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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGE
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit dem Aktenzeichen 61/636,192, die am 20. April 2012 eingereicht wurde und den Titel „System and Method for a Compressor” („System und Verfahren für einen Kompressor”) trägt. Die Gesamtheit der vorerwähnten Anmeldung ist durch Verweis hierin mit aufgenommen.
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HINTERGRUND
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TECHNISCHES GEBIET
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Hier offenbarte Ausführungsformen des Gegenstandes betreffen das Ermöglichen eines Starts eines Kolbenkompressors in einem geladenen Startzustand.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Kompressoren verdichten Gas, wie beispielsweise Luft. Ein Luftkompressor kann drei Zylinder mit zwei Stufen enthalten und kann luftgekühlt sein und von einem Elektromotor angetrieben werden. Der Kompressor kann zwei Niederdruckzylinder aufweisen, die einen einzelnen Hochdruckzylinder mit Zwischendruckluft versorgen, der diese weiter verdichtet, um sie schließlich zu einem Luftbehälter zu liefern. Kompressoren können manchmal Schwierigkeiten beim Starten haben.
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Es kann erwünscht sein, ein System und Verfahren zu haben, die sich von denjenigen Systemen und Verfahren, die derzeit zur Verfügung stehen, unterscheiden.
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KURZDARSTELLUNG
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In einer Ausführungsform ist ein Verfahren geschaffen, das ein Erfassen eines Kompressorstartfehler-(z. B. Stillstand-)Zustands für einen Kolbenprozessor auf der Basis einer Kraft von komprimierter Luft, die in einen Behälter des Kolbenkompressors hinein komprimiert wird, enthält. Es kann Leistung von einem Motor des Kolbenkompressors entfernt oder zu diesem reduziert werden. Eine Phasenfolge des Motors (z. B. eines drei(3)phasigen AC-Motors) kann umgekehrt werden, um eine Rekompression von Luft gegen einen Kolben in dem Kolbenkompressor zu erzwingen. Ein Rückwärts-Stillstand oder ein Start des Kolbenkompressors kann während einer Bewegung in eine umgekehrte Richtung erfasst werden, wenn sich der Kolben zu einer oberen Totpunkt(OT)-Position hin bewegt. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Kompressor gestartet werden, indem z. B. aufgrund von Verschleiß oder eines Fehlers ein hohes Startmoment verwendet wird.
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In einer Ausführungsform ist ein Fahrzeug geschaffen, das einen Motor, einen mit dem Motor betriebsmäßig verbundenen Kompressor, wobei der Kompressor einen Behälter enthält, der eingerichtet ist, um Druckluft aufzubewahren, eine Detektorkomponente, die eingerichtet ist, um einen Stillstandzustands des Kompressors zu detektieren, und eine Steuereinrichtung enthält. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um wenigstens eine(s) von Entfernen von Leistung von dem Motor des Kompressors, Umkehren einer Phasenfolge des Motors, um eine Rekompression eines Kolbens des Kompressors zu erzwingen, und Detektion wenigstens eines Rückwärts-Stillstands und/oder eines Starts des Kompressors bei einer umgekehrten Richtung, während sich der Kolben zu einer oberen Totpunkt(OT)-Position hin bewegt, zu steuern.
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In einer Ausführungsform kann ein System geschaffen sein, das Mittel zur Erfassung eines Stillstand-beim-Start-Zustands für einen bidirektionalen Kolbenkompressor auf der Basis eines Geschwindigkeitssignals, eines gemessenen Stromsignals oder eines gemessenen Drucksignals enthält. Das System enthält ferner Mittel zur Entfernung von Leistung von einem Motor des bidirektionalen Kolbenkompressors und Mittel zur Umkehrung einer Phasenfolge zu dem Motor, um eine Rekompression eines Kolbens des bidirektionalen Kolbenkompressors zu erzwingen. Das System enthält Mittel zur Detektion wenigstens eines Rückwärts-Stillstands oder eines Starts des bidirektionalen Kolbenkompressors während einer Bewegung in eine umgekehrte Richtung, wenn sich der Kolben zu einer oberen Totpunkt(OT)-Position hin bewegt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
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Es wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen bestimmte Ausführungsformen und weitere Vorteile der Erfindung veranschaulicht sind, die in der nachfolgenden Beschreibung ausführlicher beschrieben werden und in denen zeigen:
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1 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugsystems mit einem Kompressor;
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2 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems, das einen Kompressor enthält,
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3 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems, das einen Motor auf der Basis einer Detektionskomponente für einen Kompressor steuert;
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4 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems, das einen Kompressor enthält;
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5 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems, das einen Kompressor enthält;
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6 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems, das einen Kompressor enthält;
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7 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Ventils, das eine Leckstelle aufweist, um eine Beladung für einen Kompressor zu bewirken;
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8 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Systems für ein System, das einen Kompressor enthält;
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9 eine Darstellung eines Umkehrrichtungsmodus als Reaktion auf einen Stillstand beim Startzustand eines Kompressors;
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10 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Detektion eines Stillstands;
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11 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Erhöhung eines Drehmomentes für einen Kompressor-Motor als Reaktion auf einen detektierten Stillstandszustand und
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12 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Erhöhung eines Drehmomentes für einen Kompressor-Motor und zur Umkehr einer Phasenfolge des Motors als Reaktion auf einen erfassten Stillstand beim Starten.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen Systeme und Verfahren, die ein Startdrehmoment, das höher ist als normal, überwinden, zur Verwendung in einem durch einen Elektromotor angetriebenen Hubkolbenkompressor für ein Fahrzeug. Eine Detektionskomponente kann eingerichtet sein, um einen Stillstandszustand für einen Kolbenkompressor auf der Basis einer Kraft von Druckluft, die in einen Behälter des Kolbenprozessors hinein komprimiert wird, zu detektieren. Eine Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um auf der Basis des detektierten Stillstandszustands wenigstens entweder einen Umkehrrichtungsmodus (der auch als Umkehrphasenmodus bezeichnet wird) und/oder einen Drehmomentsteigerungsmodus zu steuern, um den Stillstandszustand zu beseitigen. In dem Umkehrrichtungsmodus kann eine Komponente der Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Richtung einer Kurbelwellendrehung zu verändern, um eine Impulszunahme während eines nachfolgenden Startversuchs zu ermöglichen, um eine Anforderung für ein hohes Startmoment zu überwinden. In dem Drehmomentsteigerungsmodus kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um wenigstens eine(s) von einer Anzahl von Polen für den Motor, einer Leiterspannung oder einem Volt/Hertz-Verhältnis (z. B. Motorfluss) zu erhöhen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinrichtungskomponente den Umkehrrichtungsmodus alleine oder in Kombination mit dem Drehmomentsteigerungsmodus einsetzen. In einer noch weiteren Ausführungsform kann die Steuerungseinrichtungskomponente den Drehmomentsteigerungsmodus alleine oder in Kombination mit dem Umkehrrichtungsmodus einsetzen.
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen kennzeichnen gleiche Bezugszeichen in sämtlichen Ansichten identische oder übereinstimmende Teile. Die Aufnahme gleicher Elemente in verschiedene Ansichten bedeutet jedoch nicht, dass eine gegebene Ausführungsform derartige Elemente unbedingt enthält oder dass alle Ausführungsformen der Erfindung solche Elemente aufweisen.
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Der hier verwendete Begriff „Komponente” kann als ein Bestandteil von Hardware, Bestandteil von Software oder eine Kombination daraus definiert sein. Zu einem Bestandteil von Hardware können zumindest ein Prozessor und ein Speicherteil gehören, wobei der Speicher einen Befehl zum Ausführen enthält. Der hier verwendete Begriff „Fahrzeug” kann als beliebiges Gut definiert sein, bei dem es sich um eine mobile Maschine oder ein bewegbares Transportgut handelt, das zumindest eine Person, Menschen oder/und eine Fracht transportiert. Z. B. kann einem Fahrzeug, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Schienenfahrzeug, ein intermodaler Container, eine Lokomotive, ein Seeschiff, eine Bergbauausrüstung, eine stationäre Energieerzeugungsanlage, eine Industrieausrüstung, ein Baugerät und dergleichen sein. Der hier verwendete Begriff „geladen” kann als ein Kompressorsystemmodus definiert sein, in dem in den Behälter gelieferte Luft komprimiert wird. Der hier verwendete Begriff „geladener Starten” kann als ein Kompressorsystemmodus in einem geladenen Zustand während einer Startphase des Kompressors definiert sein.
