EP2072820B1 - Verfahren zum Analysieren des Betriebs einer Dosierpumpe für Flüssigkeit, insbesondere einer Brennstoffdosierpumpe für ein Fahrzeugheizgerät - Google Patents

Verfahren zum Analysieren des Betriebs einer Dosierpumpe für Flüssigkeit, insbesondere einer Brennstoffdosierpumpe für ein Fahrzeugheizgerät Download PDF

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EP2072820B1
EP2072820B1 EP08018650A EP08018650A EP2072820B1 EP 2072820 B1 EP2072820 B1 EP 2072820B1 EP 08018650 A EP08018650 A EP 08018650A EP 08018650 A EP08018650 A EP 08018650A EP 2072820 B1 EP2072820 B1 EP 2072820B1
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EP
European Patent Office
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analysis
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piston
time
recognized
Prior art date
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EP08018650A
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French (fr)
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EP2072820A8 (de
EP2072820A1 (de
Inventor
Stefan Bächner
Erwin Burner
Johannes Eger
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Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
J Eberspaecher GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2072820A1 publication Critical patent/EP2072820A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
    • F04B17/042—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the solenoid motor being separated from the fluid flow

Definitions

  • the present invention relates to a method for analyzing the operation of a metering pump for liquid, in particular Brennstoffdosierpumpe for a vehicle heater, which metering a clocked between two end positions reciprocating piston and an associated thereto, by applying a voltage during energization time intervals in respective working strokes of the piston electrically excitable drive unit comprises.
  • a method for operating a metering pump according to the preamble of claim 1 is known.
  • a metering pump is basically operated by a reciprocating piston for conveying liquid by an electrically energizable drive unit is moved from a first end position to a second end position, including during a energization time interval to the electrically excitable drive unit, a voltage in the form a clocked voltage signal is applied.
  • a pulse width modulated voltage results in an example represented by forming the arithmetic mean voltage, which essentially determines how fast the piston moves from its first end position to the second end position, so for example to minimize the volume of a Pump chamber is moved.
  • the time of reaching the second end position is a predetermined time after the beginning of a respective energization time interval or after the beginning of the movement Piston should lie.
  • this second end position is reached too early or too late can be adjusted by varying the voltage applied to the drive unit, ie by varying the duty cycle of the pulsed voltage, the average applied voltage and thus trying to the time at which the second end position , That is, the stop position, is reached, to move so that it is at or near the predetermined and to be considered as a reference target time.
  • this object is achieved by a method for analyzing the operation of a metering pump for liquid, in particular Brennstoffdosierpumpe for a vehicle heater, which metering a clocked between two end positions reciprocating piston and associated with this, by applying a voltage during energization time intervals in each of the working cycles of According to claim 1.
  • the method comprises the steps of: determining a start time of movement of the piston as a first analysis quantity and determining an end time of movement of the piston as a second analysis quantity, comparing at least one analysis variable with a reference associated therewith, and based on on the result of the comparison, detection of the presence of a fault condition if the analysis variable deviates from the reference.
  • a reference time point to be considered as a reference does not correspond to the respective analysis value or the analysis variable deviates from such a time point by a predetermined extent or not within a time window defined at such time.
  • the first analysis variable is only determined if, in one or more preceding work files, the comparison of the second analysis variable with its associated reference indicates the presence of a fault condition.
  • This procedure is based on the knowledge that a second analysis variable can only occur if the piston has started to move, ie if a first analysis variable would also be available. Since, if there is a second analysis variable for evaluation, the respectively assigned first analysis variable does not necessarily have to be evaluated, it can be dispensed with, which reduces the processing outlay.
  • the error state that is used as the trigger for subsequently determining also the first analysis variable for following work cycles is a state in which no second analysis variable was detected in an energization time interval.
  • the second analysis variable is in an excitation time interval before or after the reference assigned to it, the second analysis parameter is attempted in at least one subsequent working cycle by varying the excitation voltage for the drive unit Reference, and that when a variation of the excitation voltage does not lead to a sufficient shift of the second analysis size, is detected on the presence of a fault condition.
  • it may be first attempted to generate an indication indicative of the presence of an error condition or to avoid information. Only when it becomes apparent that a variation of the excitation voltage does not lead to the desired result, is then detected on the presence of a fault condition.
  • the first analysis variable be formed by forming the first time derivative of the electrical current flowing in an energization time interval and comparing it to an associated first threshold is determined.
  • the second analysis variable is determined by forming the second time derivative of the electrical current flowing in an energization time interval and comparing it with an associated second threshold.
  • Fig. 1 is a fuel heater to be operated with liquid fuel, such as can be used for example as a heater or heater in a vehicle, generally designated 10.
  • the heating device 10 comprises a burner region 12 with a combustion chamber 16 formed in a housing 14. Combustion air is conducted into the combustion chamber 16 via a combustion air blower 18.
  • a metering pump 20 conveys the fuel required for combustion with the combustion air in liquid form from a reservoir 22 to the combustion chamber 16, where, for example, a porous evaporator medium can take up this fuel and deliver it into the combustion chamber 16 in vapor form.
  • a drive device 24 controls the operation of the heater 10 by generating corresponding excitation signals for the combustion air blower 18 and the metering pump 20 or other system areas not shown here, such as an ignition device or an electrically energizable heating element serving to heat an evaporator medium.
  • the metering pump 20 is in principle constructed with a piston 26 which is in a cylinder 28 between an end position with maximum volume of a pump chamber 30 and an end position with minimum volume of the pump chamber 30 back and forth.
  • the piston 26 is biased by a biasing arrangement, so for example a spring, in the direction of its first end position, ie the maximum volume of the pump chamber 30.
  • An electrically excitable drive unit 32 that is, for example, an electromagnet arrangement, shifts in electrical Exciting the piston 26 to promote the liquid contained therein by reducing the pump chamber volume 30 in the direction of the combustion chamber 16.
