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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren zur Steuerung
des Gasstroms in einem Kompressor, in dem während eines Ansaughubs ein Volumen
expandiert wird und das eingeführt
Gasvolumen komprimiert und durch ein Rückschlagventil für Ausfluss
und/oder ein steuerbares Ventil während eines Entleerungshubs
abgebeben wird, und bei dem der Kompressor ein steuerbares Einlassventil
aufweist, das pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch betrieben
wird, und das auf der Basis eines Signals von einem Steuersystem
geöffnet
und geschlossen wird.
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Diese
Art eines Kompressors, von dem es eine Vielzahl von Ausführungsformen
gibt, wobei aber der Hubkolbenverdichter die üblichste davon ist, wird oft
Kolbenverdichter genannt. Um den erfindungsgemäßen Vorteil zu nutzen, sollte
der Kompressor ein steuerbares Einlassventil aufweisen. Es ist jedoch
bevorzugt, dass der Kompressor auch ein Rückschlagventil für den Einfluss
aufweist, dass abgeschaltet werden kann, und ein steuerbares Auslassventil.
Im Verhältnis
zu bekannten Verfahren befriedigt die Erfindung ein variierendes
Bedürfnis
an unter Druck stehendem Gas mit verringertem Energieverbrauch und
Umweltbelastung.
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Die
Erfindung ist für
Kolbenverdichter für
die industrielle Anwendung, für
Fahrzeuge und Fahrzeugmotoren, für
Brennstoffzellen usw. anwendbar (z.B. DE-A-42 11 068).
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Die
Erfindung kann nur unter Verwendung eines Steuersystems praktiziert
werden. Die Software für
das Steuersystem ist für
ihre Funktion entscheidend. Die Software, die zur praktischen Durchführung der
Erfindung verwendet wird, kann als Teil eines größeren Steuersystems, z.B. eines
Systems für einen
Motorbetrieb, appliziert werden.
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Weil
der Hubkolbenverdichter der üblichste Kolbenverdichter
ist, wird die Erfindung mittels eines Beispiels bei ihrer Anwendung
bei einem Hubkolbenverdichter beschrieben.
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Hintergrund der Erfindung
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Kolbenverdichter,
insbesondere Hubkolbenverdichter werden normalerweise mit einer
konstanten oder relativ geringen Zahl von Umdrehungen pro Minute
betrieben. Normalerweise sind die Einlassventile und die Auslassventile
Rückschlagventile,
die bei höheren
Umdrehungszahlen pro Minute einen einschränkenden Einfluss auf den Gasstrom
aufweisen.
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Die
Steuerung des Gasstroms wird normalerweise durchgeführt, indem
man den Kompressor startet, wenn der Druck in dem damit verbundenen Behälter unterhalb
ein bestimmtes Niveau fällt,
und ihn stoppt, wenn ein bestimmtes Druckniveau erhalten wurde.
Häufige
Starts und Stopps ergeben einen großen Verschleiß und verbrauchen
Energie.
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Nach
einer anderen üblichen
Steuerart wird der Gasstrom zum Rückschlagventil für den Einfluss mittels
eines Sperrventils unterbrochen, wenn in dem mit dem Kompressor
verbundenen Behälter
ein bestimmter Druck erhalten wird, während der Betrieb des Kompressors
mit den Zyklen weiterlaufen gelassen wird, ohne Gas zu komprimieren.
Wenn der Druck im Behälter
unter ein bestimmtes Niveau fällt, wird
der Gasstrom wieder zugelassen.
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Wenn
der Bedarf an unter Druck stehendem Gas nicht sehr häufig ist,
ist die erste An der Steuerung die wirtschaftlichste. Wenn der Bedarf
häufiger ist,
ist die letztere An im wesentlichen wirtschaftlicher. Das Absperren/Öffnen des
Gasstroms ist jedoch relativ langsam. Dies bedeutet, dass eine Vielzahl
von Zyklen ohne Kompression von Gas auch beim kürzest möglichen Abschließen durchgeführt wird.
Darüber
hinaus ergibt ein langsames Schließen/Öffnen einen wesentlichen Strömungsverlust.
Der Behälter und
der Kompressor müssen
deshalb eine größere Dimension
aufweisen als wenn die Absperrung des Gasstroms zum Kompressor so
kurzfristig wie in einem Zyklus durchgeführt werden könnte. Außerdem würde ein
rasches Schließen/Öffnen die
Strömungsverluste
verringern.
