[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dosierpumpsystem, insbesondere zur dosierten
Brennstoffzufuhr zu einem Fahrzeugheizgerät, umfassend eine Dosierpumpe mit wenigstens
einem zwischen zwei Bewegungsendstellungen bewegbaren Dosierpumpenelement und einem
dem wenigstens einen Dosierpumpenelement zugeordneten Dosierpumpenelementenantrieb,
wobei der Dosierpumpenelementenantrieb eine Spulenanordnung und eine Ansteuervorrichtung
umfasst, welche zum Bewegen des wenigstens einen Dosierpumpenelements in wenigstens
einer Bewegungsrichtung die Spulenanordnung zur Erzeugung einer Magnetkraftwechselwirkung
ansteuert.
[0002] Bei in Kraftfahrzeugen als Standheizungen oder Zuheizem eingesetzten Heizgeräten
ist es für einen effizienten Betrieb mit möglichst geringem Schadstoffausstoß erforderlich,
die einem Heizbrenner derartiger Heizgeräte zuzuführende Menge flüssigen Brennstoffs
exakt zu dosieren. Bei dazu eingesetzten Dosierpumpen ist im Allgemeinen ein Pumpenkolben
in einem Zylinder verschiebbar aufgenommen. Durch Hin- und Herbewegen des Pumpenkolbens
zwischen zwei Bewegungsendstellungen kann das Volumen einer Pumpenkammer maximal bzw.
minimal gemacht werden. Auf diese Art und Weise wird bei Bewegung zum Maximieren des
Pumpenkammervolumens das zu fördernde Fluid, also der flüssige Brennstoff, aufgenommen
bzw. angesaugt. Bei Bewegung in Richtung zum Minimieren des Pumpenkammervolumens wird
dieser flüssige Brennstoff dann aus der Pumpenkammer ausgestoßen und dabei in Richtung
zu dem Brennstoff verbrauchenden System, also dem Heizbrenner, gefördert. Die Bewegung
des Pumpenkolbens zwischen seinen beiden Bewegungsendstellungen kann dadurch erlangt
werden, dass der Pumpenkolben in Richtung zu einer seiner Endstellungen vorgespannt
ist, beispielsweise durch eine Vorspannfeder. Um diesen Pumpenkolben dann aus dieser
Bewegungsendstellung entgegen der Federvorspannung heraus in Richtung zur anderen
Endstellung zu bewegen, ist ein im Allgemeinen elektromagnetisch wirkender Pumpenkolbenantrieb
vorhanden. Dieser kann eine den Pumpenkolben umgebende Spule umfassen, die unter der
Ansteuerung einer Ansteuervorrichtung steht. Durch Anlegen einer Spannung an diese
Spule, d.h. Erregen derselben, wird durch magnetische Wechselwirkung mit einem Anker
dann der Pumpenkolben verschoben, und zwar entgegen der vorangehend bereits angesprochenen
Vorspannung. Bei dieser Bewegung, aber ggf. auch bei der unter Federvorspannung dann
erfolgenden Zurückbewegung beim Beenden der Erregung der Spule, besteht die Gefahr,
dass beim Erreichen einer jeweiligen Bewegungsendstellung der Pumpenkolben unter Erzeugung
von Anschlaggeräuschen und Anschlagschwingungen an einem jeweiligen Bewegungsanschlag
anstößt. Dies ist insbesondere daher kritisch, da bei derartigen Dosierpumpen durch
die magnetische Wechselwirkung eine Bewegung des Pumpenkolbens erzeugt wird, bei der
dessen Geschwindigkeit progressiv zunimmt. Die bei Erreichen einer Bewegungsendstellung
dann erzeugten Geräusche bzw. Schwingungen übertragen sich über die Dosierpumpe auf
eine diese tragende Trägerstrukturanordnung und können ggf. im Fahrzeuginnenraum wahrgenommen
werden. Neben der Tatsache, dass dies für Fahrzeuginsassen unangenehm sein kann, besteht
weiterhin die Gefahr, dass durch das wiederholte Anschlagen des Pumpenkolbens eine
Beschädigung in verschiedenen Systembereichen der Dosierpumpe, insbesondere auch im
Bereich des Pumpenkolbens, auftreten kann.
[0003] Ein Problem bei der Ansteuerung von Dosierpumpen bzw. der Spulenanordnung derselben
ist weiter, dass die durch diese Ansteuerung erhaltene Reaktion, also die Verschiebung
des Dosierpumpenelements, stark variiert in Abhängigkeit von der Höhe der an eine
Spulenanordnung angelegten Spannung. Ist die im Bordnetz vorhandene Spannung vergleichsweise
hoch, so bewirkt eine über eine vorbestimmte Zeitdauer angelegte Spannung eine andere
Verschiebung, als in einem Falle, in welchem die Bordspannung niedrig ist. Dabei ist
weiter zu berücksichtigen, dass die Frequenz bzw. die Zeitdauer der Ansteuerintervalle
variiert werden muss, um die Fördermenge einzustellen. Verändert sich nun bei dieser
Variation auch noch die an die Spulenanordnung angelegte Spannung, so entsteht eine
vergleichsweise hohe Ungenauigkeit bei der Einstellung der Fördermenge.
