专利名称：空气压缩机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及内燃机中的空气压缩机的控制装置，尤其涉及基于压缩空气温度来控制空气压缩机的启动(activation)和关闭(deactivation)。
背景技术：
现代卡车具有用于为空气箱充气的空气压缩机，空气动力系统，如脚踏刹车、风档刮水器、空气悬挂等可从空气箱中吸取空气。在典型的卡车运输用途中，空气压缩机可在大部分时间以负载或启动状态中运行。现已开发出减少启动空气压缩机的时间的系统。例如，现已开发出了一些系统，当储箱内的压力降到一个预定值以下时，这些系统启动压缩机，并且当储箱内的压力达到另一个较高的预定值时，这些系统关闭压缩机。
Nishar等人的美国专利No.6,036,449揭示了一种空气压缩机控制装置，该空气压缩机控制装置监测储箱内的压力和压缩机的机头金属温度。当储箱的压力在两个设定压力之间且储箱处于负载的状态时，将在设定的基于压缩机机头金属温度的时间间隔之后将空气压缩机卸载，以将压缩机机头金属的临界温度保持在适当的范围内。另外，对压缩机机头进行评估，以使压缩机机头温度无论何时超过预定的临界值，使空气压缩机处于卸载状态，直到压缩机机头温度降到预定临界温度以下。控制机头金属温度以避免将机头过多加热。
发明内容
本申请涉及基于由空气压缩机压缩的空气的温度来控制空气压缩机。在控制压缩机的一个方法中，检测由空气压缩机压缩的空气的温度。将所检测的压缩空气的温度与预定临界温度进行比较。当所检测的温度超过临界温度时，将空气压缩机关闭。在一个实施例中，当所检测的温度超过临界温度并且所检测的储箱的压力在临界压力之上时，将空气压缩机关闭。在一个实施例中，对临界温度进行选择以避免由油分解所导致的碳的形成。
可在多个位置检测压缩空气的温度。例如，可在压缩机端口检测压缩空气的温度，如排气口或卸载阀口。可在加压室内检测压缩空气的温度。在一个实施例中，可由安装在压缩机卸载阀中的温度传感器检测压缩空气的温度，该压缩机卸载阀与加压室流体连通。
一个适于基于压缩空气的温度进行控制的空气压缩机包括壳体、机头、活塞和温度传感器。将机头安装到壳体，以使机头和壳体限定加压室和与该加压室连通的流体通道。将活塞布置在加压室内以压缩加压室内的空气。确定温度传感器的位置以测量由活塞压缩的空气的温度。在一个实施例中，温度传感器实质上与机头和壳体隔开。
一种空气压缩机控制装置包括输入端、存储器、处理器和输出端。输入端接收压缩空气温度信号。存储器储存压缩机控制算法。处理器将压缩机控制算法应用于压缩空气温度信号。当压缩机空气温度信号超过临界温度信号值时，处理器提供空气压缩机关闭信号。输出端与压缩机关闭信号连通，以选择性地关闭受控空气压缩机。或者，控制装置可包括没有处理器或存储器的分立的电子器件。例如，控制装置可包括一个可将输入信号转换为电压的温度器件集成电路和一个电压比较器器件，该电压比较器器件可基于电压临界值来控制输出。
一种车辆空气供应系统包括储箱、空气压缩机、温度传感器和控制装置。储箱储存由压缩机提供的压缩空气。确定温度传感器的位置以检测压缩空气的温度。控制装置连接到压缩机。控制装置将检测到的由空气压缩机压缩的空气的温度与预定临界温度进行比较，并且当检测到的温度超过临界温度时关闭空气压缩机。在一个实施例中，当在储箱内的空气压力小于预定的临界压力并且检测到的温度超过临界温度时，控制装置启动压缩机。
在考虑了下面的说明、所附的权利要求书和附图后，本领域中熟练的技术人员就会明白本发明的其它优点和益处。
图1是车辆空气供应系统的示意图；图2示出了基于压缩空气温度控制空气压缩机的方法的流程图；图3是车辆空气供应系统的示意图；图4示出了基于压缩空气温度和储箱压力控制空气压缩机的方法的流程图；图5是压缩机控制装置的示意图；图5A是压缩机控制装置的示意图；图6是压缩机示意图；以及图7是卸载阀的示意图。
具体实施例方式
