DE102009017203A1

DE102009017203A1 - Servobetätigte Kompressorbetriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009017203A1
Application number: DE102009017203A
Authority: DE
Inventors: Gregory P. Birmingham Prior
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2029-04-10
Also published as: US20090260357A1; US7909026B2; DE102009017203B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine servobetätigte Betriebsvorrichtung für einen Verdrängungskompressor mit Nockenrotor bereit, die eine elektromagnetische Kupplung mit niedrigen Kosten und niedriger Kapazität mit einer kleinen Ölpumpe innerhalb der Kompressoreinheit kombiniert. Die Ölpumpe liefert auf Anforderung einen Öldruck von Öl in einem Hydraulikkupplungsgehäuse oder dem Timing-Zahnradbehälter des Kompressors und wirkt als eine Servovorrichtung, um eine interne Hydraulikkupplung zu betätigen. Die Hydraulikkupplung kann über einen viel breiteren Drehzahl- und Lastbereich in Eingriff gebracht werden, als dies mit einer elektromagnetischen Kupplung allein möglich wäre. Das Hinzufügen eines Akkumulators ermöglicht noch schnellere Eingriffe. Die elektrohydraulische Servovorrichtung stellt eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit auf Schnellstraßen im Vergleich zu einer elektromagnetischen Kupplung bereit, da die Eingriffsdrehzahl auf eine höhere Drehzahl (rpm) verschoben werden kann. Das interne Hydrauliksystem ermöglicht höhere Eingriffsdrehzahlen des Kompressors mit einem Hydrauliksystem, aber ohne die Montage- und Leckprobleme, die mit extern angeschlossenen, von einem Motorölsystem betätigten Kupplungen einhergehen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Kupplungen für Verdrängerluftpumpen oder Kompressoren bzw. Lader, wie etwa Roots-Gebläse oder Schraubenkompressoren, die für Kraftfahrzeugmotorkompressoren und andere Zwecke verwendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Verwendung von Verdrängungskompressoren mit ineinander greifenden Nockenrotoren zum Laden von Verbrennungsmotoren und zum Bereitstellen komprimierter Luft für andere Zwecke ist in der Technik bekannt. Bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen wenden derartige geladene Motoren oft Kupplungen zwischen einer mit dem Motor verbundenen Antriebsvorrichtung und dem Kompressor an, um den Kompressorantrieb zu unterbrechen, wenn kein Ladebetrieb benötigt wird. Dies verringert die parasitären Antriebslasten bei vielen üblichen Fahrbedingungen. Die Kupplungen werden in der Regel auf hydraulische oder elektromagnetische Weise betätigt.
Der Motoröldruck wurde verwendet, um Kompressorkupplungen hydraulisch zu betätigen. Dies ermöglicht eine Betätigung bei hoher Drehzahl und hoher Last, weist aber den Nachteil langer externer Ölleitungen und mehrerer Verbindungen auf, welche die Komplexität und das Leckpotential von Kompressorinstallationen erhöht. Eine typische Alternative ist eine elektromagnetische Kupplung, welche auf Klimaanlagenkupplungen ba sieren kann. Diese Systeme sind relativ kostengünstig, weisen aber allgemein eine niedrige Drehmomentkapazität auf, sodass die Kupplung bei einer ziemlich niedrigen Drehzahl in Eingriff gebracht werden muss. Dies führt zu einer schlechten Kraftstoffwirtschaftlichkeit auf Schnellstraßen, wenn der Kompressor betätigt wird, ohne dass er benötigt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung bereit, indem sie eine servobetätigte Betriebsvorrichtung bereitstellt, die eine elektromagnetische Kupplung mit geringen Kosten und geringer Kapazität mit einer kleinen Ölpumpe kombiniert, die sich im Inneren der Kompressoreinheit befindet. Die Ölpumpe liefert auf Anforderung Öldruck von Öl in einem hydraulischen Kupplungsgehäuse oder dem Timing-Zahnradbehälter des Kompressors und wirkt als eine Servovorrichtung zur Betätigung einer internen Hydraulikkupplung. Die Hydraulikkupplung kann über einen viel breiteren Drehzahl- und Lastbereich in Eingriff gebracht werden, als dies allein mit einer elektromagnetischen Kupplung möglich wäre. Das Hinzufügen eines Akkumulators ermöglicht noch schnellere Eingriffe.
