WO2009040214A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer membranpumpe - Google Patents

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WO2009040214A1
WO2009040214A1 PCT/EP2008/061461 EP2008061461W WO2009040214A1 WO 2009040214 A1 WO2009040214 A1 WO 2009040214A1 EP 2008061461 W EP2008061461 W EP 2008061461W WO 2009040214 A1 WO2009040214 A1 WO 2009040214A1
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diaphragm pump
operating current
operating voltage
flow rate
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PCT/EP2008/061461
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Inventor
Peter Bauer
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Continental Automotive Gmbh
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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
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • 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
    • 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
    • F04B49/065—Control using electricity and making use of computers

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating a diaphragm pump.
  • a diaphragm pump essentially corresponds to a cylinder piston pump.
  • the diaphragm pump comprises a diaphragm which seals off a piston of the diaphragm pump from a working volume, through which a fluid is delivered, from the piston and the remaining drive of the diaphragm pump.
  • the diaphragm pump is often used for pumping fluids that could destroy the moving elements of the diaphragm pump without the diaphragm.
  • a nitrogen oxide content of an exhaust gas of the corresponding internal combustion engine can be reduced by metering ammonia by means of an SCR catalyst in an exhaust tract of the internal combustion engine.
  • a diaphragm pump is regularly used for pumping the urea solution.
  • the object underlying the invention is to provide a method and an apparatus for operating a diaphragm pump, which simply contribute to a very precise conveying of a fluid by means of the diaphragm pump.
  • the invention is characterized by a method and an apparatus for operating a diaphragm pump.
  • An operating voltage which is applied to an electrical connection of the diaphragm pump and / or an operating current which flows via the electrical connection are determined.
  • the determined operating voltage or the determined operating current will be analyzed.
  • an operation of the diaphragm pump is regulated and / or diagnosed.
  • the regulation of the diaphragm pump relates, in particular, to the regulation of an actual delivery quantity, so that it corresponds at least approximately to a desired delivery rate of a fluid which is to be delivered with the diaphragm pump.
  • the diagnosis includes detecting an operating error of the diaphragm pump and / or a delivery rate sensor for determining the actual value of the delivery rate.
  • the determined operating voltage and / or the determined operating current are analyzed by evaluating a profile of the operating voltage or the operating current with regard to at least one slope of the curve.
  • the determined operating voltage and / or the determined operating current are analyzed by the course of the operating voltage or the operating current with respect to at least a plateau of the course will be evaluated.
  • Evaluation of the course with respect to the plateau may also include determining a distance of the plateau from the X-axis. This simply helps to analyze the determined operating current and / or the determined operating voltage.
  • the determined operating voltage and / or the determined operating current are analyzed by the course of the operating voltage or the operating current are evaluated with respect to at least one maximum value of the course.
  • the determined operating voltage and / or the determined operating current are analyzed by evaluating the profile of the operating voltage or of the operating current with regard to at least one decay time after reaching the maximum value.
  • the operation of the diaphragm pump is regulated as a function of the analysis of the determined operating voltage or of the determined operating current, in that, depending on the analysis of mean operating voltage or the determined operating current, an actual value of a flow rate of the diaphragm pump is determined. Furthermore, to determine the operation of the diaphragm pump, the determined actual value of the delivery quantity is compared with a predetermined desired value of the delivery quantity. The operating voltage is changed so that the actual value of the flow rate approaches the preset target value of the flow rate. This makes it possible to dispense with a flow sensor for determining the flow rate and still be able to determine the actual value of the flow rate.
  • the operation of the diaphragm pump is diagnosed by determining an actual value of a delivery rate of the diaphragm pump depending on the analysis of the determined operating voltage or the determined operating current and by determining the determined actual value the amount of delivery is compared with an actual value of the flow rate, which is detected by means of a flow rate sensor.
  • a faulty flow rate sensor is detected when a difference between the determined actual value and the actual value of the flow rate detected by means of the flow rate sensor is greater than a predefined threshold value.
  • FIG. 1 shows a section through a diaphragm pump
  • FIG. 2 is a flow chart of a program for operating the diaphragm pump.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a regulation of the diaphragm pump
  • FIG. 4 shows first diagrams of an operating voltage and an operating current of the diaphragm pump
  • FIG. 5 shows second diagrams of the operating voltage and of the operating current
  • FIG 6 shows third diagrams of the operating voltage and the operating current.
  • a diaphragm pump 2 (FIG. 1) comprises an inlet 4 and a drain 6.
  • the inlet 4 communicates, for example, with a fluid tank, for example a fluid tank, for receiving an aqueous urea solution.
  • the drain 6 communicates preferably via an injection valve, for example with an exhaust gas tract of an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can, for example, in a
  • a coil 8 is provided, which is supplied via an electrical connection 10 with electrical energy.
  • the electrical energy is at least partially converted into magnetic energy of the coil 8.
  • the magnetic energy causes depending on the direction of a current flow through the coil 8, a movement of an armature 12 in the direction of or away from the inlet 4.
  • the armature 12 is mechanically coupled to a delivery piston 14. Furthermore, the armature 12 and the delivery piston 14 are movably arranged in corresponding cylinders of the diaphragm pump 2.
  • a membrane 16 separates a drive of the diaphragm pump 2, in particular the piston 14 and the armature 12 from a working volume 20.
