КОМПРЕССОРНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
COMPRESSOR SYSTEM AND METHOD OF ITS OPERATION

Изобретение относится к компрессорной системе с компрессором для обеспечения сжатым воздухом грузового автомобиля с приводным двигателем, имеющим турбонагнетатель, причем предварительно сжатый воздух может всасываться компрессором через первый подвод для воздуха.
Изобретение также относится к способу управления компрессорной системой с компрессором для обеспечения сжатым воздухом грузового автомобиля с приводным двигателем, имеющим турбонагнетатель.
Современные грузовые автомобили располагают, как правило, приводимыми в действие сжатым воздухом подсистемами, к примеру приводимыми в действие сжатым воздухом рабочими тормозами и пневматической подвеской. Для снабжения достаточным количеством сжатого воздуха подсистем грузового автомобиля, приводимых в действие сжатым воздухом, грузовой автомобиль оснащен компрессором для производства сжатого воздуха.
Сегодня применяются одноступенчатые с турбонаддувом и всасывающие окружающий воздух одноступенчатые компрессоры. Выполнение с наддувом имеет преимущество, заключающееся в том, что в распоряжении имеются очень большие объемы подачи. Однако при этом существует большое вредное пространство, что ведет к тому, что при низком давлении наддува ниже примерно 0,2 бар объем подачи очень мал. При таком низком давлении наддува объем подачи может быть даже меньше, чем у сравнимого всасывающего окружающий воздух компрессора. Далее подключенные к наддуву компрессоры имеют в фазе холостого хода тот недостаток, что они транспортируют большие объемы воздуха, что ведет к соответственно высокому потреблению мощности.
Уже известно ограничение до постоянной величины давления наддува, подготовленного для подключаемых к наддуву компрессорам. Решения, осуществленные, к примеру, с помощью мембранных клапанов в принципе механически малонадежны, так как механические управляющие и регулирующие элементы должны располагаться в сильно пульсирующем потоке воздуха при всасывании. К тому же подобного рода клапаны оказывают дросселирующее воздействие, которое отрицательно сказывается на транспортируемом количестве воздуха, в частности, в случае низкого давления.
Для снижения высоких потерь мощности подключаемого к наддуву компрессора, происходящих в фазе холостого хода, известно расположение в нагнетательном трубопроводе компрессора вниз по течению так называемого Turbo-Cut-Off-клапана (ТСО-клапана). Указанный Turbo-Cut-Off-клапан в фазе холостого хода подключаемого к наддуву компрессора может снижать транспортируемое количество воздуха до нуля, однако он очень чувствителен к появляющемуся загрязнению.
В основе изобретения лежит задача создания компрессорной системы, которая, в частности, при низком давлении наддува транспортирует большой объем воздуха.
Эта задача решена посредством технических решений, охарактеризованных признаками независимых пунктов формулы настоящего изобретения.
Предпочтительные варианты выполнения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Соответствующего рода компрессорная система совершенствуется благодаря тому, что не сжатый предварительно окружающий воздух всасывается компрессором через второй подвод для воздуха. Благодаря тому, что предусмотрен второй подвод для воздуха, через который не сжатый предварительно воздух может всасываться компрессором, компрессор может применяться в компрессорной системе, которая оптимизирована для всасывания не сжатого предварительно окружающего воздуха. Это даже при низком давлении наддува ведет к существенному повышению транспортируемого количества воздуха.
В этой связи является преимуществом то, что клапанное устройство для воздуха наддува расположено в первом подводе для воздуха. Благодаря клапанному устройству для воздуха наддува в первом подводе для воздуха компрессор может защищаться от слишком высокого давления наддува. Если давление наддува, подготовленное турбонагнетателем, превысит регулируемый порог давления нагнетания, то клапанное устройство для воздуха нагнетания может перекрыть первый подвод для воздуха.
Особенно предпочтительным также является то, что клапанное устройство для окружающего воздуха расположено во втором подводе для воздуха. Благодаря расположению клапанного устройства для окружающего воздуха во втором подводе для воздуха к компрессору может подводиться не сжатый предварительно окружающий воздух, когда давление наддува, произведенное турбонагнетателем, превышает регулируемый порог давление наддува. В частности, клапанное устройство для окружающего воздуха может закрывать второй подвод для воздуха, пока давление наддува, произведенное турбонагнетателем, не превышает порог давления наддува.
