DE102008057635A1

DE102008057635A1 - Fluidversorgungssystem, insbesondere für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät oder einen Reformer

Info

Publication number: DE102008057635A1
Application number: DE102008057635A
Authority: DE
Inventors: Günter Eberspach; Jörg VOLK; Thomas Bauer
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2010-05-20

Abstract

Ein Fluidversorgungssystem, insbesondere zum Fördern von flüssigem Kohlenwasserstoff zu einem brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerät oder einem Reformer, umfasst ein Fluidreservoir (18), eine das Fluidreservoir (18) mit einem mit Fluid zu speisenden Systembereich (10) verbindende Fluidleitung (20) und eine Dosierpumpanordnung (22) in der Fluidleitung (20), wobei die Dosierpumpanordnung (22) dazu ausgebildet ist, in einer ersten Förderrichtung (F1) Fluid über die Fluidleitung (20) von dem Reservoir (18) zu dem mit Fluid zu speisenden Systembereich (10) zu fördern, und in einer zweiten Förderrichtung (F2) Fluid aus der Fluidleitung (20) zu dem Reservoir (18) zurückzuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidversorgungssystem, das beispielsweise dazu eingesetzt werden kann, flüssigen Kohlenwasserstoff, also beispielsweise Benzin oder Diesel, zu einem brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerät oder einem Reformer zu leiten. Die Erfindung betrifft ferner eine Dosierpumpanordnung, die in einem derartigen Fluidversorgungssystem eingesetzt werden kann, und ein Verfahren zum Betreiben eines mit flüssigem Kohlenwasserstoff zu speisenden Systembereichs, wie er beispielsweise durch ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät oder einen Reformer repräsentiert ist.
Bei Fahrzeugheizgeräten wird der zum Starten bzw. Durchführen der Verbrennung in einer Brennkammer erforderliche Brennstoff durch eine Dosierpumpe über eine ein Reservoir mit dem Heizgerät verbindende Leitung gespeist. Die Dosierpumpe ist beispielsweise als Hubkolbenpumpe ausgebildet und fördert bei jedem Kolbenhub eine vorbestimmte Menge des flüssigen Brennstoffs in Richtung Brennkammer. Zum Beenden des Verbrennungsbetriebs wird unter anderem der Förderbetrieb einer derartigen Dosierpumpe eingestellt, so dass kein weiterer flüssiger Brennstoff mehr aus dem Reservoir entnommen wird und auch kein weiterer flüssiger Brennstoff in Richtung Brennkammer aus der den Brennstoff führenden Leitung ausgestoßen wird. Insbesondere bei längerer Stillstandzeit besteht das Problem, dass auf Grund verschiedener Effekte die den Brennstoff vom Reservoir zu dem zu speisenden Systembereich führende Leitung sich zumindest teilweise entleert. Zum einen kann nach dem Beenden des Betriebs einer Dosierpumpe Brennstoff noch aus dem offenen Leitungsende austreten, was insbesondere dann problematisch ist, wenn die Dosierpumpe oder Bereiche der Leitung in Höhenrichtung über dem Austrittöffnungsende positioniert sind. Auch durch Temperaturschwankungen induzierte Volumenänderungen des flüssi gen Brennstoffs können dazu führen, dass bei zunehmender Temperatur und sich ausdehnendem Brennstoff ein Teilvolumen desselben zwangsweise aus der Leitung verdrängt wird. Bei abnehmender Temperatur und sich dann wieder zusammenziehendem Brennstoff bleibt ein bestimmter Volumenanteil der Leitung leer, so dass sich in der Leitung Luftblasen bilden können. Letztendlich kann auch die Diffusion von Brennstoff durch die Wandung der Brennstoffleitung hindurch zu einem allmählichen Verlust von in dieser Leitung enthaltenem Brennstoff führen.
Da diese Effekte sehr stark von Umgebungsbedingungen beeinflusst werden, ist der auftretende Verlust von Brennstoff aus dem Bereich der Leitung im Wesentlichen undefiniert. Die Folge davon ist, dass bei der nächsten Inbetriebnahme beispielsweise eines Fahrzeugheizgeräts nicht bekannt ist, ob bzw. in welchem Ausmaß ein derartiger Brennstoffverlust stattgefunden hat. Dies kann dazu führen, dass zum Starten der Verbrennung nicht ausreichend Brennstoff zur Verfügung gestellt wird, weil zunächst noch Luftblasen gefördert werden, oder dass zu viel Brennstoff ausgestoßen wird, da von einem stärkeren Brennstoffverlust ausgegangen wird und somit eine zu fette Verbrennung mit entsprechendem Schadstoffausstoß stattfindet.