  • the working volume 20 is supplied via the inlet 4 and an inlet valve 18 with fluid, for example with an aqueous urea solution. If the delivery piston 14 moves away from the working volume 20, the membrane 16 expands. As a result, a negative pressure in the working volume 20 is generated. Due to the negative pressure in the working volume 20, fluid is sucked into the working volume 20 via the inlet 4 and the inlet valve 18. In the opposite direction of flow, the inlet valve 18
  • the delivery piston 14 moves in the direction of the working volume 20, an overpressure arises in the working volume 20. Since the inlet valve 18 blocks in the direction of flow to the inlet 4, the fluid is conveyed via a drain valve 22 to the outlet 6.
  • the drain valve 22 allows fluid flow of the fluid from the working volume 20 to the drain 6 and blocks fluid flow from the drain 6 back to the working volume 20.
  • the delivery piston 14 coupled to the armature 12 moves back and forth, with each movement sucking fluid into the working volume 20 and then pushing it out of the working volume 20 again.
  • the membrane 16, the working volume 20, the inlet and the outlet 4, 6 are formed so that the fluid to be delivered does not come into contact with the moving elements of the diaphragm pump 2.
  • a program (FIG. 2) for operating the diaphragm pump 2 is preferably stored on a storage medium of a control unit for operating the diaphragm pump 2.
  • the control unit can also be referred to as a device for operating the diaphragm pump 2.
  • the program serves to diagnose operation of the diaphragm pump 2. Diagnosing the operation of the diaphragm pump 2 preferably comprises the search of faulty components of the diaphragm pump 2 and / or faulty components of the control unit and / or optionally a check of a flow rate sensor for detecting an actual value MAS_AV a flow rate, which is funded with the diaphragm pump 2 ( Figure 3).
  • the program is preferably started in a step S1, in which variables are initialized, whenever the diagnosis of the operation of the diaphragm pump 2 is initiated.
  • an operating current I_P and / or an operating voltage U P of the diaphragm pump 2 is determined.
  • an ammeter or a voltage measuring device is connected to the electrical connection 10 and / or an algorithm for determining the operating current I_P and / or the operating voltage U P of the diaphragm pump 2 is started.
  • the operating current I_P or the operating voltage U P are preferably monitored over a predetermined period of time and a profile of the operating current I_P or the operating voltage U P is recorded.
  • the operating current I_P or the operating voltage U P can be used directly for the diagnosis without being recorded.
  • a step S3 the diagnosis of the operation of the diaphragm pump 2 is started by means of a diagnostic instruction DIAG.
  • a first course (FIG. 4) of the operating voltage U_P or of the operating current IP, which is shown in a first diagram, with regard to a slope of the curve, a plateau of the curve, a maximum value of the curve and / or a decay time after reaching of the maximum value.
  • a local minimum which is caused by the inductance of the coil 8 results in the course of the operating voltage after the square-wave pulse.
  • This local minimum is characteristic of the fact that current flows through the coil 8 and thus the membrane pump is switched on.
  • two slopes which are approximately constant within a predetermined time interval, are respectively characterized by a first tangent T_l and a second tangent T_2.
  • the second tangent T 2 has the slope zero and is thus representative of a plateau.
  • the fact that the plateau follows directly on the first slope, is representative of the fact that the diaphragm pump 2 is idling and that the diaphragm pump 2 works properly, if currently the diaphragm pump 2 is to be operated at idle. However, if the diaphragm pump 2 is to convey the fluid currently and the course of the operating current I_P has the plateau directly after the first gradient, then an error of the diaphragm pump 2 is detected. For example, the diaphragm pump 2 may be driven to convey the fluid, but does not manage to suck the fluid because, for example, the fluid in the fluid tank or a supply line to the inlet 4 is frozen.
  • FIG. 5 In a second diagram (FIG. 5), which in the fault-free operation of the diaphragm pump 2 is representative of a delivery of the fluid at half maximum delivery pressure, a second one follows the first slope of the operating flow I_P, which is characterized by a third tangent T_3 Slope characterized by a fourth tangent T_4. Only after the second slope comes the plateau, which is characterized by a fifth tangent T_5. The two consecutive different gradients followed by the plateau are representative of the fact that the diaphragm pump 2 promotes the fluid as intended.
  • a height of the plateau and thus a distance of the plateau to the X-axis of the second diagram is representative of an actual value MAS_AV the flow rate of the diaphragm pump 2.
  • the actual value MAS AV of the flow rate can be read, for example, from a map, the input size of the distance of the plateau to the X axis.
  • the map and, if appropriate, additional maps can be determined, for example, on a test bench.
  • a model calculation can be determined by the actual value MAS AV of the flow rate can be determined depending on the distance of the plateau from the X-axis. If the diaphragm pump 2 is to be conveyed at full pressure or is idling, the second diagram is representative of the fact that the diaphragm pump 2 is currently not operated without errors.
  • FIG. 6 In a third diagram (FIG. 6), only a region of the profile of the operating current I_P can be seen, which has an approximately constant gradient. This slope is characterized by a sixth tangent T6.
  • This profile of the operating current I_P is representative of the fact that the diaphragm pump 2 is operated at maximum delivery rate. This is regularly representative of the faulty operation of the diaphragm pump 2, since the diaphragm pump 2 is not regularly operated for reasons of wear with the maximum delivery rate. Furthermore, this is representative of the fault of the diaphragm pump, if currently the diaphragm pump 2 is to be operated with only half pressure, for example, or should be operated at idle.
