СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОЗИРУЮЩЕГО НАСОСА И УСТРОЙСТВО С ДОЗИРУЮЩИМ НАСОСОМ
METHOD OF DISPENSING PUMP OPERATION AND DEVICE WITH SUCH PUMP

Изобретение относится к способу эксплуатации дозирующего насоса, в частности, подачи топлива для устройства обогрева транспортного средства, причем дозирующий насос содержит поршень, перемещаемый возвратно-поступательно для подачи между начальным положением и конечным положением, и приводной блок, электрически возбуждаемый посредством приложения напряжения, со следующими признаками:
Управление и/или регулирование напряжения для генерации эффективного напряжения, чтобы переводить поршень из начального положения в конечное положение, причем эффективное напряжение в начальной фазе принимает первый максимум, а в последующей промежуточной фазе является более низким, чем первый максимум.
Изобретение также относится к устройству для выполнения способа.
Подобный способ известен из DE 102005024858 А1. Амплитуда приложенного к приводному блоку напряжения определяет величину приводной силы, действующей на возвратно-поступательно движущийся поршень, и тем самым скорость поршня. Напряжение может быть модулированным по длительности импульса. В этом случае мгновенная амплитуда приложенного напряжения не воздействует непосредственно на скорость поршня, а среднее по времени значение напряжения определяет эффективное напряжение, которое, в свою очередь, определяет воздействующую на поршень силу. Эффективное напряжение получается из мгновенного напряжения посредством усреднения за временной интервал, который является длинным по сравнению с обусловленными модуляцией колебаниями напряжения, но при этом коротким по сравнению с длительностью периода перемещения поршня.
Для того чтобы поршень улучшенным способом, исходя из начального положения, привести в движение и перевести в конечное положение, в DE 102005024858 А1 предусматривается, что эффективное напряжение во время временного интервала возбуждения не постоянно, а варьируется, то есть принимает по меньшей мере два различных значения эффективного напряжения. Тем самым, с одной стороны, может достигаться, что поршень в начале временного интервала возбуждения начинает двигаться по возможности быстро. С другой стороны, может достигаться то, что поршень достигает своего конечного положения не со слишком высокой скоростью. Тем самым можно избегать или по меньшей мере снижать слышимый и, возможно, создающий помехи шум от соударений.
В DE 102007061478 А1 описано определение состояния неисправности дозирующего насоса, при котором поршень не достигает своего конечного упора (ограничителя хода). За счет повышения среднего приложенного напряжения пытаются перемещать с ускорением или вообще перемещать поршень.
В DE 60036720 Т2 описан дозирующий насос, который может автоматически распознавать высоковязкое состояние флюида, а именно за счет восприятия положения и скорости сердечника, и повышать приложенную энергию, чтобы успешно завершать рабочий ход поршня во время этого состояния флюида.
Дозирующий насос в общем случае оптимизируется для определенных рабочих условий. Под рабочими условиями следует понимать параметры, такие как, например, температуру окружающей среды, вязкость подаваемой жидкости, а также действующее на поршень противодавление. Рабочие условия могут варьироваться во времени. Как электрическое сопротивление приводного блока, так и вязкость подаваемой жидкости в общем случае являются температурно-зависимыми. Типичным образом, приводной блок содержит катушку для создания магнитного поля, и сопротивление катушки возрастает с ростом температуры. При этом в типовом случае возрастание электрического сопротивления является более значительным, чем уменьшение вязкости подаваемой жидкости, так что при повышенной температуре в соответствии с тенденцией требуется более высокое напряжение на приводном блоке. Действующее на поршень противодавление (выходное давление) появляется, если выход дозирующего насоса подключен к резервуару, находящемуся под давлением, или к трубопроводу, находящемуся под давлением.
Задачей изобретения является создать способ эксплуатации дозирующего насоса, который в максимально высокой степени невосприимчив к температурным изменениям и/или к изменениям вязкости подаваемой жидкости и/или к изменениям противодавления, действующего на поршень.
Эта задача решается признаками независимых пунктов формулы изобретения.
