供气系统控制的制作方法

专利名称：供气系统控制的制作方法
技术领域：
本发明的公开内容通常涉及由内燃机带动的车辆供气系统，更确切 地，本发明涉及基于发动机控制信号对车辆供气系统部件的控制，例如 压缩机和空气干燥器。
背景技术：
现代商用车包括用于带动空气系统的供气系统，例如行驶制动器， 风挡雨刮器，气垫等。典型的供应系统利用发动机装配和驱动空气压缩 机。该压缩机将空气输送至空气干燥器。该空气干燥器过滤，冷却和干 燥空气。所述空气被输送至一个或多个储气罐。该系统从该一个或多个 储气罐中将空气抽出。
典型地，该供气系统压力由气动式调节器控制。该调节器监测储气 罐压力，并利用来自储气罐的空气向压缩机和空气干燥器发送信号。典 型的供气系统单独基于储气罐压力操作，该压力由调节器检测。当系统
压力下降到较低预定值以下时，例如100磅每平方英寸，所述调节器激
活压缩机以开始在空气系统中增加压力。所述压缩机积累空气压力直到
空气系统压力到达较高预定值，例如125磅每平方英寸。
转让给本发明所有人的美国专利N0.6682459(此处为"，459专利") 公开了 一种用于商用车辆空气制动系统的电子充气控制器。所述'459专 利公开在遇到高负荷情况时中止所述空气压缩机充气循环。所述，459专 利还公开当停车以及空气供应被重新充气时增加发动机转速以减少供 气系统充气所需的时间。所述，459全文在此被结合参考。
Richard Conklin& Bill Hudgins，电子压缩才几和空气干燥器，ASE 1999-01-3771(1999)(此处为"ASE论文1999-01-3771")关注于气刹 车辆的气动式充气系统的电子控制器。ASE论文1999-01-3771全文在此 被结合参考。

发明内容
本申请涉及基于发动机控制信号对车辆供气系统的一个或多个部件进行控制。在一个实施例中，控制器基于发动机控制信号控制供气系 统。
在一个实施例中，发动机排气控制信号被监测且空气压缩机基于发 动机排气控制信号被控制。发动机排气控制信号可被监测以确定激活压 缩机是否会导致发动机排气超过排气限定值。当其确定压缩机的激活会 导致发动机排气超过排气限定值时空气压缩机可被控制以禁止激活。在 一个实施例中，发动机排气控制信号可被监测以测定空气质量，如压缩 机进气空气质量。例如，发动机排气控制信号被监测以确定排气再循环 状态。当排气被再循环时通过禁止压缩机激活，使包括排气的进气系统 空气被禁止由空气压縮机压缩。
在一个实施例中，涡轮增压器的状态被监测。空气压缩机基于涡轮 增压器的状态被控制。例如，当涡轮增压器激活时空气压缩机可被激活 以减少压缩才几执^于的工作量。
在一个实施例中，发动机冷却剂温度被监测。空气压缩机基于冷却 剂温度被控制。例如，当冷却剂温度高于选择的温度时压缩机可停止。
在一个实施例中，压缩机空气质量指示被提供。在这个实施例中， 提供给压缩机的空气质量属性被测量。该被测量的空气质量属性值与预 定可接受的空气质量属性范围进行比较。当所述测量值在可接受空气质 量范围之外时提供一不可接受空气质量指示。当所测量值在可接收空气 质量范围之外时这一情况被记录。在一个实施例中，当测量值在可接受 的空气质量范围之外超过预定时间间隔后提供不可接受空气质量指 示。
在一个实施例中，车辆状况被监测以阻止空气干燥器中的过度净化 循环。例如，空气干燥器出口空气作为露点被测量。如果空气干燥器出 口空气低于预定露点则干燥器在下一循环净化。
结合附图考虑以下说明和权利要求，本领域技术人员可进一步明白 本发明的优点和益处。


图l是车辆供气系统的示意图2是基于发动机控制信号控制空气压缩机的方法的流程图； 图3是适于基于发动机控制信号控制的车辆供气系统的示意图4是适于基于发动机控制信号控制的车辆供气系统的示意图5是适于基于发动机控制信号控制的车辆供气系统的示意图6是适于基于发动机控制信号控制的车辆供气系统的示意图7是基于发动机发出的控制信号控制空气压缩机的方法流程图8是基于空气质量控制空气压缩机的方法流程图9是基于发动机涡轮状态控制空气压缩机的方法流程图10是基于冷却剂温度控制空气压缩机的方法流程图ll是基于千燥器入口温度控制干燥器加热器的方法流程图； 图12是压缩机控制器的示意图13是具有低气压超控(override )的基于发动机控制信号控制空气 压缩机的方法流程图。
具体实施例方式
本发明涉及基于发动机控制信号对车辆供气系统12的一个或更多 部件的控制。本发明可在各种不同车辆的供气系统中被实现。图l描述 了一个这样的车辆供气系统12的实施例。