本发明涉及基于压缩空气温度控制空气压缩机10的启动和关闭。可在多种不同的车辆空气供应系统中实现本发明。图1示出了一个这种车辆空气供应系统12的示例。
所示出的空气供应系统12包括空气压缩机10、储箱16、调节器18和空气干燥器20。空气压缩机10包括壳体11、机头13和活塞15。将机头13安装到壳体11以使机头和壳体限定加压室17。活塞15在加压室17内往复运动以用公知的方式压缩加压室内的空气。压缩机10可由车辆曲柄轴(未示出)驱动。压缩机10从气源22如发动机进气口接收空气。压缩机10压缩空气并向储箱16提供压缩空气。在示于图1的空气系统中，当储箱16中的压力降到预定最小压力以下时，调节器18使压缩机10处于启动或负载状态，并且当储箱16中的压力达到预定最大压力时，调节器18使压缩机处于关闭或卸载状态。在示于图1的示例中，调节器18通过向压缩机卸载装置24提供空气信号来使压缩机10处于卸载状态。压缩机卸载装置可采用各种不同的形式。例如，卸载装置24可以是保持进口阀25打开的机构，或者可以是分离的气门组件54(在图6和图7中示出)。
图2示出了基于由空气压缩机压缩的空气温度控制空气压缩机10的方法。对由空气压缩机压缩的空气的温度TA进行检测30。将检测到的压缩空气的温度TA与预定的临界温度TH进行比较32。若检测到的空气温度TA大于预定临界温度TH，那么将压缩机关闭34或者卸载。若检测到的空气温度TA小于预定临界温度TH，那么允许将压缩机启动36或加载。
在示范性实施例中，用油将压缩机10润滑。例如，可用驱动压缩机的发动机的油将压缩机10润滑。当发动机油太热时，油可分解且会形成碳。碳的形成可损坏压缩机和、或阻塞空气供应系统中的管道37，如在压缩机10与储箱16之间的管道。在一个实施例中，设定预定临界温度TH以避免碳的形成。在一个示例中，可将预定临界温度或压缩空气设定在325到400华氏度的范围内，该温度在压缩机出口通道测得。例如，可将预定临界温度TH设定在375华氏度，该温度在压缩机出口通道46测得。
在一个实施例中，将压缩机保持在关闭状态直到检测到的空气温度降到低于预定的较低边界温度TL。临界温度TH与较低边界温度TL之间的差异避免使压缩机在启动和关闭状态之间快速循环。在一个实施例中，一旦检测到的压缩空气温度TA降到低于上限控制温度TH就允许将压缩机启动。
图3示出了在空气供应系统12中基于压缩空气的温度控制压缩机10的压缩机控制电路40。所示出的控制电路40包括控制装置42、温度传感器44和控制阀47。确定温度传感器44的位置以检测压缩空气的温度。可将温度传感器44设置在各种位置，以检测由压缩机提供的压缩空气的温度。在由图3示出的实施例中，将温度传感器设置在压缩机出口通道46中，以测量出口端口内的压缩空气的温度。温度传感器的位置的其它示例包括在加压室17内、在排气端口50内、在将压缩机10连接到储箱16的管道37内和在卸载装置阀54内(图6)。
在示范性实施例中，确定温度传感器44的位置，以使温度传感器基本上与具有大质量的结构如机头13和壳体11隔离。将温度传感器44基本上与机头13和壳体11隔离提供压缩空气的温度的更精确度量。若将温度传感器与机头13或壳体11热耦合，那么温度传感器44将检测机头或壳体的温度，而不是压缩空气的温度。压缩空气的温度并不能够精确地与机头13或壳体11的温度关联。机头13和壳体11具有大的热质量，这种热质量的温度在实质上的时间段之后升高或降低。因此，由于压缩空气温度变化而引起的机头或壳体温度的变化就有大的延迟。另外，机头和壳体通常由发动机冷却系统冷却。发动机冷却系统通常运行以控制发动机的温度，而与压缩空气的温度无关。因此，由发动机冷却系统控制的机头或壳体的温度与压缩空气的温度无关。这样，并不能够通过测量机头13或壳体11的温度来获得压缩空气温度的精确估计。温度传感器44检测压缩空气的温度并且向控制装置42提供表示检测到的温度的信号。
