Клапанное устройство для управления подводом воздуха для компрессора транспортного средства, а также компрессорная система и способ управления компрессорной системой
Клапанное устройство для управления подводом воздуха для компрессора транспортного средства содержит корпус клапана, который имеет первый вход для сжатого воздуха для присоединения к трубопроводу для подвода воздуха окружающей среды, второй вход для сжатого воздуха для присоединения к трубопроводу для подвода нагнетаемого воздуха, через который подводится предварительно уплотненный воздух, выход для сжатого воздуха, для присоединения к компрессору. Клапанное устройство имеет первое коммутационное положение, в котором выход для сжатого воздуха проведением текучей среды соединен с первым входом для сжатого воздуха. Клапанное устройство имеет второе коммутационное положение, в котором выход для сжатого воздуха проведением текучей среды соединен со вторым входом для сжатого воздуха. Клапанное устройство имеет третье коммутационное положение, в котором первый вход для сжатого воздуха и второй вход для сжатого воздуха проведением текучей среды соединены с выходом для сжатого воздуха. Клапанное устройство также содержит переключающее устройство. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.
Настоящее изобретение относится к клапанному устройству для управления подводом воздуха для компрессора транспортного средства. Изобретение относится, кроме того, к компрессорной системе с клапанным устройством такого рода, а также к способу управления подводом воздуха для компрессора компрессорной системы транспортного средства.
В современных транспортных средствах, в частности в автомобилях хозяйственного назначения, часто используются приводимые в действие сжатым воздухом системы. Системы такого рода находятся, например, в тормозных системах и системах подвески. Для получения и обработки сжатого воздуха используются установки для обработки сжатого воздуха, которые, например, производят сжатый воздух, фильтруют, накапливают и направляют соответствующим системам. Такого рода установки для обработки сжатого воздуха находят применение, например, в грузовых автомобилях, рельсовых транспортных средствах и тракторах и включают в себя компрессор, а также соответствующие компоненты компрессорной системы, чтобы держать воздух под давлением. Чтобы добиться эффективного использования энергии в центральном приводном устройстве, как например двигателе, в транспортных средствах такого рода часто используются турбонагнетатели. Посредством турбонагнетателя может, например, извлекаться энергия из потока выхлопного газа. Уже известно применение турбонагнетателя для предварительного уплотнения воздуха до того, как он будет подведен к компрессору устройства для обработки сжатого воздуха или компрессорной системе, чтобы увеличить выходящий из компрессора за единицу времени объем воздуха. Из документа WO 2009/146866 A1 в этой связи известно обеспечение компрессора или предварительно уплотненным турбонагнетателем уплотненным воздухом или воздухом окружающей среды, который при складывающихся вокруг турбонагревателя условиях подается компрессору.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить как можно надежную, простую и недорогую возможность подвода к компрессору транспортного средства по выбору воздух окружающей среды или предварительно уплотненный воздух.
Эта задача решается посредством изобретений, охарактеризованных признаками независимых пунктов.
Другие предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования следуют из зависимых пунктов.
Согласно изобретению предусмотрено клапанное устройство для управления подводом воздуха для компрессора транспортного средства, причем клапанное устройство включает в себя корпус клапана, который имеет первый вход для сжатого воздуха для присоединения к трубопроводу для подвода воздуха окружающей среды, второй вход для сжатого воздуха для присоединения к трубопроводу для подвода нагнетаемого воздуха, по которому может подаваться предварительно уплотненный воздух, и выход для сжатого воздуха для присоединения к компрессору. Клапанное устройство имеет первое коммутационное положение, в котором выход для сжатого воздуха соединен с возможностью проведения текучей среды с первым входом для сжатого воздуха, и имеет второе коммутационное положение, в котором выход для сжатого воздуха с возможностью проведения текучей среды соединен со вторым входом для сжатого воздуха. Клапанное устройство имеет, кроме того, переключающее устройство, которое может переключать клапанное устройство между первым коммутационным положением и вторым коммутационным положением. Тем самым, может происходить простым путем переключение между подводом воздуха окружающей среды и нагнетаемого воздуха к компрессору. Клапанное устройство может быть предусмотрено, в частности, для применения в клапанной системе транспортного средства. Клапанное устройство может иметь наряду с двумя входами для сжатого воздуха, в частности, только один выход для присоединения к компрессору. Переключающее устройство или клапанное устройство для переключения между коммутационными положениями может управляться электрически или пневматически. В области выхода сжатого воздуха в выходе сжатого воздуха или по направлению потока вслед за выходом сжатого воздуха может быть присоединено или присоединено сенсорное устройство. Сенсорное устройство может, в частности, иметь датчик давления и/или датчик течения. Целесообразно, чтобы сенсорное устройство или его датчики были присоединены к электронному управляющему устройству. Предпочтительно, сенсорное устройство выполнено или рассматривается в качестве части клапанного устройства и/или части компрессорной системы. Сенсорное устройство может быть выполнено или присоединено для того, чтобы определять коммутационное положение клапанного устройства и/или определять и передавать данные для определения и/или управления коммутационным положением. Клапанное устройство может иметь электронное управляющее устройство и/или быть присоединено или иметь возможность присоединения к электронному управляющему устройству. Такого рода управляющее устройство может быть, в частности, предназначено для управления и/или переключения клапанного устройства или переключающего устройства между разными коммутационными положениями. Может быть предусмотрено, что электронное управляющее устройство клапанного устройства присоединено или может быть присоединено для взаимодействия по меньшей мере еще к одному, возможно более высокого уровня, управляющему устройству транспортного средства. В частности, переключающее устройство может быть выполнено в расчете на управление управляющим устройством. Целесообразно, если сенсорное устройство для передачи сигналов присоединено к соответствующему управляющему устройству. Клапанное устройство может в любом коммутационном положении обеспечивать проводящее текучую среду соединение своего единственного выхода, а именно выхода для сжатого воздуха, по меньшей мере с одним из входов для сжатого воздуха. В частности, может быть предусмотрено, чтобы ни в одном из коммутационных положений клапанного устройства не было одновременно закрыто проводящее текучую среду соединение между первым входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха, а также проводящее текучую среду соединение (между) вторым входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха.
