JP5415259B2 - 商用車のための圧縮空気供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動部により空気式切換クラッチを介して駆動可能なコンプレッサと、クラッチの切替入力側へ圧縮空気を選択的に供給するための電気信号によって操作可能なバルブを有している、商用車のための圧縮ないし圧搾空気供給装置に関している。

商用車にとって圧縮空気供給装置は重要な意味合いを持つ。特に空気圧式で制動される商用車のブレーキシステムや多くのさらなる負荷、例えばエアーサスペンション装置、エアーアクスル装置などは圧縮空気を必要とする。圧縮空気供給装置から供給される分配すべき圧縮空気はコンプレッサによって供給されており、このコンプレッサは一般に商用車の内燃機関によって駆動されている。このことに関する普遍的な構想は次のようなことからなる。すなわちコンプレッサを空気式切替クラッチを介して内燃機関に連結させることである。その際には圧縮空気が空気圧によるクラッチの駆動制御のために圧縮空気供給装置から引き出される。この種の装置の一例として独国特許発明第３９２３８８２号明細書が挙げられる。

コンプレッサの作動はクラッチの切替えにより、例えばフィルタユニットの再生フェーズ期間中など必要に応じて中断できる。同様に内燃機関からのコンプレッサの結合解除も商用車のエネルギー管理に関して所期のように用いることが可能である。

しかしながら切替え可能なクラッチを用いる構想の実現は全ての観点において問題がないわけではない。特にクラッチに対して短い切替時間が得られることは望ましい。なぜなら特に車両の作動中において頻繁なクラッチの切替が伴っても切替遅延に基づく望ましくない作用が発生しないからである。

本発明の基礎となる課題は、低コストで特に機能性に富んだ構想に基づいて、特に短い切替時間の保証される、電気式切替クラッチを備えた圧搾空気供給装置ないし圧縮空気供給装置を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部分に記載された本発明によって解決される。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明は請求項１の上位概念による圧縮空気供給装置において、切替え入力側にバルブを介して供給される圧縮空気が逆止弁を介して圧縮圧力処理ユニットから取出されるように構成されている。空気式バルブにおける高い切替え速度を保証するために、空気式バルブへのリード線路が有利には所期の圧力レベルに保持される。それと共にバルブの開放の際には直ぐに十分な圧力が準備され、この圧力はクラッチまでの短い管路を介してクラッチの切替えを迅速に作用せしめる。クラッチを切替えるための圧縮空気は有利には他の負荷へも圧縮空気を供給する圧縮空気処理ユニットから取出されるので、換気ないし通気過程中の十分な圧力レベルは空気式バルブに接続する管路内において頻繁に付加的圧力蓄積容器によって保証されている。このことは、切替え入力側にバルブを介して供給される圧縮空気が逆止弁を介して取出されるならば、不要となる。というのもこの逆止弁が、圧縮空気処理ユニットとそれに接続されている負荷の領域内のその他の作用に基づく圧力供給管路内の圧力低減を阻止するからである。

別の有利な実施形態によれば、この逆止弁が圧縮空気処理ユニットに統合されるようにしてもよい。圧縮空気処理ユニットの主要構成部分は少なくとも１つの回路保護装置を有するバルブケーシングである。このケーシングは単に構造的な課題の克服によってさらなる逆止弁の包含を容易に可能にする。同じように逆止弁の外部への配置も考えられる。有利には逆止弁からクラッチを駆動制御するバルブまで接続される管路がこれに対して設けられる唯一のバルブケーシングポートに接続されている。

さらに有利には、バルブはコンプレッサへの新気供給部領域に配設してもよい。内燃機関の領域においては一般に高温が発生するので、切替え機構、すなわち特に空気式及び／又は電気式に駆動制御されるバルブはそれに応じた形式で設計仕様されていなければならず、このことは相応に高いコストに結び付く。コンプレッサへの空気供給領域、つまりそのインテークマニホールドにおいては比較的低い温度しか発生せず、そのためバルブは特別な温度安定性の考慮なしで用いることができる。前記配置構成によって付加的に得られる利点は、バルブと切替え可能なクラッチとの間で非常に短い経路が得られ、このことはクラッチの切替え時間を短縮させる。このことは特に利点に関して、クラッチの頻繁な切替えを生じさせる。