  • a stop is provided for the piston 26 which defines the second end position of the piston 26 with a minimum volume of the pump chamber 30.
  • the drive device 24 In order to move the piston 26, the drive device 24 outputs a pulsed voltage signal U for each operating cycle of the piston 26, that is to say generally a pulse width modulated (PWM) signal.
  • This signal U can be tapped from the supply voltage, wherein by adjusting the duty cycle during the application of the voltage signal U adjusting average voltage, for example, represented by the arithmetic mean, can be adjusted.
  • the electrical current I flowing when the voltage signal U is present can be detected by an ammeter 34, which inputs a corresponding signal into the control device 24.
  • the flow meter 34 may also be part of the drive device 24 itself.
  • the Fig. 2 shows in principle the time course of the current I during a power stroke and normal operation.
  • a working stroke of the piston 26 is defined by a complete reciprocation and begins, for example, each at a time t e , ie the time of the beginning of an energization time interval I e , during which the in the Fig. 2 symbolically indicated by dashed line pulsed voltage signal U is applied to the drive unit 32.
  • a power stroke I A of the piston 26 ends with the beginning of the next energization time interval I e , ie the next time t e .
  • the pulsed voltage signal U is applied to the drive unit 32 at time t e , the current I initially increases until the magnetic force acting on the piston 26 or an armature or the like coupled thereto is so great that at a time t s the piston 26 begins to move.
  • the current flow goes into a shallower section.
  • the stop position ie the second end position, is reached, beyond which the piston 26 can not move on.
  • Such metering pumps are operated so that working at a working frequency in the range of 3-10Hz, ie 3 to 10 work cycles per second.
  • the excitation time interval I e can take a period of about 40 ms.
  • the point in time t at which the second end position, ie the movement stop, is reached should be about 35 ms after the start t e of the excitation time interval I e , so that the time span over which the drive unit stops when the piston 26 is no longer moving 32 is energized as short as possible, however, however, it can be ensured that the piston 26 reaches this second end position.
  • the Fig. 3 shows in association with Fig. 2 the first time derivative of the in Fig. 2 represented current flow.
  • the current initially rises abruptly.
  • the slope of the current waveform then decreases until reaching the time t s again.
  • the gradient continues to fall or fall, so that a negative gradient, ie a negative first time derivative, results.
  • the gradient again increases suddenly and then decreases again, until the time t a, that at the timing at which the energization is actually completed, the current drops again, and thus the Gradient takes a negative value.
  • current curve shows the Fig. 4 the second temporal derivative, ie the first time derivative of the in Fig. 3 shown gradients.
  • Fig. 4 the second temporal derivative, ie the first time derivative of the in Fig. 3 shown gradients.
  • it is characteristic in relation to the two at the times t e and t at the sudden increase of the second time derivative.
  • This behavior of the first derivative and the second time derivative can be used to the two times t s and t on, thus to determined the start of the movement of the piston 26 and the reaching of the stop position of the piston 26th
  • respective thresholds S 1 and S 2 are given. If the first time derivative of the current profile falls below the first threshold S 1 , this is indicated as an indication of the in Fig. 2 recognizable transition into a much flatter current flow, so the beginning of movement evaluated.
  • the point of time t s determined in this way can, as explained below, then be taken into account as the first analysis variable for further evaluation.
  • the time t can be recognized to when the second time derivative exceeds the associated threshold S 2, namely from the beginning of the excitation time interval I e exceeds a second time.
  • the thus determined time t an can then be used as a second analysis variable for further processing.
  • the two times t s and t can be determined in each case as a first analysis variable and as a second analysis variable, for example in the manner described above. Based on these sizes can then, as in the following with reference on the Fig. 5 to 7 explained, various error conditions during operation of the metering pump 10 are detected.
  • the Fig. 5 shows the course of the current I, plotted against time, in the event that, for example, due to shocks or due to an almost complete emptying of the reservoir 22, the metering pump 20 at least temporarily promotes air instead of the liquid fuel.
  • the time t s at which the piston 26 begins to move will in this case occur approximately at the same time as it is in the correct mode of operation. Due to the fact that a lesser movement resistance will be present already from the beginning, it is possible that the piston 26 starts to move slightly earlier.
  • FIG. 6 Another error condition is in Fig. 6 shown.
  • a first analysis variable that is to say the time t s
  • a second analysis variable that is to say the time t on
  • a code indicating this error state that is to say movement blocking of the piston 26, can be set or stored or a numerical value indicating the non-occurrence of the respective analysis variable can be stored as the corresponding time.
  • the Fig. 7 shows an error condition in which within the excitation time interval I e, although the first analysis value t s occurs, so at time t s, the piston 26 begins to move until the end time t a of the excitation time interval , the occurrence or reaching the end stop could not be detected , so no second analysis size could be determined. So, this is a condition in which, upon excitement, the piston 26 has begun to move, but obviously moves too slowly. This can be caused, for example, by the fact that the fuel to be pumped is too tough, or that in the conveying path of the fuel downstream of the metering pump 20, a delivery backlog has occurred, for example due to the blockage of a delivery line.
  • a corresponding error code can be set, which indicates that there is a problem in conveying the fuel through the lines is present, that in principle, however, the metering pump 20 would be able to promote the fuel.
  • the actual applied voltage can be evaluated or stored as a further analysis variable.
  • the memory already described above can be read out and evaluated with regard to the data stored therein.
  • the occurrence of the malfunction may then be completely prevented. Also in the in the Fig. 6 7 and 7 can immediately, if it has been detected in one or more consecutive work cycles, for example, by increasing the average applied voltage to be tried to move the piston faster or at all. If the system is in a startup phase, in which case the fuel line must first be refilled, the information can also be used to extend this start phase accordingly, until it is ensured that there is sufficient fuel in the line to feed in to begin in the combustion chamber 16.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren des Betriebs einer Dosierpumpe für Flüssigkeit, insbesondere Brennstoffdosierpumpe für ein Fahrzeugheizgerät, welche Dosierpumpe einen getaktet zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegbaren Kolben und eine diesem zugeordnete, durch Anlegen einer Spannung während Erregungszeitintervallen in jeweiligen Arbeitstakten des Kolbens elektrisch erregbare Antriebseinheit umfasst.