[0004] Aus der
DE 101 03 224 C1 ist eine Dosierpumpe für ein Fahrzeugheizgerät bekannt, bei welcher ein Pumpenkolben
in einem auch eine Pumpenkammer bereitstellenden Zylinder hin und her bewegbar ist
und in Richtung Minimierung des Pumpenkammervolumens durch eine Feder vorgespannt
ist. Dem Pumpenkolben ist dabei kein eigener beispielsweise elektromagnetisch wirksamer
Antrieb zugeordnet. Es ist weiterhin eine Ventilanordnung vorhanden, die einen in
Verlängerung des Pumpenkolbens positionierten Ventilschieber aufweist. Auch dieser
Ventilschieber ist in eine seiner Bewegungsendstellungen durch eine Vorspannfeder
vorgespannt. Aus dieser Endstellung kann der Ventilschieber durch Erregung einer den
Antrieb für den Ventilschieber bereitstellenden Spule heraus verschoben werden, um
die andere Bewegungsendstellung zu erreichen. In seinen Bewegungsendstellungen verbindet
der Ventilschieber einmal einen Einlassbereich für unter Vordruck stehendes Fluid
mit der Pumpenkammer, während in der anderen Bewegungsendstellung die Pumpenkammer
mit einem Auslassbereich verbunden ist. Bei Positionierung des Ventilschiebers in
der erstgenannten Bewegungsendstellung wird durch das im Einlassbereich unter Vordruck
vorhandene Fluid der Pumpenkolben entgegen seiner Federvorspannung verschoben, so
dass dabei das Pumpenkammervolumen zunimmt und die Pumpenkammer mit dem zu fördernden
Fluid gefüllt wird. Durch Umschalten des Ventilschiebers in die zweitgenannte Ventilstellung
wird die nunmehr mit Fluid gefüllte Pumpenkammer mit dem unter geringerem Druck stehenden
Auslassbereich verbunden, so dass der Federvorspannung folgend der Pumpenkolben sich
nunmehr in Richtung Minimierung des Pumpenkammervolumens verschieben kann und dabei
die darin enthaltene Flüssigkeit zum Auslassbereich hin ausstößt. Auch hier besteht
bei der durch magnetische Wechselwirkung induzierten Verschiebung des Ventilschiebers
die Gefahr, dass bei Erreichen einer Bewegungsendstellung Anschlaggeräusche und Vibrationen
entstehen, die als unangenehm empfunden werden können bzw. zu einer Beeinträchtigung
der Funktionalität einer derartigen Dosierpumpe führen können.
[0005] Ein Dosierpumpsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum
Betreiben einer Dosierpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 ist aus der
DE 101 52 782 A1 bekannt. Bei diesem System wird eine Dosierpumpe grundsätzlich getaktet angetrieben,
um entsprechend der Taktfrequenz die Förderleistung einstellen. Jeder Arbeitstakt
beginnt mit einem Ansteuerintervall, in welchem ein pulsbreitenmoduliertes Spannungssignal
an eine Spule angelegt wird. Das Tastverhältnis, also das Einschaltverhältnis des
pulsbreitenmodulierten Spannungssignals wird in Abhängigkeit von einer zur Verfügung
stehenden Nennspannung eingestellt, so dass ein derartiges System eingesetzt werden
kann bei Fahrzeugen mit verschieden gestalteten Bordspannungssystemen.
[0006] Die
DE 28 22 442 B1 offenbart eine Dosierpumpe, bei welcher eine Spule zum Verschieben eines Pumporgans
gegen eine rückstellende Vorspannwirkung betrieben wird. Das an die Spule angelegte
Spannungssignal wird derart eingestellt bzw. verändert, dass eine Dampfblasenbildung
minimiert wird bzw. in der zu fördernden Flüssigkeit vorhandene Dampfblasen komprimiert
werden. Dabei wurde erkannt, dass der Tendenz zur Dampfblasenbildung dadurch entgegengewirkt
werden kann, dass während eines jeweiligen Förderhubs eine möglichst gleichförmige
Bewegung, also eine zum Ende des Förderhubs hin nicht beschleunigende Bewegung, durchgeführt
wird.
[0007] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dosierpumpsystem und ein Verfahren
zum Betreiben einer Dosierpumpe vorzusehen, mit welchen bei der Bewegung eines Dosierpumpenelements
die Entstehung von Geräuschen oder Vibrationen bei Erreichen einer Bewegungsendstellung
vermieden werden kann.
[0008] Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch
ein Dosierpumpsystem, insbesondere zur dosierten Brennstoffzufuhr zu einem Fahrzeugheizgerät,
umfassend eine Dosierpumpe mit wenigstens einem zwischen zwei Bewegungsendstellungen
bewegbaren Dosierpumpenelement und einem dem wenigstens einen Dosierpumpenelement
zugeordneten Dosierpumpenelementenantrieb, wobei der Dosierpumpenelementenantrieb
eine Spulenanordnung und eine Ansteuervorrichtung umfasst, welche zum Bewegen des
wenigstens einen Dosierpumpenelements in wenigstens einer Bewegungsrichtung die Spulenanordnung
zur Erzeugung einer Magnetkraftwechselwirkung ansteuert, wobei die Ansteuervorrichtung
dazu ausgebildet ist, die Spulenanordnung während eines einem Dosierpumpenelementenbewegungsvorgang
entsprechenden Ansteuerintervalls wenigstens phasenweise gepulst anzusteuern.
[0009] Durch das gepulste Ansteuern der Spulenanordnung wird ein Bewegungszustand des dadurch
angetriebenen Dosierpumpenelements erlangt, bei welchem eine weniger abrupte Abbremsung
beim Erreichen einer Bewegungsendstellung erhalten wird.
[0010] Bei dem erfindungsgemäßen Dosierpumpsystem kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass
die Ansteuerung der Spulenanordnung durch die Ansteuervorrichtung zur Erzeugung der
Magnetkraftwechselwirkung das Anlegen einer während eines Ansteuerintervalls wenigstens
phasenweise gepulsten Spannung an die Spulenanordnung bewirkt.
[0011] Um die erforderliche Bewegung des Dosierpumpenelements in den verschiedenen Bewegungsrichtungen
bei möglichst einfachem Aufbau zu erlangen nimmt ein Tastverhältnis der gepulsten
Ansteuerung während eines Ansteuerintervalls wenigstens phasenweise ab.