参看图3，所示出的控制阀47包括连接到储箱16的进口54和连接到卸载装置24的出口。控制装置42对控制阀47进行控制以选择性地将空气信号从储箱16连通到卸载装置，以选择性地将压缩机10关闭。例如，当检测到的温度超过预定的临界温度TH以使压缩机处于卸载状态时，控制装置可将控制阀打开以向卸载装置提供空气信号。当检测到的温度低于预定临界温度以允许压缩机处于负载状态时，控制装置可关闭控制阀。在一个实施例中，控制阀为螺线管所控制的阀门。
在所示出的实施例中，从储箱16穿过控制阀47到卸载装置24的路径平行于从储箱16穿过调节器18到卸载装置的路径。因此，当在控制装置42的控制下所检测到的压缩空气的温度超过预定的临界温度时，控制阀46可以操作以将调节器18旁路并将压缩机10关闭。
在一个实施例中，当在储箱16中的空气压力PR小于预定最小压力PL并且所检测到的温度TA超过临界温度TH时，将空气压缩机10启动。在图3所示出的示例中，压力传感器60检测储箱16内的压力。压力传感器60向控制装置42提供信号。在此实施例中，当压缩空气的温度在预定的临界温度之上并且储箱压力在预定最小压力之上时，控制装置42关闭压缩机10。在此实施例中，当压缩空气的温度TA在预定的临界温度TH之上并且储箱压力PR低于预定的最小压力时，控制装置42不关闭压缩机10。这样就保持储箱内的压力降到低于预定的最小压力PL。由控制装置42设定的预定最小压力可不同于由调节器18设定的预定最小压力。
图4示出了基于压缩空气温度和储箱压力控制空气压缩机的方法。在图4所示的方法中，设置70上压缩机控制温度TH和下压缩机控制温度TL以及上储箱压力PH和下储箱压力PL。例如，压缩机控制温度和压力可以从存储器中读取。在示范性实施例中，对上压缩机控制温度TH进行选择以避免碳的形成，且下控制温度TL与可接受的压缩空气的温度相对应。例如，上控制温度TH和下控制温度TL可分别为375华氏度和325华氏度，这些温度在空气压缩机10的出口46测量。上压缩机控制压力PH可与储箱的安全上工作压力相对应，且可选择下控制压力PL以确保在储箱内有足够的空气来操作空气动力系统。在一个实施例中，在最初将状态(启动或关闭)确定或设置。可将压缩机10最初设置72为开启状态。在设置初始温度和压力控制值后，压缩机控制环74每次重复预定的时延流逝。在压缩机控制环中，检测76由空气压缩机压缩的空气的温度。检测78在储箱内的压缩空气的压力。将所检测的温度与上控制温度TH进行比较80，且将所检测的压力与下控制压力PL进行比较82、83。当所检测的压力小于下控制压力PL且不考虑所检测的温度时，启动84、85空气压缩机。当所检测的温度超过上控制温度TH且所检测的压力在下控制压力PL之上时，关闭86空气压缩机。若温度TA小于上控制温度TH且压力PR大于下控制压力PL，那么将压力PR与上控制压力PH进行比较87。若压力PR大于上控制压力PH，那么就关闭88压缩机10。若压力PR小于上控制压力PH，那么将压缩机保持在其当前状态(开启或关闭)。将控制环重复以控制压缩机的开启和关闭。在一个实施例中，图4所示的方法由调节器和电子控制装置完成。在另一个实施例中，图4所示的方法由处理压力和温度信号的控制装置完成。在此实施例中，可不使用调节器。
在图4所示的方法的一个实施例中，一旦将压缩机关闭，则将启动延迟以避免在启动和关闭状态之间的快速循环。例如，若由于所检测的升高的压缩空气的温度而将压缩机关闭，那么可将压缩机的启动延迟直到所检测的压力达到下控制压力PL，即使所检测的压缩空气的温度可能已经降到低于下控制温度TL。
图5是控制装置42的示意图，控制装置42可用于基于由压缩机压缩的空气的温度来控制压缩机。例如，可使用控制装置来完成图2和图4所示的方法。在图5的示例中所说明的控制装置42包括输入端90、存储器92、处理器94和输出端96。输入端90接收压缩机空气温度信号98和、或储箱压力信号100。存储器92储存压缩机控制算法和预定值，如上控制温度值和下控制温度值和、或上和下。压缩机控制算法的示例由图2和图4示出。处理器94将压缩机控制算法应用于压缩机空气温度信号和、或储箱压力信号以产生输出信号102。在示于图6的实施例中，从控制装置输出端96向控制阀46提供输出信号102(图3)。输出信号102的示例包括致使压缩机启动的空气压缩机启动信号和致使压缩机关闭的空气压缩机关闭信号。