  • Aus der DE 10 2005 024 858 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Dosierpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Dosierpumpe grundsätzlich dadurch betrieben, dass ein zum Fördern von Flüssigkeit hin- und herbewegbarer Kolben durch eine elektrisch erregbare Antriebseinheit von einer ersten Endstellung zu einer zweiten Endstellung verschoben wird, wozu während eines Erregungszeitintervalls an die elektrisch erregbare Antriebseinheit eine Spannung in Form eines getakteten Spannungssignals angelegt wird. Durch diese getaktete, im Allgemeinen also pulsweitenmodulierte Spannung ergibt sich eine beispielsweise durch Bilden des arithmetischen Mittels repräsentierte mittlere Spannung, die im Wesentlichen dafür ausschlaggebend ist, wie schnell der Kolben sich von seiner ersten Endstellung zur zweiten Endstellung bewegt, also beispielsweise zum Minimieren des Volumens einer Pumpenkammer verschoben wird. In Zuordnung zu der durch bestimmte Daten spezifizierten Bauart einer derartigen Pumpe kann bestimmt werden, dass idealerweise der Zeitpunkt des Erreichens der zweiten Endstellung, im Allgemeinen also das Erreichen eines Anschlags, eine vorbestimmte Zeit nach dem Beginn eines jeweiligen Erregungszeitintervalls oder nach dem Beginn des Bewegens des Kolbens liegen sollte. Wird erkannt, dass diese zweite Endstellung zu früh oder zu spät erreicht wird, kann durch variieren der an die Antriebseinheit angelegten Spannung, also durch Verändern des Tastverhältnisses der getakteten Spannung, die mittlere anliegende Spannung angepasst werden und somit versucht werden, den Zeitpunkt, zu welchem die zweite Endstellung, also die Anschlagstellung, erreicht wird, so zu verschieben, dass sie bei oder nahe dem dafür vorgegebenen und als Referenz zu betrachtenden Sollzeitpunkt liegt.
  • Es ist die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem der Betrieb einer Dosierpumpe für Flüssigkeit analysiert werden kann, um das Vorliegen von Fehlerzuständen zu erkennen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Analysieren des Betriebs einer Dosierpumpe für Flüssigkeit, insbesondere Brennstoffdosierpumpe für ein Fahrzeugheizgerät, welche Dosierpumpe einen getaktet zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegbaren Kolben und eine diesem zugeordnete, durch Anlegen einer Spannung während Erregungszeitintervallen in jeweiligen Arbeitstakten des Kolbens elektrisch erregbare Antriebseinheit umfasst, gemäß Anspruch 1. Das Verfahren umfasst die Maßnahmen: Ermitteln eines Startzeitpunktes der Bewegung des Kolbens als erste Analysegröße und Ermitteln eines Endzeitpunktes der Bewegung des Kolbens als zweite Analysegröße, Vergleichen wenigstens einer Analysegröße mit einer dieser zugeordneten Referenz und, beruhend auf dem Vergleichsergebnis, Erkennen auf Vorliegen eines Fehlerzustandes, wenn die Analysegröße von der Referenz abweicht.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird also beruhend auf demjenigen Zeitpunkt, zu welchem ein Kolben einer Dosierpumpe sich zu bewegen beginnt, oder/und beruhend auf demjenigen Zeitpunkt, zu welchem der Kolben seine Endposition, also beispielsweise eine Anschlagposition, erreicht, und beruhend auf jeweils zugeordneten Referenzwerten bestimmt, ob der Kolben sich in normaler Art und Weise, also korrekt bewegt hat, oder ob der Bewegungsverlauf von dem normal zu erwartenden abweicht, was sich dadurch erkennbar macht, dass auch die jeweilige Analysegröße von der zugeordneten Referenz abweicht. Es sei hier darauf hingewiesen, dass das Abweichen einer jeweiligen Analysegröße von einer Referenz so zu verstehen ist, dass beispielsweise ein als Referenz zu betrachtender Sollzeitpunkt nicht der jeweiligen Analysegröße entspricht oder dass die Analysegröße um ein vorbestimmtes Ausmaß von einem derartigen Zeitpunkt abweicht bzw. nicht innerhalb eines um einen derartigen Zeitpunkt definierten Zeitfensters liegt.
  • Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die erste Analysegröße nur dann ermittelt wird, wenn in einem oder mehreren vorangehenden Arbeitsakten der Vergleich der zweiten Analysegröße mit der ihr zugeordneten Referenz das Vorliegen eines Fehlerzustandes indiziert. Diese Vorgehensweise beruht auf der Erkenntnis, dass eine zweite Analysegröße zwangsweise nur dann auftreten kann, wenn der Kolben sich zu bewegen begonnen hat, also auch eine erste Analysegröße verfügbar wäre. Da dann, wenn eine zweite Analysegröße zur Auswertung vorliegt, nicht notwendigerweise die jeweils zugeordnete erste Analysegröße ausgewertet werden muss, kann auf deren Ermittlung verzichtet werden, was den Verarbeitungsaufwand reduziert.
  • Der Fehlerzustand, der zum nachfolgenden Ermitteln auch der ersten Analysegröße für folgende Arbeitstakte als Auslöser verwendet wird, ein Zustand ist, in welchem in einem Erregungszeitintervall keine zweite Analysegröße erkannt wurde.