Die elektrohydraulische Servovorrichtung führt zu einer verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit auf Schnellstraßen im Verhältnis zu einer elektromagnetischen Kupplung, da die Eingriffsdrehzahl auf eine höhere Drehzahl (rpm) verlagert werden kann. Das interne Hydrauliksystem ermöglicht die höheren Kompressoreingriffsdrehzahlen, die mit einem Hydrauliksystem möglich sind, aber ohne die Montage- und Leckprobleme, die mit extern angeschlossenen, von dem Motorölsystem betätigten Kupplungen einhergehen.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden genauen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine bildhafte Ansicht einer Betriebsvorrichtung für einen beispielhaften Kraftfahrzeugverdrängungskompressor mit einer erfindungsgemäßen Servovorrichtung, die eine elektrohydraulische Kupplung betätigt, und
2 ist eine bildhafte Ansicht ähnlich wie 1 einer ähnlichen Vorrichtung mit einem hinzugefügten hydraulischen Akkumulator.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter genauer Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen bezeichnet Bezugszeichen 10 allgemein eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Betriebsvorrichtung für einen Verdrängungskompressor mit einem Rotorgehäuse, das einen nicht gezeigten Rotorhohlraum mit einer allgemein bekannten Ausgestaltung definiert. Die Betriebsvorrichtung 10 umfasst ein Rotorpaar 12, 14 mit ineinander greifenden Nocken 16, 18, das zur Drehung innerhalb des nicht gezeigten Rotorgehäuses ausgelegt ist. Die Rotoren sind mit einem Timing-Zahnradpaar 20, 22 antreibend verbunden, das eingesetzt wird, um eine gleichmäßige und entgegengesetzte Drehung der Rotoren in dem Gehäuse zu erhalten. Die Timing-Zahnräder sind in einem Zahnradbehälter 24 eingeschlossen, in welchem vorzugsweise eine permanente Ölladung abgedichtet ist.
Erfindungsgemäß umfasst die Betriebsvorrichtung 10 einen servobetätigten Antriebsstrang 26, der mit einem der Timing-Zahnräder 20 in Eingriff steht, und wenn er betätigt ist, dazu dient, die Timing-Zahnräder 20, 22 zu drehen und die Rotoren 12, 14 anzutreiben. Der Antriebsstrang 26 umfasst ein geschlossenes Kupplungsgehäuse 28, das an den Zahnradbehälter angrenzt und Öl zur Verwendung in dem Kupplungsgehäuse enthält. Der Zahnradbehälter 24 und das Kupplungsgehäuse 28 können optional durch einen internen oder externen Durchgang verbunden sein, der schematisch durch einen Verbindungsschlauch 30 dargestellt ist, sodass sich der Zahnradbehälter 24 und das Kupplungsgehäuse 28 eine gemeinsame Ölladung teilen.
In dem Kupplungsgehäuse befindet sich eine hydraulische Kupplung 32, die mit dem Timing-Zahnrad 20 zum Antreiben der Timing-Zahnräder in Eingriff steht, wenn sich die Kupplung in Eingriff befindet. Eine Servoölpumpe 34 in dem Kupplungsgehäuse 28 ist mit der Hydraulikkupplung 32 hydraulisch verbunden. Wenn sie betätigt wird, liefert die Ölpumpe 34 druckbeaufschlagtes Öl, um die Hydraulikkupplung in Eingriff zu bringen. Die Pumpe ist auch mit der Hydraulikkupplung antreibend verbunden, um die Hydraulikkupplung zu drehen, wenn die Ölpumpe betätigt wird.
Der Antriebsstrang 26 umfasst auch eine elektromagnetische Kupplung 36, die sich außerhalb des Kupplungsgehäuses befindet und mit der Hydraulikkupplung antreibend verbunden ist, um die Hydraulikkupplung 32 durch die Ölpumpe 34 zu drehen, wenn die elektromagnetische Kupplung 36 betätigt wird. Ein Antriebselement, das durch eine Riemenantriebsscheibe 38 dargestellt ist, ist mit der elektromagnetischen Kupplung 36 antreibend verbunden.
Im Betrieb wird, beispielsweise bei einer Kraftfahrzeuganwendung, die Antriebsriemenscheibe 38 oder ein anderes Antriebselement durch den Motor kontinuierlich angetrieben, während der Motor arbeitet. Solange die elektromagnetische Kupplung 36 nicht betätigt wird, wird der Rest des Antriebsstrangs nicht betätigt und die Kompressorrotoren 12, 14 bleiben stationär. Die elektromagnetische Kupplung ist von außen steuerbar, um den Antriebsstrang 26 zu betreiben und die Kompressorrotoren anzutreiben, um den Kompressor zu betreiben, wenn dies von der nicht gezeigten externen Steuerung angefordert wird.
