CN102822527A - 操作计量泵的方法和具有计量泵的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作特别是用于为车辆加热器传送燃料的计量泵(12)的方法，其中，计量泵包括能在起始位置和结束位置之间来回移动的活塞(14)、以及能够通过应用电压而由被激励的驱动单元(18)，所述方法具有以下措施：控制和/或调节电压以产生有效电压，从而使活塞从起始位置移动至结束位置，其中，有效电压在起始阶段(t0-t1)中达到第一最大值(U1)，且在随后的中间阶段(t1-t2)中低于第一最大值。根据本发明，有效电压在紧随中间阶段之后的结束阶段(t2-t3)中达到第二最大值(U3)。在起始阶段和/或中间阶段和/或结束阶段期间，有效电压可是恒定的或例如由阶梯函数限定。本发明还涉及具有计量泵(12)和控制/调节单元(20)的设备，其中，控制/调节单元(20)适用于控制应用到计量泵的驱动单元(18)的电压。

Description

操作计量泵的方法和具有计量泵的设备
技术领域
本发明涉及一种操作特别是用于为车辆加热单元传送燃料的计量泵的方法，其中，计量泵包括能在起始位置和结束位置之间来回移动以进行传送的活塞、以及能够通过应用电压而被电激励的驱动单元，所述方法具有以下步骤：
控制和/或调节电压以产生有效电压，从而使活塞从起始位置移动至结束位置，其中，有效电压在起始阶段中呈现出第一最大值，且在随后的中间阶段中低于第一最大值，
本发明还涉及执行所述方法的设备。
背景技术
所述类型的方法可以从文献DE102005024858A1中得知。应用到驱动单元的电压幅度决定了作用于可来回移动的活塞上的驱动力的幅度，且因此决定了活塞的速度。电压可以是脉冲宽度调制的。在这种情况下，所应用电压的当前幅度不会直接影响活塞的速度，而是电压相对于时间的平均值决定了有效电压，所述有效电压再决定作用于活塞上的力。有效电压通过在时间间隔上求平均值而由当前电压确定，所述时间间隔与电压调制引发的波动相比显得更长，但是与活塞移动的周期持续时间相比显得更短。
为了以改进的方式使活塞从起始位置开始运动，并且使所述活塞移动至结束位置，文献DE102005024858A1提出了使有效电压在激励时间间隔期间非恒定而在变化，即呈现出至少两个不同的有效电压值。用这种方法首先可以实现的是活塞在激励时段的起始时开始尽快移动。其次可以实现的是活塞以不太高的速度到达其结束位置。用这种方法能够防止或至少减小听得见的和可能令人烦扰的撞击噪音。
文献DE102007061478A1描述了计量泵故障状态的确定，在所述故障状态中活塞没有到达其结束停止处。所述文献致力于通过增加平均应用电压来实现更快的活塞移动，或更确切的说是活塞的任何移动。
文献DE60036720T2描述了一种计量泵，其能够特别是通过感测电枢的位置和速度来自动探测高粘性流体的状态，所述计量泵还能够增加所应用的能量值，以在存在所述流体状态的条件下成功完成泵的冲程。
计量泵通常被优化以用于某种操作环境。操作环境被理解为包括参数诸如：例如环境温度、将要传送的流体的粘度、以及作用于活塞的反作用压力。操作环境可能随时间而变化。驱动单元的电阻和将要传送的液体的粘度两者通常都与温度有关。驱动单元通常包括用于产生磁场的线圈，并且线圈的电阻随着温度上升而增加。这里，电阻的增加通常比将要传送的液体的粘度的减小更重要，从而在升高的温度的条件下，必须应用到驱动单元的电压倾向于使用更高的值。如果计量泵的出口被连接到受压存储容器或受压管路，作用于活塞的反作用压力(出口压力)还将增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作计量泵的方法，所述方法将在最大可能程度上容忍将要传送的流体的温度变化和/或粘度变化和/或作用于活塞上的反作用压力变化。
所述目的借助于独立权利要求的技术特征实现。
有利的实施例记载在从属权利要求中。