  • Um insbesondere für spätere Analysevorgänge, die beispielsweise in einem Labor bzw. einer Werkstatt vorgenommen werden können, ausreichend Information zur Verfügung zu haben, wird vorgeschlagen, dass in Zuordnung zu einem jeweiligen Arbeitstakt des Kolbens wenigstens eine Analysegröße oder/und das Vergleichsergebnis des Vergleichs wenigstens einer Analysegröße mit der ihr zugeordneten Referenz gespeichert wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass dann, wenn die zweite Analysegröße vor der ihr zugeordneten Referenz liegt, auf Vorliegen eines das Fördern von Luft umfassenden Fehlerzustandes erkannt wird.
  • Weiter ist es möglich, dass dann, wenn die zweite Analysegröße in einem Erregungszeitintervall und nach der ihr zugeordneten Referenz liegt, auf Vorliegen eines ein erschwertes Fördern umfassenden Fehlerzustandes geschlossen wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass dann, wenn in einem Erregungszeitintervall keine zweite Analysegröße erkannt wird und eine erste Analysegröße erkannt wird, auf Vorliegen eines ein erschwertes Fördern umfassenden Fehlerzustandes geschlossen wird.
  • Weiter ist es möglich, dass dann, wenn in einem Erregungszeitintervall keine erste Analysegröße erkannt wurde, auf Vorliegen eines eine Bewegungsblockierung des Kolbens umfassenden Fehlerzustandes erkannt wird.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass dann, wenn die zweite Analysegröße in einem Erregungszeitintervall vor oder nach der ihr zugeordneten Referenz liegt, in wenigstens einem folgenden Arbeitstakt durch Variation der Erregungsspannung für die Antriebseinheit versucht wird, die zweite Analysegröße in Richtung Referenz zu verschieben, und dass dann, wenn eine Variation der Erregungsspannung nicht zu einer ausreichenden Verschiebung der zweiten Analysegröße führt, auf Vorliegen eines Fehlerzustandes erkannt wird. Gemäß diesem Aspekt kann also zunächst versucht werden, das Erzeugen einer auf das Vorliegen eines Fehlerzustands hinweisenden Anzeige bzw. Information zu vermeiden. Erst wenn auch erkennbar wird, dass eine Variation der Erregungsspannung nicht zu dem gewünschten Ergebnis führt, wird dann auf das Vorliegen eines Fehlerzustands erkannt.
  • Um in präziser Art und Weise ermitteln zu können, wann ein Kolben beginnt oder begonnen hat, sich zu bewegen, wird vorgeschlagen, dass die erste Analysegröße durch Bilden der ersten zeitlichen Ableitung des in einem Erregungszeitintervall fließenden elektrischen Stroms und Vergleichen derselben mit einer zugeordneten ersten Schwelle ermittelt wird.
  • Weiter kann zur präzisen Ermittlung des Erreichens der zweiten Endstellung, also der Anschlagposition vorgesehen sein, dass die zweite Analysegröße durch Bilden der zweiten zeitlichen Ableitung des in einem Erregungszeitintervall fließenden elektrischen Stroms und Vergleichen derselben mit einer zugeordneten zweiten Schwelle ermittelt wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeugheizgeräts mit einer durch elektrische Erregung betreibbaren Dosierpumpe;
    Fig. 2
    ein Diagramm, welches den zeitlichen Verlauf des Erregungs- stroms der Dosierpumpe in Zuordnung zu einem Erregungszeitin- tervall bei korrektem Betrieb der Dosierpumpe wiedergibt;
    Fig. 3
    in prinzipieller Darstellung die erste zeitliche Ableitung des Erre- gungsstroms;
    Fig. 4
    in prinzipieller Darstellung die zweite zeitliche Ableitung des Erre- gungsstroms;
    Fig. 5
    ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm für einen Fehlerzustand, in welchem die Dosierpumpe Luft fördert;
    Fig. 6
    ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm für einen Fehlerzustand, in welchem ein Kolben der Dosierpumpe klemmt;
    Fig. 7
    ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm für einen Fehlerzustand, in welchem der Kolben der Dosierpumpe sich zu langsam bewegt.
  • In Fig. 1 ist ein mit flüssigem Brennstoff zu betreibendes Heizgerät, wie es beispielsweise als Standheizung oder Zuheizer in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann, allgemein mit 10 bezeichnet. Das Heizgerät 10 umfasst einen Brennerbereich 12 mit einer in einem Gehäuse 14 gebildeten Brennkammer 16. Über ein Verbrennungsluftgebläse 18 wird Verbrennungsluft in die Brennkammer 16 geleitet. Eine Dosierpumpe 20 fördert den zur Verbrennung mit der Verbrennungsluft erforderlichen Brennstoff in flüssiger Form aus einem Reservoir 22 zur Brennkammer 16, wo beispielsweise ein poröses Verdampfermedium diesen Brennstoff aufnehmen und in Dampfform in die Brennkammer 16 abgeben kann.
  • Eine Ansteuervorrichtung 24 steuert den Betrieb des Heizgeräts 10, indem sie entsprechende Erregungssignale für das Verbrennungsluftgebläse 18 und die Dosierpumpe 20 bzw. auch weitere hier nicht gezeigte Systembereiche, wie zum Beispiel ein Zündorgan oder ein zum Erwärmen eines Verdampfermediums dienendes elektrisch erregbares Heizelement erzeugt.
  • Die Dosierpumpe 20 ist prinzipiell mit einem Kolben 26 aufgebaut, der in einem Zylinder 28 zwischen einer Endstellung mit maximalem Volumen einer Pumpenkammer 30 und einer Endstellung mit minimalem Volumen der Pumpenkammer 30 hin- und herbewegbar ist. Im Allgemeinen ist der Kolben 26 durch eine Vorspannanordnung, also beispielsweise eine Feder, in Richtung seiner ersten Endstellung, also derjenigen mit maximalem Volumen der Pumpenkammer 30, vorgespannt. Eine elektrisch erregbare Antriebseinheit 32, also beispielsweise eine Elektromagnetanordnung, verschiebt bei elektrischer Erregung den Kolben 26, um durch Verringerung des Pumpenkammervolumens 30 den darin enthaltenen flüssigen Brennstoff in Richtung Brennkammer 16 zu fördern. Dabei ist für den Kolben 26 ein Anschlag vorgesehen, der bei minimalem Volumen der Pumpenkammer 30 die zweite Endstellung des Kolbens 26 definiert.