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Die
Erfindung ergibt, dass der Gasstrom nicht wie vorstehend erwähnt im Falle
von Rückschlagventilen
eingeschränkt
wird, und dass der Luftstrom rasch abgesperrt/geöffnet werden kann und für eine solche
Periode wie einen einzigen Zyklus abgesperrt werden kann. Der Energieverbrauch
und die Umweltbelastung können
deshalb im Verhältnis
zu Verfahren des Standes der Technik verringert werden, und ebenso
die Größe des Kompressors
und des Behälters.
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Aufgabenstellung der Erfindung
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Aufgabenstellung
der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Steuerung
des Gasstroms in einem Kompressor und zur Vermeidung der obigen
Nachteile und um einem variierenden Bedarf von unter Druck stehendem
Gas mit einer rascheren Steuerung und mit einem gleichmäßigeren
Druckniveau zu entsprechen, und im Verhältnis zu Verfahren des Standes
der Technik gleichzeitig geringeren Energieverbrauch und Umweltbeeinträchtigung
zu erzielen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabenstellung der Erfindung wird erzielt mittels eines Kompressors,
in dem während
eines Ansaughubs ein Volumen expandiert wird, und indem das eingeführte Gasvolumen komprimiert
und durch ein Rückschlagventil
für Ausfluss
während
eines Entleerungshubs abgegeben wird, wobei der Kompressor ein steuerbares
Einlassventil aufweist, das pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch
betreibbar ist, und das auf der Basis eines Signals von einem Steuersystem
geöffnet
und geschlossen wird, wobei das Steuerverfahren dadurch gekennzeichnet
ist, dass das Einlassventil während mindestens
eines Teils eines Ansaughubs geschlossen gehalten wird. Weitere
Merkmale sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen aufgezeigt.
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Kompressor
bezieht sich hier auf einen Kolbenverdichter, und insbesondere einen
Hubkolbenverdichter.
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Ein
steuerbares Einlassventil, ein steuerbares Auslassventil, ein Rückschlagventil
für den
Einfluss, ein Rückschlagventil
für den
Ausfluss und ähnliche
Ausdrücke
sollen auch andere mögliche
Ausführungsformen
umfassen, die eine größere Zahl
von Ventilen dieser Ventilarten verwenden.
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Es
wird auch verstanden, dass ein Kompressor aus einer Vielzahl von
Kompressoren aufgebaut sein kann, wie z.B. ein Mehrzylinderhubkolbenverdichter,
in dem jeder Zylinder einen individuellen Hubkolbenverdichter definiert,
und wobei jeder individuelle Kompressor gemäß der Beschreibung und den
Patentansprüchen
arbeitet.
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Ein
gemeinsames Merkmal für
Kolbenverdichter ist es, dass ein Volumen während eines Ansaughubs expandiert
wird. Wenn das Volumen expandiert wird, wird es mit Gas, wie z.B.
Luft, gefüllt, das
durch ein Ventil strömt,
normalerweise ein Rückschlagventil.
Am Ende des Ansaughubs wird ein Volumen, das das eingeführte Gas
umschließt,
komprimiert, und das Gas wird durch ein Ventil, normalerweise ein
Rückschlagventil,
abgelassen. Der Hubkolbenverdichter ist der gebräuchlichste Kolbenverdichter,
und im Hubkolbenverdichter ist das Volumen, das expandiert wird,
und das Volumen, das komprimiert wird, das gleiche. Es gibt z.B.
auch Rollkolbenverdichter, bei denen das Volumen, das expandiert
wird, nicht das gleiche ist wie das Volumen, das komprimiert wird.
In einem Hubkolbenverdichter bewegt sich ein Kolben innerhalb eines
Zylinders zwischen zwei Totpunkten, als oberer Totpunkt bzw. unterer Totpunkt
bezeichnet. Die Bewegung des Kolbens vom oberen Totpunkt zum unteren
Totpunkt ergibt, dass ein Volumen in einem Ansaughub expandiert wird,
wie dies im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgedrückt ist.
