JP4996478B2 - 車両におけるモバイルユース用の小型スクリューコンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、自動車におけるモバイルユース用の小型スクリューコンプレッサであって、モータユニットにより駆動されるスクリュー圧縮機ユニットを備えている形式のものに関する。

車両技術においてスクリューコンプレッサは、狭いスペース状況にもかかわらず、圧縮空気搭載供給装置に供給するための圧縮空気を形成しなければならないあらゆる場所で使用される。スクリューコンプレッサの自体公知の構成原理は、元来特に小型の構成形式に適しており、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３４２２３９８号明細書に記載されている。

一般的な従来技術から、商用車又はレール車両等の車両に使用されるスクリューコンプレッサは、例えばディーゼルエンジン等の車両の駆動ユニットを介して駆動されるということが公知である。このことは、スクリュー圧縮機ユニットを前記エンジンユニットに直接に結合することにより行われる。但し、これに対して択一的に、例えば米国特許第３８１１８０５号明細書に有利名構成として記載されているように、モータユニットとしての車両の駆動ユニットとスクリュー圧縮機ユニットとの間に、不変の減速比を有する伝動装置を設けることも可能である。このような伝動装置は一般にＶベルト伝動装置として形成されている。

この従来技術の欠点は、スクリュー圧縮機ユニットにより生ぜしめられる圧縮空気の圧送出力が、車両の駆動ユニットの回転数に関連しているという点にある。つまり、駆動ユニットの回転数低減時、即ち例えば車両が制動される場合、スクリュー圧縮機ユニットの圧送出力は低下する。逆に、例えば車両が加速されて駆動ユニットの回転数が上昇すると、スクリュー圧縮機ユニットの圧送出力は上がる。その結果、（例えば制動時に）車両の多量の圧縮空気要求が生じる運転ポイントにおいて、圧縮空気の相応の圧送体積を発生させるために駆動ユニットの低い出発回転数しか供与されず、要求に即した圧縮空気の供給を保証することができないという問題の発生する恐れがある。

この問題を解決するために従来、車両の圧縮空気回路に圧縮空気用の十分に大きな複数のリザーバタンクを装備し、これらのリザーバタンクから、要求のピークにおいて必要とされる圧縮空気を供与するということが試みられてきた。但しこの解決手段は、前記のような圧縮空気タンクは車両内で相応に大きな構成体積を必要とするという欠点を有しており、このことは、圧縮空気装置を全体的にできるだけ小型化するという目標に反している。

従って本発明の課題は、圧縮空気の圧送出力が駆動ユニットの変動する回転数とは概ね無関係の、車両におけるモバイルユース用の小型スクリューコンプレッサを提供することである。

この課題は、請求項１の上位概念に記載の形式の小型スクリューコンプレッサから出発して、特徴部に記載の構成、即ち、スクリュー圧縮機ユニットだけに対応配置されたモータユニットの回転数が、制御ユニットにより、スクリュー圧縮機ユニットが車両の駆動ユニットとは無関係に規定の圧縮空気圧送出力を生ぜしめるように調整可能であることに関連して解決される。本発明の有利な改良は、従属請求項に記載されている。

本発明は、スクリュー圧縮機ユニットだけに対応配置されたモータユニットの回転数が、制御ユニットにより、スクリュー圧縮機ユニットが車両の駆動ユニットとは無関係に圧縮空気の規定された圧送出力を生ぜしめるように調整可能であるという技術理論を包含するものである。

本発明に基づき要求に即して制御可能なスクリューコンプレッサの駆動の利点は、圧縮空気要求量は多いが、車両の駆動ユニットの低い出発回転数しか供与されない運転ポイントにおいても、圧縮空気の十分な圧送出力を生ぜしめることができるという点にある。大型の付加的な圧縮空気タンクはほぼ省くことができる。