所述供气系统12包括空气压缩机10,储气罐16,调节器18,和空气 干燥器20。空气压缩机10包括外壳11,头部13,和活塞15。所述头部13 装配于外壳ll从而所述头部和外壳限定出压缩室n。该活塞15在压缩室 17中往复运动以公知的方式压缩压缩室中的空气。所述压缩机10可由车 辆曲轴(未示出)驱动。该压缩机10从空气源22接收空气，例如发动机 进气系统。该压缩机10压缩空气并向储气罐16提供已压縮的空气。在图 l所示的空气系统中，当储气罐16中的压力低于预定最小压力时调节器 18将压缩机10置于激活或负荷状态，且当储气罐中的压力达到预定最大 压力时将压缩机置于停止或无负荷状态。在图l所述的实施例中，调节 器18通过向压缩机减荷器24提供空气信号将压缩机10置于无负荷状 态。所述压缩机减荷器可以采用各种不同形式。例如，减荷器24可以是 保持进气阀25打开的机构或可以是单独的阀组件。
图2描述了一种基于发动机控制信号控制空气压缩机10的方法。根 据图2所示的方法，发动机控制信号被监控60。压缩机基于控制信号被 控制61。
发动机控制信号包括来自监控发动机相关部件状态的传感器的信
号和控制发动机相关部件的信号。发动机控制信号示例包括排放控制信 号，涡轮增压器状态信号，冷却剂温度信号，环境温度信号，节气门位 置信号，发动机负载信号，发动机制动状态信号，每分钟发动机转速， 进气歧管压力信号，和车速信号，发动机排放控制信号的示例包括当前 排空气信号，空气质量信号，和排气再循环信号。
图3-6示出适于基于发动机控制信号进行控制的车辆供气系统12的 示例。图3示出压缩机控制回路40,其基于一个或多个发动机控制信号 在供气系统12中控制压缩机10。所述控制回路40包括控制器42，发动机 控制信号通信线路44，和控制阀47。所述发动机控制信号通信线路44接 收来自发动机控制单元49的控制信号。发动机控制信号通信线路44可采 取不同的形式。在一个实施例中，发动机控制信号通信线路包含连接于 牵引车总线的J1939通信线路。
参考图3，所述控制阀47包括与储气罐16相连的进气系统54和与减 荷器24相连的出气口 。所述控制器42控制控制阀47以选择性地将空气信 号从储气罐16传送给减荷器以选择性地使压缩机10停止。例如，控制器 可打开控制阀将空气信号提供给减荷器以将压缩机置于无负荷状态。所 述控制器可关闭控制阀以允许压缩机被置于负荷状态。在一个实施例 中，所述控制阀是电/P兹阀。
在所述实施例中，从储气罐16经过控制阀47到达减荷器24的路径与 从储气罐16经过调节器18到达减荷器的路径并联。结果，控制阀46可操 作以对调节器18旁路且基于通过发动机控制信号通信线路44提供给控 制器42的发动机控制信号使压缩机10停止。在示范性实施例中，控制器 基于装配压缩机的特定发动机和装配所述发动机的车辆类型来编程以 优化压缩机性能。
图4所示的供气系统控制回路62基于一个或多个发动机控制信号控 制压缩机10和/或空气千燥器20。图4所示的控制回路62包括空气系统控 制器63,和发动机控制信号通信线路64。在图4所示的实施例中，空气 系统控制器62代替传统供气系统包括的调节器。发动机控制信号通信线 路64从发动机控制单元49提供控制信号给控制器63 。在图4的实施例 中，压缩空气由储气罐16经过管线65提供给控制器63。压力传感器66将 压力信号从储气罐16通过通信线路67提供到控制器63。控制器63通过气 动式信号线路68与压缩机10连接。控制器63通过气动式信号线路69与千
燥器20连接。在图4所示的实施例中，控制器63基于发动机控制信号和/ 或压力信号通过向压缩机I0和/或干燥器20选择性的提供气动信号来控 制压缩机10和/或干燥器20。例如，所述控制器可向压缩机提供空气信号 以将压缩机置于无负荷状态。在示范性实施例中，控制器基于装配压缩能。
图5所示的供气控制系统12基于一个或多个发动机控制信号控制压 缩机10和/或空气干燥器20。在图5的实施例中，压缩机10包括电子接口 70以及干燥器20包括电子接口72。供气系统控制器74与发动机控制单元 49，压缩机电子接口70，干燥器电子接口72,和储气罐压力传感器66通 信。压缩机电子接口70使压缩机10可被控制器74控制。干燥器电子接口 72使干燥器20可被控制器74控制。控制器74和电子接口70, 72间的通信 消除了将压缩空气从储气罐提供给空气系统控制器或空气系统控制阀 的必要。控制器74和电子接口70， 72间的通信还消除了从空气系统控制 器74或空气系统控制阀到压缩机和/或千燥器延伸的气动控制信号线路 的必要。在图5的实施例中，控制器76通过基于发动机控制信号和/或压 力信号选择性地向压缩机10和/或干燥器20提供通信信号来控制压缩机 10和/或干燥器20。例如，控制器76可向压缩机电子接口70提供电子控制 信号以将压缩机10置于无负荷状态。在示范性实施例中，控制器基于装 缩机性能/ , — — . , _ 、 "'，、、.