[0012] Gemäß einem weiteren besonders vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann
vorgesehen sein, dass eine Frequenz der Dosierpumpenelementenbewegung im Bereich von
1 bis 20 Hz liegt und dass die Frequenz der gepulsten Ansteuerung im Bereich von 200
bis 2000 Hz liegt. Durch das Verringern des Tastverhältnisses in Richtung zum Ende
eines Bewegungsvorgangs, d.h., das Verringern der Periode, in welcher die Spannung
angelegt ist, im Verhältnis zu der Periode, in welcher keine Spannung angelegt ist,
wird erreicht, dass die Geschwindigkeit des Dosierpumpenelements bei Annäherung an
eine Bewegungsendstellung abnimmt. Dies trägt erheblich weiter dazu bei, das Entstehen
von Anschlaggeräuschen und Vibrationen zu unterdrücken.
[0013] Das Dosierpumpenelement kann beispielsweise einen zum Fördern von Fluid verschiebbaren
Pumpenkolben umfassen, kann gleichwohl jedoch einen Ventilschieber umfassen, durch
welchen wenigstens ein Fluidströmungsweg abgesperrt bzw. freigegeben werden kann.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung
bei Dosierpumpenelementen zum Einsatz zu bringen, deren Bewegungsmodus keine Linearverschiebung,
sondem eine Rotationsbewegung ist.
[0014] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte
Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Dosierpumpe, insbesondere zum
Zuführen von Brennstoff zu einem Fahrzeugheizgerät, welche Dosierpumpe wenigstens
ein durch Erregung einer Spulenanordnung zur Erzeugung einer Magnetkraftwechselwirkung
während eines Ansteuerintervalls bewegbares Dosierpumpenelement umfasst, bei welchem
Verfahren die Spulenanordnung während des Ansteuerintervalls wenigstens phasenweise
gepulst erregt wird.
[0015] Bei diesem Verfahren ist weiter vorgesehen , dass ein Tastverhältnis der gepulsten
Erregung der Spulenanordnung während eines Ansteuerintervalls wenigstens phasenweise
abnimmt.
[0016] Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand
bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert beschrieben. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine Längsschnittansicht einer Dosierpumpe, bei welcher die vorliegende Erfindung
verwirklicht werden kann;
- Fig. 2
- ein Zeit-Spannungsdiagramm, welches das grundlegende Prinzip der Ansteuerung einer
Spulenanordnung der in Fig. 1 gezeigten Dosierpumpe veranschaulicht;
- Fig. 3
- vergrößert ein im Diagramm der Fig. 2 erkennbares Ansteuerintervall, während welchem
die Spulenanordnung der Dosierpumpe der Fig. 1 zum Verschieben eines Dosierpumpenelements
erregt wird;
- Fig. 4
- in zeitlicher Zuordnung zu dem Spannungsverlauf der Fig. 3 die effektiv angelegte
Spannung;
- Fig. 5
- die Verschiebung eines Dosierpumpenelements während des in Fig. 3 gezeigten Ansteuerintervalls;
- Fig. 6
- eine alternative Ausgestaltungsart einer Dosierpumpe, bei welcher die vorliegende
Erfindung verwirklicht werden kann;
- Fig. 7
- ein der Fig. 3 entsprechendes Diagramm einer anderen Art der gepulsten Ansteuerung.
[0017] In Fig. 1 ist eine Dosierpumpe 10, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum
Fördern von Brennstoff zu einem Heizgerät eingesetzt wird, im Längsschnitt dargestellt.
Diese Dosierpumpe 10 umfasst allgemein einen Einlassbereich 12, in welchem flüssiger
Brennstoff aufgenommen wird, sowie einen Auslassbereich 14, in welchem der durch die
Dosierpumpe 10 geförderte Brennstoff abgegeben wird. Im Einlassbereich 12 ist ein
Einlassstutzen 16 auf ein Gehäuseteil 18 aufgesetzt. Der durch den Einlassstutzen
16 strömende Brennstoff passiert zunächst ein Topfsieb 20, bevor er in eine Öffnung
22 im Gehäuseteil 18 eintreten kann.
[0018] Das Gehäuseteil 18 ist weiterhin mit einem äußeren Gehäuse 24 verbunden, das eine
Spule 26 außen umgibt. Die Spule 26 ist auf ein ringartiges Joch 28 gewickelt und
über einen Kontaktsteckanschluss 30 in Verbindung mit einer Ansteuervorrichtung 32.
[0019] Mit dem äußeren Gehäuse 24 ist an der zu dem Gehäuseteil 18 entgegengesetzten Seite
ein hier aus mehreren Teilen zusammengefügter Auslassstutzen 34 vorgesehen, in welchem
eine Ventilkugel 36 und eine Ventilfeder 38 eines Auslassrückschlagventils 40 aufgenommen
sind. Eine in dem Auslassstutzen 34 ausgebildete Durchlassöffnung 42 steht in Verbindung
mit einer Pumpenkammer 44. Das Volumen dieser Pumpenkammer 44 kann durch einen in
der Längsrichtung der Dosierpumpe 10 hin und her bewegbaren Pumpenkolben 46 variiert
werden. Der Pumpenkolben 46 ist zusammen mit einem daran getragenen Anker 48 und einer
Dichtung 50, welche die Öffnung 22 abschließen kann, durch eine Vorspannfeder 52 in
der Darstellung der Fig. 1 nach rechts vorgespannt, so dass die Dichtung 50 auf dem
Gehäuseteil 18 aufsitzt und dabei die Öffnung 22 abschließt. Durch Anlegen einer Spannung
an die Spule 26 und somit Erregen derselben vermittels der Ansteuervorrichtung 32
wird der Pumpenkolben 46 zusammen mit dem Anker 48 entgegen der Vorspannwirkung der
Vorspannfeder 52 verschoben, um das Volumen der Pumpenkammer 44 zu minimieren und
dabei den darin enthaltenen Kraftstoff über das Rückschlagventil 40 auszustoßen.
