク162は第1の入口スリット164を有していて、この第1の入口スリット164を介して、第1の圧縮空気入口102との流体接続が形成可能となる。さらに、入口ディスク162は第2の入口スリット166を有していて、この第2の入口スリット166を介して、第2の圧縮空気入口104との流体接続が形成可能となる。これらのディスクはさらに、切換ディスク142が別の2つのディスクの間で回転し得るように回転軸109が収容され得ることを可能にする構造を有している。切換ディスク142を回転させることにより、切換ディスク142に設けられたスリット付けされた開口144も回転させられる。切換ディスク142の開口と入口ディスク162の開口とは、切換ディスク142が少なくとも第1の位置において入口ディスク162の第2の入口スリット166を完全に覆って、入口ディスク162による第2の圧縮空気入口104への流体接続を遮断するように寸法設定されている。この位置においては、切換ディスク142のスリット付けされた開口144と第1の入口スリット164とが重なり合って、出口ディスク152の開口スリット156と、切換ディスク142の開口144と、第1の入口スリット164との少なくとも部分的な重なり合いが与えられている。したがって、これらの開口もしくはスリットを通じて、圧縮空気は第1の圧縮空気入口102から圧縮空気出口106へ流れることができ、それに対して第2の圧縮空気入口104と圧縮空気出口106との間の流体接続は遮断されている。このことは、第1の切換状態に相当している。同様に、第1の入口スリット164が切換ディスク142によって覆われ、そして開口144,156,166を介して圧縮空気出口106と第2の圧縮空気入口104との間の流体流通接続が形成されるように切換ディスク142を回転させることができる。切換ディスク142のこの位置は第2の切換状態に相当している。スリット付けされた開口144がそれぞれ部分的に第1の入口スリット164と第2の入口スリット166と出口ディスク152の開口156とに重なる位置へ切換ディスク142を回転させることにより、中間切換状態が調節可能である。これらの中間切換状態では、両圧縮空気入口が、圧縮空気出口106に流体が流通するように接続されている。入口ディスク162、出口ディスク152および/または切換ディスク142は、セラミック材料から成っていてよい。また、ディスクの間もしくは出口ディスク152と圧縮空気出口106との間および/または入口ディスク162と圧縮空気入口との間のシールのためにシール装置を設け、これにより圧縮空気が、意図せずにディスクの開口の傍らを通って流れてしまうことを阻止することも考えられる。
図6には、別のコンポーネントを備えた弁装置40の部分図が概略的に示されている。この実施形態では、図2に示した弁装置と同様の弁装置が図示されている。もちろん、図6に関連して、上で説明した弁装置のそれぞれ別の弁装置を使用することができる。弁装置40の操作装置108は制御線路110を介して電子制御装置170に接続されている。この電子制御装置170は、図1につき説明したような電子制御装置26であってよい。電子制御装置170が、たとえばコンプレッサシステムの電子制御装置26または車両の搭載コンピュータシステムと通信することのできる独立した制御装置であることも考えられる。弁装置40の圧縮空気出口106の下流側には、センサ装置39が設けられている。このセンサ装置39は本実施形態では、圧力センサ172と流量センサ174とを有している。また、センサ装置39が両センサ172,174のうちのいずれか一方のセンサしか有しないか、またはさらに付加的なセンサを有することも考えられる。センサ装置39もしくはセンサ172,174は、信号伝送のために制御装置170に接続されている。制御装置170はさらに、信号接続部176を介して1つまたは複数のコンポーネント、たとえばコンプレッサ器具の制御装置または搭載電子装置の別の装置に、たとえばCANバスを介して接続されている。センサ装置39の信号に基づき、かつ/または信号線路176を介して提供された信号、たとえばエンジン回転数のようなエンジンパラメータ、コンプレッサ回転数のようなコンプレッサパラメータまたは車両速度のような車両パラメータを表す信号に基づき、弁装置40の位置もしくはその切換状態を測定しかつ制御することができる。制御は、たとえば制御装置170によって行なわれ得る。
上記説明、図面ならびに特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、それぞれ単独の形でも、任意に組み合わされた形でも、本発明を実現するために重要となり得る。
10 商用車
12 コンプレッサシステム