图6所示的供气控制系统12基于一个或多个发动机控制信号控制压 缩机10和/或空气干燥器20。在图6的实施例中，发动机控制单元49被编 程以控制所述供气系统12。也就是，空气系统控制器的功能被集成到发 动机控制单元49中。在图6的实施例中，压缩机10包括电子接口80以及 千燥器20包括电子接口82。发动机控制单元49与压缩机电子接口80,干 燥器电子接口82,和储气罐压力传感器66通信。例如，压缩机电子接口 80，干燥器电子接口82，和/或压力传感器66可与车辆总线连接。所述压 缩机电子接口 80使压缩机1 O可被发动机控制器49控制。所述干燥器电子 接口82使干燥器20可被发动机控制器49控制。在图6的实施例中，发动 机控制器49通过基于发动机控制信号和/或压力信号选择性地向压缩机 10和/或千燥器20提供通信信号来控制压缩机10和/或干燥器20。
供气系统可基于各种不同的发动机控制信号被控制。图7-ll是描述 基于发动机控制信号控制供气系统部件的算法的流程图。在图7的示例 中，发动机排放控制信号被监控90。发动机排放控制信号被分析以确定 92激活压缩机是否会导致发动机排放超过排气限定值。例如，排放气体 在排气歧管可被检测且由激活压缩机导致的排放气体增加可被推测。如 果排放气体的增加会导致排放超过排气限定值，所述压缩机阻止94被激 活。如果激活压缩机不会导致排放限制被违反，所述压缩机允许96被激 活。
在图8的实施例中，发动机的排放空气质量信号被监控IOO。例如， 不是提供给压缩机的空气质量的信号被监控。所述空气质量信号被分析 以确定102空气质量是否对空气压缩机的压缩可接受。差的空气质量会 减少压缩机的使用寿命。如果提供给压缩机的所述空气的质量不可接 受，压缩机阻止104被激活。如果提供给压缩机的空气质量可接受标准， 压缩 一几允i午106纟皮激活。
空气质量可通过各种不同方式被监控。在一个实施例中，空气质量 传感器108 (图3)被包含在车辆空气进气系统中。在一个实施例中，压 缩机空气质量指示器被提供给车辆驾驶员或服务技师。传感器108测量 提供给压缩机的空气质量属性。所述被测量的空气质量属性与预定的可
接受的空气质量范围进行比较。当测量值不在可接受的质量范围时提供 不可接受空气质量指示。当测量的空气质量属性值在可接受的空气质量 范围之外时的情况可被记录且测量值在可接受的空气质量范围之外的 时间可被记录。在一实施例中，当测量值在可接受的空气质量范围之外 超过预定时间间隔后提供不可接受空气质量指示。
有些发动机包括排气再循环系统。排气再循环系统在一定条件下将 一小部分排气再循环回发动机进气系统以减少排放。在一个实施例中， 空气质量被监控以确定排气是否再循环回发动机空气进气系统。在一个 实施例中，如果排气被再循环回发动机空气进气系统则压缩机被阻止激 活。如果排气没有被再循环回发动机空气进气系统则压缩机允许被激 活。
在图9的示例中，发动机进气涡轮增压器被监控IIO。例如，涡轮增 压器状态是在高压模式操作还是在低压模式操作。在这个示例中，如果 涡轮增压器提供高于预定值的增压，则涡轮增压器处于高压模式。如果
该增压低于预定值，则涡轮增压器处于低压模式。在图9的示例中，确 定U2涡轮增压器是在高压模式还是低压模式。在这个示例中，如果涡 轮增压器处于高压模式则压缩机被激活114,且如果涡轮增压器在低压 模式操作则使压缩机停止116。当涡轮增压器处于高压模式，提供给压 缩机的进气被加压成高于大气压。结果，当涡轮增压器在高压模式操作 时，压缩机的工作量，以及由此驱动压缩才几的发动机的工作量被减少。
在一个实施例中，压缩机10的状态(激活或停止)被传送给发动机 控制器49。例如，压缩机状态可通过一个已公开的压缩机控制器传送给 发动机控制器49。这种信息传送通知发动机控制器压缩机正在使用一些 进气。被压缩机用过的进气不会被提供给燃烧室燃烧燃料。发动机控制 器49控制空气-燃料混合物以解决空气压缩机的状态。
