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Die Erfindung betrifft allgemein die Erfassung des Punktes, an dem ein Ansaugventil während eines Kompressionshubs eines Kolbenkompressors, der eine Steuereinrichtung für eine stufenlose Entlastungskapazität aufweist, sich schließt.
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DE 602 17 898 T2 beschreibt eine Motorsteuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen Beschleunigungszustand zu erfassen, und welche eine Einrichtung zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge und eine Einrichtung zum Unterdrücken der Erfassung des Beschleunigungszustands aufweist.
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EP 1 400 692 B1 beschreibt ein Verfahren zur stufenlosen Fördermengenregelung eines Hubkolben-Kompressors, wobei ein Saugventil über einen steuerbaren Teil des Arbeitstaktes des Kompressors offengehalten wird.
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US 2005/0180868 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen von Leistungsparametern einer Hubkolbenpumpe mit einem Arbeitsraum und Sensoren zum Bestimmen des Druckes in dem Arbeitsraum und zum Erfassen der Kolbenposition bezüglich des Arbeitsraums, wobei mittels der Sensoren Leistungsparameter der Pumpe ermittelt und gespeichert und/oder angezeigt werden können.
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US 2005/0114044 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen von Stoßereignissen, wobei ein Signal aufgenommen wird, welches mit dem Maschinenstatus korrelativ ist, aus welchem Signal digitale Pakete erzeugt werden, wobei die digitalen Pakete einen Ort aufweisen, welcher durch den korrelierten vorbestimmten Rotationsgrad eines rotierenden Elements definiert ist.
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US 6 966 759 B2 beschreibt einen Kompressor mit einer Mikroprozessorsteuerung zum Bestimmen von Fehlerzuständen, wobei die Steuerung Daten über Betriebsmerkmale des Kompressors erhält.
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US 5 471 400 A beschreibt ein Verfahren zum Erfassen und Spezifizieren eines Lecks in einem Kompressor, wobei das Verfahren das Berechnen einer vorbestimmten Funktion im DruckVolumen-Raum und das Messen einer Funktion im Druck-Volumen-Raum aufweist, wobei ein mögliches Leck auf Grund der vorbestimmten Funktion und der gemessenen Funktion erfasst und spezifiziert wird.
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Das früher benutzte Verfahren zur Erfassung des Schließpunkts des Ansaugventils bei einem Hubkolbenkompressor ist bei neueren Kompressoren unbrauchbar, bei denen Steuervorrichtungen für eine stufenlose Entlastungskapazität installiert sind. Zum Stand der Technik gehörige Systeme machen nämlich lediglich die Annahme, dass das Ansaugventil zu Beginn des Kompressionshubs geschlossen ist. Eine solche Annahme stimmt normalerweise bei Kompressoren, bei denen keine stufenlose Entlastungseinrichtung installiert ist, sie wird aber unrichtig bei Kompressoren mit einer installierten stufenlosen Entlastungseinrichtung. Die Kapazitätssteuereinrichtung der stufenlosen Entlastungseinrichtung ist dazu ausgelegt, in einem Hubkolbenkompressor in der Weise zu wirken, dass sie die Ansaugventile während eines Teils des Verdichtungshubs mechanisch offen hält, so dass das Gas nicht verdichtet, sondern anstelle dessen in das Ansaugrohr des Zylinders zurückgedrückt wird, worauf das Ansaugventil geschlossen wird, um die angestrebte Verdichtungskapazität zu erzielen. Diese Kapazität wird normalerweise in cubic feet oder Kubikmeter Gas pro Zeiteinheit gemessen.
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Entlastungseinrichtungen (unloader)werden in der Regel dazu verwendet, die Ausgangsleistung eines Hubkolbenkompressors zu verringern. Vor der Verwendung von Entlastungseinrichtungen konnte eine Anlage, etwa zwei Hubkolbenkompressoren für eine bestimmte Verfahrensdurchführung aufweisen. Ein Kompressor lief dann mit 100% Leistung während der andere abgeschaltet war, um als Ersatz im Falle eines Ausfalls des ersten Kompressors verwendet zu werden. Das ergab eine Reihe von unökonomischen Unzulänglichkeiten weshalb neue Ansätze verwendet wurden, so dass beide Kompressoren gleichzeitig, jeder mit jeweils einer geringeren Leistung als 100%, arbeiten konnten.
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Um Hubkolbenkompressoren in den Stand zu versetzen mit geringer Leistung zu arbeiten, sind sie mit Entlastungseinrichtungen ausgerüstet. Die bekanntesten waren fest eingestellte Entlastungseinrichtungen, die die Möglichkeit haben, einen Kompressor mit 25%, 50% oder 75% seiner Nennleistung arbeiten zu lassen. Um aber von einem Leistungsniveau auf ein anderes zu wechseln, musste der Kompressor stillgesetzt werden. Neuere stufenlose Entlastungseinrichtungen haben die Fähigkeit die Leistung ohne Stillsetzung dynamisch zu verändern. Dies geschieht während des Betriebs, und ein Wechsel kann erforderlichenfalls mehrmals am Tag vorgenommen werden.
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Das bekannte Verfahren geht davon, dass das kopfseitige Ansaugventil geschlossen ist, wenn der Kolben im unteren Totpunkt steht und dass das kurbelwellenseitige Ansaugventil geschlossen ist, wenn der Kolben sich in dem oberen Totpunkt befindet. Die Verwendung von stufenlosen Entlastungseinrichtungen macht diese Annahme aber unrichtig.