  • Um den Kolben 26 zu bewegen, gibt die Ansteuervorrichtung 24 für jeden Arbeitstakt des Kolbens 26 ein gepulstes Spannungssignal U, also im Allgemeinen ein pulsweitenmoduliertes (PWM) Signal ab. Dieses Signal U kann von der Versorgungsspannung abgegriffen werden, wobei durch Einstellung des Tastverhältnisses die während des Anliegens des Spannungssignals U sich einstellende mittlere Spannung, beispielsweise repräsentiert durch das arithmetische Mittel, eingestellt werden kann. Der bei Anliegen des Spannungssignals U fließende elektrische Strom I kann durch einen Strommesser 34 erfasst werden, der ein entsprechendes Signal in die Ansteuervorrichtung 24 eingibt. Selbstverständlich kann der Strommesser 34 auch Bestandteil der Ansteuervorrichtung 24 selbst sein.
  • Die Fig. 2 zeigt prinzipiell den zeitlichen Verlauf des Stroms I während eines Arbeitstaktes und bei normaler Betriebsweise. Ein Arbeitstakt des Kolbens 26 ist definiert durch eine vollständige Hin- und Herbewegung und beginnt beispielsweise jeweils zu einem Zeitpunkt te, also dem Zeitpunkt des Beginns eines Erregungszeitintervalls Ie, während welchem das in der Fig. 2 symbolisch durch Strichlinie angedeutete gepulste Spannungssignal U an der Antriebseinheit 32 anliegt. Ein Arbeitstakt IA des Kolbens 26 endet mit dem Beginn des nächsten Erregungszeitintervalls Ie, also dem nächsten Zeitpunkt te.
  • Wird also zum Zeitpunkt te das gepulste Spannungssignal U an die Antriebseinheit 32 angelegt, so steigt der Strom I zunächst an, bis die auf den Kolben 26 bzw. einen damit gekoppelten Anker oder dergleichen einwirkende Magnetkraft so groß ist, dass zu einem Zeitpunkt ts der Kolben 26 beginnt, sich zu bewegen. Durch die Bewegung des Kolbens 26 und die dabei auftretende Rückinduktion geht der Stromverlauf in einen flacheren Abschnitt über. Zu einem Zeitpunkt tan ist die Anschlagstellung, also die zweite Endstellung, erreicht, über welche hinaus der Kolben 26 sich nicht weiterbewegen kann. Da ab dem Zeitpunkt tan der Kolben 26 sich also nicht mehr weiterbewegt, entsteht auch keine Gegeninduktion, so dass der Strom I zunächst wieder ansteigt, bis zum Zeitpunkt ta das Ende des Erregungszeitintervalls Ie erreicht ist und der Strom I dann beispielsweise exponentiell abklingt. Ab dem Zeitpunkt ta beginnt der Kolben 26 sich dann wieder in seine erste Endstellung zurückzubewegen.
  • Derartige Dosierpumpen werden so betrieben, dass mit einer Arbeitstaktfrequenz im Bereich von 3-10Hz, also 3 bis 10 Arbeitstakten pro Sekunde, gearbeitet wird. Innerhalb eines derartigen Arbeitstaktes IA kann das Erregungszeitintervall Ie eine Zeitspanne von etwa 40 ms einnehmen. Idealerweise sollte dabei der Zeitpunkt tan, zu welchem die zweite Endstellung, also der Bewegungsanschlag, erreicht wird, etwa 35 ms nach dem Beginn te des Erregungszeitintervalls Ie liegen, so dass die Zeitspanne, über welche bei nicht mehr bewegtem Kolben 26 die Antriebseinheit 32 weiterhin bestromt wird, so kurz als möglich gehalten wird, gleichwohl jedoch sichergestellt werden kann, dass der Kolben 26 diese zweite Endstellung erreicht.
  • Die Fig. 3 zeigt in Zuordnung zur Fig. 2 die erste zeitliche Ableitung des in Fig. 2 repräsentierten Stromverlaufs. Zum Zeitpunkt te steigt der Strom zunächst sprungartig an. Die Steigung des Stromverlaufs nimmt dann bis zum Erreichen des Zeitpunkts ts wieder ab. Ab diesem Zeitpunkt ts sinkt die Steigung weiter bzw. fällt der Stromverlauf, so dass sich ein negativer Gradient, also eine negative erste zeitliche Ableitung ergibt. Zum Zeitpunkt des Endanschlags, also zum Zeitpung tan, nimmt der Gradient wieder sprungartig zu und fällt dann wieder ab, bis zum Zeitpunkt ta, also zu demjenigen Zeitpunkt, zu dem die Bestromung tatsächlich beendet wird, der Strom wieder abfällt und somit auch der Gradient einen negativen Wert annimmt.
  • In Zuordnung zur in Fig. 2 gezeigten Stromkurve zeigt die Fig. 4 die zweite zeitliche Ableitung, also die erste zeitliche Ableitung des in Fig. 3 gezeigten Gradienten. Hier ist charakteristisch in Zuordnung zu den beiden zu den Zeitpunkten te und tan der sprunghafte Anstieg der zweiten zeitlichen Ableitung.