Das undefinierte Förderverhalten am Beginn des Förderbetriebs beeinträchtigt auch den Betrieb anderer Systembereiche, wie z. B. den Betrieb eines Zündelements. Es kann erforderlich werden, dieses länger als an sich nötig bzw. auch stärker als an sich nötig zu erregen, um sicherzustellen, dass unter den verschiedensten möglicherweise zu erwartenden Förderbedingungen das Zünden des in einer Brennkammer generierten Gemisches sichergestellt ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fluidversorgungssystem, eine Dosierpumpanordnung und ein Verfahren zum Betreiben eines mit Fluid zu speisenden Systembereichs vorzuschlagen, mit welchen mit einfachen, gleichwohl zuverlässigen Maßnahmen sichergestellt ist, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt Fluid tatsächlich auch bereitgestellt ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Fluidversorgungssystem, insbesondere zum Fördern von flüssigem Kohlenwasserstoff zu einem brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerät oder einem Reformer, umfassend ein Fluidreservoir, eine das Fluidreservoir mit einem mit Fluid zu speisenden Systembereich verbindende Fluidleitung und eine Dosierpumpanordnung in der Fluidleitung, wobei die Dosierpumpanordnung dazu ausgebildet ist, in einer ersten Förderrichtung Fluid über die Fluidleitung von dem Reservoir zu dem mit Fluid zu speisenden Systembereich zu fördern und in einer zweiten Förderrichtung Fluid aus der Fluidleitung zu dem Reservoir zurückzuführen.
Bei dem erfindungsgemäßen Fluidversorgungssystem ist die Dosierpumpanordnung also so ausgebildet, dass sie das zu fördernde Fluid, also beispielsweise flüssigen Kohlenwasserstoff, in beiden Richtungen fördern kann. Dies bedeutet, dass die vom Reservoir zu dem zu speisenden Systembereich führende Fluidleitung nicht nur befüllt bzw. zum Transport in Richtung Systembereich genutzt werden kann, sondern durch die Dosierpumpanordnung auch dafür gesorgt werden kann, dass diese Leitung vollständig entleert ist. Es kann somit nach dem Beenden des Betriebs des mit Fluid zu speisenden Systembereichs die Fluidleitung vollständig entleert werden, so dass für den nachfolgenden Betriebsstart die Ausgangsbedingungen, nämlich eine vollständig leere Fluidleitung, bekannt sind. Dem kann dadurch Rechnung getragen werden, dass die Dosierpumpanordnung für eine ebenfalls bekannte Zeitdauer betrieben wird, um sicherzustellen, dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, nämlich beispielsweise dann, wenn der Start des Betriebs des Systembereichs gewünscht ist, die Fluidleitung wieder vollständig gefüllt ist, ohne dass vorher bereits eine größere Menge des geförderten Fluids in diesen zu speisenden Systembereich austreten kann oder es zu einer Verzögerung bei der Bereitstellung des Fluids nach dem für die Betriebsaufnahme des Systembereichs vorgesehenen Zeitpunkt kommen kann.
Bei einer baulich sehr einfach zu realisierenden Ausgestaltungsform wird vorgeschlagen, dass die Dosierpumpanordnung eine erste Fördereinheit zum Fördern von Fluid in der ersten Förderrichtung und eine zweite Fördereinheit zum Zurückfördern von Fluid in der zweiten Förderrichtung umfasst. Da insbesondere die zum Fördern von flüssigem Kohlenwasserstoff eingesetzten Fördereinheiten mit größerer Präzision als Druckförderer als als Saugförderer eingesetzt werden können, wird vorgeschlagen, dass die Dosierpumpanordnung in der Fluidleitung näher an dem Reservoir als an dem Systembereich angeordnet ist. Es ist somit sichergestellt, dass beim Fördern in Richtung zu dem zu speisenden Systembereich die Dosierpumpanordnung als Druckförderer wirkt, während zum Entleeren der Fluidleitung die Dosierpumpanordnung als Saugförderer wirkt. Da zum Entleeren nicht über eine sehr präzise bemessene Zeitdauer gearbeitet werden muss, sondern beispielsweise der Entleerbetrieb über eine geschätzte Zeitdauer ablaufen kann, welche sicherstellt, dass im Wesentlichen kein Fluid mehr in der Fluidleitung enthalten ist, entstehen für den Entleerbetrieb keine Probleme.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Dosierpumpanordnung, insbesondere zum Fördern von flüssigem Kohlenwasserstoff zu einem brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerät oder einem Reformer, insbesondere für ein erfindungsgemäßes Fluidfördersystem, umfassend zwei Fördereinheiten, wobei jede Fördereinheit umfasst: eine Förderkammer mit veränderbarem Volumen, eine Piezoanordnung, durch welche das Volumen der Förderkammer veränderbar ist, einen zu der Förderkammer führenden Einströmbereich mit einem Einlassventil, einen von der Förderkammer weg führenden Ausströmbereich mit einem Auslassventil, wobei ein erster Einströmbereich einer ersten Fördereinheit und ein zweiter Ausströmbereich einer zweiten Fördereinheit mit einem ersten Fluidanschluss verbunden sind und ein zweiter Einströmbereich der zweiten Fördereinheit und ein erster Ausströmbereich der ersten Fördereinheit mit einem zweiten Fluidanschluss verbunden sind.
Durch das Anschließen einer Fluidleitung an den ersten Fluidanschluss einerseits und den zweiten Fluidanschluss andererseits kann dann sicherge stellt werden, dass bei jeder der Fördereinheiten die Ein- bzw. Ausströmbereiche so geschaltet sind, dass das Fördern in der gewünschten Richtung möglich ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass jede Förderkammer durch einen verformbaren Abschlussbereich begrenzt ist und durch die zugeordnete Piezoanordnung der Abschlussbereich verformbar ist.