Die Kolbenbewegung vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt ergibt,
dass das eingeführte
Gasvolumen komprimiert wird und über
ein Rückschlagventil
für den
Ausfluss während
eines Entleerungshubs abgegeben wird, wie dies ebenfalls im Oberbegriff
angegeben ist.
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Normalerweise
ist ein Rückschlagventil
für den
Einfluss und ein Rückschlagventil
für den
Ausfluss am oberen Totpunkt vorhanden. Wenn der Kolben während eines
Ansaughubs sich vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt,
wird zwischen dem Kolben und dem oberen Totpunkt ein Volumen expandiert,
und dieses Volumen wird während der
Bewegung über
ein Rückschlagventil
für den
Einfluss gefüllt.
Vom unteren Totpunkt bewegt sich der Kolben während eines Entleerungshubs
zum oberen Totpunkt, und das Volumen zwischen dem Kolben und dem
oberen Totpunkt wird komprimiert. Am Anfang kann das eingeschlossene
Gas nirgendwo hin laufen, und deshalb erhöht sich der Druck im Volumen,
das zunehmend kleiner wird. Wenn der Druck im eingeschlossenen Gas
ausreichend höher
ist, als der Druck auf der anderen Seite des Rückschlagventils für den Ausfluss,
wird das letztere geöffnet
und das Gas wird während
der fortgesetzten Bewegung des Kolbens zum oberen Totpunkt abgebeben.
Ein Ansaughub, gefolgt von einem Entleerungshub, wird hier als Zyklus
bezeichnet. Während
einer vollständigen
Kompressorwellenumdrehung wird ein vollständiger Zyklus durchgeführt.
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Im
Hinblick auf die vorstehende Beschreibung des Standes der Technik
werden bedeutsame Vorteile erzielt, wenn für eine solche kurze Periode, wie
ein einzelner Zyklus, eine Absperrung stattfinden kann. Mit Hilfe
des steuerbaren Ventils gemäß der anfänglichen
Definition in der Beschreibung kann ein einziger Ansaughub mit einem
geschlossenen Einlassventil durchgeführt werden, und dies bedeutet, dass
während
des Ansaughubs kein Gas eingeführt wird.
Dies führt
automatisch dazu, dass während
des Entleerungshubs kein Gas abgegeben wird. Der Gasstrom wird deshalb
während
eines Zyklus abgesperrt. Ein mit einem geschlossenen Einlassventil durchgeführter Ansaughub
wird als geschlossener Ansaughub bezeichnet.
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Um
das erfindungsgemäße Verfahren
zu praktizieren, sind steuerbare Ventile erforderlich, in erster
Linie ein steuerbares Einlassventil. Es ist jedoch mit einer Ausführungsform
mit einem steuerbaren Auslassventil zusätzlich zu dem bereits vorhandenen
Rückschlagventil
für den
Ausfluss bevorzugt. Steuerbare Ventile erlauben einen wesentlich
größeren Luftstrom
als es mit üblichen
Rückschlagventilen in
heutigen Kompressoren möglich
ist. Dadurch kann eine wesentlich höhere Zahl von Umdrehungen pro Minute
ermöglicht
werden, was es möglich
macht, kleinere Hubkolbenverdichter als zur Zeit zu verwenden. Indem
man ein Rückschlagventil
für den
Einfluss zusammen mit einer Gasleitung, die geschlossen werden kann,
verwendet, z.B. mit Hilfe eines mechanischen Verfahrens auf der
Basis der Tatsache, dass eine bestimmte Luftmenge eines bestimmten Drucks
erhalten wurde, wird ein wesentlicher Vorteil einer Hilfsfunktion
erhalten. Eine Hilfsfunktion, die sogar dann wirkt, wenn das steuerbare
Einlassventil und/oder Auslassventil versagen. Unter Verwendung eines
steuerbaren Einlassventils kann das letztere während eines vollständigen Ansaughubs
geschlossen werden, hier als geschlossener Ansaughub bezeichnet,
aber auch während
eines Teils des Ansaughubs, wobei dieser Teil von Zyklus zu Zyklus
variierbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht deshalb
auf einem Schließen
des Einlassventils während
mindestens eines Teils des Ansaughubs für den Zweck der Steuerung des
Ausflussvolumens während
des Entleerungshubs. Au ßerdem
ist es auch ersichtlich, dass das Schließen während der Abfolge stattfindet,
durch die ein üblicher
Ansaughub normalerweise vorhanden sein würde, und dass der Kompressor
mit einer Vielzahl von auf einander folgenden Zyklen von Ansaughuben
und Entleerungshuben arbeitet.