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Ein Kompressor verdichtet ein Gas, wie beispielsweise Luft. Bei manchen Ausführungsformen wird das verdichtete Gas zum Betreiben von pneumatischen oder anderen Einrichtungen zugeführt, die mit verdichtetem Gas angetrieben werden. Ein Kompressor kann für mobile Anwendungen, wie Fahrzeuge, benutzt werden. Zu Fahrzeugen, die Kompressoren benutzen, gehören beispielsweise Lokomotiven, Straßenfahrzeuge, Geländefahrzeuge, Bergbaugeräte und Seeschiffe. Bei anderen Ausführungsformen kann ein Kompressor für stationäre Anwendungen benutzt werden, wie beispielsweise bei Produktions- oder Industrieanwendungen, bei denen unter anderem Druckluft für pneumatische Einrichtungen benötigt wird. Der in den nachstehenden Figuren dargestellte Kompressor ist einer, der für jeden Zylinder federrückgestellte Einlass- und Auslassventile benutzt, wobei die Bewegung dieser Ventile nicht durch eine mechanische Verbindung mit der Kurbelwelle des Kompressors, sondern durch den Differenzdruck an jedem Zylinder verursacht wird. Die vorliegende Erfindung kann bei Maschinen mit jedem Ventiltyp (z. B. federrückgestellten Ventilen, mechanisch gekoppelten Ventilen und anderen) angewendet werden, und das federrückgestellte Ventil ist nur als Beispiel dargestellt und nicht für die vorliegende Innovation beschränkend.
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1 zeigt ein Blockdiagramm für eine Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100 (z. B. eines Lokomotivensystems, eines Systems und anderen). Das Fahrzeugsystem 100 ist als Schienenfahrzeug 106 (dargestellt, das so konfiguriert ist, dass es über mehrere Räder 108 auf einer Schiene 102 fahren kann. Das Schienenfahrzeug weist ein Kompressorsystem mit einem Kompressor 110 auf. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Kompressor um einen Kolbenkompressor, der Luft mit hohem Druck abgibt. Bei einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei dem Kompressor um einen Kolbenkompressor mit einem bidirektionalen Antriebssystem, das einen Kolben in eine Vorwärtsrichtung und die umgekehrte bzw. Rückwärtsrichtung antreibt. In einer Ausführungsform nimmt der Kompressor Luft aus einem Umgebungslufteinlass 114 auf. Die Luft wird dann auf einen Druck verdichtet, der über dem Umgebungsdruck liegt, und die Druckluft wird in dem Behälter 180 gespeichert, der von einem Behälterdrucksensor 185 überwacht wird. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Kompressor um einen zweistufigen Kompressor (wie beispielsweise in 2 dargestellt), bei dem Umgebungsluft in einer ersten Stufe auf einen ersten Druckpegel verdichtet und an eine zweite Stufe abgegeben wird, die die Luft weiter auf einen zweiten Druckpegel verdichtet, der höher ist als der erste Druckpegel. Die Druckluft auf dem zweiten Druckpegel wird in einem Behälter gespeichert. Die Druckluft kann dann bedarfsgerecht einer oder mehreren pneumatischen Einrichtungen zugeführt werden. Bei anderen Ausführungsformen kann es sich bei dem Kompressor 110 um einen einstufigen oder einen mehrstufigen Kompressor handeln.
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Der Kompressor weist ein Kurbelgehäuse 160 auf. Bei dem Kurbelgehäuse handelt es sich um eine Einfassung für eine (in 1 nicht gezeigte) Kurbelwelle, die mit (in 1 nicht gezeigten) Zylindern des Kompressors verbunden ist. Ein Motor 104 wird zum Drehen der Kurbelwelle zum Antreiben der Kolben in den Zylindern eingesetzt. In Ausführungsformen kann der Motor 104 ein elektrischer oder ein nicht-elektrischer Motor sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Kurbelwelle mit einer Antriebswelle einer Maschine oder einer anderen Leistungsquelle gekoppelt sein, die so konfiguriert ist, dass sie die Kurbelwelle des Kompressors dreht. Bei jeder Ausführungsform kann die Kurbelwelle mit Kompressoröl geschmiert werden, das von einer (nicht gezeigten) Ölpumpe gepumpt und auf die Kurbelwelle gespritzt wird. Die Kurbelwelle ist über entsprechende Pleuelstangen mit mehreren Kolben mechanisch gekoppelt. Die Kolben werden in ihren jeweiligen Zylindern gezogen und geschoben, wenn die Kurbelwelle zum Verdichten eines Gases in einer oder mehreren Stufen gedreht wird.
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Das Schienenfahrzeug weist ferner eine Steuerung 130 zum Steuern verschiedener zu dem Fahrzeugsystem gehörender Komponenten auf. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Steuerung um ein computerbasiertes Steuersystem mit einem Prozessor 132 und einem Speicher 134. Bei dem Speicher kann es sich um computerlesbare Speichermedien handeln, und er kann einen flüchtigen und/oder nichtflüchtigen Speicher enthalten. In einer Ausführungsform weist die Steuerung mehrere Steuereinheiten auf, und das Steuersystem kann auf die einzelnen Steuereinheiten verteilt sein. Bei noch einer weiteren Ausführungsform können mehrere Steuerungen als eine einzelne Steuerung zusammenwirken, die mit mehreren Kompressoren verbunden ist, welche auf mehrere Fahrzeuge verteilt sind. Die Steuerung kann neben anderen Merkmalen Anweisungen zum Ermöglichen einer fahrzeugeigenen Überwachung und Steuerung des Fahrzeugbetriebs enthalten. Zu stationären Anwendungen kann auch eine Steuerung zum Leiten des Betriebs eines oder mehrerer Kompressoren und zugehöriger Einrichtungen oder maschineller Anlagen gehören.
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In einer Ausführungsform empfängt die Steuerung Signale von einem oder mehreren Sensoren 150 zum Überwachen von Betriebsparametern und Betriebsbedingungen und entsprechenden Einstellen von Stellelementen 152 zum Steuern des Betriebs des Schienenfahrzeugs und des Kompressors. Bei verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Steuerung von einem oder mehreren Sensoren Signale, die der Kompressorgeschwindigkeit, der Kompressorlast, dem Ladedruck, dem Abluftdruck, dem Umgebungsdruck, der Ablufttemperatur oder anderen Parametern entsprechen, die den Betrieb des Kompressors oder des umliegenden Systems betreffen. Bei einer anderen Ausführungsform empfängt die Steuerung ein Signal von einem Kurbelgehäusedrucksensor 170, das dem Druck in dem Kurbelgehäuse entspricht. Bei noch einer weiteren Ausführungsform empfängt die Steuerung ein Signal von einem Kurbelwellenpositionssensor 172, das eine Position der Kurbelwelle angibt. Die Position der Kurbelwelle kann durch die Winkelverdrehung der Kurbelwelle in Bezug auf eine bekannte Stelle identifiziert werden, so dass die Steuerung die Position jedes Kolbens in seinem jeweiligen Zylinder auf der Grundlage der Position der Kurbelwelle ermitteln kann. Bei manchen Ausführungsformen steuert die Steuerung das Fahrzeugsystem durch Senden von Befehlen zu verschiedenen Komponenten. Bei einer Lokomotive können zu solchen Komponenten u. a. beispielsweise Traktionsmotoren, Wechselstromgeneratoren, Zylinderventile und Drosselklappensteuerungen gehören. Die Steuerung kann mit den Sensoren und Stellelementen über Kabel verbunden sein, die zu einem oder mehreren Kabelbäumen gebündelt sein können, um bei dem Fahrzeugsystem den Platz zu reduzieren, der für die Verkabelung benötigt wird, und die Signalkabel vor Abnutzung und Vibrationen zu schützen. Bei anderen Ausführungsformen kommuniziert die Steuerung über ein drahtgebundenes oder ein drahtloses Netzwerk, das ein Hinzufügen von Komponenten ohne dedizierte Verkabelung ermöglichen kann.
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Die Steuerung kann ein fahrzeugeigenes elektronisches Diagnosesystem für das Aufzeichnen von Betriebsdaten des Kompressors aufweisen. Zu Betriebsdaten können Messwerte von Sensoren gehören, die zu dem Kompressor oder anderen Komponenten des Systems gehören. Diese Messwerte können Motorströme, Kompressordrehzahl, Luftdruck und/oder Temperatur an verschiedenen Stellen umfassen. Solche Betriebsdaten können in einer Datenbank in dem Speicher gespeichert werden. In einer Ausführungsform können aktuelle Betriebsdaten mit früheren Betriebsdaten verglichen werden, um Trends bei der Kompressorleistung zu ermitteln.
