特開 2022-174018 可変容量制御式のピストンコンプレッサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022174018

(43)【公開日】2022-11-22

(54)【発明の名称】可変容量制御式のピストンコンプレッサ

(51)【国際特許分類】

   F04B 39/10 20060101AFI20221115BHJP

   F04B 39/12 20060101ALI20221115BHJP

   F04B 39/00 20060101ALI20221115BHJP

【ＦＩ】

F04B39/10 U

F04B39/12 C

F04B39/00 104Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022076902

(22)【出願日】2022-05-09

(31)【優先権主張番号】A 50359/2021

(32)【優先日】2021-05-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AT

(71)【出願人】

【識別番号】304033177

【氏名又は名称】ヘルビガー ウィーン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｅｒｂｉｇｅｒ Ｗｉｅｎ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｓｅｅｓｔａｄｔｓｔｒａｓｓｅ ２５，ＡＴ－１２２０ Ｗｉｅｎ，Ａｕｓｔｒｉａ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】マティアス コアンフェルト

(72)【発明者】

【氏名】クラウス シュタッヘル

(72)【発明者】

【氏名】リーリー ワン

【テーマコード（参考）】

3H003

【Ｆターム（参考）】

3H003AA02

3H003AC01

3H003BC03

3H003CC07

3H003CD03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】大型のピストンコンプレッサにおいても精密かつ迅速なフィード量の適合が可能である、ピストンコンプレッサのための、接続室による改良された無段階式容量制御を提供する。
【解決手段】溢流開口１２を介して圧縮室５に接続された接続室１１と、溢流開口１２を開閉するための接続弁１３と、接続弁を制御するための接続弁制御ユニット１４とを備えているピストンコンプレッサ１を提供するために、接続弁が、接続室内の圧力と圧縮室内の圧力との圧力比に応じて溢流開口を自動的に開閉する自動的なリング弁として形成されており、接続弁は、接続室内の圧力が圧縮室内の圧力よりも大きい場合に自動的に開き、接続弁を圧力比に関係なく開放状態に保持するために、電気的に駆動制御可能なアクチュエータ１７によって操作可能なリフトグリッパ１５が設けられており、電磁式のアクチュエータは操作のために接続弁制御ユニットによって駆動制御可能である。
【選択図】図１ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピストンコンプレッサ（１）であって、シリンダ（２）内に圧縮室（５）を形成するために前記シリンダ（２）内で往復運動可能なピストン（３）を備えており、前記圧縮室（５）には少なくとも１つの吸込弁（６）と少なくとも１つの圧力弁（８）とが設けられており、接続室容積を有する少なくとも１つの接続室（１１）が設けられており、前記接続室は、少なくとも１つの溢流開口（１２）を介して前記圧縮室（５）に接続されており、前記溢流開口（１２）を開閉するための接続弁（１３）と、前記接続弁（１３）を制御するための接続弁制御ユニット（１４）とが設けられている、ピストンコンプレッサ（１）において、
前記接続弁（１３）は、前記接続室（１１）内の圧力と前記圧縮室（５）内の圧力との圧力比に応じて前記溢流開口（１２）を自動的に開閉する自動的なリング弁として形成されており、前記接続弁（１３）は、前記接続室（１１）内の圧力が前記圧縮室（５）内の圧力よりも大きい場合に自動的に開き、前記接続弁（１３）を前記圧力比に関係なく開放状態に保持するために、電気的に駆動制御可能なアクチュエータ（１７）によって操作可能なリフトグリッパ（１５）が設けられており、前記アクチュエータ（１７）は、操作のために前記接続弁制御ユニット（１４）によって駆動制御可能であることを特徴とする、ピストンコンプレッサ（１）。

【請求項2】

前記接続弁（１３）の開放状態で、前記溢流開口（１２）の流れ横断面積は、前記シリンダ（２）の孔の孔横断面積の少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％、特に好ましくは少なくとも１５％である、請求項１記載のピストンコンプレッサ（１）。

【請求項3】

前記シリンダ（２）の孔の孔直径（Ｂ）は、少なくとも１００ｍｍ、好ましくは少なくとも５００ｍｍ、特に好ましくは少なくとも８００ｍｍである、請求項１または２記載のピストンコンプレッサ（１）。

【請求項4】

前記アクチュエータ（１７）は、少なくとも５Ｈｚの、好ましくは少なくとも１０Ｈｚの、特に好ましくは少なくとも２０Ｈｚのスイッチング周波数を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストンコンプレッサ（１）。

【請求項5】

前記アクチュエータ（１７）として、電磁式のアクチュエータまたは電気液圧式のアクチュエータが設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストンコンプレッサ（１）。

【請求項6】

前記吸込弁（６）および／または前記圧力弁（８）は、自動的な弁として、好ましくは自動的なリング弁として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のピストンコンプレッサ（１）。

【請求項7】

前記吸込弁（６）および／または前記圧力弁（８）は、前記圧縮室（５）内の前記シリンダ（２）の周面に配置されており、かつ／または、前記接続弁（１３）は、前記ピストン（３）のピストンヘッド（３ａ）に対向している、前記シリンダ（２）の端面に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のピストンコンプレッサ（１）。

【請求項8】

前記接続弁（１３）は、同心的に配置された、少なくとも所定の区分でリング状の複数の溢流開口（１２）を有しており、前記溢流開口（１２）にはそれぞれ１つのシールエレメント（２１）が配属されており、前記リフトグリッパ（１５）は、前記リング状の溢流開口（１２）を貫通して前記シールエレメント（２１）に作用する、請求項１から７までのいずれか１項記載のピストンコンプレッサ（１）。

【請求項9】

複数のリング状のシールエレメント（２１）が、半径方向のウェブを介して接続されて１つのシールプレートをなしている、請求項８記載のピストンコンプレッサ（１）。

【請求項10】

前記接続弁（１３）は、前記接続室（１１）が設けられている弁ケーシング（１８）を有しており、前記電磁式のアクチュエータ（１７）は、前記弁ケーシング（１８）の外側に配置されていて、前記弁ケーシング（１８）の壁を貫通して前記接続室（１１）内に突入する伝達ロッド（２０）を介して前記リフトグリッパ（１５）に接続されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のピストンコンプレッサ（１）。

【請求項11】

前記接続弁制御ユニット（１４）は、負荷信号（Ｌ）に応じて、かつ／または前記ピストンコンプレッサ（１）のクランク角信号（φ）に応じて、前記接続弁（１３）を制御するように構成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のピストンコンプレッサ（１）。

【請求項12】

ピストンコンプレッサ（１）のための弁構成群（ＶＧ）であって、弁ケーシング（１８）を有しており、前記弁ケーシング内には、接続室容積を有する接続室（１１）が配置されており、前記接続室は、少なくとも１つの溢流開口（１２）を介して周囲に接続されていて、前記溢流開口（１２）を開閉するための少なくとも１つの接続弁（１３）を有しており、前記接続弁（１３）は接続弁制御ユニット（１４）によって駆動制御可能である、弁構成群（ＶＧ）において、
前記接続弁（１３）は、前記接続室（１１）内の圧力と周囲圧力との圧力比に応じて前記溢流開口（１２）を自動的に開閉する自動的なリング弁として形成されており、前記接続弁（１３）は、前記接続室（１１）内の圧力が、前記周囲圧力よりも大きい場合に自動的に開き、前記接続弁（１３）を前記圧力比に関係なく開放状態に保持するために、電気的に駆動制御可能なアクチュエータ（１７）によって操作可能なリフトグリッパ（１５）が設けられており、前記アクチュエータ（１７）は、操作のために前記接続弁制御ユニット（１４）によって駆動制御可能であることを特徴とする、弁構成群（ＶＧ）。