  • Dieses Verhalten der ersten zeitlichen Ableitung und der zweiten zeitlichen Ableitung kann dazu genutzt werden, die beiden Zeitpunkte ts und tan, also den Beginn der Bewegung des Kolbens 26 und das Erreichen der Anschlagstellung des Kolbens 26, zu ermittelt. In Zuordnung zur ersten zeitlichen Ableitung und zur zweiten zeitlichen Ableitung sind jeweilige Schwellen S1 bzw. S2 vorgegeben. Unterschreitet die erste zeitliche Ableitung des Stromverlaufs die erste Schwelle S1, wird dies als Indiz für den in Fig. 2 erkennbaren Übergang in einen deutlich flacheren Stromverlauf, also den Bewegungsbeginn, gewertet. Der so ermittelte Zeitpunkt ts kann, wie im Folgenden dargelegt, dann als erste Analysegröße für die weitere Auswertung berücksichtigt werden. Entsprechend kann der Zeitpunkt tan erkannt werden, wenn die zweite zeitliche Ableitung die zugeordnete Schwelle S2 überschreitet, und zwar ab Beginn des Erregungszeitintervalls Ie zum zweiten mal überschreitet. Der so ermittelte Zeitpunkt tan kann dann als zweite Analysegröße für die weitere Verarbeitung genutzt werden.
  • Es sei hier darauf hingewiesen, dass grundsätzlich diese beiden Analysegrößen bzw. Zeitpunkte auch in anderer Weise bestimmt werden können. So könnte beispielsweise nur mit dem Gradienten, also der ersten zeitlichen Ableitung gearbeitet werden, wobei der Zeitpunkt tan als der Zeitpunkt bestimmt werden könnte, in welchem der Gradient die zugeordnete Schwelle S1 zum zweiten mal innerhalb eines Erregungszeitintervalls bzw. zum ersten mal nach dem Zeitpunkt ts überschreitet.
  • Während des Betriebs der Dosierpumpe 20 können die beiden Zeitpunkte ts und tan jeweils als erste Analysegröße und als zweite Analysegröße beispielsweise in der vorangehend beschriebenen Art und Weise ermittelt werden. Beruhend auf diesen Größen können dann, wie im Folgenden mit Bezug auf die Fig. 5 bis 7 erläutert, verschiedene Fehlerzustände im Betrieb der Dosierpumpe 10 erkannt werden.
  • Die Fig. 5 zeigt den Verlauf des Stroms I, aufgetragen über der Zeit, für den Fall, dass beispielsweise auf Grund von Erschütterungen oder auf Grund einer nahezu vollständigen Entleerung des Reservoirs 22 die Dosierpumpe 20 zumindest kurzzeitig Luft an Stelle des flüssigen Brennstoffs fördert. Der Zeitpunkt ts, zu welchem der Kolben 26 sich zu bewegen beginnt, wird in diesem Falle näherungsweise zur gleichen Zeit auftreten, wie dies bei korrekter Betriebsweise ist. Bedingt dadurch, dass bereits von Anfang an ein geringerer Bewegungswiderstand vorhanden sein wird, ist es möglich, dass der Kolben 26 sich geringfügig früher zu bewegen beginnt.
  • Da im Verlaufe dieser Bewegung der Widerstand, gegen welchen der Kolben 26 verschoben werden muss, deutlich geringer ist, da keine Flüssigkeit aus der Pumpenkammer 30 verdrängt werden muss, wird der Kolben 26 seine zweite Bewegungsendstellung deutlich früher erreichen, so dass der als zweite Analysegröße verwendete Zeitpunkt tan im Vergleich zur normalen Funktionalität, wie sie in Fig. 2 repräsentiert ist, deutlich früher auftreten wird. Hier kann beispielsweise beruhend auf dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm für diesen Zeitpunkt tan ein für normale Betriebszustände zu erwartender Referenzwert tan' oder ein Referenzwertebereich vorgegeben sein, in welchem normalerweise, also bei korrekter Betriebsweise, die Endposition erreicht sein sollte. Liegt, wie dies die Fig. 5 zeigt, der tatsächlich ermittelte Zeitpunkt tan vor bzw. ein übermäßiges Ausmaß vor dem Referenzwert tan', so ist dies ein klarer Hinweis auf eine überschnelle Bewegung des Kolbens 26, die grundsätzlich nur auftreten kann, wenn Luft gefördert wird. Durch einen Vergleich der zweiten Analysegröße tan mit der ihr zugeordneten Referenz tan' kann also dieser Fehlerzustand erkannt werden. In einem beispielsweise in der Ansteuervorrichtung 24 vorhandenen Datenspeicher kann ein diesen Fehlerzustand "Fördern von Luft" repräsentierender Code gespeichert werden. Ebenso ist es selbstverständlich möglich, in Zuordnung zu den aufeinander durchgeführten Arbeitstakten nicht nur derartige einen Fehlerzustand oder den normalen Betrieb indizierende Codes abzuspeichern, sondern beispielsweise auch die tatsächlich jeweils erfassten Analysegrößen.
  • Tritt bei einem derartigen System dann eine Betriebsstörung, beispielsweise in Form eines Flammabrisses auf, da nicht mehr ausreichend Brennstoff zur Verfügung steht, so kann in einer nachfolgenden Auswertung der Grund dafür erkannt werden, da bereits vor dem Auftreten des Flammabrisses Arbeitstakte aufgetreten sind, denen ein den Flammabriss indizierender Fehlercode zugeordnet und abspeichert ist. Wird lediglich die zweite Analysegröße an sich abgespeichert, so kann durch spätere Auswertung, also durch späteren Vergleich derselben mit der zugeordneten Referenz, erkannt werden, dass der aufgetretene Flammabriss durch das Fördern von Luft bedingt oder zumindest begünstigt war.
  • Da derartige Fehlerzustände im Allgemeinen innerhalb vergleichsweise kurzer Zeit zu Betriebsstörungen führen, kann zum möglichst effizienten Nutzen des vorhandenen Speichervolumens so vorgegangen werden, dass lediglich in Zuordnung zu einer bestimmten Anzahl, beispielsweise 100, in der Vergangenheit liegender Arbeitstakte IA diese Daten gespeichert werden, so dass jeweils für die letzten beispielsweise 100 Arbeitsakte IA diese Information vorliegt.