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Die Steuerung kann ein fahrzeugeigenes elektronisches Diagnosesystem zum Identifizieren und Aufzeichnen von potentieller Abnutzung und Ausfällen von Komponenten des Fahrzeugsystems aufweisen. Wenn beispielsweise eine potentiell abgenutzte Komponente identifiziert wird, kann ein Diagnosecode in dem Speicher gespeichert werden. In einer Ausführungsform kann jeder Verschleißart, die von der Steuerung identifiziert werden kann, ein eindeutiger Diagnosecode zugeordnet sein. So kann beispielsweise ein erster Diagnosecode ein fehlerhaftes Auslassventil eines Zylinders anzeigen, ein zweiter Diagnosecode kann ein fehlerhaftes Einlassventil eines Zylinders anzeigen, ein dritter Diagnosecode kann den Verschleiß eines Kolbens oder Zylinders anzeigen, der zu einem Blow-by-Zustand führen kann. Es können zusätzliche Diagnosecodes definiert werden, die andere Beeinträchtigungen oder Fehlermodi angeben. Bei noch weiteren Ausführungsformen können Diagnosecodes dynamisch erzeugt werden, um Informationen zu einem erfassten Problem bereitzustellen, das keinem vorgegebenen Diagnosecode entspricht. Bei manchen Ausführungsformen variiert die Steuerung die von dem Kompressor abgegebene Ladeluft, wie beispielsweise durch Reduktion des Arbeitszyklus des Kompressors, auf der Grundlage von Parametern, wie dem Zustand oder der Verfügbarkeit anderer Kompressorsysteme (wie beispielsweise an benachbarten Lokomotivenmotoren), Umweltbedingungen und dem Gesamtbedarf an pneumatischer Versorgung.
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Die Steuerung kann ferner mit einem Display 140, wie einer Diagnoseschnittstellenanzeige, verbunden sein, das eine Benutzerschnittstelle für das Bedienpersonal und/oder Wartungspersonal bereitstellt. Die Steuerung kann den Kompressor als Reaktion auf Eingaben des Bedienpersonals über Benutzereingabeelemente 142 durch Senden eines Befehls steuern, um verschiedene Kompressorstellelemente entsprechend einzustellen. Zu nicht einschränkenden Beispielen für Benutzereingabeelemente können eine Drosselsteuerung, eine Bremssteuerung, eine Tastatur und ein Ein/Aus-Schalter gehören. Ferner können Betriebsdaten des Kompressors, wie abgenutzten Komponenten entsprechende Diagnosecodes, der Bedienperson und/oder dem Wartungspersonal über das Display gemeldet werden.
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Das Fahrzeugsystem kann ein Kommunikationssystem 144 aufweisen, das mit der Steuerung verbunden ist. In einer Ausführungsform kann das Kommunikationssystem ein Rundfunkgerät und eine Antenne zum Übertragen und Empfangen von Sprach- und Datennachrichten aufweisen. Datenübertragungen können beispielsweise zwischen dem Fahrzeugsystem und einer Steuerzentrale für einen Schienenstrang, einer anderen Lokomotive, einem Satelliten und/oder einer Streckeneinrichtung, wie beispielsweise einer Weiche, erfolgen. Die Steuerung kann beispielsweise mit Hilfe von Signalen aus einem GPS-Empfänger geografische Koordinaten eines Fahrzeugsystems schätzen. Die Steuerung kann als ein weiteres Beispiel Betriebsdaten des Kompressors über eine von dem Kommunikationssystem übertragene Nachricht zu der Steuerzentrale übertragen. In einer Ausführungsform kann eine Nachricht von dem Kommunikationssystem zu der Steuerzentrale übertragen werden, wenn eine abgenutzte Komponente des Kompressors erfasst wird, und das Fahrzeugsystem kann für eine Wartung eingeplant werden.
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Das System kann eine Detektionskomponente 128 enthalten, die eingerichtet ist, um einen Stillstandszustand für den Kompressor zu detektieren. Die Detektionskomponente kann ermitteln, ob ein erfasster Fehler einem geladenen Startzustand entspricht. Auf der Basis des durch die Detektionskomponente erfassten Stillstandzustands kann die Steuerung eingerichtet sein, um wenigstens einen von einem Umkehrrichtungsmodus oder einem Drehmomentsteigerungsmodus anzuwenden. Die Steuerung kann den Umkehrrichtungsmodus verwenden, um eine Richtung der Kompressorkurbelwelle vorübergehend umzukehren, wonach ein weiterer Startversuch in der Vorwärtsrichtung folgt, um ein hohes Startmoment, das zum Starten des Kompressors erforderlich ist, zu überwinden. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung den Drehmomentsteigerungsmodus anwenden, der wenigstens eine(s) von einer Anzahl von Polen für den Motor, einer Leiterspannung oder einem Volt/Hertz-Verhältnis (z. B. den Motorfluss) vergrößert. In einer Ausführungsform verwendet die Steuerung den Umkehrrichtungsmodus alleine oder in Kombination mit dem Drehmomentsteigerungsmodus. In einer anderen Ausführungsform verwendet die Steuerung entweder den Umkehrrichtungsmodus oder den Drehmomentsteigerungsmodus für eine Zeitdauer und verwendet dann sowohl den Umkehrrichtungsmodus als auch den Drehmomentsteigerungsmodus in Kombination miteinander. Nichtsdestotrotz kann eine geeignete Kombination der Modi durch die Steuerung verwendet werden, und jeder Modus alleine oder in Kombination kann mit einem korrekten technischen Ermessen ausgewählt werden.
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Während des Umkehrrichtungsmodus teilt die Steuerung dem Motor mit, dass Leistung von diesem entfernt wird. Die Steuerung kann mit dem Motor kommunizieren, um die Phasenfolge für den Motor umzukehren, wobei die Folge in umgekehrter Richtung eine Rekompression erzwingt. Während dieser Folge in umgekehrter Richtung kann der Kompressor entweder erneut zum Stillstand kommen oder in die umgekehrte Richtung laufen. Wenn der Kompressor in die umgekehrte (bzw. Rückwärts-)Richtung läuft, kann die Steuerung eingerichtet sein, um in eine umgekehrte (bzw. Rückwärts-)Richtung zu laufen (falls der Kompressor in einer derartigen umgekehrten Richtung funktionieren kann). Wenn der Kompressor nicht in der Lage ist, in die umgekehrte Richtung zu laufen, kann der Kompressor nach einer Zeitdauer, nachdem eine Drehung erfasst wird, zu den Vorwärtsrichtungen wechseln. Ein im geladenen Zustand blockiertes Steuermagnetventil (CMV, Control Mag Valve) (das nicht veranschaulicht, aber nachstehend erläutert ist) oder Entlastungsventile können zu einem normalen Betrieb (z. B. einem nicht blockierten, nicht geladenen Zustand und dergleichen) zurückkehren, wenn der Behälterdruck steigt oder der Kompressor in der Lage ist, wieder zu laufen (z. B. in eine Rückwärtsrichtung für eine Zeitdauer, in eine Vorwärtsrichtung nach der Rückwärtsrichtung und andere).
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Falls während der Folge in umgekehrter bzw. Rückwärtsrichtung ein Stillstand (z. B. ein Stillstand während der umgekehrten bzw. Rückwärtsrichtung) erfasst wird, kann die Steuerung den Motor in die Vorwärtsrichtung umkehren, um den Kompressor zu beschleunigen. Z. B. kann der Stillstand in der Rückwärtsrichtung erfasst werden, wenn sich Kolben zu einem oberen Totpunkt (OT) bewegen, und die Richtung des Motors kann umgekehrt werden, um Kolben über den unteren Totpunkt (UT) hinaus mit einer Kombination aus Motordrehmoment und pneumatischer Kraft auf den (die) Kolben zu beschleunigen. Z. B. bilden das Motordrehmoment und die pneumatischen Kräfte einen hinreichenden Impuls, um die Druckluftkräfte zu überwinden.
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Die Erholung des Kompressors nach der Drehung mit einer Laufdrehzahl basiert auf dem Folgenden: Differenzdruck des Entlastungsventils nimmt ab oder wechselt sogar die Richtung zu der Entlastungsrichtung während Kolbenabwärtsschübe mit hoher Geschwindigkeit, was ein Öffnen eines Entlastungsventils ermöglicht, wenn das CMV komprimierte Steuerluft liefert, um den Entlastungsmodus anzutreiben; oder CMV-Ventile gehen zu einem ungeladenen Zustand über, wenn Steuerluftdruck durch den geladenen Kompressorzyklus erhöht wird.
