PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005001465B4 22.02.2007
Titel Verfahren zum Betreiben einer Dosierpumpe, insbesondere zum Zuführen von Brennstoff zu einem Fahrzeugheizgerät
Anmelder J. Eberspächer GmbH & Co. KG, 73730 Esslingen, DE
Erfinder Bauer, Thomas, 72555 Metzingen, DE
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Anmeldedatum 12.01.2005
DE-Aktenzeichen 102005001465
Offenlegungstag 20.07.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.02.2007
IPC-Hauptklasse F04B 13/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dosierpumpe, insbesondere zum Zuführen von Brennstoff zu einem Fahrzeugheizgerät, welche Dosierpumpe ein im Pumpbetrieb zum Aufnehmen von zu förderndem Medium in einer Pumpkammer und zum Ausstoßen des zu fördernden Mediums aus der Pumpkammer hin- und herbewegbares Pumporgan umfasst.

Derartige Dosierpumpen werden häufig dazu eingesetzt, bei Standheizungen oder Zuheizern in Kraftfahrzeugen den zunächst flüssigen Brennstoff in Richtung zu einer Brennkammer zu fördern. Da die erforderliche Brennstoffmenge davon abhängt, mit welcher Heizleistung ein Brenner zu betreiben ist, bzw. welcher Bauart und Größe ein Brenner ist, ist es erforderlich, die Fördermenge des zu fördernden Mediums, also beispielsweise von flüssigem Brennstoff, einstellbar zu gestalten. Da im Allgemeinen bei derartigen Pumpen die pro Arbeitstakt, also pro Hin- und Herbewegung des Pumporgans geförderte Menge, durch die Geometrie bzw. die Größe der Pumpe bestimmt ist und somit grundsätzlich invariabel ist, wird zur Einstellung der Fördermenge die Bewegungsfrequenz, also die pro Zeiteinheit auftretenden Hin- und Herbwegungen des Pumporgans, eingestellt. Bei größerer Fördermenge müssen also mehr Arbeitstakte pro Zeiteinheit erfolgen, als bei kleineren Fördermengen.

Bei Dosierpumpen, die in Verbindung mit Kraftfahrzeugheizgeräten eingesetzt werden, liegt die Bewegungsfrequenz, je nach erforderlicher Brennstoffmenge, im Bereich zwischen 1 Hz und 10Hz. Beispielsweise wird also bei einer Bewegungsfrequenz von 5Hz pro Sekunde eine durch die Geometrie der Pumpe definierte Fördermenge fünfmal ausgestoßen, wodurch sich der Gesamtvolumenstrom ermittelt.

Es ist festgestellt worden, dass über die Betriebslebensdauer derartiger Dosierpumpen hinweg bedingt durch Verschleiß und Fertigungstoleranzen eine Verringerung des pro Arbeitstakt geförderten Volumenstroms auftritt. Dies ist vermutlich primär dadurch bedingt, dass auf Grund der permanent auftretenden Reibung zwischen dem Pumporgan und einem dieses führenden Gehäuse eine verschleißbedingt stärker werdende Leckage vorhanden ist. Übersteigt eine derartige Leckage ein bestimmtes Ausmaß, so hat dies eine spürbare Auswirkung bei dem geförderten Volumenstrom zur Folge. Vor allem beim Einsatz in Verbindung mit Kraftfahrzeugheizgeräten hat ein zu geringer Volumenstrom zur Folge, dass ein Heizgerät nur mit geringer Heizleistung und somit auch geringerem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Auch können in der Startphase Schwierigkeiten auftreten und auf Grund der zu geringen Brennstoffmengen kann es zu erhöhtem Schadstoffausstoß und bei einer lokalen Überhitzung der Brennkammer der Gefahr einer Schädigung derselben kommen.