图5A示出了控制装置42’的另一个示例。控制装置42’包括来自热耦合或其它温度测量装置的输入端103、温度电压转换器器件105、来自压力变换器或其它压力测量装置的输入端104和压力电压转换器器件106。输入端103接收压缩机空气温度信号98。输入端104接收储箱压力信号100。温度电压转换器器件105将压缩机空气温度信号转换为电压信号109。压力电压转换器器件106将储箱压力信号转换为电压信号110。当由电压转换器提供给电压比较器107的电压信号在临界界限之外时，电压比较器107提供关闭信号111。
参看图6和图7，在一个实施例中，由空气压缩机10压缩的空气的温度由安装在卸载装置阀组件54内的温度传感器44检测，卸载装置阀组件54与加压室17流体连通。所示出的卸载装置阀组件54包括固定构件112、可移动构件114和偏置构件116，如弹簧。偏置构件116将可移动构件114偏置离开固定构件且与阀座118接合。当可移动构件114与阀座118接合时，穿过机头13的卸载装置通道120关闭且压缩机10处于开启状态。空气控制信号由调节器和、或控制阀46选择性地与卸载装置阀组件54的控制端口120连通。在将空气控制信号应用于卸载装置阀组件时，可移动构件114在偏置构件所加的力的作用下由空气控制信号推动而脱离阀座。当可移动构件14不与阀座118接合时，卸载装置通道120打开且压缩机10处于关闭状态。
在示于图7的示例中，可移动构件114包括到空腔124的开口122。固定构件112延伸进入空腔124。将空气压缩并推入空腔124且在固定构件112周围。在图示于7的示例中，将温度传感器44安装到空腔124内的固定构件。例如，可设有穿过固定构件的孔126且将温度传感器44通过孔126并位于固定构件的端部128。将温度传感器44在卸载装置阀组件中定位将温度传感器确定在非常接近于加压室17的位置并将温度传感器基本上与大的热沉器件如壳体和机头隔离。这种非常接近于加压室且基本上与机头和壳体隔离提供加压室内空气温度的精确度量。另外，由于非常接近于加压室且与壳体11和机头13隔离，所以，加压室内的空气温度的变化由温度传感器44快速检测。
可将温度传感器44定位于其它各种位置以检测由压缩机提供的压缩空气的温度。可将温度传感器44定位于出口端口46内、排气端口内、加压室17内或将压缩机10连接到储箱16的管道37内和卸载装置阀54内。在示范性实施例中，温度传感器基本上与大的热沉器件如机头和壳体隔离。将温度传感器44于大的热沉器件隔离大大地缩短由温度传感器检测的压缩空气的温度的变化所需的时间。
虽然通过参考具体实施例对本发明进行了描述，但本领域中熟练的技术人员会明白可对本发明进行替代、修改和变化。因此，本发明旨在涵盖所有的这些替代、修改和变化，且这些替代、修改和变化在所附的权利要求书的精神和范围之内。
权利要求
1.一种控制空气压缩机的方法，所述方法包括a)检测由空气压缩机压缩的空气的温度；b)将所检测的压缩空气的温度与预定的临界温度进行比较；c)当所检测的温度超过所述临界温度时，将所述空气压缩机关闭。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在压缩机端口中对由所述空气压缩机压缩的所述空气的温度进行检测。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于在加压室中对由所述空气压缩机压缩的所述空气的温度进行检测。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于可由安装在压缩机卸载阀中的温度传感器检测由所述空气压缩机压缩的所述空气的温度，所述压缩机卸载阀与加压室流体连通。