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Wie vorstehend erläutert, bezieht sich der Ausdruck „geladen” auf einen Kompressormodus, bei dem Luft in den Behälter hinein komprimiert wird. Der dargestellte Kompressor ist einer, der federrückgestellte Einlass- und Auslassventile für jeden Zylinder verwendet, in dem die Bewegung dieser Ventile durch den Differenzdruck an diesem und nicht durch eine mechanische Kopplung mit der Kompressorkurbelwelle bewirkt wird. Die vorliegende Offenbarung kann auf Maschinen mit jedem Ventiltyp anwendbar sein, wobei jedoch der federrückgestellte Typ hier der Kürze wegen veranschaulicht ist. Z. B. ist in 4 ein ungeladener Zustand oder ungeladener Kompressormodus veranschaulicht.
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Die Detektionskomponente kann eine eigenständige Komponente (wie dargestellt), die in die Steuereinrichtungskomponente aufgenommen ist, oder eine Kombination davon sein. Die Steuereinrichtungskomponente kann eine eigenständige Komponente (wie dargestellt), die in die Instandsetzungskomponente integriert ist, oder eine Kombination davon sein.
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2 veranschaulicht eine detaillierte Ansicht des oben unter 1 erläuterten Kompressors. Der Kompressor weist drei Zylinder 210, 220, 230 auf. Jeder Zylinder enthält einen Kolben 218, 228, 238, der über Pleuelstangen 240, 242, 244 mit einer Kurbelwelle 250 gekoppelt ist. Die Kurbelwelle wird von dem Motor so angetrieben, dass sie zyklisch die jeweiligen Kolben zu einem unteren Totpunkt (UT) zieht und zu einem oberen Totpunkt (OT) schiebt, damit Ladeluft ausgegeben wird, die über Luftleitungen 280, 282, 284, 286 zu dem Behälter geliefert wird. Bei dieser Ausführungsform ist der Kompressor in zwei Stufen unterteilt: eine Niederdruckstufe und eine Hochdruckstufe zum schrittweisen Erzeugen von Ladeluft. Die Niederdruckstufe verdichtet Luft auf einen ersten Druckpegel, die von der Hochdruckstufe weiter auf einen zweiten Druckpegel verdichtet wird. Bei diesem Beispiel gehören zu der Niederdruckstufe die Zylinder 220, 230 und zu der Hochdruckstufe der Zylinder 210.
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Im Betrieb wird zunächst von dem Umgebungslufteinlass über Einlassventile 222, 232, die in Einlassöffnungen 223, 233 öffnen und schließen, Luft in die Niederdruckzylinder gesaugt. Die Umgebungsluft wird angesaugt, während die Niederdruckzylinder zum UT hin gezogen werden und sich die Einlassventile 222, 232 von den Einlassöffnungen 223, 233 lösen, um Luft in die einzelnen Zylinder 220, 230 einströmen zu lassen. Wenn die Kolben den UT erreichen, schließen die Einlassventile 222, 232 die Einlassöffnungen 223, 233, so dass Luft in jedem Zylinder eingeschlossen wird. Danach werden die Kolben 228, 238 zu dem OT hin geschoben, wodurch die ursprünglich in die Zylinder gesaugte Umgebungsluft verdichtet wird. Wenn die Zylinder die Umgebungsluft auf einen ersten Druckpegel verdichtet haben, werden Auslassventile 224, 234 in Auslassöffnungen 225, 235 geöffnet, so dass die Niederdruckluft in Niederdruckleitungen 280, 282 abgelassen wird.
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Die auf einen ersten Druckpegel verdichtete Luft wird zu einem Zwischenstufenbehälter 260 geleitet. Der Zwischenstufenbehälter 260 nimmt Luft aus einer Stufe eines mehrstufigen Kompressors auf und leitet die Druckluft zu einer nachfolgenden Stufe eines mehrstufigen Kompressors. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Zwischenstufenbehälter 260 um einen Tank oder einen anderen Raum, der über Luftleitungen zwischen aufeinanderfolgende Stufen geschaltet ist. Bei anderen Ausführungsformen stellen die Luftleitungen, wie beispielsweise Niederdruckleitungen 280, 282, ausreichend Raum zur Verfügung, so dass sie als Zwischenstufenbehälter dienen können, ohne dass ein Tank oder eine andere Konstruktion benötigt wird.
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In einer Ausführungsform weist das Kompressorsystem auch einen Zwischenkühler 264 auf, der über einen Kühlprozess mit im Wesentlichen konstantem Druck die Verdichtungswärme ableitet. Es können ein oder mehrere Zwischenkühler zusammen mit einer oder mehreren Zwischenkühlersteuerungen 262 bereitgestellt werden. Bei manchen Ausführungsformen ist der Zwischenkühler 264 in den Zwischenstufenbehälter 260 integriert. Durch eine Verringerung der Temperatur der Druckluft erhöht sich die Luftdichte, wodurch eine größere Menge in die Hochdruckstufe gesaugt werden kann, was die Effizienz des Kompressors erhöht. Der Betrieb des Zwischenkühlers wird von der Zwischenkühlersteuerung 262 zum Leiten des Kühlbetriebs gesteuert. In einer Ausführungsform nutzt die Zwischenkühlersteuerung 262 eine Thermostatregelung auf mechanischem Wege, wie beispielsweise über eine Wärmeausdehnung von Metall. Bei einem mehrstufigen Kompressorsystem mit mehr als zwei Stufen kann bei jeder Zwischenstufe ein Zwischenkühler vorhanden sein.
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Die Luft auf einem ersten Druckpegel (z. B. Niederdruckluft) wird aus dem Zwischenkühler in die Niederdruckluftleitung 284 abgelassen und danach in den Hochdruckzylinder 210 gesaugt. Insbesondere öffnet sich, wenn der Kolben 218 zum UT hin gezogen wird, das Einlassventil 212, so dass die Niederdruckluft über die Einlassöffnung 213 in den Zylinder 210 eingesaugt werden kann. Wenn der Kolben 218 den UT erreicht hat, schließt sich das Einlassventil 212 und dichtet den Zylinder 210 mit der Niederdruckluft darin ab. Der Kolben wird dann nach oben geschoben, wodurch die Niederdruckluft zu Hochdruckluft verdichtet wird. Bei Hochdruckluft handelt es sich um Luft auf einem zweiten Druckpegel, der höher ist als der erste Druckpegel, wobei jedoch das Maß der Kompression je nach den Anforderungen der Anwendung variieren wird. Bei steigender Verdichtung wird das Auslassventil 214 geöffnet, damit die Hochdruckluft über die Auslassöffnung 215 in die Hochdruckleitung 286 ausgelassen werden kann. Ein Nachkühler 270 kühlt die Hochdruckluft, damit über die Hochdruckluftleitung 288 eine höhere Dichte für den Behälter geliefert werden kann.
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Der obige Prozess wird zyklisch wiederholt, wenn sich die Kurbelwelle 250 dreht, um Hochdruckluft zu dem Behälter 180 zu liefern, der von dem Behälterdrucksensor 185 überwacht wird. Wenn der Behälter einen bestimmten Druckpegel (z. B. 140 psi) erreicht, wird der Kompressorbetrieb eingestellt.
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Bei manchen Ausführungsformen weist der Kompressor ein oder mehrere Ventile auf, die so konfiguriert sind, dass sie Druckluft aus Zwischenstufen des Kompressorsystems ablassen. Die Entlastungsventile und/oder Überdruckventile können nach dem Einstellen des Kompressorbetriebs oder während des Kompressorbetriebs betätigt werden, um Druck in dem Kompressorsystem abzulassen. In einer Ausführungsform wird in dem Zwischenstufenbehälter 260 ein Entlastungsventil 268 bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass es die Niederdruckluft aus dem Zwischenstufenbehälter, den Niederdruckluftleitungen 280, 282 und dem Zwischenkühler 264 ablässt. Das Ablassen von Druckluft verringert die Belastung von Systemkomponenten in Zeiträumen, in denen der Kompressor nicht benutzt wird, und kann die Lebensdauer des Systems verlängern. Bei einer weiteren Ausführungsform fungiert das Entlastungsventil 268 als Überdruckventil, das den Druckanstieg in dem Zwischenstufenbehälter 260 einschränkt. Bei noch einer weiteren Ausführungsform fungieren die Einlassventile 222, 232 als Entlastungsventile für die Zylinder 220, 230, indem sie Druckluft in den Zylindern in den Umgebungslufteinlass 114 zurück abzulassen ermöglichen. Bei einer anderen Ausführungsform kann das System 200 Überdruckventile wie das Entlüftungsventil 174, ein Überdruckventil an dem Zwischenkühler 264 (in 4 gezeigt), ein Überdruckventil für die Luftleitung 286, ein schnelles Entlastungsventil an dem Zwischenkühler 264 (in 4 gezeigt) aufweisen.
