专利名称：压缩机系统和运行压缩机系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有压缩机的压缩机系统，用于为带有具有涡轮增压机的驱动发 动机的载货车辆供应压缩空气，其中由涡轮增压机预压缩的空气可通过第一空气输送管路 由压缩机吸入。此外本发明涉及一种用于控制具有压缩机的压缩机系统的方法，该压缩机系统用 于为带有具有涡轮增压机的驱动发动机的载货车辆供应压缩空气。
背景技术：
现代的载货车辆通常具有以压缩空气运行的子系统，例如以压缩空气运行的运行 制动器和空气弹簧。为了能够给载货车辆的以压缩空气运行的子系统供应足够的压缩空 气，载货车辆还具有用于产生压缩空气的压缩机。当今应用了涡轮增压的单级的和自然吸气的单级的压缩机。可增压的结构形式 的优点在于提供了非常大的供气量。然而其具有很高的余隙容积，这导致了当处于大约 0. 2bar之下的较低的增压压力时供气量非常小。在这种较小的增压压力下，供气量甚至可 能少于在可比较的自然吸气的压缩机中的供气量。此外，增压的压缩机在空载阶段中的缺 点在于，其输送了非常大的空气量，这导致了相应较高的功率消耗。已经已知的是，将提供用于增压的压缩机的增压压力限制到一个恒定的数值。这 种例如利用隔膜阀实施的解决办法取决于其原理在机械方面不够坚固，这是因为在吸气行 程的剧烈脉动的空气流中必需放置机械的控制元件和调节元件。此外这种阀自身引起了节 流作用，该节流作用特别在较低的增压压力的情况下对所输送的空气量产生不利的影响。为了降低在空载阶段中出现的、增压的压缩机的高功率损失，已知的是在压缩机 的下游的输送管路中设置所谓的涡轮增压截止阀(TCO-Ventil)。该涡轮增压截止阀可以在 增压的压缩机的空载状态中将所输送的空气体积降低到零，然而其相对于出现的污染物非 常敏感。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种压缩机系统，特别是当增压压力较低时输送更大的 空气体积。该目的利用独立权利要求所述的特征来实现。有利的实施方式和设计方案由从属权利要求中得出。这种类型的压缩机系统由此进一步改进，即未预压缩的外界空气可通过第二空气 输送管路由压缩机吸入。通过设置第二空气输送管路(未预压缩的外界空气可通过该第二 空气输送管路由压缩机吸入)，可以在压缩机系统中应用对于吸入未预压缩的外界空气来 说被优化的压缩机。这也在增压压力较低时引起了所输送的空气量的显著增高。在此有利的是，增压空气-阀装置设置在第一空气输送管路中。通过第一空气输 送管路中的增压空气-阀装置，压缩机可以受到保护以防止很高的增压压力的影响。如果由涡轮增压机所提供的增压压力超过可设定的增压压力阈值，那么增压空气_阀装置可以 关闭第一空气输送管路。此外特别优选的是，外界空气_阀装置设置在第二空气输送管路中。如果由涡轮 增压机所提供的增压压力超过可设定的增压压力阈值，那么通过外界空气_阀装置在第二 空气输送管路中的设置可为压缩机输送未预压缩的外界空气。特别地，只要由涡轮增压机 所提供的增压压力未超过增压压力阈值，那么外界空气-阀装置就关闭第二空气输送管 路。有利地提出，压力传感器设置在第一空气输送管路中，以便确定由涡轮增压机提 供的增压压力。通过将压力传感器设置在第一空气输送管路中，可直接确定由涡轮增压机 提供的增压压力。由压力传感器所产生的信号因此适合于作为用于直接地或间接地控制增 压空气_阀装置或外界空气_阀装置的基础。可考虑的是，压缩机包括可通过阀装置接通的余隙容积。通过设置可接通的余隙 容积，特别是在增压压力较高时出现的压力峰值可被降低。以这种方式可以特别地将可设 定的增压压力阈值选择得更高，而不会使压缩机由于过高的压力而超载。有利地提出，压缩机系统包括用于控制压缩机系统的功能的电子控制设备。电子 控制设备可以以简单的方式开启不同的可电控的功能、特别是可电控的或可预先控制的阀