  • determining the actual value MAS AV of the delivery quantity can help to check or save a delivery quantity sensor for recording the delivery quantity.
  • the actual value MAS AV of the delivery quantity determined by means of the operating current I_P can be compared with an actual value of the delivery quantity which can be detected by the delivery quantity sensor the flow rate is detected. If a difference between the two actual values is greater than a predefined threshold value, then this is representative of the fact that the control unit or the flow rate sensor for detecting the flow rate are not operated correctly.
  • a maximum value of the course of the operating current IP and / or a Abklinkzeit the operating current I_P after the maximum value are representative of a temperature and a resistance of the coil 8. If the temperature of the coil is too high or the resistance of the coil is not within a predetermined interval, thus it can be concluded that a faulty operation of the diaphragm pump 2.
  • a current pressure with which the fluid is conveyed can be determined by the distance of the plateau from the X-axis and / or by the maximum value.
  • the flow rate can be determined by a time length of the first hill, by a height of the negative voltage of the pump or by the maximum value. If a build-up of pressure is expected, but the diaphragm pump 2 is idling, this may be an indication of air in the diaphragm pump 2 or a line of the diaphragm pump 2. If no pressure build-up takes place in a supply line to the diaphragm pump 2 but a high pressure prevails internally in the diaphragm pump 2, the fluid can be frozen, for example. This can be determined by monitoring the magnitude of the operating current I P.
  • a leak can be detected by comparing the detected pressure with a pressure detected with a pressure sensor. Furthermore, a crack of the membrane 16 of the diaphragm pump 2 can be detected if the course of the operating current IP has the two slopes, which are characterized by the first and second tangents T 1, T 2, but the first tangent T_I is steeper and / or Distance of the second tangent T 2 to the X-axis is smaller than in idle mode.
  • the program can be ended.
  • the program is regularly during operation the membrane pump 2 processed. In this case, several or only one of the diagnoses mentioned can be carried out.
  • the actual value MAS_AV of the delivery quantity can be used to regulate an actual delivery rate of the diaphragm pump 2 to a predetermined desired value MAS_SP of the delivery rate.
  • the desired value MAS SP of the flow rate can be determined, for example, by a nitrogen oxide content of an exhaust gas in the exhaust gas tract of the internal combustion engine.
  • a difference DELTA is determined as a function of the actual value MAS_AV and the setpoint value MAS_SP of the delivery quantity.
  • the difference DELTA serves as an input signal for a controller 32.
  • An output signal of the controller 32 which, for example, affects the operating voltage U_P or the operating current I P, serves as an input signal for a controlled system STR.
  • the controlled system STR comprises the diaphragm pump 2.
  • the operating current I_P at the electrical connection 10 is determined as the output signal of the diaphragm pump 2.
  • the determined operating current I_P is routed to a computing unit 30, which is included for example by the control unit.
  • the actual value MAS AV of the delivery rate is determined as a function of the operating current I_P.
  • the regulation of the operation of the diaphragm pump 2, in particular the control of the flow rate, which is conveyed by the diaphragm pump 2, allows a very precise adjustment of the actual flow rate. This can contribute to the exhaust gas of the internal combustion engine preferably having as few pollutants as possible.
  • the operating current I_P can be determined by means of an output stage which supplies the membrane pump 2 with energy.
  • an output current of the output stage can be limited with a predetermined maximum value limitation. This causes the output stage to interrupt the power supply each time an output current that exceeds the maximum limit is reached.
  • There the predetermined maximum value limitation is known, can then be deduced a current value of the operating current I_P. If one measures a period of time which elapses until the output stage switches off, an average slope of the profile of the operating current IP can also be determined. The thus determined operating current I_P and / or the thus determined slope can then be used to diagnose the operation of the diaphragm pump 2 and / or to regulate the flow rate.

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Abstract

Zum Betreiben einer Membranpumpe (2) werden eine Betriebsspannung (U_P), die an einem elektrischen Anschluss (10) der Membranpumpe (2) anliegt, und/oder ein Betriebsstrom (I_P), der über den elektrischen Anschluss fließt, ermittelt. Die ermittelte Betriebsspannung(U_P) bzw. der ermittelte Betriebsstrom (I_P) werden analysiert. Abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung (U_P) bzw. des ermittelten Betriebsstroms (I_P) wird ein Betrieb der Membranpumpe (2) geregelt und/oder diagnostiziert.

Description

Beschreibung :
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Membranpumpe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Membranpumpe.
Eine Membranpumpe entspricht im Wesentlichen einer Zylinderkolbenpumpe. Im Unterschied zu der Zylinderkolbenpumpe um- fasst die Membranpumpe jedoch eine Membran, die einen Kolben der Membranpumpe von einem Arbeitsvolumen, durch das ein Fluid gefördert wird, von dem Kolben und dem restlichen Antrieb der Membranpumpe dichtend abtrennt. Die Membranpumpe findet häufig Einsatz zum Pumpen von Fluiden, die ohne die Membran die beweglichen Elemente der Membranpumpe zerstören könnten.
