(57)【要約】  本発明は、ピストン式圧縮機（１）におけるノッキング制御のための方法並びに本発明に係る方法を実施するように構成されたピストン式圧縮機（１）に関する。本発明に係る方法によれば、前記シリンダヘッド（１２）への前記ピストン（１０）の衝突によるノッキング雑音（１００）が、前記ピストン式圧縮機（１）に配置された固体伝播音センサ（２）を用いて検出された場合に、前記ピストンストローク（１６）が低減され、または、予め設定可能な期間に亘ってノッキング雑音が検出されない場合に、前記ピストンストローク（１６）が増加される。
2016535834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン式圧縮機（１）におけるノッキングを制御する方法であって、
ピストン（１０）が、シリンダ（１１）内で第１の折り返し点（ＯＴ）と第２の折り返し点（ＵＴ）との間をシリンダ軸線（１７）に沿って往復動し、
前記第１の折り返し点（ＯＴ）と前記第２の折り返し点（ＵＴ）との間の距離は、ピストンストローク（１６）を定め、
シリンダヘッド（１２）が前記シリンダ（１１）の一方の端部に配置され、
前記第１の折り返し点（ＯＴ）は、前記第２の折り返し点（ＵＴ）よりも前記シリンダヘッド（１２）近傍に位置している方法において、
前記シリンダヘッド（１２）への前記ピストン（１０）の衝突によるノッキング雑音（１００）が、前記ピストン式圧縮機（１）に配置された固体伝播音センサ（２）を用いて検出された場合に、前記ピストンストローク（１６）を低減させ、または、
予め設定可能な期間に亘ってノッキング雑音（１００）が検出されない場合に、前記ピストンストローク（１６）を増加させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ノッキング雑音（１００）が検出された場合に、前記ピストンストローク（１６）を少なくとも一回、第１の長さ値（Ｌ１）だけ低減（１０１）させ、特に前記ピストンストローク（１６）を、前記ノッキング雑音（１００）がもはや検出されなくなるまで何度も前記第１の長さ値（Ｌ１）だけ低減（１０１）させる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ピストンストローク（１６）が少なくとも一回、前記第１の長さ値（Ｌ１）だけ低減（１０１）された場合に、前記ピストンストローク（１６）を第２の長さ値（Ｌ２）だけ増加（１０２）させ、前記第２の長さ値（Ｌ２）は、特に前記第１の長さ値（Ｌ１）よりも小さい値であり、前記ピストンストローク（１６）を、新たにノッキング雑音（１１２）が検出されるまで、特に何度も前記第２の長さ値（Ｌ２）だけ増加させる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ノッキング雑音（１００）が予め設定可能な期間に亘って検出されない場合に、前記ピストンストローク（１６）を特に第２の長さ値（Ｌ２）だけ増加（１０２）させ、前記第２の長さ値（Ｌ２）は、特に前記第１の長さ値（Ｌ１）よりも小さい値であり、前記ピストンストローク（１６）を、ノッキング雑音（１１２）が検出されるまで、特に何度も増大させる、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記ノッキング雑音（１１２）が検出された後で、前記ピストンストローク（１６）を少なくとも一回、第３の長さ値（Ｌ３）だけ低減させ、特に前記ピストンストローク（１６）を、前記ノッキング雑音（１１２）がもはや検出されなくなるまで何度も前記第３の長さ値（Ｌ３）だけ低減させる、請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
前記ピストンストローク（１６）が少なくとも一回、前記第３の長さ値（Ｌ３）だけ低減された場合に、前記ピストンストローク（１６）を、第４の長さ値（Ｌ４）だけ増加させ、前記第４の長さ値（Ｌ４）は、特に前記第３の長さ値（Ｌ３）よりも小さい値であり、前記ピストンストローク（１６）を、再びノッキング雑音（１１４）が検出されるまで、特に何度も前記第４の長さ値（Ｌ４）だけ増加させる、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ノッキング雑音（１１４）が検出された後で、前記ピストンストローク（１６）を、一回前記第４の長さ値（Ｌ４）だけ低減させる、請求項６記載の方法