直ο此外可以提出，电子控制设备包括在CAN-总线上的接口 ；和电子控制设备通过 CAN-总线接收到由涡轮增压机提供的当前的增压压力的数值或用于计算当前的增压压力 的原始数据。通过车辆的CAN-总线上的接口，电子控制设备可以不依赖于自身传感器来测 定或者说确定由涡轮增压机提供的增压压力。这种类型的方法由此进一步改进，即在可设定的增压压力阈值之下，由涡轮增压 机所提供的预压缩的空气通过第一空气输送管路由压缩机吸入；以及在可设定的增压压力 阈值之上，未预压缩的外界空气通过第二空气输送管路由压缩机吸入。通过这种方式，根据 本发明的压缩机系统的优点和特征被转化到用于运行压缩机系统的方法的范畴中。这也适用于下面说明的、根据本发明的方法的特别优选的实施方式。这以有利的方式由此进一步改进，即在可设定的增压压力阈值之下，外界空 气_阀装置关闭第二空气输送管路。此外有利地提出，在可设定的增压压力阈值之上，增压空气_阀装置关闭第一空 气输送管路。也可考虑的是，即在可设定的余隙容积_增压压力阈值之上，阀装置接通余隙容 积。特别可以提出，增压压力通过压力传感器测定。但也可以提出，增压压力由CAN-总线数据测定和/或通过CAN-总线发出。可以附加地提出，第一空气输送管路由增压空气-阀装置关闭以及第二空气输送 管路由外界空气_阀装置关闭，以便使压缩机转入节能的运行状态。通过同时关闭第一空 气输送管路和第二空气输送管路，由压缩机输送的空气体积被降低到零。在此可以提出，增压空气_阀装置和/或外界空气_阀装置通过剩余不密封性 (Restundichtigkeit)限定压缩机的吸入口负压。通过较小的剩余不密封性(其限制了由压缩机产生的吸入口负压)，降低了压缩机通过吸油造成的喷油_ .。
现在参照附图根据一个特别优选的实施方式示例性地说明本发明。图中示出图1示出了带有驱动发动机和根据本发明的压缩机系统的示意性示出的载货车 辆；以及图2示出了不同运行情况的压缩机所输送的空气体积，该空气体积和驱动发动机 转速相关。
具体实施例方式图1示意性地示出了带有驱动发动机和根据本发明的压缩机系统的载货车辆。所 示出的载货车辆14除了驱动发动机18和压缩机系统10之外还包括带有用户的压缩空气 处理设备58;空气过滤器52;增压空气冷却器54和涡轮增压机16。压缩机系统10自身除 了可能是单缸或双缸压缩机的压缩机12之外还包括电子控制设备34，其具有CAN-总线 38上的接口 36 ；具有设置在其中的增压空气_阀装置24的第一空气输送管路20 ；和具有 设置在其中的外界空气_阀装置26的第二空气输送管路22。此外在第一空气输送管路20 中设置有压力传感器28，其确定了由涡轮增压机16所提供的、在增压空气_阀装置24上游 的增压压力。取决于增压空气-阀装置24和外界空气-阀装置26的开关工作状态，压缩机12 已经通过第一空气输送管路20吸入由涡轮增压机16预压缩的空气或者通过第二空气输送 管路22吸入未预压缩的外界空气。两个空气输送管路20，22中的至少一个在此一直完全 地关闭。如果增压空气_阀装置24和外界空气-阀装置26处于它们的示出的开关位置 上，那么压缩机12通过空气过滤器52和第二空气输送管路22吸入外界空气。如果增压空 气_阀装置24和外界空气-阀装置26都转入它们的未示出的开关工作状态，那么压缩机 12通过空气过滤器52、涡轮增压机16、增压空气冷却器54和第一空气输送管路20已经吸 入由涡轮增压机16预压缩的空气。由于相对于外界压力升高的增压压力，因此在压缩机12 的转速相同时，由压缩机12输送的、每单位时间的空气体积升高。涡轮增压机16由驱动发 动机18的废气驱动，其中在驱动发动机18的增压中看出涡轮增压机16的主要任务，也就 是说，驱动发动机的六个示出的气缸56以更大量的燃烧用空气来运行。压缩机12的驱动 以技术人员已知的方式通过驱动发动机18来进行。例如压缩机12可以通过轮驱动由驱动 发动机18所驱动。由压缩机12所输送的压缩空气被输送给带有用户的压缩空气处理设备 58。带有用户的压缩空气处理设备58特别包括一个技术人员已知的压缩空气处理设备以 及多个例如通过多回路保护阀相互保护的用户回路，单个的用户连接到该用户回路上。