  • Um die Genauigkeit bei der Fehlerindizierung zu erhöhen, kann beispielsweise weiterhin so vorgegangen werden, dass dann, wenn zunächst erkannt wird, dass der durch die zweite Analysegröße, also den Zeitpunkt tan, indizierte Anschlag, zu früh auftritt, zunächst durch Variation des Tastverhältnisses des Spannungssignals U versucht werden, diesen Zeitpunkt tan in Richtung zu seiner Referenz tan' zu verschieben. Ein zu frühes Auftreten der zweiten Analysegröße kann möglicherweise dadurch kompensiert werden, dass das Tastverhältnis in Richtung Verringerung der mittleren anliegenden Spannung verschoben wird. Bewegt sich auf diese Maßnahme hin die zweite Analysegröße tan nicht bzw. nicht ausreichend schnell oder ausreichend nahe an die Referenz tan' heran, so konnte also auch durch Verringern der Spannung und mithin Verringern der den Kolben 26 antreibenden Kraft dessen zu schnelle Bewegungen nicht ausreichend abgebremst werden, so dass dann beispielsweise der entsprechende Fehlercode gesetzt bzw. abgespeichert werden kann, z.B. auch in Verbindung mit Information, welche die anliegende Spannung charakterisiert.
  • Ein weiterer Fehlerzustand ist in Fig. 6 gezeigt. Man erkennt in Fig. 6, dass innerhalb des Erregungszeitintervalls Ie, also während des Zeitraums, während welchem das gepulste Spannungssignal U anliegt, des Strom I stetig ansteigt. Es kann hier also weder eine erste Analysegröße, also der Zeitpunkt ts, noch eine zweite Analysegröße, also der Zeitpunkt tan, ermittelt werden. Dieser Zustand kann tatsächlich nur dann auftreten, wenn der Kolben 26 innerhalb des Erregungszeitintervalls Ie sich nicht zu bewegen beginnt. Dies bedeutet, dass der Kolben 26 auf Grund irgendeines Defekts gegen Bewegung blockiert ist. Wird also weder die erste Analysegröße, noch die zweite Analysegröße erkannt, so kann wieder ein diesen Fehlerzustand, also Bewegungsblockierung des Kolbens 26, indizierender Code gesetzt bzw. abgespeichert werden bzw. ein das Nichtauftreten der jeweiligen Analysegröße indizierender Zahlenwert als die entsprechende Zeit gespeichert werden.
  • Die Fig. 7 zeigt einen Fehlerzustand, bei welchem innerhalb des Erregungszeitintervalls Ie zwar die erste Analysewert ts auftritt, also zum Zeitpunkt ts der Kolben 26 beginnt, sich zu bewegen, bis zum Endzeitpunkt ta des Erregungszeitintervalls das Auftreten oder Erreichen des Endanschlags nicht erkannt werden konnte, also keine zweite Analysegröße ermittelt werden konnte. Dies ist also ein Zustand, in welchem auf die Erregung hin der Kolben 26 zwar begonnen hat, sich zu bewegen, sich aber offensichtlich zu langsam bewegt. Dies kann beispielsweise dadurch verursacht werden, dass der zu fördernde Brennstoff zu zäh ist, oder dass im Förderweg des Brennstoffs stromabwärts der Dosierpumpe 20 ein Förderstau, beispielsweise durch die Verstopfung einer Förderleitung aufgetreten ist. Auch in diesem Falle kann ein entsprechender Fehlercode gesetzt werden, welcher indiziert, dass ein Problem beim Fördern des Brennstoffs durch die Leitungen hindurch vorhanden ist, dass grundsätzlich jedoch die Dosierpumpe 20 dazu in der Lage wäre, den Brennstoff zu fördern. Auch hier kann die tatsächlich anliegende Spannung als weitere Analysegröße mitgewertet bzw. gespeichert werden.
  • Bei den in den Fig. 6 und 7 vorhandenen Fehlerzuständen erkennt man, dass jeweils gleichermaßen keine zweite Analysegröße ermittelt werden kann. Auf Grund der möglichst einfachen Datenverarbeitung kann es daher vorteilhaft sein, grundsätzlich während des Betriebs der Dosierpumpe 20 in den einzelnem Arbeitstakten IA nur die zweite Analysegröße tan zu ermitteln. Kann eine zweite Analysegröße ermittelt werden, so muss zwangsweise auch eine erste Analysegröße vorhanden sein. Da hinsichtlich der beschriebenen Fehlerzustände jedoch die zeitliche Lage der ersten Analysegröße von untergeordneter Bedeutung ist und lediglich die Frage, ob bzw. ob nicht innerhalb eines Erregungszeitintervalls Ie eine erste Analysegröße ermittelt werden kann, ist es dann, wenn eine zweite Analysegröße tan ermittelt werden konnte, ausreichend, deren Lage zu bestimmen bzw. mit der zugeordneten Referenz tan' zu vergleichen. Ist jedoch innerhalb eines Erregungszeitintervalls Ie keine zweite Analysegröße aufgetreten, kann dann so vorgegangen werden, dass in einem bzw. in mehreren dann folgenden Arbeitstakten IA versucht wird, auch die erste Analysegröße zu ermitteln. Kann eine erste Analysegröße ermittelt werden, obgleich keine zweite Analysegröße ermittelt werden konnte, deutet dies auf den in Fig. 7 dargestellten Fall der zu langsamen Bewegung des Kolbens 26 hin. Kann keine erstes Analysegröße ermittelt werden, deutet dies auf den in Fig. 6 gezeigten Fall hin. Es kann somit der Verarbeitungsaufwand dadurch gering gehalten werden, dass die erste Analysegröße tatsächlich nur dann ermittelt wird, wenn dies für die weitere Auswertung auch hilfreich ist.