Bei einem mager laufenden Ottomotor oder bei einer Diesel- Brennkraftmaschine kann ein Stickoxidgehalt eines Abgases der entsprechenden Brennkraftmaschine durch Zumessen von Ammoniak mittels eines SCR-Katalysators in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine reduziert werden. Zum Pumpen der Harnstofflö- sung wird regelmäßig eine Membranpumpe verwendet.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, ein Ver- fahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Membranpumpe zu schaffen, die einfach zu einem sehr präzisen Fördern eines Fluids mittels der Membranpumpe beitragen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Membranpumpe. Eine Betriebs- Spannung, die an einem elektrischen Anschluss der Membranpumpe anliegt und/oder ein Betriebsstrom, der über den elektrischen Anschluss fließt, werden ermittelt. Die ermittelte Betriebsspannung beziehungsweise der ermittelte Betriebsstrom werden analysiert. Abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung beziehungsweise des ermittelten Betriebsstroms wird ein Betrieb der Membranpumpe geregelt und/oder diagnostiziert .
Dies ermöglicht einfach die Regelung des Betriebs der Membranpumpe. Ferner ermöglicht dies einfach die Diagnose der Membranpumpe. Die Regelung der Membranpumpe bezieht sich insbesondere auf die Regelung einer Istfördermenge, so dass die- se zumindest näherungsweise eine Sollfördermenge eines Fluids entspricht, das mit der Membranpumpe gefördert werden soll. Die Diagnose umfasst ein Erkennen eines Betriebsfehlers der Membranpumpe und/oder eines Fördermengensensors zum Ermitteln des Istwerts der Fördermenge. Der Ausdruck "beziehungsweise" wird in dieser Patentanmeldung entsprechend seiner ursprünglichen Bedeutung verwendet, gemäß der das Adverb "beziehungsweise" zwischen den Elementen einer mehrteiligen Aussage steht, wenn sie sich auf unterschiedliche vorher genannte Substantive beziehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die ermittelte Betriebsspannung und/oder der ermittelte Betriebsstrom analysiert, indem ein Verlauf der Betriebsspannung beziehungsweise des Betriebsstroms im Hinblick auf zumindest eine Steigung des Verlaufs ausgewertet werden. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass vorzugsweise mittels eines Algorithmus, der auf einem Steuergerät abgearbeitet wird, zumindest eine vorzugsweise mehrere Steigungen in dem Verlauf der Betriebsspannung beziehungsweise des Betriebsstroms gesucht werden. Ab- hängig von den Steigungen kann dann die Membranpumpe geregelt und/oder diagnostiziert werden. Dies trägt einfach dazu bei, die ermittelte Betriebsspannung und/oder den ermittelten Betriebsstrom zu analysieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die ermittelte Betriebsspannung und/oder der ermittelte Betriebsstrom analysiert, indem der Verlauf der Betriebsspannung beziehungsweise des Betriebsstroms im Hinblick auf zumindest ein Plateau des Verlaufs ausgewertet werden. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass vorzugsweise ein weiterer Algorithmus, der auf dem Steuergerät abgearbeitet wird, so ausgebildet ist, dass er in dem Verlauf der Betriebsspannung bezie- hungsweise des Betriebsstroms nach dem Plateau sucht. Die
Auswertung des Verlaufs im Hinblick auf das Plateau kann auch ein Ermitteln einer Entfernung des Plateaus von der X-Achse umfassen. Dies trägt einfach dazu bei, den ermittelten Betriebsstrom und/oder die ermittelte Betriebsspannung zu ana- lysieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die ermittelte Betriebsspannung und/oder der ermittelte Betriebsstrom analysiert, indem der Verlauf der Betriebsspannung be- ziehungsweise des Betriebsstroms im Hinblick auf zumindest einen Maximalwert des Verlaufs ausgewertet werden. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass vorzugsweise ein weiterer Algorithmus so ausgebildet ist, dass dieser in dem Verlauf zumindest einen Maximalwert findet und diesen für die Rege- lung und/oder die Diagnose nutzt.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die ermittelte Betriebsspannung und/oder der ermittelte Betriebsstrom analysiert werden, indem der Verlauf der Betriebsspan- nung beziehungsweise des Betriebsstroms im Hinblick auf zumindest eine Abklingzeit nach Erreichen des Maximalwerts ausgewertet werden. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass vorzugsweise ein weiterer Algorithmus vorgesehen ist, durch den der Maximalwert gefunden werden kann und durch den die Abklingzeit nach Erreichen des Maximalwerts ermittelt wird. Der Maximalwert und die Abklingzeit können dann dazu beitragen, die Fördermenge zu regeln und/oder die Membranpumpe zu diagnostizieren .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Betrieb der Membranpumpe abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung beziehungsweise des ermittelten Betriebsstroms geregelt, indem abhängig von der Analyse der er- mittelten Betriebsspannung beziehungsweise des ermittelten Betriebsstroms ein Istwert einer Fördermenge der Membranpumpe ermittelt wird. Ferner wird zum Regeln des Betriebs der Membranpumpe der ermittelte Istwert der Fördermenge mit einem vorgegebenen Sollwert der Fördermenge verglichen. Die Betriebsspannung wird so verändert, dass sich der Istwert der Fördermenge an den vorgegebenen Sollwert der Fördermenge annähert. Dies ermöglicht, auf einen Fördermengensensor zum Ermitteln der Fördermenge zu verzichten und dennoch den Istwert der Fördermenge ermitteln zu können. Dies trägt dazu bei, dass die Membranpumpe und/oder die Elektronik zum Betreiben der Membranpumpe einfach und günstig sind. Ferner ermöglicht dies bei Vorhandensein des Fördermengensensors zum Ermitteln der Fördermenge, den Fördermengensensor und/oder den Betrieb der Membranpumpe durch gegenseitige Plausibilisierung der Istwerte zu diagnostizieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung beziehungs- weise des ermittelten Betriebsstroms der Betrieb der Membranpumpe diagnostiziert, indem abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung beziehungsweise des ermittelten Betriebsstroms ein Istwert einer Fördermenge der Membranpumpe ermittelt wird und indem der ermittelte Istwert der Förder- menge mit einem Istwert der Fördermenge verglichen wird, der mittels eines Fördermengensensors erfasst wird. Auf einen fehlerhaften Fördermengensensor wird erkannt, wenn ein Unterschied zwischen dem ermittelten Istwert und dem mittels des Fördermengensensors erfassten Istwerts der Fördermenge größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch eine Membranpumpe, Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Betreiben der Membranpumpe,
Figur 3 eine Prinzipskizze einer Regelung der Membranpumpe,
Figur 4 erste Diagramme einer Betriebsspannung und eines Betriebsstroms der Membranpumpe,
Figur 5 zweite Diagramme der Betriebsspannung und des Be- triebsstroms,
Figur 6 dritte Diagramme der Betriebsspannung und des Betriebsstroms .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Membranpumpe 2 (Figur 1) umfasst eine Zulauf 4 und einen Ablauf 6. Der Zulauf 4 kommuniziert beispielsweise mit einem Fluidtank, beispielsweise einem Fluidtank zum Aufnehmen einer wässrigen Harnstofflösung.