Aus der nachveröffentlichten DE 103 22 221 B3 ist ein Verfahren bekannt, mit welchem eine Leckageerhöhung im Hydraulikdruckraum einer Membranpumpe erkannt werden kann. Es wird dabei der Druckverlauf im Hydraulikraum überwacht. Eine Veränderung eines am Ende eines jeweiligen Saughubs liegenden Schnüffelfensters ist ein Indikator für eine im Hydraulikdruckraum auftretende Leckage. Eine Variation der Länge dieses Schnüffelfensters wird somit genutzt, um auf das Auftreten einer Leckage schließen zu können.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Dosierpumpe, insbesondere zum Zuführen von Brennstoff zu einem Fahrzeugheizgerät, vorzusehen, mit welchem für eine erhöhte Genauigkeit der zu fördernden Brennstoffmenge gesorgt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Dosierpumpe, insbesondere zum Zuführen von Brennstoff zu einem Fahrzeugheizgerät, welche Dosierpumpe ein im Pumpbetrieb zum Aufnehmen von zu förderndem Medium in einer Pumpkammer und zum Ausstoßen des zu fördernden Mediums aus der Pumpkammer hin- und herbewegbares Pumporgan umfasst, bei welchem Verfahren die Bewegungsfrequenz des Pumporgans in Abhängigkeit von der erforderlichen Fördermenge des zu fördernden Mediums und in Abhängigkeit von einer auf Grundlage der Betriebslebensdauer der Dosierpumpe ermittelten Größe bestimmt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also zur Bestimmung der Bewegungsfrequenz des Pumporgans nicht nur die erforderliche Fördermenge herangezogen, sondern es wird eine weitere Größe berücksichtigt, die im Zusammenhang mit dem Alter bzw. der Gesamtbetnebslebensdauer einer derartigen Dosierpumpe steht. Es kann auf diese Art und Weise eine möglicherweise alterungsbedingt auftretende Leckage oder eine sonstige alterungsbedingt die Fördereffizienz beeinflussende Größe berücksichtigt werden.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass beruhend auf der Größe eine Korrekturgröße bestimmt wird, die zusammen mit einer in Abhängigkeit von der erforderlichen Fördermenge bestimmten Grund-Bewegungsfrequenz zur Bestimmung der Bewegungsfrequenz des Pumporgans verwendet wird.

Da insbesondere für den auftretenden Verschleiß die Gesamtbetriebsdauer einer derartigen Dosierpumpe eine maßgebende Größe ist, wird vorgeschlagen, dass die Größe die Gesamtbetriebsdauer der Dosierpumpe repräsentiert.

Bei einer weiter präzisierenden, besonders vorteilhaften Maßnahme kann vorgesehen sein, dass die Größe die Gesamtzahl der in der Gesamtbetriebsdauer der Dosierpumpe durchgeführten Arbeitstakte repräsentiert. Dabei kann beispielsweise so vorgegangen werden, dass die Größe auf der Grundlage der Gesamtbetriebsdauer der Dosierpumpe und der über diese hinweg aufgetretenen und jeweilige Bewegungsfrequenzen des Pumporgans repräsentierenden Leistungsstufen der Dosierpumpe bestimmt wird.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung einer Dosierpumpe;

2 ein Beispiel für die Bestimmung einer Korrekturgröße für die Bewegungsfrequenz.

In 1 ist in prinzipieller Darstellung eine Dosierpumpe 10 dargestellt, wie sie beispielsweise zum Zuführen von flüssigem Brennstoff zu einem Fahrzeugheizgerät eingesetzt werden kann. Diese Dosierpumpe 10 umfasst als Pumporgan einen Pumpenkolben 12, der in einem Pumpenzylinder 14 in Richtung eines Pfeils P hin- und herbewegbar ist. Bewegt sich der Kolben 14 ausgehend von der in der 1 dargestellten Position nach links, um das freie Volumen einer Pumpkammer 16 zu vergrößern, so wird auf Grund des entstehenden Saugeffekts Brennstoff aus einer Zuführleitung 18 angesaugt, Bewegt sich der Kolben in entgegengesetzter Richtung zum Verringern des freien Volumens der Pumpkammer 16, so wird spätestens ab dem vollständigen Abdecken der Zuführleitung 18 das zu fördernde Medium, beispielsweise der flüssige Brennstoff, unter Druck gesetzt und in Richtung zu einer Abgabeleitung 20 ausgestoßen. Um hier die richtige Strömungsrichtung sicherzustellen, können selbstverständlich in den beiden Leitungen 18, 20 jeweilige nur eine Strömungsrichtung zulassende Rückschlagventile o.dgl. vorgesehen sein.

Der Pumpenkolben 12 kann beispielsweise durch eine Elektromagnetanordnung in Bewegung versetzt werden, die diesen z.B. entgegen der Vorspannwirkung einer Rückstellfeder in einer Bewegungsrichtung mit einer Bewegungskraft beaufschlagen kann. Diese Elektromagnetanordnung wiederum steht unter der Ansteuerung einer nicht weiter dargestellten Ansteuervorrichtung, die, je nach erforderlicher Fördermenge, die Elektromagnetanordnung zum Einstellen der erforderlichen Bewegungsfrequenz des Pumpenkolbens 12 getaktet bzw. periodisch erregt und entregt. Auf diese Art und Weise ergibt sich ein Betrieb der Dosierpumpe 10 mit einer grundsätzlich in Abhängigkeit von der zu fördernden Brennstoffmenge ausgewählten bzw. eingestellten Bewegungsfrequenz des Pumpenkolbens 12.