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Ein Kompressor, wie der in 2 dargestellte Kompressor, dient zum Laden des Behälters 180 mit Druckluft oder einem anderen Gas. Wenn der Kompressor den Behälter auf einen bestimmten Druckwert geladen hat, wird der Kompressorbetrieb eingestellt. Bei manchen Ausführungsformen werden nach dem Einstellen des Kompressorbetriebs ein oder mehrere Entlastungsventile geöffnet, um Zwischenstufen des Kompressors in die Atmosphäre zu entlüften. Die Einlassventile der Zylinder sowie die Entlastungsventile der Zwischenstufenbehälter können alle als Entlastungsventile fungieren und die Zylinder des Kompressors in die Atmosphäre entlüften. Wenn die Entlastungsventile betätigt und die Zylinder und Zwischenstufen des Kompressors in die Atmosphäre entlüftet worden sind, wird, wie bereits erläutert, davon ausgegangen, dass der Druck in dem Behälter konstant bleibt.
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Wie vorstehend erläutert, kann die Steuerung eingerichtet sein, um wenigstens einen von einem Drehmomentsteigerungsmodus oder einem Phasenumkehrmodus oder eine Kombination von diesen anzuwenden. Diese Modusimplementierung durch die Steuerung kann auf der Detektionskomponente, die wenigstens einen von einem Fehlermodus, einem Stillstandszustand, einem geladenen Startzustand, eine Kombination von diesen oder andere identifiziert, basieren, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
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3 veranschaulicht ein System 300, das einen Motor auf der Basis einer Detektionskomponente für einen Kompressor steuert, wobei die Steuerung den Drehmomentsteigerungsmodus betrifft. Das System 300 kann die Detektionskomponente enthalten (z. B. kann eine Detektion innerhalb der Steuereinrichtung eingebettet sein), die eingerichtet ist, um einen Stillstandszustand für einen Kolbenkompressor basierend wenigstens auf einer/einem von Kompressordrehzahl, Kompressormotorstrom, Kompressorausgabe und/oder Behälterdruck zu identifizieren. Die Steuerung kann eingerichtet sein, um eine Erhöhung des Drehmomentes (z. B. Drehmomentsteigerungsmodus) auf der Basis einer derartigen Detektion zu bewältigen. Z. B. kann eine Erhöhung des Drehmomentes eine Vergrößerung in einem Polmodus für den Motor, eine Leiterspannungserhöhung oder eine Volt/Hertz-Erhöhung sein. Der Motor kann eine Anzahl von Polen 310, wie beispielsweise Pol1 bis PolN, enthalten, wobei N eine positive ganze Zahl ist. Z. B. kann N eine gerade positive ganze Zahl sein. Der Motor kann ferner einen Polmodus enthalten, der die Verwendung einer festgelegten Anzahl von Polen umfasst. In einer Ausführungsform kann der Motor eine geeignete Anzahl von Polenmodi enthalten, wobei jeder Polmodus eine spezielle Anzahl von Polen enthält. Z. B. kann ein Polmodus eine erste Anzahl von Polen enthalten, und ein zweiter Polmodus kann eine zweite Anzahl von Polen enthalten. In einem derartigen Fall kann die erste Anzahl von Polen kleiner sein als die zweite Anzahl von Polen. Basierend auf der Detektionskomponente kann der Motor eine Anzahl von Polen derart erhöhen, dass der Motor von dem ersten Polmodus zu einem zweiten Polmodus aktualisiert wird (wenn z. B. der zweite Polmodus mehr Pole als der erste Polmodus enthält). Z. B. kann ein Motor einen Sechs(6)-Pol-Modus und einen Zwölf(12)-Pol-Modus enthalten. Auf der Basis der Erfassung eines Stillstandzustands kann die Steuereinrichtung den Polmodus von sechs (6) auf zwölf (12) für den Motor erhöhen, um das Drehmoment zu erhöhen. Dies kann einen Freiheitsgrad für die Drehzahl ermöglichen, was sich in umrichterlosen Anwendungen als nützlich erweist, in denen eine AC-Hilfsspannungsfrequenz durch einen Hilfsgenerator geliefert wird, der durch einen Motor mit variabler Drehzahl angetrieben wird. Es sollte erkannt werden, dass die Steuerung eine Kombination aus einer Erhöhung einer Anzahl von Polen, einer Erhöhung einer Leiterspannung, einer Erhöhung des Volt/Hertz-Verhältnisses verwenden kann, um das Startmoment zu erhöhen. 4 veranschaulicht ein System 400, das einen Kompressor in einem ungeladenen Zustand darstellt. Das System veranschaulicht weitere Merkmale und/oder Komponenten, die in den 1, 2 und 3 enthalten sein können. Das System enthält ein Steuermagnetventil (CMV, Control Mag Valve) 402, einen Thermostat-geregelten Zwischenkühlersystem(TCIS)-Bypass 404, ein schnelles Entlastungsventil 406, ein Entlastungsventil 408 für den Zylinder 230, ein Entlastungsventil 410 für den Zylinder 220, ein Überdruckventil 420, ein Überdruckventil 430 und ein Überdruckventil 440 (z. B. im Wesentlichen ähnlich dem Entlüftungsventil 174 in 2).
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Die Kurbelwelle kann ein erstes Ende enthalten, das zu einem zweiten Ende entgegengesetzt ist, wobei das erste Ende mit einer oder mehreren Pleuelstangen für jeden jeweiligen Zylinder gekoppelt ist. Die Kurbelwelle, Zylinder und Kolben sind in der UT-Position basierend auf der Lage des ersten Endes veranschaulicht. Die UT-Position ist eine Lage des ersten Endes bei ungefähr minus neunzig Grad (–90 Grad) oder 270 Grad. Eine OT-Position ist eine Lage des ersten Endes bei ungefähr neunzig Grad (90 Grad) oder –270 Grad.
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Wie erläutert, implementiert die Steuerung einen oder mehrere Modi basierend darauf, dass die Detektionskomponente einen Stillstandszustand identifiziert. Z. B. können Fehlermodi für den Kompressor einen vollständig oder teilweise geladenen Startzustand zur Folge haben. In einer Ausführungsform kann die Detektionskomponente einen oder mehrere geeignete Sensoren innerhalb des Systems verwenden, um einen geladenen Startzustand zu identifizieren. In den 5–8 sind Beispiele von Fehlern für Stillstandszustände beschrieben, in denen derartige Stillstandszustände durch die Detektionskomponente detektiert und durch die Steuerung wiederum verwendet werden können, um wenigstens einen von dem Drehmomentsteigerungsmodus oder dem Umkehrrichtungsmodus anzuwenden. Das Nachstehende dient lediglich beispielhaften Zwecken und soll für die vorliegende Innovation nicht beschränkend sein.
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Ein Fehler eines geladen blockierten CMVs (z. B. des CMVs 402 in 4) kann sich auf ein CMV beziehen, das in der „geladenen” Stellung blockiert worden bzw. hängen geblieben ist, die alle Entlastungsventile verschließt. Die Wirkung des geladen blockierten CMV-Fehlers besteht darin, dass Luft innerhalb jedes Zylinders festgehalten wird, die bei dem nachfolgenden „Start” komprimiert werden muss. Diese Menge an Luftmasse und der Druck der eingeschlossenen Luft hängen von der endgültigen Position der Kolben und dem Behälterdruck, sowohl wenn der Kompressor angehalten wurde als auch danach, ab. Die eingeschlossene Luft in dem Hochdruckzylinder hat ein erhöhtes Startmoment zur Folge und kann zum Stillstand führen. Dies ist in 5 veranschaulicht, wobei 5 ein System 500 veranschaulicht, das einen Kompressor in einem geladen blockierten CMV-Fehler darstellt.