Der Ablauf 6 kommuniziert vorzugsweise über ein Einspritzventil beispielsweise mit einem Abgastrakt einer Brennkraftma- schine. Die Brennkraftmaschine kann beispielsweise in einem
Kraftfahrzeug angeordnet sein. Zum Antrieb der Membranpumpe 2 ist eine Spule 8 vorgesehen, die über einen elektrischen An- schluss 10 mit elektrischer Energie versorgt wird.
Die elektrische Energie wird zumindest teilweise in magnetische Energie der Spule 8 umgewandelt. Die magnetische Energie bewirkt je nach der Richtung eines Stromflusses durch die Spule 8 eine Bewegung eines Ankers 12 in Richtung hin oder weg von dem Zulauf 4. Der Anker 12 ist mit einem Förderkolben 14 mechanisch gekoppelt. Ferner sind der Anker 12 und der Förderkolben 14 beweglich in entsprechenden Zylindern der Membranpumpe 2 angeordnet. Eine Membran 16 trennt einen Antrieb der Membranpumpe 2, insbesondere den Kolben 14 und den Anker 12 von einem Arbeitsvolumen 20 ab. Das Arbeitsvolumen 20 wird über den Zulauf 4 und ein Zulaufventil 18 mit Fluid versorgt, beispielsweise mit einer wässrigen Harnstofflösung. Bewegt sich der Förderkolben 14 weg von dem Arbeitsvolumen 20, so dehnt sich die Membran 16 aus. Dadurch wird ein Unterdruck in dem Arbeitsvolumen 20 erzeugt. Durch den Unterdruck in dem Arbeitsvolumen 20 wird Fluid über den Zulauf 4 und das Zulaufventil 18 in das Ar- beitsvolumen 20 gesaugt. In entgegen gesetzter Strömungsrichtung sperrt das Zulaufventil 18 ab.
Bewegt sich der Förderkolben 14 in Richtung hin zu dem Arbeitsvolumen 20, so entsteht ein Überdruck in dem Arbeitsvo- lumen 20. Da das Zulaufventil 18 in Strömungsrichtung hin zu dem Zulauf 4 sperrt wird das Fluid über ein Ablaufventil 22 zu dem Ablauf 6 gefördert. Das Ablaufventil 22 erlaubt einen Fluidfluss des Fluids aus dem Arbeitsvolumen 20 hin zu dem Ablauf 6 und sperrt einen Fluidfluss von dem Ablauf 6 zurück zu dem Arbeitsvolumen 20.
Bei geeigneter Ansteuerung der Spule 8 bewegt sich der mit dem Anker 12 gekoppelte Förderkolben 14 hin und her, wobei bei jeder Bewegung Fluid in das Arbeitsvolumen 20 gesaugt und danach wieder aus dem Arbeitsvolumen 20 herausgedrückt wird.
Vorzugsweise sind die Membran 16, das Arbeitsvolumen 20, der Zu- und der Ablauf 4, 6 so ausgebildet, dass das zu fördernde Fluid nicht mit den sich bewegenden Elemente der Membranpumpe 2 in Kontakt kommt.
Auf einem Speichermedium einer Steuereinheit zum Betreiben der Membranpumpe 2 ist vorzugsweise ein Programm (Figur 2) zum Betreiben der Membranpumpe 2 abgespeichert. Die Steuer- einheit kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Membranpumpe 2 bezeichnet werden. Das Programm dient dazu, einen Betrieb der Membranpumpe 2 zu diagnostizieren. Das Diagnostizieren des Betriebs der Membranpumpe 2 umfasst vorzugsweise das Suchen von fehlerhaften Komponenten der Membranpumpe 2 und/oder von fehlerhaften Bauelementen der Steuereinheit und/oder gegebenenfalls ein Überprüfen eines Fördermengensensors zum Erfassen eines Istwerts MAS_AV einer Fördermenge, die mit der Membranpumpe 2 gefördert wird (Figur 3) .