【請求項13】

前記弁ケーシング（１８）は、前記ピストンコンプレッサ（１）のシリンダ（２）内に配置するために、弁ケーシング直径（Ｄ_Ｖ）を有した円筒状の弁ケーシング区分（２６）を有しており、前記接続弁（１３）の開放状態で、前記溢流開口（１２）の流れ横断面積は、前記円筒状の弁ケーシング区分（２６）のケーシング横断面積の少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％、特に好ましくは少なくとも１５％である、請求項１２記載の弁構成群（ＶＧ）。

【請求項14】

前記アクチュエータ（１７）は、少なくとも５Ｈｚの、好ましくは少なくとも１０Ｈｚの、特に好ましくは少なくとも２０Ｈｚのスイッチング周波数を有しており、アクチュエータ（１７）として、好ましくは電磁式のアクチュエータまたは電気液圧式のアクチュエータが設けられている、請求項１２または１３記載の弁構成群（ＶＧ）。

【請求項15】

前記接続弁（１３）は、同心的に配置された、少なくとも所定の区分でリング状の複数の溢流開口（１２）を有しており、前記溢流開口（１２）にはそれぞれ１つのシールエレメント（２１）が配属されており、前記リフトグリッパ（１５）は、前記リング状の溢流開口（１２）を貫通して前記シールエレメント（２１）に作用する、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の弁構成群（ＶＧ）。

【請求項16】

複数のリング状のシールエレメント（２１）が、半径方向のウェブを介して接続されて１つのシールプレートをなしている、請求項１５記載の弁構成群（ＶＧ）。

【請求項17】

前記アクチュエータ（１７）は、前記弁ケーシング（１８）の外側に配置されていて、前記弁ケーシング（１８）の壁を貫通して前記接続室（１１）内に突入する伝達ロッド（２０）を介して前記リフトグリッパ（１５）に接続されている、請求項１２から１６までのいずれか１項記載の弁構成群（ＶＧ）。

【請求項18】

請求項１から１１までのいずれか１項記載のピストンコンプレッサ（１）を作動させるための方法であって、圧縮媒体を、ピストン（３）の膨張行程の間、少なくとも１つの吸込弁（６）を介して圧縮室（５）内に吸い込み、これに続く、前記ピストン（３）の圧縮行程の間、少なくとも１つの圧力弁（８）を介して前記圧縮室（５）から排出する方法において、
接続室（１１）内の圧力が前記圧縮室（５）内の圧力（ｐＯＰ１，ｐＯＰ２）よりも大きい場合に、前記膨張行程において前記吸込弁（６）の開放よりも前に接続弁（１３）が開放点（ＯＰ１，ＯＰ２）で自動的に開き、この場合、前記接続室（１１）内の圧力および前記圧縮室（５）内の圧力とは無関係に前記接続弁（１３）を開放状態に保持するために、リフトグリッパ（１５）を作動させ、前記リフトグリッパ（１５）を、前記吸込弁（６）の閉鎖後、前記圧縮行程の所定の時点で非作動にさせ、これにより前記接続弁（１３）は、前記圧縮行程において規定された閉鎖点（ＳＰ１，ＳＰ２）で、前記接続室（１１）内の圧力に対して相対的に高い、前記圧縮室（５）内の圧力（ｐＳＰ１，ｐＳＰ２）によって自動的に閉じ、この場合、前記リフトグリッパ（１５）をアクチュエータ（１７）によって操作し、前記アクチュエータ（１７）を接続弁制御ユニット（１４）によって駆動制御することを特徴とする、方法。

【請求項19】

前記接続弁（１３）の前記閉鎖点（ＳＰ１，ＳＰ２）を、前記ピストンコンプレッサ（１）のクランク角（φ）に応じて規定し、前記接続弁（１３）を、前記リフトグリッパ（１５）の非作動後、好ましくは最大５°のクランク角の、好ましくは最大３°のクランク角のクランク角範囲内で閉鎖し、かつ／または、前記接続弁（１３）の前記閉鎖点（ＳＰ１，ＳＰ２）を、前記ピストンコンプレッサ（１）の負荷信号（Ｌ）に応じて、好ましくは１回の圧縮サイクル内で変更する、請求項１８記載の方法。

【請求項20】

膨張行程における前記接続弁（１３）の前記開放点（ＯＰ１，ＯＰ２）を、先行する圧縮行程における前記接続弁（１３）の前記閉鎖点（ＳＰ１，ＳＰ２）によって規定する、請求項１８または１９記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ピストンコンプレッサであって、シリンダ内に圧縮室を形成するためにシリンダ内で往復運動可能なピストンを備えており、圧縮室には少なくとも１つの吸込弁と少なくとも１つの圧力弁とが設けられており、規定の接続室容積を有する少なくとも１つの接続室が設けられていて、接続室は、溢流開口を介して圧縮室に接続されており、溢流開口を開閉するための接続弁と、接続弁を駆動制御するための接続弁制御ユニットとが設けられている、ピストンコンプレッサに関する。さらに本発明は、このようなピストンコンプレッサを作動させるための方法ならびにピストンコンプレッサのための弁構成群に関する。

【背景技術】

【0002】

接続室によるピストンコンプレッサの容量またはフィード量の制御は、主に、一定の回転数を有するピストンコンプレッサで使用される定評のある原理である。接続室によって損失スペースを拡大することができ、これによりコンプレッサの圧力上昇率および低下率を平坦化し、フィードされる媒体の量を減らすことができる。このような制御の形態は、殆ど損失がなく、特に中型および大型のコンプレッサにおいて、コンプレッサの作動点をコンプレッサの駆動に合わせて調整するために好んで使用される。接続室によって損失スペースの体積を変化させる形式は、原則的に２つの形式で行うことができる。一方では、１つ以上の弁を介して直列または並列に接続可能な、不変の容積を有する１つ以上の接続室を設けることができる。他方では、ピストンの調節により変更可能な可変の容積を有する１つの接続室を設けることができる。

【0003】

様々な容積を有する複数の接続室の段階的な接続は、例えば、中国特許出願公開第１１１１８８７５９号明細書または米国特許第５７３５６７５号明細書により公知である。この場合、液圧式のまたは空気圧式のアクチュエータを介して、接続室の個々の部分容積が、弁の開放により圧縮室に接続される。構成形式に基づき、接続は、コンプレッサ回転数と比較して、比較的ゆっくりと行われる。この場合、接続弁は比較的長い時間にわたって開放され続けるので、所属の接続室は、圧縮室体積に接続されたままとなる。このような形式の制御によっては、フィードされる媒体の量は、離散的な段階でしか変更することはできず、無段階式の精密な量制御は不可能である。