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Da das bekannte Verfahren keine Mittel zur Bestimmung des Punktes enthält, bei dem ein Ansaugventil tatsächlich geschlossen ist, verfügt es über keine Mittel, die richtigen Kompensationsfaktoren zum Aufzeichnen der theoretischen adiabatischen Kurve zu liefern, die den Betrieb des Verdichters wiedergibt. In ähnlicher Weise hat das bekannte System keine Mittel die verschiedenen erforderlichen, berechenbaren Variablen zu berechnen, die für Berechnungen des Verdichterbetriebsverhaltens und des Verdichterwirkungsgrads erforderlich sind. Darüberhinaus gehen vorhandene Verfahren davon aus, dass jede Abweichung von den tatsächlichen und den theoretischen Kurven das Ergebnis von Verlusten oder anderen Problemen ist und sich nicht aus einer normalen Betriebsweise ergibt, obgleich sie tatsächlich lediglich die Folge der fehlenden Kompensation eines verzögerten Ventilschließens ist.
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Das einzige den Erfindern bekannte Mittel zur Erzielung einigermaßen genauer Betriebsverhaltens- und Wirkungsgradberechnungen bei Kompressoren, die Kapazitätssteuereinrichtungen für stufenlose Entlastungseinrichtungen aufweisen, besteht darin, dass der Bediener des Kompressors die stufenlose Entlastungseinrichtung zeitweise außer Betrieb nimmt. Wenn die stufenlose Entlastungseinrichtung außer Betrieb genommen ist, läuft der Kompressor mit voller Leistung während der Zeitspanne, die das System benötigt, um Daten zu sammeln.
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Diese Vorgangsweise weist zahlreiche Probleme auf, von denen eines darin liegt, dass es für den Maschinenbediener unzweckmäßig ist einen Verfahrenseingriff vorzunehmen, der zu einer erzwungenen Störung des normalen Betriebsablaufs dieses Verfahrens führt. Eine erzwungene Verfahrensänderung sollte nur bei seltenen Gelegenheiten auftreten und lediglich dann, wenn der Maschinenbediener einen solche Eingriff wirtschaftlich rechtfertigen kann.
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Eine zweite Schwierigkeit bei der im vorstehenden Absatz erläuterten bekannten Lösung liegt darin, dass diese Vorgangsweise keine ordnungsgemäße Angabe darüber liefert, wie die Maschine unter normalen Bedingungen arbeitet. Unter normalen Bedienungen läuft der Kompressor mit reduzierter Leistung. Die bekannte Lösung liefert aber nur eine Information über den mit voller Leistung arbeitenden Kompressor. Eine solche Information ist für den Bediener deshalb weniger zweckmäßig, weil sie ihm keine ausreichende Anzeige von Frühwarnsignalen liefert, die von maschinellen Problemen herrühren, welche auftreten während der Kompressor mit verringerter Leistung arbeitet. Wegen der dem bekannten System inhärerenten Probleme nehmen die Bediener von Kompressoren, die mit der stufenlosen Entlastungseinrichtung ausgerüstet sind, erzwungene Verfahrensänderungen im Betrieb mit voller Leistung lediglich bei zwei Szenarien vor. Ein Szenarium, bei dem dies geschieht, ist der Umstand, dass der Bediener des Kompressors bereits erwartet, dass ein Betriebsproblem vorliegt. Das andere Szenarium, bei dem der Bediener eine erzwungene Verfahrensänderung vornimmt, liegt dann vor, wenn eine Nach-dem-Ereignis-Analyse versucht wird, um zu sehen, wie weit ein Problem fortgeschritten ist.
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Das bekannte Verfahren erzeugt noch weitere Probleme. Wenn der Maschinenbediener z.B. historische Daten, die den Betrieb des Kompressors betreffen, durchsehen und interpretieren will, sind die Daten schon unzuverlässig, weil es durch die erzwungenen Verfahrensänderungen hervorgerufene Perioden irregulärer Betriebsweise gibt. Daten werden bei Kompressoren historisch gespeichert und die während des Volllastbetriebs des Kompressors gesammelten Daten können leicht falsch interpretiert werden.
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Es besteht deshalb ein Bedürfnis nach einem System und einem Verfahren zum Erfassen des Ansaugventilschließpunktes bei einem Hubkolbenkompressor, der mit einer stufenlosen Entlastungseinrichtungssteuervorrichtung arbeitet.