在图10的实例中，发动机冷却剂温度被监控12 0以确定112冷却剂温 度是否大于用于发动机10的预定期望温度限定值。在这个实施例中，如 果冷却剂温度低于用于压缩机10的期望温度限定值则压缩机被允许123 激活。如果冷却剂温度高于用于压缩机10的期望温度限定值则压缩机被 阻止124被激活。在许多应用中，压缩机10被发动机冷却剂冷却。在冷 却剂相对较冷时操作压缩机降低了压缩机的操作温度且可延长压缩机 的寿命。
在图ll的实施例中，环境温度被监控130并确定132环境温度是否低 于用于干燥器20的预定期望温度限定值。在这个实施例中，如果环境温 度低于用于干燥器20的期望温度，干燥器加热器133(图1)被打开134。如 果环境温度高于用于干燥器20的期望温度限定值则干燥器加热器133被 关闭136。在一个实施例中，加热器的打开和关闭是基于干燥器入口温 度而不是环境温度。千燥器20的加热阻止了空气干燥器中液体的冻结。
图12是控制器42的示意图，其可基于发动机控制信号控制压缩机。 例如，控制器可被用于执行图2和7-ll所述的方法，图7-ll所述方法的结 合，以及由传统调节器控制系统(在低于阈值压力激活，在高于阈值压 力停止)执行的控制方法和图7-ll所述方法的结合。图12示例所迷的控 制器42包括输入190，存储器192，处理器194，和输出196。输入190接 收发动机控制信号198和/或储气罐压力信号200。存储器192存储压缩机 控制算法和预定值，例如上限和下限控制值。处理器194将处理器控制 算法应用于发动机控制信号198和/或储气罐压力信号200以产生输出信
号202。输出信号202控制供气系统。输出信号202的实施例包括导致压 缩机激活的空气压缩机激活信号和导致压缩机停止的空气压缩机停止 信号。
图13描述一种具有低空气压力超控的基于发动机控制信号的空气 压缩机控制方法。在图13所示的实施例中，发动机控制信号被监控250 以确定252压缩机是否该停止。图13所示流程图的基于发动机控制信号 的部分254可包含一个或多个图2和7-ll所示方法。如果压缩机基于254 算法通过发动机控制信号被设置成停止状态，该方法确定256供气系统 压力是否低于最小阈值压力，例如100磅每平方英寸。如果系统压力低 于最小压力，基于发动机控制信号的算法被超控(overridden) 258 (即 压缩机被激活)。如果系统压力高于最小压力，压缩机由260设置成停 止状态。在示范性实施例中，当达到压力上限时压缩机被停止。
虽然本发明是根据特定实施例被描述，然而本领域技术人员可进行 替换，修改和改变。因此，本发明包含所有权利要求保护范围之内的这 种替换，修改和改变。
权利要求
1.一种控制空气压缩机的方法，包括a) 监控发动机控制信号，其中发动机控制信号从由发动机排气控制信号，涡轮增压器状态信号，和冷却剂温度信号组成的信号组中选择；以及b) 基于发动机控制信号控制空气压缩机。
2. 如权利要求l所述的方法，其中发动机控制信号包含发动机排气 控制信号。
3. 如权利要求2所述的方法，其中发动机排气控制信号被监控以确 定激活压缩机是否会导致发动机排气超过排气限定值，且当其确定激活 压縮机会导致发动机排气超过排气限定值时空气压缩机被控制为禁止 压缩机激活。
4. 如权利要求2所述的方法，其中发动机排气控制信号指示进气空 气质量且所述空气压缩机基于所述进气空气质量被控制。
5. 如权利要求2所述的方法，其中发动机排气控制信号被监控以确定排气再循环状态且所述空气压缩机基于排气再循环状态被控制。
6. 如权利要求5所述的方法，其中包括排气的进气被禁止由所述空 气压缩纟几压缩。
7. 如权利要求5所述的方法，其中当排气被再循环回发动机空气进 气系统时所述压缩机的激活被禁止。
8. 如权利要求l所述的方法，其中发动机控制信号包含涡轮增压器 状态信号。