Предпочтительным является то, что датчик давления расположен в первом подводе для воздуха, чтобы определять давление наддува, произведенное турбонагнетателем. Благодаря расположению датчика давления в первом подводе для воздуха непосредственно может определяться давление наддува, произведенное турбонагнетателем. Поэтому сигнал, посланный датчиком давления, служит в качестве основания для прямого или опосредованного управления клапанным устройством для воздуха наддува или клапанным устройством для окружающего воздуха.
Компрессор, предпочтительно, содержит подключаемое через клапанное устройство вредное пространство. Благодаря тому, что предусмотрено подключаемое вредное пространство, могут уменьшаться пики давления, которые появляются при высоком давлении наддува. Таким образом, в частности, регулируемый порог давления наддува может выбираться выше, не перегружая компрессор слишком высоким давлением.
Компрессорная система, предпочтительно, включает электронный блок управления для управления работой компрессорной системы. Электронный блок управления может более простым способом включать различные электрически приводимые в действие функции, в частности электрически приводимые в действие или предварительно настраиваемые клапанные устройства.
При этом может быть предусмотрено, что электронный блок управления включает подключение к шине сети локальных контроллеров (CAN-Bus) и что электронный блок управления через указанную шину получает величину фактического давления наддува, произведенного турбонагнетателем, или исходные данные для расчета фактического давления наддува. Благодаря подключению к шине сети локальных контроллеров транспортного средства электронный блок управления может получать или определять давление наддува, произведенное турбонагнетателем, независимо от собственных датчиков.
Способ совершенствуется благодаря тому, что предварительно сжатый воздух, произведенный турбонагнетателем, всасывается компрессором через первый подвод для воздуха ниже регулируемого порога давления наддува и что не сжатый предварительно окружающий воздух через второй подвод для воздуха засасывается компрессором выше регулируемого порога наддува воздуха. Таким образом, преимущества и особенности предложенной согласно изобретению компрессорной системы в рамках способа преобразуются в функционирование компрессорной системы.
Это действительно также для ниже приведенных особенно предпочтительных вариантов выполнения предложенного согласно изобретению способа.
Способ усовершенствован благодаря тому, что ниже регулируемого порога давления наддува клапанное устройство для окружающего воздуха закрывает второй подвод для воздуха.
Предпочтительным является то, что клапанное устройство для воздуха наддува закрывает первый подвод для воздуха выше регулируемого порога давления наддува.
Также возможно, что клапанное устройство подключает вредное пространство выше регулируемого порога давления наддува для вредного пространства.
В частности, может быть предусмотрено, что давление наддува определяется датчиком давления.
Но может быть также предусмотрено, что давление наддува определяется из данных от шины сети локальных контроллеров и/или передается через шину сети локальных контроллеров.
Дополнительно может быть предусмотрено, что первый подвод для воздуха закрывается клапанным устройством для воздуха наддува и второй подвод для воздуха закрывается клапанным устройством для окружающего воздуха, чтобы перевести компрессор в энергосберегающий режим работы. Благодаря одновременному закрытию первого подвода воздуха и второго подвода воздуха до нуля уменьшается объем воздуха, транспортируемый компрессором.
В этой связи может быть предусмотрено, что клапанное устройство для воздуха наддува и/или клапанное устройство для окружающего воздуха ограничивают разрежение всасывания компрессора благодаря остаточной неплотности. Благодаря небольшой остаточной неплотности, которая ограничивает разрежение всасывания, произведенное компрессором, благодаря всасыванию масла может уменьшаться выброс масла компрессором.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - грузовой автомобиль с приводным двигателем и предложенной согласно изобретению компрессорной системой, схематично;
фиг.2 - транспортируемый объем воздуха работающими в различных режимах компрессорами в зависимости от числа оборотов приводного двигателя.