Может быть предусмотрено, что переключающим устройством в первом коммутационном положении закрыт проводящий текучую среду трубопровод между вторым входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха и/или во втором коммутационном положении закрыт проводящий текучую среду трубопровод между первым входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха. Тем самым, в первом коммутационном положении пропускается только сжатый воздух через первый вход для сжатого воздуха к выходу для сжатого воздуха и, наконец, к компрессору, в то время как подвод сжатого воздуха через второй вход для сжатого воздуха заблокирован. Напротив, при втором коммутационном положении возможен лишь подвод сжатого воздуха через второй вход для сжатого воздуха.
Клапанное устройство может иметь по меньшей мере третье коммутационное положение, в котором первый вход для сжатого воздуха и второй вход для сжатого воздуха с обеспечением протекания текучей среды соединены с выходом для сжатого воздуха. Тем самым достигается смешивание подведенного воздуха. Посредством этого, например, в случае, если по трубопроводу для подвода нагнетаемого воздуха подводится сжатый воздух с критическим для компрессора давлением, снижение давления достигается посредством подвода воздуха окружающей среды или выпуска предварительно сжатого воздуха через первый впуск для сжатого воздуха. Благодаря этому, с одной стороны, может быть сохранен компрессор. С другой стороны, нет необходимости вмешиваться в систему турбонагнетателя, чтобы уменьшить давление нагнетаемого воздуха, что для транспортного средства означает снижение затрат на переключение. Может быть предусмотрено, в частности, что клапанное устройство имеет ряд разных коммутационных положений, в которых первый вход для сжатого воздуха и второй вход для сжатого воздуха с обеспечением протекания текучей среды соединены с выходом для сжатого воздуха. Коммутационные положения могут отличаться между собой относительно живых сечений первого входа для сжатого воздуха и второго входа для сжатого воздуха в клапанном устройстве и/или относительно соотношения живых сечений. Посредством этого могут устанавливаться разные пропорции смешивания. Может быть целесообразным, если коммутационное положение клапанного устройства может устанавливаться между первым коммутационным положением и вторым коммутационным положением по существу бесступенчато. Клапанное устройство может, тем самым, иметь дополнительные коммутационные положения между первым коммутационным положением и вторым коммутационным положением. При этом может быть целесообразным, если в трубопроводе для подвода воздуха окружающей среды и/или трубопроводе для подвода нагнетаемого воздуха установлен датчик для определения уровня давления подведенного воздуха. Датчики могут быть соединены прямо или опосредованно через другие электронные компоненты с электронным управлением переключающего устройства или клапанного устройства. Электронное управление может устанавливать коммутационное положение клапанного устройства, в котором не превышается установленное заранее критическое значение давления подведенного через выход для сжатого воздуха к компрессору воздуха. Управление такого рода может, например, достигаться на основе сигналов датчика и посредством переключения между коммутационными положениями.
Переключающее устройство клапанного устройства может содержать поршень, который имеет возможность перемещения между первой соответствующей первому коммутационному положению позицией, в которой он открывает проводящее текущую среду соединение между первым входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха, и соответствующей второму коммутационному положению второй позицией, в которой он открывает проводящее текучую среду соединение между вторым входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха. Поршень может находиться внутри корпуса клапана, в частности в канале для направления поршня. Можно представить, что поршень имеет уплотнение, которое, например, обеспечивает уплотнение между поршнем и элементами корпуса клапана или клапанного устройства, в которых он перемещается, например каналом. Тем самым простым способом достигается переключение, в частности, между первым коммутационным положением и вторым коммутационным положением.
Может быть предусмотрено, что корпус клапана имеет первое седло клапана, которое соотнесено с первым входом для сжатого воздуха, и второе седло клапана, которое соотнесено со вторым входом для сжатого воздуха. Поршень переключающего устройства может быть предусмотрен для того, чтобы он имел возможность управляемым способом приводиться в состояние прилегания с первым седлом капана и управляемым способом приводиться в состояние прилегания со вторым седлом клапана. В первом коммутационном положении поршень находится в состоянии прилегания со вторым седлом клапана и закрывает проводящий текучую среду трубопровод между вторым входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха. Во втором коммутационном положении поршень находится в состоянии прилегания с первым седлом клапана и закрывает проводящий текучую среду трубопровод между первым входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха. Такая конструкция предоставляет для поршня точно определенное пространство для движения. В области по меньшей мере одного седла клапана для определения местоположения поршня может быть предусмотрен датчик, например, датчик контакта. Такой датчик может быть соединен с управляющим устройством. Седло клапана может быть выполнено, например, в виде сужения в соотнесенном с соответствующим входом для сжатого воздуха отверстии или отрезке трубопровода. В частности, поршень может иметь возможность перемещения в ту и другую стороны между позицией, в которой он находится в состоянии прилегания с первым седлом клапана, и позицией, в которой он находится в состоянии прилегания со вторым седлом клапана. При этом можно представить, что устанавливаются промежуточные коммутационные положения.
Переключающее устройство может иметь переключающий диск, который имеет возможность поворота между соответствующей первому коммутационному положению первой позицией, в которой он открывает обеспечивающее протекание текучей среды соединение между первым входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха, и соответствующей второму коммутационному положению позицией, в которой он открывает обеспечивающее протекание текучей среды соединение между вторым входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха. Это дает еще одну возможность создать легко переключаемое и надежное переключающее устройство.
Предпочтительно, переключающее устройство имеет, кроме того, выходной диск с выходным отверстием, через которое может быть создано или уже установлено обеспечивающее протекание текучей среды соединение от переключающего диска к выходу для сжатого воздуха, а также входной диск с первым входным отверстием, через которое может быть создано или уже установлено обеспечивающее протекание текучей среды соединение от первого входа для сжатого воздуха к переключающему диску. Переключающий диск с возможностью поворота установлен между выходным диском и входным диском и имеет переключающее отверстие. Кроме того, может быть предусмотрено, что переключающий диск имеет возможность вращения между первой позицией, в которой через переключающее отверстие переключающего диска имеется обеспечивающее протекание текучей среды соединение между выходным отверстием и первым входным отверстием, и второй позицией, в которой через переключающее отверстие имеется обеспечивающее протекание текучей среды соединение между выходным отверстием и вторым входным отверстием. Тем самым, имеется возможность изготовить простое переключающее устройство, в котором поворот переключающего диска практически не зависит от сжатого воздуха из одного из входов для сжатого воздуха, так как переключающий диск имеет возможность ортогонального относительно воздушного потока поворота. Первая позиция соответствует первому коммутационному положению, а вторая позиция соответствует второму коммутационному положению. Может быть предусмотрено, что переключающий диск в первой позиции перекрывает второе входное отверстие, а во второй позиции первое входное отверстие таким образом, что он открывает трубопровод для текучей среды соответствующими отверстиями. И в этом варианте, само собой разумеется, возможны промежуточные коммутационные положения, в которых возможно предписанное, как отмечено выше, перемешивание сжатого воздуха, поступившего из обоих входов для сжатого воздуха. Выходные диски и/или входные диски могут быть закреплены внутри корпуса клапана так, что по отношению к корпусу являются неподвижными.