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Mittels
der kennzeichnenden Steuerstrategie des Steuerverfahrens, nämlich die
Menge an unter Druck stehendem Gas bereitzustellen, die zu jedem Zeitpunkt
unter Verwendung einer Vielzahl von Zyklen mit geschlossenen Ansaughub
benötigt
wird, in der die Frequenz zwischen 0% und 100% der Zahl der Umdrehung
pro Minute variiert, wird ein beträchtlicher wirtschaftlicher
Betrieb erzielt. Wenn z.B. das Steuersystem die Frequenz 0% wählt, dann
wird kein Zyklus mit geschlossenem Ansaughub durchgeführt, aber
das Gas wird bei jeder Umdrehung zugeführt, und bei der Frequenz 100%
wird jeder Zyklus mit einem geschlossenen Ansaughub durchgeführt, und bei
der Frequenz von 50% wird ein Zyklus mit einem geschlossenen Ansaughub
jede zweite Umdrehung durchgeführt,
und bei der Frequenz von 20% wird ein Zyklus mit einem geschlossenen
Ansaughub bei jeder fünften
Umdrehung durchgeführt,
und bei der Frequenz von 10% wird ein Zyklus mit einem geschlossenen
Ansaughub jede zehnte Umdrehung durchgeführt. Ein Zyklus mit einem geschlossenen Ansaughub
kann deshalb jede zweite, jede dritte, jede vierte, jede fünfte Umdrehung
usw. durchgeführt werden.
Während
der verbleibenden Zyklen/Umdrehungen wird Gas während des Ansaughubs zugeführt. Bei
der Frequenz zwischen 50 und 100% befolgen einem Zyklus mit einem
geschlossenen Ansaughub direkt ein, zwei oder mehrere folgende Zyklen,
eine Reihe folgender Zyklen, mit geschlossenem Ansaughub. Bei z.B.
80% Zyklen mit geschlossenem Ansaughub würde eine geeignete Verteilung einen
einzigen Zyklus mit normalem Ansaughub nach einer kontinuierlichen
Serie von vier Zyklen mit geschlossenem Ansaughub aufweisen, und
dann andere kontinuierliche Reihen von vier Zyklen mit geschlossenem
Ansaughub, gefolgt von einem weiteren einzigen Zyklus mit normalem
Ansaughub usw. Um das Druckniveau in einem Behälter für unter Druck stehendes Gas,
der an den Kompressor angeschlossen ist, so gleichmäßig wie
möglich
zu halten, und um den Behälter
so klein wie möglich
zu halten, sollte das Steuersystem so charakterisiert sein, dass im
wesentlichen die gleiche Zahl von Umdrehungen zwischen jedem Zyklus
oder jeder kontinuierlichen Reihe von Zyklen mit geschlossenem Ansaughub, durchgeführt wird.
Die Erfindung könnte
auch beschrieben werden als ein Weg, um einem plötzlichen Bedarf für unter
Druck stehendes Gas zu entsprechen, indem eine Frequenz an Zyklen
mit einem normalen Ansaughub verwendet wird, was zum gleichen Effekt
führt.
Eine weitere charakterisierende Steuerstrategie des Steuerverfahrens,
die vorteilhafterweise mit der Frequenzsteuerung, die vorstehend
beschrieben wurde, kombiniert werden kann, ist es, einem sofortigen
Bedarf an unter Druck stehendem Gas zu entsprechen durch Verwendung
von Zyklen, bei denen das steuerbare Ventil während eines Teils des Ansaughubs,
wie durch das Steuersystem bestimmt, irgendwo entlang des Kolbenwegs
von seinem oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt geschlossen ist.
Dieser Teil des in Frage stehenden Ansaughubs kann von Zyklus zu
Zyklus variiert werden. Diese vorteilhafte Möglichkeit erlaubt es, einen
Speicher für
die Lagerung von unter Druck stehendem Gas zu minimieren, oder den
Speicher sogar durch die Leitung auszubilden, die das unter Druck
stehenden Gas vom Kompressor zur Vorrichtung führt, in der das Gas verwendet
werden soll. Die Möglichkeit, ein
Minimum an Speicherraum für
das unter Druck stehende Gas zu haben, ist ein Ergebnis davon, dass man
einem variierenden Verbrauch eine im wesentlichen gleichzeitige
variierende Produktion von im wesentlichen der gleichen Menge an
unter Druck stehendem Gas, wie die Menge, die zu einem bestimmten
Zeitpunkt verbraucht wird, folgen lässt.