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Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1, einem erfindungsgemäßen computerlesbaren Medium nach Anspruch 2 und einem erfindungsgemäßen System nach Anspruch 6 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung erfüllt die im Vorstehenden beschriebenen Bedürfnisse der Systeme und Verfahren, welche innerhalb eines Winkelgrades das Maß der Drehung einer Kompressorkurbelwelle, bei dem das Schließen des Ansaugventils stattfindet, bei jedem Kompressionshub feststellen können. Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, bei dem die Daten bei Normalbetrieb des Systems gesammelt werden und es ermöglicht eine genaue Datenkompilierung. Die vorliegende Erfindung ist weniger intrusiv als bekannte Verfahren und liefert eine genauere Datenkompilierung. Außerdem trägt die vorliegende Erfindung dazu bei, genaue Daten für Wirkungsgradberechnungen und zum Aufzeichnen der kompensierten, theoretischen adiabiatischen Kurven zu gewinnen.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Feststellung, dass ein Ansaugventil eines Hubkolbenkompressors in dem Punkt schließt, in dem die Steigung des Verdichtungshubs während eines sehr kurzen Intervalls dramatisch zunimmt. Im Kern ist der Ansaugventilschließvorgang im Wesentlichen in den dynamischen Druckkurvenverlaufformen eingebettet. Die vorliegende Erfindung benützt eine algorithmische Vorgangsweise zur Lösung dieses Problems, die das Extrahieren des Ereignisses aus dem Kurvenverlauf (Waveform) beinhaltet.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Algorithmus angewandt, der eine Linie berechnet, die den dynamischen Druckkurvenverlauf in einem Punkt schneidet, von dem bekannt ist, dass er oberhalb des Ansaugventilschließereignisses liegt. Es wird der Abstand zwischen jedem Abfragepunkt auf den dynamischen Druckkurvenverlauf und der berechneten Linie bestimmt. Das Ansaugventil-Schließereignis wird dem von der Linie aus berechneten größeren Abstand zugeordnet.
- 1 veranschaulicht den Anstieg eines repräsentativen Verdichtungszyklus bei dem das Ansaugventilschließereignis in die dynamischen Druckkurvenverlaufdaten gemäß eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebettet ist.
- 2 veranschaulicht den Kurvenverlauf, der einen zur Vergrößerung von Gasvolumina gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugten Absolutdruck vergleicht.
- 3A veranschaulicht den in 2 dargestellten Kurvenverlauf in logarithmischem Maßstab;
- 3B zeigt die am besten angenäherte gerade Linie im Vergleich zu dem in 3A dargestellten Kurvenverlauf;
- 3C veranschaulicht die Linie, die die halbe Steigung der am besten angenäherten geraden Linie aufweist.
- 3D veranschaulicht das am besten angenäherte Polynom 6ter Ordnung, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hervorgehoben ist.
- 4 zeigt ein Flussdiagramm für eine beispielhafte Vorgangsweise gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung;
- 5 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Computers, der gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung arbeiten kann.
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Die vorliegende Erfindung wird nun im Nachstehenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der einige aber nicht alle Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Tatsächlich kann die Erfindung in verschiedenen Formen verwirklicht werden und kann nicht so verstanden werden, dass sie auf die hier erläuterten Ausführungsformen beschränkt wäre. Diese Ausführungsformen werden vielmehr angegeben, damit die Offenbarung den gesetzlichen Bestimmungen genügt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen überall gleiche Elemente.
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Die vorliegende Erfindung wird im Nachstehenden unter Bezugnahme auf Blockdiagramme und Flussdiagramme von Systemen, Verfahren, Geräten und Computerprogrammprodukten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block des Blockdiagramms und der Flussdiagrammdarstellung, ebenso wie Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und Flussdiagrammdarstellungen durch Computerprogramminstruktionen implementiert sein können. Diese Computerprogrammanweisungen können in einem Allzweck-Computer, einem Spezialcomputer oder einem anderen programmierbaren Datenverarbeitungsgerät zur Ausbildung einer Maschine geladen sein, derart, dass die Instruktionen, die auf dem Computer oder dem anderen programmierbaren Datenverarbeitungsgerät ausgeführt werden, Mittel zur Implementierung der Funktionen bilden, die in dem Block oder den Blöcken des jeweiligen Flussdiagramms im Einzelnen spezifiziert sind.
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Diese Computerprogramminstruktionen können auch in einem computerlesbaren Speicher gespeichert sein, der einen Computer oder ein anderes programmierbares Datenverarbeitungsgerät dazu veranlasst, in einer speziellen Weise zu funktionieren, derart, dass die in dem computerlesbaren Speicher gespeicherten Instruktionen ein Erzeugnis produzieren, das Instruktionsmittel beinhaltet, die die in dem Block oder den Blöcken des jeweiligen Flussdiagramms spezifizierte Funktion implementieren. Die Computerprogramminstruktionen können auch in einem Computer oder einer andere programmierbaren Datenverarbeitungsgerät geladen sein, um in dem Computer oder dem andren programmierbaren Datenverarbeitungsgerät die Ausführung einer Folge von Betriebsablaufsschritten zur Erzeugung eines computerimplementierten Verfahrens auszulösen, derart, dass die auf dem Computer oder dem anderen programmierbaren Datenverarbeitungsgerät zur Ausführung kommenden Instruktionen Schritte zur Implementierung der in dem Block oder den Blöcken des jeweiligen Flussdiagramms spezifizierten Funktionen liefern.
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Demgemäß geben Blöcke, Blockdiagramme und Flussdiagrammdarstellungen Kombinationen von Mitteln zur Ausführung der spezifizierten Funktionen, Kombinationen von Schritten zur Ausführung der spezifizierten Funktionen und Programminstruktionsmitteln zur Ausführung der spezifizierten Funktionen an. Außerdem ist zu bemerken, dass jeder Block der Blockdiagramme und der Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in dem Blockdiagrammen und den Flussdiagrammdarstellungen durch speziell für den jeweiligen Zweck bestimmte hardwarebasierte Computersysteme implementiert werden können, die die spezifizierten Funktionen oder Schritte ausführen oder dass diese durch Kombinationen von für den jeweiligen Zweck spezieller Hardware und von Computerinstruktionen implementiert sein können.