Die beiden Fördereinheiten können zueinander im Wesentlichen baugleich sein.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Erfindungsaspekt kann weiter vorgesehen sein, dass wenigstens einer Fördereinheit eine Fluidstromerfassungseinheit zum Erfassen einer mit dem Fluidstrom durch die Förderkammer dieser Fördereinheit in Zusammenhang stehenden Größe zugeordnet ist, wobei die Fluidstromerfassungseinheit umfasst: eine Erfassungskammer mit veränderbarem Volumen, eine Piezoanordnung, durch welche eine Volumenänderung der Erfassungskammer sensierbar ist, einen zu der Erfassungskammer führenden Einströmbereich, einen von der Erfassungskammer weg führenden Ausströmbereich. Es wird somit möglich, die Menge des durch eine Fördereinheit geförderten Fluids bzw. eine damit in Zusammenhang stehende Größe zu ermitteln, so dass der Förderbetrieb entsprechend dem bestehenden Bedarf eingestellt bzw. geregelt werden kann. Insbesondere ist dabei vorteilhaft, zumindest diejenige der Fördereinheiten mit einer derartigen Fluidstromerfassungseinheit zu kombinieren, welche bei dem vorangehend erläuterten Fluidversorgungssystem zum Fördern in der ersten Förderrichtung eingesetzt wird.
Die Fluidstromerfassungseinheit kann so aufgebaut sein, dass die Erfassungskammer durch einen verformbaren Abschlussbereich begrenzt ist und durch die zugeordnete Piezoanordnung eine Verformung des Abschlussbereichs sensierbar ist.
Um eine unmittelbar mit dem durch die Förderkammer einer Fördereinheit hindurchgeförderten Fluidstrom stehende Größe ermitteln zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass die Erfassungskammer und die Förderkammer zueinander seriell geschaltet sind. Es ist somit sichergestellt, dass der gesamte Fluidstrom, welcher durch die Förderkammer hindurchgeleitet wird, auch durch die Erfassungskammer hindurchströmt und zu einer entsprechenden Volumenänderung derselben beitragen kann.
Bei einer baulich besonders einfach und kostengünstig realisierbaren Ausgestaltungsvariante wird vorgeschlagen, dass die Fluidstromerfassungseinheit und die Fördereinheit im Wesentlichen baugleich zueinander sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines mit flüssigem Kohlenwasserstoff zu speisenden Systembereichs, insbesondere brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät oder Reformer, wobei zum Fördern von Fluid von einem Reservoir zu einem mit Fluid zu speisenden Systembereich über eine Kohlenwasserstoffleitung eine Dosierpumpanordnung, vorzugsweise eine erfindungsgemäße Dosierpumpanordnung, zum Fördern in einer ersten Förderrichtung betrieben wird und bei oder nach Beenden des Betriebs des Systembereichs die Dosierpumpanordnung zum Zurückfördern von Fluid aus der Kohlenwasserstoffleitung in das Reservoir zum Fördern in einer zweiten Förderrichtung betrieben wird.
Um bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sicherzustellen, dass dann, wenn ein mit flüssigem Kohlenwasserstoff zu speisender Systembereich in Betrieb gehen soll, tatsächlich auch flüssiger Kohlenwasserstoff bereitgestellt ist, wird weiter vorgeschlagen, dass bei oder vor Inbetriebnahme des Systembereichs die Dosierpumpanordnung so lange zum Fördern in der ersten Förderrichtung betrieben wird, dass zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zum Ablauf der Inbetriebnahme des Systembereichs die Kohlenwas serstoffleitung im Wesentlichen vollständig mit flüssigem Kohlenwasserstoff gefüllt ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass bei oder nach dem Beenden des Betriebs des Systembereichs die Dosierpumpanordnung zum Fördern in der zweiten Förderrichtung so lange betrieben wird, dass in der Kohlenwasserstoffleitung im Wesentlichen kein flüssiger Kohlenwasserstoff mehr enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert erläutert. Es zeigt:
1 in prinzipieller Darstellung ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät mit einem Brennstofffördersystem;
2 eine Schnittdarstellung einer bei dem System der 1 einsetzbaren Dosierpumpanordnung;
3 eine Fördereinheit der Dosierpumpanordnung der 2 in einem Ansaugarbeitstakt;
4 die in 3 gezeigte Fördereinheit in einem Ausstoßarbeitstakt;
5 die Kombination einer Fördereinheit mit einer dieser zugeordneten Fluidstromerfassungseinheit.
In 1 ist ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät allgemein mit 10 bezeichnet. Das Fahrzeugheizgerät 10 umfasst einen Brennerbereich 12 mit einer Brennkammer 14, in welche flüssiger Brennstoff, also beispielsweise Diesel oder Benzin, durch ein Brennstofffördersystem 16 eingespeist wird. Das Brennstofffördersystem 16 umfasst ein Reservoir 18 für den flüssigen Brennstoff, welches über eine Brennstoffleitung 20 in Verbindung mit dem Brennerbereich 12 ist. In der Brennstoffleitung 20 ist eine Dosierpumpanord nung 22 angeordnet. Diese steht unter der Ansteuerung einer Ansteuervorrichtung 24 und wird durch diese in Betrieb gesetzt, wenn Brennstoff aus dem Reservoir 18 über die Brennstoffleitung 20 zum Brennerbereich 12, d. h. in die Brennkammer 18 geleitet werden soll.
