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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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In der
GB 2 223 331 A ist ein Verfahren zum Kühlen eines Motors eines Druckluftkompressors beschrieben, bei welchem der Kompressor entweder ausgeschaltet oder in den Leerlauf versetzt wird, um die Motortemperatur zu reduzieren. Es wird hierbei die Tendenz des Druckabfalls oder es wird die Tendenz des Temperaturabfalls berechnet, woraus sich entsprechende Abschaltkriterien ergeben, um z.B. eine Leerlaufzeit des Motors zu bestimmen.
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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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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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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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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 Abschaltsignal 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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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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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/öder 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
- 1 verschiedene Temperaturkurven während einer Einschaltphase,
- 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.