根据本发明的方法建立于现有技术之上：有效电压在紧随中间阶段之后的结束阶段中到达第二最大值。有效电压在起始阶段和中间阶段期间的变化特性可以配置为：在常规情况下，活塞正好到达其结束位置，或当活塞到达其结束位置时，所述活塞以与其最大速度相比更低的结束速度移动。结束阶段是晚于中间阶段的阶段。结束阶段可特别地紧随中间阶段之后。在结束阶段中所产生的有效电压与中间阶段相比有所升高。在常规情况下，例如在常温(例如15°C)和/或所传送液体的粘度为常规(例如低)和/或出口压力为常规(例如低)的条件下，在结束阶段中应用的电压所产生的结果是，活塞在返回至其起始位置之前于其结束位置处停留时间稍长。相反，在存在足够高的温度、足够高的粘度或足够高的出口压力的条件下，活塞没有额外的能量供给将不会到达其结束位置。在这种情况下，在结束阶段中出现的有效电压的第二最大值确保了活塞到达其结束位置。因此，该所提方法特别适于在变化的环境温度下用于传送粘度变化的液体、传送不同粘度的不同液体、以及在传送过程中抵抗变化的出口压力。在温度为常规、将要传送的液体的粘度为常规、以及出口压力为常规的条件下，在结束阶段期间所增加的有效电压不会引起更大声的活塞撞击噪音、或至多就引起稍微大声一点的撞击噪音，因为在这种情况下活塞已经在中间阶段中到达其结束位置。
可以提供的是，第二最大值低于第一最大值。根据下述事实这是被允许的：在实践中遇到的多种应用中都可以假设的是，即使在所预期的最高温度的条件下，活塞在中间阶段结束时已经走过其冲程的一半以上，使得在结束阶段中发生的加速可以是低于在起始阶段中的加速。
在起始阶段和/或中间阶段和/或结束阶段期间，有效电压例如可是恒定的或由阶梯函数限定。这种有效电压的产生在技术上特别简单。
在一个优选的实施例中，有效电压在中间阶段期间为零。当活塞到达结束位置时，可以用这种方法将活塞的撞击噪音最小化。
可以提供的是，活塞在中间阶段期间到达其结束位置。例如当在常规情况下操作计量泵时，该情况可能会发生。
同样可以提供的是，活塞在结束阶段期间到达其结束位置。例如在存在升高的环境温度的条件下，该情况可能会发生。
在一个优选的实施例中，电压与活塞的运动独立地被控制/调节。有效电压变化特性一旦确定，就可以用在泵送过程的多个周期中。在常规是泵操作过程中预期的有效电压变化特性的确定可被省去。特别地，对于电压的控制和/或调节，无需在控制/调节过程中确定活塞的位置、或评估有关活塞的当前位置的信息。在激励时段期间，活塞的位置到达或接近结束位置时的时刻也无需确定。
可以提供的是，电压是至少间歇地脉冲宽度调制的。这可以通过控制和/或调节占空比来实现。作为脉冲宽度调制的一种替代，电压还可以例如被控制/调节以便在任何时刻与预期的有效电压尽可能相同。
可以提供的是，控制/调节单元访问限定了有效电压变化特性的存储的信息项，且基于所述信息项来控制/调节电压。信息项可以例如以数字列表或表的形式存储在例如电子存储器、光学存储器或磁存储器、或数据载体上。所述数字列表或表可以为一组时间点分配一组相应的有效电压的预期值。可选地，所述数字列表或表可以将电压值分配给一组时间点，使得相应的电压变化特性产生预期的有效电压变化特性。可选地，所述数字列表或表可以为一组时间点分配一组相应的占空比。
在这点上，可以提供的是，控制/调节单元未使用可用以推断出活塞实际位置或速度的任何信息。如此提供了一种特别便宜和可靠的方法。
可以提供的是，回复力使活塞返回至起始位置。回复力应被理解为当活塞偏离非工作位置时沿朝活塞的非工作位置的方向所作用的力。非工作位置可以与活塞的起始位置相同。回复力可以例如通过弹簧产生，所述弹簧设置为在活塞从起始位置向结束位置移动的过程中产生弹性变形。可以提供的是，电压在间歇期间通过控制/调节单元调节至零。在这点上，可以提供的是，间歇期的长度在执行本方法的过程中被控制/调节，以控制计量泵的传送速率。
根据本发明的设备包括在前文中所描述类型的计量泵和控制/调节单元，所述控制/调节单元适用于执行以下措施：控制和/或调节电压以产生有效电压，从而使活塞从起始位置移动至结束位置，其中，有效电压在起始阶段中呈现出第一最大值、且在随后的中间阶段中低于第一最大值，其中，有效电压在紧随中间阶段之后的结束阶段达到第二最大值。根据本发明的设备类似地具有结合根据本发明的方法所讨论的优势。
可以提供的是，控制/调节单元包括存储器和处理器，并且有效电压的变化特性至少部分由存在于存储器中且能被处理器读取的信息项限定。信息项可例如包括数字列表/表，所述数字列表/表分别显性地或隐性地为至少两个时间点分配相应的有效电压值。存储器可以是例如电子存储器、光学存储器或磁存储器、或数据载体，例如只读存储器(ROM)。
在一个优选的实施例中，在常规情况下，活塞在中间阶段期间到达其结束位置。这可以通过相应地调整有效电压变化特性来实现，例如通过选择在所述阶段期间的相应的起始阶段、中间阶段和结束阶段的长度、以及有效电压的水平来实现。
还优选的是，如果在升高的温度的条件下和/或当计量泵传送高粘性流体时，活塞在结束阶段期间到达其结束位置。这也可以通过相应地调整或编排有效电压的变化特性来实现。
