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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Kompressors zur
Förderung eines Druckmittels in eine Druckmittelanlage,
bei dem die Förderung des Druckmittels in Abhängigkeit
von einem Temperatursignal ein- und ausschaltbar ist, indem die
Kompressortemperatur mittels eines am Kompressor angeordneten Temperatursensors
gemessen wird, eine Druckmittelanlage mit einem Kompressor und einem
elektronischen Steuergerät, das die Einschalt- und/oder
die Ausschaltzeitdauer oder die Ausschalt- und/oder die Einschalttemperatur
des Kompressors steuert, sowie die Verwendung eines elektronischen
Steuergeräts für eine Druckmittelanlage mit einem
Kompressor zum Steuern der Einschalt- und/oder der Ausschaltzeitdauer
oder der Ausschalt- und/oder der Einschalttemperatur des Kompressors.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind in der
EP 1 253 321 A2 beschrieben.
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Dieses
Verfahren zur Steuerung eines Kompressors, der zur Druckmittelförderung
in eine Druckmittelanlage geeignet ist, dient dazu, die Förderung des
Druckmittels in die Druckmittelanlage in Abhängigkeit von
dem Temperatursignal eines Temperatursensors ein- und auszuschalten.
Es soll eine gute Ausnutzung des Kompressors erreichen, indem zu häufige
Ein- und Ausschaltvorgänge vermieden werden. Dies wird
dadurch erreicht, dass die Druckmittelförderung ausgeschaltet
wird, wenn das Temperatursignal einen Temperaturgrenzwert überschreitet,
wobei der Temperaturgrenzwert in Abhängigkeit von dem von
der Druckmittelanlage verursachten Gegendruck festlegbar ist. Den
temperatursignalabhängigen Abschaltkriterien für
den Kompressor können noch Zeitkriterien unterlagert sein,
indem der Kompressor bei Erreichen eines Zeitdauergrenzwertes ausschaltbar
ist. Ebenso kann ein Wiedereinschalten des Kompressors nach einem
Ausschaltvorgang und nach Abkühlung auf eine vorgegebene
Wiedereinschaltemperatur und/oder nach Ablauf einer vorgegebenen
Abkühlzeit erfolgen.
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Gemäß dieser
Druckschrift wird die überlagerte Steuerung nach Zeitkriterien
vorzugsweise bei niedrigen Außentemperaturen angewandt,
das heißt, wenn die Temperatur am Zylinderkopf des Kompressors
aufgrund einer guten Wärmeabfuhr an die Umgebung bei eingeschaltetem
Kompressor nur langsam steigt und bei ausgeschaltetem Kompressor schnell
wieder sinkt. In diesem Fall soll die Steuerung nach Zeitkriterien
unterstützend hinsichtlich einer Reduzierung der Einschalthäufigkeit
des Kompressors, ohne die Verfügbarkeit zu reduzieren,
wirken. Die Zeitkriterien zum Ausschalten und zum Wiedereinschalten
soll das elektronische Steuergerät in diesem Fall vorrangig
zu dem Temperaturgrenzwert und der Wiedereinschalttemperatur berücksichtigen.
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Dies
bedeutet – gemäß dieser Druckschrift –, dass
nach Ablauf des Zeitdauer-Grenzwerts der Kompressor abgeschaltet
wird, auch wenn der Temperaturgrenzwert noch nicht erreicht ist.
Ein Wiedereinschalten des Kompressors soll dann erst nach Ablauf
der vordefinierten Abkühlzeit erfolgen, auch wenn hierbei
die Wiedereinschalttemperatur unterschritten wird. Bei reinen Temperaturkriterien
würde ein Wiedereinschalten des Kompressors bei Erreichen
der Wiedereinschalttemperatur erfolgen, also bereits nach einer
relativ kurzen Abkühlzeit. Das Wiedereinschalten soll jedoch
ebenfalls nach einem Zeitkriterium, nämlich wenn eine vordefinierte
Abkühlzeit erreicht ist, erfolgen. Erst zu diesem Zeitpunkt
wird der Kompressor wieder eingeschaltet.