【0004】

英国特許出願公告第４８７９１６号明細書により、接続弁を、機械的なばね、または空気圧式または液圧式に調節可能な閉鎖圧によって、閉鎖状態に保持することができる構成形式も公知である。この弁は、圧縮室内の圧力が接続弁の閉鎖圧を超過すると、すぐに自動的に開く。接続弁が開くと、圧縮過程中に、接続室容積が接続されて、この時点以降、圧力上昇曲線は平坦化される。閉鎖圧の適合により、ひいては接続室の接続時点の適合により、フィードされるガス量の簡単な無段階式の制御を達成することができる。しかしながら、このような構成形式によっても、コンプレッサ回転数と比較してゆっくりの接続時点の適合しか行えない。空気圧式または液圧式の閉鎖圧付与の範囲内の圧縮可能性の作用ならびに弁シールエレメントにおける摩擦の作用に基づき、弁の開放時点は、ひいてはフィードされるガス量は、著しくこれらの作用に依存している。このような構成形式では、フィードされるガス量の精密な制御は限定的にしか可能ではない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明の課題は、大型のピストンコンプレッサにおいても精密かつ迅速なフィード量の適合が可能である、ピストンコンプレッサのための、接続室による改良された無段階式容量制御を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、本発明によれば、接続弁が、接続室内の圧力と圧縮室内の圧力との圧力比に応じて溢流開口を自動的に開閉する自動的なリング弁として形成されており、接続弁は、接続室内の圧力が圧縮室内の圧力よりも大きい場合に自動的に開き、接続弁を圧力比に関係なく開放状態に保持するために、電気的に駆動制御可能なアクチュエータによって操作可能なリフトグリッパが設けられており、電磁式のアクチュエータは操作のために接続弁制御ユニットによって駆動制御可能であることによって解決される。これにより、極めて短い時間内で、特に、１回の圧縮サイクル内でまたはクランクシャフトの１回転以内で、コンプレッサの負荷変更に極めて正確に反応することができる。これは、これまでは、シート弁が使用されていたため、特に、比較的ゆっくりの空気圧式またはもっぱら液圧式の操作が比較的遅いために不可能であった。

【0007】

好ましくは、接続弁の開放状態で、溢流開口の流れ横断面積は、シリンダの孔の孔横断面積の少なくとも５％である、好ましくは少なくとも１０％である、特に好ましくは少なくとも１５％である。シリンダの孔の孔直径は、この場合、好ましくは少なくとも１００ｍｍ、好ましくは少なくとも５００ｍｍ、特に好ましくは少なくとも８００ｍｍである。大きな流れ横断面積によって、絞り損失を減じることができ、弁の開放維持のために必要な力を減じることができる。この場合、リング弁の利点は、特に、コンプレッサの、特に孔直径の構成サイズによって大きくなる。

【0008】

アクチュエータは、好ましくは少なくとも５Ｈｚの、好ましくは少なくとも１０Ｈｚの、特に好ましくは少なくとも２０Ｈｚのスイッチング周波数を有している。有利には、アクチュエータとして、電磁式のアクチュエータまたは電気液圧式のアクチュエータが設けられる。これにより、弁の極めて精密な閉鎖時間を実現することができる。電磁式のアクチュエータおよび電気液圧式のアクチュエータは、このために特に適している。

【0009】

吸込弁および／または圧力弁も、自動的な弁として、好ましくは自動的なリング弁として形成されていると、操作するためのアクチュエータが必要ないので、有利である。この場合、吸込弁および／または圧力弁は、好ましくは圧縮室内のシリンダの周面に配置されており、かつ／または、接続弁は、ピストンのピストンヘッドに対向している、ピストンコンプレッサのシリンダの端面に配置されている。端面側には、接続弁のために大きなスペースが存在しているので、これは有利である。さらにこれにより、接続弁の簡単な組み付けおよび後付けが可能となる。

【0010】

好ましくは、接続弁は、同心的に配置された、少なくとも所定の区分でリング状の複数の溢流開口を有しており、溢流開口にはそれぞれ１つのシールエレメントが配属されており、リフトグリッパは、リング状の溢流開口を貫通してシールエレメントに作用する。これにより、流れ横断面を拡大することができ、絞り力を減じることができる。この場合、複数のリング状のシールエレメントが、半径方向のウェブを介して接続されて１つのシールプレートをなしていると、これにより必要な個別の構成要素の数が減り、これにより例えば組付けが容易になるので、有利であり得る。

【0011】

さらに、接続弁は、接続室が設けられている弁ケーシングを有しており、電磁式のアクチュエータは、弁ケーシングの外側に配置されていて、弁ケーシングの壁を貫通して接続室内に突入する伝達ロッドを介してリフトグリッパに接続されていると有利であり得る。これにより、アクチュエータを、接続室内の高い温度および圧力に対して保護することができ、制御ユニットに簡単に接続することができる。

【0012】

接続弁制御ユニットは、好ましくは、負荷信号に応じて、かつ／またはピストンコンプレッサのクランク角信号に応じて、接続弁を制御するように構成されている。これにより、接続室を有利には、ピストンコンプレッサの作動状態に依存して、接続および接続解除することができる。

【0013】

課題はさらに、弁構成群によって、接続弁が、接続室内の圧力と周囲圧力との圧力比に応じて溢流開口を自動的に開閉する自動的なリング弁として形成されており、接続弁は、接続室内の圧力が周囲圧力よりも大きい場合に自動的に開き、接続弁を圧力比に関係なく開放状態に保持するために、電気的に駆動制御可能なアクチュエータによって操作可能なリフトグリッパが設けられており、アクチュエータは操作のために接続弁制御ユニットによって駆動制御可能であることによって解決される。

【0014】

さらにこの課題は、接続室内の圧力が圧縮室内の圧力よりも大きい場合に、膨張行程において吸込弁の開放よりも前に接続弁が開放点で自動的に開き、接続室内の圧力および圧縮室内の圧力とは無関係に接続弁を開放状態に保持するために、リフトグリッパを作動させ、リフトグリッパを、吸込弁の閉鎖後、圧縮行程の所定の時点で非作動にし、これにより接続弁は、圧縮行程において規定された閉鎖点で、接続室内の圧力に対して相対的に高い、圧縮室内の圧力によって自動的に閉鎖し、この場合、リフトグリッパをアクチュエータによって操作し、アクチュエータを接続弁制御ユニットによって駆動制御する方法によって解決される。

【0015】

以下に、本発明の有利な構成を例として概略的に非限定的に示す図１ａ～図３ｄに基づき本発明を詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1a】接続室を含む弁構成群が配置されている、ピストンコンプレッサのシリンダを示す図である。

【図1b】代替的な構成の、シリンダスリーブと弁構成群とを有したピストンコンプレッサのシリンダを示す図である。

【図2】容量制御の様々な作動点が示された、ピストンコンプレッサのｐ－Ｖ線図を示す図である。

【図3a】容量制御の１つの作動点が示された、ピストンコンプレッサのｐ－Ｖ線図を示す図である。

【図3b】容量制御の１つの作動点が示された、ピストンコンプレッサのｐ－Ｖ線図を示す図である。

【図3c】容量制御の１つの作動点が示された、ピストンコンプレッサのｐ－Ｖ線図を示す図である。

【図3d】容量制御の１つの作動点が示された、ピストンコンプレッサのｐ－Ｖ線図を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１ａおよび図１ｂには、シリンダ２の領域におけるピストンコンプレッサ１のコンプレッサケーシング１０の断面図がそれぞれ概略的に示されている。ピストンコンプレッサ１の構造および機能形式は周知であるので、ここではこの点については詳しく述べず、以下では、本発明において重要な構成要素と機能形式について説明する。本明細書の例としては１つだけのシリンダ２が示されているとしても、ピストンコンプレッサ１が複数のシリンダ２を有することもできることはもちろん明白である。シリンダ２内には、シリンダ２内で往復運動することができるピストン３が公知の形式で配置されている。ピストン３を、例えば、軸方向で往復運動する単に略示されたピストンロッド４によって駆動することができる。ピストンロッド４自体は、図示されていないプッシュロッドによって、公知のようにクランクシャフトを介して駆動されてよい。