Über die Betriebslebensdauer einer derartigen Dosierpumpe 10 hinweg wird vor allem bedingt durch die zwischen dem Pumpenkolben 12 und dem Zylinder 14 auftretende Reibung ein Verschleiß auftreten, der zu einer altersabhängig zunehmenden Leckage der zu fördernden Flüssigkeit führt. Dies hat zur Folge, dass bei entsprechend der erforderlichen Fördermenge vorgegebener Bewegungsfrequenz des Pumpenkolbens 12 bei jedem Bewegungstakt nur eine geringere Brennstoffmenge oder Mediummenge gefördert wird, als in Zuordnung zu dieser Bewegungsfrequenz eigentlich vorgesehen. Dies hat zur Folge, dass der Gesamtvolumenstrom des geförderten Mediums geringer sein wird, als an sich angenommen. Vor allem beim Einsatz in Verbindung mit einem Kraftfahrzeugheizgerät hat dies für den Verbrennungsbetrieb sehr nachteilhafte Auswirkungen.

Um diesem Problem entgegenzutreten, wird gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung über die Betriebslebensdauer der Dosierpumpe 10 hinweg erfasst, wie lange diese tatsächlich in Betrieb war. Hier kann also beispielsweise eine die Gesamtbetnebsdauer repräsentierende Zeitgröße ermittelt werden. In einer den Betrieb noch weiter präzisierenden Maßnahme kann vorgesehen werden, dass zusätzlich zu der Erfassung der Gesamtbetriebsdauer auch noch erfasst bzw. aufgezeichnet wird, mit welchem Leistungsvermögen die Dosierpumpe 10 in dieser Gesamtbetriebsdauer betrieben worden ist. Jedes Leistungsvermögen bzw. jede Leistungsstufe definiert eine bestimmte Bewegungsfrequenz, so dass, wenn über eine vorgegebene Zeitdauer die Dosierpumpe 10 mit höherer Leistungsstufe betrieben wird, um eine größere Menge zu fördern, mehr Arbeitstakte aufgetreten sind, als in einem Fall, in welchem in der gleichen Zeitdauer nur eine geringe Menge zu fördern war. Durch Berücksichtigung der Gesamtbetriebsdauer einerseits und der Leistungsstufe, also der pro Zeiteinheit durchzuführenden Arbeitstakte, andererseits kann somit eine Korrekturgröße ermittelt werden, die im Wesentlichen die über die Gesamtbetriebsdauer hinweg durchgeführten Arbeitstakte repräsentiert.

Beruhend auf dieser die über die Zeit hinweg akkumulierte Belastung der Dosierpumpe 10 repräsentierenden Größe kann dann eine Korrekturgröße ermittelt werden, die neben der erforderlichen Fördermenge dann zur Bestimmung der Bewegungsfrequenz des Pumpenkolbens 12 herangezogen werden kann. Dies sei im Folgenden mit Bezug auf die 2 erläutert.

Man erkennt in 2 im Diagramm, dass auf der horizontalen Achse eine Größe B aufgetragen ist, die die Belastung der Dosierpumpe über die Gesamtbetriebsdauer hinweg repräsentiert, beispielsweise wiedergegeben durch die Anzahl ZT der tatsächlich durchgeführten Bewegungstakte. Wie bereits erwähnt, könnte hier als Ausgangsgröße auch die Gesamtbetnebsdauer der Pumpe herangezogen werden. Die Werte B1, B2, B3, usw. repräsentieren hier den Alterungsprozess der Dosierpumpe 10 wiederspiegelnd entsprechend ansteigende Zahlenwerte. Auf der vertikalen Achse ist die Korrekturgröße K aufgetragen, und zwar hier in Prozenten. Man erkennt aus dem Diagramm der 2, dass bis zu einem bestimmten Wert der Größe B der Korrekturwert bei 100%, also 1,0, liegt. Ab einem bestimmten Wert der Größe B steigt die Korrekturgröße dann allmählich an, so dass sie beispielsweise dann, wenn die Größe B den Wert B3 erreicht hat, bei etwa 105% liegt. Diese Korrekturgröße kann dann beispielsweise bei der Ermittlung der Bewegungsfrequenz für den Pumpenkolben 12 gemäß der folgenden Gleichung berücksichtigt werden: f = f0 × K, wobei f die tatsächlich vorzusehende Bewegungsfrequenz des Pumpenkolbens 12 ist, f0 die in Abhängigkeit von der erforderlichen Fördermenge ausgewählte Grund-Förderfrequenz wiedergibt und K die auf der Grundlage des Zusammenhangs der 2 ermittelte Korrekturgröße repräsentiert. Wird die Bewegungsfrequenz f also auf der Grundlage einer derartigen Formel berechnet, so wird, so lange die Korrekturgröße K 100% ist, die Bewegungsfrequenz gleich der Grund-Bewegungsfrequenz sein. Mit von 100%, also dem Wert 1,0, ansteigendem Wert der Korrekturgröße wird auch die Bewegungsfrequenz bei grundsätzlich gleicher Grund-Bewegungsfrequenz f0 entsprechend ansteigen. Auf diese Art und Weise wird es möglich, den Alterungsprozess einer Dosierpumpe 10 zu kompensieren, indem einer verminderten Fördereffizienz eine erhöhte Förderfrequenz entgegengesetzt wird.

