CN102135088A - 用于控制输送泵的输送量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制输送泵的输送量的方法，所述输送泵（100）包括具有驱动电动机（121）的驱动部分（120）以及具有吸入口（122）、排出口（123）和布置在其间的输送机构（121）的液压部分（120），其中预先给定额定输送量（

）并且在额定输送量（）、流体的温度（

）以及输送泵（100）的液压部分（120）的吸入口（122）与排出口（123）之间的压差（

）基础上来触发所述输送泵（100）。

Description

用于控制输送泵的输送量的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制输送泵的输送量也就是每时间的排量的方法。

背景技术

用于流体的输送泵得到广泛运用。比如在机动车辆领域内，将输送泵用于将燃料输送给发动机。这些输送泵通常构造为叶片泵或者说旋转滑阀真空泵。尤其对于内燃机来说，重要的是精确地预先给定输送量，用于得到所期望的喷射压力、所期望的燃烧功率并且也得到有害物质少的燃烧过程。因此，在现有技术中常见的做法是，调节输送量，也就是说将额定输送量与实际输送量进行比较并且根据调节偏差来触发输送泵。为此，实际输送量传感器是必要的，这使得输送量调节变得比较麻烦。

未预先公开的DE 10 2008 043 127说明了泵压力的调节。可以停止压力传感器的设置，如果借助于所谓的调节技术的观察器来检测实际压力。在此在电动机电流和电动机转速的基础上确定输送压力。在此未确定输送量。

因此值得追求的是，在不测量实际输送量的情况下实施输送泵的输送量的调节。

发明内容

按本发明，提出一种具有权利要求1所述特征的方法。有利的设计方案从属权利要求及以下说明的主题。

本发明包含这样的措施，即不是测量输送泵的实际输送量，而是在流体的温度以及输送泵的泵部分或者说液压部分的吸入口与排出口之间的压差的基础上确定输送泵的实际输送量。通过这种方式可以放弃麻烦的、额外的并且费用很高的传感器。在实际上，比如可以在组合特性曲线的基础上确定输送泵的实际输送量，所述组合特性曲线通过温度和压差来撑开。有待考虑的压差由反压力扣除进口压力之后的压力组成。

为求得压差，在优选的设计方案中可以考虑到驱动电动机的驱动力矩，所述驱动力矩按经验与压差成比例。有利的是，在此还考虑到流体的同样对压差产生影响的粘度和温度。

驱动力矩M_ZP与压差                                                

之间的关联比如可以表示为：

其中：

：每转一圈的理论上的排量

η_ZP：泵的总效率

驱动力矩又可以比较容易地在已知的或者能够容易地确定的参量的基础上加以确定。驱动力矩可以利用已知的电动机组合特性曲线比如从电动机电流中推导出来。这种电流测量又可以以低廉的费用在功率电子元件中得到实现。

通过对泵几何形状的考虑，比如通过用于对组合特性曲线进行校正的实际的测量值的一次性的测量及保存，甚至可以在不进行流量测量的情况下进行高度精确的量调节。

常见的输送泵包括液压部分和用法兰连接在其上面的驱动部分。此外已知一些变型方案，在这些变型方案中内齿轮泵或外齿轮泵用法兰轴向连接到电动机轴上。驱动电动机不仅构造为DC（直流）变型方案而且构造为“无刷”DC变型方案。所有这些电气的输送泵始终如此构成，使得输送部分以及驱动部分是分开的单元。但是相对于此，本发明尤其在使用集成的结构的泵时提供了一些优点，也就是说对于该泵来说驱动部分和液压部分形成一个不可分开的单元。这样的泵的实例在US 2,761,078中或者在EP 1 803 938 A1中得到说明。这样的集成的泵的使用对本发明来说提供了在流体与电子元件之间的紧密的空间接触的优点，从而比如可以容易地并且在没有麻烦的电缆敷设的情况下安装温度传感器。如果调节电子元件或者功率电子元件直接耦合到输送介质上，那么在这里可以以低廉的费用安置温度测量点，所述温度测量点可以考虑用于按本发明的调节。