Переключающее устройство в качестве исполнительного устройства для переключения между коммутационными положениями имеет электродвигатель. Переключающее устройство может быть также соединено с отдельным исполнительным устройством, как например двигателем такого рода. В качестве исполнительного устройства может применяться также электромагнит и/или пружинное устройство. Исполнительное устройство может управляться одним из описанных выше управляющих устройств.
Клапанное устройство может быть, в частности, исполнено в виде 3/2-ходового клапана. Следовательно, нет никаких излишних входов и выходов, что облегчает изготовление и управление.
Настоящее изобретение относится, кроме того, к компрессорной системе с клапанным устройством для управления подводом воздуха для компрессора, как описано выше. Для компрессорной системы вытекают в зависимости от конструкции клапанного устройства по существу такие же, как уже названные, преимущества. Компрессорная система может иметь трубопровод для подвода воздуха окружающей среды и трубопровод для подвода нагнетаемого воздуха.
Может быть предусмотрено, что компрессорная система имеет запорный клапан, который подключен между выходом для сжатого воздуха клапанного устройства и компрессором и который может закрывать или открывать подвод сжатого воздуха от клапанного устройства к компрессору. В частности, запорный клапан в положении запирания может закрывать подвод сжатого воздуха между выходом для сжатого воздуха и компрессором и в положении пропускания может открывать подвод сжатого воздуха между выходом для сжатого воздуха и компрессором. Следовательно, простым путем может предотвращаться нежелательный подвод сжатого воздуха к компрессору, например, когда таковой используется в фазе холостого хода. Может быть также предусмотрено, что компрессор в качестве альтернативы или дополнительно присоединен к сцепке компрессора, посредством которой он может отсоединяться от привода.
Целесообразно, если компрессорная система имеет электронное управляющее устройство, которое пригодно для управления клапанным устройством. Управляющее устройство может быть соединено непосредственно с клапанным устройством или переключающим устройством. Управляющее устройство компрессорной системы присоединено к управляющему устройству клапанного устройства. Компрессорная система может иметь подключенное между выходом для сжатого воздуха клапанного устройства и компрессором сенсорное устройство. Сенсорное устройство может иметь, в частности, датчик давления и/или датчик течения. Сенсорное устройство или его датчики может быть присоединены к электронному управляющему устройству. Предпочтительным является то, что сенсорное устройство выполнено или присоединено, чтобы выявлять коммутационное положение клапанного устройства и/или определять и передавать данные для определения и/или управления коммутационным положением управляющему устройству, которое может быть управляющим устройством компрессорной системы и/или частью бортовой электроники. Управляющее устройство такого рода может быть выполнено, в частности, для управления и/или переключения клапанного устройства или переключающего устройства между разными коммутационными положениями. Целесообразно, если сенсорное устройство для передачи сигналов присоединено к соответствующему управляющему устройству. Управляющее устройство может быть присоединено к CAN-шине транспортного средства.
Изобретение относится, кроме того, к способу управления подводом воздуха для компрессора компрессорной системы, как он здесь описан, причем компрессор предназначен для подвода воздуха к выходу для сжатого воздуха клапанного устройства, пошагово: управление клапанным устройством осуществляется таким образом, что управляющее устройство переключается между двумя коммутационными положениями. Управление может происходить на основе сенсорных сигналов описанных здесь сенсорных устройств или датчиков. При управлении могут учитываться параметры транспортного средства, такие как скорость транспортного средства, параметры двигателя, такие как число оборотов двигателя и/или параметры компрессора, такие как число оборотов компрессора.
Предусмотрено, что клапанное устройство переключается между первым и вторым коммутационным положением.
Может быть также предусмотрено, что клапанное устройство управляется так, что оно переключается в третье или из третьего коммутационного положения, в котором первый вход для сжатого воздуха и второй вход для сжатого воздуха с обеспечением возможности перемещения текучей среды соединены с выходом для сжатого воздуха.