前記バルブは有利には電気的に事前制御可能な空気式バルブであってもよい。そのようなバルブは大量に得ることのできる空気流量に基づいてクラッチの切替え機構における迅速な圧力形成が可能である。そのためこの手段はスイッチング速度を高める。

本発明による圧縮空気供給装置は次のように設計されていてもよい。すなわち圧縮空気処理ユニット内の圧力に反応する圧力スイッチによって電気信号が使用されるように設計されてもよい。内燃機関とコンプレッサの連結解除に対する理由は圧縮空気処理ユニット内部ないし負荷接続領域における十分な圧力の存在にある。従って有利にはこれらの圧力が電気信号に変換される。この信号は再び内燃機関とコンプレッサの連結解除に作用する。圧力スイッチとバルブの相応の調整のもとでは、信号がバルブに直に供給されるか若しくはさらなる電気又は電子構成部材の介在のもとで供給される。

例えば電気的な信号が圧力依存性の入力信号を受取る電子制御部によって使用されるようにしてもよい。それにより、圧力スイッチの信号はまず電子制御部に供給され、その後で場合によってはこの信号がバルブのために送出される。このことは次のような利点となる。すなわち商用車内に存在する他のパラメータがクラッチの切替え過程に関連して考慮されるようになる利点である。

例えば、電気的な信号が温度依存性の入力信号を受取る電子制御部によって使用されるようにしてもよい。それにより高温時にコンプレッサを内燃機関から切り離すために、コンプレッサ領域の温度が測定される。

同様に、電気的な信号が、クラッチの入力側回転数及び／又は出力側回転数に依存する入力信号を受取る電子制御部によって処理されるようにしてもよい。この場合には例えばエラー診断に関連してクラッチ領域の回転数の監視も有利になり得る。

本発明の特に有利な実施形態によれば、前記電子制御部が圧縮空気処理ユニット内に集積されている。このことは実際においては次のようにして実現可能である。すなわち圧縮空気処理ユニットの従来の電子制御部においてクラッチ制御の機能性を拡張することで実現可能である。

しかしながら前記電子制御部はインターフェースを介して、圧縮空気処理ユニット内に集積されている制御部と通信させることも考えられる。この基本構想に基づけば従来の圧縮空気処理ユニットの電子制御部を十分に不変のまま維持することができ、クラッチに対する切替え機能も外部から得ることができる。

本発明はさらに本発明による圧縮圧力供給装置を備えた商用車にも関している。

以下では本発明を添付図面に関連して有利な例示的実施形態に基づいて説明する。

本発明による圧縮空気処理ユニットを概略的に示した図 本発明による別の圧縮空気処理ユニットを概略的に示した図 本発明によるさらに別の圧縮空気処理ユニットを概略的に示した図

以下の説明においては同じ若しくは同等の構成要素には同じ符号が用いられる。

図１は本発明による圧縮空気処理ユニットの概略図である。ここでは圧縮空気処理ユニットが符号２６で表されている。この圧縮空気処理ユニットを用いて圧縮空気がフィルタリングされて種々異なる圧縮空気負荷へ分配されている。さらに入力ポート４４が設けられており、この入力ポートは前記圧縮空気処理ユニット２６の外部に設けられているコンプレッサ１４と接続されている。前記入力ポート４４に並行するように外部充填ポート４６も設けられている。前記２つの入力側４４，４６に供給される圧縮空気は、フィルタユニット４８と、そこからさらに逆止弁５０を介してメイン供給管路５２に供給される。このメイン供給管路５２には２つの溢出弁５４，５６が並行に配設されており、商用車の常用ブレーキ回路用ポート５８，６０を介して圧縮空気が供給されている。さらに前記溢出弁５４，５６に対して並行にそれぞれ１つのスロットル６２，６４とそれぞれ１つの逆止弁６６，６８が配設されており、この本発明による実施形態によれば、溢出弁５４，５６を通る通流に並行する、メイン供給管路５２から前記常用ブレーキ回路用ポート５８，６０への通流も可能になっている。これにより特にシステムの新たな充填の際にメイン供給管路５２内の圧力が低い場合であっても常用ブレーキ回路容器の早期の充填が行われる。同様に、逆止弁をこの新たな充填の利点なしで逆方向に設けることも可能である。これにより別の負荷の常用ブレーキ回路容器からの後からの充填が可能となる。メイン供給管路５２内にはさらに圧力リミッタ７０が設けられている。安全弁７０の圧力制限側には、２つのさらなる管路が並行して分岐されており、この場合一方の管路を通って溢出弁７２と逆止弁７４を介して固定ブレーキ及び付随車ブレーキ用ポート７６に供給がなされている。他の管路は逆止弁４２と溢出弁７８を介してポート８０に供給しており、このポート８０はコンプレッサクラッチ１２の操作のために設けられている。溢出弁７８の後方にはさらなる溢出弁８２が分岐管路内に配置されており、この溢出弁８２を介してさらなる別の負荷用のポート８４が供給を受けている。