Das Programm wird vorzugsweise in einem Schritt Sl gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden, immer wenn die Diagnose des Betriebs der Membranpumpe 2 initiiert wird.
In einem Schritt S2 wird ein Betriebsstrom I_P und/oder eine Betriebsspannung U P der Membranpumpe 2 ermittelt. Dazu wird beispielsweise ein Strommessgerät beziehungsweise ein Span- nungsmessgerät an den elektrischen Anschluss 10 angeschlossen und/oder ein Algorithmus zum Ermitteln des Betriebsstroms I_P und/oder der Betriebsspannung U P der Membranpumpe 2 gestartet. Der Betriebsstrom I_P beziehungsweise die Betriebsspannung U P werden vorzugsweise über eine vorgegebene Zeitdauer überwacht und ein Verlauf des Betriebsstroms I_P beziehungsweise der Betriebsspannung U P wird aufgezeichnet. Alternativ dazu kann der Betriebsstrom I_P beziehungsweise die Betriebsspannung U P direkt für die Diagnose herangezogen werden, ohne aufgezeichnet zu werden.
In einem Schritt S3 wird mittels einer Diagnoseanweisung DIAG die Diagnose des Betriebs der Membranpumpe 2 gestartet. Dazu wird ein erster Verlauf (Figur 4) der Betriebsspannung U_P beziehungsweise des Betriebsstroms I P, die in einem ersten Diagramm dargestellt sind, im Hinblick auf eine Steigung des Verlaufs, ein Plateau des Verlaufs, einen Maximalwert des Verlaufs und/oder auf eine Abklingzeit nach Erreichen des Maximalwerts ausgewertet. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass vorzugsweise mittels speziell ausgebildeter Algorithmen die Steigungen, Plateaus, Maximalwerte beziehungsweise Abklingzeiten nach den Maximalwerten aus den Verläufen heraus ermittelt werden. Ferner werden den Steigungen, den Plateaus, den Maximalwerten beziehungsweise den Abklingzeiten feste Diagnoseergebnisse zugeordnet.
Wird beispielsweise die Membranpumpe 2 mit einer Rechteck- Spannung angesteuert, so ergibt sich in dem Verlauf der Betriebsspannung nach dem Rechtecksimpuls ein lokales Minimum, das durch die Induktivität der Spule 8 hervorgerufen wird. Dieses lokale Minimum ist charakteristisch dafür, dass die Spule 8 bestimmungsgemäß mit Strom durchströmt wird und somit die Membranpumpe eingeschaltet ist. In dem Verlauf der Betriebsspannung I P ergeben sich im fehlerfreien Leerlauf zwei innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls näherungsweise konstante Steigungen, die jeweils durch eine erste Tangente T_l und eine zweite Tangente T_2 charakterisiert sind. Die zweite Tangente T 2 hat die Steigung Null und ist somit repräsentativ für ein Plateau. Dass das Plateau direkt auf die erste Steigung folgt, ist repräsentativ dafür, dass sich die Membranpumpe 2 im Leerlauf befindet und dass die Membranpumpe 2 fehlerfrei funktioniert, sofern aktuell die Membranpumpe 2 im Leerlauf betrieben werden soll. Soll jedoch die Membranpumpe 2 das Fluid aktuell fördern und weist der Verlauf des Betriebsstroms I_P direkt nach der ersten Steigung das Plateau auf, so wird auf einen Fehler der Membranpumpe 2 erkannt. Beispielsweise kann die Membranpumpe 2 zum Fördern des Fluids angesteuert werden, schafft jedoch nicht das Fluid anzusaugen, da beispielsweise das Fluid in dem Fluidtank oder einer Zufuhrleitung zu dem Zulauf 4 gefroren ist.
In einem zweiten Diagramm (Figur 5), das im fehlerfreien Be- trieb der Membranpumpe 2 repräsentativ für eine Förderung des Fluids bei halbem maximalen Förderdruck ist, folgt auf die erste Steigung des Betriebsstroms I_P, die durch eine dritte Tangente T_3 charakterisiert ist, eine zweite Steigung, die durch eine vierte Tangente T_4 charakterisiert ist. Erst nach der zweiten Steigung kommt das Plateau, das durch eine fünfte Tangente T_5 charakterisiert ist. Die zwei aufeinander folgenden unterschiedlichen Steigungen gefolgt von dem Plateau sind repräsentativ dafür, dass die Membranpumpe 2 das Fluid bestimmungsgemäß fördert.
Eine Höhe des Plateaus und somit ein Abstand des Plateaus zu der X-Achse des zweiten Diagramms ist repräsentativ für einen Istwert MAS_AV der Fördermenge der Membranpumpe 2. Der Istwert MAS AV der Fördermenge kann beispielsweise aus einem Kennfeld ausgelesen werden, dessen Eingangsgröße der Abstand des Plateaus zu der X-Achse ist. Das Kennfeld und gegebenen- falls weitere Kennfelder können beispielsweise an einem Prüfstand ermittelt werden. Alternativ dazu kann eine Modellrechnung ermittelt werden, durch die abhängig von dem Abstand des Plateaus von der X-Achse der Istwert MAS AV der Fördermenge ermittelt werden kann. Soll die Membranpumpe 2 mit vollem Druck fördern oder sich im Leerlauf befinden, so ist das zweite Diagramm repräsentativ dafür, dass die Membranpumpe 2 aktuell nicht fehlerfrei betrieben wird.