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Für die Zwecke der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung sei angenommen, dass das System mit einem Zylinder mit kurbelwellenseitigen Druckraum arbeitet. Außerdem ist angenommen, dass für jede 0,5° Kurbelwellendrehung ein Druckabtast- oder -abfragepunkt (sample) bestimmt wird. Weiterhin ist angenommen, dass bei solchen „kurbelwellenseitigen“ Zylindern das Ansaugventilschließen an einem Punkt zwischen 0° und 180° Kurbelwellendrehung stattfindet. Für den Fachmann versteht sich, dass der Algorithmus in gleicher Weise zur Verwendung bei Zylindern mit deckelseitigem Druckraum ebenso wie bei dynamischen Druckkurven mit größerer oder kleinerer Auflösung verwendet werden kann.
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1 veranschaulicht ein Diagramm eines repräsentativen Verdichtungszyklus, bei dem das Ansaugventilschließereignis in die dynamischen Kurvenverlaufsdaten eingebettet ist. Die X-Achse 105 gibt das Gasvolumen des Zylinders an. Die Y-Achse 110 gibt den Gasdruck des Zylinders an. Ein repräsentativer Punkt, in dem das Ansaugventilschließereignis auftreten kann, ist bei 103 angegeben. Das Ansaugventil schließt in dem Punkt, in dem die Steigung 101 des Verdichtungszyklus innerhalb einer kurzen Zeitspanne dramatisch ansteigt. Eigentümlich für 1 ist, dass zur Bestimmung des Punktes des Ansaugventilschließens 103 dieses Ereignis aus dem Kurvenverlauf extrahiert werden muss.
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2 veranschaulicht den Kurvenverlauf der den Absolutdruck vergleicht, der zur Vergrößerung der absoluten Gasvolumina erzeugt wird. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirkt zuerst in der Weise, dass Daten, die Druck- und Volumendaten betreffen, eingelesen werden und dass anschließend diese Daten in dem Speicher des Systems abgespeichert werden. Zuerst werden 360 Druckabfragewerte (Samples) aufgenommen. Es wird jeweils ein Abfragewert bei jedem 0,5°-Inkrement der Kurbelwellendrehung zwischen 0° und 180° aufgenommen. Es versteht sich, dass bei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehr oder weniger Abfragewerte aufgenommen werden können und dass die Genauigkeit des Verfahrens dementsprechend beeinflusst wird. Diese Abfragewerte werden in einem Array von Druckwerten (Datenfeld) in dem Speicher des Systems abgespeichert. Diese Druckwerte sind auf der Y-Achse 220 wiedergegeben. Außerdem werden davon zwei spezielle Druckwerte definiert. Der Enddruckwert ist definiert durch den Druckabfragewert, der bei 180° Kurbelwellendrehung aufgenommen ist. Der Ansaugdruck ist durch den Druckabfragewert definiert, der bei 0° Kurbelwellendrehung aufgenommen ist. Der Ort des Abfragewerts, bei dem der Ansaugdruck bestimmt wird, wird als der Ansaugdruckpunkt 205 bezeichnet. In ähnlicher Weise wird auch das Volumen bei jedem 0,5° Inkrement Kurbelwellendrehung zwischen 0° und 180° bestimmt. Diese Abfragewerte werden als ein Array von Volumenwerten in dem Speicher des Systems abgespeichert. Volumenwerte sind längs der X-Achse 230 aufgetragen.
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Die vorliegende Erfindung iteriert durch jeden der gespeicherten Druckwerte für den entsprechenden Abfragewert, wobei sie bei dem Abfragewert beginnt, der bei dem Ansaugdruckpunkt 205 liegt. Für jeden Abfragewert wird bestimmt, ob der jeweils bestimmte Druckwert größer als oder gleich dem definierten Enddruck ist. Wenn der Druckwert des gegenwärtigen Abfragewerts größer oder gleich dem definierten Enddruck ist, wird die Indexstelle des gegenwärtigen Abfragewerts als die unter dem Enddruck liegende Abfragewertstelle 215 in dem Speicher des Systems abgespeichert. Diese gibt den Kurvenverlaufabfragewert wieder, der dem Punkt zugeordnet ist, in dem sich das Auslassventil am Ende des Verdichtungshubs öffnet.
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Der Kurvenverlauf 201 beginnt bei dem definierten Ansaugdruckpunkt 205. Der Kurvenverlauf 201 verläuft durch den einem niedrigeren Druck als dem Enddruck entsprechenden Abfragewertort 215. Als Differenz zwischen dem Enddruck und dem Ansaugdruck wird ein Differenzwert berechnet. Dieses Ergebnis wird dann mit einem vorbestimmten Faktor, bspw. 0,25 multipliziert. Das Ergebnis der Multiplikation wird sodann dem Ansaugdruck hinzugefügt und in dem Speicher des Systems abgespeichert. Der Sinn der Anwendung des vorbestimmten Faktors besteht darin, sicherzustellen, dass der resultierende Differenzwert größer als der Druckwert am Ort des Ansaugventilschließereignisses ist. Beispielsweise veranschaulicht der Differenzdruckpunkt 210 einen möglichen Diagrammpunkt des Differenzwerts.