На фиг.1 схематично показан грузовой автомобиль с приводным двигателем и предложенной согласно изобретению компрессорной системой. Представленный грузовой автомобиль 14 наряду с приводным двигателем 18 и компрессорной системой 10 включает установку для подготовки воздуха наддува с потребителями 58, воздушный фильтр 52, охладитель 54 воздуха наддува и турбонагнетатель 16. Компрессорная система 10 сама наряду с компрессором 12, который может быть представлен одноцилиндровым или двухцилиндровым компрессором, включает электронный блок управления 34 с подключением 36 к шине сети локальных контроллеров, первый подвод 20 для воздуха с расположенным в нем клапанным устройством 24 для воздуха наддува и второй подвод 22 для воздуха с расположенным в нем клапанным устройством 26 для окружающего воздуха. Далее датчик 28 давления расположен в первом подводе 20 для воздуха, который определяет давление наддува, произведенное турбонагнетателем 16, выше по течению клапанного устройства 24 для воздуха наддува.
В зависимости от положения переключения клапанного устройства 24 для воздуха наддува и клапанного устройства 26 для окружающего воздуха компрессор 12 всасывает через первый подвод 20 для воздуха воздух, уже предварительно сжатый турбонагнетателем 16, или через второй подвод 22 для воздуха не сжатый предварительно окружающий воздух. По меньшей мере, один из обоих подводов 20, 22 для воздуха при этом всегда полностью закрыт. Если клапанное устройство 24 для воздуха наддува и клапанное устройство 26 для окружающего воздуха находятся в их изображенных положениях, то компрессор 12 через воздушный фильтр 52 и второй подвод 22 для воздуха всасывает окружающий воздух. Если как клапанное устройство 24 для воздуха наддува, так и клапанное устройство 26 для окружающего воздуха переводятся в их другие не представленные положения переключения, то компрессор 12 через воздушный фильтр 52, турбонагнетатель 16, охладитель 54 для воздуха наддува и первый подвод 20 для воздуха всасывает уже подготовленный турбонагнетателем 16 предварительно сжатый воздух. При этом благодаря повышенному по сравнению с давлением окружающей среды давлению наддува при одинаковом числе оборотов компрессора 12 повышается объем воздуха, транспортируемый компрессором 12 в единицу времени. Турбонагнетатель 16 приводится в действие отработанными газами приводного двигателя 18, причем основную задачу турбонагнетателя 16 следует усматривать в наддуве приводного двигателя 18, т.е. в том, чтобы шесть показанных цилиндров 56 приводного двигателя снабжались увеличенным количеством воздуха для сгорания. Привод компрессора 12 осуществляется известным специалисту способом с помощью приводного двигателя 18. Например, компрессор 12 может приводиться в действие приводным двигателем 18 через зубчатую передачу. Произведенный компрессором 12 сжатый воздух подводится к установке подготовки сжатого воздуха с потребителями 58. Установка подготовки сжатого воздуха с потребителями 58 включает, в частности, известную специалисту установку подготовки сжатого воздуха, а также несколько с помощью многоконтурного предохранительного клапана взаимно защищенных контуров потребителей, к которым присоединены отдельные потребители. Компрессор 12 располагает также вредным пространством 32, подключаемым через клапанное устройство 30, примерно 10 см3 на цилиндр, чтобы смягчать пики давления во время подачи сжатого воздуха. Вредным пространством 32 обозначается вообще каждый пространственный объем, соединенный с поршневой полостью компрессора, который остается лишним при конце такта сжатия. Подключение вредного пространства 32 снижает возможно максимальное сжатие компрессора и при этом снижает пики давления, появляющиеся во время такта сжатия. Если только клапанное устройство 26 для окружающего воздуха переводится в его не изображенное положение переключения и клапанное устройство 24 для воздуха наддува остается в изображенном положении переключения, то будут закрыты как первый подвод 20 для воздуха, так и второй подвод 22 для воздуха. В таком положении переключения компрессорной системы компрессор 12 не может всасывать воздух и, следовательно, транспортировать сжатый воздух. Известно, что в этом положении масло, которое обычно применяется для смазки компрессора 12, благодаря возникающему разрежению во время такта расширения компрессора 10 засасывается в камеру сжатия и при следующем такте сжатия компрессора 12 выбрасывается в направлении присоединенной установки для подготовки сжатого воздуха с потребителями 58. Для предотвращения этого возможно, клапанное устройство 24 для воздуха наддува и/или клапанное устройство 26 для окружающего воздуха закрываются не полностью, а остается определенная остаточная неплотность, чтобы ограничить разрежение всасывания компрессора 12. Таким образом уменьшается выброс масла компрессора 12. Одновременное закрытие первого подвода 20 для воздуха и второго подвода 22 для воздуха клапанными устройствами 24, 26 является простой возможностью переведения компрессора 12 в энергосберегающий режим работы.