Um die zur Verbrennung ebenfalls erforderliche Luft in die Brennkammer zu leiten, ist eine Verbrennungsluftförderanordnung 26 mit einem Antriebsmotor 28 und einem Förderrad 30 vorgesehen. Der Antriebsmotor 28 steht ebenfalls unter der Ansteuerung der Ansteuervorrichtung 24. Bei Erregen desselben wird durch das Förderrad 30 die zum Verbrennen erforderliche Luft gefördert.
Die bei der Verbrennung entstehende Wärme kann in einem Wärmetauscherbereich 32 auf ein zu erwärmendes Medium, beispielsweise Luft oder Wasser, übertragen werden.
Der Aufbau derartiger Fahrzeugheizgeräte 10 ist im Stand der Technik hinlänglich und in verschiedensten Variationen bekannt und wird daher nicht weiter detailliert erläutert. Für die weitere Erklärung der Erfindung wird ein derartiges brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät 10 bzw. der Brennerbereich 12 desselben als der durch das Brennstofffördersystem 16 mit flüssigem Brennstoff B, der hier als ein Beispiel von flüssigem Kohlenwasserstoff steht, zu speisende Systembereich betrachtet. Es sei darauf hingewiesen, dass beispielsweise auch ein Reformer als ein derartiger mit Brennstoff zu speisender Systembereich vorgesehen sein könnte, in welchem flüssiger Kohlenwasserstoff beispielsweise in Verbindung mit Luft zu einem wasserstoffhaltigen Reformat für eine Brennstoffzelle umgesetzt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau des Brennstofffördersystems 16 ist die Dosierpumpanordnung 22 dazu ausgebildet, den Brennstoff B in der Brennstoffleitung 20 in zwei Förderrichtungen F₁ und F₂ zu fördern. Für den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts 10 wird die Dosierpumpanordnung 22 so angesteuert, dass der Brennstoff B in der Förderrichtung F₁ gefördert wird, also aus dem Reservoir 18 entnommen wird und über die Brennstoffleitung 20 zum Brennerbereich 12 strömt. Bei bzw. nach dem Beenden des Betriebs des Fahrzeugheizgeräts 10 wird durch Betreiben der Dosierpumpanordnung 20 derart, dass sie in der entgegengesetzten Förderrichtung F₂ fördert, der in der Brennstoffleitung 20 noch enthaltene flüssige Brennstoff B wieder zurück zum Reservoir 18 gefördert, so dass die Brennstoffleitung 20 dann im Wesentlichen keinen flüssigen Brennstoff 18 mehr enthält.
Durch das Ausgestalten und Betreiben der Dosierpumpanordnung 22 in der vorangehend beschriebenen Art und Weise kann sichergestellt werden, dass nach dem Beenden des Betriebs des Fahrzeugheizgeräts 10, also des zu speisenden Systembereichs, kein flüssiger Brennstoff in der Brennstoffleitung 20 verbleibt und somit eine undefinierte Brennstoffmenge in Richtung zur Brennkammer 14 austreten kann oder in anderer Weise aus der Brennstoffleitung 20 verloren geht. Dies vermeidet einerseits eine Übersättigung der Brennkammer 14 mit Brennstoff für einen nächsten Startvorgang und schafft die Möglichkeit, für den nächsten Startvorgang hinsichtlich des Förderns von flüssigem Brennstoff in Richtung Brennkammer 14 definierte Verhältnisse bereitzustellen.
Bei der Durchführung eines Startvorgangs wird im Allgemeinen zunächst in einer Vorwärmphase dafür gesorgt, dass verschiedene Systembereiche des Fahrzeugheizgeräts 10, insbesondere ein Zündstift, vorgewärmt werden, um in einem lokalen Bereich so hohe Temperaturen erzeugen zu können, dass ein dann vorhandenes Gemisch aus Luft und Brennstoff zünden kann. Diese Vorwärmphase kann bis zu einigen zehn Sekunden dauern. In dieser Zeit kann bei zunächst noch vollständig entleerter Brennstoffleitung 20 die Dosierpumpanordnung 22 so betrieben werden, dass sie in der Förderrichtung F₁ fördert, und zwar über eine definierte Zeit, die sicherstellt, dass das Volumen der Brennstoffleitung 20 bis zur Austrittsöffnung 34 der Brennstoffleitung 20 vollständig gefüllt ist, jedoch im Wesentlichen kein Brennstoff aus der Austrittsöffnung 34 austritt. Hierzu ist es lediglich erforderlich, das zu füllende Volumen der Brennstoffleitung 20 und die in einer bestimmten Be triebsweise der Dosierpumpanordnung 22 vorhandene Förderrate zu berücksichtigen.