【請求項８】
前記ピストンストローク（１６）の低減および／または増加の継続時間は、往復動する前記ピストン（１０）の周期期間よりも短い、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
ピストン式圧縮機（１）におけるピストン（１０）とシリンダヘッド（１２）との間のデッドスペースを適合化する方法において、
前記ピストン式圧縮機（１）における前記ピストン（１０）と前記シリンダヘッド（１２）との間の前記デッドスペースを適合化するために、前記ピストン（１０）と前記シリンダヘッド（１２）との間の前記デッドスペースを、特に好適な構造体、特にスラストワッシャの形態の構造体の挿入によって、ノッキング雑音が検出されるまで低減し、
ノッキング雑音が検出された場合に、前記ピストン（１０）と前記シリンダヘッド（１２）との間の距離を、特に、前記挿入されたスラストワッシャをより薄いスラストワッシャに置き換えることによって、または、前記挿入された構造体をより薄い構造体に置き換えることによって、ノッキング雑音がもはや検出されなくなるまで増加させることを特徴とする方法。
【請求項１０】
流体を圧縮し、圧縮された状態で吐出するように構成されたピストン式圧縮機であって、
シリンダ（１１）と、
前記シリンダ（１１）内に配置されたピストン（１０）とを備え、
前記ピストン（１０）は、前記シリンダ（１１）内で、第１の折り返し点（ＯＴ）と第２の折り返し点（ＵＴ）との間をシリンダ軸線（１７）に沿って往復動するように構成され、前記第１の折り返し点（ＯＴ）と前記第２の折り返し点（ＵＴ）との間の距離が、ピストンストローク（１６）を定めており、
さらにシリンダヘッド（１２）を備え、前記シリンダヘッド（１２）は、前記シリンダ（１１）の一方の端部に配置されており、
前記第１の折り返し点（ＯＴ）は、前記第２の折り返し点（ＵＴ）よりも前記シリンダヘッド（１２）近傍に位置しているピストン式圧縮機において、
前記ピストン式圧縮機（１）に配置される固体伝播音センサ（２）が設けられており、
前記固体伝播音センサ（２）は、前記ピストン式圧縮機（１）の前記ピストン（１０）が、前記ピストン式圧縮機（１）の前記シリンダヘッド（１２）に衝突することによって発生したノッキング雑音を検出するように構成されており、
前記固体伝播音センサ（２）は、前記ノッキング雑音を検出した場合に、第１の出力信号を生成するように構成されており、
制御ユニットが設けられており、
前記制御ユニットは、前記第１の出力信号に依存してピストンストローク（１６）を制御するように構成されていることを特徴とするピストン式圧縮機。
【請求項１１】
前記固体伝播音センサ（２）は、前記シリンダヘッド（１２）に配置されており、特に前記シリンダヘッド（１２）に統合された構成部品である、請求項１０記載のピストン式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１および９に記載のピストン式圧縮機におけるノッキング制御のための方法並びに請求項１０によるピストン式圧縮機に関している。
【０００２】
従来技術からは、流体を圧縮して搬送する種々の方法が公知であり、この中には、流体を圧縮して、圧縮された状態で再度吐出することができるピストン式圧縮機も含まれる。
【０００３】
このようなピストン式圧縮機では、ピストンが、シリンダ内で第１の折り返し点と第２の折り返し点との間をシリンダ軸線に沿って揺動し、この第１の折り返し点と第２の折り返し点との間の距離はピストンストロークを表している。さらにシリンダヘッドは、シリンダの一方の端部に配置されており、この場合第１の折り返し点は、第２の折り返し点よりもシリンダヘッド近傍に存在する。ピストンのこれらの折り返し点は、死点とも称される。
【０００４】
シリンダヘッドは、通常圧力弁並びに吸入弁を有している。ピストン式圧縮機のサイクルまたは周期は、ピストンが第１の折り返し点にあるときに開始される。ここでシリンダ内のピストンが第２の折り返し点の方向に動き出すと、一方では圧力弁が閉じられ、吸入弁を通って圧縮すべき流体が、シリンダヘッドとピストンとの間の容積量によって画定される圧縮チャンバ内に吸入される。その後ピストンが第２の折り返し点から再び第１の折り返し点の方向に動き出すと、吸入弁が閉じて、それまでに当該圧縮チャンバ内に吸入された流体が圧縮チャンバ内で圧縮される。ここでは圧縮チャンバ内の予め設定可能な圧力のもとで圧力弁が開放され、圧縮された流体が、当該圧力弁を通って圧縮チャンバから吐出され、この吐出は特にピストンが第１の折り返し点に達してサイクルが再び最初から開始されるまで続く。
