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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, wie es im Oberbegriff des Anspruchs
1 definiert ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 7.
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Bei
in Kraftfahrzeugen als Standheizungen oder Zuheizern 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.
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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.
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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 Ventil schiebers 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.
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Aus
der
DE 101 52 782
A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern einer Dosierpumpe bekannt.
Bei diesem Verfahren wird die Dosierpumpe in getakteter, also gepulster
Art und Weise angesteuert. Dies bedeutet also, dass während eines
Ansteuerintervalls keine konstante Spannung angelegt wird, sondern eine
impulsbreitenmodulierte Spannung, deren Tastverhältnis in Abhängigkeit
von der anliegenden oder zur Verfügung stehenden Nennspannung
ausgewählt
wird.
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Die
DE 101 58 207 A1 offenbart
ein Ansteuerverfahren für
eine Dosierpumpe mit pulsweitenmodulierter Ansteuerung. Während der
jeweiligen Ansteuerintervalle, also denjenigen Intervallen, während welchen
die Spannung angelegt wird, ist diese angelegte Spannung konstant.
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Die
DE 100 47 045 A1 offenbart
eine Steuervorrichtung für
Magnetpumpen. Bei dieser Steuervorrichtung bzw. der zugeordneten
Pumpe ist ein Wegaufnehmer vorhanden, um eine Rückkopplung über die Positionierung eines
Ankers zu bekommen. Auf diese Art und Weise soll durch entsprechende
Ansteuerung das Aufprallen des Ankers am Hubende vermieden werden.
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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.
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Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe
gelöst
durch ein Dosierpumpsystem, insbesondere zur dosierten Brennstoff zufuhr
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. Dabei
ist weiter vorgesehen, dass ein Tastverhältnis der gepulsten Ansteuerung
während
eines Ansteuerintervalls wenigstens phasenweise abnimmt.
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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.
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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.
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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.
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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,
sondern eine Rotationsbewegung ist.
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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.
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Bei
diesem Verfahren ist weiter vorgesehen, dass ein Tastverhältnis der
gepulsten Erregung der Spulenanordnung während eines Ansteuerintervalls wenigstens
phasenweise abnimmt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert beschrieben.
Es zeigt:
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1 eine
Längsschnittansicht
einer Dosierpumpe, bei welcher die vorliegende Erfindung verwirklicht
werden kann;
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2 ein
Zeit-Spannungsdiagramm, welches das grundlegende Prinzip der Ansteuerung
einer Spulenanordnung der in 1 gezeigten
Dosierpumpe veranschaulicht;
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3 vergrößert ein
im Diagramm der 2 erkennbares Ansteuerintervall,
während
welchem die Spulenanordnung der Dosierpumpe der 1 zum Verschieben
eines Dosierpumpenelements erregt wird;
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4 in
zeitlicher Zuordnung zu dem Spannungsverlauf der 3 die
effektiv angelegte Spannung;
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5 die
Verschiebung eines Dosierpumpenelements während des in 3 gezeigten
Ansteuerintervalls;
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6 eine
alternative Ausgestaltungsart einer Dosierpumpe, bei welcher die
vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann;
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7 ein
der 3 entsprechendes Diagramm einer anderen Art der
gepulsten Ansteuerung.
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In 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.
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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.
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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 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. 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 1 dargestellte
Positionierung. Bei Erreichen der in 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 1 erkennbaren Stellung nach
links verschoben liegenden Bewegungsendstellung, eine Dämpfungsfunktion
vorsehen zu können,
ist eine aus elastischem Material ausgebildete Dämpfungsplatte 54 vorgesehen.
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Obgleich
die vorangehend beschriebenen Elemente 50 und 54 eine
gewisse Dämpfungsfunktion
beim Erreichen einer jeweiligen Bewegungsendstellung erfüllen, besteht
vor allem bei Verschiebung des Pumpenkolbens 46 aus der
in 1 dargestellten Bewegungsendstellung zur anderen
Bewe gungsendstellung 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 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 Iein zwischen zwei
Zeitpunkten tein und taus eine Spannung
US 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 Iein ist so
bemessen, dass unter Berücksichtigung
der Höhe
der Spannung US die gewünschte Kolbenverschiebung erlangt
wird. Im Allgemeinen wird die Dauer dieses Intervalls Iein 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 Iaus ausgesetzt. Insbesondere
durch Vorgabe der Länge
dieses Intervalls Iaus, grundsätzlich aber
auch durch die Vorgabe der Länge
des Ansteuerintervalls Iein, kann die Arbeitsfrequenz
und somit die Fördermenge
der Dosierpumpe 10 eingestellt werden.
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Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung ist nun vorgesehen, dass während eines
derartigen Ansteuerintervalls Iein, wie
es in 2 veranschaulicht ist, eine gepulste Ansteuerung
der Spule 26 erfolgt. Dies wird nachfolgend mit Bezug auf
die 3–5 beschrieben.