In der vorangehend beschriebenen Art und Weise kann sichergestellt werden, dass zum gewünschten Zeitpunkt, also dann, wenn tatsächlich im Startablauf begonnen werden soll, in der Brennkammer 14 ein zündfähiges Gemisch bereitzustellen, Brennstoff B tatsächlich auch in Richtung zur Brennkammer 14 aus der Austrittsöffnung 34 austritt. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zum Fördern in der Förderrichtung F₁ zum Vorbefüllen der Brennstoffleitung 20 erforderliche Zeitdauer exakt dann endet, wenn bei normalem Ablauf der Startprozedur mit dem Einleiten von Brennstoff B in die Brennkammer 14 bzw. ein dort möglicherweise vorhandenes poröses Verdampfermedium begonnen werden soll, so dass die Dosierpumpanordnung 22 im Wesentlichen ununterbrochen durchlaufen kann. Ist die zum Vorfällen der Brennstoffleitung 20 erforderliche Zeitdauer kürzer als beispielsweise die Vorheizzeitdauer, so kann zunächst die Dosierpumpanordnung 22 zum Fördern in der Förderrichtung F₁ betrieben werden, dann der Betrieb eingestellt werden, um dann, wenn tatsächlich ein weitergehender Austritt von flüssigem Brennstoff B in Richtung Brennkammer 14 oder in Richtung poröses Verdampfermedium gewünscht ist, den Betrieb zum Fördern in der Förderrichtung F₁ wieder aufzunehmen.
Nach dem Beenden des Betriebs des Fahrzeugheizgeräts 10, also wenn kein flüssiger Brennstoff B mehr in Richtung Brennkammer 14 geleitet werden soll, wird die Dosierpumpanordnung 22 dann zum Fördern in der Förderrichtung F₂ betrieben. Dabei wird der in der Brennstoffleitung 20 enthaltene flüssige Brennstoff im Wesentlichen vollständig abgezogen und ins Reservoir 18 zurückgefördert. Auch hier kann die Dauer des Förderbetriebs unter Berücksichtigung des zu entleerenden Volumens und der Förderrate der Dosierpumpanordnung 22 beim Fördern in der Förderrichtung F₂ ermittelt werden, wobei zum Sicherstellen, dass die Brennstoffleitung 20 auch tatsächlich vollständig entleert ist, beispielsweise die Dosierpumpanordnung 22 eine vorbestimmte Zeitdauer länger betrieben werden, als minimal erforder lich.
Bei dem in der 1 dargestellten Fahrzeugheizgerät 10 bzw. Brennstofffördersystem 16 kann weiter vorgesehen sein, dass die Dosierpumpanordnung 22 in der Brennstoffleitung 20 näher am Reservoir 18 angeordnet ist als am Fahrzeugheizgerät 10, beispielsweise direkt am Reservoir 18 oder möglicherweise sogar im Reservoir 18 angeordnet ist. Insofern ist die Darstellung der 1 lediglich als prinzipielle und nicht als die tatsächlichen quantitativen Größenverhältnisse wiedergebende Darstellung zu interpretieren. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, dass in derjenigen Betriebsart, in welcher das Fördern mit höherer Präzision erforderlich ist, nämlich beim Fördern in der Förderrichtung F₁, die Dosierpumpanordnung 22 als Druckpumpe arbeitet, also den flüssigen Brennstoff B durch die Brennstoffleitung 20 hindurchdrückt, während beim Fördern in der Förderrichtung F₂ die Dosierpumpanordnung 22 dann als Saugpumpe arbeitet, also den in der Brennstoffleitung 20 noch enthaltenen Brennstoff B aus dieser absaugt.
Mit Bezug auf die 2 bis 4 wird nachfolgend ein vorteilhafter Aufbau einer derartigen Dosierpumpanordnung 22 sowie deren Funktionsweise erläutert. Man erkennt in der 2, dass die Dosierpumpanordnung 22 zwei zueinander im Wesentlichen baugleiche Fördereinheiten 36 bzw. 38 aufweist. Die beiden Fördereinheiten 36, 38 sind auf einem gemeinsamen Träger 40 getragen, der über einen ersten Anschlussbereich 42 und einen dort beispielsweise auch vorgesehenen Filter 44 in Verbindung mit dem Fluidreservoir 18 ist oder gebracht werden kann und über einen zweiten Anschlussbereich 46 in Verbindung mit dem weiterführenden Bereich der Brennstoffleitung 20 ist oder gebracht werden kann. Dies bedeutet, dass beim Fördern in der ersten Förderrichtung F₁ in der Darstellung der 2 der zu fördernde flüssige Brennstoff über den Anschlussbereich 42 aufgenommen und über den Anschlussbereich 46 abgegeben wird. Beim Fördern in der zweiten Förderrichtung F₂ ist dies genau umgekehrt.
Zum Fördern in der Förderrichtung F₁ ist bei der in 2 gezeigten Dosier pumpanordnung 22 die untere Fördereinheit 36 vorgesehen. Diese umfasst eine Förderkammer 48, die durch einen beispielsweise als Membran ausgebildeten flexiblen Abschlussbereich 50 abgeschlossen ist. An diesem flexiblen und somit verformbaren Abschlussbereich 50 ist eine Piezoanordnung 52 vorgesehen.
Ein Einströmbereich 54 der Fördereinheit 36 steht in Verbindung mit dem Anschlussbereich 42 und umfasst weiterhin ein als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil 56. Ein Ausströmbereich 58 der Fördereinheit 36 steht in Verbindung mit dem Anschlussbereich 46 und umfasst ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil 60.