【０００５】
ピストン式圧縮機の構成において、寸法及び許容公差は、シリンダヘッドへのピストンの衝突が回避されるように選択されるべきである。このことは主として、大抵は吐出能力の低下を伴う構造的な手段によって行われている。
【０００６】
圧縮機において生じる温度差のために、例えばピストン式圧縮機の場合では、構造的な観点から、デッドスペースの増加に関係する長さの許容範囲を推定することが必要となってくる。ここでのデッドスペースとは、シリンダヘッドと、第１の折り返し点にあるピストンとから形成される容積量を含み、ボリュームとも称される。このデッドスペースが原因で高まるガスの再膨張は、吐出能力の低下を意味する。
【０００７】
可変のストロークを有するが故に固定の折り返し点を備えていない圧縮機の場合には、さらに別の問題が出現する。ここでは折り返し点とシリンダヘッドとの間の長さの許容範囲が無視されてしまうため、ピストンは、移動方向の変更の遅れに起因してシリンダヘッドに衝突する可能性がある。
【０００８】
したがってそのような圧縮機において挑むべき技術的課題は、とりわけピストンがシリンダヘッドに衝突した場合の、許容される面圧を超えないような幾何学的構造と、使用される材料の選択にある。例えば許容される面圧の超過は、ピストンが最小限の傾斜状態でシリンダヘッドに当接する場合に頻繁に生じ、この回避は困難である。このケースでは、構成部品の塑性変形が生じる。またこの組成変形と共に衝突部品若しくは被衝突部品の一定量のビーディングも頻繁に係わってくる。それらは万一の場合には、個々の部品若しくは関連する複数の部品の欠陥につながり、結果として機械が故障することも珍しいことではない。
【０００９】
さらに部品の絶え間のない衝突は、著しい騒音公害にもつながる。この騒音公害による問題は、とりわけその施設の設置が住宅地の近くに計画されているケースにあてはまる。ここでは、場合によっては別個の遮音手段を用いないかぎり達成することができない特殊な条件も存在し得る。
【００１０】
内燃機関におけるノッキングの検出に適した装置や方法については、例えば欧州特許第１１８４６５１号明細書並びに欧州特許第１２０８３６４号明細書から「内燃機関のノッキング検出方法」が公知である。内燃機関においては一般にノッキング状態のときに発生するノイズのことを「ノッキング」と称しており、これは例えばエンジンシリンダ内での燃料の早過ぎる燃焼若しくは不完全な燃焼の結果として引き起こされるノイズである。そのため、ピストンがシリンダヘッドに衝突することによって生じるノッキング雑音は、そのような内燃機関における点火および燃焼のプロセスに起因して引き起こされるノッキングとは同一視することはできない。
【００１１】
従って本発明の基礎となる課題は、このことから出発して、冒頭に述べたような形式のピストン式圧縮機及びその制御方法において、上述したような問題に鑑みこれを解消すべく改善を行うことにある。
【００１２】
前記課題は、請求項１及び請求項１１に記載のピストン式圧縮機におけるノッキング制御方法によって解決される。とりわけ本発明の好適な実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１３】
請求項１の記載によれば、シリンダヘッドへのピストンの衝突によるノッキング雑音が、ピストン式圧縮機に配置された固体伝播音センサを用いて検出された場合に、ピストンストロークが低減され、または、予め設定可能な期間に亘ってノッキング雑音が検出されない場合に、ピストンストロークが増加される。
【００１４】
ピストン式圧縮機において特に短い期間内で大きな温度変化が生じる始動段階で、シリンダヘッドへのピストンの衝突が識別されることと、それに続けられる制御は、有利には圧縮機の故障確率の低減を可能にし、寿命を増加させると同時にメンテナンスコストの低減にも寄与する。そのようなノッキングの識別と制御は、例えば同期リニアモータによって駆動される往復動圧縮機のようにポジションセンサなしで動作する圧縮機にとっては付加的な安全機能をもたらす。
【００１５】
さらにノッキング雑音の回避に基づいて低減される騒音発生も、特に水素充填ステーションの住宅地近傍への設置を可能にさせる。さらにノッキング雑音の不在下では、他の非典型的な運転ノイズを良好に識別することができ、生じ得る設備欠陥の推定を可能にする。