此 外压缩机12具有可由阀装置30接通的余隙容积32 (每个气缸大约IOccm)以便降低在压 缩空气输送时的压力峰值。每个与压缩机的活塞室连接的空间容积(raumvolumen) —般被 称为余隙容积32，余隙容积残留在压缩机的压缩冲程的端部。余隙容积32的接通因此降低 了压缩机可能的最大压缩率并且由此降低了在压缩冲程期间出现的压力峰值。如果仅仅外 界空气_阀装置26转入其未示出的开关工作状态中并且增压空气_阀装置24保留在其示 出的开关工作状态中，那么第一空气输 送管路20和第二空气输送管路22都被关闭。压缩机12在压缩机系统10的这种开关工作状态中不能吸入空气并且因此也不能再输送压缩空 气。已知的是，在这种状态中，通常被用于润滑压缩机12的油通过在压缩机10的膨胀冲程 期间产生的负压而被吸入压缩室中，并且在压缩机12的下一个压缩冲程中在连接带有用 户的压缩空气处理设备58的方向上喷出。为了避免这种情况，可考虑的是，增压空气_阀装 置24和/或外界空气-阀装置26并不完全密封，而是具有限定的剩余不密封性，以便对压 缩机12的吸入口负压进行限定。以这种方式降低了压缩机12的喷油量。通过阀装置24， 26同时关闭第一空气输送管路20和第二空气输送管路22可以简单地实现将压缩机12转 入节能的运行状态中。只要由涡轮增压机16所提供的增压压力处于可设定的增压压力阈值之下，那么 增压空气_阀装置24和外界空气-阀装置26就处于它们的未示出的开关工作状态中。压 缩机12随后通过第一空气输送管路20获得已经预压缩的空气。将压缩机12对于未压缩的 空气的吸入进行优化，所以少量的增压压力已经显著提高了由压缩机输送的空气体积。直 到大约为0. 6bar的增压压力为止，对于未压缩的空气的吸入是优化的压缩机12也已经可 以毫无问题地输送预压缩的空气。如果由涡轮增压机16所提供的增压压力超过也被称为 余隙容积_增压压力阈值的第一界限，那么对应于压缩机12的余隙容积32通过阀装置30 接通，以便降低在已经预压缩的空气的输送期间所出现的输送压力。如果由涡轮增压机16 所提供的增压压力继续升高并且最终超过另一个被称为增压压力阈值的界限，那么出现的 输送压力在尽管存在余隙容积32的情况仍然损害压缩机12。当超过增压压力阈值时，增压 空气_阀装置24和外界空气-阀装置26因此转入它们的示出的开关工作状态中并且对应 于压缩机12的余隙容积32又通过对阀装置30的操作而关闭。对于未预压缩的空气是优 化的压缩机现在通过第二空气输送管路22不吸入预压缩的空气。如果不需要大量空气，则 余隙容积32的接通也可以在其它方面用于降低所输送的空气体积或用于节能。如果增压空气-阀装置24和外界空气-阀装置26可电操作或可气动操作的阀装 置处于它们的打开的状态中，那么这两个阀装置特别开启了空气输送管路20，22的尽可能 大的流动横截面。两个阀装置24，26例如可以设计为简单且坚固的节流阀。此外有利的是， 节流阀或者完全关闭或者在气流中平行对齐。吸气脉动(plusation)的有害影响因此可以 不起作用。同样也可能的是应用自由流动阀、斜座阀、活塞式滑阀和球阀，它们与管路横截 面相比同样能够开启非常大的流动横截面。阀装置24，26可以设计为单独的2/2路阀。控 制可以直接的方式通过压力传感器进行，其中为了开启阀装置随后不需要来自发动机控制 设备的更多的数据。如果阀装置24，26的开启取决于发动机转速通过电子控制设备34进 行，那么发动机转速优选地由发动机控制设备读出。在这种情况下必须附加地已知发动机 涡轮增压机的综合特性曲线。此外也需要连接到用于传输发动机转速的CAN-总线38上。 增压空气_阀装置24和外界空气-阀装置26可以合并为一个共同的阀装置。该共同的阀 装置随之具有四个接口和三个开关位置-当关闭第二空气输送管路22时的打开的第一空气输送管路20；-当打开第二空气输送管路22时的关闭的第一空气输送管路20；-当同时关闭空气输送管路22时的关闭的第一空气输送管路20。图2示出了不同运行情况的压缩机的输送的空气体积，该空气体积和驱动发动机 转速相关。