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Ein geladen blockierter CMV-Fehler und eine Leckage an einem Hochdruckzylinder-Auslassventil können einen Fehler darstellen. Zum Beispiel kann das Hochdruckzylinder-Auslassventil das Auslassventil 214 sein. Dieser Fehler kann damit verbunden sein, dass das CMV in der geladenen Position hängen bleibt, die alle Entlastungsventile außer den Hauptbehälterluftleckagen zurück in den Hochdruckzylinder über ein fehlerhaftes Auslassventil verschließt. Die Auswirkung dieses Fehlers (z. B. eines undichten Ventils) kann eine erhöhte Luftmasse und erhöhten Druck in dem Hochdruckzylinder zur Folge haben. Größere Leckagen können den Hochdruckkolben veranlassen, sich zu dem UT zu bewegen. Die eingeschlossene Luft in dem Hochdruckzylinder hat ein erhöhtes Startdrehmoment zur Folge und kann zum Stillstand führen. Dies ist in 6 veranschaulicht, wobei 6 ein System 600 veranschaulicht, das einen Kompressor in einem geladen blockierten CMV-Fehler und mit einer Leckage an einem Hochdruckzylinder-Auslassventil zeigt. Bezugnehmend auf 7 ist ein Ventil 700, das ein Hochdruckzylinder-Auslassventil ist, dargestellt. Das Ventil 700 kann von einem Kompressor stammen und eine Leckagequelle 702 enthalten, die mit einem Kompressor mit einem geladen blockierten CMV-Fehler und einem Fehler einer Leckage an einem Hochdruckzylinder-Auslassventil verbunden ist.
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Ein Fehler eines geladen blockierten Hochdruckzylinder-Entlastungsventils kann sich darauf beziehen, dass der Hochdruckzylinder nicht in der Lage ist, in die Atmosphäre abzulassen. Die Auswirkung dieses Fehlers besteht darin, dass eingeschlossene Luft in dem Hochdruckzylinder ein erhöhtes Startmoment zur Folge hat und zum Stillstand führen kann. Dies ist in 8 veranschaulicht, wobei 8 ein System 800 veranschaulicht, das einen Kompressor mit einem Hochdruckzylinder-Entlastungsventil-Blockadefehler darstellt, in dem das Entlastungsventil 268 nicht in der Lage ist, in die Atmosphäre abzulassen.
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Ein geladen blockiertes Hochdruckzylinder-Entlastungsventil und eine Leckage an dem Hochdruckzylinder-Auslassventil können ein Fehler sein, der sich darauf bezieht, dass der Hochdruckzylinder nicht in der Lage ist, in die Atmosphäre abzulassen, abgesehen von den Hauptbehälterleckagen zurück in den Hauptdruckzylinder. Die Auswirkung dieses Fehlers besteht darin, dass die Auslassventilleckage eine erhöhte Luftmasse und einen erhöhten Druck in dem Hochdruckzylinder zur Folge haben kann. Größere Leckagen können den Hochdruckkolben veranlassen, sich zu dem UT zu bewegen. Die eingeschlossene Luft in dem Hochdruckzylinder hat ein erhöhtes Startmoment zur Folge und kann zum Stillstand führen.
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Ein geladen blockiertes Niederdruckzylinder-Entlastungsventil kann ein Fehler sein. Dieser Fehler betrifft einen Niederdruckzylinder, der nicht in der Lage ist, in die Atmosphäre abzulassen. Die Auswirkung dieses Fehlers besteht darin, dass die eingeschlossene Luft in dem Niederdruckzylinder ein erhöhtes Startmoment zur Folge hat und zum Stillstand führen kann.
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Ein weiterer Fehler kann eine Leckage an dem Hochdruckzylinder-Auslassventil sein. Dieser Fehler kann zu Startproblemen führen, wenn das CMV zu einem Zeitpunkt, selbst wenn vorübergehend, in den geladenen Zustand versetzt wird. Dies kann durch die Tatsache verursacht sein, dass, wenn der Hochdruckzylinder unter Druck gesetzte Luft enthält, das Stellelement für das Entlastungsventil gegebenenfalls nicht ausreichend Kraftkapazität haben kann, um den Differenzdruck über dem Einlassventil zu überwinden. Dies kann zu einem verriegelten geschlossenen Zustand des Entlastungsventils führen.
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Die Steuerung und die Detektionskomponente ermöglichen eine Überwindung der vorerwähnten Stillstandszustände und/oder Fehler. Außerdem sollen die vorstehend in Bezug genommenen Fehler für den Gegenstand der Offenbarung nicht beschränkend sein, und eine geeignete Kombination oder Menge an Fehlern, die mit einem Stillstandszustand für einen geladenen Startzustand verbunden sind, können durch die Steuerung und die Detektionskomponente gemindert werden.
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9 veranschaulicht einen Umkehrrichtungsmodus 900 als Reaktion auf einen Stillstandszustand eines Kompressors. Wie vorstehend erläutert, kann die Steuerung einen Umkehrrichtungsmodus basierend auf einem von der Detektionskomponente identifizierten Stillstandszustand anwenden. Der Umkehrrichtungsmodus 900 ist in einer Reihe von Bildern für einen Zylinder eines Kolbenkompressors, wie vorstehend beschrieben, veranschaulicht. Der Umkehrrichtungsmodus 900 zeigt den Zylinder 210, wobei jedoch erkannt werden sollte, dass die Darstellung für jeden Zylinder des Kompressors gelten kann und der Gegenstand der Innovation nicht auf einen einzelnen Zylinder beschränkt ist. Der Zylinder 210 enthält das Entlastungsventil 268 und ist mit der Kurbelwelle über die Pleuelstange verbunden. Sobald ein Stillstandszustand durch die Detektionskomponente detektiert wird, kann Leistung entfernt werden, und der Zylinder kann sich an dem unteren Totpunkt festsetzen. Bei Erfassung, dass sich der Zylinder in dem UT befindet, kann Leistung umgekehrt werden (z. B. umgekehrte Richtung des Motors), und Druckluft kann in den Zylinder eintreten.
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Als nächstes kann ein Rückwärts-Stillstand erfasst werden. Wie erläutert, kann ein Rückwärts-Stillstand erfasst werden, oder der Kompressor kann in umgekehrter Richtung laufen. In 9 wird ein Rückwärts-Stillstand erfasst. Bei der Erfassung des Rückwärts-Stillstands wird Leistung in der Vorwärtsrichtung angewandt (z. B. Vorwärtsleistung, nicht umgekehrte Leistung), und es wird ein Vorwärtsimpuls augfebaut (z. B. Motordrehmoment und/oder pneumatische Kraft). In einer Ausführungsform kann auch der Drehmomentsteigerungsmodus zur Erhöhung des Drehmomentes und Impulses verwendet werden. Dieser aufgebaute Vorwärtsimpuls und dieses ausgeübte erhöhte Drehmoment (wenn z. B. der Drehmomentsteigerungsmodus angewendet wird) können zu einem Start des Kompressors führen.
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Die vorerwähnten Systeme, Komponenten (z. B. die Detektionskomponente, Steuerung und andere) und dergleichen sind in Bezug auf eine Wechselwirkung zwischen verschiedenen Komponenten und/oder Elementen beschrieben worden. Es sollte erkannt werden, dass solche Vorrichtungen und Elemente diejenigen Elemente oder Unterelemente, wie sie hierin angegeben sind, einige von den angegebenen Elementen oder Unterelementen und/oder zusätzliche Elemente enthalten können. Noch weiter kann ein oder können mehrere Elemente und/oder Unterelemente zu einer Einzelkomponente kombiniert werden, um eine zusammengefasste Funktionalität zu ergeben. Die Elemente können auch mit einem oder mehreren anderen Elementen wechselwirken, die hier nicht speziell beschrieben sind. Diese Komponenten oder Elemente können Software, Hardware oder eine Kombination hiervon sein.
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Angesichts der oben beschriebenen beispielhaften Vorrichtungen und Elemente werden Methodiken, die gemäß dem offenbarten Gegenstand implementiert werden können, unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme der 10–12 besser verstanden. Die Methodiken sind als eine Reihe von Blöcken veranschaulicht und beschrieben, wobei der Anspruchsgegenstand durch die Reihenfolge der Blöcke nicht beschränkt ist, da einige Blöcke in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Blöcken abweichend von dem, was hierin dargestellt und beschrieben ist, auftreten können. Außerdem können gegebenenfalls nicht alle veranschaulichten Blöcke erforderlich sein, um die hier nachstehend beschriebenen Verfahren zu implementieren. Die Methoden können durch eine Komponente oder einen Teil einer Komponente implementiert sein, die wenigstens einen Prozessor, einen Speicher und eine auf dem Speicher für den Prozessor zur Ausführung gespeicherte Instruktion enthält.