【００１６】
詳細には、圧縮機部品の絶え間ない衝突の中断によって持続するノイズマスキング効果により、音響に基づく欠陥検出の大幅な向上がもたらされる。
【００１７】
ピストンストロークの低減は、通常、第１の折り返し点と第２の折り返し点を相互にシフトさせることによって達成される。その場合それらの折り返し点は、相互に特に同じ長さ分だけシフトさせてもよい。相応に、ピストンストロークの拡大も例えば、第１および第２の折り返し点を互いに（特に同じ長さ分だけ）離すことによって達成される。この制御形態では、ピストンの両揺動方向での変位が縮小／拡大されるだけである。
【００１８】
いずれにせよピストンストロークの「非対称」な低減／縮小では、第１の折り返し点だけを第２の折り返し点方向にシフトさせることで達成することも考えられる。またピストンストロークの拡大に対しても、第１の折り返し点だけを相応にシリンダヘッド方向にシフトさせ、第２の折り返し点は変更しないようにすることも当然考えられる。ここでの変位は、１つの方向に沿ってのみ、すなわちシリンダヘッドの方向に沿ってのみ変更される。同様に２つの折り返し点を、互いに異なる量だけシフトさせるか又は互いに離れるようにシフトさせることも可能である。
【００１９】
例えば、ピストンストロークは、シリンダヘッドから第１の折り返し点までの距離の数分の一の精度、特に千分の一未満または二千分の一未満の精度で制御してもよい。
【００２０】
本発明の好ましい変化形態によれば、ノッキング雑音が検出された場合に、ピストンストロークは、少なくとも一回、第１の長さ値だけ低減される。その場合特にピストンストロークは、ノッキング雑音がもはや検出されなくなるまで頻繁に第１の長さ値だけ低減される。この場合の第１の長さ値とは、例えば０．５ｍｍである。
【００２１】
本発明のさらなる実施形態によれば、ピストンストロークが少なくとも一回、第１の長さ値だけ低減された場合に、ピストンストロークは、第２の長さ値だけ増加される。この場合の第２の長さ値とは、とりわけ第１の長さ値よりも小さい値であり、その際のピストンストロークは、新たにノッキング雑音が検出されるまで、特に頻繁に前述の第２の長さ値だけ増加される。
【００２２】
さらなる好ましい変化形態によれば、ノッキング雑音が予め設定可能な期間に亘って検出されない場合に、ピストンストロークは、特に第２の長さ値だけ増加され、その際の第２の長さ値は、特に第１の長さ値よりも小さい値であり、この場合ピストンストロークは、再びノッキング雑音が検出されるまで、特に頻繁に拡大されるかまたは前記第２の長さ値だけ増加される。
【００２３】
前記の予め設定可能な期間とは、例えば３０乃至３００秒であり、これは特にピストン周波数およびピストン式圧縮機の推定される温度変化に依存する。このピストン周波数が低ければ低いほど、予め設定可能な期間を長くしてもよい。また第２の長さ値は、例えば第１の長さ値の２０％、すなわち特に０．１ｍｍであってもよい。
【００２４】
本発明の好ましい変化形態によれば、ノッキング雑音が新たに検出された後で、ピストンストロークは、少なくとも一回、第３の長さ値だけ低減される。この場合特にピストンストロークは、ノッキング雑音がもはや検出されなくなるまで頻繁に、第３の長さ値だけ低減される。その際、事前にピストンストロークが第２の長さ値だけ増加されていた場合、あるいは制御介入が例えば予め設定可能な期間の経過によって実施されノッキング雑音が何も検出されなかった場合も、本発明のこの変化形態が特に実施されてもよいことに留意すべきである。
【００２５】
ここでは第３の長さ値が、好ましくは第２の長さ値よりも小さく、かつ、第１の長さ値よりも小さいことに留意されたい。好ましくは第３の長さ値は、第１の長さ値の２０％であり、とりわけ０．１ｍｍである。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態によれば、ピストンストロークが少なくとも一回、第３の長さ値だけ低減された場合に、ピストンストロークを、第４の長さ値だけ増加させ、この場合第４の長さ値は、第３の長さ値よりも小さい値であり、ピストンストロークは、再びノッキング雑音が検出されるまで、特に頻繁に前記第４の長さ値だけ増加される。
【００２７】