9. 如权利要求8所述的方法，其中当发动机控制信号指示涡轮增压 器在高压模式操作时所述压缩机被激活。
10. 如权利要求9所述的方法，进一步包括基于空气压缩机状态控 制发动机空气-燃料混合物。
11. 如权利要求l所述的方法，其中发动机控制信号包含冷却剂温 度信号。
12. 如权利要求ll所述的方法，其中当由冷却剂温度信号指示的温 度高于选择的温度时压缩机被停止。
13. —种空气压缩机控制器，包含a)用于接收发动机控制信号的输入，其中发动机控制信号从由发动机排气控制信号，涡轮增压器状态信号，和冷却剂温度信号组成的信号组中选择；b) 用于存储压缩机控制算法的存储器；c) 将压缩机控制算法用于发动机控制信号的处理器，其中所述处理 器基于发动机控制信号提供空气压缩机激活和停止信号；以及d) 用于传送压缩机激活和停止信号以控制所述压缩机的输出。
14. 如权利要求13所述的空气压缩机控制器，其中发动机控制信号 包含发动机排气控制信号。
15. 如权利要求14所述的控制器，其中所述处理器确定激活压缩机
16. 如权利要求14所述的控制器，其中处理器确定是否在进行再循 环排气且当所述处理器确定在进行再循环排气时所述输出提供压缩机 停止信号。
17. 如权利要求13所述的控制器，其中发动机控制信号包含发动机 冷却剂温度信号。
18. 如权利要求17所述的空气压缩机控制器，其中当所述处理器确 定由冷却剂温度信号指示的温度高于逸择的温度时所述输出提供压缩 机停止信号。
19. 如权利要求13所述的空气压缩机控制器，其中发动机控制信号 包含涡轮增压器状态信号。
20. 如权利要求13所述的空气压缩机控制器，其中所迷空气压缩机 控制器与空气压缩机通信且所述空气压缩机控制器基于发动机控制信 号控制空气压缩机的激活和停止。
21. 如权利要求13所述的空气压缩机控制器，其中空气压缩机控制 器被包括于车辆供气系统中，该系统包括i) 具有空气进气系统的发动机；ii) 具有进口的空气压缩机，该进口与发动机进气系统连通以从发动 机进气系统接收空气；iii) 发动机控制单元，监控发动机控制信号以控制发动机且与空气压 缩机控制器通信，其中空气压缩机控制器从发动机控制单元接收发动机控制信号且空气压缩机控制器基于发动机控制信号控制压缩机。
22. 如权利要求21所述的空气压缩机控制器，其中所述空气压缩机 控制器向发动机控制单元提供压缩机激活状态信号。
23. 如权利要求22所述的空气压缩机控制器，其中压缩机控制信号被发动机控制单元应用以基于空气压缩机激活状态确定发动机空气-燃 料混合物。
24. —种监控压缩机空气质量的方法，包含e) 测量提供给压缩机的空气的空气质量属性；f) 将测量的空气质量属性值与预定可接受空气质量属性范围比较；和g) 当测量值在可接受空气质量范围之外时提供不可接受空气质量指示。
25. 如权利要求24所述的方法，进一步包含记录当测量值在可接受空气质量范围之外时的情况。
26. 如权利要求24所述的方法，进一步包含测量该测量值在可接受空气质量范围之外的时间量且其中当测量值在可接受空气质量范围之 外超过一预定时间段后提供不可接受空气质量指示。
27. —种阻止空气干燥器内液体冻结的方法，包含a) 监控空气干燥器进口温度；b) 确定空气干燥器进口温度是否低于预定温度；以及c) 当空气干燥器进口温度低于预定温度时加热空气干燥器。
全文摘要
基于发动机控制信号控制车辆供气系统一个或多个部件，如空气压缩机或空气干燥器。发动机控制信号的示例包括排气控制信号，涡轮增压器状态信号，冷却剂温度信号，和环境温度信号。
文档编号F04B17/05GK101132960SQ200680006972
公开日2008年2月27日 申请日期2006年1月11日 优先权日2005年3月2日
发明者R·L·斯维特, S·A·赛茨, W·P·阿马托 申请人:奔迪士商业运输系统公司