14 エンジン
16 消費器を備えた圧縮空気調整装置
18 空気フィルタ
20 インタクーラ
22 ターボチャージャ
24 コンプレッサ
26 電子制御装置
28 接続部
30 CANバス
32 周辺空気供給部
34 過給空気供給部
36 圧力センサ
38 圧力センサ
39 センサ装置
40 空気供給弁装置
42 エンジンシリンダ
44 弁装置
46 すき間容積
48 遮断弁
100 弁ハウジング
102 第1の圧縮空気入口
104 第2の圧縮空気入口
106 圧縮空気出口
108 操作装置
109 軸/ロッド
110 制御線路
112 ピストン
114 第1の弁座
116 第2の弁座
122 ピストン
124 シール部材
126 通路
132 切換ディスク
134 シール部材
142 切換ディスク
144 開口
152 出口ディスク
154 圧力室
156 開口スリット
162 入口ディスク
164 入口スリット
166 入口スリット
170 電子制御装置
172 圧力センサ
174 流量センサ

Claims (15)

  1. 車両(10)のコンプレッサ(24)に用いられる空気供給を制御する弁装置(40)であって、当該弁装置(40)は弁ハウジング(100)を有し、
    該弁ハウジング(100)は、周辺空気供給部(32)に接続するための第1の圧縮空気入口(102)と、過給空気供給部(34)に接続するための第2の圧縮空気入口(104)とを有し、該第2の圧縮空気入口(104)を介して、前圧縮された空気が供給可能であり、さらに前記弁ハウジング(100)は、コンプレッサ(24)に接続するための圧縮空気出口(106)を有し、
    当該弁装置(40)は、第1の切換状態を有し、該第1の切換状態では、前記圧縮空気出口(106)が、前記第1の圧縮空気入口(102)に、流体が流通するように接続されており、
    当該弁装置(40)は、第2の切換状態を有し、該第2の切換状態では、前記圧縮空気出口(106)が、前記第2の圧縮空気入口(104)に、流体が流通するように接続されており、
    当該弁装置(40)はさらに、当該弁装置(40)を前記第1の切換状態と前記第2の切換状態との間で切り換えることのできる切換装置を有することを特徴とする、車両のコンプレッサに用いられる空気供給を制御する弁装置。
  2. 前記切換装置により、前記第1の切換状態において、前記第2の圧縮空気入口(104)と前記圧縮空気出口(106)との間の流体流通が遮断されており、かつ/または前記第2の切換状態において、前記第1の圧縮空気入口(102)と前記圧縮空気出口(106)との間の流体流通が遮断されている、請求項1記載の弁装置。
  3. 当該弁装置(40)が、少なくとも1つの第3の切換状態を有し、該第3の切換状態において、前記第1の圧縮空気入口(102)と前記第2の圧縮空気入口(104)とが、前記圧縮空気出口(106)に、流体が流通するように接続されている、請求項1または2記載の弁装置。
  4. 前記切換装置がピストン(112,122)を有し、該ピストン(112,122)は、前記第1の切換状態に相当する第1の位置と、前記第2の切換状態に相当する第2の位置との間で運動可能であり、前記第1の位置において前記ピストン(112,122)は、前記第1の圧縮空気入口(102)と前記圧縮空気出口(106)との間の流体流通接続を開放し、前記第2の位置において前記ピストン(112,122)は、前記第2の圧縮空気入口(104)と圧縮空気出口(106)との間の流体流通接続を開放する、請求項1から3までのいずれか1項記載の弁装置。
  5. 前記弁ハウジング(100)が、第1の弁座(114)を有し、該第1の弁座(114)は前記第1の圧縮空気入口(102)に対応しており、
    前記弁ハウジング(100)が、さらに第2の弁座(116)を有し、該第2の弁座(116)は前記第2の圧縮空気入口(104)に対応しており、
    前記切換装置がピストン(112)を有し、該ピストン(112)は、制御可能に前記第1の弁座(114)に当接可能であり、かつ制御可能に前記第2の弁座(116)に当接可能であり、
    前記ピストン(112)は、前記第1の切換状態において前記第2の弁座(116)に当接していて、前記第2の圧縮空気入口(104)と前記圧縮空気出口(106)との間の流体流通を遮断しており、前記ピストン(112)は、前記第2の切換状態において前記第1の弁座(114)に当接していて、前記第1の圧縮空気入口(102)と前記圧縮空気出口(106)との間の流体流通を遮断している、請求項1から4までのいずれか1項記載の弁装置。