本発明のさらに好ましい実施形態によれば、ピストンストロークは、前記ノッキング雑音が検出された後で一回、第４の長さ値だけ低減される。この第４の長さ値は、この場合例えば第３の長さ値の５０％で、すなわち特に０．０５ｍｍである。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態によれば、ピストンストロークの低減および／または増加は、揺動されるピストンの周期期間よりも短く持続する。
【００２９】
さらに、本発明の問題は、請求項９に記載の特徴を有する方法によって解決される。特にここでは本発明に係る方法を既存のピストン式圧縮機において適用することが重要である。
【００３０】
そのため本発明に係る方法または本発明に係る装置は、ピストンとシリンダヘッドとの間のデッドスペースのより正確なモデリングを可能にする。それにより、例えば既存のピストン式圧縮機における動作条件の下でピストンとシリンダヘッドとの間の距離が、デッドスペースを手動で低減することによって、ノッキング雑音が知覚されるようになるまで徐々に縮小される（すなわち特にピストンストロークの変更によらない）。このことは、例えばスラストワッシャの使用によって行われる。ノッキングは、ストロークパスが過度に小さいことを示しているので、スラストワッシャを最小限薄いものに置き換える必要がある。この過程は、ノッキングのない圧縮が生じるまで繰り返される。すべての動作点を考慮しながらスラストワッシャを用いる本発明の適合化により、もはやノッキング検出の必要性が存在しなくなる。
【００３１】
さらに本発明の課題は、請求項１０に記載の特徴を有するピストン式圧縮機によって解決される。このピストン式圧縮機は、特に本発明に係る方法の実施のために構成されている。
【００３２】
それにより、ピストン式圧縮機に配置される固体伝播音センサが設けられており、前記固体伝播音センサは、ピストン式圧縮機のピストンがピストン式圧縮機のシリンダヘッドに衝突することによって発生した騒音若しくはノッキング雑音を検出するように構成されており、前記固体伝播音センサは、そのようなノッキング雑音を検出した場合に、出力信号を生成するように構成されており、制御ユニットが設けられており、前記制御ユニットは、前記出力信号に依存してピストンストロークを制御するように構成され、特に前記制御ユニットは、前記出力信号に対してピストンストロークを低減するように構成され、特に前記制御ユニットは、予め設定可能な期間に亘ってノッキング雑音が検出されない場合に、ピストンストロークを拡大するように構成されている。
【００３３】
ピストン式圧縮機若しくはその制御ユニットは、好ましくは、本発明の方法の個々のステップを実行するように構成されている。
【００３４】
好ましくは、使用される固体伝播音センサは、好ましくは、シリンダヘッドへのピストンの衝突時に発生する特に音の周波数、周波数パターンおよび／または周波数経過／シーケンスを感知する。
【００３５】
さらに上述した予め設定可能な期間の経過を決定するために、制御ユニットと協働する時間測定手段が設けられていてもよい。
【００３６】
この場合制御ユニットは、時間測定手段からの対応する信号を受け取るように構成されていてもよいし、時間計測手段がスタート時点、停止時点および／またはリセット時点を読み取るように構成されていてもよい。
【００３７】
本発明のさらなる好ましい変化形態によれば、ピストン式圧縮機は、ピストンを駆動するため駆動部を有し、この駆動部は、リニアモータとして構成され、前記駆動部は、ピストンがシリンダ内で第１の折り返し点と第２の折り返し点との間で往復移動するようにピストンを駆動している。
【００３８】
さらに位置センサが設けられていてもよい（例えば前記駆動部が位置センサを含んでいてもよい）。この位置センサは、ピストンの現下の位置、若しくはピストンに結合された駆動要素の現下の位置を示し、特に折り返し点を示す。これにより制御ユニットは、この位置データを用いてピストンストロークの適合化を、すなわちピストンストロークの低減若しくは増加を行うことができる。
【００３９】
本発明の好ましい変化形態によれば、固定伝播音センサは、シリンダヘッドに配置され、特にシリンダヘッドに統合される構成部品を表す。
【００４０】
いずれにせよ、前記固体伝播音センサは、シリンダにも、あるいはピストン式圧縮機の別の箇所にも配置することが可能である。その場合は特に、固体伝播音センサを、（ノッキング）雑音発生源のできるだけ近くに配置すべき点に注意を払うべきであり、ピストン式圧縮機から固体伝播音センサまでの特に良好な固体音伝播は、例えばピストン式圧縮機の平滑な表面に固体伝播音センサを設けることによって保証される。