В рамках этого описания может быть транспортное средство любого вида силовых транспортных средств. В частности, транспортное средство может быть транспортным средством хозяйственного назначения, самоходной строительной машиной, рельсовым транспортным средством, трактором или грузовым автомобилем. Компрессорная система может включать в себя компрессор. Компрессор или компрессорная система может включать в себя сцепку компрессора. Может быть предусмотрено, что компрессорная система имеет компоненты для подвода сжатого воздуха, трубопроводы, клапаны, присоединительные элементы для сжатого воздуха и/или аналогичные компоненты. Могут также рассматриваться компоненты для управления потоками сжатого воздуха, для управления компрессором или сцепкой компрессора как частями компрессорной системы. Устройство для обработки сжатого воздуха с воздухоосушителем, многоконтурным предохранительным клапаном и другими компонентами может рассматриваться в качестве компрессорной системы или включать в себя компрессорную систему. Управление может быть электронным, электрическим или пневматическим. Может быть также предусмотрена комбинация из электронного или пневматического управления. Компрессорная система может, в частности, иметь одно или несколько электронных управляющих устройств. Может быть предусмотрено или быть соответствующим образом присоединено электронное управляющее устройство, например, для управления компрессором и/или муфтой сцепкой компрессора и/или клапанным устройством, в частности для управления одним из выше описанных клапанных устройств. Может быть предусмотрено, что управляющее устройство осуществляет управление на основе сигналов от одного или нескольких датчиков давления. Особенно целесообразно, если управление осуществляется на основе переданных сенсорным устройством, расположенным по направлению потока вслед за клапанным устройством, сигналов и/или базируется на сигналах от установленных в трубопроводе для подвода нагнетаемого воздуха и/или трубопроводе для подвода воздуха окружающей среды датчиков. Управление может происходить с учетом параметров транспортного средства, такого как скорость транспортного средства, параметров двигателя, такого как число оборотов двигателя, и/или параметров компрессора, такого как число оборотов компрессора. При этом может быть целесообразным передавать соответствующие параметры посредством бортовой электроники, например CAN-шины, управляющему устройству, которое осуществляет управление. Трубопровод для подвода нагнетаемого воздуха служит для подвода предварительно уплотненного воздуха для компрессора. Предварительное уплотнение воздуха может осуществляться турбонагнетателем или другим пригодным для этого устройством. Трубопровод для подвода воздуха окружающей среды служит для подвода воздуха окружающей среды, который не подвергался предварительному уплотнению. Воздух окружающей среды может иметь, следовательно, атмосферное давление. Закрытие трубопровода для текучей среды может рассматриваться как закрытие любого прямого или опосредованного проводящего текучую среду соединения. Целесообразно предусматривать, чтобы два компонента, между которыми закрыт проводящий текучую среду трубопровод, не могли обмениваться текучей средой, в частности сжатым воздухом. Между соединенными с возможностью проведения текучей среды устройствами, как например входом для сжатого воздуха и выходом для сжатого воздуха, может протекать текучая среда, в частности воздух или сжатый воздух. С входом для сжатого воздуха или выходом для сжатого воздуха корпуса клапана могут быть соотнесены одно или несколько отверстий и/или участков трубопровода или камер нагнетания. Под входом или выходом, следовательно, может пониматься входная область или выходная область, до тех пор, пока сжатый воздух по существу втекает только в одном имеющем отверстие месте и вытекает снова из области только в одном имеющем отверстие месте.
Изобретение со ссылками на прилагаемые чертежи на основе предпочтительных вариантов осуществления рассматривается в примерном аспекте.
На чертеже представлено следующее:
фиг.1 - схематичное изображение транспортного средства с компрессорной системой;
фиг.2 - схематичное изображение варианта выполнения клапанного устройства;
фиг.3 - схематичное изображение еще одного варианта выполнения клапанного устройства;
фиг.4a и 4b - различные схематичные виды еще одного варианта выполнения клапанного устройства;
фиг.5a и 5b - различные схематичные виды следующего варианта выполнения клапанного устройства;
фиг.6 - схематичное изображение клапанного устройства с другими компонентами.
В следующем далее описании фигур одинаковые позиции обозначают одинаковые или функционально аналогичные компоненты. На фиг.1 пневмотрубопроводы изображены сплошными линиями, в то время как электрические провода и соединения изображены штриховыми линями.
Фиг.1 показывает схематично изображенное транспортное средство 10. Изображенное транспортное средство 10 включает в себя наряду с приводным двигателем 14 и компрессорной системой 12 установку для обработки сжатого воздуха с потребителями 16, воздушный фильтр 18, охладитель 20 нагнетаемого воздуха и турбонагнетатель 22. Компрессорная система 12, в свою очередь, включает в себя наряду с компрессором 24, который может быть одноцилиндровым или двухцилиндровым компрессором, электронный управляющий прибор 26 с присоединительным элементом 28 к CAN-шине 30. Предусмотрены трубопровод 32 для подвода воздуха окружающей среды и трубопровод 34 для подвода нагнетаемого воздуха. В трубопроводе для подвода воздуха окружающей среды предусмотрен первый датчик 36 давления, а в трубопроводе 34 для подвода нагнетаемого воздуха предусмотрен второй датчик 38 давления. Вместо датчиков давления 36, 38 могут быть предусмотрены датчики течения или другие пригодные сенсорные устройства, например с датчиком давления и датчиком течения. Трубопровод 32 для подвода воздуха окружающей среды подводит воздух из окружающей среды непосредственно за воздушным фильтром 18 к клапанному устройству 40 подвода воздуха. Трубопровод для подвода нагнетаемого воздуха подводит предварительно уплотненный воздух, называемый также нагнетаемым воздухом, который предварительно уплотняется турбонагнетателем 22 и затем охлаждается в охладителе 20 нагнетаемого воздуха, также к клапанному устройству 40 подвода воздуха. Клапанное устройство 40 подвода воздуха присоединено к компрессору 24, чтобы подводить ему воздух для сжатия. Между компрессором 24 и присоединенным к нему выходом клапанного устройства 40 подвода воздуха присоединено сенсорное устройство 39. Сенсорное устройство 39 имеет датчик давления и датчик течения. Клапанное устройство 40 предпочтительно имеет всего лишь один выход для сжатого воздуха для присоединения к компрессору 24 или для подвода воздуха к компрессору 24.