【0018】

この場合、横方向力は、すべり軸受を介してシリンダ２またはクランクケース内に支持されている別個のジョイント、いわゆるクロスヘッドによって吸収される。これにより、ピストンロッド４は、軸方向の運動のみを行う。しかしながらもちろん、プッシュロッドによるピストンの直接駆動も可能である。この場合、横方向力は、ピストン３によって吸収され、シリンダ２で支持される。しかしながら、駆動形式は本発明にとっては重要ではなく、実質的に、ピストンコンプレッサ１の構成形式、サイズ、および用途によるものである。クロスヘッド構成形式は、例えば、二重作用ピストンコンプレッサで使用される。図１ｂの実施形態は、図１ａとは、コンプレッサケーシング１０内に、シリンダライナとしても公知の別個のシリンダスリーブ２ａが装着されている点、および接続弁１３の後述する弁構成群ＶＧの構造的な構成の点で異なっている。したがって、図１ｂでは、シリンダスリーブ２ａがシリンダ２を形成していて、ピストン３はシリンダスリーブ２ａ内で運動する。

【0019】

公知のように、シリンダ２内には、ピストン３のピストンヘッド３ａの上方に圧縮室５が形成されて、この圧縮室内で、圧縮媒体、例えば空気または所定のガスが、ピストン３の運動によって圧縮される。圧縮媒体は、１つ以上の吸込弁６を介して、１つ以上の吸込管７から吸い込まれてよく、１つ以上の圧力管９の１つ以上の圧力弁８を介して供給されてよい。ピストンコンプレッサ１の構造的な構成に応じて、１つ以上の吸込弁６および／または１つ以上の圧力弁８は、例えば図示したように、シリンダ２の周囲に配置されていてよい。しかしながら、ピストンコンプレッサ１に（図示しない）別個のシリンダヘッドが設けられている場合には、吸込弁６および／または圧力弁８を、ピストンコンプレッサ１のシリンダヘッドに配置することもできる。この場合、圧縮室５は、ピストン３のピストンヘッド３ａとシリンダヘッドとの間に形成される。

【0020】

図１では、吸込弁６と圧力弁８とが、相応の回路記号によって単に概略的な、逆止弁として略示されている。しかしながら、もちろん、アクチュエータによって（強制）操作可能な駆動制御可能な弁、例えば、液圧式に、空気圧式に、または電磁式に操作可能な弁が使用されてもよい。具体的な構造的な構成は、本発明に関しては重要ではなく、当業者の任意である。有利には、吸込弁６および／または圧力弁８は、公知の自動的なリング弁として形成されていてよい。リング弁として形成された吸込弁６は、ピストン３の膨張行程の間、吸込管７内の圧力と、これに対して相対的に低い、圧縮室５内の圧力との圧力比に応じて、自動的に圧縮室５の方向で開かれる。場合によっては、吸込弁６に閉鎖状態の方向で予荷重をかける予荷重力を生成するために、例えば、ばねエレメントの形態の予荷重装置が、吸込弁６に設けられていてもよい。これにより、開放特性または閉鎖特性に影響を与えることができる。

【0021】

同様に、リング弁として形成された圧力弁８は、ピストン３の圧縮行程の間、圧力管９内の圧力と、これに対して相対的に高い、圧縮室５内の圧力との圧力比に応じて、自動的に圧力管９の方向で開かれる。場合によっては、この場合も、圧力弁８に閉鎖状態の方向で予荷重をかける予荷重力を生成するために、例えば、ばねエレメントの形態の予荷重装置が、圧力弁８に設けられていてもよい。したがって、ピストンコンプレッサ１の具体的な構造的な構成に応じて、ピストンコンプレッサ１のすべての回転数について、所定の一定のフィード量が生じる。したがって、主として一定の回転数で作動する大型コンプレッサでは、フィード量は実質的に一定である。

【0022】

しかしながら、一定の回転数にもかかわらずフィード量の変更がしばしば求められる。冒頭で述べたように、このために、一定のまたは可変の接続室容積を有する１つ以上の接続室を設けることができ、接続室は、圧縮室５に選択的に接続することができる。これにより、シリンダ２内の損失スペースが拡大され、これにより、圧縮室５内の圧力の増減の勾配を、以下で図２についてさらに詳しく説明するように、平坦にすることができる。図示したピストンコンプレッサ１内には、不変の接続室容積を有するただ１つの接続室１１が設けられている。接続室１１は、少なくとも１つの溢流開口１２を介して圧縮室５に接続されている。さらに、溢流開口１２を開閉するための接続弁１３および接続弁を駆動制御するための接続弁制御ユニット１４が設けられている。しかしながらもちろん、これは単なる例であり、これに限定されるものではないことが理解される。基本的には例えば、それぞれ１つの本発明による接続弁１３を備えた複数の平行な接続室１１が設けられていてもよく、または圧縮室５へ通じる本発明による１つの共通の接続弁１３を備えた、弁を介して互いに直列に接続される複数の接続室１１が設けられてもよい。本発明による接続弁１３を備えた、例えばピストンによって可変である接続室容積を備えた接続室１１が設けられることも考えられる。しかしながら、本発明の理解のためには、図示した例で十分である。

【0023】

接続弁制御ユニット１４としては、例えば、適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアの形態の別個のユニットが設けられていてよい。接続弁制御ユニット１４は、例えば、ピストンコンプレッサ１の、上位のコンプレッサ制御ユニット１６によって駆動制御することができるが、もちろん、コンプレッサ制御ユニットに統合されていてもよい。コンプレッサ制御ユニット１６は、例えば、ピストンコンプレッサ１の実際の負荷状態に関する負荷信号Ｌを、接続弁制御ユニット１４へと送信することができる。この信号に応じて、接続弁制御ユニット１４は、容量制御のために所定の作動モードを調節することができ、接続弁１３の閉鎖点ＳＰおよび開放点ＯＰを負荷信号Ｌに応じて相応に規定し、変更することができる。

【0024】

負荷信号Ｌとしては、例えば、供給量（＝圧縮された圧縮媒体のフィード量）、ピストンコンプレッサの電気的駆動装置の消費電力（＝駆動装置負荷）、または圧縮された圧縮媒体の圧力を用いることができ、この場合、多段式コンプレッサの場合には、例えば２つのコンプレッサ段の間の中間圧を用いることができる。接続弁１３の閉鎖点ＳＰおよび開放点ＯＰを圧縮サイクルに割り当てることができるように、コンプレッサ制御ユニット１６は、例えばクランク角信号φを接続弁制御ユニット１４へと送信することもできる。クランク角信号φは、例えば、ピストンコンプレッサ１のクランク角センサによって検出することができる。これにより有利には閉ループ制御を実現することができるので、閉鎖点ＳＰの精密な制御が可能となる。

【0025】

本発明によれば、接続弁１３は自動的なリング弁として形成されており、この弁によって溢流開口１２は、接続室１１内の圧力と圧縮室５内の圧力との間の圧力比に応じて自動的に開閉し、この場合、接続室内の圧力が圧縮室５内の圧力よりも大きい場合には、接続弁は圧縮室５の方向で開かれる。さらに、適切なアクチュエータ１７によって操作可能なリフトグリッパ１５が設けられている。リフトグリッパ１５は、自動的な開放後に接続弁１３を開放状態に保持するために設けられており、これについては図２についてさらに詳しく後述する。アクチュエータ１７は、リフトグリッパ１５を操作するために、接続弁制御ユニット１４（またはコンプレッサ制御ユニット）によって駆動制御されることができる。適切なアクチュエータ１７としては、接続弁１３の開放維持のために十分に大きな操作力を生成することができる、操作時間が十分に短い（またはスイッチング周波数が十分に高い）アクチュエータであると理解されたい。好ましくは、アクチュエータ１７としては、電気液圧式のアクチュエータまたは電磁式のアクチュエータが設けられる。電磁式のアクチュエータは、比較的短い操作時間または比較的高いスイッチング周波数を可能とし、液圧的な流体が不要であるという利点を有している。電気液圧式のアクチュエータは、比較的大きな操作力を生成することができるという利点を有している。当業者は、必要に応じて適切なアクチュエータ１７を設けることができる。図示した実施形態では、アクチュエータ１７は例示的に、電磁式のアクチュエータとして形成されている。