Предпочтительные формы выполнения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
о
Соответствующий изобретению способ создается на основе соответствующего уровня техники за счет того, что эффективное напряжение на следующей за промежуточной фазой конечной фазе достигает второго максимума. Характеристика эффективного напряжения во время начальной фазы и промежуточной фазы может быть реализована таким образом, что поршень при нормальных условиях достигает своего конечного положения только медленно, или он при достижении своего конечного положения имеет, по сравнению с максимальной скоростью, более низкую конечную скорость. Конечная фаза является более поздней фазой по сравнению с промежуточной фазой. Конечная фаза может, в частности, примыкать к промежуточной фазе. На конечной фазе формируется повышенное, по сравнению с промежуточной фазой, эффективное напряжение. При нормальных условиях, например, при нормальной температуре (например, при 15С) и/или нормальной (например, низкой) вязкости подаваемой жидкости и/или нормальном (например, низком) выходном давлении, приложение напряжения на конечной фазе приводит к тому, что поршень находится в своем конечном положении несколько дольше до того, как он возвратится в свое начальное положение. При достаточно высокой температуре, достаточно высокой вязкости и достаточно высоком выходном давлении поршень, напротив, без дополнительной подачи энергии не достигал бы своего конечного положения. В этом случае второй максимум эффективного напряжения, который возникает в конечной фазе, гарантирует, что поршень достигает своего конечного положения. Предложенный способ пригоден, таким образом, в частности, для использования при переменных температурах окружающей среды для подачи жидкости, вязкость которой переменчива, для подачи различных жидкостей с различной вязкостью, а также для подачи против изменяющегося выходного давления. При нормальной температуре, нормальной вязкости подаваемой жидкости и нормальном выходном давлении повышенное на конечной фазе эффективное напряжение не приводит к более громкому шуму или в крайнем случае приводит к незначительно более громкому шуму соударений поршня, так как поршень в этом случае достигает своего конечного положения уже на промежуточной фазе.
Может быть предусмотрено, что второй максимум является более низким, чем первый максимум. Это учитывает то обстоятельство, что во многих возникающих на практике применениях необходимо принимать, что и при наибольшей ожидаемой температуре поршень в конце промежуточной фазы уже прошел более половины своего хода, так что ускорение, осуществляемое на конечной фазе, может быть меньше, чем ускорение на начальной фазе.
Во время начальной фазы и/или промежуточной фазы и/или конечной фазы эффективное напряжение может, например, быть соответственно постоянным или определяться ступенчатой функцией. Выработка подобного эффективного напряжения является технически наиболее простой.
Согласно предпочтительной форме выполнения, эффективное напряжение во время промежуточной фазы равно нулю. Шум соударения поршня при достижении конечного положения может за счет этого минимизироваться.
Может быть предусмотрено, что поршень достигает своего конечного положения во время промежуточной фазы. Этот случай может, например, возникать тогда, когда дозирующий насос эксплуатируется при нормальных условиях.
Равным образом может быть предусмотрено, что поршень достигает своего конечного положения во время конечной фазы. Этот случай может возникать, например, при повышенной температуре окружающей среды.
Согласно одной предпочтительной форме выполнения, напряжение управляется/регулируется независимо от движения поршня. Однократно определенная характеристика эффективного напряжения может тем самым применяться для нескольких циклов хода насоса. Определение предусматриваемой характеристики эффективного напряжения во время нормального режима насоса может отсутствовать. В частности, отпадает необходимость, для управления и/или регулирования напряжения, во время управления/регулирования определять положение поршня или оценивать информацию о текущем положении поршня. Также не нужно определять момент времени в течение временного интервала возбуждения, к которому поршень достиг позиции в конечном положении или вблизи него.
Может быть предусмотрено, что напряжение по меньшей мере время от времени (периодически) модулируется по длительности импульса. Это может осуществляться посредством управления и/или регулирования скважности импульсов. В качестве альтернативы широтно-импульсной модуляции, напряжение могло бы также управляться/регулироваться таким образом, что оно в любой момент времени по возможности идентично предусматриваемому эффективному напряжению.
Может быть предусмотрено, что блок управления/регулирования получает доступ к сохраненной информации, которая задает характеристику эффективного напряжения, и управляет/регулирует напряжение на основе этой информации. Информация может быть сохранена, например, в форме цифрового списка или таблицы, например, в электронном, оптическом или магнитном запоминающем устройстве или носителе данных. Этот список или таблица может согласовывать с набором моментов времени соответствующий набор предусматриваемых значений эффективного напряжения. В качестве альтернативы, список или таблица может согласовывать с набором моментов времени значения напряжения таким образом, что соответствующая характеристика напряжения дает предусматриваемую характеристику эффективного напряжения. В качестве альтернативы, список или таблица может согласовывать с набором моментов времени соответствующий набор скважностей импульсов.
В этой связи может предусматриваться, что блок управления/регулирования не применяет информацию, которая позволяет сделать выводы о фактической позиции или скорости поршня. Тем самым создается особенно экономичный и надежный способ.
Может быть предусмотрено, что восстанавливающая сила обуславливает возвращение поршня в начальное положение. Под восстанавливающей силой понимается сила, которая действует в направлении положения покоя поршня, когда поршень выведен из положения покоя. Положение покоя может быть идентичным начальному положению поршня. Восстанавливающая сила может, например, создаваться пружиной, которая размещена таким образом, что она при движении поршня от начального положения к конечному положению упруго деформируется. Может быть предусмотрено, что напряжение во время перерыва управляется/регулируется в нуль. В этой связи может быть предусмотрено, что длительность перерыва в течение выполнения способа управляется/регулируется, чтобы управлять и/или регулировать интенсивность подачи дозирующего насоса.