[0020] Wird die Erregung beendet, d.h., wird keine Spannung mehr an die Spule 26 angelegt,
bewegt sich der Pumpenkolben 46 der Vorspannwirkung der Feder 52 folgend wieder in
die in Fig. 1 dargestellte Positionierung. Bei Erreichen der in Fig. 1 dargestellten
Bewegungsendstellung kommt die Dichtung 50 in Anlage an dem Gehäuseteil 18, so dass
durch die Elastizität der Dichtung 50 eine Dämpfungsfunktion erfüllt wird. Um auch
in der anderen Bewegungsrichtung, also bei Erreichen der ausgehend von der in Fig.
1 erkennbaren Stellung nach links verschoben liegenden Bewegungsendstellung, eine
Dämpfungsfunktion vorsehen zu können, ist eine aus elastischem Material ausgebildete
Dämpfungsplatte 54 vorgesehen.
[0021] Obgleich die vorangehend beschriebenen Elemente 50 uind 54 eine gewisse Dämpfungsfunktion
beim Erreichen einer jeweiligen Bewegungsendstellung erfüllen, besteht vor allem bei
Verschiebung des Pumpenkolbens 46 aus der in Fig. 1 dargestellten Bewegungsendstellung
zur anderen Bewegungsendstellung und bei Erreichen derselben das Problem, dass durch
das abrupte Anschlagen des Pumpenkolbens 46 Geräusche und Vibrationen erzeugt werden,
die im Fahrzeug wahrgenommen werden können. Dieses Auftreten von Geräuschen bzw. Vibrationen
ist umso unangenehmer, als, wie in Fig. 2 veranschlaulicht, eine derartige Dosierpumpe
zum mehr oder weniger kontinuierlichen Fördern von Brennstoff getaktet betrieben wird.
So wird zum Verschieben des Pumpenkolbens 46 entgegen der Vorspannwirkung der Feder
52 in einem Ansteuerintervall I
ein zwischen zwei Zeitpunkten t
ein und t
aus eine Spannung U
S durch die Ansteuervorrichtung 32 an die Spule 26 angelegt, so dass durch die vermittels
der Spule 26 dann erzeugte Magnetkraft die angesprochene Verschiebung auftritt. Die
Dauer des Ansteuerintervalls I
ein ist so bemessen, dass unter Berücksichtigung der Höhe der Spannung U
S die gewünschte Kolbenverschiebung erlangt wird. Im Allgemeinen wird die Dauer dieses
Intervalls I
ein im Bereich von 25 - 35 ms liegen, wobei hier so vorgegangen werden kann, dass das
Intervall einen bestimmten Sicherheitszeitraum enthält, beispielsweise dafür, dass
auch bei vergleichsweise niedrigen Umgebungstemperaturen die vollständige Bewegung
des Pumpenkolbens 46 während eines derartigen Intervalls erlangt werden kann. Zum
Zurückverschieben des Pumpenkolbens 46 wird dann die Erregung während eines Intervalls
I
aus ausgesetzt. Insbesondere durch Vorgabe der Länge dieses Intervalls I
aus, grundsätzlich aber auch durch die Vorgabe der Länge des Ansteuerintervalls I
ein, kann die Arbeitsfrequenz und somit die Fördermenge der Dosierpumpe 10 eingestellt
werden.
[0022] Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist nun vorgesehen, dass während
eines derartigen Ansteuerintervalls I
ein, wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist, eine gepulste Ansteuerung der Spule 26 erfolgt.
Dies wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 3 - 5 beschrieben.
[0023] In Fig. 3 ist ein derartiges Ansteuerintervall I
ein zwischen dem Einschaltzeitpunkt t
ein und dem Ausschaltzeitpunkt t
aus gezeigt. Über dieses Ansteuerintervall I
ein hinweg wird an die Spule 26 die Spannung U
S angelegt, aber nicht in kontinuierlicher, sondern in getakteter Art und Weise. Dabei
kann die Spannung U
S aus dem Bordnetz gewonnen bzw. entnommen werden, wobei hier vorzugsweise vorgesehen
sein kann, dass zum Entkoppeln von Schwankungen in der Versorgungsspannung eine Spannung
U
S mit bezüglich der Bordspannung abgesenktem, jedoch grundsätzlich konstant haltbarem
Niveau angelegt wird. Es ergibt sich somit ein gepulstes Ansteuersignal bzw. eine
gepulste Spannung mit AN-Intervallen I
ein' und AUS-Intervallen I
aus'. Das Verhältnis der Zeitdauer bzw. Intervalle I
ein' zu I
aus' bestimmt das so genannte Tastverhältnis der an die Spule 26 angelegten Spannung.
Dieses Tastverhältnis bestimmt im Wesentlichen auch die an der Spule 26 anliegende
effektive Spannung. Je größer das Tastverhältnis, desto näher rückt die effektive
Spannung an die Spannung U
S heran. Je niedriger das Tastverhältnis, desto weiter sinkt die effektive angelegte
Spannung im Vergleich zur Spannung U
S ab.
[0024] Es hat sich gezeigt, dass alleine durch das Anlegen einer gepulsten Spannung während
eines derartigen Ansteuerintervalls I
ein das Entstehen von Anschlaggeräuschen bei dem Erreichen der Bewegungsendstellung weitestgehend
unterdrückt werden kann.