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Durch
dieses spätere Wiedereinschalten des Kompressors soll eine
Abkühlung auf ein unterhalb der Wiedereinschalttemperatur
liegendes Temperaturniveau erzielt werden, wodurch sich die anschließende
zulässige Laufzeit des Kompressors entsprechend verlängert.
Durch die Unterlagerung der Zeitkriterien unter die temperatursignalabhängigen
Abschaltkriterien soll für den Kompressor bei kaltem Kompressor
sichergestellt werden, dass die Innenteile des Kompressors, die
die zulässige Temperatur schneller erreichen, als der Bereich
des Kompressors, wo der Temperatursensor angeordnet ist, die kritische
Temperatur nicht überschreiten und werden dadurch besser
gegen Temperaturschäden geschützt werden.
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In
der
DE 103 54 491
A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Steuerung eines Kompressors
zur Druckmittelförderung in eine Druckmittelanlage beschrieben,
die für eine geschlossene Niveauregelanlage eines Kraftfahrzeuges
bestimmt ist. Bei diesem Verfahren wird zumindest während
des Kompressorlaufes ständig die aktuelle Kompressortemperatur
bestimmt und der Kompressor spätestens bei Erreichen einer Grenztemperatur
abgeschaltet, wobei zur Bestimmung der aktuellen Kompressortemperatur
der Vordruck und der Gegendruck des Kompressors im geschlossenen
System berücksichtigt wird. Vorzugsweise wird während
des Kompressorlaufes nach jeder vergangenen Zeiteinheit die aktuelle
Kompressortemperatur um einen Korrekturwert angepasst, der von der
Differenz zwischen dem Gegendruck und dem Vordruck abhängig
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern
eines Kompressors, eine Druckmittelanlage mit einem Kompressor und
einem elektronischen Steuergerät sowie eine Verwendung des
elektronischen Steuergerätes für die Druckmittelanlage
mit einem Kompressor anzugeben, die eine Verbesserung der Ausnutzung
des Kompressors und die Vermeidung von häufigen Ein- und
Ausschaltvorgängen bietet.
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Ausgehend
von dieser Aufgabenstellung wird ein Verfahren zum Steuern eines
Kompressors zur Förderung eines Druckmittels in eine Druckmittelanlage
vorgeschlagen, bei dem die Förderung des Druckmittels in
Abhängigkeit von einem Temperatursignal ein- und ausschaltbar
ist, indem die Kompressortemperatur mittels eines am Kompressor
angeordneten Temperatursensors gemessen wird und das Ein- und Ausschalten
des Kompressors durch ein elektronisches Steuergerät gesteuert
wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Einschaltzeitdauer- und/oder
die Ausschaltzeitdauer oder die Ausschalt- und/oder die Einschalttemperatur
des Kompressors aus der Steigung der in kurzen Zeitabständen
gemessenen Kompressortemperatur bestimmt wird.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Innentemperatur
des Kompressors und der darin befindlichen Bauelemente, insbesondere
das Druckventil, sich schneller erwärmen und eine kritische
Temperatur erreichen, als durch den am Kompressorgehäuse
angeordneten Temperatursensor festgestellt werden kann, der nur
die Wandtemperatur des Kompressors, beispielsweise des Zylinderkopfs,
messen kann. Je schneller der durch den Temperatursensor gemessene
Temperaturanstieg ist, desto größer ist die Temperaturabweichung
zwischen dem Kompressorinneren und der durch den Temperatursensor
gemessenen Temperatur, das heißt, die Innentemperatur des
Kompressors steigt noch schneller an als die durch den Temperatursensor
gemessene Temperatur am Kompressor. Wenn die Kompressortemperatur
erfindungsgemäß in kurzen Zeitabständen
gemessen wird, lässt sich daraus die Steigung des Temperaturverlaufs
bzw. der Temperaturanstieg pro Zeiteinheit ermitteln und daraus wiederum
ein Anschaltsignal und/oder ein Einschaltsignal berechnen. Dieses
Abschalt- bzw. Einschaltsignal kann als Zeitsignal bestimmt werden,
nach dessen Ablauf der Kompressor abgeschaltet und/oder eingeschaltet
wird. Es ist auch möglich, das Schaltsignal als Temperatursignal
zu bestimmen, indem die Abschalttemperatur und/oder die Einschalttemperatur
des Kompressors aus der Steigung der Kompressortemperaturkurve bestimmt
wird.