本発明による制御ユニットを使用することにより、本発明によるスクリューコンプレッサの圧送出力延いては始動時に要求される出力を、適当なモータユニットの要求に対して正確に調整し且つ機械的な構成部材を更に後付けすること無しに、運転中に変化する要求にいつでも適合させることができる。このことは、例えば都心又は郊外の公共交通で変化するバスの使用において必要である。

スクリュー圧縮機ユニットだけを駆動するモータユニットは、液圧駆動装置又は電動モータの形式で形成されていてよい。本発明の枠内でモータユニットを選択する際に重要なのは、当該モータユニットが、本発明で実践される要求に即した回転数制御の枠内で、調整部材として適しているということである。

制御可能な液圧駆動装置を使用することにより、本発明によるスクリューコンプレッサのエネルギ節約になる停止が、摩耗する結合部材無しで、制御ユニットにより生ぜしめられる液圧駆動装置の液圧ポンプの旋回角度の変化を介すだけで可能になる。

有利には、制御可能な液圧駆動装置は、スクリュー圧縮機ユニットに直接にフランジ締結された液圧モータから成っており、この液圧モータには、調整可能な液圧ポンプが運転に必要とされる圧力媒体を供給する。この場合、調整可能な液圧ポンプの制御は、制御ユニットにより行われる。このために常時存在する回路が供与されている場合は、スクリュー圧縮機ユニットに設けられた制御不能の液圧モータに対して択一的に、制御可能な液圧モータが設けられてもよい。

更に、液圧モータを択一的に電動モータと交換することも考えられる。電動モータは、例えば車両がハイブリッド車両の形式で形成されている場合に、モータユニットとして有利に使用可能である。前記のようなハイブリッド車両では、車両の駆動はまず第１に電動モータを介して行われ、この電動モータのためには、ディーゼルエンジンにより駆動されるジェネレータによって電流が発生される。この場合、過剰な電流はバッテリに供給することができる。従って、前記のようなハイブリッド車両の場合、スクリューコンプレッサの別個の電動モータに必要な運転エネルギを供給するためには、いずれにせよ電流が存在している。有利には、別個の電動モータは三相交流モータとして形成されており、この三相交流モータはその運転エネルギを、ジェネレータにより発生された直流電圧から出発して整流器を介して受け取る。

本発明を改良する別の手段では、スクリュー圧縮機ユニットは有利には３つのケーシング部材から成っており、これらのケーシング部材は相接して組み立てられることにより、外部に露出する導線無しで互いに結合されており、全体としてスクリュー圧縮機ユニットを形成している。ケーシング部材は、それぞれ有利には鋳造金属から構成されている。ケーシング部材内には多数の機能が省スペース式で収納され得る。更に、この構成形式に基づきコンプレッサ機能の全アウタ管が省かれる。

複数部材から成るケーシングの第１のケーシング部材は、有利には少なくとも１つの吸入逆止弁を、後置された圧縮機スクリュー装置と、後置されたオイル前分離器ユニット（揺動緩衝部材を備えたオイルパン含む）と、後置された（遮断時の）放圧ユニットと一緒に有している。これら全てのスクリュー圧縮機ユニットの機能部材は、共通の第１のケーシング部材に効率的に組み込まれる。

第１のケーシング部材に対応配置された第２のケーシング部材には、有利にはスクリュー圧縮機ユニットの流出輪郭部が加工成形されており、オイルパンからオイルを戻し案内するための手段と、任意のオイルサーモスタットを備えた少なくとも１つのオイルフィルタと、少なくとも１つのオイル注入管片とが設けられている。

前記両ケーシング部材に、有利には第３のケーシング部材が組み合わされる。この第３のケーシング部材は、有利にはオイル精密フィルタの取付け手段、オイル吸出し手段、圧力保持弁手段及び逆止弁手段を有している。

有利にはそれぞれ複数の組込み構成部材を有する前記の３つのケーシング部材から成るスクリュー圧縮機ユニットでは、さもなければ特に遮断時の放圧、精密分離器からのオイル戻し案内等のために慣用の、全てのアウタ管及びインナ管を省くことができる。