有利的是，在确定压差时考虑到与温度有关的泄漏。这尤其可以在以下观点下面进行：

从泄漏横截面出发，其中沿反压力方向具有压力p₁和p₂的位置1和2相邻并且沿吸入压力方向具有压力p₃和p₄的位置3和4相邻，适用以下情况：

p₁≈p₂泵的反压力

p₄≈p₃泵的吸入压力

因为液体通常是不可压缩的介质，所以位置i=1到4上的密度ρ_i是相同的：ρ₁=ρ₂=ρ₃=ρ₄=ρ

借助于具有损失项的伯努利（Bernoulli）方程式，可以按照以下方式估算对泄漏流的影响：

      （1）

在假设并且v₂=v₃的情况下跟随着：

                 （2）

或者

或    （3）

用于恒定的横截面的损失项是：

                  （4）

由此跟随着：

                  （5）

其中

             （6）

径向滑动轴承的摩擦力矩估算M_Reib比如可以表示为：

，其中

a:常数

Rq：用于接触副（Kontaktpaarung）的粗糙度Rq的标准偏差

其中：

B：支撑的宽度

η：动态的粘度

E：弹性模数

γ：横向收缩系数

D：直径

n：转速[1/min]

由此可以表示依赖于转速的损失项。

转子的摩擦阻力M可以类似于旋转的盘片来估算：

其中对于层流和Re<3·10⁴来说适用：

s：转子与外壳之间的轴向间距

用

又可以表示依赖于转速的损失项。

在轴承计算（Lagerrechnung）中已经考虑到外面的柱面上的摩擦阻力。

由此为确定输送量可以使用关于温度和电动机电流的组合特性曲线，这尤其简单，因为这些参数可以比较精确地但还是以较少开销和低廉的费用加以确定。优选的关联以如下方式获得：

其中

并且

表示泵每转一圈的理论上的排量。

按本发明的计算单元比如机动车辆的控制仪，尤其在程序技术上设置用于实施按本发明的方法。

本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中获得。

不言而喻，前面所提到的和下面还要解释的特征不仅能够以相应所说明的组合而且也能够以其它的组合或者单独地使用，而不离开本发明的范围。

本发明借助于实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图得到详细说明。

附图说明

图1是输送泵的示意图，该输送泵尤其适合于实施按本发明的方法，

图2是在流体温度恒定时输送量和转速之间的依赖于压差的关联的图表，

图3是在压差恒定并且流体温度恒定时输送量与转速之间的依赖于进口压力的关联的图表，

图4是在压差恒定时输送量与转速之间的依赖于流体温度的关联的图表。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了集成的结构的电气的输送泵并且该电气的输送泵在总体上用附图标记100来表示，对于该电气的输送泵来说驱动部分和液压部分或者说输送部分形成一个不可分开的单元120。在该实施例中，所述集成的结构可以通过以下方式来实现，即驱动电动机的转子比如象在EP 1 803 938 A1中示出的一样也同时形成液压部分的运动的泵元件。所述液压部分120由此包括驱动电动机121，该驱动电动机121同时作为输送机构121起作用，所述输送机构121通过吸入口122吸入流体尤其燃料并且通过排出口123将其排出。因此，在所述吸入口122与排出口123之间存在着压差

。

所述泵此外包括电子元件部分110。在该电子元件部分110中设置了调节组件111和功率组件112。所述调节组件比如从电动机控制单元150中接收额定输送量并且从中在电动机电流

和流体温度

的基础上确定用于驱动电动机的额定转速

，将所述额定转速

传输给功率组件112。所述功率组件112比如可以具有用于运行驱动电动机的变频器。电动机电流

在功率组件112的内部确定并且传输给调节组件111。

由于泵110的集成的结构，在电子元件部分110与驱动及液压部分120之间存在着紧密的空间接触，因而可以以简单的方式通过在电子元件部分110的内部提供的传感器113来测量流体温度