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Bei jedem Abfragewert zwischen dem Ansaugdruckpunkt 205 und endend bei dem bestimmten, einem niedrigeren Druck als dem Enddruck entsprechenden Abfragewertpunkt 215 wird eine Analyse der gespeicherten Druckwerte vorgenommen. Für jeden Abfragewert vergleicht das Verfahren den Druckwert des Abfragewerts und bestimmt, ob dieser Druckwert größer als oder gleich dem bestimmten Differenzwert ist. Wenn der Abfragewert größer als oder gleich dem bestimmten Differenzwert ist, wird der Indexort des Abfragewerts als Druckindexort 310 in dem Speicher des Systems abgespeichert. Der Druckindexort 310 wird in größerem Detail in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der 3 erläutert. Darüberhinaus endet die Iteration, wenn der Druckwert des gegenwärtigen Abfragewerts größer als oder gleich dem definierten Differenzwert ist.
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Als Nächstes werden zwei Speicherarrays erzeugt. Das X-Diagrammarray speichert die X-Diagrammwerte, die jeweils einem absoluten Volumen entsprechen. Das Y-Diagrammarray speichert die Y-Diagrammwerte, die jeweils einem absoluten Druck entsprechen. Die Arraygröße ist durch das Ergebnis der Subtraktion des jeweiligen Wertes des Druckindexortes 310 von dem Abfragewert 215 des Druckes der niedriger als der Enddruck ist und der Addition von 1 zur Bestimmung der jeweils zweckmäßigen Arraygröße bestimmt.
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Die 3A, 3B, 3C und 3D veranschaulichen die Kurven, die den Druck in logarithmischem Maßstab zur Erhöhung der Gasvolumina in logarithmischem Maßstab mit der am besten angenäherten geraden Linie, der Linie, die die halbe Steigung der am besten angenäherten geraden Linie aufweist und dem am besten angenäherten Polynom 6ter Ordnung vergleichen. Für jeden der Abfragewerte zwischen dem Druckindexort 310 und dem vorher bestimmten Abfrageort 315 für einen unter dem Enddruck liegenden Druck wird jeweils eine Berechnung vorgenommen. Während jeder Iteration werden die Werte der Y-Diagramm-Array-Orte als logarithmischer Maßwert (Basis 10) des jeweiligen Druckwertes für den entsprechenden Abfragewert definiert. In ähnlicher Weise werden die X-Diagramm-Array-Orte als logarithmischer Maßwert des jeweiligen Volumenwertes für den entsprechenden Abfragewert definiert. Die Linie 300 veranschaulicht den Kurvenverlauf 201 in logarithmischem Maßstab, der in 3A nach der Anwendung des logarithmischen Maßstabs dargestellt ist. Die Linie 300 verläuft von dem Ansaugdruckpunkt 305 aus durch den vorher bestimmten Abfragewertort 315 für einen unter dem Enddruck liegenden Druck.
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Weitergehend zu 3B bestimmt das System als Nächstes die am besten angenäherte gerade Linie 320, die durch den Druckindexort 310 und den vorher bestimmten Druckabfragewertort 315 für den unterhalb des Enddrucks liegenden Druck verläuft. Anschließend ist in 3C eine zweite Linie 330 dargestellt, die die Linie veranschaulicht, die die halbe Steigung der am besten angenäherten geraden Linie 320 aufweist. Die zweite Linie 330 ist so berechnet, dass sie die am besten angenäherte gerade Linie 320 an einem Punkt zwischen dem Druckindexort 310 und dem vorher bestimmten Druckabfragewertort 315 für den unter dem Enddruck liegenden Druck schneidet.
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Als Nächstes veranschaulicht 3D eine dritte Linie 340, die ein am besten angenähertes Polynom 6ter Ordnung wiedergibt. Die am besten angenäherte Polynomlinie 340 6ter Ordnung verläuft durch den Ansaugdruckpunkt 305 und den Druckindexort 310. Der Zweck der Formung der Daten mit einem Polynom 6ter Ordnung besteht im Ausfiltern der Daten.
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Die Koeffizienten der zweiten Linie 330 werden mit der Standardformel(Ax+By+C) bestimmt. In diesem Falle kann B als -1 so bestimmt sein, dass der Koeffizient A die Steigung der zweiten Linie 330 angibt, die gleich der halben Steigung der bestimmten am besten angenäherten geraden Linie 320 ist. Der Koeffizient C gibt die Y-Erfassung wieder.
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Das System berechnet die Koeffizienten des am besten angenäherten Polynoms 6ter Ordnung 340 mit dem Ausdruck Ax^6+Bx^5+Cx^4+Dx^3+Ex^2+Fx+G. Dieses Polynom wird in der nachfolgenden Iteration durch jeden der Abfragewerte zwischen dem Anfangsabfragewert (dem Ansaugdruckpunkt 305) und dem an dem Druckindexort 310 definierten Abfragewert benutzt.
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Für jeden Abfragewert in der Iteration wird ein Punkt bestimmt, der einen X-Wert und einen Y-Wert enthält. Beispielsweise wird für den Abfragewert n die Gleichung y(n) = Ax(n)^6+Bx(n)^5+Cx(n)^4+Dx(n)^3+Ex(n)^2+Fx(n)+G angewandt. Dies ermöglicht die Bestimmung des jeweiligen X-Y-Punkts, der der am besten angepassten Polynomlinie 340 folgt.