Wenn die elektromagnetische Kupplung 36 betätigt wird, wird die Antriebsriemenscheibe durch die rotierende elektromagnetische Kupplung mit der Servoölpumpe 34 verbunden, die sich dreht und Öl aus dem Kupplungsgehäuse entnimmt und druckbeaufschlagtes Öl an die Hydraulikkupplung überträgt. Gleichzeitig beginnt die rotierende Ölpumpe 34 damit, den Eingangsabschnitt der Hydraulikkupplung 32, mit welcher sie verbunden ist, zu drehen. Wenn der Öldruck von der Pumpe ausreicht, bringt er die Hydraulikkupplung 32 in Eingriff, wodurch die Antriebsriemenscheibe 38 durch den Antriebsstrang 26 mit dem Timing-Zahnrad 20 verbunden wird, was die Rotoren 12, 14 antreibt und dadurch die Kompressorbetriebsvorrichtung 10 in Betrieb setzt.
Wenn der Kompressor betrieben wird, erhöht er die potentielle Leistung des zugehörigen Motors. Wenn die servobetätigte Betriebsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wird die Motordrehzahl oder die Motorlast, bei welcher der Kompressorantriebsstrang in Eingriff gebracht werden kann, erhöht, sodass der Kompressor nur dann arbeiten wird, wenn erhöhte Leistung angefordert wird, wodurch unnötige Energieverluste bei niedrigeren Drehzahlen und Lasten verringert werden.
Wenn die Motordrehzahl oder -last unter das Niveau, welches ein Laden benötigt, verringert wird, wird die elektromagnetische Kupplung deaktiviert und die Antriebsstrangverbindung wird unterbrochen, sodass der Kompressor anhält, wodurch der Energieverlust aus einem Betrieb der Kompressorbetriebsvorrichtung 10 beseitigt wird.
Nun auf 2 der Zeichnungen Bezug nehmend ist eine zweite Ausführungsform einer Betriebsvorrichtung 40 veranschaulicht. Die zuvor beschriebenen Komponenten und die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform 10 sind in der zweiten Ausführungsform 40 wiederholt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile anzeigen und eine wiederholende Beschreibung dieser Merkmale in 2 weggelassen wird.
Die zweite Ausführungsform 40 unterscheidet sich von der Ausführungsform 10 durch das Einfügen eines hydraulischen Akkumulators 42 zwischen der Servopumpe 34 und der Hydraulikkupplung 32. Die Pumpe 34 ist mit dem Akkumulator 42 durch einen (vorzugsweise internen) Ladedurchgang verbunden, der in 2 durch einen externen Ladeschlauch 44 dargestellt ist. Ein Rückschlagventil 46 in dem Durchgang oder dem Schlauch 44 kann verwendet werden, um eine Ölströmung nur von der Pumpe 34 an den Akkumulator 42 zuzulassen, um für ein Laden des Öldrucks in dem Akkumulator zu sorgen, wenn die Pumpe läuft.
Ein (vorzugsweise interner) Eingriffsdurchgang ist in 2 durch einen Eingriffsschlauch 48 dargestellt. Ein Steuerungsventil 50 in dem Eingriffsdurchgang oder Schlauch 48 wird geöffnet, um druckbeaufschlagtes Öl aus dem Akkumulator 42 an die Hydraulikkupplung 32 weiterzuleiten, um die Kupplung in Eingriff zu bringen und die Betriebsvorrichtung und den zugehörigen Kompressor zu betätigen.
Das Hinzufügen des Akkumulators 42 beschleunigt den Beginn des Kompressorbetriebs, da das druckbeaufschlagte Öl in dem Akkumulator 42 an die Hydraulikkupplung 32 übertragen wird, sobald eine Steuerung betätigt wird, um einen Betrieb der elektromagnetischen Kupplung 36 zu starten, welche die Servoölpumpe 34 betätigt. Somit kann die Hydraulikkupplung 32 durch den Akkumulatordruck in Eingriff gebracht werden, bevor die Pumpe einen ausreichenden Druck entwickelt hat, um den Akkumulator 42 wieder aufzuladen.