In einem dritten Diagramm (Figur 6) ist lediglich ein Bereich des Verlaufs des Betriebsstroms I_P erkennbar, der eine näherungsweise konstante Steigung aufweist. Diese Steigung ist durch eine sechste Tangente T6 charakterisiert. Dieser Verlauf des Betriebsstroms I_P ist repräsentativ dafür, dass die Membranpumpe 2 mit maximaler Förderleistung betrieben wird. Dies ist regelmäßig repräsentativ für den fehlerhaften Betrieb der Membranpumpe 2, da die Membranpumpe 2 aus Verschleißgründen regelmäßig nicht mit der maximalen Förderleistung betrieben wird. Ferner ist dies repräsentativ für den Fehler der Membranpumpe, wenn aktuell die Membranpumpe 2 Ie- diglich mit beispielsweise halbem Druck betrieben werden soll oder im Leerlauf betrieben werden soll.
Das Ermitteln des Istwerts MAS AV der Fördermenge kann beispielsweise dazu beitragen, einen Fördermengensensor zum Er- fassen der Fördermenge zu überprüfen oder einzusparen. Dazu kann der mittels des Betriebsstroms I_P ermittelte Istwert MAS AV der Fördermenge mit einem Istwert der Fördermenge verglichen werden, der mit dem Fördermengensensor zum Erfassen der Fördermenge erfasst wird. Ist ein Unterschied zwischen den beiden Istwerten größer als ein vorgegebener Schwellenwert, so ist dies repräsentativ dafür, dass die Steuereinheit oder der Fördermengensensor zum Erfassen der Fördermenge nicht fehlerfrei betrieben werden.
Ein Maximalwert des Verlaufs des Betriebsstroms I P und/oder eine Abklinkzeit des Betriebsstroms I_P nach dem Maximalwert sind repräsentativ für eine Temperatur und einen Widerstand der Spule 8. Ist die Temperatur der Spule zu hoch oder befindet sich der Widerstand der Spule nicht innerhalb eines vorgegebenen Intervalls, so kann dadurch auf einen fehlerhaften Betrieb der Membranpumpe 2 geschlossen werden.
Ein aktueller Druck, mit dem das Fluid gefördert wird kann durch den Abstand des Plateaus von der X-Achse und/oder durch den Maximalwert ermittelt werden. Die Fördermenge kann durch eine zeitliche Länge des ersten Hügels, durch eine Höhe der negativen Spannung der Pumpe oder durch den Maximalwert er- mittelt werden. Falls ein Druckaufbau erwartet wird, sich die Membranpumpe 2 jedoch im Leerlauf befindet, so kann dies ein Anzeichen für Luft in der Membranpumpe 2 oder einer Leitung der Membranpumpe 2 sein. Falls in einer Zuführleitung zu der Membranpumpe 2 kein Druckaufbau stattfindet aber intern in der Membranpumpe 2 ein hoher Druck herrscht, kann beispielsweise das Fluid eingefroren sein. Dies kann durch Überwachen der Höhe des Betriebsstroms I P ermittelt werden. Ein Leck kann erkannt werden durch Vergleich des ermittelten Drucks mit einem Druck, der mit einem Drucksensor erfasst wurde. Ferner kann ein Riss der Membran 16 der Membranpumpe 2 erkannt werden, falls der Verlauf des Betriebsstroms I P die beiden Steigungen aufweist, die durch die erste und zweite Tangente T 1, T 2 charakterisiert sind, jedoch die erste Tangente T_l steiler ist und/oder der Abstand der zweiten Tan- gente T 2 zu der X-Achse kleiner ist als im Leerlaufbetrieb .
In einem Schritt S4 kann das Programm beendet werden. Vorzugsweise wird das Programm regelmäßig während des Betriebs der Membranpumpe 2 abgearbeitet. Dabei können mehrere oder nur eine der genannten Diagnosen durchgeführt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Istwert MAS_AV der För- dermenge dazu verwendet werden, eine tatsächliche Fördermenge der Membranpumpe 2 auf einen vorgegebenen Sollwert MAS_SP der Fördermenge zu regeln. Der Sollwert MAS SP der Fördermenge kann beispielsweise durch einen Stickoxidgehalt eines Abgases in dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine ermittelt werden. An einem ersten Additionspunkt Al wird abhängig von dem Istwert MAS_AV und dem Sollwert MAS_SP der Fördermenge ein Unterschied DELTA ermittelt. Der Unterschied DELTA dient als Eingangssignal für einen Regler 32. Ein Ausgangssignal des Reglers 32, das sich beispielsweise auf die Betriebsspannung U_P oder den Betriebsstrom I P auswirkt, dient als Eingangssignal für eine Regelstrecke STR. Die Regelstrecke STR umfasst in diesem Zusammenhang die Membranpumpe 2. Als Ausgangssignal der Membranpumpe 2 wird der Betriebsstrom I_P an dem elektrischen Anschluss 10 ermittelt. An einem Abzweig A2 wird der ermittelte Betriebsstrom I_P zu einer Recheneinheit 30 geleitet, die beispielsweise von der Steuereinheit umfasst ist. In der Recheneinheit 30 wird abhängig von dem Betriebsstrom I_P der Istwert MAS AV der Fördermenge ermittelt.
Die Regelung des Betriebs der Membranpumpe 2, insbesondere die Regelung der Fördermenge, die mit der Membranpumpe 2 gefördert wird, ermöglicht ein sehr präzises Einstellen der tatsächlichen Fördermenge. Dies kann dazu beitragen, dass das Abgas der Brennkraftmaschine vorzugsweise möglichst wenig Schadstoffe aufweist.