  6. 前記切換装置が、切換ディスク(132,142)を有し、該切換ディスク(132,142)は、前記第1の切換状態に相当する第1の位置と、前記第2の切換状態に相当する第2の位置との間で回転可能であり、前記第1の位置において前記切換ディスク(132,142)は、前記第1の圧縮空気入口(102)と前記圧縮空気出口(106)との間の流体流通接続を開放し、前記第2の位置において前記切換ディスク(132,142)は、前記第2の圧縮空気入口(104)と前記圧縮空気出口(106)との間の流体流通接続を開放する、請求項1から3までのいずれか1項記載の弁装置。
  7. 前記切換装置がさらに、出口開口(156)を備えた出口ディスク(152)を有し、該出口開口(156)を介して、前記切換ディスク(142)から前記圧縮空気出口(106)への流体流通接続が形成可能であるか、または調整されており、
    前記切換装置がさらに、第1の入口開口(164)と第2の入口開口(166)とを備えた入口ディスク(162)を有し、前記第1の入口開口(164)を介して、前記第1の圧縮空気入口(102)から前記切換ディスク(142)への流体流通接続が形成可能であるか、または調整されており、前記第2の入口開口を介して、前記第2の圧縮空気入口(104)から前記切換ディスク(142)への流体流通接続が形成可能であるか、または調整されており、
    前記切換ディスク(142)は、前記出口ディスク(152)と前記入口ディスク(162)との間に回転可能に配置されていて、切換開口(144)を有しており、
    さらに前記切換ディスク(142)は、第1の位置と第2の位置との間で回転可能であり、前記第1の位置において前記切換ディスク(142)の前記切換開口(144)を介して前記出口開口(156)と前記第1の入口開口(164)との間の流体流通接続が形成されており、前記第2の位置において前記切換開口(144)を介して前記出口開口(156)と前記第2の入口開口(166)との間の流体流通接続が形成されている、請求項6記載の弁装置。
  8. 前記切換装置が、複数の切換状態の間での切換のための操作装置(108)として電動モータを有する、請求項1から7までのいずれか1項記載の弁装置。
  9. 当該弁装置(40)が、3ポート2位置弁として形成されている、請求項1から8までのいずれか1項記載の弁装置。
  10. 請求項1から9までのいずれか1項記載の弁装置(40)と、車両(10)用のコンプレッサ(24)とを備えたコンプレッサシステム(12)において、前記弁装置(40)の前記圧縮空気出口(106)が、圧縮空気供給のためにコンプレッサ(24)に接続されているか、または接続可能であり、前記弁装置(40)の前記第1の圧縮空気入口(102)が、周辺空気供給部(32)に接続されているか、または接続可能であり、前記第2の圧縮空気入口(104)が、前圧縮された空気を供給する過給空気供給部(34)に接続されているか、または接続可能であることを特徴とする、コンプレッサシステム。
  11. 当該コンプレッサシステム(12)が、さらに遮断弁(48)を有し、該遮断弁(48)は、前記弁装置(40)の前記圧縮空気出口(106)とコンプレッサ(24)との間に接続されていて、前記弁装置(40)からコンプレッサ(24)への圧縮空気供給を遮断するか、または開放するようになっている、請求項10記載のコンプレッサシステム。
  12. 当該コンプレッサシステム(12)が、さらに、前記弁装置(40)を制御するために適した電子制御装置(26,170)を有する、請求項10または11記載のコンプレッサシステム。
  13. 請求項10から12までのいずれか1項記載のコンプレッサシステム(12)のコンプレッサ(24)に対する空気供給を制御する方法であって、コンプレッサ(24)が、空気供給のために前記弁装置(40)の前記圧縮空気出口(106)に接続されている方法において、前記弁装置(40)が2つの切換状態の間で切り換わるように前記弁装置(40)を制御するステップを実施することを特徴とする、コンプレッサシステムのコンプレッサに対する空気供給を制御する方法。
  14. 前記弁装置(40)が第1の切換状態と第2の切換状態との間で切り換わるように前記弁装置(40)を制御する、請求項13記載の方法。
  15. 前記第1の圧縮空気入口(102)と前記第2の圧縮空気入口(104)とが前記圧縮空気出口(106)に、流体が流通するように接続される第3の切換状態へ、または該第3の切換状態から、前記弁装置(40)が切り換えられるように前記弁装置(40)を制御する、請求項13記載の方法。
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