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In 3 ist
ein derartiges Ansteuerintervall Iein zwischen
dem Einschaltzeitpunkt tein und dem Ausschaltzeitpunkt
taus gezeigt. Über dieses Ansteuerintervall
Iein hinweg wird an die Spule 26 die
Spannung US angelegt, aber nicht in kontinuierlicher,
sondern in getakteter Art und Weise. Dabei kann die Spannung US aus dem Bordnetz gewonnen bzw. entnommen
werden, wobei hier vorzugsweise vorgesehen sein kann, dass zum Entkoppeln
von Schwankungen in der Versorgungsspannung eine Spannung US 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 Iein' und AUS-Intervallen
Iaus'.
Das Verhältnis der
Zeitdauer bzw. Intervalle Iein' zu Iaus' 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 US heran.
Je niedriger das Tastverhältnis, desto
weiter sinkt die effektive angelegte Spannung im Vergleich zur Spannung
US ab.
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Es
hat sich gezeigt, dass alleine durch das Anlegen einer gepulsten
Spannung während
eines derartigen Ansteuerintervalls Iein das
Entstehen von Anschlaggeräuschen
bei dem Erreichen der Bewegungsendstellung weitestgehend unterdrückt werden kann.
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Gemäß einem
weiteren in 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
Iein hinweg abnimmt. Dies kann beispielsweise
dadurch realisiert werden, dass, wie in 3 gezeigt,
die Zeitdauer der AN-Intervalle Iein' im Wesentlichen
konstant gehalten wird, während die
Zeitdauer der AUS-Intervalle Iaus' zunimmt. Dies hat
zur Folge, dass die Frequenz der AN-Intervalle Iein' abnimmt, was einer
entsprechenden Abnahme des Tastverhältnisses entspricht. Die Folge
dieser Verringerung des Tastverhältnisses
ist eine Abnahme der effektiven Spannung Ue,
wie sie in 4 veranschaulicht ist. Diese
Abnahme der effektiven an die Spule 26 angelegten Spannung
Ue wiederum führt zu dem in der 5 veranschaulichten
Bewegungsverhalten des Pumpenkolbens 46 während eines
An steuerintervalls Iein.
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In 5 ist
auf der vertikalen Achse der Stellweg bzw. die Stellposition des
Pumpenkolbens 46 veranschaulicht, wobei mit 0 beispielsweise
der in 1 dargestellte Zustand angesprochen ist, während Smax den anderen Bewegungsendzustand repräsentiert,
also den ausgehend von der Darstellung der 1 maximal
nach links verschobenen Zustand. Die durchgezogene Kurve k1 in 5 repräsentiert die
Bewegung des Pumpenkolbens 46 bei Ansteuerung der Spule 26 mit
dem in 3 gezeigten Signal. Man erkennt, dass die Steigung
dieser Kurve k1 bei Annäherung an die Bewegungsendstellung
Smax 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 Smax erlangt wird,
so dass ein sehr sanftes Erreichen dieser Stellung auftritt. Demgegenüber repräsentiert
die Kurve k2 in 5 den Bewegungsmodus,
wie er bei ungepulster, also konstanter Ansteuerung bzw. Bestromung
der Spule 26 während
eines Ansteuerintervalls Iein beim Stand
der Technik erlangt wird. Hier ist eine deutliche Zunahme der Geschwindigkeit
des Pumpenkolbens bei Annäherung
an die Bewegungsendstellung Smax erkennbar,
was die bereits angesprochenen Probleme zur Folge hat.
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Die
vorangehend mit Bezug auf die 3–5 diskutierte
Verringerung des Tastverhältnisses
kann auch durch so genannte Impulsbreitenmodulation erlangt werden.
Dabei kann, wie in 7 gezeigt, vorgesehen sein,
dass die Summe der unmittelbar aufeinander folgenden Intervalle
Iein' und Iaus' 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
Iein das AN-Intervall Iein' abnimmt, während das
AUS-Intervall Iaus' zunimmt.
Somit kann bei im Wesentlichen konstanter Ansteuerfrequenz bzw.
Pulsfrequenz im Bereich von etwa 400 Hz ebenfalls eine Abnahme der
effektiven Spannung während
eines Ansteuerintervalls Iein erlangt werden,
was wiederum eine Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit des Pumpenkolbens
nach sich zieht.
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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 US und auch das Vorgeben des sich
möglicherweise über ein
Ansteuerintervall Iein ändernden Tastverhältnisses
Iein'/Iaus' kann
die Bewegung des Pumpenkolbens 46 mit hoher Präzision vorgegeben
werden, was eine entsprechend präzise
Vorgabe bzw. Einstellung der Fördermenge
nach sich zieht.
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In 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.
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Bei
der in 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.
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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 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 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.
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Diese
in 6 dargestellte Dosierpumpe 10a funktioniert
derart, dass bei in der in 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 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 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.
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Aus
der vorangehenden Beschreibung erkennt man, dass auch die in 6 dargestellte
Dosierpumpe 10a ein durch Erregung einer Spule 26a beweg bares
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 6 dargestellten Bewegungsendstellung,
Anschlaggeräusche
und Vibrationen erzeugt werden. Ebenso wie vorangehend mit Bezug
auf die Dosierpumpe der 1 beschrieben, kann bei der
in 6 dargestellten Dosierpumpe 10a die Ansteuervorrichtung 32a während der
Ansteuerintervalle, die zum Verschieben des Ventilelements 62a in
die in 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 5 anhand der Kurve k1 veranschaulichten
Bewegungsmodus zu erlangen.
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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.