Method for controlling a compressor, apparatus and use of apparatus

本発明は、圧力媒体を圧力媒体系に送り込むための圧縮機の制御方法に関し、圧力媒体の送り込みは、圧縮機に配置された温度センサにより圧縮機温度を測定することによって、温度信号に応じてスイッチを入れたり切ったりすることができ、圧力媒体系は、圧縮機と、圧縮機のＯＮおよび／またはＯＦＦの持続期間またはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度を制御する電子制御装置とを有し、ならびに、圧縮機のＯＮおよび／またはＯＦＦの持続期間またはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度を制御するための、圧縮機を有する圧力媒体系への電子制御装置の使用に関する。

この種の方法および装置は、特許文献１に説明されている。

圧力媒体を圧力媒体系に送り込むのに好適なこの圧縮機の制御方法は、温度センサの温度信号に応じて、圧力媒体系への圧力媒体の送り込みのスイッチを入れたり切ったりするために使用される。 スイッチオンおよびスイッチオフの操作を過度に頻繁に行うことを回避することによって、圧縮機を良好に利用することを目的としている。 これは、温度信号が温度限界値を超えたら圧力媒体の送り込みのスイッチを切ることによって達成され、温度限界値を、圧力媒体系から生じる背圧に応じて指定することが可能である。 さらに、持続期間限界値に達したら圧縮機のスイッチを切ることを可能にすることにより、温度信号に依存して、基本的な時間基準を圧縮機のスイッチオフ基準に割り当てることが可能である。 同様に、スイッチオフ操作後に、予め定められた再開温度まで冷却した後および／または予め定められた冷却時間が満了した後、圧縮機を再開させることが可能である。

この文献によれば、時間基準による重ね制御（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ）は、好ましくは外部温度が低いと用いられる、すなわち、圧縮機のスイッチが入れられる場合に圧縮機のシリンダーヘッドの温度がゆっくりとのみ上昇し、かつ環境への熱放散が良好であるために、圧縮機のスイッチが切られる場合に再び急速に低下するときに用いられる。 この場合、時間基準による制御は、有用性を低減させることなく、圧縮機のスイッチを入れる頻度を減らすことを支援することを目的としている。 この場合、電子制御装置が、温度限界値を超えると圧縮機のスイッチを切りかつ再開温度で再開する時間基準を優先的に考慮することが意図されている。

この文献によれば、これは、まだ温度限界値に達していなくても持続期間限界値が満了すると、圧縮機のスイッチが切られることを意味する。 この場合圧縮機の再開は、温度が再開温度を下回っても、予め定められた冷却時間が満了してはじめて起こる。 基準が純粋に温度に基づくものであったら、圧縮機は、再開温度に達したときに、すなわち比較的短い冷却時間の後に再開されるだろう。 しかしながら、再開は時間基準にも従って、すなわち予め定められた冷却時間に達したときに起こる。 この時点においてのみ、圧縮機のスイッチは再び入れられる。

圧縮機をこのように後で再開することは、再開温度を下回る温度レベルへ冷却し、対応して、それに続く圧縮機の許容実行時間を長期化させることを意図している。 温度信号に依存するスイッチオフ基準に基本的な時間基準を提供することは、圧縮機が冷えている場合に、圧縮機の温度センサが配置されている領域よりも迅速に許容温度に達する圧縮機の内部部品が、基準温度を超えず、その結果、温度に関連した損傷からより保護されることを保証することを意図している。

同様に、特許文献２には、自動車のレベル制御クローズドシステム用の、圧力媒体を圧力媒体系に送り込む圧縮機の制御方法が説明されている。 この方法では、現在の圧縮機温度が、少なくとも圧縮機の実行中は連続的に判断され、遅くとも限界温度に達すると圧縮機のスイッチが切られ、クローズドシステムにおいて圧縮機の入口圧力および背圧が現在の圧縮機温度を判断するために考慮される。 圧縮機の実行中、現在の圧縮機温度は、経過する各時間単位後に補正値によって好ましく適合され、この補正値は、背圧と入口圧力との差に依存している。

本発明の目的は、圧縮機の制御方法、圧縮機および電子制御装置を有する圧力媒体系、および圧縮機の利用を改善しかつ頻繁なスイッチオンおよびスイッチオフ操作を回避する、圧縮機を有する圧力媒体系への電子制御装置の使用を特定することに基づく。

特定されたこの目的から始まって、本発明は、圧力媒体を圧力媒体系に送り込む圧縮機の制御方法であって、圧力媒体の送り込みは、圧縮機に配置された温度センサにより圧縮機温度を測定することによって、温度信号に応じてスイッチを入れたり切ったりすることができ、かつ圧縮機のスイッチオンおよびオフは電子制御装置により制御される、方法を提案する。 この構成では、圧縮機のＯＮの持続期間および／またはＯＦＦの持続期間またはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度が、短い時間間隔で測定される圧縮機温度の勾配から決定されることを提供する。