Es ist selbstverständlich, dass die vorangehend angegebene Formel, bei welcher die Korrekturgröße als Korrekturfaktor berücksichtigt wird, nur beispielhaft ist. Selbstverständlich könnte die Korrekturgröße auch in anderer Art und Weise bestimmt werden und einen Korrekturterm bei der Bestimmung der Förderfrequenz bilden. Weiterhin ist es selbstverständlich, dass der in 2 dargestellte Zusammenhang nur beispielhaft ist. Hier können in Abhängigkeit von der im Alterungsprozess tatsächlich auftretenden Änderung der Fördereffizienz selbstverständlich andere Verläufe vorgesehen werden. Insbesondere ist es möglich, hier durch Langzeituntersuchungen im Labor zu ermitteln, wie tatsächlich die Fördereffizienz einer derartigen Dosierpumpe über die Betriebslebensdauer hinweg sich verändert, so dass vor allem auch in Zuordnung zu jedem bestimmten Typ einer Dosierpumpe ein geeigneter Zusammenhang zwischen einer die Betriebslebensdauer bzw. das Betriebsalter einer derartigen Pumpe wiedergebenden Größe B und einer beruhend darauf zu bestimmenden Korrekturgröße K ermittelt werden kann. Dabei kann beispielsweise auch berücksichtigt werden, zur Förderung welcher Medien die Dosierpumpe 10 einzusetzen ist. Werden Medien mit schlecht schmierenden Eigenschaften, wie z.B. Ottokraftstoffe, eingesetzt, wird ein größerer Verschleiß und somit ein stärkerer Alterungsprozess zu erwarten sein, als dann, wenn Medien mit gut schmierender Eigenschaft eingesetzt werden. Der so ermittelte Zusammenhang kann dann als Diagramm, als Berechnungsformel oder in Form eines Kennfelds in der Ansteuervorrichtung für die Dosierpumpe 10 abgespeichert werden, um dann in Verbindung mit einem entsprechenden Datenfeld, das in Abhängigkeit von der erforderlichen Fördermenge die Grund-Bewegungsfrequenz des Pumpenkolbens wiedergibt, eine für die Ansteuerung der Dosierpumpe 10 dann vorzusehende Bewegungsfrequenz zu ermitteln.

Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, wird es möglich, einer zu einer verminderten Fördereffizienz einer Dosierpumpe führenden Alterung entgegenzuwirken. Vor allem bei Einsatz in Verbindung mit einem Fahrzeugheizgerät wird es somit möglich, eine gleich bleibende Verbrennungsqualität sicherzustellen.


Anspruch[de]
Verfahren zum Betreiben einer Dosierpumpe, insbesondere zum Zuführen von Brennstoff zu einem Fahrzeugheizgerät, welche Dosierpumpe (10) ein im Pumpbetrieb zum Aufnehmen von zu förderndem Medium in einer Pumpkammer (16) und zum Ausstoßen des zu fördernden Mediums aus der Pumpkammer (16) hin- und herbewegbares Pumporgan (12) umfasst, bei welchem Verfahren die Bewegungsfrequenz (f) des Pumporgans (12) in Abhängigkeit von der erforderlichen Fördermenge des zu fördernden Mediums und in Abhängigkeit von einer auf Grundlage der Betriebslebensdauer der Dosierpumpe (10) ermittelten Größe (B) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beruhend auf der Größe (B) eine Korrekturgröße (K) bestimmt wird, die zusammen mit einer in Abhängigkeit von der erforderlichen Fördermenge bestimmten Grund-Bewegungsfrequenz (f0) zur Bestimmung der Bewegungsfrequenz (f) des Pumporgans (12) verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe (B) die Gesamtbetriebsdauer der Dosierpumpe (16) repräsentiert. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe (B) die Gesamtzahl der in der Gesamtbetriebsdauer der Dosierpumpe (10) durchgeführten Arbeitstakte repräsentiert. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe (B) auf der Grundlage der Gesamtbetriebsdauer der Dosierpumpe (10) und der über diese hinweg aufgetretenen und jeweilige Bewegungsfrequenzen des Pumporgans (12) repräsentierenden Leistungsstufen der Dosierpumpe (10) bestimmt wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com