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Um
eine laufende Anpassung der Einschalt- und/oder der Ausschaltzeitdauer
zu erreichen, wird die Steigung der Kompressortemperaturkurve laufend
nach jedem Einschalt- und/oder Ausschaltvorgang bestimmt.
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Entsprechend
den der Erfindung zugrunde liegenden Überlegungen werden
die Einschalt- und/oder die Ausschaltzeitdauer umso kürzer
oder die Ausschalt- und/oder die Einschalttemperatur umso niedriger
bestimmt, je steiler die Steigung der Kompressortemperaturkurve
ist. Hierdurch wird der noch schnellere Anstieg der Kompressorinnentemperatur
berücksichtigt und vermieden, dass innere Bauteile des
Kompressors eine kritische Temperatur überschreiten.
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Um
die laufende Steuerung nach jedem Einschalt- und/oder Ausschaltvorgang
vornehmen zu können, wird die Steigung der Kompressortemperaturkurve
bevorzugt durch Messung der Kompressortemperatur mit einer Frequenz
von 2 Hz bestimmt.
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Eine
weitere Verfeinerung der Steuerung des Kompressors lässt
sich erreichen, wenn beim Bestimmen der Einschalt- und/oder die
Ausschaltzeitdauer oder der Ausschalt- und/oder der Einschalttemperatur
die gemessene Kompressortemperatur zum Zeitpunkt des Einschaltens
und/oder des Ausschaltens im Sinne einer zusätzlichen Verkürzung der
Einschalt- und/oder der Ausschaltzeitdauer oder einer Herabsetzung
der Ausschalt- und/oder der Einschalttemperatur berücksichtigt
werden, je niedriger die gemessene Kompressortemperatur zum Zeitpunkt
des Einschaltens und/oder Ausschaltens ist.
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Um
eine möglichst geringe Differenz zwischen der Kompressorinnentemperatur
und der durch den Temperatursensor gemessenen Kompressortemperatur
zu erhalten, wird die Kompressortemperatur vorzugsweise mittels
eines am Zylinderkopf des Verdichterteils des Kompressors angeordneten Temperatursensors
gemessen.
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Eine
weitere Verbesserung der Steuerung lässt sich erreichen,
wenn zum Bestimmen der Einschalt- und/oder der Ausschaltzeitdauer
oder der Ausschalt- und/oder der Einschalttemperatur die Umgebungstemperatur
im Sinne einer Verkürzung der Einschaltzeitdauer und/oder
der Ausschaltzeitdauer oder einer Herabsetzung der Ausschalttemperatur und/oder
der Einschalttemperatur bei niedriger Umgebungstemperatur und umgekehrt
berücksichtigt wird.
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In
dazu analoger Weise lässt sich auch eine Verfeinerung des
Verfahrensergebnisses erreichen, wenn zum Bestimmen der Einschalt-
und/oder Ausschaltzeitdauer oder der Ausschalt- und/oder der Einschalttemperatur
die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges, das mit einer Luftfederungsanlage versehen
ist, die durch den Kompressor mit Druckluft versorgt wird, im Sinne
einer Verlängerung der Einschaltzeitdauer und/oder einer
Verkürzung der Ausschaltzeitdauer oder einer Erhöhung der
Ausschalt- und/oder der Einschalttemperatur bei hoher Fahrgeschwindigkeit
und umgekehrt berücksichtigt wird.