  • Wie vorangehend dargelegt, kann unter Berücksichtigung der ermittelten Analysegrößen bzw. der in Zuordnung dazu generierten Fehlercodes dann, wenn eine Betriebsstörung aufgetreten ist, nachvollzogen werden, welches Problem zur Betriebsstörung geführt hat, um möglicherweise in einem Reparaturbetrieb entsprechende Korrekturen vorzunehmen. Hierzu kann der vorangehend bereits beschriebene Speicher ausgelesen und hinsichtlich der darin gespeicherten Daten ausgewertet werden. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, unmittelbar im Betrieb zu erkennen, wenn Fehlerzustände auftreten, die in naher Zukunft zu einer Betriebsstörung führen könnten. Zeigt sich beispielsweise, dass der in Fig. 5 gezeigte Fall vorliegt, also offenbar Luft gefördert wird, so kann die Arbeitstaktfrequenz, mit welcher die Dosierpumpe 20 betrieben wird, erhöht werden, um, bereits bevor es zu einem Flammabriss kommen kann, schneller Brennstoff nachzufördem, sofern noch Brennstoff im Reservoir 22 verfügbar ist. Auf diese Art und Weise kann das Auftreten der Betriebsstörung dann möglicherweise vollständig verhindert werden. Auch bei den in den Fig. 6 bzw. 7 gezeigten Fehlerzuständen kann unmittelbar dann, wenn diese bei einem oder mehreren aufeinander folgenden Arbeitstakten erkannt worden ist, beispielsweise durch Erhöhen der mittleren anliegenden Spannung versucht werden, den Kolben schneller bzw. überhaupt zu bewegen. Befindet sich das System in einer Startphase, bei welcher also zunächst die Brennstoffleitung wieder befüllt werden muss, kann die Information auch dazu genutzt werden, diese Startphase entsprechend zu verlängern, bis sichergestellt ist, dass ausreichend Brennstoff in der Leitung vorhanden ist, um mit dem Einspeisen in die Brennkammer 16 zu beginnen.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Analysieren des Betriebs einer Dosierpumpe für Flüssigkeit, insbesondere Brennstoffdosierpumpe für ein Fahrzeugheizgerät, welche Dosierpumpe (20) einen getaktet zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegbaren Kolben (26) und eine diesem zugeordnete, durch Anlegen einer Spannung (U) während Erregungszeitintervallen (Ie) in jeweiligen Arbeitstakten (IA) des Kolbens (26) elektrisch erregbare Antriebseinheit (32) umfasst, wobei das Verfahren die Maßnahmen umfasst:
    - Ermitteln eines Startzeitpunktes (ts) der Bewegung des Kolbens (26) als erste Analysegröße
    und
    Ermitteln eines Endzeitpunktes (tan) der Bewegung des Kolbens (26) als zweite Analysegröße,
    - Vergleichen wenigstens einer Analysegröße (ts, tan) mit einer dieser zugeordneten Referenz (tan'), gekennzeichnet duch das, beruhend auf dem Vergleichsergebnis, Erkennen auf Vorliegen eines Fehlerzustandes, wenn die Analysegröße (ts, tan) von der Referenz (tan') abweicht, und
    dadurch, dass die erste Analysegröße (ts) nur dann ermittelt wird, wenn in einem oder mehreren vorangehenden Arbeitsakten der Vergleich der zweiten Analysegröße (tan) mit der ihr zugeordneten Referenz (tan') das Vorliegen eines Fehlerzustandes indiziert,
    keine zweite Analysegröße (tan) erkannt wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Zuordnung zu einem jeweiligen Arbeitstakt (IA) des Kolbens (26) wenigstens eine Analysegröße (ts, tan) oder/und das Vergleichsergebnis des Vergleichs wenigstens einer Analysegröße mit der ihr zugeordneten Referenz (tan') gespeichert wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die zweite Analysegröße (tan) vor der ihr zugeordneten Referenz (tan') liegt, auf Vorliegen eines das Fördern von Luft umfassenden Fehlerzustandes erkannt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die zweite Analysegröße (tan) in einem Erregungszeitintervall (Ie) und nach der ihr zugeordneten Referenz (tan') liegt, auf Vorliegen eines ein erschwertes Fördern umfassenden Fehlerzustandes geschlossen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn in einem Erregungszeitintervall (Ie) keine zweite Analysegröße (tan) erkannt wird und eine erste Analysegröße (ts) erkannt wird, auf Vorliegen eines ein erschwertes Fördern umfassenden Fehlerzustandes geschlossen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn in einem Erregungszeitintervall (Ie) keine erste Analysegröße (ts) erkannt wird, auf Vorliegen eines eine Bewegungsblockierung des Kolbens (26) umfassenden Fehlerzustandes erkannt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die zweite Analysegröße (tan) in einem Erregungszeitintervall (Ie) vor oder nach der ihr zugeordneten Referenz (tan') liegt, in wenigstens einem folgenden Arbeitstakt (IA) durch Variation der Erregungsspannung (U) für die Antriebseinheit (32) versucht wird, die zweite Analysegröße (tan) in Richtung Referenz (tan') zu verschieben, und dass dann, wenn eine Variation der Erregungsspannung (U) nicht zu einer ausreichenden Verschiebung der zweiten Analysegröße (tan) führt, auf Vorliegen eines Fehlerzustandes erkannt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Analysegröße (ts) durch Bilden der ersten zeitlichen Ableitung des in einem Erregungszeitintervall (Ie) fließenden elektrischen Stroms (I) und Vergleichen derselben mit einer zugeordneten ersten Schwelle (S1) ermittelt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Analysegröße (tan) durch Bilden der zweiten zeitlichen Ableitung des in einem Erregungszeitintervall (Ie) fließenden elektrischen Stroms (I) und Vergleichen derselben mit einer zugeordneten zweiten Schwelle (S2) ermittelt wird.
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