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Sodann wird eine Iteration von dem Druckindexort 310 zu dem Druckabfragewertort 315 mit kleinerem Druck als der Enddruck durchgeführt. Für jeden der Punkte bei der Iteration wird der Abstand von jedem X-Y-Punkt auf der Polynomlinie zu der Line Ax + By + C 330 bestimmt. Diese Werte werden dann miteinander verglichen, um zu bestimmen, welcher X-Y-Punkt den größten Abstand von der Linie Ax + By + C 330 hat. Das Ergebnis wird dann als Zielort gespeichert.
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Sobald der Zielort bestimmt ist, werden die Koeffizienten eines am besten angepassten Polynoms 6ter Ordnung bestimmt, das durch den an dem Zielort -10 und den an dem Zielort +10 liegenden Abfragewert verläuft bestimmt. Das Polynom hat die Form Ax^6+Bx^5+Cx^4+Dx^3+Ex^2+Fx+G. Für jeden Abfragewertort der Iteration wird ein Punkt, der einen X-Wert und einen Y-Wert enthält, bestimmt. Beispielsweise wird für den Abfragewert n die Gleichung y(n) = Ax(n)^6+Bx(n)^5+Cx(n)^4+ Dx(n)^3+Ex(n)^2+Fx(n)+G angewandt. Dies gestattet die Bestimmung der X-Y-Punkte, die auf der am besten angenäherten Polynomlinie liegen.
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Sodann wird eine Iteration von dem Zielort -10 und dem Zielort +10 vorgenommen. Für jeden der Punkte in der Iteration wird der Abstand von dem jeweiligen X-Y-Punkt auf dieser zweiten Polynomlinie zu der Linie Ax + By + C 330 bestimmt. Diese Werte werden sodann miteinander verglichen, um festzustellen, welcher X-Y-Punkt auf der zweiten Polynomlinie den weitesten Abstand von der Linie Ax + By + C 330 hat. Das Ergebnis wird als der Ereignisort abgespeichert. Der an den diesem zweiten Zielort befindliche Abfragewert wird sodann mit dem Kurbelwellenwinkel korreliert, bei dem das Ansaugventilschließereignis auftritt. Mit anderen Worten, wenn der an diesem zweiten Zielort befindliche Abfragewert der Abfragewert war, der bei n Grad Kurbelwellendrehung aufgenommen wurde, ist n Grad der jeweils bestimmte Kurbelwellenwinkel, bei dem das Ereignis des Ansaugventilschließens auftritt.
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4 veranschaulicht eine beispielhafte Vorgangsweise entsprechend Aspekten der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt bei einem Schritt 400, bei dem Druck- und Volumenwerte für eine vorbestimmte Anzahl von Abfragewerten, die während eines Verdichtungszyklus aufgenommen wurden, empfangen werden. Nachdem diese Werte empfangen sind, schreitet das Verfahren zu einem Schritt 405 weiter, bei dem der dem Enddruck (discharge pressure) zugeordnete Abfragewert in dem Speicher abgespeichert wird. Der Abfragewert liegt bei „kurbelwellenseitigen“ Zylindern 180° von dem oberen Totpunkt entfernt. Sodann schreitet das Verfahren zu einem Schritt 410 fort, bei dem ein zweiter Abfragewert mit einem Druckwert, der größer oder gleich wie der Ansaugdruck plus [(der Enddruck - Ansaugdruck)*N] ist. Zu Zwecken der vorliegenden Erläuterung sei angenommen, dass N = 0,25. N kann aber irgendein Wert zwischen 0 und 1 sein. Der Fachmann weiß, dass der Algorithmus weniger genau ist, wenn N zu nahe an entweder 0 oder 1 liegt.
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Das Verfahren schreitet sodann zu einem Schritt 415 fort, bei dem logarithmisch skalierte Druckwerte für jeden Abfragewert von dem bei dem Schritt 410 lokalisierten Abfragewert bis zu dem bei dem Schritt 405 lokalisierten Abfragewert abgespeichert werden. Anschließend schreitet das Verfahren zu einem Schritt 420 fort, bei dem logarithmisch skalierte Volumenwerte für jeden Abfragewert von dem bei dem Schritt 410 lokalisierten Abfragewert bis zu dem bei dem Schritt 405 lokalisierten Abfragewert abgespeichert werden.
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Als Nächstes schreitet das Verfahren zu einem Schritt 425 fort, bei dem eine am besten angenäherte gerade Linie berechnet wird, die aus allen Druckkurvenverlaufabfragewerten zwischen dem bei dem Schritt 410 lokalisiertem Abfragewert bis zu dem bei dem Schritt 405 lokalisiertem Abfragewert besteht. Sodann schreitet das Verfahren zu einem Schritt 430 fort, bei dem eine Linie mit der halben Steigung der bei dem Schritt 425 bestimmten am besten angenäherten geraden Linie aufgefunden wird, die die am besten angenäherte gerade Linie bei dem Wert des in dem Schritt 410 lokalisierten Abfragewerts schneidet.