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10 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 zur Detektion eines Stillstandszustands, der mit einer Kraft von einer Druckluft verbunden ist, die in einen Behälter des Kolbenzylinders hinein komprimiert wird. Bei dem Bezugszeichen 1010 kann ein Stillstandszustand für einen Kolbenkompressor basierend auf einer gemessenen Drehzahl, dem Motorstrom oder dem Luftdruck detektiert werden. Zum Beispiel kann der Stillstandszustand basierend auf einer Kraft von einer Druckluft detektiert werden, die in einen Behälter des Kolbenkompressors hinein komprimiert wird, wobei eine Detektionskomponente verwendet werden kann, um eine derartige Kraft zu detektieren. Bei dem Bezugszeichen 1020 kann ein Teil der Leistung von einem Motor des Kolbenkompressors entfernt werden. Bei dem Bezugszeichen 1030 kann eine Phasenfolge des Motors umgekehrt werden, um eine Rekompression eines Kolbens des Kolbenkompressors zu erzwingen. Bei dem Bezugszeichen 1040 kann ein Rückwärts-Stillstand und/oder ein Start des Kolbenkompressors detektiert werden, während dieser in eine Rückwärtsrichtung läuft, wenn sich der Kolben zu einer oberen Totpunkt(UT)-Position bewegt.
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11 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1100 zur Erhöhung eines Drehmomentes für einen Kompressor-Motor als Reaktion auf einen detektieren Stillstandszustand, der mit einer Kraft von einer Druckluft verbunden ist, die in einen Behälter des Kolbenkompressors hinein komprimiert wird. Bei dem Bezugszeichen 1110 kann ein Stillstandszustand für einen Kolbenkompressor basierend auf einer Kraft von einer Druckluft, die in einen Behälter des Kolbenkompressors hinein komprimiert worden ist, detektiert werden. Bei dem Bezugszeichen 1120 kann ein Drehmoment zum Starten des Motors des Kompressors mit wenigstens einer von einer Polumschaltung, einer Leiterspannungerhöhung und/oder einer Volt/Hertz-Verhältnis-Erhöhung erhöht werden. Bei dem Bezugszeichen 1130 kann das Drehmoment mit einer Wahl von einem ersten Polmodus zu einem zweiten Polmodus erhöht werden, wobei der erste Polmodus eine erste Anzahl von Polen enthält, die kleiner ist als eine zweite Anzahl von Polen für einen zweiten Polmodus.
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12 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1200 zur Erhöhung eines Drehmomentes für einen Kompressor-Motor und zur Umkehrung einer Phasenfolge des Motors als Reaktion auf einen detektierten Stillstandszustand, der mit einer Kraft von einer Druckluft verbunden ist, die in einen Behälter des Kolbenkompressors hinein komprimiert wird. Bei dem Bezugszeichen 1210 kann ein Stillstandszustand für einen Kolbenkompressor basierend auf einer Kraft von einer Druckluft, die in einen Behälter des Kolbenkompressors hinein komprimiert worden ist, erfasst werden. Bei einem Bezugszeichen 1220 kann ein Teil der Leistung von einem Motor des Kolbenkompressors entfernt werden. Bei einem Bezugszeichen 1230 kann eine Phasenfolge für den Motor umgekehrt werden, was eine Rekompression eines Kolbens des Kolbenkompressors erzwingt. Bei dem Bezugszeichen 1240 kann wenigstens ein Rückwärts-Stillstand und/oder ein Start des Kolbenkompressors detektiert werden, während dieser in eine Rückwärtsrichtung läuft, wenn sich der Kolben zu einer oberen Totpunkt(OT)-Position bewegt. Bei dem Bezugszeichen 1250 kann ein Drehmoment zum Starten des Motors des bidirektionalen Kolbenkompressors erhöht werden, indem eine Anzahl von Polen, die durch den Motor verwendet werden, von einer ersten Anzahl zu einer zweiten Anzahl ausgewählt wird, wobei die zweite Anzahl größer ist als die erste Anzahl.
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In einer Ausführungsform enthält das Verfahren ein Umkehren einer Phasenrichtung des Motors, um den Kolben über eine untere Totpunkt(UT)-Position hinaus zu beschleunigen, auf der Basis des detektierten Rückwärts-Stillstands. In einer derartigen Ausführungsform enthält das Verfahren ferner ein Beschleunigen des Kompressors über den UT hinaus mit wenigstens entweder einem Drehmoment des Motors und/oder einer pneumatischen Kraft auf den Kolben, um die Kraft zu überwinden. In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Antreiben des Kompressors in die umgekehrte bzw. Rückwärtsrichtung für eine Zeitdauer auf der Basis der Detektion des Starts des Kompressors enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren ein Umkehren einer Phasenrichtung des Motors nach dem Start des Kompressors für eine Zeitdauer enthalten.
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In einer noch weiteren Ausführungsform enthält das Verfahren ein Zurückführen eines geladen blockierten Steuermagnetventils (CMVs) oder eines Entlastungsventils auf der Basis des Starts des Kompressors. In einer noch weiteren Ausführungsform enthält das Verfahren ein Zurückführen eines geladen blockierten Steuermagnetventils (CMVs) oder eines Entlastungsventils auf der Basis einer Erhöhung eines Drucks des Behälters aufgrund des Starts des Kompressors.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens kann der Stillstandszustand auf wenigstens einem/einer von einem Steuermagnetventil-Blockadefehler, einer Leckage an einem Hochdruckzylinder-Auslassventil des Kompressors, einem Hochdruckzylinder-Entlastungsventil-Blockadefehler oder einem Niederdruckzylinder-Entlastungsventil-Blockadefehler beruhen. In einer noch weiteren Ausführungsform enthält das Verfahren ein Erhöhen eines Drehmomentes zum Starten des Motors des Kompressors mit wenigstens einer von einer Polumschaltung, einer Leiterspannungerhöhung oder einer Volt/Hertz-Verhältnis-Erhöhung.
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In der Ausführungsform des Verfahrens kann das Drehmoment, das zum Starten des Motors verwendet wird, in einer Vorwärtsrichtung des Kolbens oder der Rückwärtsrichtung des Kolbens erhöht werden. In der Ausführungsform des Verfahrens wird das Drehmoment mit einer Wahl von einem ersten Polmodus zu einem zweiten Polmodus erhöht, wobei der erste Polmodus eine erste Anzahl von Polen enthält und der zweite Polmodus eine zweite Anzahl von Polen enthält, wobei die zweite Anzahl von Polen größer ist als die erste Anzahl von Polen.
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In einer Ausführungsform kann ein Fahrzeug mit einer Detektorkomponente und einer Steuereinrichtung, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt werden. Ferner kann der Detektor innerhalb der Steuerungskomponente eingebettet sein. Das Fahrzeug kann einen Motor enthalten, wobei ein Kompressor mit dem Motor betriebsmäßig verbunden sein kann, wobei der Kompressor einen Behälter enthält, der eingerichtet ist, um Druckluft zu speichern. Die Steuerung kann wenigstens eine von einer Entfernung von Leistung aus dem Motor des Kompressors, einer Umkehr einer Phasenfolge des Motors, um eine Rekompression eines Kolbens des Kompressors zu erzwingen, und einer Detektion wenigstens eines Rückwärts-Stillstands und/oder eines Starts des Kompressors bei einer Rückwärtsrichtung, während sich der Kolben zu einer oberen Totpunkt(UT)-Position bewegt, erzielen. In der Ausführungsform ist der Kompressor ein Kolbenkompressor mit einem bidirektionalen Antriebssystem, das einen Kolben in eine Vorwärtsrichtung und die Rückwärtsrichtung antreibt.
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In einer Ausführungsform ist die Steuerung eingerichtet, um auf der Basis des detektierten Rückwärts-Stillstands eine Phasenrichtung des Motors zur Beschleunigung des Kolbens über eine untere Totpunkt(UT)-Position hinaus umzukehren und um den Kompressor über die UT-Position hinaus mit wenigstens entweder einem Drehmoment des Motors und/oder einer pneumatischen Kraft an dem Kolben zur Überwindung der Kraft zu beschleunigen.
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In einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands kann die Steuerung ferner eingerichtet sein, um wenigstens eines der folgenden zu steuern: einen Antrieb des Kompressors in die Rückwärtsrichtung für eine Zeitdauer auf der Basis der Detektion des Starts des Kompressors; oder eine Umkehr einer Phasenrichtung des Motors nach dem Start des Kompressors für eine Zeitdauer. In einer Ausführungsform kann die Steuerung ferner eingerichtet sein, um ein Drehmoment zum Starten des Motors des Kompressors durch die Auswahl einer Anzahl von Polen, die durch den Motor verwendet werden, von einer ersten Anzahl zu einer zweiten Anzahl zu erhöhen, wobei die zweite Anzahl größer ist als die erste Anzahl. In der Ausführungsform kann die Steuerung eingerichtet sein, um eine Erhöhung von wenigstens entweder einer Leiterspannung und/oder eines Volt/Hertz-Verhältnisses zu steuern, um ein Drehmoment für einen Motorstart des Kompressors zu verändern.