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Die
vorstehend genannte Aufgabe wird des Weiteren durch eine Druckmittelanlage
mit einem Kompressor und einem elektronischen Steuergerät, das
die Einschalt- und/oder die Ausschaltzeitdauer oder die Ausschalt-
und/oder die Einschalttemperatur des Kompressors mit dem Verfahren
gemäß den vorstehend angegebenen Merkmalen steuert,
gelöst. Ferner wird die vorstehend genannte Aufgabe auch noch
durch die Verwendung eines elektronischen Steuergerätes
für eine Druckmittelanlage mit einem Kompressor zum Steuern
der Einschalt- und/oder der Ausschaltzeitdauer oder der Ausschalt-
und/oder der Einschalttemperatur des Kompressors gemäß den
vorstehend genannten Verfahrensmerkmalen gelöst.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Temperaturkurven für
die Einschaltphase und für die Ausschaltphase des Näheren
erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 verschiedene
Temperaturkurven während einer Einschaltphase,
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2 verschiedene
Temperaturkurven während einer Ausschaltphase.
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Die
Kurven T1 zki und
T1 zka sowie T2 zki und T2 zka zeigen idealisierte
Temperaturverläufe der Zylinderkopfinnentemperatur Tzki und der Zylinderkopfaußenseite
Tzka über die Zeit, wenn diese
sich langsam und parallel entwickeln, so dass die jeweiligen Maximaltemperaturen
Tmax im Wesentlichen gleichzeitig erreicht
werden, wobei die Kurven T1 zki und
T1 zka für
einen neuen Kompressor gelten, während die Kurven T2 zki und T2 zka für
einen Kompressor gegen Ende der Kompressorlebensdauer gelten. Demnach
weist ein Kompressor gegen Ende der Kompressorlebensdauer bei ansteigenden
Temperaturen einen Laufzeitgewinn (1) sowie
eine Differenz in den jeweiligen Abkühlzeiten (2)
gegenüber einem neuen Kompressor auf.
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Im
tatsächlichen Betrieb verlaufen diese Kurven nicht wie
die dargestellten Idealkurven T1 zki und T1 zka sowie T2 zki und T2 zka, da sich verschiedene Einflüsse
wie die Kühlbedingungen der Zylinderkopfaußenseite,
beispielsweise abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und
der Außentemperatur, die sich laufend ändern kann,
bemerkbar machen.
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Die
strichpunktierte Temperaturkurve T3 zka entspricht einem Temperaturverlauf mit
verminderter Kühlung der Zylinderkopfaußenseite.
Der Temperaturanstieg ist steiler und das Maximum wird früher
erreicht. Der entsprechende Temperaturverlauf der Zylinderkopfinnentemperatur
T3 zki ist jedoch
wegen der gegebenen, begrenzten Wärmeleitfähigkeit
des Zylinderkopfmaterials erheblich steiler, und das Maximum der
Zylinderkopfinnentemperatur wird erheblich früher erreicht
als das Temperaturmaximum der Zylinderkopfaußenseite. Dementsprechend
muss der Kompressor auch früher abgeschaltet werden, um die
für das Zylinderkopfinnere kritische Temperatur nicht zu überschreiten
bzw. nicht zu lange einwirken zu lassen. Dieses frühere
Abschalten wird erfindungsgemäß in der Weise berücksichtigt,
dass ein elektronisches Steuergerät für den Kompressor
so programmiert ist, dass es in Abhängigkeit von der Steigung
des Temperaturverlaufs der Zylinderkopfaußenseite den Abschaltzeitpunkt
oder die Abschalttemperatur bestimmt. Je steiler der Temperaturverlauf
der Zylinderkopfaußenseite, desto mehr wird der Abschaltzeitpunkt
vorverlegt oder wird die Abschalttemperatur abgesenkt.
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Der
Temperaturverlauf der Zylinderkopfaußenseite wird mittels
eines am Zylinderkopf des Kompressors angeordneten Temperatursensors
mit einer Frequenz von 2 Hz gemessen, und aus der bei jedem Messschritt
gemessenen Temperaturdifferenz ΔT und dem Zeitintervall Δt
wird die Steigung bestimmt. Hieraus berechnet das Steuergerät,
wie bereits erläutert, den Abschaltzeitpunkt oder die Abschalttemperatur.