本発明は、圧縮機およびその内部コンポーネント、特に圧力弁の内部温度が高くなって、圧縮機筐体に配置されかつ圧縮機の壁の温度、例えばシリンダーヘッドの壁の温度のみを測定できる温度センサによって検出し得るよりも早く基準温度に達することを考慮することから始める。 温度センサによって測定された温度上昇がより急速であるほど、圧縮機の内部と温度センサによって測定された温度との間の温度偏差が大きくなる、すなわち圧縮機の内部温度が、温度センサによって測定された圧縮機の温度よりも急速に上昇する。 本発明によれば、圧縮機温度が短い時間間隔で測定される場合、そこから温度プロファイルの勾配または単位時間毎の温度上昇を判断することが可能であり、次いで、そこからスイッチオフ信号および／またはスイッチオン信号を計算することが可能である。 このスイッチオフまたはスイッチオン信号は時間信号として決定することができ、それが満了すると、圧縮機のスイッチが切られるおよび／またはスイッチが入れられる。 圧縮機温度曲線の勾配から圧縮機のスイッチオフ温度および／またはスイッチオン温度を決定することによって、温度信号としてスイッチング信号を決定することも可能である。

ＯＮおよび／またはＯＦＦの持続期間に連続的に適応するために、各スイッチオンおよび／またはスイッチオフ操作の後に圧縮機温度曲線の勾配を連続的に決定する。

本発明が基づく考えによれば、圧縮機温度曲線の勾配が急激であるほど、決定されるＯＮおよび／またはＯＦＦの持続期間がより短いかまたはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度はより低い。 これは、圧縮機の内部温度の上昇がより急速であることを考慮に入れて、圧縮機の内部コンポーネントが基準温度を超える状況を回避する。

各スイッチオンおよび／またはスイッチオフ操作後に連続的な制御を行うことができるようにするために、圧縮機温度曲線の勾配を、好ましくは、２Ｈｚの周波数で圧縮機温度を測定することによって決定する。

圧縮機の制御のさらなる改良は、ＯＮおよび／またはＯＦＦの持続期間またはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度を決定する場合に、圧縮機のスイッチが入れられるおよび／またはスイッチが切られるときに測定された圧縮機温度を考慮して、圧縮機のスイッチが入れられるおよび／または切られるときに測定された圧縮機温度が低いほど、ＯＮおよび／またはＯＦＦの持続期間をさらに短縮するかまたはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度を低くするようにすることによって達成できる。

圧縮機の内部温度と、温度センサによって測定された圧縮機温度との間の差を可能な限り小さくするために、圧縮機の圧縮機コンポーネントのシリンダーヘッドに配置された温度センサによって圧縮機温度を好ましくは測定する。

制御のさらなる改良は、ＯＮおよび／またはＯＦＦの持続期間またはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度を決定するために、周囲温度を考慮して、周囲温度が低いときにＯＮの持続期間および／またはＯＦＦの持続期間の短縮またはスイッチオフ温度および／またはスイッチオン温度の低下をもたらすようにする場合に達成でき、およびその逆の場合には逆に行う。

同様に、本方法の成果の改良を、ＯＮおよび／またはＯＦＦの持続期間またはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度を決定するために、圧縮機によって圧縮空気が供給されるエアサスペンションシステムが設けられた自動車の移動速度を考慮して、移動速度が高いときにＯＮの持続期間の長期化および／またはＯＦＦの持続期間の短縮またはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度の上昇をもたらすようにする場合に達成することも可能であり、およびその逆の場合には逆に行う。

さらに、上述の目的は、圧縮機と、上述の特徴に従う方法を使用して圧縮機のＯＮおよび／またはＯＦＦの持続期間またはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度を制御する電子制御装置とを有する圧力媒体系によって達成される。 さらに、上述の目的は、上述の方法の特徴に従って圧縮機のＯＮおよび／またはＯＦＦの持続期間またはスイッチオフおよび／またはスイッチオン温度を制御するために、圧縮機を有する圧力媒体系に電子制御装置を使用することによっても達成される。

本発明を以下、ＯＮフェーズおよびＯＦＦフェーズの温度曲線を参照して詳細に説明する。

ＯＮフェーズ中の種々の温度曲線を示す。

ＯＦＦフェーズ中の種々の温度曲線を示す。

曲線Ｔ ^１ _ｚｋｉおよびＴ ^１ _ｚｋａ 、Ｔ ^２ _ｚｋｉおよびＴ ^２ _ｚｋａは、シリンダーヘッドの内部温度Ｔ _ｚｋｉおよびシリンダーヘッドの外部温度Ｔ _ｚｋａがゆっくりと並行して上昇し、その結果それぞれの最高温度Ｔ _ｍａｘに実質的に同時に達するときの、時間に対するシリンダーヘッドのこれら温度に関する理想的な温度プロファイルを示し、曲線Ｔ ^１ _ｚｋｉおよびＴ ^１ _ｚｋａは新しい圧縮機に適用される一方、曲線Ｔ ^２ _ｚｋｉおよびＴ ^２ _ｚｋａは、耐用期間の末期に向かう圧縮機に適用される。 それゆえ、圧縮機は、温度が上昇したとき、その耐用期間の末期に向かって実行時間にゲインをもたらし（図１）、および新しい圧縮機と比較したそれぞれの冷却時間の差をもたらす（図２）。