附图说明
现在将基于示例性实施例和参考附图来解释本发明。这里，相同或类似的构件由相同的附图标记来表示。
在附图中：
图1示出了在泵循环过程中处于第一时刻的计量泵。
图2示出了在泵循环过程中处于第二时刻的计量泵。
图3示出了有效电压的变化特性。
图4示出了计量泵操作的流程图。
图5示出了根据第二个实施例的有效电压的变化特性。
具体实施方式
图1示意性地示出了借助于计量泵12来将液体、例如燃料从入口管路22泵送到出口管路24的设备10的示例。计量泵12包括壳体和与壳体一起限定出泵室16的活塞14。活塞14相对于壳体的当前位置限定了泵室16的当前容积。图1示出了处于起始位置的活塞14，在所述起始位置处，泵室16呈现出其最大容积。
图2示出了处于结束位置的活塞14，在所述结束位置处泵室16的容积为零。活塞14被连接到电驱动单元18。驱动单元18适用于循环往复地或周期性地将力F施加到活塞14上，以使活塞14在其起始位置和其结束位置之间来回移动。计量泵12可具有弹簧(未示出)，该弹簧使活塞14从结束位置返回至起始位置而无需驱动单元18为此施加力。驱动单元18具有线圈，电压U可以应用到所述线圈上以产生电流，且因此产生力F。应用到线圈上的电压U由控制/调节单元20来控制/调节。电压U可以是幅度调制的。可选地，电压U也可以是脉冲宽度调制的。
图3通过示例示出了有效电压Ueff随时间的变化特性，所述有效电压Ueff对应于应用到驱动单元18的线圈上的电压U。有效电压是周期的，其中周期持续时间为T。在时刻t0，活塞14位于其起始位置。在所述时刻，应用了幅度为U1的有效电压。所述电压使活塞14沿朝结束位置的方向运动。在后来的时刻t1，有效电压被降低到值U2(U2<U1)。在后来的时刻t2，有效电压被增加到值U3。在后来的时刻t3，有效电压被降低到零。在时刻t4，新的泵循环开始，其中，有效电压类似于在时段[0，t4]期间的有效电压应用。时间间隔t0到t1、t1到t2、t2到t3以及t3到t4分别被称为起始阶段、中间阶段、结束阶段以及间歇阶段(间歇期)。对于给定的所述阶段的时长和给定的电压值U1、U2和U3，活塞的移动与驱动单元的电阻、所传送液体的粘度和出口压力有关。特别地，电阻和粘度可能还会取决于环境温度。
在常规情况下(例如常温、粘度低或为常规粘度、以及出口压力为常规)，活塞如下述移动。在起始阶段[t0，t1]，高有效电压U1使活塞开始运动。在随后的中间阶段[t1，t2]，活塞被摩擦力和/或出口压力阻碍，所述摩擦力和/或出口压力不能全部被当前应用的低电压U2抵消，且活塞大约在时刻t2（优选正好在时刻t2）到达其结束位置。这里，活塞的结束速度，即当活塞到达结束位置处时的速度，优选为低，如果可能的话将为零。在紧随着的结束阶段[t2，t3]中所应用的幅度为U3的有效电压脉冲将作用于活塞，仅以便于防止活塞立即返回至其起始位置。相比之下，所述有效电压脉冲不会引起更大声的撞击噪音，因为活塞已经撞到停止处或已经位于接近停止处。在间歇期间[t3，t4]，活塞在回复力的作用下最终返回至其起始位置。
在恶劣的操作环境下(例如温度升高、将要传送的液体的粘度升高或出口压力升高)，活塞移动得略有不同。在起始阶段[t0，t1]中，活塞被加速。由于处于恶劣的操作环境下，活塞在时刻t2还没有到达其结束位置。活塞的速度在时刻t2为零或甚至为负。由于有在时刻t2开始的幅度为U3的电压脉冲，活塞再次被加速且在结束阶段[t2，t3]期间或可能首先在间歇期间[t3，t4]到达结束位置。因此，提供在结束阶段[t2，t3]中升高的有效电压确保了活塞即使在恶劣的操作环境下也能到达预定结束位置。
图4中的流程图示出了根据图3所描述的有效电压变化特性来致动计量泵12。在时刻t0，应用了幅度为U0的有效电压(步骤S1)。在随后的时刻t1，有效电压被降低到值U1(步骤S2)。在随后的时刻t2，有效电压被增加到值U2(步骤S3)，其中，U2低于U0。在随后的时刻t3，有效电压被降低到零，以允许活塞返回至其起始位置(步骤S4)。在随后的时刻t4，该方法回到步骤S1。