電子制御部３２によって複数の圧力センサ８６，８８，９０，９２が接続形成されており、この場合圧力センサ８８は常用ブレーキ用ポート５８における圧力を測定し、圧力センサ９０は常用ブレーキ用ポート６０における圧力を測定し、圧力センサ９２は固定ブレーキと付随車用ブレーキのポート７６に対する溢出弁７２の後方の圧力を測定している。前記電子制御部３２はさらに温度センサ９４とヒーター９６の接続を形成している。さらにこの電子制御部３２には３つの電磁弁９８，１００，１０２が接続されており、詳細には圧力制御用電磁弁９８，回生用電磁弁１００，溢出弁７２の圧力制御用電磁弁１０２である。電磁弁９８，１００，１０２は、３／２方弁として設計され、これらは全て無通流状態で閉じられる。閉じられた状態ではメイン供給管路５２の圧力は電磁弁９８，１００，１０２の入力側に停滞する。回生過程の開始時点では、回生用電磁弁１００と圧力制御用電磁弁９８に通電する必要があり、それによってそれらの電磁弁では図には示されていない状態へ移行する。この結果として常用ブレーキ容器にはメイン供給管路５２を介して乾いた圧縮空気が取り入れられ、それらは逆止弁５０の迂回のもとで、下位西洋電磁弁１００とさらなる逆止弁１０４とスロットル１０６とフィルタユニット４８を介して逆方向に通流する。これは圧力制御用電磁弁９８の切替えに基づいて図には示されていない切換え位置に切換えられたドレン弁１０６が排出ポート１０８につながり、そこから大気中へ放出されるようにするためである。圧縮空気処理ユニット２６の外部には既に前述したコンプレッサ１４と内燃機関１０と、当該内燃機関１０と前記コンプレッサ１４に接続される切替え可能なクラッチ１２とが示されている。コンプレッサ１４は吸気ダクトないし新気供給部２２を有しており、それを介して圧縮すべき空気が吸気されている。この新気供給部の領域には３／２方弁１８が設けられており、この弁は本願の実施形態によれば、別個に示されているように、電気的にパイロット制御可能な空気式バルブとして設計されている。この空気式バルブ１８は入力ポート１１０を有しており、この入力ポート１１０にはクラッチ用ポート８０に接続された管路１１２が接続されている。この管路１１２内には逆止弁４０が設けられており、この逆止弁４０はクラッチ用ポート８０から前記バルブ１８への通流を可能にし、かつ逆方向の通流は阻止している。前記バルブ１８はさらに出力側ポートを有しており、該出力側ポートは管路１１６を介してクラッチ１２の切替え入力側２０に結合される。さらに前記バルブ１８は、電気的な入力側１１８を介した信号１６の供給のために、圧縮空気処理ユニット２６の電子制御部３２と、アース（このアースは中央プラグ１２０にタップされている）に接続されている。