Пока давление наддува, произведенное турбонагнетателем 16, лежит ниже регулируемого порога давления наддува, то как клапанное устройство 24 для воздуха наддува, так и клапанное устройство 26 для окружающего воздуха находятся в их не изображенных положениях переключения. В этом случае компрессор 12 получает уже предварительно сжатый воздух через первый подвод 20 для воздуха. Компрессор 12 оптимизирован для всасывания не сжатого предварительно воздуха, поэтому уже при небольшом давлении наддува повышаются объемы транспортируемого им воздуха. До давления наддува около 0,6 бар компрессор 12, оптимизированный для всасывания не сжатого предварительно воздуха, без проблем может транспортировать также уже предварительно сжатый воздух. Если произведенное турбонагнетателем 16 давление наддува превысит эту первую границу, которая называется также порогом давления наддува для вредного пространства, то через клапанное устройство 30 подключается приданное компрессору 12 вредное пространство 32, чтобы снизить давление нагнетания, возникающее во время транспортировки уже предварительно сжатого воздуха. Если давление наддува, произведенное турбонагнетателем 16, повышается дальше и превосходит наконец другую границу, названную порогом давления наддува, то возникающее давление нагнетания может повредить компрессору, несмотря на вредное пространство. Поэтому при превышении порога давления наддува клапанное устройство 24 для воздуха наддува и клапанное устройство 26 для окружающего воздуха переводятся в их изображенное положение переключения и вредное пространство 32, приданное компрессору 12, снова закрывается с помощью приведения в действие клапанного устройства 30. Компрессор 12, оптимизированный для всасывания не сжатого предварительно воздуха, теперь через второй подвод 22 для воздуха всасывает не сжатый предварительно воздух. Подключение вредного пространства 32 может, впрочем, также применяться для уменьшения транспортируемого объема воздуха, например, для экономии энергии, если нет потребности в большом количестве воздуха.
Клапанное устройство 24 для воздуха наддува и клапанное устройство 26 для окружающего воздуха являются клапанными устройствами, приводимыми в действие с помощью электричества или пневматики, которые, в частности, высвобождают по возможности большое поперечное сечение для прохода потока по подводам 20, 22 для воздуха, когда они открыты. Оба клапанных устройства 24, 26 могут быть рассчитаны как простые и надежные клапаны с дроссельной заслонкой. При этом преимущественным образом дроссельные заслонки либо полностью закрыты или ориентированы параллельно потоку воздуха. Таким образом, не может сказываться вредное влияние пульсации всасывания. Применение прямоточных вентилей, клапанов с наклонным шпинделем, поршневых золотников и шаровых кранов, которые точно также в сравнении с поперечным сечением трубопровода могут высвобождать очень большое поперечное сечение для потока, точно также возможно. Клапанные устройства 24, 26 могут быть выполнены в виде отдельных 2/2-ходовых клапанов. Управление непосредственным способом может осуществляться с помощью датчика давления, причем для переключения клапанных устройств в этом случае нет необходимости в других данных от электронного контроллера двигателя. Если переключение клапанных устройств 24, 26 осуществляется в зависимости от числа оборотов двигателя через электронный блок управления 34, число оборотов двигателя преимущественно отбирается от электронного контроллера двигателя. В этом случае дополнительно должна быть известна характеристика турбонагнетателя двигателя. Далее для передачи числа оборотов необходима также привязка к шине 38 сети локальных контроллеров. Клапанное устройство 24 для воздуха наддува и клапанное устройство 26 для окружающего воздуха могут объединяться в общее клапанное устройство. Это общее клапанное устройство имеет в данном случае четыре подключения и три положения переключения:
- открытый первый подвод 20 для воздуха при закрытом втором подводе 22 для воздуха;
- закрытый первый подвод 20 для воздуха при открытом втором подводе 22 для воздуха;
- закрытый первый подвод 20 для воздуха при одновременно закрытом подводе 22 для воздуха.