【0026】

図１ａおよび図１ｂに示したように、例えば接続室１１がその内部に配置されている、場合によっては多部分から成る弁ケーシング１８を含む別個の弁構成群ＶＧを設けることができる。弁構成群ＶＧは、シリンダ２の領域で、ピストンコンプレッサ１のコンプレッサケーシング１０に配置することができる。ピストンコンプレッサが（図示しない）別個のシリンダヘッドを有している場合には、弁構成群ＶＧを、例えば、ピストンコンプレッサのシリンダヘッドにそのために設けた開口に挿入することができる。しかしながら以下では、シリンダヘッドを有さない図示した態様を参照する。弁構成群ＶＧは、適切な固定手段１９、例えば、図１ａおよび図１ｂに概略的に示したように、周囲に分配された複数のねじによって、コンプレッサケーシング１０に固定されてよい。これにより、大きな構造上の変更を行う必要なく、既存のピストンコンプレッサ１の容量制御を簡単に後付けすることができる。弁ケーシング１８は、好ましくは、弁ケーシング直径Ｄ_Ｖを有する円筒状の弁ケーシング区分２６を有している。ピストンコンプレッサ１に弁構成群ＶＧを固定した状態では、弁ケーシング区分２６は少なくとも部分的にシリンダ２の内側に配置されている。図１ｂでは、円筒状の弁ケーシング区分２６は、ピストン３が運動するシリンダ２内に直接配置されているのではなく、シリンダスリーブ２ａを収容するために設けられた円筒状の収容開口内に配置されている。図１ａの例では、弁ケーシング直径Ｄ_Ｖは、実質的にシリンダ２の孔直径Ｂに相当する。図１ｂの例では、弁ケーシング直径Ｄ_Ｖは、シリンダスリーブ２ａに基づき、孔直径Ｂよりも幾分大きく、円筒状の収容開口の直径に実質的に相当する。

【0027】

アクチュエータ１７は、好ましくは、弁ケーシング１８の外側に配置されていて、弁ケーシング１８の壁を貫通して接続室１１内に突入する伝達ロッド２０を介してリフトグリッパ１５に接続されている。この構成は、一方では、アクチュエータ１７が接続室１１内の温度および圧力にさらされないので、熱的理由によって有利である。他方では、これにより、接続弁制御ユニット１４への簡単な電気的接続が可能である。さらに、アクチュエータ１７の体積が、接続室１１の接続室容積を減じることがないので、同じ接続室容積で、接続室１１をより小さく構成することができる。有利には、弁ケーシング１８は多部分から構成されている。図１ａおよび図１ｂに示した例では、弁ケーシング１８は、円筒状の弁ケーシング区分２６が設けられ、接続弁１３が配置されている第１のケーシング部分１８ａと、この場合、ケーシングカバーの形態で形成されている第２のケーシング部分１８ｂとを有している。接続室１１は、この場合、第１のケーシング部分１８ａと第２のケーシング部分１８ｂとによって形成されているかまたは画定されている。多部分から成る構成により、とりわけ、接続弁１３の簡単な組み付けおよび保守整備が可能である。この場合、アクチュエータ１７は、第２のケーシング部分１８ｂまたはケーシングカバーの外側に配置されており、伝達ロッド２０は、ケーシングカバーを貫通して接続室１１内に突入している。

【0028】

本発明によると、自動的なリング弁を、リフトグリッパ１５と、適切な、特に電磁式のアクチュエータ１７と共に使用することにより、今や、極めて短い時間内で、特に１回の圧縮サイクル内でまたはクランクシャフトの１回転の間に、極めて正確にコンプレッサ１の負荷変化に反応することができる。例えば、圧縮行程において、リフトグリッパ１５の操作後、最大５°の、好適には最大３°のクランク角以内で、接続弁１３を閉鎖することができる。従来技術では、接続弁のこのような迅速な制御は、使用されている弁ジオメトリにより、および特に、比較的ゆっくりである空気圧式またはもっぱら液圧式の操作のため、これまで不可能であった。

【0029】

特に、リング弁の使用により、特に有利にはシリンダ２の孔直径Ｂが少なくとも１００ｍｍである、好適には少なくとも５００ｍｍである、特に好適には少なくとも８００ｍｍである大型のピストンコンプレッサ１において、容量制御を利用することができる。孔直径Ｂは、図１ｂではシリンダスリーブ２ａの内径によって形成される。これまで使用されてきた従来のシート弁は、構造上、同等の弁行程の場合、溢流開口の溢流横断面が圧縮室に面した弁面積に対して比較的小さいので、すぐにその限界に達してしまう。このため、大型のピストンコンプレッサにおいて従来のシート弁を使用する場合には、溢流開口の領域で比較的大きく絞られることになり、これは、絞り損失により、圧縮された圧縮媒体の望ましくない加熱につながる。

【0030】

弁行程を大きくすれば、このような欠点は確かに部分的には減じられるが、このために閉鎖時間は長くなり、場合によってはこれにより、負荷変動に十分迅速に反応することができなくなるので、これもまた欠点である。他方で、弁行程の拡大は、圧縮室内の軸方向の構成スペースを制限するので、しばしば不可能である。さらに、シート弁の場合、比較的大きな弁面積により、圧縮行程中の弁の開放維持のためには、比較的大きな力が必要となり、このような力は場合によってはアクチュエータによっては与えることができないか、または不十分にしか与えられない。したがって、リング弁はシート弁に対して、特に、シリンダ２の孔直径Ｂが大きくなるほど、構造条件的に大きな利点を有している。この場合リング弁は、好適には、接続弁１３の開放状態で、溢流開口１２の流れ横断面積が、シリンダ２の孔の孔横断面積の、またはケーシング直径Ｄ_Ｖを有した円筒状の弁ケーシング区分２６の横断面積の少なくとも５％であるように、好適には少なくとも１０％であるように、特に好適には少なくとも１５％であるように、寸法設定されている。これにより十分な大きさの面積を提供することができるので、圧縮媒体は、溢流開口１２の領域の絞りによって許容できないほど加熱されることはない。

【0031】

さらに、アクチュエータ１７が、少なくとも５Ｈｚの、好ましくは少なくとも１０Ｈｚの、特に好ましくは少なくとも２０Ｈｚのスイッチング周波数を有していると有利である。これにより、リフトグリッパ１５を極めて迅速に操作することができ、これにより、５°未満のクランク角、好ましくは３°未満のクランク角の接続弁１３の閉鎖時間を実現することができる。図示した例では、吸込弁６および圧力弁８は、圧縮室５内のシリンダ２の周面に配置されており、接続弁１３は、圧縮室５内で、ピストン３のピストンヘッド３ａに対向している、シリンダ２の端面に配置されている。これにより、比較的大きな面積を接続弁１３のために利用することができるので、このような配置は有利である。しかしながら基本的には、もちろん、別の配置も考えられる。図示した例では、組付け状態で圧縮室５に面している、第１のケーシング部分１８ａの円筒状のケーシング区分２６の自由端部には、少なくとも圧力弁８および吸込弁６の領域で斜め面取部２６ａが設けられている。製造を簡略にするために、斜め面取部２６ａは、好ましくは、ケーシング区分２６の全周にわたって延在する斜面の形態で形成されている。これにより、ピストンコンプレッサ１に弁構成群ＶＧを組み付けた状態で、吸込弁６および圧力弁８の領域に、実質的に三角形の横断面のリングギャップが形成される。これにより、ピストン３の上死点においても、圧縮媒体は弁６，８を介して溢流することができる。