【００４１】
本発明の好ましい実施形態によれば、固体伝播音センサは、圧電センサであり、センサ表面の圧力変化が、圧電効果に基づいて電気信号に変換される。もちろんその他のノイズセンサを使用することも可能である。
【００４２】
本発明は、有効なピストンパスに関連させて圧縮性能の好適な最適化を可能にする。なぜならデッドスペースの低減によって吐出能力が増加するからである。さらに機械的負荷が低減されることにより、比較的低い許容面圧しか持っていない材料の使用を可能にする。それにより、個々の部品の調達コストや製造コストが低減される。さらに本発明に係るピストン式圧縮機または本発明に係る方法の使用により、可変ピストンストロークを備えた圧縮機の運転基準駆動が省略できる。そのような基準駆動は、例えばピストンのゼロ点検出、または、非定常運転状態での異なる熱膨張に起因する長さ変化の補償に用いられる。
【００４３】
本発明のさらなる詳細および利点は、図面に基づく以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るピストン式圧縮機の断面図
【図２】本発明に係る方法のフローチャート
【００４５】
発明を実施するための形態
図１には、本発明に係るピストン式圧縮機１が示されている。このピストン式圧縮機１は、駆動部によって駆動されており、この駆動部は、好ましくは１０Ｈｚの周波数を有する、すなわち毎秒各圧縮段毎に２０のピストンストロークまたはそれぞれ１０の吸入および圧縮サイクルを実行するサーボチューブ形リニアモータであり得る。ピストンストローク１６は、ここでは１２０ｍｍであるが、これは可変に調整可能である。
【００４６】
ピストン式圧縮機１は、固体伝播音センサ２（ノイズセンサ）を有しており、このセンサ２は、ピストン式圧縮機１のシリンダヘッド１２に、可及的に全面に亘って、すなわちエアギャップなしでシリンダヘッド１２に接続され、それによってシリンダヘッドから当該センサ２への可及的に最適な固体音伝播が保証される。
【００４７】
このピストン式圧縮機１では、ピストン１０がピストン式圧縮機１のシリンダ１１内で、第１の若しくは上方の折り返し点ＯＴと、第２の若しくは下方の折り返し点ＵＴとの間を往復動している（特に最大ストロークは１２０ｍｍ）。第１の折り返し点ＯＴから第２の折り返し点ＵＴへのピストン１０の移動により、ピストン１０とシリンダヘッド１２との間で形成される圧縮チャンバ１３内の圧力が低減される。この場合シリンダヘッド１２に設けられている吸入弁１４の開放圧力を下回ると同時にこの吸入弁１４が開かれ、圧縮すべき流体が、当該圧縮チャンバ１３内に吸入される。第２の折り返し点ＵＴに到達した場合には、ピストン１０はその移動方向を第１の折り返し点ＯＴの方向に変更し、これによって圧縮チャンバ１３内の圧力が上昇する。圧縮チャンバ１３内の圧力が吸入圧力よりも大きくなると、直ぐに吸入弁１４が閉じる。圧縮チャンバ１３内の圧力が、シリンダヘッド１２に設けられた圧力弁１５の開放圧力を上回ると、圧力弁１５が開き、圧縮された流体が圧縮チャンバ１３から吐出され、ピストン式圧縮機１を離れる。第１の折り返し点に到達した場合には、ピストン１０は、新たにその移動方向を第２の折り返し点ＵＴの方向に変更する。周期期間は、そのような１つの完全な圧縮サイクルによって定められる。
【００４８】
ピストン１０がシリンダヘッド１２に衝突すると、それに関連したノッキング雑音に基づいてこの衝突が固体伝播音センサ２によって検出される。この固体伝播音をできるだけその発生源の近傍で検出できるようにするために、固体伝播音センサ２は、ここではピストンから離れた側のシリンダヘッド面の中心に固定されている。固体伝播音センサ２とシリンダヘッド１２の接触面は、この場合好ましくは可及的に平滑に構成される。
【００４９】
ノッキング雑音にとって典型的な周波数領域、周波数パターンおよび／または音量が記録されると同時に、介入制御が、対応する制御ユニットによって行われる。
【００５０】
本発明に係るピストン式圧縮機１では、シリンダヘッド１２とピストン１０が、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼から製造されており、そこでの伝播速度は、５１００ｍ／ｓの範囲にある。固体伝播音センサ２は、好ましくはここでは圧電素子であり、これは例えば＋／−６０ｇの測定範囲と、０．１３乃至１１０００Ｈｚの周波数範囲を含む。固体伝播音センサ２の感度は、ここでは好ましくは約１００ｍＶ／ｇにある。