図１による圧縮空気処理ユニットは以下に述べるように切替え可能なクラッチ１２に関連して動作する。圧力制御されていない状態で閉成されるクラッチ１２を開放するためには（例えば前述した回生モードなどの場合）、電子制御部３２は出力信号１６を電気的にパイロット制御される空気式バルブ１８に送出する。それにより前記バルブ１８は開放され、そのようにして圧縮空気処理ユニット２６のクラッチ用ポート８０とクラッチ１２の切り替え入力側２０の間の接続が形成される。切替え入力側２０の換気ないし通気によってクラッチ１２は開放され、さらにコンプレッサ１４が停止される。クラッチ１２の閉成に対しては電気的な入力側１１８の通電が再び遮断され、それによって切替入力側２０が換気される。逆止弁４０，４２により短い切替時間が保証される。逆止弁４２は、圧縮空気が管路１１２から、常用ブレーキ用ポート５８，６０及び固定ブレーキ／付随車用ポートへ分岐する方向へ逆流するのを阻止している。逆止弁４０はさらに前記管路１１２から別の負荷用ポート８４への逆流を防いでいる。切替時間に関する要求とユニットの設計仕様に応じて前記逆止弁４０，４２のうちの１つで十分になる場合もある。それによって前記逆止弁４０，４２は吸入管路１１２において常に所期の圧力レベルを維持することができ、これにより前記バルブ１８の切替の際にコンプレッサ１４の切替入力側２０における迅速な圧力形成が保証される。前記管路１１２の領域における付加的な貯蔵容器は不要となる（このような容器によってもそのような圧力レベルの維持が保証され得る）。また前記クラッチ用ポート８０と逆止弁４０の間には、さらなる負荷、例えば排ガス清浄装置、エンジンブレーキ装置及び／又は変速機制御装置などが接続されてもよい。

図２は本発明によるさらに別の圧縮空気処理ユニットを概略的に示した図である。図２による実施形態の特性の多くは図１による実施形態と同じである。また例えば電気的にパイロット制御可能な空気式バルブ１８のコンプレッサ１４の吸気ダクト領域における有利な配置構成もここには図示されていないが可能である。また図１による実施形態とは異なって図２による実施形態では、圧縮空気処理ユニット２８の電子制御部３４に対してさらに付加的に外部制御部３６が設けられている。この外部制御部３６は、前記内部制御部３４と、インターフェース１２２を介して（これは有利には中央プラグ１２０によって得られる）通信するのに適している。同様にその他の車両構成要素に対するインターフェース１２４も設けられており、これは例えばＣＡＮバスを介して車両誘導装置用コンピュータに対するインターフェースであってもよい。前記インターフェース１２２，１２４は構造的に統合されていてもよい。図２ではさらに、回転数センサ１２６がクラッチ１２の入力側に配置され、またさらなる回転数センサ１２８がクラッチ１２の出力側に配置され得る。さらに温度センサ１３０がコンプレッサ１４に設けられている。前記センサ１２６，１２８，１３０の信号は外部制御部３６に供給され、そこでバルブの駆動制御に関連して考慮される。あるいはその他の形式で利用されてもよい。例えば機能監視及び／又は初期の形態若しくは処理された形態に関連してインターフェース１２２，１２４を介して転送されてもよい。

回転数と温度の有用な検出は、たとえそれが図に示されていないものであっても、図１による実施形態との関連において行われるものであってもよい。その場合には相応のデータが圧縮空気処理ユニット２６の内部制御部３２に供給される。

図３は本発明による圧縮空気処理ユニットの別の概略図である。ここに示されている圧縮空気処理ユニットは分散配置された複数の個別構成ユニットの形態で示されている。特にここでは、載置されたフィルタユニット４８を有する圧力制御器１３０と、マルチ回路保護バルブ１３２と、安全弁１３４，１３６と電子制御部３８とが示されている。これらの構成要素は実際においても図示のように分散され得る。但しそのような分散された描写は機能上の分散配置という意味で理解されてもよい。その場合には例えば図１と図２に関連して示されるように実際の圧力制御器、マルチ回路保護バルブ、安全バルブ及び／又は電子制御部が統合される形態で実現されてもよい。