Obwohl die Erfindung durch Bezugnahme auf gewisse bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass zahlreiche Änderungen im Geist und Umfang der beschriebenen erfinderischen Konzepte durchgeführt werden können. Folglich ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern dass sie den vollen Schutzumfang aufweist, der durch die Sprache der folgenden Ansprüche zulässig ist.

Claims

Betriebsvorrichtung für einen Verdrängungskompressor eines Motors, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Rotorpaar mit ineinander greifenden Nocken, das zur Drehung in einem Rotorgehäuse ausgelegt ist; wobei die Rotoren mit einem Timing-Zahnradpaar verbunden sind, das eingesetzt ist, um eine gleichmäßige und entgegengesetzte Drehung der Rotoren in dem Gehäuse zu erhalten; einen Zahnradbehälter, der die Timing-Zahnräder umschließt und so ausgelegt ist, dass es ein Ölvolumen zum Schmieren der Zahnräder enthält; und einen servobetätigten Antriebsstrang, der mit einem der Timing-Zahnräder in Eingriff steht und so ausgelegt ist, dass er die Timing-Zahnräder dreht und die Rotoren antreibt, wenn er betätigt wird, wobei der Antriebsstrang umfasst: ein geschlossenes Kupplungsgehäuse, das dem Zahnradbehälter benachbart ist und so ausgelegt ist, dass es Öl zur Verwendung in dem Kupplungsgehäuse enthält; eine Hydraulikkupplung in dem Kupplungsgehäuse, die mit einem der Timing-Zahnräder in Eingriff steht, um die Timing-Zahnräder anzutreiben, wenn sich die Hydraulikkupplung im Eingriff befindet; eine Servoölpumpe in dem Kupplungsgehäuse, die mit der Hydraulikkupplung hydraulisch verbunden ist, wobei die Pumpe so ausgelegt ist, dass sie bei Betätigung druckbeaufschlagtes Öl zum Ineingriffbringen der Hydraulikkupplung liefert, wobei die Pumpe mit der Hydraulikkupplung antreibend verbunden ist, um die Hydraulikkupplung zu drehen, wenn die Ölpumpe betätigt wird; eine elektromagnetische Kupplung, die sich außerhalb des Kupplungsgehäuses befindet und mit der Hydraulikkupplung antreibend verbunden ist, um die Hydraulikkupplung zu drehen, wenn die elektromagnetische Kupplung betätigt wird; und ein Antriebselement, das mit der elektromagnetischen Kupplung antreibend verbunden ist, wobei die elektromagnetische Kupplung extern steuerbar ist, um das Antriebselement zur Drehung mit der Ölpumpe zu verbinden und die Ölpumpe zu drehen, um eine Betätigung und Drehung der Hydraulikkupplung einzuleiten, woraus eine Drehung der Timing-Zahnräder und der Kompressorrotoren resultiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zahnradbehälter abgedichtet ist, um eine permanente Schmiermittelladung zu behalten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Kupplungsgehäuse mit dem Zahnradbehälter in Verbindung steht, um ein gemeinsames Nutzen der permanenten Schmiermittelladung mit dem Zahnradbehälter zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen hydraulischen Akkumulator umfasst, der zwischen die Ölpumpe und die Hydraulikkupplung gekoppelt ist, um den Akkumulator mit druckbeaufschlagtem Öl von der Pumpe aufzuladen und die Hydraulikkupplung mit dem druckbeaufschlagten Öl aus dem Akkumulator zu betätigen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, die ferner Ventile zum Halten des Öldrucks in dem Akkumulator umfasst, wenn die Ölpumpe deaktiviert ist, und zum erneuten Öffnen einer Akkumulatordruckölströmung an die Hydraulikkupplung, wenn die elektromagnetische Kupplung erneut aktiviert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Antriebselement eine Riemenscheibe ist.