【0032】

可能な限り大きな利用可能な溢流横断面を得るために、接続弁１３は、例えば図１ｂに示したように、少なくとも所定の区分でリング状の、好ましくは複数の同心的に配置された溢流開口１２を有している。この場合、各溢流開口１２には、接続弁１３の閉鎖状態で各溢流開口１２をシールする対応するシールエレメント２１が配属されている。リフトグリッパ１５は、リフトグリッパフィンガ１５ａによって、少なくとも部分的にリング状の溢流開口１２を貫通してシールエレメント２１に作用している。もちろん、公知のように、複数のリング状のシールエレメント２１が半径方向のウェブを介して接続されて、図１ｂに示したように、１つの共通のシールプレートをなしていてもよい。このようなリング弁は、例えば、欧州特許第２８７６３０３号明細書によって、吸込弁における従来技術によって基本的には公知であるので、ここでは基本的な構造のみについて言及する。

【0033】

図１ａに例として示したように、接続弁１３は弁支持体２２を有しており、この弁支持体は、弁ケーシング１８内のこのために設けられた開口内に配置されており、例えばねじのような適切な固定手段２７によって弁ケーシング１８に取り付けられていてよい。これにより、弁支持体２２は、図１ａに図示した例では、ピストンコンプレッサ１の組込み状態で圧縮室５に面している弁ケーシング１８の一部を形成している。弁支持体２２とケーシング１８との間には、もちろん、（図示されていない）適切なシール部材を配置することもできる。この場合、弁支持体２２には、弁座プレート２３が配置されている凹部が設けられている。弁座プレート２３も、例えばねじのような適切な固定手段２８によって弁支持体２２に取り付けられていてよい。弁座プレート２３には、１つの（図１ａ）、または好適には複数の（図１ｂ）、好適には同心的にリング状の溢流開口１２が配置されている。弁座プレート２３と弁支持体２２との間にも、（図示されていない）適切なシール部材が設けられていてよい。

【0034】

接続弁１３は、好ましくはいわゆる弁キャッチャ２４を有しており、弁キャッチャは例えば、図１ａの例では、ピストンコンプレッサ１での組付け状態で圧縮室５に面している弁座プレート２３の、弁ケーシング１８の外面に面した側に、適切な形式で取り付けられいてよい。弁キャッチャ２４は、例えば、実質的に円形のプレートとして形成されていてよい。例えば、弁キャッチャ２４は、例えばねじ山付きロッドの形態の中央の取付けエレメント２５を介して、弁座プレート２３に取り付けられていてよい。１つのまたは複数のシールエレメント２１は、弁座プレート２３と弁キャッチャとの間で、軸方向可動に配置されている。１つまたは複数のシールエレメント２１は、好適には、十分に高い強度と、可能な限り良好なシール作用とを有した材料から、例えば適切なプラスチックから製造されている。オプションとして、１つまたは複数のシールエレメント２１に、弁座プレート２３の方向で閉鎖位置へと予荷重をかけるために、予荷重装置が設けられていてもよい。予荷重装置として、例えば、周方向に分配された（図示されていない）複数のばねエレメント、例えばコイルばねが、１つまたは複数のシールエレメント２１と弁キャッチャ２４との間に設けられていてよい。

【0035】

接続弁１３の閉鎖状態では、１つまたは複数のシールエレメント２１は弁座プレート２３に当接しており、弁座プレート２３の溢流開口１２を閉鎖している。ピストン３の膨張行程の間、接続室１１内の圧力が、圧縮室内の圧力を、および場合によっては予荷重装置の存在し得る予荷重力を超過すると、１つまたは複数のシールエレメント２１は自動的に弁キャッチャ２４の方向に移動する。接続弁１３の最大の開放状態では、１つまたは複数のシールエレメント２１は、弁キャッチャ２４にも当接していてよい。したがって、弁行程は、弁キャッチャ２４によって制限することができる。弁キャッチャ２４には、有利には、開放された接続弁１３の絞り作用をできるだけ小さく維持するために、適切な開口２４ａも設けられている。

【0036】

リフトグリッパ１５は、この場合、接続室１１の内側に配置されており、リフトグリッパ１５のリフトグリッパフィンガ１５ａは、１つまたは複数のシールエレメント２１に作用するために、溢流開口１２を貫通して突出している。リフトグリッパ１５は、伝達ロッド２０によってアクチュエータ１７に接続されている。アクチュエータ１７は、リフトグリッパ１５を操作するために、接続弁制御ユニット１４によって駆動制御されることができる。リフトグリッパ１５の作業行程は、この場合、固定的に規定されていてよいが、例えば、弁構成群ＶＧ内に設けることができる適切な調節装置によって調節可能であってもよい。例えば、伝達ロッド２０の長さが変更可能であるように、または伝達ロッド２０およびリフトグリッパ１５を含むアクチュエータ１７の１つの共通の位置が調節可能であるように、調節装置を構成することができる。

【0037】

図１ｂでは、弁構成群ＶＧが、図１ａとは構造的に異なるように構成されており、以下では主な相違点のみについて言及する。基本的な機能は不変に維持されている。図１ｂにおける接続弁１３は弁座プレート２３を有しており、この弁座プレートには、３つのリング状の同心的な溢流開口１２が設けられている。相応に、接続弁１３は、これら溢流開口と協働する３つのリング状のシールエレメント２１を有している。この場合、シールエレメント２１は、互いに接続されて１つの共通のシールプレートを形成している。しかしながらもちろん、互いに独立的に可動の個々のリング状のシールエレメント２１も可能である。したがって、リフトグリッパ１５は、各溢流開口１２につき少なくとも１つのリフトグリッパフィンガ１５ａを有している。図１ａの例とは異なり、図１ｂの接続弁１３は、弁ケーシングに、固定手段２７、例えばねじによって取り付けられる別個の弁支持体２２を有していない。

【0038】

図１ｂではこれに対し、弁キャッチャ２４が、組付け状態で圧縮室５に面している弁ケーシング１８の一部を形成するように、構成されている。図示した例では、弁キャッチャ２４の外周面に第１の段部が設けられており、弁ケーシング１８の、圧縮室５に面した開口の内周面に、第１の段部に対応する第２の段部が設けられている。弁キャッチャ２４の第１の段部は、組付け状態で、弁ケーシング１８の第２の段部に当接している。これにより、弁キャッチャ２４は、弁ケーシング１８にセンタリングされて、弁ケーシング１８における開口を、接続室１１の側から、すなわち内側から閉鎖する。弁キャッチャ２４の、接続室１１に面した側には、弁座プレート２３が当接する接触面が設けられている。例えば、弁キャッチャ２４も、例えばねじ山付きロッドの形態の中央の取付けエレメント２５によって、弁座プレート２３に接続することができる。