図３による実施形態ではコンプレッサ１４が切替クラッチ１２を介して内燃機関１０と結合される。このコンプレッサ１４は圧縮空気を圧力制御器１３０に供給し、そこからこの圧縮空気がマルチ回路保護バルブ１３２に転送される。このマルチ回路保護バルブ１３２は圧縮空気を容器１３８，１４０と、その他のポートに分配する。これらのポートのうちの１つはリリーフバルブ１３６を具備するポートとして示されている。さらなるポートはクラッチ用ポート８０であり、これもリリーフバルブ１３４を介して供給される。クラッチ用ポート８０からは切替時間を保証する逆止弁４０を介して圧縮圧力が電気的にパイロット制御される空気式バルブ１８に供給される。バルブ１８の駆動制御は電子制御部３８によって行われる。この電子制御部３８はインターフェース１２４を介して内燃機関ないしエンジン制御部との通信を行っている。電子制御部３８は複数の入力側１４２，１４４，１４６を有している。入力側１４２，１４４は当該制御部３８に温度、圧力及び／又は回転数情報を供給する手段として表され、例えば常用ブレーキ回路の圧力センサ８８，９０によって測定されるか、及び／又は回転数センサ８８，９０によって測定されるか、及び／又はクラッチ１２の入力側と出力側における回転数センサ１２６，１２８によって測定される。前記圧力制御器１３０には圧力スイッチ２４が設けられている。これは電子制御部３８の入力側１４６と接続形成される。それによりこの電子制御部３８には圧力に依存した電気信号が供給される。

図３による圧縮空気処理ユニットは以下のように動作する。電子制御部３８は、入力側１４２，１４４，１４６及びインターフェース１２４を介して得られた情報に基づいて電気信号１６をバルブ１８に供給する。それによりこのバルブ１８は切替えられ、クラッチ１２が切替入力側２０の通気ないし換気に基づいて開放される。信号１６の送出の決定は、複数のセンサによって測定された圧力、温度、又は回転数がクラッチ１２の開放に求められることに基づいて行われてもよい。

これに平行してクラッチの開放は、圧力スイッチ２４から送出された信号に基づいて行われるものであってもよい。図３に示されている実施形態の構成要素が欠陥を被り、それによって例えば常用ブレーキ回路内の圧力レベルがもはや確実に測定出来なくなった場合でも、圧力スイッチ２４とこのスイッチによって可能になる切替機能の混在によってクラッチ１２の開放が行われる。このことはそれらの前述した欠陥に基づく障害を防止する。

同様に図３に示されている変化例の他にも、圧力スイッチ２４の出力信号を直接バルブ１８に供給することも可能である。それにより電子制御部３８の全てが故障した場合でもクラッチ１２の開放を行うことができる。

図１から図３に示されている実施形態に関連して様々な有利な機能方式も可能である。例えばクラッチのスイッチが故障した場合に、圧力制御が圧縮空気処理ユニットの圧力制御器によって行われてもよい。すなわち電子制御式圧縮空気処理ユニットのケースにおいてはドレン弁１０６と所属の電磁弁９８によって行われてもよい。さらに有利には、クラッチを駆動制御するバルブ１８の機能が妥当性に関して監視される。この関係においてはいずれにせよ既存の圧力センサかこれのために設けられた固有の圧力センサの圧力値が利用され得る。バルブ１８とクラッチ１２の間の管路１１６の破断の際には、このバルブ１８がその閉成状態に移行され、さらなる圧力制御が再び圧縮空気処理ユニットを介して、特にドレン弁１０６と電磁弁９８を介して行われる。