Die Steigung des Temperaturverlaufs der Zylinderkopfaußenseite
wird während jedes Einschalt- und/oder Ausschaltvorgangs
bestimmt, um schnelle Änderungen der Ein- und Ausschaltparameter
zu berücksichtigen.
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Aus
den dargestellten Temperaturverläufen der Zylinderkopfinnentemperatur
und der Zylinderkopfaußenseite für einen Kompressor
gegen Ende seiner Lebensdauer gelten die Überlegungen analog, jedoch
mit einer Verschiebung in Richtung einer längeren Laufzeit
des Kompressors während der Einschaltphasen.
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Liegt
die Anfangstemperatur T0 Start am
Anfang einer Einschaltphase tiefer als in 1 dargestellt,
so steigt auch die Temperatur der Zylinderkopfaußenseite
langsamer an, das heißt, mit einer geringeren Steigung,
während die Zylinderkopfinnentemperatur im Verhältnis
schneller ansteigt, da die Wärmeabfuhr nach außen
durch die Wärmeleitfähigkeit des Zylinderkopfmaterials
begrenzt ist. Dementsprechend lässt sich die Anfangstemperatur
einer jeden Einschaltphase durch das Steuergerät in der Weise
berücksichtigen, dass der Abschaltzeitpunkt bei niedrigen
Anfangstemperaturen T0 Start vorverlegt wird
bzw. die Abschalttemperatur herabgesetzt wird.
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Aus 2 sind
die Abkühlkurven bei schwacher und bei stärkerer
Kühlung des Kompressorzylinderkopfs ersichtlich und daraus
folgend die Abkühlkurven des Zylinderkopfinneren. Auch
in diesem Fall ist die Abkühlgeschwindigkeit des Zylinderkopfinneren
von der Abkühlgeschwindigkeit der Zylinderkopfaußenseite
in der Weise abhängig, dass das Zylinderkopfinnere einer
schnellen Abkühlung der Zylinderkopfaußenseite
auf eine für einen Neustart des Kompressors ausreichend
niedrige Temperatur (Twiedergut) nicht so
schnell folgen kann, so dass in diesem Fall durch das Steuergerät
eine Verlängerung der Ausschaltzeit in Abhängigkeit
von der Steigung der Abkühlkurve eingestellt wird. Auch
hierbei gelten analog ähnliche Betrachtungen für
den Fall verschiedener Umgebungstemperaturen und von der Fahrgeschwindigkeit
abhängigen Abkühlungsbedingungen, die vom Steuergerät
aufgenommen und für die Berechnung der Einschaltzeiten
bzw. Ausschalttemperatur und/oder der Abschaltzeitdauer oder der
Einschaltemperatur berücksichtigt werden.
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Beispielsweise
kann die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs entweder kontinuierlich
berücksichtigt werden, oder es wird eine Änderung
der Systemparameter des Temperaturmodells bei Überschreiten
einer festgelegten Fahrgeschwindigkeit vorgenommen.
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Durch
Labormessungen am Kompressor, bei denen auch die Temperatur des
Zylinderkopfinneren und/oder der kritischen Elemente, wie Auslassventile,
gemessen werden, lässt sich der genaue Temperaturverlauf
für unterschiedliche Anfangsbedingungen und Veränderungen
während des Betriebes ermitteln. Daraus lassen sich detaillierte
Kennfelder für die Kühlung und die Kompressoralterung
im Steuergerät hinterlegen, das dann daraus und anhand
der augenblicklich vorhandenen Parameter und der gemessenen Temperaturkurve
des Kompressorzylinderkopfes die jeweilige Einschaltdauer bzw. Abschalttemperatur
und/oder die jeweilige Ausschaltdauer bzw. Wiedereinschalttemperatur
berechnet und den Kompressor entsprechend steuert.
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Auf
diese Weise lässt sich eine bessere Ausnutzung der Kompressorlaufzeit
erreichen, und das Regelverhalten des Systems wird verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1253321
A2 [0002]
- - DE 10354491 A1 [0007]