В зависимости от коммутационного положения клапанного устройства 40 компрессор 24 всасывает уже уплотненный турбонагнетателем 22 воздух через трубопровод 34 для подвода нагнетаемого воздуха или не уплотненный предварительно воздух окружающей атмосферы через трубопровод 32 для подвода воздуха окружающей атмосферы. Если клапанное устройство 40 находится в своем изображенном первом коммутационном положении, то компрессор 24 всасывает воздух окружающей среды через воздушный фильтр 18 и трубопровод 32 для подвода воздуха окружающей среды. В не изображенном втором коммутационном положении компрессор 24 всасывает воздух через воздушный фильтр 18, турбонагнетатель 22, охладитель 20 нагнетаемого воздуха и трубопровод 34 для подвода нагнетаемого воздуха уже уплотненный турбонагнетателем 22 воздух. Вследствие более высокого по сравнению с давлением окружающей среды давления нагнетания при этом при одинаковом числе оборотов компрессора 24 увеличивается объем подаваемого компрессором 24 воздуха в единицу времени. Турбонагнетатель 22 приводится в действие выхлопными газами приводного двигателя 14, причем главной задачей турбонагнетателя 22 следует считать наддув приводного двигателя 14, то есть чтобы шесть изображенных цилиндров 42 приводного двигателя 14 приводились в действие повышенным количеством воздуха для сгорания. Привод компрессора 24 происходит известным специалисту способом посредством приводного двигателя 14. Например, компрессор 24 может приводиться в действие посредством колесного привода от приводного двигателя 14. Подаваемый компрессором 24 воздух подается к установке для обработки сжатого воздуха с потребителями 16. Установка для обработки сжатого воздуха с потребителями 16 включает в себя, в частности, известную специалисту установку для обработки сжатого воздуха, а также несколько подстраховывающих друг друга, например многоконтурным клапаном, цепей потребителей, к которым подключены отдельные потребители. Компрессор 24, кроме того, имеет подключаемое клапанным устройством 44 мертвое пространство 46, объемом примерно 10 см в расчете на цилиндр, чтобы смягчить скачки давления во время подачи сжатого воздуха. Мертвым пространством 46 считают обычно любой находящийся в соединении с поршневой полостью объем пространства, который в конце такта сжатия компрессора остается свободным. Подключение мертвого пространства 46 уменьшает, поэтому, максимально возможное уплотнение компрессора и уменьшает, тем самым, происходящие во время такта сжатия скачки давления. Между компрессором 24 и клапанным устройством 40 подвода воздуха может быть установлен запорный клапан 48, которым закрывается или открывается подвод воздуха от клапанного устройства 40 подвода воздуха к компрессору 24. Компрессор 24 не может тогда, когда закрыт запорный клапан, всасывать воздух и, следовательно, также продолжать подавать сжатый воздух. Известно, что в этом состоянии масло, которое обычно используется для смазывания компрессора 24, вследствие возникающего пониженного давления во время такта расширения компрессора 24 всасывается в камеру сжатия и в следующем такте сжатия компрессора 24 выбрасывается в направлении подключенной установки для обработки сжатого воздуха с потребителями 16. Чтобы предотвратить это, можно представить, что запорный клапан 48 закрыт не полностью, а имеет определенную остаточную неплотность, чтобы ограничить давление всасывания компрессора 24. Благодаря этому уменьшается выброс масла компрессором 24. Закрывание запорным клапаном подвода воздуха к компрессору 24 является простой возможностью перевести компрессор 24 в энергосберегающий режим работы. В качестве альтернативы или дополнительно компрессор 24 может быть соединен со своим приводом сцепным устройством. Путем разъединения сцепки компрессор 24 может переводиться в энергосберегающий режим работы.
До тех пор, пока созданное турбонагнетателем 22 давление нагнетания находится ниже устанавливаемого порога давления нагнетания, клапанное устройство 40 подвода воздуха находится в своем не изображенном втором коммутационном положении. Компрессор 24 получает тогда уже уплотненный воздух через трубопровод 34 для подвода нагнетаемого воздуха. Компрессор 24 оптимизирован для всасывания не уплотненного предварительно воздуха, поэтому уже небольшие давления нагнетания значительно увеличивают объем подаваемого им воздуха. До давления нагнетания примерно 0,6 бар оптимизированный для всасывания не уплотненного предварительно воздуха компрессор 24 может без проблем подавать также уже уплотненный предварительно воздух. Если созданное турбонагнетателем 22 давление нагнетания превышает эту первую границу, которая обозначается также как порог давления нагнетания мертвого пространства, то клапанным устройством 44 подключается соотнесенное с компрессором 24 мертвое пространство 46, чтобы уменьшить возникающие во время подачи уже уплотненного предварительно воздуха давления подачи. Если созданное турбонагнетателем 22 давление нагнетания повышается и дальше и, наконец, превышает другую, обозначаемую как порог давления нагнетания границу, то возникающие давления подачи, несмотря на мертвое пространство 46, могут повредить компрессор 24. При превышении порога давления нагнетания клапанное устройство 40 подвода воздуха вследствие этого переводится в свое изображенное первое коммутационное положение. Соотносимое с компрессором 24 мертвое пространство 46 может снова закрываться путем приведения в действие клапанного устройства 44. Оптимизированный на всасывание не уплотненного предварительно воздуха компрессор 24 всасывает с этого момента не уплотненный предварительно воздух через трубопровод 32 для подвода воздуха окружающей среды. Подключение мертвого пространства 46 может применяться и в других случаях для уменьшения подаваемого объема воздуха или для экономии энергии, если нет необходимости в большом объеме воздуха. Клапанное устройство 44 может, например, управляться или приводиться в действие управляющим прибором 26.
Клапанное устройство 40 подвода воздуха является приводимым в действие электрическим или пневматическим методом клапанным устройством, которое, в частности, в зависимости от его коммутационного положения освобождает как можно большее живое сечение потока трубопроводов 32, 34 для подвода воздуха. Клапанное устройство 40 подвода воздуха может быть присоединено к электронному управляющему прибору 26, который может быть исполнен для того, чтобы управлять клапанным устройством, в частности, на основе сигналов сенсорного устройства 39 и/или датчиков 36, 38. Управление может происходить также прямым путем посредством одного или нескольких датчиков 36, 38, 39, которые тогда присоединены соответственно к клапанному устройству 40 подвода воздуха, причем для переключения клапанного устройства 40 тогда не требуется ни каких дополнительных данных от прибора управления двигателем. Управление клапанным устройством 40 подвода воздуха может происходить в зависимости от числа оборотов двигателя и/или числа оборотов компрессора, и/или других параметров двигателей и/или транспортного средства посредством электронного управляющего прибора 26. Число оборотов двигателя и другие параметры предпочтительно могут считываться управляющим прибором двигателя и/или другим управляющим прибором. В этом случае поле характеристик турбонагнетателя двигателя может предполагаться известным. Соответствующие данные могут передаваться через CAN-шину 30.