Alternativ zu dem Strommessgerät kann der Betriebsstrom I_P mittels einer Endstufe ermittelt werden, die die Membranpumpe 2 mit Energie versorgt. In diesem Zusammenhang kann ein Aus- gangsstrom der Endstufe mit einer vorgegebenen Maximalwertbegrenzung begrenzt sein. Dies bewirkt, dass die Endstufe jedes mal beim Erreichen eines Ausgangsstroms, der die Maximalwertbegrenzung überschreitet, die Energiezufuhr unterbricht. Da die vorgegebene Maximalwertbegrenzung bekannt ist, kann dann auf einen aktuellen Wert des Betriebsstroms I_P rückgeschlossen werden. Misst man eine Zeitdauer, die vergeht, bis die Endstufe abschaltet, kann auch eine durchschnittliche Steigung des Verlaufs des Betriebsstroms I P ermittelt werden. Der so ermittelte Betriebsstrom I_P und/oder die so ermittelte Steigung können dann zum Diagnostizieren des Betriebs der Membranpumpe 2 und/oder zum Regeln der Fördermenge herangezogen werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Betreiben einer Membranpumpe (2), bei dem
- eine Betriebsspannung (U_P) , die an einem elektrischen An- Schluss (10) der Membranpumpe (2) anliegt, und/oder ein Betriebsstrom (I_P), der über den elektrischen Anschluss fließt, ermittelt werden,
- die ermittelte Betriebsspannung (U_P) bzw. der ermittelte Betriebsstrom (I_P) analysiert werden, - abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung (U P) bzw. des ermittelten Betriebsstroms (I P) ein Betrieb der Membranpumpe (2) geregelt und/oder diagnostiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ermittelte Be- triebsspannung (U_P) und/oder der ermittelte Betriebsstrom
(I_P) analysiert werden, indem ein Verlauf der Betriebsspannung (U P) bzw. des Betriebsstroms (I P) im Hinblick auf zumindest eine Steigung des Verlaufs ausgewertet werden.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die ermittelte Betriebsspannung (U_P) und/oder der ermittelte Betriebsstrom (I_P) analysiert werden, indem der Verlauf der Betriebsspannung (U P) bzw. des Betriebsstroms (I P) im Hinblick auf zumindest ein Plateau des Verlaufs ausgewertet wer- den.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die ermittelte Betriebsspannung (U_P) und/oder der ermittelte Betriebsstrom (I P) analysiert werden, indem der Verlauf der Betriebsspannung (U_P) bzw. des Betriebsstroms (I_P) im Hinblick auf zumindest einen Maximalwert des Verlaufs ausgewertet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die ermittelte Be- triebsspannung (U_P) und/oder der ermittelte Betriebsstrom
(I_P) analysiert werden, indem der Verlauf der Betriebsspannung (U P) bzw. des Betriebsstroms (I P) im Hinblick auf zu- mindest eine Abklingzeit nach Erreichen des Maximalwerts ausgewertet werden.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung
(U_P) bzw. des ermittelten Betriebsstroms (I_P) der Betrieb der Membranpumpe (2) geregelt wird, indem abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung (U_P) bzw. des ermittelten Betriebsstroms (I P) ein Istwert (MAS AV) einer Fördermenge der Membranpumpe (2) ermittelt wird und indem der ermittelte Istwert (MAS AV) der Fördermenge mit einem vorgegebenen Sollwert (MAS_SP) der Fördermenge verglichen wird und indem die Betriebsspannung (U P) und/oder der Betriebsstrom (I_P) so verändert werden, dass sich der Istwert (MAS_AV) der Fördermenge an den vorgegebenen Sollwert (MAS SP) der Fördermenge annähert.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung (U_P) bzw. des ermittelten Betriebsstroms (I_P) der Betrieb der Membranpumpe (2) diagnostiziert wird, indem abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung (U_P) bzw. des ermittelten Betriebsstroms (I P) ein Istwert (MAS AV) einer Fördermenge der Membranpumpe (2) ermittelt wird und indem der ermittelte Istwert (MAS AV) der Fördermenge mit einem Istwert der Fördermenge verglichen wird, der mittels eines Fördermengensensors erfasst wird, und bei dem auf einen fehlerhaften Fördermengensensor oder einen fehlerhaften Betrieb der Membranpumpe (2) erkannt wird, wenn ein Unterschied zwischen dem ermittelten Istwert (MAS_AV) und dem mittels des Fördermengensensors erfassten Istwerts der Fördermenge größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
8. Vorrichtung zum Betreiben einer Membranpumpe (2), die dazu ausgebildet ist,
- eine Betriebsspannung (U_P) , die zum Betreiben der Membranpumpe (2) an einem elektrischen Anschluss (10) der Membran- pumpe (2) anliegt, und/oder ein Betriebsstrom (I_P), der durch die Membranpumpe (2) fließt, zu ermitteln,
- die ermittelte Betriebsspannung (U P) bzw. der ermittelte Betriebsstrom (I_P) zu analysieren,
- abhängig von der Analyse der ermittelten Betriebsspannung (U_P) bzw. des ermittelten Betriebsstroms (I_P) einen Betrieb der Membranpumpe (2) zu regeln und/oder zu diagnostizieren.
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