输送的空气体积(“Free Air Delivery自由空气输送”)记录在Y-轴上，而在X-轴上记录了单位为转速每分钟的载货车辆的驱动发动机的发动机转速。第一压缩机特 征曲线44显示了相关于发动机转速由压缩机所输送的空气体积，其中压缩机自身未预压 缩的空气的吸入是优化的，并且决不会进行对所输送的空气体积的优化。第一特征曲线44 在示出的发动机转速范围中近似为直线形。第二压缩机特征曲线46同样显示了和发动机 转速相关的、由压缩机所输送的空气体积，其中对应于第二压缩机特征曲线46的压缩机对 于已经预压缩的空气的吸入是优化的，也就是说与涡轮增压机一起运行。第三压缩机特征 曲线48又对应于对于未预压缩的空气的吸入是优化的压缩机。与对应于第一压缩机特征 曲线44的压缩机相反，当第三压缩机特征曲线48直至产生余隙容积-增压压力阈值42时 由涡轮增压机为压缩机输送已经预压缩的空气。直至余隙容积_增压压力阈值42，由压缩 机提供的 输送容积根据第三压缩机特征曲线48相对于第一特征曲线44明显升高。当超过 余隙容积_增压压力阈值42时，对已经预压缩的空气的输送进行调节，从而避免损害压缩 机。余隙容积-增压压力阈值42大约为0.6bar。根据如坚固情况而定构造压缩机，推移 也是可能的或是必需的。第三压缩机特征曲线48在转换空气输送管路之后下降至第一特 征曲线44的水平，这是因为现在仅仅仍由压缩机吸入未预压缩的外界空气。因此当超过余 隙容积-增压压力阈值42时为了产生第三压缩机特征曲线48对由图1已经已知的增压空 气_阀装置和外界空气_阀装置进行操作。以类似的方式产生了第四压缩机特征曲线50。 与第三压缩机特征曲线48相反，现在当超过余隙容积-增压压力阈值42时接通对应于压 缩机的余隙容积，从而降低出现的输送压力。然而压缩机还加载了由涡轮增压机已经预压 缩的空气。随着发动机转速的增长，因此由压缩机所输送的空气体积如同在涡轮增压的压 缩机中那样又剧烈升高并且特别处于第一特征曲线44之上。当超过大约处于1. 5bar的增 压空气阈值40时，在压缩机中出现的输送压力重新变得这样大，以至于其可能会损害压缩 机。为了避免这种情况，对增压空气-阀装置和外界空气-阀装置进行操作，从而使压缩机 现在仅仅还能够吸入未预压缩的外界空气。同时，之前接通的余隙容积被再次关闭，以至于 由压缩机所输送的空气体积再次降低到第一特征曲线44的水平。如由图2可看出的，根据 本发明的压缩机特征曲线50特别当发动机转速很小时处于吸入外界空气的压缩机或涡轮 加载的压缩机的特征曲线44，46之上。在上述说明书、附图中以及权利要求中所公开的本发明的特征不仅单独地而且也 以任意的组合方式对于本发明的实施来说都是重要的。参考标号10压缩机系统12 压缩机14载货车辆16涡轮增压机18驱动发动机20第一空气输送管路22第二空气输送管路24增压空气-阀装置26外界空气_阀装置28压力传感器
30阀装置32余隙容积34电子控制设备36接口38CAN-总线40增压空气阈值42余隙容积-增压压力阈值44第一压缩机特征曲线46第二压缩机特征曲线48第三压缩机特征曲线50第四压缩机特征曲线52空气过滤器54增压空气冷却器56气紅58带有用户的压 缩空气处理设备
权利要求
一种具有压缩机(12)的压缩机系统(10)，用于为带有具有涡轮增压机(16)的驱动发动机(18)的载货车辆(14)供应压缩空气，其中由所述涡轮增压机(16)预压缩的空气可通过第一空气输送管路(20)由所述压缩机(12)吸入，其特征在于，未预压缩的外界空气可通过第二空气输送管路(22)由所述压缩机(12)吸入。
2.根据权利要求1所述的压缩机系统(10)，其特征在于，增压空气-阀装置(24)设置 在所述第一空气输送管路(20)中。
3.根据权利要求1或2所述的压缩机系统(10)，其特征在于，外界空气-阀装置(26) 设置在所述第二空气输送管路(22)中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机系统(10)，其特征在于，压力传感器(28) 设置在所述第一空气输送管路(20)中，以便确定由所述涡轮增压机(16)提供的增压压力。