На фиг. 2-5 схематично показаны разные клапанные устройства, каждое из которых может использоваться в качестве клапанного устройства 40 для компрессорной системы. Любое из этих клапанных устройств имеет корпус 100 клапана. На корпусе клапана предусмотрены первый вход 102 для сжатого воздуха, второй вход 104 для сжатого воздуха и один выход 106 для сжатого воздуха. Целесообразно предусматривать первый вход 102 для сжатого воздуха для присоединения к трубопроводу для подвода воздуха окружающей атмосферы, а второй вход 104 для сжатого воздуха для присоединения к трубопроводу для подвода нагнетаемого воздуха. Выход 106 для сжатого воздуха предусмотрен для подвода сжатого воздуха по меньшей мере из одного из входов 102, 104 для сжатого воздуха к компрессору. Каждое из клапанных устройств имеет по меньшей мере одно первое коммутационное положение, в котором выход 106 для сжатого воздуха посредством текучей среды соединен с первым входом 102 для сжатого воздуха, а также второе коммутационное положение, в котором выход 106 для сжатого воздуха посредством текучей среды соединен со вторым входом 104 для сжатого воздуха. Кроме того, предусмотрено переключающее устройство, чтобы переключать клапанное устройство между разными коммутационными положениями. Каждое из переключающих устройств включает в себя исполнительное устройство 108, которое может переключаться через электрическую линию управления 110. Линия управления 110 может быть соединена, например, с управляющим прибором 26 и/или одним или несколькими сенсорными устройствами. Исполнительное устройство 108 может иметь вал или стержень 109 для передачи силы. Можно представить, что исполнительное устройство 108 исполнено в качестве электродвигателя или электромагнита. Исполнительное устройство 108 может быть управляемым таким образом, что оно устанавливает множество коммутационных положений клапанного устройства. Так, можно представить, в частности, промежуточные коммутационные положения, в которых с выходом 106 для сжатого воздуха одновременно соединены как первый вход 102 для сжатого воздуха, так и второй вход 104 для сжатого воздуха. Тем самым в этих промежуточных коммутационных положениях происходит разное смешивание подведенного воздуха или для поступающего из трубопровода 34 для подвода нагнетаемого воздуха сжатого воздуха вследствие разных установленных живых сечений потока есть в разной степени возможность выходить через трубопровод 32 для подвода воздуха окружающей среды. Управление промежуточными коммутационными положениями может происходить непрерывно.
У показанного на фиг.2 клапанного устройства переключающее устройство имеет поршень 112, который может передвигаться исполнительным устройством 108 внутри корпуса 100. В корпусе 100 клапана предусмотрено первое седло 114 клапана, которое соотнесено с первым входом 102 для сжатого воздуха. Второе седло 116 клапана соотнесено со вторым входом 104 для сжатого воздуха. Каждое из седел 114, 116 клапанов образует упор для поршня 112, движение которого, следовательно, ограничено областью между седлами 114, 116 клапанов. Если поршень 112 расположен у первого седла 114 клапана, он закрывает соединение текучей средой между выходом 106 для сжатого воздуха и первым входом 102 для сжатого воздуха. Между вторым входом 104 для сжатого воздуха и выходом 106 для сжатого воздуха имеется обеспечивающее проведение текучей среды соединение, поэтому там воздух может перемещаться. Эта позиция поршня соответствует второму коммутационному положению клапанного устройства. Если, с другой стороны, поршень 112 прилегает ко второму седлу 116 клапана, как это показано на фиг.2, он закрывает соединение текучей средой между выходом 106 для сжатого воздуха и вторым входом 104 для сжатого воздуха. Между первым входом 102 для сжатого воздуха и выходом 106 для сжатого воздуха имеется обеспечивающее проведение флюидной среды соединение, поэтому там воздух может перемещаться. Эта позиция поршня 112 соответствует первому коммутационному положению клапанного устройства. Промежуточные коммутационные положения могут устанавливаться позиционированием поршня в позиции между седлами 114, 116 клапанов.
На фиг.3 показан вариант выполнения клапанного устройства, в котором переключающее устройство имеет клапан 122, который может передвигаться исполнительным устройством 108. Поршень 122 имеет уплотнение 124, которое служит для уплотнения в отношении корпуса 100 клапана. В этом варианте не предусмотрено седел клапанов, которые ограничивают движение поршня 122. Напротив, поршень 122 находится в канале 126 и может перемещаться в нем. На одном конце канала 126 поршень может, по меньшей мере, частично проникать в первый вход 102 для сжатого воздуха или соотнесенный трубопровод, чтобы закрывать соединение текучей средой между первым входом 102 для сжатого воздуха и выходом 106 для сжатого воздуха. Между вторым входом 104 для сжатого воздуха и выходом 106 для сжатого воздуха может перемещаться воздух. Эта позиция соответствует второму коммутационному положению. Поршень 122 может, кроме того, как показано на фиг.3, перемещаться в позицию между вторым входом 104 для сжатого воздуха и выходом 106 для сжатого воздуха таким образом, что он зкакрывает соединение текучей средой между вторым 104 входом для сжатого воздуха и выходом 106 для сжатого воздуха. Между первым входом 102 для сжатого воздуха и выходом 106 для сжатого воздуха может перемещаться воздух. Эта позиция соответствует первому коммутационному положению. В этом варианте выполнения выход 106 для сжатого воздуха и второй вход 104 для сжатого воздуха под прямым углом к направлению движения поршня 122 ответвляются от канала 126, в то время как первый вход 102 для сжатого воздуха может содержать поршень 122 в направлении движения. Канал 126 в корпусе 100 имеет углубление, в котором может размещаться поршень 122, чтобы полностью открывать оба входа 102, 104 для сжатого воздуха. Тем самым для обоих подводящих трубопроводов для воздуха может освобождаться максимальное живое сечение потока.
Фиг. 4a и 4b показывают разные виды сечений другого варианта клапанного устройства. В этом примере переключающее устройство имеет вращаемый исполнительным устройством 108 переключающий диск 132. Переключающий диск 132 установлен с возможностью вращения на валу 109 исполнительного устройства 108 и имеет уплотнение 134. Корпус 100 клапана выполнен так, что переключающий диск 132 может поворачиваться внутри корпуса 100 так, чтобы, по меньшей мере, в определенных позициях существовал уплотняющий контакт между стенкой корпуса и уплотнением 134 переключающего диска 132. На фиг.4 показана соответствующая позиция, в которой переключающий диск 132 блокирует соединение текучей средой между первым входом 102 для сжатого воздуха и выходом 106 для сжатого воздуха. Между вторым входом 104 для сжатого воздуха и выходом 106 для сжатого воздуха имеется обеспечиваемое текучей средой соединение. Фиг.4a показывает, следовательно, второе коммутационное положение. Путем поворачивания переключающего диска 132 может переключаться коммутационное положение. Другими словами, могут устанавливаться промежуточные коммутационные положения, которые определены соответствующей поворотной установкой переключающего диска 132. Фиг.4 показывает вид сбоку, на котором можно видеть исполнительное устройство 108 и вал 109.
