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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dosierpumpeinrichtung, wie sie
beispielsweise als Kraftstoffpumpeinrichtung für ein Fahrzeugheizgerät eingesetzt
werden kann.
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Die
für Kraftfahrzeugheizgeräte eingesetzten Dosierpumpen
sind im Allgemeinen so aufgebaut, dass ein in einem Zylinder bewegbarer
Pumpenkolben durch seine getaktete Hin- und Herbewegung den zu fördernden
flüssigen
Kraftstoff mit einer seiner Bewegungsfrequenz entsprechenden Förderfrequenz
getaktet fördert.
Die Einstellung der Fördermenge,
also des Volumenstroms, erfolgt im Allgemeinen durch Vorgabe bzw.
Veränderung
der Taktfrequenz. Dabei unterliegt die einstellbare Taktfrequenz baulichen
bzw. ansteuertechnischen Begrenzungen, so dass im Allgemeinen hier
in einem Frequenzbereich von drei bis sieben Arbeitshüben pro
Sekunde gefördert
wird. Da die in einem mit Brennstoff zu versorgenden Heizgerät erreichbare
Heizleistung direkt gekoppelt ist mit der diesem Heizgerät zugeführten Brennstoffmenge,
unterliegt selbstverständlich
auch die Heizleistung bzw. die Variabilität der Heizleistung den im Bereich
der Dosierpumpe selbst gegebenen Beschränkungen. Höhere Heizleistungen erfordern eine
größere geförderte Brennstoffmenge
und somit eine höhere
Arbeitsfrequenz in der Dosierpumpe. Da jedoch jeder Förderhub
eine bestimmte Mindestzeit benötigt,
ist es bei vertretbarem baulichen Aufwand praktisch nicht möglich, deutlich
höhere
Arbeitsfrequenzen zu erreichen. Zur Einstellung geringerer Heizleistungen
müsste
die Arbeitsfrequenz weiter gesenkt werden, was jedoch zur Folge
hätte,
dass auf Grund des stark diskontinuerlichen Brennstoffstroms die
Gefahr besteht, dass die Verbrennung im Heizgerät sehr ungleichmäßig und
dadurch mit sehr hohem Schadstoffausstoß abläuft bzw. dass die Verbrennung
vollständig
zum Erliegen kommt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dosierpumpeinrichtung vorzusehen,
mit welcher in einfacher Art und Weise eine verbesserte Einstellbarkeit
des geförderten
Volumenstroms erzielt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Dosierpumpeinrichtung, insbesondere Kraftstoffpumpeinrichtung
für ein
Fahrzeugheizgerät, umfassend
eine Mehrzahl von im Förderbetrieb
parallel betreibbaren Pumpeinheiten.
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Bei
der erfindungsgemäßen Dosierpumpeinrichtung
sind also mehrere Pumpeinheiten vorgesehen, die zueinander parallel
betreibbar sind. Parallel im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet,
dass die von den einzelnen Pumpeinheiten geförderten Volumenströme einen
im Wesentlichen durch die Summe der Einzelströme gebildeten Gesamtstrom erzeugen
können.
Durch das Zu- bzw. Abschalten einzelner der Pumpeinheiten wird es
somit möglich, durch
Kombination verschiedener Einzelvolumenströme enstprechend verschiedene
Gesamtvolumenströme
zu generieren und somit in entsprechender Art und Weise auch ein
deutlich größeres Spektrum
der Heizleistung eines mit Brennstoff versorgten Fahrzeugheizgeräts zu erzielen.
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Eine
erhöhte
Genauigkeit bzw. Feinheit bei der Einstellung des zu fördernden
Volumenstroms und somit beispielsweise bei einem Fahrzeugheizgerät auch bei
der Einstellung der erreichbaren Heizleistung wird dadurch erreichbar,
dass zur Beeinflussung des Volumenstroms des zu fördernden
Fluids wenigstens ein Teil der Pumpeinheiten mit variabler Förderkapazität ausgebildet
ist. Alternativ oder zusätzlich
ist es möglich,
dass zur Beeinflussung des Volumenstroms des zu fördernden
Fluids die Pumpeinheiten wahlweise aktivierbar und deaktivierbar sind.