5.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机系统(10)，其特征在于，所述压缩机(12) 包括可通过阀装置(30)接通的余隙容积(32)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机系统(10)，其特征在于，所述压缩机系统 (10)包括用于控制所述压缩机系统(10)的功能的电子控制设备(34)。
7.根据权利要求6所述的压缩机系统(10)，其特征在于，-所述电子控制设备(34)包括在CAN-总线(38)上的接口(36)；以及-所述电子控制设备(34)通过所述CAN-总线(38)接收到由所述涡轮增压机(16)提 供的当前的增压压力的数值或用于计算当前的所述增压压力的原始数据。
8.一种用于控制具有压缩机(12)的压缩机系统(10)的方法，所述压缩机系统用于为 带有具有涡轮增压机(16)的驱动发动机(18)的载货车辆(14)供应压缩空气，其特征在 于，-在可设定的增压压力阈值(40)之下，由所述涡轮增压机(16)所提供的预压缩的空气 通过第一空气输送管路(20)由所述压缩机(12)吸入；以及-在所述可设定的增压压力阈值(40)之上，未预压缩的外界空气通过第二空气输送管 路(22)由所述压缩机(12)吸入。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述可设定的增压压力阈值(40)之下， 外界空气_阀装置(26)关闭所述第二空气输送管路(22)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在所述可设定的增压压力阈值(40) 之上，增压空气_阀装置(24)关闭所述第一空气输送管路(20)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，在可设定的余隙容积-增 压压力阈值(42)之上，阀装置(30)接通余隙容积(32)。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述增压压力通过压力传 感器(28)测定。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述增压压力由CAN-总 线数据测定和/或通过CAN-总线(38)发出。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一空气输送管路 (20)由所述增压空气-阀装置(24)关闭以及所述第二空气输送管路(22)由所述外界空 气_阀装置(26)关闭，以便使所述压缩机(12)转入节能的运行状态。
15.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述增压空气_阀装置(24)和/或所述外界空气-阀装置(26)通过剩余不密封性限定所述压缩机(12)的吸入口负压。
全文摘要
本发明涉及一种具有压缩机(12)的压缩机系统(10)，用于为带有具有涡轮增压机(16)的驱动发动机(18)的载货车辆(14)供应压缩空气，其中由涡轮增压机(16)预压缩的空气可通过第一空气输送管路(20)由压缩机(12)吸入。根据本发明提出，未预压缩的外界空气可通过第二空气输送管路(22)由压缩机(12)吸入。此外，本发明涉及一种用于控制具有压缩机(12)的压缩机系统(10)的方法，该压缩机系统用于为带有具有涡轮增压机(16)的驱动发动机(18)的载货车辆(14)供应压缩空气。
文档编号B60T15/56GK101959729SQ200980106349
公开日2011年1月26日 申请日期2009年5月29日 优先权日2008年5月30日
发明者约尔格·迈拉尔 申请人:克诺尔商用车制动系统有限公司