Verdrängungskompressor eines Motors, umfassend: ein Rotorpaar mit ineinander greifenden Nocken, das zur Drehung in einem Rotorgehäuse ausgelegt ist; wobei die Rotoren mit einem Timing-Zahnradpaar verbunden sind, das eingesetzt ist, um eine gleichmäßige und entgegengesetzte Drehung der Rotoren in dem Gehäuse zu erhalten; einen Zahnradbehälter, der die Timing-Zahnräder umschließt und so ausgelegt ist, dass er ein Ölvolumen zum Schmieren der Zahnräder enthält; und einen servobetätigten Antriebsstrang, der mit einem der Timing-Zahnräder in Eingriff steht und so ausgelegt ist, dass er bei Betätigung die Timing-Zahnräder dreht und die Rotoren antreibt, wobei der Antriebsstrang umfasst: ein geschlossenes Kupplungsgehäuse benachbart zu dem Zahnradbehälter, das so ausgelegt ist, dass es Öl zur Verwendung in dem Kupplungsgehäuse enthält; eine Hydraulikkupplung in dem Kupplungsgehäuse, die mit einem der Timing-Zahnräder in Eingriff steht, um die Timing-Zahnräder anzutreiben, wenn sich die Hydraulikkupplung in Eingriff befindet; eine Servoölpumpe in dem Kupplungsgehäuse, die mit der Hydraulikkupplung hydraulisch verbunden ist, wobei die Pumpe so ausgelegt ist, dass sie bei Betätigung druckbeaufschlagtes Öl zum Ineingriffbringen der Hydraulikkupplung liefert, wobei die Pumpe mit der Hydraulikkupplung antreibend verbunden ist, um die Hydraulikkupplung zu drehen, wenn die Ölpumpe betätigt wird; eine elektromagnetische Kupplung, die sich außerhalb des Kupplungsgehäuses befindet und mit der Hydraulikkupplung antreibend verbunden ist, um die Hydraulikkupplung zu drehen, wenn die elektromagnetische Kupplung betätigt wird; und ein Antriebselement, das mit der elektromagnetischen Kupplung antreibend verbunden ist, wobei die elektromagnetische Kupplung von außen steuerbar ist, um das Antriebselement zur Drehung mit der Ölpumpe zu verbinden und die Ölpumpe zu drehen, um eine Betätigung und Drehung der Hydraulikkupplung einzuleiten, was zur Drehung der Timing-Zahnräder und der Kompressorrotoren führt.
Kompressor nach Anspruch 7, wobei der Zahnradbehälter abgedichtet ist, um eine permanente Schmiermittelladung zu behalten.
Kompressor nach Anspruch 8, wobei das Kupplungsgehäuse mit dem Zahnradbehälter in Verbindung steht, um eine gemeinsame Nutzung der permanenten Schmiermittelladung mit dem Zahnradbehälter zu ermöglichen.
Kompressor nach Anspruch 7, der ferner einen hydraulischen Akkumulator umfasst, der zwischen die Ölpumpe und die Hydraulikkupplung gekoppelt ist, um den Ak kumulator mit druckbeaufschlagtem Öl von der Pumpe aufzuladen und die Hydraulikkupplung mit dem druckbeaufschlagten Öl aus dem Akkumulator zu betätigen.
Kompressor nach Anspruch 10, der ferner Ventile zum Halten des Öldrucks in dem Akkumulator umfasst, wenn die Ölpumpe deaktiviert ist, und zum erneuten Öffnen einer Akkumulatordruckölströmung an die Hydraulikkupplung, wenn die elektromagnetische Kupplung erneut aktiviert ist.
Kompressor nach Anspruch 7, wobei das Antriebselement eine Riemenscheibe ist.
Verfahren zum Betreiben eines Motorkompressors nach Anspruch 7, wobei das Verfahren umfasst, dass die Kompressorrotoren von dem Antriebselement durch die elektromagnetische Kupplung, den Hydraulikpumpenrotor, die Hydraulikkupplung und die Timing-Zahnräder an die Rotoren direkt mechanisch angetrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 13, das umfasst, dass: das Kompressorantriebselement mit einem sich drehenden Antriebsausgabeelement eines zugehörigen Motors antreibend verbunden wird; die elektromagnetische Kupplung durch eine externe Steuerung betätigt wird, um die elektromagnetische Kupplung in Eingriff zu bringen und das Antriebselement mit dem Rotor der Hydraulikpumpe zu verbinden, wodurch der Eingang der Hydraulikkupplung gedreht wird; und ein Hydraulikfluid von der rotierenden Pumpe an die Hydraulikkupplung gepumpt wird, um die Kupplung in Eingriff zu bringen und das Timing-Zahnrad, das mit der Kupplung verbunden ist, anzutreiben, wodurch die Zahnräder und die Kompressorrotoren gedreht werden und ein Eingriff der Kupplungen bei einer höheren Eingriffsdrehzahl mit einer elektromagnetischen Kupplung geringer Leistung, welche die Hydraulikpumpe antreibt, ermöglicht wird.