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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffdosierpumpeinrichtung,
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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Aus
der
DE 31 05 649 A1 ist
eine Dosierpumpe bekannt, die bei chemischen Verfahren eine rechnergesteuerte
Dosierung vornehmen kann. Diese Dosierpumpe ist derart aufgebaut,
dass sie in der Lage ist, verschiedenste Medien zu fördern. Dazu weist
diese bekannte Dosierpumpe zwei Pumpeinheiten auf, die von einem
gemeinsamen Motor über einen
mechanischen Kopplungsmechanismus phasenverschoben betätigt werden.
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Die
US 4,060,178 umfasst eine
Dosierpumpeinrichtung, mit welcher Farben gefördert und somit durchmischt
werden können,
um verschiedene Farbtöne
bereit zu stellen. Diese Dosierpumpe weist zwei Pumpbereiche auf,
die durch einen einzigen Antrieb in Bewegung versetzt werden. Die
beiden Pumpbereiche können
wahlweise zu- oder abgekoppelt werden, um auf diese Art und Weise
das Förderverhalten zu
beeinflussen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffdosierpumpeinrichtung
vorzusehen, mit welcher in einfacher Art und Weise eine verbesserte
Einsteilbarkeit des geförderten
Volumenstroms erzielt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Kraftstoffdosierpumpeinrichtung für ein Fahrzeugheizgerät gemäß Anspruch
1.
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Bei
der erfindungsgemäßen Kraftstoffdosierpumpeinrichtung
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.
Um die verschiedenen Pumpeinheiten definiert in Betrieb bzw. außer Betrieb
setzen zu können,
ist eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern dieser Pumpeinheiten vorgesehen.
Dabei ist weiter vorgesehen, dass die Pumpeinheiten zum getakteten
Fördern
von Fluid ausgebildet sind und dass die Ansteuervorrichtung die
zum Fördern
von Fluid zu aktivierenden Pumpeinheiten mit getakteten Ansteuersignalen
ansteuert. Dabei wird für
mehrere Pumpeinheiten ein Ansteuersignal bereitgestellt, das wenigstens
einer Pumpeinheit über
einen Phasenschieber zugeführt
wird.
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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 Einsteilbarkeit 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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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 Kraftstoffdosierpumpeinrichtung;
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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 Kraftstoffdosierpumpeinrichtung 10 dargestellt.
Diese Kraftstoffdosierpumpeinrichtung 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 Kraftstoffdosierpumpeinrichtung 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
Förder betrieb
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 Kraftstoffdosierpumpeinrichtung 10 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 Variations möglichkeit 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 betrieben 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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Das
Prinzip der vorliegenden Erfindung 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. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass ein einziges Ansteuersignal bereitgestellt wird, 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 davon
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. 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 Kraftstoffdosierpumpeinrichtung
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 Einsteilbarkeit und eine gleichmäßigere Brennstoffabgabe eine
höhere
Verbrennungsqualität
und damit ein geringerer Schadstoffausstoß erzielt werden können.