[0025] Gemäß einem weiteren in Fig. 3 erkennbaren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann
zu einer weiteren Reduzierung von Anschlaggeräuschen und Vibrationen bei Erreichen
einer Bewegungsendstellung dafür gesorgt werden, dass das vorangehend angesprochene
Tastverhältnis über die Zeitdauer eines Ansteuerintervalls I
ein hinweg abnimmt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass, wie in
Fig. 3 gezeigt, die Zeitdauer der AN-Intervalle I
ein' im Wesentlichen konstant gehalten wird, während die Zeitdauer der AUS-Intervalle
I
aus' zunimmt. Dies hat zur Folge, dass die Frequenz der AN-Intervalle I
ein' abnimmt, was einer entsprechenden Abnahme des Tastverhältnisses entspricht. Die
Folge dieser Verringerung des Tastverhältnisses ist eine Abnahme der effektiven Spannung
U
e, wie sie in Fig. 4 veranschaulicht ist. Diese Abnahme der effektiven an die Spule
26 angelegten Spannung U
e wiederum führt zu dem in der Fig. 5 veranschaulichten Bewegungsverhalten des Pumpenkolbens
46 während eines Ansteuerintervalls I
ein.
[0026] In Fig. 5 ist auf der vertikalen Achse der Stellweg bzw. die Stellposition des Pumpenkolbens
46 veranschaulicht, wobei mit 0 beispielsweise der in Fig. 1 dargestellte Zustand
angesprochen ist, während S
max den anderen Bewegungsendzustand repräsentiert, also den ausgehend von der Darstellung
der Fig. 1 maximal nach links verschobenen Zustand. Die durchgezogene Kurve k
1 in Fig. 5 repräsentiert die Bewegung des Pumpenkolbens 46 bei Ansteuerung der Spule
26 mit dem in Fig. 3 gezeigten Signal. Man erkennt, dass die Steigung dieser Kurve
k
1 bei Annäherung an die Bewegungsendstellung S
max abnimmt, was bedeutet, dass in entsprechender Weise die Geschwindigkeit des Pumpenkolbens
46 abnimmt. Hier kann durch geeignete Veränderung des Tastverhältnisses beispielsweise
vorgesehen sein, dass ein nahezu asymptotisches Annähern an den Bewegungsendzustand
S
max erlangt wird, so dass ein sehr sanftes Erreichen dieser Stellung auftritt. Demgegenüber
repräsentiert die Kurve k
2 in Fig. 5 den Bewegungsmodus, wie er bei ungepulster, also konstanter Ansteuerung
bzw. Bestromung der Spule 26 während eines Ansteuerintervalls I
ein beim Stand der Technik erlangt wird.
[0027] Hier ist eine deutliche Zunahme der Geschwindigkeit des Pumpenkolbens bei Annäherung
an die Bewegungsendstellung S
max erkennbar, was die bereits angesprochenen Probleme zur Folge hat.
[0028] Die vorangehend mit Bezug auf die Fig. 3 - 5 diskutierte Verringerung des Tastverhältnisses
kann auch durch so genannte Impulsbreitenmodulation erlangt werden. Dabei kann, wie
in Fig. 7 gezeigt, vorgesehen sein, dass die Summe der unmittelbar aufeinander folgenden
Intervalle I
ein' und I
aus' konstant gehalten wird, was im Prinzip auch eine konstante Impulsfrequenz zur Folge
hat, dass jedoch das Verhältnis dieser beiden Intervalle zueinander so variiert wird,
dass in Richtung zum Ende eines Ansteuerintervalls I
ein das AN-Intervall I
ein' abnimmt, während das AUS-Intervall I
aus' zunimmt. Somit kann bei im Wesentlichen kontanter Ansteuerfrequenz bzw. Pulsfrequenz
im Bereich von etwa 400 hz ebenfalls eine Abnahme der effektiven Spannung während
eines Ansteuerintervalls I
ein erlangt werden, was wiederum eine Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit des Pumpenkolbens
nach sich zieht.
[0029] Die erfindungsgemäße gepulste Ansteuerung der Dosierpumpe 10 zum Verschieben des
Pumpenkolbens 46 hat neben dem Vermeiden von Anschlaggeräuschen und Anschlagvibrationen
weiter den wesentlichen Vorteil, dass die Bewegung des Pumpenkolbens 26 mit bedeutend
höherer Präzision reproduzierbar ist. Durch das Vorgeben einer definiert einstellbaren
und von Schwankungen weitgehend unbeeinflußten Spannung U
S und auch das Vorgeben des sich möglicherweise über ein Ansteuerintervall I
ein ändernden Tastverhältnisses I
ein' / I
aus' kann die Bewegung des Pumpenkolbens 46 mit hoher Präzision vorgegeben werden, was
eine entsprechend präzise Vorgabe bzw. Einstellung der Fördermenge nach sich zieht.
[0030] In Fig. 6 ist eine alternative Ausgestaltungsform einer Dosierpumpe gezeigt. Komponenten,
welche vorangehend beschriebenen Komponenten hinsichtlich Aufbau bzw. Funktion entsprechen,
sind mit dem selben Bezugszeichen unter Hinzufügung eines Anhangs "a" bezeichnet.
[0031] Bei der in Fig. 6 dargestellten Dosierpumpe 10a ist der Pumpenkolben 46a in einem
Zylinderbauteil 60a bewegbar, in welchem auch die Pumpenkammer 40a bereitgestellt
ist. Der Pumpenkolben 46a steht wieder unter Vorspannung der Feder 52a, die den Pumpenkolben
46a in Richtung Minimierung des Pumpenkammervolumes 44a vorspannt. Es ist ansonsten
dem Pumpenkolben 46a jedoch keine weitere ansteuerbare Antriebsanordnung zugeordnet.