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Steuerbare
Einlassventile und gegebenenfalls Auslassventile erlauben dank wesentlich
verringerter Strömungsverluste
eine wesentlich höhere Strömungskapazität für einen
bestimmten Rauminhalt ?, wobei der letztere als das Innenvolumen
des Zylinders zwischen den zwei Totpunkten des Kolbens in einem
Hubkolbenverdichter bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass ein Hubkolbenverdichter
z.B. an die Motorwelle eines Fahrzeugmotors verbunden werden kann,
und dass die Zahl an Umdrehungen pro Minute direkt oder mittels
einer Getriebeuntersetzung der Zahl der Umdrehungen pro Minute des
Motors entspricht. Im Falle einer Ausführungsform, die ein Fahrzeug
umfasst, sollte der Ausdruck Gas durch Luft ersetzt werden. Der
Hubkolbenkompressor kann z.B. zur Herstellung von unter Druck stehender
Luft für
die Motorverbrennung, zum Zwecke des Betriebs steuerbarer pneumatisch
betriebener Ventile für
den Motor und/oder den Kompressor selbst, für eine luftunterstützte Brennstoffeinspritzung,
für das
Bremsensystem usw. verwendet werden. Ein charakteristisches Merkmal
ist es, dass durch eine hohe Zahl von Umdrehungen pro Minute und
einem großen
Bedarf an unter Druck stehender Luft, was bei einem Motorbetrieb
der Fall ist, das Einlassventil geschlossen werden kann, nachdem
der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat, was dazu führt, dass
eine größere Menge
an zu komprimierender Luft im Vergleich zu dem Fall, in dem das
Einlassventil schließt,
bevor der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht, zugeführt werden
kann. Ein weiterer charakteristischer Weg zur Erhöhung der
Kapazität
des Kompressors beim Motorbetrieb ist es, seine Luftzufuhrleitung
mit einer vorhandenen Luftleitung zum Motor mit durch einen Ablassgas-Turbo-
oder -Schraubenkompressor hergestellter unter Druck stehender Luft
zu verbinden. Eine Verbindung stromabwärts von einem vorhandenen Zwischenkühler ist
bevorzugt. Eine Verbindung an eine Fahrzeugmotor-Luftzufuhrleitung stromabwärts vom
Luftfilter und stromaufwärts
von einer vorhandenen Drosselklappe ist geeignet, selbst wenn dort
keine Vorrichtung zum Komprimieren von Luft vorhanden ist, da die
Luft das Luftreinigungsfilter passiert hat.
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Die
vorstehend beschriebene Hilfsfunktion, die insbesondere bei einem
Motorbetrieb brauchbar ist, ist auch ein Merkmal der Erfindung.
Sie definiert ein Merkmal, das dazu führt, dass eine bestimmte Kapazität zur Produktion
von komprimierter Luft oder irgendeinem anderen Gas immer verfügbar ist.
Die Hilfsfunktion ist, wie dies erwähnt wurde, bei einem Versagen
eines steuerbaren Ventils von Vorteil. Sie ergibt aber auch die
Möglichkeit,
sofort einen zu verwendenden Luftdruck, z.B. zum Anlassen, mittels
eines elektrischen Anlassers, eines Motors mit einer luftunterstützten Brennstoffeinspritzung,
aufzubauen, wenn kein verbleibender Druck im Druckspeicher oder
in der Leitung für
die komprimierte Luft vorhanden ist. Dasselbe trifft zu, wenn z.B.
steuerbare Ventile, die pneumatisch betrieben werden, vorhanden sind.