前述した明細書、図面並びに特許請求の範囲において開示される本発明の特徴は本発明の実現に対しては個別の形式でもあるいは任意の組合わせでも存在し得るものである。

１０ 駆動部
１２ クラッチ
１４ コンプレッサ
１６ 信号
１８ バルブ
２０ 切替入力側
２２ 新気供給部（吸気ダクト）
２４ 圧力スイッチ
２６ 圧縮空気処理ユニット
２８ 圧縮空気処理ユニット
３０ 圧縮空気処理ユニット
３２ 電子制御部
３４ 電子制御部
３６ 電子制御部
３８ 電子制御部
４０ 逆止弁（チェックバルブ）
４２ 逆止弁
４４ 入力ポート
４６ 外部充填ポート
４８ フィルタユニット
５０ 逆止弁
５２ メイン供給管路
５４ 溢出弁（オーバーフローバルブ）
５６ 溢出弁
５８ 常用ブレーキ回路用ポート
６０ 常用ブレーキ回路用ポート
６２ スロットル
６４ スロットル
６６ 逆止弁
６８ 逆止弁
７０ 安全弁（リリーフバルブ）
７２ 溢出弁
７４ 溢出弁
７６ 固定ブレーキ／付随車ブレーキ用ポート
７８ 溢出弁
８０ コンプレッサクラッチ用ポート
８２ 溢出弁
８４ さらなる負荷用ポート
８６ 圧力センサ
８８ 圧力センサ
９０ 圧力センサ
９２ 圧力センサ
９４ 温度センサ
９６ ヒーター
９８ 電磁弁
１００ 電磁弁
１０２ 電磁弁
１０４ 逆止弁
１０６ ドレン弁
１０８ 排出部
１１０ 入力ポート
１１２ 管路
１１４ 出力ポート
１１５ 管路
１１８ 電気的入力側
１２０ 中央プラグ
１２２ インターフェース
１２４ インターフェース
１２６ 回転数センサ
１２８ 回転数センサ
１３０ 圧力制御器
１３２ マルチ回路保護弁
１３４ 安全弁
１３６ 安全弁
１３８ 容器
１４０ 容器
１４２ 入力側
１４４ 入力側
１４６ 入力側

Claims (11)

1. 駆動部（１０）により空気式切換クラッチ（１２）を介して駆動可能なコンプレッサ（１４）と、
   圧力供給管路（１１２）を介して前記クラッチの切替入力側（２０）へ圧縮空気を選択的に供給するための、電気信号（１６）によって操作可能なバルブ（１８）とを有している、商用車のための圧縮空気供給装置において、
   前記切替入力側（２０）に前記バルブ（１８）を介して供給される圧縮空気が、逆止弁（４０）と、該逆止弁（４０）に後置接続されている圧力供給管路（１１２）とを介して圧縮空気処理ユニット（２６，２８，３０）から取り入れられ、
   その際に前記逆止弁（４０）が圧力供給管路（１１２）内で、前記圧縮空気処理ユニット（２６，２８，３０）とこれに接続している負荷とにより生じる圧力変化に基づく圧力低減を阻止するように構成されていることを特徴とする圧縮空気供給装置。
2. 前記逆止弁（４０）は、圧縮空気処理ユニット（２６，２８，３０）内に集積ないし統合されている、請求項１記載の圧縮空気供給装置。
3. 前記バルブ（１８）はコンプレッサ（１４）への吸気ダクト（２２）の領域に配設されている、請求項１または２記載の圧縮空気供給装置。
4. 前記バルブ（１８）は電気的にパイロット制御可能な空気式バルブである、請求項１から３いずれか１項記載の圧縮空気供給装置。
5. 電気信号が、圧縮空気処理ユニット（２６，２８，３０）内の圧力に反応する圧力スイッチ（２４）によって使用される、請求項１から４いずれか１項記載の圧縮空気供給装置。
6. 前記電気信号は、圧力依存性の入力信号を受取る電子制御部（３２，３４，３６，３８）によって使用される、請求項１から５いずれか１項記載の圧縮空気供給装置。
7. 前記電気信号は、温度依存性の入力信号を受取る電子制御部（３２，３４，３６，３８）によって使用される、請求項１から６いずれか１項記載の圧縮空気供給装置。
8. 前記電気信号は、クラッチの入力側回転数及び／又は出力側回転数に依存する入力信号を受取る電子制御部（３２，３４，３６，３８）によって使用される、請求項１から７いずれか１項記載の圧縮空気供給装置。
9. 電子制御部（３２）が、圧縮空気処理ユニット（２６）に集積ないし統合されている、請求項１から８いずれか１項記載の圧縮空気供給装置。
10. 電子制御部（３６）が、インターフェースを介して、圧縮空気処理ユニット（２８）に集積ないし統合されている制御部（３４）と通信する、請求項１から６いずれか１項記載の圧縮空気供給装置。
11. 請求項１から１０いずれか１項記載の圧縮空気供給装置を備えていることを特徴とする商用車。

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