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于对所述临界温度进行选择以避免由油分解所导致的碳的形成。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过将调节器旁路来关闭所述空气压缩机。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于当所述检测到的温度超过所述临界温度时，通过向所述压缩机提供切断空气控制信号来关闭所述空气压缩机。
8.一种用于检测由空气压缩机压缩的空气的温度的装置，所述装置包括a)阀门组件，所述阀门组件用于选择性地打开和关闭通向加压室的通道；以及b)温度传感器，所述温度传感器由所述阀门组件的器件支撑并用于检测所述阀门组件中的空气的温度。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于所述阀门组件是卸载装置控制阀门组件。
10.一种空气压缩机，包括a)壳体；b)机头，所述机头安装到所述壳体，以使所述机头和所述壳体限定加压室和与所述加压室连通的流体通道；c)活塞，所述活塞布置在所述加压室内以压缩所述加压室内的空气；以及d)温度传感器，定位所述温度传感器以测量由所述活塞压缩的空气的温度。
11.如权利要求10所述的空气压缩机，其特征在于所述温度传感器基本上与所述机头和所述壳体隔离。
12.如权利要求10所述的空气压缩机，其特征在于所述温度传感器布置在所述流体通道内。
13.如权利要求10所述的空气压缩机，其特征在于还包括布置在所述流体通道内的阀门组件，所述温度传感器由所述阀门组件的器件支撑。
14.如权利要求10所述的空气压缩机，其特征在于还包括布置在所述流体通道内的卸载装置控制阀门组件，所述温度传感器由所述卸载装置阀门组件的器件支撑。
15.一种空气压缩机控制装置，所述空气压缩机控制装置包括a)输入端，所述输入端用于接收压缩机空气温度信号；b)比较器件，所述比较器件用于将所述空气温度信号与临界温度信号值进行比较；c)输出端，所述输出端在所述压缩机空气温度信号超过所述临界温度信号值时提供空气压缩机关闭信号。
16.如权利要求15所述的空气压缩机控制装置，其特征在于所述比较器件由微处理器的电路所限定。
17.如权利要求15所述的空气压缩机控制装置，其特征在于所述比较器件包括温度电压转换器器件和电压比较器。
18.一种空气压缩机控制装置，所述空气压缩机控制装置包括a)输入端，所述输入端用于接收压缩机空气温度信号；b)存储器，所述存储器用于储存压缩机控制算法；c)处理器，所述处理器用于将所述压缩机控制算法应用于所述压缩机空气温度信号，当所述压缩机空气温度信号超过所述临界温度信号值时，所述处理器提供空气压缩机关闭信号；d)输出端，所述输出端用于与所述压缩机关闭信号连通，以关闭所述压缩机。
19.如权利要求18所述的控制装置，其特征在于对所述临界温度进行选择以避免由油分解所导致的碳的形成。
20.一种用于空气压缩机的控制装置，包括a)输入端，所述输入端用于接收压缩机空气温度信号；b)输入端，所述输入端用于接收储箱空气压力信号；c)温度电压转换器器件，所述温度电压转换器器件将压缩机空气温度信号转换为电压信号；d)压力电压转换器器件，所述压力电压转换器器件将空气压力信号转换为电压信号；以及e)电压比较器器件，当由所述温度电压转换器器件和所述压力电压转换器器件提供给所述电压比较器的电压信号在临界界限之外时，所述电压比较器器件提供关闭信号。