Hier bestehen also grundsätzlich
zwei verschiedene, selbstverständlich
auch kombinierbare Möglichkeiten
der Beeinflussung des Volumenstroms. Zum einen können verschiedene der Pumpeinheiten einzeln
oder gruppenweise aktiviert bzw. deaktiviert werden, zum anderen
können
zumindest einige der Pumpeinheiten auch ein variables Fördervermögen aufweisen,
so dass eine nahezu kontinuierliche Variabilität des geförderten Volumenstroms, also
des Gesamtvolumenstroms, erreichbar ist.
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Um
das Spektrum der Einstellbarkeit des erreichbaren Volumenstroms
noch weiter vergrößern zu
können,
wird vorgeschlagen, dass wenigstens einige der Pumpeinheiten mit
zueinander unterschiedlicher Förderkapazität ausgebildet
sind.
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Um
die verschiedenen Pumpeinheiten definiert in Betrieb bzw. außer Betrieb
setzen zu können, kann
eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern dieser Pumpeinheiten vorgesehen
sein. Dabei ist es auf Grund des einfachen Aufbaus vorteilhaft,
wenn die Pumpeinheiten zum getakteten Fördern von Fluid ausgebildet
sind und wenn die Ansteuervorrichtung die zum Fördern von Fluid zu aktivierenden
Pumpeinheiten mit getakteten Ansteuersignalen ansteuert.
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Der
insbesondere im Bereich der Ansteuervorrichtung zu realisierende
bauliche bzw. ansteuertechnische Aufwand kann weiterhin dadurch
möglichst
gering gehalten werden, dass die Ansteuervorrichtung wenigstens
einen Teil der Pumpeinheiten mit Ansteuersignalen gleicher Taktfrequenz
oder/und gleicher Takt-Phasenlage ansteuert. Es kann also grundsätzlich das
gleiche Signal für
mehrere Pumpeinheiten verwendet werden, wobei zum Aktivieren bzw.
Deaktivieren dann lediglich die Zufuhr des Signals zu verschiedenen
der Pumpeinheiten freigegeben bzw. unterbrochen werden muss.
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Gemäß einer
weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform kann vorgesehen
sein, dass die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens
einen Teil der Pumpeinheiten mit zueinander vorzugsweise im Bereich
von 180° phasenverschobenen
Ansteuersignalen anzusteuern. Der wesentliche Vorteil dieser Ausgestaltungsform
ist, dass durch die Phasenverschiebung der Ansteuersignale und somit
auch die Phasenverschiebung der Arbeitstakte der so angesteuerten
Pumpeinheiten bei grundsätzlich
gleichem über
die Zeit hinweg gemittelten Volumenstrom – im Vergleich zu einer nicht
phasenverschobenen Betriebsart – ein
deutlich konstanterer, durch die getaktete bzw. gepulste Betriebsart
weniger beeinflusster Volumenstrom erlangt werden kann. Dies ist
vor allem beim Betreiben mit vergleichsweise niedriger Taktfrequenz,
wie dies beispielsweise bei Brennstoffdosierpumpen für Fahrzeugheizgeräte der Fall
ist, von besonderem Vorteil hinsichtlich der im Heizgerät ablaufenden
Verbrennung.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren
beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemäßen Dosierpumpeinrichtung;
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2 eine
prinzipielle Darstellung einer bei der Einrichtung der 1 einsetzbaren
Dosierpumpe.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Dosierpumpeinrichtung 10 dargestellt,
Diese Dosierpumpeinrichtung 10 dient im dargestellten Beispiel
dazu, den in einem Brennstofftank 12 enthaltenen flüssigen Brennstoff
in Richtung zu einem Fahrzeugheizgerät 14 zu fördern. Zu
diesem Zwecke weist die erfindungsgemäße Dosierpumpeinrichtung 10 zwei
wirkmäßig zueinander
parallel geschaltete, als Pumpeinheiten wirksame Dosierpumpen 16a, 16b auf.
Die beiden Dosierpumpen 16a und 16b sind über eine sich
verzweigende Aufnahmeleitung bzw. Saugleitung 18 in Verbindung
mit dem Brennstofftank 12 und sind über eine Abgabeleitung bzw.
Druckleitung 20 in Verbindung mit dem Heizgerät 14.