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Sodann schreitet das Verfahren zu einem Schritt 435 fort, bei dem die Koeffizienten für ein am besten angenähertes Polynom 6ter Ordnung bestimmt werden, das aus allen Abfragewerten zwischen und einschließlich den im oberen Totpunkt und dem bei dem Schritt 410 lokalisierten Abfragewert bestehen. Das Verfahren schreitet dann zu einem Schritt 440 fort bei dem Y-Werte für jeden X-Wert auf dem bei dem Schritt 435 bestimmten am besten angenäherten Polynom 6ter Ordnung zwischen und einschließlich dem oberen Totpunkt und dem bei dem Schritt 410 lokalisierten Abfragewert, berechnet werden, derart, dass jeder Y-Wert gleich Ax^6 + Bx^5 + Cx^4 + Dx^3 + Ex^2 + Fx + G, ist wobei die Werte A, B, C, D, E, F und G die Koeffizienten sind, die für das am besten angenäherte Polynom 6ter Ordnung bei dem Schritt 435 berechnet wurden.
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Als Nächstes schreitet das Verfahren zu einem Schritt 445 fort, bei dem für jeden Punkt auf der Polynomlinie Ax^6 + Bx^5 + Cx^4 + Dx^3 + Ex^2 + Fx + G der jeweilige Abstand zu der in dem Schritt 430 bestimmten am besten angenäherten geraden Linie bestimmt wird. Anschließend wird bei einem Schritt 450 ein Zielabfragewert als der Abfragewert definiert, der dem größten Abstand der in dem Schritt 430 bestimmten, am besten angenäherten geraden Linie entspricht. Dieser Abfragewert sollte der Abfragewert sein, der genau dem Punkt zugeordnet ist, in dem das Ansaugventilschließereignis auftritt oder einem Punkt, der diesem außerordentlich nahe liegt. Auf diese Weise führt der Algorithmus einen zweiten Durchgang auf einem Intervall durch, das näher an dem und zentriert rings um den bei den Schritt 450 definierten Zielabfragewert liegt.
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Sodann werden bei einem Schritt 455 Koeffizienten für eine zweite am besten angenäherte Polynomlinie 6ter Ordnung berechnet, die aus all den Punkten besteht, die in einem vorbestimmten Abstand von dem in dem Schritt 450 definierten Zielabfragewert liegen. Als Nächstens werden bei einem Schritt 460 Y-Werte für jeden X-Wert auf dem in dem Schritt 455 auf dem am besten angenäherten Polynom 6ter Ordnung über das Intervall berechnet, das aus einer vorbestimmten Anzahl von Abfragewerten vor und nach dem in dem Schritt 450 definierten Zielabfragewert besteht, derart, dass der jeweilige Y-Wert gleich Ax^6 + Bx^5 + Cx^4 + Dx^3 + Ex^2 + Fx + G ist, wobei die Werte A, B, C, D, E, F und G, wobei die Koeffizienten sind, die für das am besten angenäherte Polynom 6ter Ordnung bei dem Schritt 455 berechnet wurden.
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Das Verfahren schreitet dann zu einem Schritt 465 fort, bei dem für jeden Punkt auf der Polynomlinie Ax^6 + Bx^5 + Cx^4 + Dx^3 + Ex^2 + Fx + G der jeweilige Abstand zu der in dem Schritt 430 erhaltenen, am besten angenäherten geraden Linie berechnet wird. Anschließend wird bei einem Schritt 470 ein endgültiger Zielabfragewert als der Abfragewert definiert, der dem längsten Abstand von der Linie zugeordnet ist. Das Verfahren schreitet dann zu einem Schritt 475 weiter, bei dem das Ansaugventilschließereignis so definiert wird, dass es bei dem Kurbelwellendrehwinkel liegt, der dem in dem Schritt 470 definierten endgültigen Zielabfragewert entspricht. Schließlich wird das Verfahren bei dem Schritt 480 abgeschlossen.
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Zu bemerken ist, dass jedes der im Vorstehenden anhand der 2, 3, 4 beschriebenen Verfahren mittels Computersoftware und/oder Hardware implementiert werden kann, wie dies im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Computers 70 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Computer 70 beinhaltet in der Regel einen Prozessor 72, ein Betriebssystem 74, einen Speicher 76, eine Eingabe-/Ausgabe (I/O = Input/Output)-Schnittstelle 82, einen Speicher 84 und einen Bus 80. Der Bus 80 beinhaltet Daten- und Adressenbusleitungen zur Erleichterung der Kommunikation zwischen dem Prozessor 72, dem Betriebssystem 74 und den anderen Komponenten in dem Modul 70, einschließlich des Speichers 76, der Eingabe-/Ausgabe (I/O)-Schnittstelle 82 und dem Speicher 84. Der Prozessor 72 führt das Betriebssystem 74 aus und der Prozessor 72 und das Betriebssystem 74 sind zusammen dazu eingerichtet, die durch den Computer 70 implementierten Funktionen auszuführen, einschließlich der in dem Speicher 76 gespeicherten Softwareapplikationen, wie dies an sich bekannt ist. Zur Implementierung der hier unter Bezugnahme auf die 2, 3, 4 beschriebenen Verfahren arbeiten der Prozessor 72 und das Betriebssystem 74 mit der I/O-Schnittstelle 82 speziell so zusammen, dass die benötigten Druck- und Volumenwerten von einem Hubkolbenkompressor 90 erhalten werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Speicher 76 einen oder mehrere Algorithmen zur Ausführung der vorstehenden, anhand der 2, 3, 4 beschriebenen Verfahren und Prozesse beinhalten. Zu bemerken ist, dass der Speicher 76 einen Random-Access-Speicher, einen Read-Only-Speicher, ein Harddisk-Laufwerk, ein Floppydisk-Laufwerk, ein CR-ROM-Laufwerk oder ein optisches Disk-Laufwerk zur Speicherung von Informationen auf verschiedenen computerlesbaren Medien beinhalten kann, wie etwa auf einem Harddisk, einem entnehmbaren magnetischen Disk oder einem CD-ROM Disk. Der Speicher 76 empfängt in der Regel Informationen, die von dem Computer 70 eingegeben oder empfangen werden, einschließlich Druck- und Volumenwerte über die I/O-Schnittstelle 82 von dem Kompressor 90. Unter Verwendung der Information, die er empfängt, führt der Speicher 76 die im Vorstehenden anhand der 2, 3 und 4 im Einzelnen beschriebenen Verfahren durch, um bei einem Ansaugventil des Schließereignis zu bestimmen. Der Speicher 76 kann deshalb in der Lage sein, Berechnungen von Parametern durchzuführen, die Parameter mit Kriterien, mit Prozessinformationen und dergleichen zu vergleichen, wie dies zur Durchführung der hier beschriebenen Verfahren erforderlich ist.