Соответствующее изобретению устройство содержит дозирующий насос вышеописанного типа, а также блок управления/регулирования, который выполнен с возможностью осуществления следующих действий: управление и/или регулирование напряжения для формирования эффективного напряжения, чтобы переводить поршень из начального положения в конечное положение, причем эффективное напряжение в начальной фазе принимает первый максимум, а в примыкающей промежуточной фазе является более низким, чем первый максимум, причем эффективное напряжение в следующей за промежуточной фазой конечной фазе достигает второго максимума. Преимущества, достигаемые в связи со способом, соответствующим изобретению, проявляются таким же образом, что и для устройства, соответствующего изобретению.
Может быть предусмотрено, что блок управления/регулирования имеет запоминающее устройство и процессор, и характеристика эффективного напряжения по меньшей мере частично задана информацией, имеющейся в запоминающем устройстве и считываемой процессором. Информация может, например, включать в себя цифровой список/таблицу, которая сопоставляет по меньшей мере два момента времени явным или неявным образом с соответствующим значением эффективного напряжения. Запоминающее устройство может представлять собой, например, электронное, оптическое или магнитное запоминающее устройство или носитель данных, например, постоянное запоминающее устройство (ROM).
Согласно предпочтительной форме выполнения, поршень при нормальных условиях достигает своего конечного положения в течение промежуточной фазы. Это может достигаться за счет соответствующей настройки характеристики эффективного напряжения, например, посредством выбора соответствующей длины начальной фазы, промежуточной фазы и конечной фазы, а также высоты эффективного напряжения в течение этих фаз.
Также является предпочтительным, что поршень при повышенной температуре и/или тогда, когда дозирующий насос подает высоковязкую жидкость, достигает своего конечного положения в течение конечной фазы. Это также может обеспечиваться посредством соответствующей настройки или программирования характеристики эффективного напряжения.
Изобретение далее поясняется на основе приведенных для примера форм выполнения и со ссылкой на приложенные чертежи. При этом одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые или подобные компоненты. На чертежах показано следующее:
Фиг.1 - дозирующий насос в первый момент времени цикла накачки.
Фиг.2 - дозирующий насос во второй момент времени цикла накачки.
Фиг.3 - характеристика эффективного напряжения.
Фиг.4 - диаграмма последовательности операций для пояснения работы дозирующего насоса.
Фиг.5 - характеристика эффективного напряжения согласно второй форме выполнения.
Фиг.1 схематично показывает пример устройства 10 для накачки жидкости, например топлива, из входного трубопровода 22 посредством дозирующего насоса 12 в выходной трубопровод 24. Дозирующий насос 12 содержит корпус и поршень 14, который совместно с корпусом задает насосную камеру 16. Текущее положение поршня 14 относительно корпуса задает текущий объем насосной камеры 16. Фиг.1 показывает поршень 14 в начальном положении, при котором насосная камера 16 имеет свой максимальный объем.
Фиг.2 показывает поршень 14 в конечном положении, в котором объем насосной камеры 16 равен нулю. Поршень 14 соединен с электрическим приводным блоком 18. Приводной блок 18 предназначен для того, чтобы циклически или периодически воздействовать на поршень 14 силой F, чтобы возвратно-поступательно перемещать поршень 14 между его начальным положением и его конечным положением. Дозирующий насос 12 может иметь пружину (не показана), которая вызывает возврат поршня 14 из конечного положения в начальное положение, не требуя для этого приложения силы посредством приводного блока 18. Приводной блок 18 имеет катушку, к которой может прикладываться электрическое напряжение U, чтобы генерировать ток и тем самым силу F. Приложенное к катушке напряжение U управляется/регулируется посредством блока 20 управления/регулирования. Напряжение U может модулироваться по амплитуде. В качестве альтернативы, оно может модулироваться по длительности импульса.
eff
0
1
1
2
2
1
2
3
3
4
4
0
1
1
2
2
3
3
4
1
2
3
Фиг.3 показывает приведенную для примера временную характеристику эффективного напряжения U, которое соответствует напряжению U, приложенному к катушке приводного блока 18. Эффективное напряжение является периодическим с длительностью Т периода. В момент времени t поршень 14 находится в своем начальном положении. В этот момент времени прикладывается эффективное напряжение величиной U. Посредством этого напряжения поршень 14 приводится в движение в направлении конечного положения. К более позднему моменту времени t эффективное напряжение снижается до значения U (U<U). К более позднему моменту времени t эффективное напряжение повышается до значения U. К более позднему моменту времени t эффективное напряжение снижается до нуля. К моменту времени tначинается новый цикл накачки, в котором прикладывается эффективное напряжение, аналогичное эффективному напряжению в интервале [0, t]. Интервалы от t до t, от tдо t, от t до t и от t до t обозначаются, соответственно, как начальная фаза, промежуточная фаза, конечная фаза и фаза перерыва. Для заданных длительностей этих фаз и заданных значений U, U и U напряжения перемещение поршня зависит от электрического сопротивления приводного блока 18, вязкости подаваемой жидкости, а также выходного давления. В частности, электрическое сопротивление и вязкость могут, в свою очередь, зависеть от температуры окружающей среды.