【0039】

図１ａとは異なり、図１ｂの例では、弁ケーシング１８に付加的に保持区分１８ｃが設けられている。保持区分１８ｃは、第２のケーシング部分１８ｂの、接続室１１に面した側に、この場合、ケーシングカバーに配置されている。弁構成群ＶＧの組付け状態で、保持区分１８ｃは接続室１１内に突入し、弁座プレート２３に接触している。弁座プレート２３の、接続室１１に面した側には、このために、図１ｂに示したように例えば保持段部を設けることができ、この保持段部は同時にセンタリングのために用いることができる。保持区分１８ｃは、例えば、周囲に分配され、周方向で互いに離隔して配置された保持フィンガを有していてよい。しかしながら、保持区分１８ｃは、好適には、少なくとも所定の区分で円筒状の保持スリーブの形態で形成されていてもよく、これにより周方向で可能な限り均一な保持力を弁座プレート２３に加えることができる。保持区分１８ｃは、組付け状態で弁座プレート２３を押し、これにより、弁キャッチャ２４を含む弁座プレート２３を、接続弁１３の操作方向で弁ケーシング１８内に固定する。保持区分１８ｃが、閉じられた保持スリーブとして形成されている場合、保持スリーブの内側で接続室１１の接続室容積が設けられている。したがって、スリーブの外側のスペースは、接続室容積の部分ではなく、したがって、損失スペースを拡大させることにはならない。しかしながら、場合によっては、接続室容積を拡大するために、保持スリーブの周囲に適切な接続開口を設けることもできる。

【0040】

図１ｂによる実施例では、これにより有利には、弁座プレート２３および／または弁キャッチャ２４を弁ケーシング１８に固定するために、例えばねじのような保持手段はもはや必要ない。この場合、保持力は、弁ケーシング１８全体を（すなわち、第１の下側ケーシング部分１８ａおよび第２の上側ケーシング部分１８ｂを共に）コンプレッサケーシング１０に取り付ける固定手段または特にねじ１９を介して生成される。図示した例では、保持区分１８ｃは、第２のケーシング部分１８ｂまたはケーシングカバーの一体の部分として形成されている。しかしながらもちろん、これは単なる例として理解され、例えば、保持区分１８ｃは、例えば適切に第２のケーシング部分１８ｂ、この場合ケーシングカバーに取り付けることができる、１つまたは複数の分離された構成要素の形態で形成されてもよい。適切な構成では、場合によっては、第２のケーシング部分１８ｂにおける固定的な取付けも省くことができる。

【0041】

以下に、図２について、ピストンコンプレッサ１の容量制御のための方法における弁構成群ＶＧの適用について詳しく説明する。図２は、ピストンコンプレッサ１のｐ－Ｖ線図を示しており、この場合、圧縮室５内の圧力ｐが縦軸に、圧縮室５内の容積Ｖが横軸に示されている。公知の形式で、下死点ＵＴと上死点ＯＴとの間のピストン３のピストン行程に依存して、ならびに吸込弁６および圧力弁８の切換点に依存して、圧力ｐと容積Ｖとが変化する。点Ａ－Ｂ－Ｃ－Ｄ－Ａの間の実線は、接続室１１が非作動の場合の作業サイクル、または接続室１１を有さないピストンコンプレッサ１の作業サイクルを表している。

【0042】

点Ａでは、ピストン３は、圧縮行程の開始時で下死点ＵＴに位置しており、この場合、吸込弁６および圧力弁８は閉じられている。ピストン３の運動により、圧縮室５内の圧縮媒体は、圧力弁の開放圧ｐＤに達するまで圧縮されて、点Ｂで圧力弁８を開放する。圧縮された圧縮媒体は、開放された圧力弁８を通って圧縮室５を出て圧力管９へと排出される。点Ｃでは、ピストン３は、上死点ＯＴに到り、圧力弁８を閉鎖する。ここでピストン３の膨張行程が始まり、ピストン３は再び逆方向で、下死点ＵＴの方向へ動かされる。この場合、圧縮室５内の容積は再び増大し、圧力ｐは低下する。

【0043】

吸込弁６の開放圧ｐＳに達すると吸込弁６は開き、ピストン３が再び下死点ＵＴに到達し作業サイクルが終了されるまで、新鮮な圧縮媒体が、実質的に一定の圧力で吸込管７から吸込弁６を通って吸い込まれる。図３ａに示したように、点Ａ－Ｂ－Ｃ－Ｄ－Ａの間の実線によって取り囲まれた面積Ｆ０は、接続室１１が非作動の場合のコンプレッサ１の、または接続室１１を有さないピストンコンプレッサ１の最大仕事量に相当する。仕事量は実質的にフィード量に比例し、したがって、面積Ｆは一般的に、ピストンコンプレッサ１のフィード量または容量を示す指標とみなされてよい。以下で説明するように、フィード量を減じるために、圧縮室５を接続弁１３の開放により接続室１１に接続することによって、または接続弁１３の閉鎖により再び分離することによって、今やこの面積Ｆに目的に応じて影響を与えることができる。

【0044】

フィード量は、接続弁１３の閉鎖点ＳＰまたは開放点ＯＰを選択することにより、最大フィード量（面積Ｆ０）と最小フィード量（面積Ｆ３－図３ｄ）との間で実質的に無段階に調節することができる。最小フィード量を調節するために、接続弁１３は、リフトグリッパ１５によって持続的に開放状態に保持されることができる。したがって、圧縮室５は、溢流開口１２を介して持続的に接続室１１に接続され、これにより、損失スペースは実質的に持続的に拡大されている。図２のｐ－Ｖ線図では、これは、圧縮線Ａ－Ｂ３（点線）の勾配が、接続室１１なしの作動を表す圧縮線Ａ－Ｂ（実線）よりもはるかに平坦に延びていることによって明らかである。したがって、開放圧ｐＤには、圧縮行程において明らかにより遅く達するので、圧力弁８は相応してより遅く、点Ｂ３で開く。これは、接続室１１なしの作動を表す実線の膨張線Ｃ－Ｄよりも明らかに勾配が平坦である点線の膨張線Ｃ－Ｄ３にも当てはまり、これにより開放圧ｐＳには、膨張行程でより遅く到達し、吸込弁６は相応してより遅く点Ｄ３で開く。最小フィード量での作動は図３ｄに示されている。Ａ－Ｂ３－Ｃ－Ｄ３－Ａの間の点線によって取り囲まれた面積Ｆ３は、最大フィード量に相当する、図３ａに示されたＡ－Ｂ－Ｃ－Ｄ－Ａの間の面積Ｆ０よりも明らかに小さいことがわかる。

【0045】

例として、図３ｂのｐ－Ｖ線図における第１の作動モード、および図３ｃのｐ－Ｖ線図における第２の作動モードについて示したように、接続弁１３の相応の制御によって、今や、コンプレッサ１のフィード量を、最大フィード量（面積Ｆ０－図３ａ）と最小フィード量（面積Ｆ３－図３ｄ）との間で無段階に調節することができる。図３ｂで鎖線によって取り囲まれた第１の面積Ｆ１は、この場合、図３ｃに一点鎖線によって取り囲まれた第２の面積Ｆ２よりも大きい。第１の作動モードのフィード量は、第１の面積Ｆ１に比例しており、したがって第２の面積Ｆ２に比例している、第２の作動モードのフィード量よりも大きい。次に、図２を参照しながら、接続弁１３の制御についてさらに詳しく説明する。