На фигуре 2 показан объем воздуха, транспортируемый работающими в различных режимах компрессорами в зависимости от числа оборотов двигателя. Транспортируемый объем воздуха ("Free Air Delivery") отложен на оси Y, на оси X отложено число оборотов приводного двигателя грузового автомобиля в минуту. Первая характеристика 44 компрессора представляет транспортируемый компрессором объем воздуха в зависимости от числа оборотов двигателя, причем сам компрессор не оптимизирован для всасывания не сжатого предварительно воздуха и не предпринято никакой оптимизации транспортируемого объема воздуха. Первая характеристика 44 в представленном диапазоне числа оборотов двигателя приближена к линейной. Вторая характеристика компрессора 46 представляет также транспортируемый компрессором объем воздуха в зависимости от числа оборотов двигателя, причем в этом случае компрессор, которому предназначена вторая характеристика 46, оптимизирован для всасывания уже предварительно сжатого воздуха, т.е. работает вместе с турбонагнетателем. Третья характеристика 48 компрессора к тому же принадлежит к компрессору, оптимизированному для всасывания не сжатого предварительно воздуха. В противоположность к компрессору с характеристикой 44 к компрессору при получении третьей характеристики 48 компрессора до порога 42 давления наддува для вредного пространства от турбонагнетателя подводится уже предварительно сжатый воздух. До порога 42 давления наддува для вредного пространства транспортируемый объем, подготовленный компрессором, согласно третьей характеристике 48 компрессора заметно выше по сравнению с первой характеристикой 44. При превышении порога 42 давления наддува для вредного пространства подвод уже предварительно сжатого воздуха регулируется, чтобы избежать повреждения компрессора. Порог 42 давления наддува для вредного пространства лежит где-то около 0,6 бар. В зависимости от надежности компрессора может быть возможным или необходимым смещение этого порога. Третья характеристика 48 уходит вниз после переключения подвода воздуха до уровня первой характеристики 44 компрессора, так как теперь компрессором всасывается еще не сжатый предварительно окружающий воздух. Поэтому при превышении порога 42 давления наддува для вредного пространства при получении третьей характеристики 48 компрессора приводятся в действие уже известные из фигуры 1 клапанное устройство для воздуха наддува и клапанное устройство для окружающего воздуха. Подобным образом формируется четвертая характеристика 50 компрессора. В противоположность третьей характеристике 48 компрессора теперь, конечно, при превышении порога 42 давления наддува для вредного пространства подключается приданное компрессору вредное пространство, чтобы снизить возникающее давление нагнетания. Однако дальше к компрессору от турбонагнетателя подводится уже предварительно сжатый воздух. Поэтому при увеличении числа оборотов двигателя снова сильно повышается транспортируемый компрессором объем воздуха как у компрессора, к которому подводится воздух наддува, и этот объем лежит, в частности, выше первой характеристики 44 компрессора. При превышении порога 40 давления наддува, который составляет около 1,5 бар, возникающее в компрессоре давление нагнетания вновь так велико, что оно было бы способно причинить вред компрессору. Чтобы воспрепятствовать этому, приводятся в действе клапанное устройство для воздуха наддува и клапанное устройство для окружающего воздуха, так что теперь компрессор может всасывать только еще не сжатый предварительно окружающий воздух. Одновременно может снова закрываться прежде подключенное вредное пространство, так что транспортируемый компрессором объем воздуха снова опускается до уровня первой характеристики 44 компрессора. Как видно на фигуре 2, предложенная согласно изобретению характеристика 50 компрессора, в частности, при небольшом числе оборотов двигателя лежит выше характеристик 44, 46 для компрессора, всасывающего окружающий воздух, или компрессора, подключенного к турбонаддуву.
Признаки изобретения, раскрытые в приведенном выше описании, на чертежах, а также в пунктах формулы изобретения, как по отдельности, так и в любой комбинации могут быть важны для осуществления изобретения.