Die beiden Fördereinheiten 36, 38 der Dosierpumpanordnung 22 sind zueinander im Wesentlichen baugleich. So umfasst auch die Fördereinheit 38 eine Förderkammer 62, die durch einen verformbaren, flexiblen Abschlussbereich 64, welcher beispielsweise ebenfalls membranartig ausgebildet sein kann, abgeschlossen ist. An diesem Abschlussbereich 64 ist eine Piezoanordnung 66 vorgesehen. Ein Einströmbereich 68 der Fördereinheit 38 ist in Verbindung mit dem Anschlussbereich 46 und über diesen auch in Verbindung mit dem Ausströmbereich 58 der Fördereinheit 36. Der Einströmbereich 68 umfasst ein als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil 70. Ein Ausströmbereich 72 der Fördereinheit 38 ist in Verbindung mit dem Anschlussbereich 42 und über diesen auch mit dem Einströmbereich 54 der Fördereinheit 36. Der Ausströmbereich 72 umfasst ein ebenfalls als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil 74.
Es sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Einlass- bzw. Auslassventile 56, 60, 70, 74 beispielsweise mit einem membran- oder plattenartig ausgebildeten Ventilorgan ausgebildet sind, welches unter Fluiddruckbelastung und unter einer definiert auszulegenden eigenen Vorspannung sich gegen einen eine Durchströmöffnung umgebenden Ventilsitz legen kann und von diesem abheben kann und somit den Strömungsweg freigibt bzw. unterbricht.
Die Funktionalität einer derartigen Fördereinheit wird nachfolgend mit Bezug auf die 3 und 4 anhand der in der 2 unten erkennbaren Fördereinheit 36 detailliert erläutert. Es ist selbstverständlich, dass dies gleichermaßen auch für die in der 2 oben erkennbare Fördereinheit 38 zutrifft.
Um in der Förderkammer 48 zu fördendes Fluid, also beispielsweise Brennstoff oder Kohlenwasserstoff, aufzunehmen, wird deren Volumen vergrößert. Dazu wird die Piezoanordnung 52 durch Anlegen einer elektrischen Spannung derart erregt, dass sie sich in der in 3 erkennbaren Art und Weise verformt bzw. wölbt und somit auch den mit ihr fest verbundenen Abschlussbereich 50 verformt. Durch die Volumenzunahme der Förderkammer 48 entsteht in dieser ein Unterdruck, welcher dazu führt, dass das Einlassventil 56 öffnet, während das Auslassventil 60 schließt. Es strömt somit das zu fördernde Fluid über den Einströmbereich 54 in die in ihrem Volumen vergrößerte Förderkammer 48.
Zum Ausstoßen von Fluid aus der Förderkammer 48 wird dann die Piezoanordnung 52 durch Anlegen einer entsprechenden Spannung, beispielsweise eine Spannung umgekehrter Polarität, wieder zurückverformt, so dass sie sich beispielsweise in der in 4 erkennbaren Art und Weise in entgegengesetzter Richtung wölbt. Dabei wird das Volumen der Förderkammer 48 verringert. Durch die Druckzunahme schließt das Einlassventil 56, während das Auslassventil 60 öffnet und das Fluid nunmehr über den Ausströmbereich 58 ausgestoßen wird.
Durch das alternierende Verformen der Piezoanordnung 52 in der vorangehend beschrieben Art und Weise kann also dafür gesorgt werden, dass alternierend das Volumen der Förderkammer 48 zunimmt und abnimmt, so dass ein intermittierender Förderbetrieb zwischen dem Einströmbereich 54 und dem Ausströmbereich 58 stattfindet. Dies hat zur Folge, dass bei der in 2 gezeigten Dosierpumpanordnung 22 in intermittierender Art und Weise Fluid vom Anschlussbereich 42 zum Anschlussbereich 46 gefördert wird, also in der vorangehend beschriebenen ersten Förderrichtung F₁ gefördert wird. Dabei ist die Fördereinheit 38 außer Betrieb. Soll in umgekehrter Richtung, also der Förderrichtung F₂ gefördert werden, so wird die Fördereinheit 36 deaktiviert und vermittels der Fördereinheit 38 in der gleichen Art und Weise, wie vorangehend mit Bezug auf die 3 und 4 erläutert, das zu fördernde Fluid vom Einströmbereich 68 zum Ausströmbereich 72 und somit dem Anschlussbereich 42 geleitet.
Die 5 zeigt die Kombination der zum Fördern in der ersten Förderrichtung F₁ vorgesehenen Fördereinheit 36 mit einer Fluidstromerfassungseinheit 80. Man erkennt, dass grundsätzlich die Fluidstromerfassungseinheit 80 zu der Fördereinheit 36 und somit auch zur Fördereinheit 38 im Wesentlichen baugleich ist und ebenso wie die beiden Fördereinheiten 36, 38 als so genannte Mikropumpe aufgebaut sein kann.