21.一种控制空气压缩机的方法，所述方法包括a)检测储箱中的压缩空气的压力；b)将所检测的储箱中的压缩空气的压力与预定的临界压力进行比较；c)当所述储箱中的压缩空气小于所述临界压力时，将所述空气压缩机关闭；d)检测由所述空气压缩机压缩的空气的温度；e)将所检测的由所述空气压缩机压缩的空气的温度与预定的临界温度进行比较；以及f)当所检测的温度超过所述临界温度且当所检测的所述压力高于所述临界压力时，将所述空气压缩机关闭。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于还包括将所检测的所述储箱中的压缩空气的压力与大于所述临界压力的预定的控制压力进行比较，且当所检测的温度超过所述临界温度且当所检测的所述压力高于所述临界压力时，将所述空气压缩机关闭。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于在压缩机出口端口中对由所述空气压缩机压缩的空气的温度进行检测。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于在加压室中对由所述空气压缩机压缩的空气的温度进行检测。
25.如权利要求21所述的方法，其特征在于可由安装在压缩机卸载阀中的温度传感器检测由所述空气压缩机压缩的所述空气的温度，所述压缩机卸载阀与加压室流体连通。
26.如权利要求21所述的方法，其特征在于对所述临界温度进行选择以避免由油热分解所导致的碳的形成。
27.一种空气压缩机控制装置，包括a)输入端，所述输入端用于接收压缩机空气温度信号和储箱压力信号；b)存储器，所述存储器用于储存压缩机控制算法；c)处理器，所述处理器用于将所述压缩机控制算法应用于所述压缩机空气温度信号和所述储箱压力信号，所述处理器在所述储箱中的压缩空气小于预定的临界压力时提供空气压缩机启动信号，并且在所检测的温度超过所述临界温度且所检测的所述压力高于所述临界压力时提供空气压缩机启动信号；以及d)输出端，所述输出端用于与所述压缩机启动信号和所述压缩机关闭信号连通，以控制所述压缩机。
28.如权利要求27所述的控制装置，其特征在于对所述临界温度进行选择以避免由油分解所导致的碳的形成。
29.一种车辆空气供应系统，包括a)储箱，所述储箱用于储存压缩空气；b)空气压缩机，所述空气压缩机与所述储箱流体连通，以向所述储箱提供压缩空气；c)温度传感器，定位所述温度传感器以检测所述压缩空气的温度；d)控制装置，所述控制装置连接到所述空气压缩机，所述控制装置将检测到的由所述空气压缩机压缩的空气的温度与预定临界温度进行比较，并且当检测到的温度超过所述临界温度时关闭所述空气压缩机。
30.如权利要求29所述的系统，其特征在于当在所述储箱内的空气压力小于预定的临界压力并且检测到的温度超过所述临界温度时，所述控制装置启动所述空气压缩机。
31.如权利要求29所述的系统，其特征在于还包括连接到压缩机卸载装置的控制阀，所述控制装置对所述控制阀进行控制以选择性地将空气信号应用于所述压缩机卸载装置，来选择性地关闭所述压缩机。
32.一种空气压缩机控制装置，包括a)输入装置，所述输入装置用于接收压缩机空气温度信号；b)存储装置，所述存储装置用于储存压缩机控制算法；c)处理装置，所述处理装置用于将所述压缩机控制算法应用于所述压缩机空气温度信号，所述处理器在所述压缩空气温度信号超过所述临界温度信号值时提供空气压缩机关闭信号；d)输出装置，所述输出装置用于与所述压缩机关闭信号连通，以关闭所述压缩机。
33.一种空气压缩机，所述空气压缩机包括a)压缩装置，所述压缩装置用于压缩空气；以及b)检测装置，所述检测装置用于检测由所述压缩装置压缩的空气的温度。
全文摘要
基于由空气压缩机压缩的空气的温度来控制空气压缩机。对由空气压缩机压缩的空气的温度进行检测。将所检测的压缩空气的温度与预定的临界温度进行比较。当所检测的温度穿过临界温度时，将空气压缩机关闭。可对临界温度进行选择以避免由油热分解所导致的碳的形成。
文档编号F04B49/06GK101076666SQ200580042636
公开日2007年11月21日 申请日期2005年10月11日 优先权日2004年12月13日
发明者R·L·斯维特, D·J·普菲菲尔 申请人:奔迪士商业运输系统公司