【００５１】
図２は、本発明に係る方法のフローチャートを示す。ここではシリンダヘッド１２へのピストン１０の衝突に起因するノッキング雑音１００の検出に対する応答として、ピストンストローク１６が後続の周期において値Ｌ１だけ低減され、詳細にはノッキング雑音１００がやむまで何度も低減される。前記Ｌ１に関する好ましい値は、ここでは０．５ｍｍである。
【００５２】
それに続く第２のステップ１０２では、ピストンストローク１６が、シリンダヘッド１２へのピストン１０の衝突に起因する新たなノッキング雑音１１２が検出されるまで、特に複数のステップで（徐々に）それぞれ長さ値Ｌ２だけ増加される。ここでの段階的とは、そのようなステップ１０２が周期毎に実施されることを意味する。この過程は、デッドスペースを最小にするのに用いられる。前記Ｌ２に関する好ましい値は、各ストローク運動（周期）あたり０．１ｍｍである。
【００５３】
続く第３のステップ１０３では、ピストンストローク１６が長さ値Ｌ３だけ低減される。この値は好ましくは値Ｌ１よりも小さく、Ｌ１の１／５の大きさである（Ｌ３＝０．１ｍｍ）。
【００５４】
第４のステップ１０４では、ピストンストロークが値Ｌ４だけ増加され、この値Ｌ４は、ここでは好ましくは０．０５ｍｍである。この値Ｌ４だけのピストンストローク１６の増加は、新たなノッキング雑音１１４が検出されるまで何度も繰り返される（徐々に）。新たなノッキング雑音１１４が検出されると直ちにピストンストローク１６が値Ｌ４だけ、すなわち０．０５ｍｍ新たに低減される（１１５）。
【００５５】
その後、例えばシリンダ１１の熱収縮によって、再びノッキング雑音１００が検出されると、制御が改めて行われ、第１のステップ１０１で開始される。この再度のノッキング雑音の原因は、個々の圧縮機部品の異なる熱膨張による長さ変化が考えられる。これらの長さ変化は、ノッキングの検出によって補償することが可能である。熱膨張に起因するデッドスペース（ピストンが第１の折り返し点ＯＴにあるときに、ピストン１０とシリンダヘッド１２との間に存在する容積量）を補償するためには、予め設定可能な期間の経過後に、本発明に係る方法が、第２のステップ１０２（値Ｌ２＝０．１ｍｍ分のストロークの増加）でもって開始される（１１６）。前記期間の典型的な値は、ここでは３０ｓ乃至３００ｓである。
【００５６】
本願で使用される（倍率などの）係数や寸法は、主にシステム全体の位置決め精度に依存している。個々のノッキング雑音間の時間間隔に対する期待値は、圧縮過程の周波数（ストローク周波数）に対応している。一適用例によれば、例えば１０Ｈｚである。それ故、固体伝播音センサと協働する制御区間は、好ましくは相応に高い処理速度を有し、それによって介入制御が好ましくは既に次のピストンストローク１６の際に考慮できるようにしている。シリンダヘッド１２へのピストン１０の衝突は非常に大きな加速度を伴う可能性があるので、相応に好ましくは固体伝播音センサ２の設計仕様もこの大きな加速度に対して行われる。
【００５７】
長さの許容公差の正確な適合化により、従来技術によるシステムに比べても非常に高い吐出能力が、デッドスペースの低減に基づいて得られる。さらにシリンダヘッドにおけるノッキング雑音の測定についても、圧縮機における吸入弁と圧力弁の特性をより正確に検出する手段が提供されている。終端位置におけるバルブの当接は、シリンダヘッド内で検出可能な音波を引き起こす。開閉の際のバルブの特性または開放状態でのバルブの特性に作用するために、多くの手段が可用である。これにより、バルブスプリング、バルブストローク、バルブ並びにシリンダヘッド形態が可変である。この場合の適合化の目的は、吸入弁の利用可能な環状ギャップの迅速な開放であり、それに上方終端位置でのソフトランディングが続くことになる。バルブのソフトランディングは、当接後のバルブの跳ね返りを低減させ、このことは環状ギャップを減少させる。同様に、圧力弁の閉鎖も、既に圧縮された流体の逆流が最小限になるように可能な限り迅速に行わなければならない。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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