本発明を改良する更に別の手段では、液圧モータが連行ディスクを介してスクリュー圧縮機ユニットに連結されており、前記連行ディスクには、液圧モータとスクリュー圧縮機ユニットの軸端部がそれぞれ係合している。この場合、連行ディスクはオイル循環回路又は永久グリース潤滑剤により緩衝且つ潤滑される。このように緩衝される連行ディスクを使用することにより、特に液圧モータのスクリュー圧縮機ユニットとの摩耗フリーの連結が保証されている。この目的のためには、Ｖベルト又は伝動装置を介した伝達駆動が行われない限りは、一般に弾性クラッチ又は剛性クラッチが使用される。これらの連結手段は全て摩耗するか、若しくは液圧モータ及びスクリュー圧縮機ユニットの構成群間の剛性の結合を可能にするに過ぎない。

本発明を改良する更に別の手段では、スクリュー圧縮機ユニットを冷却するために必要なオイル循環回路が熱交換器を介して、サーモスタット制御される車両の冷却回路と接続可能である。この手段によって、スクリュー圧縮機ユニットを冷却するためのオイル循環回路の独自の温度制御を完全に省くことができる。車両の冷却回路としては、車軸、ディファレンシャル等を潤滑するための冷却回路、又はエンジン冷却回路を利用することができる。これにより、熱交換器をスクリュー圧縮機ユニット又はこれに対して択一的に車両の駆動ユニットに直接に結合する可能性も生じる。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１では、スクリューコンプレッサはスクリュー圧縮機ユニット１から成っており、このスクリュー圧縮機ユニット１は液圧モータ２によって駆動される。この場合、この液圧モータ２は連行ディスク３を介してスクリュー圧縮機ユニット１に連結されている。この連行ディスク３には、液圧モータ２若しくはスクリュー圧縮機ユニット１の両軸端部がそれぞれ係合している。連行ディスク３は、オイル循環回路（詳しくは図示せず）により緩衝され且つ潤滑されている。液圧モータ２は、スクリュー圧縮機ユニット１に直接にフランジ締結されている。

液圧モータ２は、行きと帰りとに分割されたオイル導管４を介して、運転に必要な圧力媒体を供給される。このためには、オイル導管４に供給する、調整可能な液圧ポンプ５が役立つ。この液圧ポンプ５の駆動は、介在する伝動装置７を備えた車両の駆動ユニット６の出力部を介して行われる。前記伝動装置７は、ここでは歯車伝動装置の形式で形成されている。調整可能な液圧ポンプ５の制御、即ちこの目的のために役立つ駆動部材の角度調節は、電子制御ユニット８によって行われる。この装置によって、スクリュー圧縮機ユニット１によりもたらされる圧縮空気の圧送出力が、車両の駆動ユニット６の回転数とは無関係であるということが達成される。

本実施例では、スクリュー圧縮機ユニット１は車両（詳しくは図示せず）の冷却回路９を介して冷却される。この目的のためには、スクリュー圧縮機ユニット１を冷却するために必要とされるオイル循環回路１０が熱交換器１１を介して、サーモスタット制御される車両の冷却回路９と接続されている。

図２には、スクリュー圧縮機ユニット１にフランジ締結された液圧モータ２を備えた小型スクリューコンプレッサが示されている。スクリュー圧縮機ユニット１は複数部材から成るケーシングを有しており、この場合、第１のケーシング部材１２は吸入逆止弁１３を、内部に位置する後置された圧縮機スクリュー装置（図示せず）と、内部に位置する後置された（揺動緩衝部材を備えたオイルパンを含む）オイル前分離器ユニットと、後置された放圧ユニットと一緒に有している。スクリュー圧縮機ユニット１の第２のケーシング部材１４は、スクリュー圧縮機ユニット１の流出輪郭部を成しており且つ第１のケーシング部材１２のオイルパンからオイルを戻し案内するための手段及びオイルフィルタヘッド１５を有している。このオイルフィルタヘッド１５に隣接して第２のケーシング部材１４にはオイル注入管片１６が配置されている。第３のケーシング部材には、オイル精密フィルタ１８を取り付けるための手段が設けられている。第３のケーシング部材１７にも、やはり圧力保持弁１９と逆止弁２０とが配置されている（これら全ての機能部材は、スクリューコンプレッサの公知の機能ユニットなので、ここではその協働について詳しくは説明しない）。