。

按照本发明的一种优选的实施方式，在所测量的电动机电流

和所测量的流体温度

的基础上来控制输送泵100的输送量。为此在调节组件111中按照以下方程式来使用关于温度和电动机电流

的组合特性曲线：

表示泵每转一圈的理论上的排量并且通常在数据页上得到说明。以经验为依据求得组合特性曲线常数K₁-K₁₂。优选为此测量足够数目的测量点[

]并且用已知的调整方法（比如Least Squares Fitting（最小二乘法））对其进行分析。

在所述组合特性曲线的基础上确定额定转速

并且将其传输给功率组件112。为调节输送量，将驱动电动机121的实际转速调节到额定转速

。为此可以使用已知的转速调节方案。

作为替代方案，可以借助于组合特性曲线将实际转速与所测量的电动机电流

及所测量的流体温度

一起用于确定实际输送量，并且又在预先设定额定转速的情况下将其调节到额定输送量。

下面参照附图2到4仅仅为说明问题而纯粹在质方面对不同的以本发明为基础的关联进行解释。

在图2中示出了图表200，该图表200在温度恒定的情况下示出了纵坐标上的输送量相对于横坐标上的转速n的关联。在图表200中示出了三条输送量曲线210、220和230，所述曲线210、220和230的特征分别在于吸入口与排出口之间的不同的压差。因此为输送量曲线210分配了第一压差

，为输送量曲线220分配了第二压差并且为输送量曲线230分配了第三压差

，其中压差逐渐增加，因而适用：

。排量/转速-特性曲线随压差

的增加而向右移动，因为内部的泄漏增加。换句话说，为在压差较高时提供一定程度的输送量也需要较高的转速。

所述三条输送量曲线中的每一条包括一个基本上线性上升的第一区域A和一个连接在该第一区域A上的弯曲的区域B。区域A中的上升坡度是恒定的并且基本上仅仅依赖于泵的几何上的排量体积。在区域B中排量曲线展平，这尤其应该归因于吸入侧的部分的气蚀现象，所述气蚀现象尤其通过局部较大的流速所引起。

图3在图表300中示出了吸入口上的压力也就是说进口压力

对排量/转速-特性曲线的影响。在图表300中示出了在压差

恒定时的三条特性曲线310、320和330，所述三条特性曲线310、320和330分别在其进口压力方面有区别。特性曲线310通过进口压力

来定义，特性曲线320通过进口压力

来定义并且特性曲线330通过进口压力

来定义，其中适用：

。

进口压力的变化引起区域A和B的移动，其中在进口压力减小时稳定的也就是说线性的工作区域A变小，换句话说，进口压力

越大，稳定的区域就越小。因而值得推荐的是，在泵的技术要求中设置极限，用于避免在区域B中运行。

图4在图表400中示出了流体温度对排量/转速-特性曲线的影响。在图表400中示出了三条特性曲线410、420和430，为这些特性曲线410、420和430分别分配了不同的流体温度

、

或者说

，其中适用

。所述特性曲线随流体温度的上升而向右移动，因为温度影响流体的粘滞性或者说粘度并且由此对泄漏有影响。此外泵构件发生膨胀，其中通常使用不同的用于不同的泵构件的材料并且由此进行不同程度的热膨胀。比如外壳经常由铝制成，相反输送机构则经常具有钢质元件，所述钢质元件由此具有比外壳小的热膨胀。因而泄漏随温度上升而增加。总之可以看出，在流体温度较高时为提供一定程度的输送量也需要较高的转速。

Claims (11)

1.用于控制输送泵（100）的输送量的方法，所述输送泵（100）包括具有驱动电动机（121）的驱动部分（120）以及具有吸入口（122）、排出口（123）和布置在其间的输送机构（121）的液压部分（120），其中预先给定额定输送量（                                                

）并且在额定输送量（

）、流体的温度（

）以及输送泵（100）的液压部分（120）的吸入口（122）与排出口（123）之间的压差（

）基础上来触发所述输送泵（100）。

2.按权利要求1所述的方法，其中在驱动电动机（121）的驱动力矩的基础上确定压差（

）。

3.按权利要求2所述的方法，其中在通过驱动电动机（121）流动的电动机电流（

）的基础上确定驱动力矩。

4.按权利要求3所述的方法，其中在使用关于温度（

）和电动机电流（

）的组合特性曲线的情况下确定实际输送量或额定转速（

）。

5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在流体的粘度和温度（

）的基础上确定压差。

6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在确定压差（

）时考虑到与温度有关的泄漏。

7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中触发驱动电动机的额定转速（

）。

8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用集成的结构的泵（100），对于所述泵（100）来说驱动部分和液压部分形成一个不可分开的单元（120）。

9.按权利要求8所述的方法，其中在所述输送泵（100）的电子元件部分（110）中确定尤其测出温度（

）。

10.按权利要求8或9所述的方法，其中在所述电子元件部分（110）的功率组件（112）中确定电动机电流（）。

11.计算单元（111），其被设置用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法。

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