In diesem Heizgerät 14 ist
weiterhin eine nur schematisch angedeutete Ansteuervorrichtung 22 vorgesehen,
die im Rahmen der Steuerung bzw. Regelung des Betriebs des Heizgeräts 14 auch über jeweilige
Signalleitungen 24a, 24b die beiden Dosierpumpen 16a, 16b ansteuert.
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Der
prinzipielle Aufbau einer derartigen Dosierpumpe, beispielsweise
der Dosierpumpe 16a, ist in 2 gezeigt.
Es ist selbstverständlich,
dass die Dosierpumpe 16b in gleicher Art und Weise ausgeführt sein
kann.
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Diese
Dosierpumpe 16a umfasst in einem Pumpengehäuse einen
Zylinder 26, der eine Pumpkammer 28 definiert.
In diesem Zylinder 26 ist ein Kolben 30 verschiebbar
aufgenommen, so dass durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens
das freie Volumen der Pumpkammer 28 veränderbar ist. In der in 2 gezeigten
Betriebsphase ist das nicht mit dem Kolben 30 belegte Volumen
der Pumpkammer 28 maximal, so dass durch die Herausbewegung des
Kolbens 30 über
die Saugleitung 18 zu fördernder
Brennstoff angesaugt bzw. aufgenommen wird. In einem folgenden Arbeitstakt
bewegt sich der Kolben 30 in der Darstellung der 2 nach
rechts, schließt dabei
zunächst
die Saugleitung 18 ab und setzt somit bei weiter anhaltender
Bewegung den in der Pumpkammer 28 vorhandenen flüssigen Brennstoff
unter Druck, so dass dieser unter Überwindung eines Rückschlagventils 32 in
die Druckleitung 20 abgegeben wird.
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Die
Bewegung des Kolbens 30 wird durch eine beispielsweise
als Elektromagnet ausgebildete Antriebseinheit 34 erzeugt.
Diese steht unter der Ansteuerung der Ansteuervorrichtung 22,
wobei durch Anlegen eines Ansteuersignals, also beispielsweise Anlegen
einer Spannung an eine Spule, eine magnetische Wechselwirkung mit
dem Kolben 30 generiert wird, durch welche dieser in Richtung
Verringern des freien Volumens der Pumpkammer 28 beaufschlagt wird.
Die Zurückbewegung
kann beispielsweise durch Federkraft hervorgerufen werden.
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Aus
der vorangehenden prinzipiellen Erklärung des Aufbaus und der Wirkungsweise
der Dosierpumpen 16a und 16b wird klar, dass der
Förderbetrieb
einer derartigen Dosierpumpe 16a, 16b getaktet ist,
wobei durch Anlegen eines entsprechend getakteten Ansteuersignals,
also beispielsweise einer entsprechend getakteten Spannung, mit
jedem Takt dieses Ansteuersignals ein Arbeitstakt des Kolbens 30 und
somit der Dosierpumpe 16a bzw. 16b hervorgerufen
wird. Da das bei jedem Arbeitstakt bzw. bei jedem Kolbenhub geförderte Volumen
des zu fördernden
Mediums, also beispielsweise Brennstoff, im Wesentlichen konstant
ist, kann im Allgemeinen der Volumenstrom dadurch beeinflusst werden,
dass die Frequenz der Kolbenbewegung verändert wird, was durch eine
entsprechende Änderung
der Taktfrequenz des Ansteuersignals hervorgerufen werden kann.
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Da
eine derartige Variation der Taktfrequenz jedoch baulichen und auch
ansteuerungstechnischen Beschränkungen
unterliegt, ist bei der erfindungsgemäßen Dosierpumpeinrichtung 20 im
Bereich zwischen dem Brennstofftank 12 und dem Heizgerät 14 nicht
nur eine einzige Dosierpumpe vorgesehen, sondern es sind die beiden
bereits beschriebenen und grundsätzlich
parallel betreibbaren Dosierpumpen 16a und 16b vorhanden.