Фиг. 5a - 5b показывают другой вариант выполнения клапанного устройства, в котором переключающее устройство имеет переключающий диск 142 с вырезным отверстием 144, которое показано на фиг.5c. Переключающий диск 142 может поворачиваться на валу 109 исполнительного устройства 108. Кроме того, переключающее устройство имеет закрепленный в корпусе 100 клапана выходной диск 152 и закрепленный в корпусе 100 клапана входной диск 162. Переключающий диск 142 расположен между входным диском 162 и выходным диском 152 и имеет возможность поворачивания относительно них. Первая плоская сторона входного диска 162 и первая плоская сторона выходного диска 152 обращена к соответствующей плоской стороне переключающего диска 142 и с точки зрения целесообразности герметично прилагают к ней. Вторая плоская сторона выходного диска 152 обращена к соединенной с выходом 106 для сжатого воздуха камере нагнетания 154. Выходной диск 152 имеет различимое на фиг.5b щелевое отверстие 156, через которое текучей средой может быть установлено соединение переключающего диска 142 с выходом 106 для сжатого воздуха. Как можно видеть на фиг.5d, входной диск 162 имеет первую входную щель 164, через которую посредством текучей среды может быть установлено соединение с первым входом 102 для сжатого воздуха. Кроме того, входной диск 162 имеет вторую входную щель 166, через которую посредством текучей среды может быть установлено соединение со вторым входом 104 для сжатого воздуха. Диски имеют, кроме того, структуры, которые позволяют установить вал 109 так, чтобы переключающий диск 142 мог поворачиваться между двумя другими дисками. Вследствие поворачивания переключающего диска 142 поворачивается и его щелевое отверстие 144. Отверстия переключающего диска 142 и входного диска 162 имеют такие размеры, что переключающий диск по меньшей мере в первом положении полностью закрывает вторую входную щель 166 входного диска 162 и, тем самым, блокирует соединение текучей средой со вторым входом 104 для сжатого воздуха через входной диск 162. В этой позиции перекрываются щелевое отверстие 144 переключающего диска 142 и первая входная щель 164 таким образом, что имеет место, по меньшей мере, частичное перекрытие щелевого отверстия 156 выходного диска 152, отверстия 144 переключающего диска 142 и первой входной щели 164. Через эти отверстия или щели сжатый воздух может, следовательно, может перемещаться от первого входа 102 для сжатого воздуха к выходу 106 для сжатого воздуха, в то время как соединение текучей средой между вторым входом 104 для сжатого воздуха и выходом 106 для сжатого воздуха закрыто. Это соответствует первому коммутационному положению. Аналогично переключающий диск 142 может поворачиваться таким образом, что первая входная щель 164 перекрыта переключающим диском 142, и через отверстия 144, 156 и 166 создается соединение текучей средой между выходом 106 для сжатого воздуха и вторым входом 104 для сжатого воздуха. Эта позиция переключающего диска соответствует второму коммутационному положению. Путем поворачивания переключающего диска 142 в позицию, в которой щелевое отверстие 144 перекрывает соответственно частично первое входное отверстие 164 и второе входное отверстие 166, а также отверстие 156 выходного диска 152, могут устанавливаться промежуточные коммутационные положения, в которых оба входа для сжатого воздуха текучей средой связаны с выходом 106 для сжатого воздуха. Входной диск 162, выходной диск 152 и/или переключающий диск 142 могут состоять из керамического материала. Следует учесть, что предусмотрены уплотнительные устройства для уплотнения между дисками или между выходным диском 152 и выходом 106 для сжатого воздуха и/или между входным диском и входами для сжатого воздуха, чтобы предотвратить самопроизвольное протекание сжатого воздуха мимо отверстий дисков.
Фиг.6 схематично показывает местный вид клапанного устройства 40 с другими компонентами. В этом примере можно видеть клапанное устройство, каким оно показано на фиг.2. Имеется в виду, что в связи с фиг.6 может найти применение любое другое из описанных выше клапанных устройств. Исполнительное устройство 108 клапанного устройства 40 через линию управления 110 соединено с электронным управляющим устройством 170, которое может быть описано как электронный прибор 26 со ссылкой на фиг.1. Можно также представить, что управляющее устройство 170 является самостоятельным управляющим устройством, которое, например, может взаимодействовать с управляющим прибором 26 компрессорной системы или с бортовой компьютерной системой транспортного средства. По направлению потока вслед за выходом 106 для сжатого воздуха клапанного устройства 40 предусмотрено сенсорное устройство 39. Сенсорное устройство 39 в этом примере включает в себя датчик давления 172 и датчик течение 174. Можно также представить, что сенсорное устройство 39 имеет лишь один из двух датчиков 172, 174 или же еще и дополнительные датчики. Сенсорное устройство 39 или датчики 172, 174 для передачи сигналов соединены управляющим устройством 170. Управляющее устройство 170, кроме того, соединено через сигнальное соединение 176 с одним или несколькими компонентами, как например управляющим прибором компрессорного прибора или другими устройствами бортовой электроники, например, через CAN-шину. На основе сигналов сенсорного устройства 39 и/или переданных через сигнальное соединение 176 сигналов, которые могут представлять, например, параметр двигателя, такой как число оборотов двигателя, параметр компрессора, такой как число оборотов компрессора, или другие параметры транспортного средства, такие как скорость транспортного средства, может определяться или регулироваться положение клапанного устройства 40 или его коммутационное положение. Управление может, например, происходить через управляющее устройство 170.
Раскрытые в выше приведенном описании, в чертежах, а также в пунктах формулы изобретения признаки могут быть существенны для осуществления изобретения как по отдельности, так и в любой комбинации.
1. Клапанное устройство (40) для управления подводом воздуха для компрессора (24) транспортного средства (10), причем клапанное устройство (40) содержит корпус (100) клапана, который имеет:
первый вход (102) для сжатого воздуха для присоединения к трубопроводу (32) для подвода воздуха окружающей среды;
второй вход (104) для сжатого воздуха для присоединения к трубопроводу (34) для подвода нагнетаемого воздуха, через который подводится предварительно уплотненный воздух;
выход (106) для сжатого воздуха для присоединения к компрессору (24);
причем клапанное устройство (40) имеет первое коммутационное положение, в котором выход (106) для сжатого воздуха проведением текучей среды соединен с первым входом (102) для сжатого воздуха и
клапанное устройство (40) имеет второе коммутационное положение, в котором выход (106) для сжатого воздуха проведением текучей среды соединен со вторым входом (104) для сжатого воздуха,
причем клапанное устройство (40) содержит переключающее устройство, которое позволяет переключать клапанное устройство (40) между первым коммутационным положением и вторым коммутационным положением, причем клапанное устройство (40) имеет по меньшей мере третье коммутационное положение, в котором первый вход (102) для сжатого воздуха и второй вход (104) для сжатого воздуха проведением текучей среды соединены с выходом (106) для сжатого воздуха.