0
1
1
1
2
2
2
2
2
3
3
3
4
При нормальных условиях (например, при нормальной температуре, низкой или нормальной вязкости и нормальном выходном давлении) поршень перемещается следующим образом. На начальной фазе [t, t] поршень приводится в движение высоким эффективным напряжением U. В следующей за этим промежуточной фазе [t, t], за счет сил трения и/или выходного давления, которое теперь посредством более низкого приложенного напряжения U компенсируется не полностью, он тормозится и достигает примерно к моменту времени t, предпочтительно точно в момент времени t, своего конечного положения. Его конечная скорость, то есть его скорость при достижении конечного положения, является предпочтительно низкой, по возможности равной нулю. В следующей за этим конечной фазе [t, t] приложенный импульс эффективного напряжения высотой U воздействует на поршень лишь в том отношении, что он препятствует немедленному возврату поршня в его начальное положение. Он не приводит к громкому шуму соударения, так как поршень уже остановлен или находится вблизи ограничителя хода. В течение времени перерыва [t, t] поршень, ввиду восстанавливающей силы, возвращается в свое начальное положение.
0
1
2
2
2
3
2
3
3
4
2
3
При затрудненных рабочих условиях (например, при повышенной температуре, повышенной вязкости подаваемой жидкости или повышенном выходном давлении) поршень перемещается несколько иначе. На начальной фазе [t, t] он ускоряется. Ввиду затрудненных рабочих условий, к моменту времени t, он еще не достигает своего конечного положения. Его скорость к моменту времени t равна нулю или даже является отрицательной. За счет используемого в момент времени t импульса напряжения высотой U поршень вновь ускоряется и достигает в течение конечной фазы [t, t] или, возможно, также только в течение времени перерыва [t, t] конечного положения. Обеспечение повышенного эффективного напряжения в конечной фазе [t, t] гарантирует, таким образом, что поршень и при затрудненных рабочих условиях достигает заданного конечного положения.
0
0
1
1
2
2
2
0
3
4
Диаграмма последовательности операций на фиг.4 иллюстрирует управление дозирующим насосом 12 согласно представленной на фиг.3 характеристике эффективного напряжения. В момент времени t прикладывается эффективное напряжение высотой U (этап S1). К последующему моменту времени t эффективное напряжение снижается до значения U (этап S2). К последующему моменту времени t эффективное напряжение повышается до значения U (этап S3), причем U меньше, чем U. К последующему моменту времени t эффективное напряжение снижается до нуля, чтобы обеспечить возможность возврата поршня в его начальное положение (этап S4). В следующий момент времени tспособ возвращается к этапу S1.
0
1
1
1
2
2
3
2
3
2
3
2
3
Фиг.5 схематично показывает характеристику эффективного напряжения согласно другой форме выполнения. На начальной фазе [t, t] предусматриваемое эффективное напряжение принимает постоянное высокое значение U. В следующей за этим промежуточной фазе [t, t] эффективное напряжение равно нулю. В следующей за этим конечной фазе [t, t] эффективное напряжение характеризуется нарастающей ступенчатой функцией. За счет этого дозирующий насос оптимизируется к различным рабочим условиям. Три различных уровня напряжения в течение конечной фазы [t, t] могут, например, соответствовать трем различным значениям температуры или значениям вязкости. Наивысший и самый поздний уровень напряжения в конечной фазе [t, t] оказывается при этом предпочтительным в присутствии наивысшей температуры или вязкости. Разумеется, может использоваться и другое количество уровней напряжения в течение конечной фазы [t, t]. Например, эффективное напряжение в течение конечной фазы могло бы быть определено посредством ступенчатой функции, в особенности, нарастающей ступенчатой функцией с двумя, тремя, четырьмя или пятью ступенями. Также могут быть реализованы формы выполнения, при которых эффективное напряжение иначе, чем на фиг.3 и фиг.5, не является постоянным на участках, а изменяется непрерывно.
Перечень ссылочных позиций
10 устройство
12 дозирующий насос
14 поршень
16 насосная камера
18 приводной блок
20 блок управления/регулирования
22 входной трубопровод
24 выходной трубопровод
U напряжение
eff
U эффективное напряжение
T время.