[0032] In axialer Verlängerung des Pumpenkolbens 46a ist ein stiftartig ausgebildetes Ventilelement
62a vorgesehen. Dieses ist nunmehr mit dem Anker 48a fest verbunden und steht unter
Vorspannung einer Vorspannfeder 64a. Die Vorspannfeder 64a beaufschlagt das Ventilelement
62a derart, dass dieses in eine Bewegungsendstellung vorgespannt ist, in welcher eine
Dämpfungsplatte 66a auf dem Einlassstutzen 16a aufliegt. Bei Erregung der Spule 26a
durch entsprechende Ansteuerung vermittels der Ansteuervorrichtung 32a wird durch
die magnetische Wechselwirkung das Ventilelement 62a zusammen mit dem Anker 48a dann
in die in Fig. 6 dargestellte Positionierung bzw. Bewegungsendstellung entgegen der
Vorspannung der Feder 64a bewegt. In dieser Stellung ist eine am Ventilelement 62a
vorgesehene schräg verlaufende Nut 68a derart positioniert, dass sie eine Verbindung
der Pumpenkammer 44a mit einem Auslasskanal 70a herstellt, während ein Einlasskanal
72a nicht mit der Pumpenkammer 44a verbunden ist. Wird die Erregung der Spule 26a
beendet, so dass das Ventilelement 62a aus der in Fig. 6 veranschaulichten Stellung
nach rechts in seine andere Bewegungsendstellung verschoben wird, so stellt die Nut
68a eine Verbindung des Einlasskanals 72a mit der Pumpenkammer 44a her.
[0033] Diese in Fig. 6 dargestellte Dosierpumpe 10a funktioniert derart, dass bei in der
in Fig. 6 nicht dargestellten Bewegungsendstellung positioniertem Ventilelement 62a
und dann vorhandener Verbindung der Pumpenkammer 44a mit dem Einlasskanal 72a bzw.
dem Einlassbereich 12a unter Vordruck gelieferter flüssiger Brennstoff in die Pumpenkammer
44a einströmen kann und den Pumpenkolben 46a entgegen der Vorspannwirkung der Feder
52a aus der in Fig. 6 gezeigten Positionierung nach links in Richtung Maximierung
des Pumpenkammervolumens verschieben kann. Wird dann die Spule 26a erregt, verschiebt
sich das Ventilelement 62a in die in Fig. 6 dargestellte Positionierung, so dass nunmehr
die Verbindung zwischen der mit flüssigem Brennstoff gefüllten Pumpenkammer 44a und
dem Einlassbereich 12a unterbrochen ist, während diese Pumpenkammer 44a nunmehr mit
dem unter geringerem Druck stehenden Auslassbereich 14a über den Auslasskanal 70a
verbunden ist. Der Pumpenkolben 46a kann dann bedingt durch die Vorspannwirkung der
Feder 52a den in der Pumpenkammer 44a enthaltenen flüssigen Brennstoff über den Auslasskanal
70a zum Auslassbereich 14a fördern.
[0034] Aus der vorangehenden Beschreibung erkennt man, dass auch die in Fig. 6 dargestellte
Dosierpumpe 10a ein durch Erregung einer Spule 26a bewegbares Dosierpumpelement, nämlich
das Ventilelement 62a, aufweist, das somit zwischen zwei Bewegungsendstellungen hin
und her bewegt wird. Auch hier besteht grundsätzlich die Gefahr, dass bei Erreichen
einer Bewegungsendstellung, insbesondere bei Erreichen der in Fig. 6 dargestellten
Bewegungsendstellung, Anschlaggeräusche und Vibrationen erzeugt werden. Ebenso wie
vorangehend mit Bezug auf die Dosierpumpe der Fig. 1 beschrieben, kann bei der in
Fig. 6 dargestellten Dosierpumpe 10a die Ansteuervorrichtung 32a während der Ansteuerintervalle,
die zum Verschieben des Ventilelements 62a in die in Fig. 6 gezeigte Bewegungsendstellung
vorgesehen sind, gepulst angesteuert werden, um die vorangehend beschriebenen Effekte
zu erreichen. Auch hier kann das Tastverhältnis über die Dauer eines Ansteuerintervalls
hinweg variiert bzw. verringert werden, beispielsweise durch Frequenzerhöhung oder
durch Impulsbreitenmodulation, um auch bei dem Ventilelement 62a den in Fig. 5 anhand
der Kurve k
1 veranschaulichten Bewegungsmodus zu erlangen.
[0035] Selbstverständlich ist es bei beiden vorangehend beschriebenen Ausgetaltungsformen
auch möglich, das Tastverhältnis und somit auch die effektive Spannung über die Dauer
eines zum Verschieben eines Dosierpumpenelements vorgesehenen Ansteuerintervalls hinweg
konstant zu lassen.
1. Dosierpumpsystem, insbesondere zur dosierten Brennstoffzufuhr zu einem Fahrzeugheizgerät,
umfassend eine Dosierpumpe (10; 10a) mit wenigstens einem zwischen zwei Bewegungsendstellungen
bewegbaren Dosierpumpenelement (46; 62a) und einem dem wenigstens einen Dosierpumpenelement
(46; 62a) zugeordneten Dosierpumpenelementenantrieb (26, 32; 26a, 32a), wobei der
Dosierpumpenelementenantrieb (26, 32; 26a, 32a) eine Spulenanordnung (26; 26a) und
eine Ansteuervorrichtung (32; 32a)umfasst, welche zum Bewegen des wenigstens einen
Dosierpumpenelements (46; 62a) in wenigstens einer Bewegungsrichtung die Spulenanordnung
(26; 26a) zur Erzeugung einer Magnetkraftwechselwirkung ansteuert, wobei die Ansteuervorrichtung
(32; 32a) dazu ausgebildet ist, die Spulenanordnung (26; 26a) während eines einem
Dosierpumpenelementenbewegungsvor gang entsprechenden Ansteuerintervalls (lein) wenigstens phasenweise gepulst anzusteuern,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastverhältnis (lein' / laus') der gepulsten Ansteuerung während eines Ansteuerintervalls (lein)wenigstens phasenweise abnimmt.
2. Dosierpumpsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Spulenanordnung (26; 26a) durch die Ansteuervorrichtung (30;
32a) zur Erzeugung der Magnetkraftwechselwirkung das Anlegen einer während eines Ansteuerintervalls
(lein) wenigstens phasenweise gepulsten Spannung (US) an die Spulenanordnung (26; 26a) bewirkt.
3. Dosierpumpsystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Dosierpumpenelement (46; 62a) zum Durchführen eines Bewegungsvorgangs
in einer ersten Bewegungsrichtung vorgespannt ist und dass die Ansteuervorrichtung
(32; 32a) die Spulenanordnung(26; 26a) zum Durchführen eines Bewegungsvorgangs des
wenigstens einen Dosierpumpenelements (46; 62a) in einer der ersten Bewegungsrichtung
entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung entgegen der Vorspannung ansteuert.
4. Dosierpumpsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz der Dosierpumpenelementenbewegung im Bereich von 1 bis 20 Hz liegt
und dass eine Frequenz der gepulsten Ansteuerung der Spulenanordnung (26; 26a) im
Bereich von 200 bis 2000 Hz liegt.
5. Dosierpumpsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Dosierpumpenelement (46) einen zum Fördern von Fluid verschiebbaren
Pumpenkolben (46) umfasst.
6. Dosierpumpsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Dosierpumpenelement (62a) einen zum Absperren/Freigeben wenigstens
eines Fluidströmungsweges (70a, 72a) verschiebbaren Ventilschieber (62a) umfasst.
7. Dosierpumpsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer von AN-Intervallen (Iein'), während welchen in einem Ansteuerintervall (Iein) eine Spannung an der Spulenanordnung (26;26') anliegt, in einem Ansteuerintervall
(Iein) konstant ist und die Zeitdauer von AUS-Intervallen (Iaus'), während welchen in einem Ansteuerintervall (Iein) keine Spannung an der Spulenanordnung (26; 26a) anliegt, in einem Ansteuerintervall
(Iein) zunimmt.
8. Verfahren zum Betreiben einer Dosierpumpe, insbesondere zum Zuführen von Brennstoff
zu einem Fahrzeugheizgerät, welche Dosierpumpe (10; 10a) wenigstens ein durch Erregung
einer Spulenanordnung (26; 26a) zur Erzeugung einer Magnetkraftwechselwirkung während
eines Ansteuerintervalls (Iein) bewegbares Dosierpumpenelement (46; 62a) umfasst, bei welchem Verfahren die Spulenanordnung
(26; 26a) während des Ansteuerintervalls (Iein) wenigstens phasenweise gepulst erregt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastverhältnis (Iein' / Iaus') gepulsten Erregung der Spulenanordnung (26; 26a) während eines Ansteuerintervalls
(Iein) wenigstens phasenweise abnimmt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer von AN-Intervallen (Iein'), während welchen in einem Ansteuerintervall (Iein) eine Spannung an der Spulenanordnung 26;26' anliegt, in einem Ansteuerintervall
(Iein) konstant ist und die Zeitdauer von AUS-Intervallen (Iaus'), während welchen in einem Ansteuerintervall (Iein) keine Spannung an der Spulenanordnung 26; 26a anliegt, in einem Ansteuerintervall
(Iein) zunimmt.
1. A dosing pump system, in particular for a dosed fuel supply to a vehicle heating device,
comprising a dosing pump (10; 10a) with at least one dosing pump element (46; 62a)
being moveable between two movement end positions and a dosing pump element drive
(26, 32; 26a, 32a) being associated with the at least one dosing pump element (46;
62a), the dosing pump element drive (26, 32; 26a, 32a) comprising a coil arrangement
(26; 26a) and an actuation device (32; 32a), actuating the coil arrangement (26; 26a)
for producing a magnetic force interaction for moving the at least one dosing pump
element (46; 62a) in at least one direction of movement, the actuation device (32;
32a) being arranged for actuating the coil arrangement (26; 26a) in a pulsed manner
at least during certain phases during an actuation interval (Ion) corresponding to a dosing pump element movement process,
characterized by a duty cycle (Ion'/Ioff') of the pulsed actuation decreasing at least during certain phases of an actuation
interval (Ion).
2. Dosing pump system according to claim 1,
characterized by the actuation of the coil arrangement (26; 26a) by the actuation device (30; 32a)
for producing the magnetic force interaction leading to the application of a voltage
(Us) being pulsed at least during certain phases of an actuation interval (Ion) to the coil arrangement (26; 26a).
3. Dosing pump system according to claim 1 or 2,
characterized by the at least one dosing pump element (46; 62a) being biased for carrying out a movement
process in a first direction of movement and by the actuation device (32; 32a) actuating
the coil arrangement (26; 26a) for carrying out a movement process of the at least
one dosing element (46; 62a) in a second direction of movement in opposition to the
first direction of movement against the bias.
4. Dosing pump system according to one of claims 1 to 3,
characterized by a frequency of the dosing pump element movement having a range of 1 to 20 Hz and
by a frequency of the pulsed actuation of the coil arrangement (26; 26a) having a
range of 200 to 2000 Hz.
5. Dosing pump system according to one of claims 1 to 4,
characterized by the at least one dosing pump element (46) comprising a slidable pump piston (46)
for delivering fluid.
6. Dosing pump system according to one of claims 1 to 5,
characterized by the at least one dosing pump element (62a) comprising a slidable gate valve (62a)
for closing off/releasing at least one fluid flow path (70a, 72a).
7. Dosing pump system according to one of claims 1 to 6,
characterized by the duration of ON-intervals (Ion'), during which in an actuation interval (Ion) a voltage is applied to the coil arrangement (26;26'), being constant during an
actuation interval (Ion) and by the duration of OFF-intervals (Ioff'), during which in an actuation interval (Ion) no voltage is applied to the coil arrangement (26; 26a), increasing during an actuation
interval (Ion).