Wie bereits eingangs erläutert,
bedeutet parallel nicht nur, dass diese gleichzeitig angesteuert
werden können,
sondern dass die durch diese Dosierpumpen 16a und 16b geförderten
Volumenströme
sich zu einem Gesamtvolumenstrom vereinen, der dann zum Heizgerät 14 geleitet
wird. Auf diese Art und Weise wird es zum einen möglich, durch
Vorsehen von grundsätzlich
sehr einfach aufzubauenden und auch sehr kostengünstigen Dosierpumpen 16a und 16 zunächst einen
deutlich größeren Volumenstrom
zu erlangen, nämlich
dadurch, dass beide Dosierpumpen 16a und 16b gleichzeitig
betrieben werden. Dabei ist es auf Grund der einfachen Ansteuerung
vorteilhaft, wenn die beiden Dosierpumpen 16a und 16b gleichphasig
und mit der gleichen Taktfrequenz arbeiten, da dann die Ansteuervorrichtung 22 grundsätzlich nur
dazu in der Lage sein muss, ein einziges getaktetes Ansteuersignal
zu generieren, das dann parallel über die beiden Ansteuerleitungen 24a und 24b an
die jeweils zugeordnete Dosierpumpe 16a bzw. 16b angelegt
wird.
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Soll
eine geringere Brennstoffmenge gefördert werden, wird beispielsweise
durch Unterbrechen der Zufuhr eines Ansteuersignals zu einer der
beiden Dosierpumpen 16a, 16b nur noch die andere
weiter betrieben. Bei grundsätzlich
gleicher baulicher Ausgestaltung würde dies im Wesentlichen eine
Halbierung des maximal erreichbaren Volumenstroms bedeuten. Um jedoch
die Variabilität
bei der Einstellung des Volumenstroms vergrößern zu können, können die beiden Dosierpumpen 16a und 16b grundsätzlich so
ausgestaltet sein, dass sie zueinander unterschiedliche Förderkapazitäten aufweisen.
Dies bedeutet, es können
also grundsätzlich
verschieden groß dimensionierte
Dosierpumpen eingesetzt werden. Das gleichzeitige Betreiben beider
Dosierpumpen 16a und 16b hat dann wieder zur Folge,
dass ein maximal möglicher
Volumenstrom generiert wird. Das Betreiben nur derjenigen Dosierpumpe,
welche grundsätzlich
die größere Förderkapazität aufweist, hat
dann das Fördern
mit einem mittleren Volumenstrom zur Folge. Das Betreiben derjenigen
Dosierpumpe mit der kleineren Förderkapazität, hat dann das
Fördern
eines minimalen Volumenstroms zur Folge. Diese Abstufung des Volumenstroms
ist also grundsätzlich
dadurch erreichbar, dass einzelne der Dosierpumpen wahlweise aktiviert
oder deaktiviert werden, wobei hier immer noch mit einem hinsichtlich der
Taktfrequenz grundsätzlich
fest vorgegebenen und für
beide Dosierpumpen 16a und 16b gleichen Ansteuersignal
gearbeitet werden kann.
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Die
Variabilität
bei der Einstellung des Volumenstroms kann alternativ oder zusätzlich jedoch auch
dadurch beeinflusst werden, dass das Ansteuersignal für die Dosierpumpen 16a, 16b in
seiner Taktfrequenz in demjenigen Bereich verändert wird, der auch aus baulichen
Gründen
bei den beiden Dosierpumpumpen 16a und 16b möglich ist.
Hier kann beispielsweise wieder in einem Frequenzbereich von 3 Hz
bis 7 Hz, also Arbeitshüben
pro Sekunde, gearbeitet werden. Dies kann sowohl dann der Fall sein, wenn
die beiden Dosierpumpen 16a und 16b zueinander
baulich und auch hinsichtlich Ihres Fördervemögens gleich sind, als auch
in dem Fall, in dem grundsätzlich
unterschiedliche Förderkapazitäten vorgegeben
sind. Eine weitere Variationsmöglichkeit besteht
darin, dass die beiden Dosierpumpen 16a und 16b grundsätzlich nicht
mit den gleichen Ansteuersignalen versorgt werden, also Ansteuersignalen gleicher
Taktfrequenz, sondern dass für
jede der Dosierpumpen 16a und 16b ein eigenes
Ansteuersignal generiert wird, die sich dann in ihrer Taktfrequenz
unterscheiden können.