Die Fluidstromerfassungseinheit 80 umfasst eine Erfassungskammer 82, die durch einen verformbaren, flexiblen Abschlussbereich 84 begrenzt ist. An diesem Abschlussbereich 84 ist eine Piezoanordnung 86 vorgesehen. Ein Einströmbereich 88 führt von dem vorangehend mit Bezug auf die 2 erläuterten Anschlussbereich 42 über ein Einlassventil 90 zu der Erfassungskammer 82. Ein Ausströmbereich 92, welchem ein von der Erfassungskammer 82 weg führendes Auslassventil 94 zugeordnet ist, führt zu dem Einströmbereich 54 der Fördereinheit 36. Die Fluidstromerfassungeinheit 80 und die Fördereinheit 36 sind somit zueinander seriell geschaltet, so dass der gesamte durch die Fördereinheit 36 geförderte Fluidstrom auch durch die Fluidstromerfassungseinheit 80 bzw. deren Erfassungskammer 82 hindurchgelangt.
Wird die Fördereinheit 36 zum Fördern in der ersten Förderrichtung F₁ betrieben, also die Piezoanordnung 52 in dem in der 3 gezeigten Sinne verformt, so entsteht im Einströmbereich 54 auf Grund der Volumenzunahme der Förderkammer 48 ein Unterdruck, welcher sich auch im Ausströmbereich 92 der Fluidstromerfassungseinheit 80 fortsetzt und das Aus lassventil 94 öffnet, da zunächst ein derartiger Unterdruck in der Erfassungskammer 82 nicht vorhanden ist. Bei geöffnetem Auslassventil 94 entsteht nunmehr auch in der Erfassungskammer 82 ein Unterdruck, welcher dazu führt, dass das Einlassventil 90 öffnet und Fluid vom Anschlussbereich 42 über den Einströmbereich 88 in die Erfassungskammer 82 gelangt. Dieses Fluid strömt dann nach dem Durchströmen der Erfassungskammer 82 zur Förderkammer 48 und wird über diese in den Ausströmbereich 58 und den Anschlussbereich 46 gefördert.
Bei jedem Fördertakt der Fördereinheit 36 entsteht also in der Erfassungskammer 82 ein Unterdruck, der dazu führt, dass der Abschlussbereich 94 mit der Piezoanordnung 86 daran sich verformt. Diese Verformung steht im Zusammenhang mit dem durch die Fördereinheit 36 geförderten Fluidstrom und führt zu einer an den Anschlüssen der Piezoanordnung 86 generierten elektrischen Spannung, die somit ein Maß für die Verformung der Piezoanordnung 86 und die Volumenänderung der Fluidstromerfassungskammer 82 ist. Diese elektrische Spannung kann in der Ansteuervorrichtung 24 ausgewertet werden, um auf diese Art und Weise Information über die vermittels der Fördereinheit 36 geförderte Fluidmenge zu erhalten. Hierzu kann beispielsweise zuvor im Laborversuch ein Zusammenhang zwischen der geförderten Fluidmenge und der dabei an der Piezoanordnung 86 generierten Spannung ermittelt werden. Dabei kann auch die Temperatur des geförderten Fluids berücksichtigt werden, da dieses im Allgemeinen temperaturabhängig sein Volumen ändern wird, so dass nicht nur der Volumenstrom beim Betreiben der Fördereinheit 36 als Rückkopplungsgröße berücksichtigt werden kann, sondern tatsächlich der dann temperaturkorrigiert vorliegende Fluidmassenstrom.
Bei dem in 5 erkennbaren Aufbau ist es grundsätzlich selbstverständlich auch möglich, die Anordnung von Fördereinheit und Fluidstromerfassungseinheit zu vertauschen, also die Fördereinheit in Strömungsrichtung vor der Fluidstromerfassungsanordnung anzuordnen, was auf Grund der Tatsache, dass die beiden Einheiten 36, 80 grundsätzlich baugleich zueinander sind oder sein können, dadurch erfolgen kann, dass eine dieser beiden Einheiten wahlweise als Fördereinheit, die andere dann wahlweisse als Fluidstromerfassungseinheit betrieben werden kann.
Bei der in der zweiten Förderrichtung F₂ fördernden Fördereinheit 38 ist das exakte Erfassen des Fluidstroms bzw. Fluidmassenstroms nicht so relevant, da diese lediglich dazu betrieben wird, die Leitung 20 zu entleeren. Hier kann grundsätzlich so gearbeitet werden, dass diese Fördereinheit 38 über eine im Laborversuch ermittelbare Zeitdauer betrieben wird, welche sicherstellt, dass kein weiterer Brennstoff bzw. kein Fluid in der Leitung zwischen dem Reservoir und dem zu speisenden Systembereich vorhanden ist. Sollte gleichwohl auch in Zuordnung zu dieser in der zweiten Förderrichtung F₂ Fördereinheit 38 eine exaktere Information über die geförderte Fluidmenge erforderlich sein, so kann diese selbstverständlich alternativ oder zusätzlich zur Fördereinheit 36 mit einer Fluidstromerfassungseinheit, wie sie in 5 gezeigt ist, kombiniert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Betriebsweise bzw. der erfindungsgemäße Aufbau eines Fluidfördersystems besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem beispielsweise als Verdampferbrenner ausgebildeten Fahrzeugheizgerät oder einem Reformer eingesetzt werden kann. Selbstverständlich können auch andere Fluide bzw. Flüssigkeiten in anderen Systembereichen, insbesondere auch im Bereich von Haushaltsheizungen oder dergleichen, in der beschriebenen Art und Weise gefördert werden.