Wenn in den Rückschlagventilen
für den
Einfluss bzw. den Ausfluss eine große Strömungskapazität vorhanden
ist, und ein steuerbares pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch
betriebenes Schließelement
bei oder stromaufwärts
vom Rückschlagventil
für den
Einfluss angeordnet ist, ist das Hilfsfunktionsprinzip auch eine
Voraussetzung für
die Durchführung
einer Frequenz von Zyklen mit geschlossenem Ansaughub, oder Zyklen,
bei denen das steuerbare Schließelement
während
eines Teils des in Frage stehenden Ansaughubs, irgendwo auf dem
Kolbenweg von seinem oberen Totpunkt zu seinem unteren Totpunkt,
geschlossen ist, wobei dieser Teil durch das Steuersystem bestimmt
wird.
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Wie
erwähnt,
umfasst das Verfahren auch eine Ausführungsform, bei der das steuerbare
Ventil für
den Ausfluss auch pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch
betreibbar ist. Das Verfahren ist auch dadurch charakterisiert,
dass das steuerbare Auslassventil in Verbindung mit einem Druckausgleich,
der zwischen dem abzugebenden Gas und dem Gas auf der anderen Seite
des Auslassventils erhalten wird, geöffnet wird. Es ist wichtig,
einen Kontakt zwischen dem Kolben und dem Auslassventil zu vermeiden,
und die bevorzugte Ausführungsform
ist deshalb dadurch charakterisiert, dass das Auslassventil in einer
Richtung vom Zylinder geöffnet
wird, d.h., in der gleichen Richtung wie die Bewegungsrichtung des
Kolbens während
der Kompression und Entleerung. Wenn das Auslassventil in der entgegengesetzten
Richtung geöffnet
wird, d.h., gegen die Bewegungsrichtung des Kolbens, muss es ausreichend früh schließen, um
irgendeinen Kolbenkontakt zu vermeiden. In solchen Fällen ist
eine Kombination eines steuerbaren Auslassventils und eines Rückschlagventils
für den
Gasauslass von Vorteil, und ein Merkmal, um es zu ermöglichen,
eine Menge von komprimiertem Gas abzugeben, das sonst verbleiben
würde.
Ein ausreichend geringer Kolbenkontakt ist, wenn eine ausreichend
geringe Entfernung zum vollständigen
Schließen
des Auslassventils verbleibt, jedoch nicht schädlich, kann aber für eine gute
Entleerung von Vorteil sein. Dies setzt jedoch voraus, dass das
Auslassventil längs
eines Zugangs/einer Richtung, die genau die gleiche ist wie die
des Kolbens, bewegt wird.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung und der nachstehenden Beschreibung
ist es ersichtlich, dass ein Steuersystem auf elektronischer Basis
mit den notwendigen Sensoren und anderen Komponenten, einschließlich eines
für den
spezifischen Zweck entwickelten Computerprogramms, eine absolute
Notwendigkeit ist.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die einzige 1 beschrieben,
die ein beispielhaftes schematisches Bild eines Kompressors mit
einem Kolben zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
einer Ausführungsform
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1 ist
ein beispielhaftes schematisches Bild, das einen Kompressorzylinder
mit einem Kolben 1 zeigt. Der Kolben ist während eines
Ansaughubs in Bewegung, und Luft (oder irgendein anderes Gas) fließt durch
das offene Einlassventil 2. Das Einlassventil 2 und
das geschlossene Auslassventil 3 bestehen aus steuerbaren
Ventilen, die pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch betreibbar
sind. Zum Betrieb der Ventile 2 und 3 wird eine Schaltung 4 verwendet.
Eine Steuereinheit 5 ist mit der Schaltung 4 zur
Signalsteuerung der Schaltung und der Ventile 2 und 3,
die mit der Schaltung verbunden sind, operativ verbunden. Luft,
die komprimiert wird, wird durch das Auslassventil 3 und/oder
ein Rückschlagventil 6 für den Ausfluss
von Gas durch eine Leitung 7 in einen Behälter 8 transportiert.
Mittels eines Sensors 9 im Behälter 8, der mit der
Steuereinheit 5 operativ verbunden ist, wird die Steuereinheit
mit kontinuierlicher Information über den Druck im Behälter versehen.
Ein Sensor 10, der an einem graduierten Bogen 12 angeordnet
und an der Kompressorwelle 11 montiert und mit der Steuereinheit 5 operativ
verbunden ist, liefert kontinuierlich Information an die Steuereinheit
zur Berechnung der Zahl der Umdrehungen pro Minute und der Kolbenposition
im Zylinder 1. Die Steuereinheit 5 bestimmt, wann
die steuerbaren Ventile 2 und 3 öffnen oder
schließen sollen.