Dies gestattet durch die Möglichkeit,
jede der Dosierpumpen 16a und 16b in einem gewissen
Bereich in der Förderkapazität einzustellen,
eine praktisch kontinuierliche Variabilität des erreichbaren Volumenstroms
zwischen einem minimal möglichen
Volumenstrom, der beispielsweise dadurch definiert ist, dass die
Dosierpumpe mit kleinerer Förderkapazität mit der
geringstmöglichen
Taktfrequenz be trieben wird, und dem maximal möglichen Volumenstrom, der dadurch
definiert ist, dass beide Dosierpumpen 16a und 16b jeweils
mit maximaler Taktfrequenz betrieben werden.
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Eine
weitere ansteuerungstechnische Variationsmöglichkeit besteht darin, dass
die beiden Dosierpumpen 16a und 16b so betrieben
werden, dass ihre Arbeitstakte zueinander phasenverschoben liegen.
Beispielsweise kann dann, wenn eine der Dosierpumpen 16a im
Ansaugtaktabschnitt ist, die andere zum Ausstoßen von zu förderndem
Fluid betrieben werden. Dies führt
zwar im Vergleich zu einem gleichphasigen Betreiben nicht zu einem
erhöhten Gesamtvolumenstrom,
hat jedoch eine wesentlich gleichmäßigere Abgabe zur Folge, was
insbesondere im Bereich kleinerer Volumenströme auch mit Hinblick auf eine
gleichmäßigere und
somit schadstoffärmere
Verbrennung von Vorteil ist. Erzeugt werden kann dieses phasenverschobene
Arbeiten verschiedener Dosierpumpen dadurch, dass beispielsweise für jede dieser
Dosierpumpen ein eigenes Ansteuersignal generiert wird, wobei die
einzelnen Impulse dieser Signale dann mit der gewünschten
Phasenverschiebung von beispielsweise 180° ausgegeben werden. Alternativ
ist es möglich,
ein einziges Ansteuersignal bereitzustellen, das dann den verschiedenen
Dosierpumpen zugeführt
wird, wobei bei zumindest einer der Dosierpumpen das dieser zugeführte oder
zuzuführende
Ansteuersignal durch einen an sich bekannten Phasenverschieber in
seiner Phasenlage bezüglich
der Phase des anderen nicht oder in anderer Weise phasenverschobenen
Signals verschoben wird. Hier kann der Phasenverschieber so eingestellt
sein, dass er eine Phasenverschiebung von 180° generiert. Der Vorteil dieser
Variante ist, dass hier gleichzeitig in baulich einfacher Art und Weise
für alle
so angesteuerten Dosierpumpen auch die Taktfrequenz verändert werden
kann, wobei auf Grund der vorgegebenen Phasenverschiebung von 180° auch bei Änderung
der Taktfrequenz, also auch der Taktlänge wieder das gewünschte gegenphasige Arbeiten
der Pumpen erzielt wird.
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Weiter
sei ausgeführt,
dass selbstverständlich
die Anzahl der bei einer Dosiereinrichtung 10 einsetzbaren
Dosierpumpen nicht auf zwei begrenzt ist.
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Hier
könnten,
je nach Anforderung, auch drei und mehr Pumpen zum Einsatz kommen,
wobei mit Hinblick auf jede dieser Dosierpumpen dann die vorangehend
geschilderten Variationsmöglichkeiten
bei der Ansteuerung bestehen.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird eine Dosierpumpeinrichtung vorgeschlagen,
mit welcher bei baulich und ansteuerungstechnisch geringem Aufwand
ein deutlich größeres Spektrum
bei der Einstellung des zu fördernden
Volumenstroms erreichbar ist. In Verbindung mit dem Einsatz bei
einem Fahrzeugheizgerät
und dem Zuleiten von Brennstoff zu diesem hat dies zur Folge, dass
einerseits eine deutlich größere Variabilität bei der
Einstellung der Heizleistung vorliegt, und dass andererseits durch diese
verbesserte Einstellbarkeit und eine gleichmäßigere Brennstoffabgabe eine
höhere
Verbrennungsqualität
und damit ein geringerer Schadstoffausstoß erzielt werden können. Selbst
in der einfachsten Ausgestaltungsvariante, also bei Ansteuerung
mehrerer Dosierpumpen jeweils mit dem gleichen Ansteuersignal, also
einem Ansteuersignal gleicher Taktfrequenz und gleicher Takt-Phasenlage, können diese
Vorteile bereits erzielt werden.