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Der Speicher 84 des Computers 70, der über eine geeignete Schnittstelle an dem Bus 80 angeschlossen ist, kann Random-Access Speicher, Read-Only-Speicher, ein Harddisk-Laufwerk, ein Floppydisk-Laufwerk, ein CD-ROM-Laufwerk oder ein optisches Disklaufwerk zum Abspeichern von Informationen auf verschiedenen computerlesbaren Medien enthalten, wie etwa einem Harddisk, einem entnehmbaren magnetischen Disk oder einem CD-ROM Disk. Allgemein ist der Zweck des Speichers 84 darin zu sehen eine nicht flüchtige Speicherung für den Computer 70 zur Verfügung zu stellen. Die Speicherung kann eine oder mehrere Kriterien enthalten, mit denen die berechneten Parameter verglichen werden können. Wesentlich ist es darauf hinzuweisen, dass die oben mit Bezug auf den Speicher 76 und den Speicher 84 beschriebenen computerlesbaren Medien auch durch irgendeine andere Art an sich bekannter computerlesbarer Medien ersetzt werden können. Zu solchen Medien gehören bspw. magnetische Kassetten, Flash-Memory-Karten, digitale Videodisks und Bernoulli Kassetten (Cartridges). Für den Fachmann versteht sich auch, dass eine oder mehrere der Komponenten des Computers 70 von anderen Komponenten des Computers 70 geographisch entfernt angeordnet sein können.
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Außerdem ist darauf hinzuweisen, dass die in 5 veranschaulichten Komponenten auch Kombinationen von Mitteln zur Ausführung der hier beschriebenen speziellen Funktionen enthalten können. Wie im Vorstehenden erwähnt, können selbstverständlich auch alle der oben beschriebenen Verfahren, einschließlich der unter Bezugnahme auf die 2, 3, und 4 beschriebenen Prozesse und Berechnungen durch Computersysteme, die auf einer für den speziellen Zweck angepassten Hardware basieren und die die speziellen Funktionen oder Schritte ausführen oder durch Kombinationen von Spezialhardware und Computerinstruktionen implementiert sein. Außerdem kann der Computer 70 als Datenverarbeitungssystem oder als ein Computerprogrammprodukt oder als ein computerlesbares Speichermedium verwirklicht sein, das in dem Speichermedium enthaltene computerlesbare Programmcodemittel enthält. Jedes geeignete computerlesbare Speichermedium kann verwendet werden, einschließlich Harddisks, CD-ROMs, DVDs, optischer Speichervorrichtungen oder magnetischer Speichervorrichtungen. Zusätzlich kann, obwohl sie in 5 jeweils einzeln veranschaulicht ist, jede Komponente des Computers mit anderen Komponenten in dem Computer 70 kombiniert sein, um die beschriebenen Funktionen auszuführen. Demgemäß kann der Computer die Gestalt einer vollständigen Hardwareausführung, einer vollständigen Softwareausführung oder einer Ausführung annehmen, die Software- und Hardwareaspekte miteinander kombiniert, wie etwa Firmware.
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Bezugszeichenliste
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- 70
- Computer
- 72
- Prozessor
- 74
- Betriebssystem
- 76
- Speicher
- 80
- Bus
- 82
- Eingabe-/Ausgabeschnittstelle
- 84
- Speicherung
- 90
- Hubkolbenkompressor 101
- 101
- Steigung des Verdrahtungszyklus
- 103
- Punkt des Ansaugventilschließereignisses
- 105
- X-Achse (logarithmisch skaliertes Volumen)
- 110
- Y-Achse (logarithmisch skalierter Druck)
- 201
- Kurvenverlauf
- 205
- Ansaugdruckpunkt
- 210
- Differenzdruckpunkt
- 215
- Ort des Abfragewerts eines unter dem Enddruck liegenden Druckes
- 300
- logarithmisch skalierter Kurvenverlauf
- 305
- Ansaugdruckpunkt
- 310
- Druckindexort
- 315
- Ort eines unter dem Enddruck liegenden Druckabfragewerts
- 320
- am besten angenäherte gerade Linie
- 330
- zweite Linie (halbe Steigung der am besten angenäherten geraden Linie)
- 340
- best angenähertes Polynom 6ter Ordnung