Die Kompressorwelle 11 ist z.B. mit einem Elektromotor
oder einem Motor eines Fahrzeugs verbunden (die Verbindung ist nicht
dargestellt). Über das
Einlassventil 2 gelieferte Luft kann vorzugsweise mittels
z.B. einer Ablassgasturbine in einem Fahrzeug vorkomprimiert werden.
Vorteilhafterweise kann Luft zur Kompression stromabwärts von
einem Zwischenkühler
(Verbindung nicht dargestellt), der in einem Fahrzeug vorhanden
sein könnte,
entnommen werden. Das Rückschlagventil 6 für den Ausfluss
und ein Rückschlagventil 13 für den Einfluss,
mit einem Schließelement 14 ausgerüstet, erfüllt eine
Hilfsfunktion. Über
eine Leitung 15 ist das Schließelement 14 mit dem
Behälter 8 verbunden.
Wenn der Druck im Behälter 8 unter
ein bestimmtes Niveau fällt, öffnet das
Schließelement 14,
z.B. mittels der Wirkung einer mechanischen Feder 16, damit
zu komprimierende Luft durch das Rückschlagventil 13 für den Einfluss
zugeführt
wird. Diese Hilfsfunktion bedeutet, dass unter Druck stehen de Luft
auf eine bestimmte Menge verringert werden kann, während das
steuerbare Einlassventil 2 geschlossen oder außer Funktion
ist. Dies ist von Bedeutung, um es, zumindest in einem gewissen
Ausmaß,
zu ermöglichen,
ein Fahrzeug mittels eines luftunterstützten Elements für z.B. eine
Brennstoffeinspritzung oder ein Bremssystem anzutreiben. Wenn z.B.
die steuerbaren Ventile 2 und 3 aus pneumatisch
betriebenen Ventilen bestehen, und der Druck im Behälter 8 für die Aktivierung
dieser Ventile zu gering ist, soll die Hilfsfunktion so fungieren,
dass der Druck im Behälter
zur Aktivierung der Ventile 2 und 3 ausreicht,
erhalten mittels der Feder 16, bevor das mit dem Rückschlagventil 13 für den Einfluss
verbundene Schließelement 14 schließt. Wenn
die steuerbaren Ventile 2 und 3 pneumatisch betriebene
Ventile sind, ist eine Leitung für
die Luft (nicht dargestellt) zwischen den Ventilen und dem Behälter 8 vorhanden.
Unter Druck stehende Luft für z.B.
das Hilfssystem eines Fahrzeugs wird aus dem Behälter 8 über eine
Verbindung 17 entnommen. Für die beschriebene Hilfsfunktion
sind nur kleine Rückschlagventile 13, 6 erforderlich.
Der Bedarf für
eine große
Strömungskapazität wird durch
die steuerbaren Ventile 2 und 3 ermöglicht.
Während
der Kompressionshube soll, wenn das Rückschlagventil 13 für den Einfluss
durch die Wirkung des Schließelements 14 geschlossen
ist, das Auslassventil 3 beim Druckausgleich zwischen der
Luft im Behälter 8 und der
Luft, die im Zylinder 1 komprimiert wird, öffnen. Ein
Sensor 18, der mit der Steuereinheit 5 operativ verbunden
ist, registriert den Zylinderdruck. Dieser Druck wird mittels der
Steuereinheit mit dem Druck im Behälter zum Zweck der Überprüfung, dass
das Auslassventil 3 bei der korrekten Winkelposition der Kurbel
aktiviert wurde, verglichen. Nach einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform
sind das kleine Rückschlagventil
für den
Ausfluss und das steuerbare Auslassventil 3 durch ein oder
mehrere Rückschlagventile
für den
Ausfluss ersetzt. Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind
das Rückschlagventil 13 für den Einfluss
und das steuerbare Einlassventil 2 durch ein großes Rückschlagventil
für den
Einfluss ersetzt, und das Schließelement 14 ist durch
ein rasches steuerbares Element ersetzt, das, wie die Ventile 2 und 3,
dazu fähig
ist, den zu komprimierenden Luftstrom während einer solch kurzen Zeit
wie einem einzigen Zyklus abzusperren.