【0046】

接続弁１３は、本発明によれば、自動的なリング弁として形成されているので、ピストン３の膨張行程の間、１つまたは複数のシールエレメント２１は、純粋に、接続室１１内の圧力と、これに対して相対的に低い圧縮室５内の圧力との間の圧力比に基づき、圧縮室５の方向で弁座プレート２３から持ち上げられ、これにより溢流開口１２は解放される。これにより、アクチュエータ１７によってリフトグリッパ１５を介して加えなければならなかった付加的な開放力は必要ない。第１の作動モード（図２＋図３ｂ）では、接続弁１３は、例えば、膨張行程における第１の開放点ＯＰ１において、圧力弁８の開放圧ｐＤと吸込弁６の開放圧ｐＳとの間にある、圧縮室５内の第１の接続弁開放圧ｐＯＰ１で、かつ第１の接続弁開放体積ＶＯＰ１で開く。

【0047】

第２の作動モード（図２＋図３ｃ）では、接続弁１３は、例えば、膨張行程における第２の開放点ＯＰ２において、圧力弁８の開放圧ｐＤと吸込弁６の開放圧ｐＳとの間にある、圧縮室５内の第２の接続弁開放圧ｐＯＰ２でかつ第２の接続弁開放体積ＶＯＰ２で開く。公知のように、ピストンコンプレッサ１における圧縮室５内の体積Ｖは、図２の横軸に示したように一般に、クランクシャフトのクランク角φに依存しており、すなわちＶ（φ）である。したがって、接続弁１３の開放点ＯＰはクランク角φに対応させることができる。クランク角φは、上述したように、例えばクランク角センサによって検出することができ、クランク角信号φとして接続弁制御ユニット１４に伝達することができる。

【0048】

図２および図３ｂにより明らかであるように、鎖線の膨張曲線は、第１の作動モードにおいて、第１の開放点ＯＰ１以降は、今や拡大されたシリンダ２内の損失スペースによって、接続室１１なしのまたは接続室１１が非作動の作動モードにおける実線の膨張曲線の勾配よりも明らかに平坦に延びている。これにより吸込弁６の開放時点は、より遅い時点Ｄ１にシフトする。接続弁１３の自動的な開放後は、接続弁１３の、または１つもしくは複数のシールエレメント２１の開放運動に追従するために、アクチュエータ１７によってリフトグリッパ１５が作動する。この運動は、例えば、２０°までのクランク角の時間内で行うことができ、アクチュエータ１７により加えられる力は必要ないか、または比較的僅かにしか必要ない。これにより、弁構成群ＶＧの機械的および熱的負荷は、有利には僅かであるように維持することができる。

【0049】

吸込弁６が点Ａで既に再び閉じられた後、接続弁１３の１つまたは複数のシールエレメント２１は、リフトグリッパ１５のリフトグリッパフィンガ１５ａによって、後続の圧縮行程まで開放位置に保持される。このためにアクチュエータ１７は、圧縮室５内の圧力と、（この圧力に対して相対的に低い）接続室１１内の圧力との圧力比により、ならびにこれにより生じる、接続室１１内の圧縮媒体の流れにより、１つまたは複数のシールエレメント２１に加えられる閉鎖力に対抗する保持力を生成する。本発明によると、リング弁を接続弁１３として使用することにより、アクチュエータ１７によって加えなければならない必要な保持力は比較的僅かに維持することができ、したがってこれにより弁構成群ＶＧに対する機械的負荷が僅かであるように維持することもできる。

【0050】

接続弁１３の閉鎖のために、規定された時点で、アクチュエータ１７を接続弁制御ユニット１４によって駆動制御することにより、リフトグリッパ１５が非作動にされ、すなわち逆方向にシールエレメント２１から離れるように動かされる。これにより、保持力が減少するかまたはなくなるので、接続弁１３は、第１の作動モードにおいて、第１の閉鎖点ＳＰ１で、１つまたは複数のシールエレメント２１に作用する流れの力によって自動的に閉じられる。好ましくは、この場合、接続弁１３は、閉鎖過程の間に作用する流れの力に基づき、１つまたは複数のシールエレメント２１が変形するように、特に撓むように構成されている。これにより、一時的に、さらに流れ横断面が狭まり、これにより、閉鎖過程の間のより大きな減圧が生じる。これにより、十分高い戻し力を生成することができるので、リフトグリッパ１５が非作動にされた後、最大５°の、好適には最大３°のクランク角のクランク角範囲内での閉鎖過程が可能となる。

【0051】

接続弁１３が第１の閉鎖点ＳＰ１において、圧縮室５内の接続弁閉鎖圧ｐＳＰ１で、かつ圧縮室５内の第１の接続弁閉鎖体積ＶＳＰ１（φ）で閉鎖された後、この時点で接続室１１内に生成されている圧力が封じ込められ、これは実質的に第１の接続弁閉鎖圧ｐＳＰ１に相当する。したがって、第１の閉鎖点ＳＰ１の選択により、次の膨張行程における接続弁１３の第１の開放点ＯＰ１を決定することもできる。図２により明らかであるように、接続弁閉鎖圧ｐＳＰ１と接続弁開放圧ｐＯＰ１とは、（圧力損失を無視した場合）実質的に、同じ圧力レベルｐＳＰ１～ｐＯＰ１上にある。第１の接続弁閉鎖体積ＶＳＰ１（φ）をクランク角φに対応させることにより、接続弁１３の第１の閉鎖点ＳＰ１をクランク角φに応じて決定することができる。したがって、接続弁制御ユニット１４は、アクチュエータ１７を、クランク角φに応じて、接続弁１３が規定された第１の閉鎖点ＳＰ１で閉鎖されるように駆動制御することができる。

【0052】

図３ｃには、図３ｂの第１の作動モードと比較して減少したフィード量（面積Ｆ２に比例する）を有する第２の作動モードが示されている。圧縮行程における接続弁１３の第２の閉鎖点ＳＰ２は、第１の閉鎖点ＳＰ１よりも遅いことが明らかである。第２の作動モードの一点鎖線で示された圧縮線の勾配は、したがって、第２の閉鎖点ＳＰ２に到るまで、より平坦であり、その後初めて、損失スペースが僅かになることによって再び上昇する。したがって、接続弁閉鎖圧ｐＳＰ２と接続弁開放圧ｐＯＰ２とが、実質的に同じ圧力レベルｐＳＰ２～ｐＯＰ２にあるので、より遅い第２の閉鎖点ＳＰ２によってまた、後続の膨張行程における第２の開放点ＯＰ２が規定される。図２から明らかであるように、この第２の開放点は、第１の作動モードと比較して高い、接続室１１内に封じ込められた圧力に基づき、膨張行程においては、第１の開放点ＯＰ１よりも早いところに位置している（ＶＯＰ２（φ）＜ＶＯＰ１（φ））。したがって、一点鎖線で示された膨張曲線の勾配は、第２の開放点ＯＰ２以降既に平坦になり、これにより吸込弁６の開放圧ｐＳには、点Ｄに対して相対的に、かつ点Ｄ１に対して相対的に、遅い時点Ｄ２で到達する。

【0053】

既に説明したように、接続弁制御ユニット１４は、例えばコンプレッサ制御ユニット１６（図１）によってピストンコンプレッサ１の負荷信号Ｌを受け取る場合、有利である。これにより、接続弁制御ユニット１４は、ピストンコンプレッサ１の負荷に応じて接続弁１３の所望の作動モードを調節することができる。リフトグリッパ１５と適切なアクチュエータ１７とを備えた接続弁１３の本発明による構成により、接続弁１３の作動モードを、コンプレッサ１の負荷に応じて極めて短い時間内で変更することができる。例えば、閉鎖点ＳＰを、例えば図２に示したように、第１の閉鎖点ＳＰ１から第２の閉鎖点ＳＰ２へと、１回の圧縮サイクル（ピストンコンプレッサでは、クランクシャフトの一回転に相当する）内で変更することができる。

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【外国語明細書】