8. Method for operating a dosing pump, in particular for supplying fuel to a vehicle
heating device, the dosing pump (10; 10a) comprising at least one dosing pump element
(46; 62a) moveable by exciting a coil arrangement (26; 26a) for producing a magnetic
force interaction during an actuation interval (Ion), wherein during the method the coil arrangement (26; 26a) is excited in a pulsed
manner at least during certain phases of the actuation interval (Ion),
characterized by a duty cycle (Ion'/Ioff') of the pulsed actuation of the coil arrangement (26; 26a) decreasing at least during
certain phases of an actuation interval (Ion).
9. Procedure according to claim 8,
characterized by the duration of ON-intervals (Ion'), during which in an actuation interval (Ion) a voltage is applied to the coil arrangement (26;26'), being constant during an
actuation interval (Ion) and by the duration of OFF-intervals (Ioff'), during which in an actuation interval (Ion) no voltage is applied to the coil arrangement (26; 26a), increasing during an actuation
interval (Ion).
1. Un système de pompe doseuse, en particulier pour une alimentation en combustible dosée
d'un dispositif de chauffage d'un véhicule, comprenant une pompe doseuse (10; 10a)
avec au moins un élément de pompe doseuse (46; 62a) mobile entre deux positions finales
de mouvement et avec un entraînement d'élément de pompe doseuse (26, 32; 26a, 32a)
associé à ce au moins un élément de pompe doseuse (46; 62a), l'entraînement d'élément
de pompe doseuse (26, 32; 26a, 32a) comprenant un arrangement de bobines (26; 26a)
et un dispositif d'activation (32; 32a), activant l'arrangement de bobines (26; 26a)
pour produire une interaction de forces magnétiques pour avancer le au moins un élément
de pompe doseuse (46; 62a) dans au moins une direction de mouvement, le dispositif
d'activation (32; 32a) étant façonné pour activer l'arrangement de bobines (26; 26a)
d'une manière pulsée au moins pendant certaines phases pendant un intervalle d'activation
(Ion) correspondant à un processus de mouvement de l'élément de pompe doseuse,
caractérisé par un rapport impulsion/pause (Ion' / Ioff) de l'activation pulsée diminuant au moins pendant certaines phases pendant un intervalle
d'activation (Ion).
2. Un système de pompe doseuse selon la revendication 1,
caractérisé par l'activation de l'arrangement de bobines (26; 26a) par le dispositif d'activation
(32; 32a) pour produire l'interaction des forces magnétiques occasionnant l'application
d'un voltage (Us) à l'arrangement de bobines (26; 26a) qui, pendant un intervalle d'activation (Ion), est pulsé, au moins pendant certaines phases.
3. Un système de pompe doseuse selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé par le au moins un élément de pompe doseuse (46; 62a) étant précontraint dans une première
direction de mouvement pour effectuer une procédure de mouvement et par le dispositif
d'activation (32; 32a) activant l'arrangement de bobines (26; 26a) dans une deuxième
direction opposée à la première direction contre la précontrainte pour effectuer une
procédure de mouvement du au moins un élément de pompe doseuse (46; 62a).
4. Un système de pompe doseuse selon une des revendications 1 à 3,
caractérisé par une fréquence du mouvement de l'élément de pompe doseuse étant dans une gamme de
1 à 20 Hz et par une fréquence de l'activation pulsée de l'arrangement de bobines
(26; 26a) étant dans une gamme de 200 à 2000 Hz.
5. Un système de pompe doseuse selon une des revendications 1à 4,
caractérisé par le au moins un élément de pompe doseuse (46) comprenant un piston de pompe (46) mobile
pour promouvoir du fluide.
6. Un système de pompe doseuse selon une des revendications 1 à 5,
caractérisé par le au moins un élément de pompe doseuse (62a) comprenant un robinet-vanne (62a) mobile
pour bloquer/libérer au moins un courant de fluide (70a, 72a).
7. Un système de pompe doseuse selon une des revendications 1à 6,
caractérisé par la durée des intervalles ON (Ion), durant lesquels pendant un intervalle d'activation (Ion) un voltage est appliqué à l'arrangement de bobines (26; 26a), étant constante pendant
un intervalle d'activation (Ion) et par la durée des intervalles OFF (Ioff), durant lesquels pendant un intervalle d'activation (Ion) aucun voltage n'est appliqué à l'arrangement de bobines (26; 26a), augmentant pendant
un intervalle d'activation (Ion).
8. Une méthode pour opérer une pompe doseuse, en particulier pour conduire du combustible
à un dispositif de chauffage d'un véhicule, cette pompe doseuse (10 ; 10a) comprenant
au moins un élément de pompe doseuse (46; 62a) mobile par l'excitation d'un arrangement
de bobines (26; 26a) pour produire une interaction de forces magnétiques pendant un
intervalle d'activation (Ion), l'arrangement de bobines (26; 26a) étant au moins par phases excité d'une manière
pulsée pendant cette méthode, caractérisé par un rapport impulsion/pause (Ion' / Ioff) de l'activation pulsée de l'arrangement de bobines (26; 26a) diminuant par phases
pendant un intervalle d'activation (Ion).
9. Une méthode selon la revendication 8,
caractérisée par la durée des intervalles ON(Ion), durant lesquels pendant un intervalle d'activation (Ion) un voltage est appliqué à l'arrangement de bobines (26; 26a), étant constante pendant
un intervalle d'activation (Ion) et par la durée des intervalles OFF (Ioff), durant lesquels pendant un intervalle d'activation (Ion) aucun voltage n'est appliqué à l'arrangement de bobines (26; 26a), augmentant pendant
un intervalle d'activation (Ion).