図３に示した線図には、車両の駆動ユニットの回転数l／minにわたる、上で説明した形式の小型スクリューコンプレッサの圧送出力l／minが示されている。駆動ユニットの回転数とは無関係に、２つの主要求範囲Ａ，Ｂのための圧縮空気の圧送出力をもたらすことができるということが判る。このことは、上で詳しく説明したように、制御可能な液圧駆動装置を要求に即して調整するために働く制御ユニットが可能にする。

周辺構成群を備えたスクリューコンプレッサのブロック図である。 小型スクリューコンプレッサを外側から見た斜視図である。 適当な制御による、必要に応じた圧送出力の圧縮空気への適合を示すグラフである。

Claims (6)

1. 車両に設けられた、圧縮空気を供給するための小型スクリューコンプレッサ（１，２）であって、モータユニットにより駆動されるスクリュー圧縮機ユニット（１）を備えており、前記モータユニットが制御可能な液圧駆動装置（２，５）の形式で形成されている形式のものにおいて、
   液圧駆動装置（２，５）が、スクリュー圧縮機ユニット（１）に直接にフランジ締結された液圧モータ（２）から成っており、該液圧モータには調整可能な液圧ポンプ（５）が運転に必要な圧力媒体をオイル導管（４）を介して供給するようになっており、前記の調整可能な液圧ポンプ（５）の制御が制御ユニット（８）によって行われるようになっており、スクリュー圧縮機ユニット（１）だけに対応配置されたモータユニットの回転数が、制御ユニット（８）により、スクリュー圧縮機ユニット（１）が車両の駆動ユニット（６）とは無関係に規定の圧縮空気圧送出力を生ぜしめるように調整可能であり、スクリュー圧縮機ユニット（１）が、複数部材から成るケーシングを有しており、該ケーシングの第１のケーシング部材（１２）が、少なくとも１つの吸入逆止弁（１３）を、圧縮機スクリュー装置と、オイル分離器ユニットと一緒に有しており、第２のケーシング部材（１４）が、スクリュー圧縮機ユニット（１）の流出輪郭部を有しており、第３のケーシング部材（１７）が、オイル精密フィルタ（１８）を取り付けるための手段を有していることを特徴とする、車両における小型スクリューコンプレッサ。
2. オイル分離器ユニットが、オイルパンを、放圧ユニットと一緒に有している、請求項１記載の小型スクリューコンプレッサ。
3. 第２のケーシング部材（１４）が更に、オイルパンからオイルを戻し案内するための手段と、少なくとも１つのオイルフィルタヘッド（１５）と、少なくとも１つのオイル注入管片（１６）とを有している、請求項１記載の小型スクリューコンプレッサ。
4. 第３のケーシング部材（１７）が更に、オイル吸出し手段と、圧力保持弁（１９）と、逆止弁（２０）とを有している、請求項１記載の小型スクリューコンプレッサ。
5. ３つのケーシング部材（１２，１４，１７）が、スクリュー圧縮機ユニット（１）を形成するために相接して組み立てられることにより、外部に露出する導線無しで互いに結合されている、請求項１記載の小型スクリューコンプレッサ。
6. 液圧モータ（２）が、連行ディスク（３）を介してスクリュー圧縮機ユニット（１）に直接に連結されており、前記連行ディスクに液圧モータ（２）及びスクリュー圧縮機ユニット（１）の軸端部がそれぞれ係合しており、しかも、連行ディスク（３）が、オイル循環回路又はグリース潤滑剤により緩衝且つ潤滑されている、請求項１記載の小型スクリューコンプレッサ。

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