2. Клапанное устройство по п. 1, в котором переключающим устройством в первом коммутационном положении закрыт трубопровод для текучей среды между вторым входом (104) для сжатого воздуха и выходом (106) для сжатого воздуха и/или во втором коммутационном положении закрыт трубопровод для текучей среды между первым входом (102) для сжатого воздуха и выходом (106) для сжатого воздуха.
3. Клапанное устройство по п. 1 или 2, в котором переключающее устройство содержит поршень (112, 122), который выполнен с возможностью перемещения между соответствующей первому коммутационному положению позицией, в которой он открывает обеспечивающее проведение текучей среды соединение между первым входом (102) для сжатого воздуха и выходом (106) для сжатого воздуха, и соответствующей второму коммутационному положению второй позицией, в которой он открывает обеспечивающее проведение текучей среды соединение между вторым входом (104) для сжатого воздуха и выходом (106) для сжатого воздуха.
4. Клапанное устройство по п. 1 или 2, в котором
корпус (100) клапана имеет седло (114) клапана, которое соотнесено с первым входом (102) для сжатого воздуха и корпус (100) клапана, кроме того, имеет второе седло (116) клапана, которое соотнесено со вторым входом (104) для сжатого воздуха, причем переключающее устройство имеет поршень (122), который с возможностью управления приводится в прилегание с первым седлом (114) клапана и с возможностью управления приводится в прилегание со вторым гнездом (116) клапана, причем поршень (122) в первом коммутационном положении находится в прилегании со вторым седлом (116) клапана и закрывает трубопровод для текучей среды между вторым входом (104) для сжатого воздуха и выходом (106) для сжатого воздуха и поршень (122) во втором коммутационном положении находится в прилегании с первым седлом (114) клапана и закрывает трубопровод для текучей среды между первым входом (102) для сжатого воздуха и выходом (106) для сжатого воздуха.
5. Клапанное устройство по п. 1 или 2, в котором переключающее устройство имеет переключающий диск (132, 142), выполненный с возможностью поворота между соответствующей первому коммутационному положению первой позицией, в которой он открывает обеспечивающее проведение текучей среды соединение между первым входом (102) для сжатого воздуха и выходом (106) для сжатого воздуха, и соответствующей второму коммутационному положению позицией, в которой он открывает обеспечивающее проведение текучей среды соединение между вторым входом (104) для сжатого воздуха и выходом (106) для сжатого воздуха.
6. Клапанное устройство по п. 5, в котором переключающее устройство содержит:
выходной диск (152) с выходным отверстием (156), через которое создается или выполняется обеспечивающее проведение текучей среды соединение от переключающего диска (142) к выходу (106) для сжатого воздуха;
входной диск (162) с первым входным отверстием (164), через которое создается или выполняется обеспечивающее проведение текучей среды соединение от первого входа (102) для сжатого воздуха к переключающему диску (142) и вторым входным отверстием, через которое создается или выполняется обеспечивающее проведение текучей среды соединение от второго входа (104) для сжатого воздуха к переключающему диску (142); причем
переключающий диск (142) выполнен с возможностью поворота между выходным диском (152) и входным диском (162) и содержит переключающее отверстие (144);
причем переключающий диск (142) между первой позицией, в которой через переключающее отверстие (144) переключающего диска (142) выполняется соединение между выходным отверстием (156) и первым входным отверстием (154) для проведения текучей среды, и второй позицией, в которой через переключающее отверстие (144) выполняется соединение между выходным отверстием (156) и вторым входным отверстием (166) для проведения текучей среды.
7. Клапанное устройство по п. 1 или 2, в котором переключающее устройство содержит электродвигатель в качестве исполнительного устройства (108) для переключения между коммутационными положениями.
8. Клапанное устройство по п. 1 или 2, в котором клапанное устройство (40) выполнено в виде 3/2-ходовой клапан.
9. Компрессорная система (12) с клапанным устройством (40) по любому из пп. 1-8 и компрессором (24) для транспортного средства (10), причем выход (106) для сжатого воздуха клапанного устройства (40) для подвода сжатого воздуха присоединен или выполнен с возможностью присоединения к компрессору (24), а первый вход (102) для сжатого воздуха клапанного устройства (40) присоединен или выполнен с возможностью присоединения к трубопроводу (32) для подвода воздуха окружающей среды, причем второй вход (104) для сжатого воздуха присоединен или выполнен с возможностью присоединения к трубопроводу (34) для подвода нагнетаемого воздуха для подвода предварительно уплотненного воздуха.
10. Компрессорная система по п. 9, содержащая запорный клапан (48) который подключен между выходом (106) для сжатого воздуха клапанного устройства (40) и компрессором (24) и который предназначен для закрывания или открывания подвода сжатого воздуха от клапанного устройства (40) к компрессору (24).
11. Компрессорная система по п. 9 или 10, содержащая электронное управляющее устройство (26, 170), предназначенное для управления клапанным устройством (40).
12. Способ управления подводом воздуха к компрессору (24) компрессорной системы (12) по любому из пп. 9-11, в котором компрессор (24) для подвода воздуха к выходу (106) для сжатого воздуха присоединяют к выходу (106) для сжатого воздуха клапанного устройства (40), пошагово:
управляют клапанным устройством (40) таким образом, что оно переключается между двумя коммутационными положениями.
13. Способ по п. 12, в котором клапанным устройством (40) управляют таким образом, что оно переключается между первым и вторым коммутационным положением.
14. Способ по п. 12, в котором клапанным устройством (40) управляют таким образом, что оно переключается в третье или из третьего коммутационного положения, в котором первый вход (102) для сжатого воздуха и второй вход (104) для сжатого воздуха с обеспечением проведения текучей среды соединены с выходом (106) для сжатого воздуха.