图5示意性地示出了根据另一个实施例的有效电压变化特性。在起始阶段[t0，t1]中，预期的有效电压呈现出恒定的高值U1。在随后的中间阶段[t1，t2]中，有效电压为零。在接下来的结束阶段[t2，t3]中，有效电压的特征表现为上升阶梯函数。用这种方法，计量泵被优化以用于不同的操作环境。在结束阶段[t2，t3]期间，三个不同的电压水平例如可分配给三个不同的温度值或粘度值。这里，在结束阶段[t2，t3]期间最高和最后的电压水平对存在最高温度或粘度的情况具有有利影响。结束阶段[t2，t3]期间的不同数量的电压水平的优势是不言而喻且能够想到的。例如，在结束阶段期间，有效电压可以由阶梯函数且特别由具有两个、三个、四个或五个阶梯的上升阶梯函数所限定。也可以实现这样的实施例：与图3和图5不同，有效电压不是部分恒定的，而是连续变化的。
附图标记
10    设备
12    计量泵
14    活塞
16    泵室
18    驱动单元
20    控制/调节单元
22    入口管路
24    出口管路
U     电压
Ueff  有效电压
t     时刻

Claims (15)

1.一种操作特别是用于为车辆加热单元传送燃料的计量泵(12)的方法，其中，计量泵包括能在起始位置和结束位置之间来回移动以进行传送的活塞(14)、以及能够通过应用电压而被电激励的驱动单元(18)，所述方法具有以下措施：
控制电压以产生有效电压，从而使活塞从起始位置移动至结束位置，其中，有效电压在起始阶段(t0-t1)中呈现出第一最大值(U1)，且在随后的中间阶段(t1-t2)中低于第一最大值，
其特征在于：有效电压在紧随中间阶段之后的结束阶段(t2-t3)中达到第二最大值(U3)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：第二最大值低于第一最大值。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在起始阶段和/或中间阶段和/或结束阶段期间，有效电压是恒定的或由阶梯函数限定。
4.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：有效电压在中间阶段期间为零。
5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：活塞在中间阶段期间到达其结束位置。
6.如前述权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于：活塞在结束阶段期间到达其结束位置。
7.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：电压与活塞的运动独立地被控制。
8.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：电压是至少间歇地脉冲宽度调制的。
9.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：控制单元(20)访问为起始阶段、中间阶段和结束阶段限定了有效电压变化特性的存储的信息项，且基于所述信息项来控制电压。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：控制单元(20)未使用可用以推断出活塞(14)的实际位置或速度的任何信息。
11.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：回复力使活塞(14)返回至起始位置。
12.一种设备(10)，具有：
-特别是用于为车辆加热单元传送燃料的计量泵(12)，其中，计量泵包括能在起始位置和结束位置之间来回移动以进行传送的活塞(14)、以及能够通过应用电压而被电激励的驱动单元(18)，以及
-控制单元(20)，其适用于执行以下措施：
控制电压以产生有效电压，从而使活塞从起始位置移动至结束位置，其中，有效电压在起始阶段(t0-t1)中呈现出第一最大值(U1)，且在随后的中间阶段(t1-t2)中低于第一最大值，
其特征在于：有效电压在紧随中间阶段之后的结束阶段(t2-t3)中达到第二最大值(U3)。
13.如权利要求12所述的设备(10)，其特征在于：控制单元(20)包括存储器和处理器，并且有效电压的变化特性至少部分由存在于存储器中且能被处理器读取的信息项限定。
14.如权利要求12或13所述的设备(10)，其特征在于：在常规情况下，活塞(14)在中间阶段期间到达其结束位置。
15.如权利要求12-14之一所述的设备(10)，其特征在于：在升高的温度的条件下和/或当计量泵(12)传送高粘性的液体时，活塞(14)在结束阶段期间到达其结束位置。
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