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In einer Ausführungsform kann ein System geschaffen sein, das Mittel zur Erhöhung eines Drehmomentes zum Starten des Motors des bidirektional angetriebenen Kolbenkompressors durch die Auswahl einer Anzahl von Polen, die durch den Motor verwendet werden, von einer ersten Anzahl zu einer zweiten Anzahl, wobei die zweite Anzahl größer ist als die erste Anzahl, enthält.
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In einer Ausführungsform ist ein Verfahren geschaffen, um einen Fehler beim Starten eines Luftkolbenkompressors aufgrund eines hohen Startmomentes aufzunehmen, der mit einem Verschleiß oder einem Fehler einer Komponente oder eines Systems verbunden ist, das die Schritte enthält: Detektieren eines Stillstandzustands für einen Kolbenkompressor basierend auf wenigstens einer/einem von einer Kompressordrehzahl, einem Motorstrom und/oder einem gemessenen Drucksignal; und Erhöhen eines Drehmomentes zum Starten des Motors des Kompressors mit wenigstens einer von einer Polumschaltung, einer Leiterspannungserhöhung und/oder einer Volt/Hertz-Erhöhung. In der Ausführungsform wird das Drehmoment zum Starten des Motors in wenigstens entweder einer Vorwärtsrichtung eines Kolbens des Motors und/oder einer Rückwärtsrichtung des Kolbens des Motors erhöht. In der Ausführungsform wird das Drehmoment mit einer Wahl von einem ersten Polmodus zu einem zweiten Polmodus erhöht.
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In der Ausführungsform enthält der erste Polmodus eine erste Anzahl von Polen, und der zweite Polmodus enthält eine zweite Anzahl von Polen, wobei die zweite Anzahl von Polen größer ist als die erste Anzahl von Polen. In der Ausführungsform kann das Verfahren auf einen Stillstand während einer Kompressorstartfolge durch Erhöhung der Leiterspannung auf Niveaus oberhalb normaler Niveaus reagieren, um ein zusätzliches Startmoment für den Kompressor zu ermöglichen. In der Ausführungsform kann das Verfahren auf einen Stillstand während einer Kompressorstartfolge durch Erhöhung des Motorflusses auf Niveaus oberhalb von Normalniveaus reagieren, um ein Bereitstellen eines zusätzlichen Startmoments für den Kompressor zu ermöglichen. In der Ausführungsform wird nach einem erfolgreichen Neustart bei erhöhtem Drehmomentniveau die Motorsteuerung in den Normalzustand zurückgeführt, außer wenn die Kompressormotorlaufdauer verlängert wird, um problembehaftete Neustarts zu vermeiden. In der Ausführungsform kann das Verfahren ein Regulieren des Behälterluftdrucks unter Verwendung eines steuer- bzw. regelbaren Ladeventils enthalten, um den Kompressor zu laden und zu entlasten, während dieser in Drehung bleibt. In der Ausführungsform kann das Verfahren ein Regulieren des Behälterluftdrucks unter Verwendung eines Hardware-Überdruckventils enthalten.
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In einer Ausführungsform kann ein Verfahren geschaffen sein, um einen Fehler beim Starten eines Luftkolbenkompressors aufgrund eines hohen Startmomentes, der mit Verschleiß oder einem Fehler einer Komponente oder eines Systems verbunden ist, aufzunehmen, das die Schritte enthält: Detektieren eines Stillstandzustands für einen Kompressor basierend auf wenigstens einer/einem von einer Kompressordrehzahl, einem Motorstrom und/oder einem gemessenen Drucksignal; und vorübergehendes Umkehren der Kompressordrehung, um den Fehler zu bewältigen. In der Ausführungsform wird eine Umkehrdrehung durch Umkehrung einer Phasenfolge für einen Drei(3-)phasen-Asynchronmotor, der den Kompressor antreibt, angetrieben. In der Ausführungsform wird ein Asynchronmotor durch einen Antrieb mit einem Umrichter variabler Frequenz angetrieben. In der Ausführungsform ist eine Umkehrdrehung auf eine Position begrenzt, von der aus ein Impuls an einem nachfolgenden Vorwärtsneustart erhalten wird. Wenn in der Ausführungsform während einer Umkehrdrehung der Kompressor erfolgreich in eine Rückwärts- bzw. umgekehrte Richtung startet, wird diese Drehung aufrechterhalten, wenn der Kompressor Luft in jede Richtung pumpen kann. Wenn in der Ausführungsform während einer Umkehrdrehung der Kompressor in eine Rückwärts- bzw. umgekehrte Richtung erfolgreich startet, wird diese Drehung nur für eine kurze Zeitdauer aufrechterhalten, wonach der Kompressor angehalten und erneut in eine Vorwärtsrichtung gestartet wird.
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In einer Ausführungsform kann ein System geschaffen sein, das Mittel zur Detektion eines Stillstandzustands für einen bidirektional angetriebenen Kolbenkompressor auf der Basis einer Kraft von einer Druckluft, die in einen Behälter des bidirektionalen Kolbenkompressors hinein komprimiert wird, enthält, wobei die Mittel zur Detektion die Detektionskomponente, die Steuerungskomponente, ein Sensor, eine Komponente oder eine Kombination von diesen sein können. Das System kann Mittel zur Entfernung von Leistung von einem Motor des bidirektionalen Kolbenkompressors enthalten, wobei die Mittel zur Entfernung die Steuerung, der Motor, der Kompressor, eine Komponente und andere sein können. Das System kann Mittel zur Umkehrung einer Phasenfolge für den Motor enthalten, um eine Rekompression eines Kolbens des bidirektionalen Kolbenkompressors zu erzwingen, wobei die Mittel zur Umkehr die Steuerungskomponente, der Kompressor, der Motor, eine Komponente und andere sein können. Das System kann Mittel zur Detektion wenigstens entweder eines Rückwärts-Stillstands und/oder eines Starts des bidirektionalen Kolbenkompressors in einer Rückwärtsrichtung enthalten, während der Kolben sich zu einer oberen Totpunkt(OT)-Position bewegt, wobei die Mittel zur Detektion die Detektorkomponente, ein Sensor, ein Kompressor, eine Steuerungskomponente, eine Komponente oder andere sind.
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In der Beschreibung und den Ansprüchen werden verschiedene Begriffe benutzt, die folgende Bedeutungen haben. Die Singularformen „ein”, „eine” und „der/die/das” schließen Pluralbezüge mit ein, es sei denn, der Kontext schreibt eindeutig anderes vor. Hier in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendete näherungsweise Terminologie kann zum Modifizieren einer quantitativen Darstellung angewendet werden, die zulässigerweise variieren kann, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion zu führen, die sie betrifft. Dementsprechend darf ein Wert, der durch einen Begriff wie „etwa” modifiziert wird, nicht auf genau den angegebenen Wert eingeschränkt werden. In manchen Fällen kann der näherungsweise Terminologie der Präzision eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Darüber hinaus zeigt die Verwendung der Begriffe „erste/r”, „zweite/r” usw., soweit nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, keine Reihenfolge oder Bedeutung an, sondern die Begriffe „erste/r”, „zweite/r” usw. werden zum Unterscheiden eines Elements von einem anderen benutzt.
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Die hier verwendeten Begriffe „können” und „sein können” geben eine Möglichkeit für das Vorkommen unter einer Reihe von Umständen, das Vorhandensein einer genannten Eigenschaft, Ausprägung oder Funktion an und/oder relativieren ein anderes Verb, indem sie eine Eignung, Fähigkeit oder Möglichkeit ausdrücken, die mit dem relativierten Verb verbunden ist. Dementsprechend zeigt die Verwendung von „können” und „sein können” an, dass ein modifizierter Begriff für eine genannte Fähigkeit, Funktion oder Verwendung offensichtlich angemessen, geeignet oder passend ist, während berücksichtigt wird, dass der modifizierte Begriff unter manchen Umständen eventuell nicht angemessen, geeignet oder passend sein kann. So kann beispielsweise unter manchen Umständen ein Ereignis oder eine Fähigkeit erwartet werden, während es oder sie unter anderen Umständen nicht auftreten kann – diese Unterscheidung spiegelt sich in den Begriffen „können” und „sein können” wider.
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Diese schriftliche Beschreibung benutzt Beispiele für die Offenbarung der Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, sowie dazu, Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuüben, wozu das Herstellen und Benutzen von Einrichtungen oder Systemen und das Durchführen von eingebundenen Verfahren gehören. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für Fachleute ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, sofern sie Strukturelemente besitzen, die sich nicht von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder sofern sie äquivalente Strukturelemente aufweisen, die sich nur unwesentlich von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden.