実際の動作では、例えば連続的に変化し得る移動速度および外部温度に依存する、シリンダーヘッドの外部に作用する冷却条件などの様々な影響が現れるため、これらの曲線は、図示の理想の曲線Ｔ ^１ _ｚｋｉおよびＴ ^１ _ｚｋａ 、Ｔ ^２ _ｚｋｉおよびＴ ^２ _ｚｋａには従わない。

一点鎖線の温度曲線Ｔ ^３ _ｚｋａは、シリンダーヘッドの外部の冷却を低減した温度プロファイルに対応する。 温度はより急激に上昇し、より早く最高温度に達する。 しかしながら、シリンダーヘッド材料の熱伝導率が限られており、かつシリンダーヘッドの外部の温度極大よりもシリンダーヘッドの内部最高温度にかなり早く達するため、対応するシリンダーヘッドの内部温度Ｔ ^３ _ｚｋｉに関する温度プロファイルがかなり急になる。 それゆえ、シリンダーヘッドの内部に対する臨界的な温度を超えないようにする、または臨界温度が作用する期間が長くなりすぎないようにするために、圧縮機のスイッチも早期に切る必要がある。 本発明によれば、この早期の運転停止は、シリンダーヘッドの外部の温度プロファイルの勾配に応じて電子制御装置がスイッチオフ時間またはスイッチオフ温度を決定するように、圧縮機に対して電子制御装置をプログラミングすることによって考慮される。 シリンダーヘッドの外部の温度プロファイルが急激であるほど、スイッチオフ時間がより早められるかまたはよりスイッチオフ温度が低くされる。

シリンダーヘッドの外部の温度プロファイルを、圧縮機のシリンダーヘッドに配置された２Ｈｚの周波数の温度センサによって測定し、かつ勾配を、各測定ステップで測定された温度差ΔＴから、および時間間隔Δｔから決定する。 上述のように、制御装置はこのデータを使用して、スイッチオフ時間またはスイッチオフ温度を計算する。 シリンダーヘッドの外部の温度プロファイルの勾配を各スイッチオンおよび／またはスイッチオフ動作中に決定して、スイッチオンパラメータおよびスイッチオフパラメータの急激な変化を考慮する。

同様の考えが、ＯＮフェーズ中の、圧縮機のより長い実行時間の方向へのシフトを除いて、耐用期間の末期に向かう圧縮機のシリンダーヘッドの内部温度およびシリンダーヘッドの外部温度に関する図示の温度プロファイルにも当てはまる。

ＯＮフェーズの初めの初期温度Ｔ _０ ^{Ｓｔａｒｔ}が、図１に示すものよりも低い場合、シリンダーヘッドの外部の温度もよりゆっくりと、すなわちより浅い勾配で上昇する一方、外部への熱放散がシリンダーヘッド材料の熱伝導率によって制限されているため、シリンダーヘッドの内部温度は、相対的により急速に上昇する。 従って、制御装置は、初期温度Ｔ _０ ^{Ｓｔａｒｔ}が低い場合にスイッチオフ時間を早めることによってまたはスイッチオフ温度を低くすることによって、各ＯＮフェーズの初期温度を考慮し得る。

図２に、圧縮機のシリンダーヘッドを低強度におよび比較的高強度に冷却する場合の冷却曲線を示し、得られる冷却曲線はシリンダーヘッドの内部に関する。 この場合もまた、シリンダーヘッドの内部の冷却速度はシリンダーヘッドの外部の冷却速度に依存し、シリンダーヘッドの内部が、圧縮機が再始動するのに十分な低い温度（Ｔ _{ｗｉｅｄｅｒｇｕｔ} ）までのシリンダーヘッドの外部の急激な冷却に、同じ速度で追従できなくなり、その結果、この場合、制御装置は、冷却曲線の勾配に応じてＯＦＦ時間の長期化を設定する。 ここでも、同様の考えが、制御装置によって記録されかつＯＮ時間またはスイッチオフ温度および／またはＯＦＦの持続期間またはスイッチオン温度の計算を考慮に入れた、移動速度に依存した異なる周囲温度および冷却条件の場合に、変更すべきところは変更して当てはまる。

例えば、車両の移動速度を連続的に考慮すること、または指定の移動速度を超える場合に、温度モデルの圧力媒体系のパラメータの変更を実行することのいずれかが可能である。

異なる初期条件および動作中の変更に対する正確な温度プロファイルは、シリンダーヘッドの内部の温度および／または重要な要素、例えば排気弁の温度の測定を含む圧縮機の検査室測定によって決定できる。 冷却および圧縮機のエイジングに関してそこから得られる詳細な特性マップは制御装置に記憶され、次いで制御装置は前記マップならびに圧縮機シリンダーヘッドの瞬間的なパラメータおよび測定された温度曲線を使用して、それぞれのＯＮの持続期間またはスイッチオフ温度および／またはそれぞれのＯＦＦの持続期間または再開温度を計算し、かつそれに応じて圧縮機を制御する。

このように、圧縮機の実行時間をより良好に利用することが可能となり、かつ圧力媒体系の制御挙動が改善される。