Claims

Fluidversorgungssystem, insbesondere zum Fördern von flüssigem Kohlenwasserstoff zu einem brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerät oder einem Reformer, umfassend ein Fluidreservoir (18), eine das Fluidreservoir (18) mit einem mit Fluid zu speisenden Systembereich (10) verbindende Fluidleitung (20) und eine Dosierpumpanordnung (22) in der Fluidleitung (20), wobei die Dosierpumpanordnung (22) dazu ausgebildet ist, in einer ersten Förderrichtung (F₁) Fluid über die Fluidleitung (20) von dem Reservoir (18) zu dem mit Fluid zu speisenden Systembereich (10) zu fördern, und in einer zweiten Förderrichtung (F₂) Fluid aus der Fluidleitung (20) zu dem Reservoir (18) zurückzuführen.
Fluidversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpanordnung (22) eine erste Fördereinheit (36) zum Fördern von Fluid in der ersten Förderrichtung (F₁) und eine zweite Fördereinheit (38) zum Zurückfördern von Fluid in der zweiten Förderrichtung (F₂) umfasst.
Fluidversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpanordnung (22) in der Fluidleitung (20) näher an dem Reservoir (18) als an dem Systembereich (10) angeordnet ist.
Dosierpumpanordnung, insbesondere zum Fördern von flüssigem Kohlenwasserstoff zu einem brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerät oder einem Reformer, insbesondere für ein Fluidfördersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend zwei Fördereinheiten (36, 38), wobei jede Fördereinheit (36, 38) umfasst: – eine Förderkammer (48, 62) mit veränderbarem Volumen, – eine Piezoanordnung (52, 66), durch welche das Volumen der Förderkammer (48, 62) veränderbar ist, – einen zu der Förderkammer (48, 62) führenden Einströmbereich (54, 68) mit einem Einlassventil (56, 70), – einen von der Förderkammer (48, 62) weg führenden Ausströmbereich (58, 72) mit einem Auslassventil (66, 74), wobei ein erster Einströmbereich (54) einer ersten Fördereinheit (36) und ein zweiter Ausströmbereich (72) einer zweiten Fördereinheit (38) mit einem ersten Fluidanschluss (42) verbunden sind und ein zweiter Einströmbereich (68) der zweiten Fördereinheit (38) und ein erster Ausströmbereich (58) der ersten Fördereinheit (36) mit einem zweiten Fluidanschluss (46) verbunden sind.
Dosierpumpanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Förderkammer (48, 62) durch einen verformbaren Abschlussbereich (50, 64) begrenzt ist und durch die zugeordnete Piezoanordnung (52, 66) der Abschlussbereich (50, 64) verformbar ist.
Dosierpumpanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fördereinheit (36) und die zweite Fördereinheit (38) im Wesentlichen baugleich zueinander sind.
Dosierpumpanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Fördereinheit (36) eine Fluidstromerfassungseinheit (80) zum Erfassen einer mit dem Fluidstrom durch die Förderkammer (48) dieser Fördereinheit (36) in Zusammenhang stehenden Größe zugeordnet ist, wobei die Fluidstromerfassungseinheit (80) umfasst: – eine Erfassungskammer (82) mit veränderbarem Volumen, – eine Piezoanordnung (86), durch welche eine Volumenänderung der Erfassungskammer (82) sensierbar ist, – einen zu der Erfassungskammer (82) führenden Einströmbereich (88), – einen von der Erfassungskammer (82) weg führenden Ausströmbereich (92).
Dosierpumpanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungskammer (82) durch einen verformbaren Abschlussbereich (84) begrenzt ist und durch die zugeordnete Piezoanordnung (86) eine Verformung des Abschlussbereichs (84) sensierbar ist.
Dosierpumpanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungskammer (82) und die Förderkammer (48) zueinander seriell geschaltet sind.
Dosierpumpanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidstromerfassungseinheit (80) und die Fördereinheit (36) im Wesentlichen baugleich zueinander sind.
Verfahren zum Betreiben eines mit flüssigem Kohlenwasserstoff zu speisenden Systembereichs, insbesondere brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät oder Reformer, wobei zum Fördern von Fluid von einem Reservoir (18) zu einem mit Fluid zu speisenden Systembereich (10) über eine Kohlenwasserstoffleitung (20) eine Dosierpumpanordnung (22), vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zum Fördern in einer ersten Förderrichtung (F₁) betrieben wird und bei oder nach Beenden des Betriebs des Systembereichs (10) die Dosierpumpanordnung (22) zum Zurückfördern von Fluid aus der Kohlenwasserstoffleitung (20) in das Reservoir (18) zum Fördern in einer zweiten Förderrichtung (F₂) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei oder vor Inbetriebnahme des Systembereichs (10) die Dosierpumpanordnung (22) so lange zum Fördern in der ersten Förderrichtung (F₁) betrieben wird, dass zu einem vorbe stimmten Zeitpunkt in Ablauf der Inbetriebnahme des Systembereichs (10) die Kohlenwasserstoffleitung (20) im Wesentlichen vollständig mit flüssigem Kohlenwasserstoff gefüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei oder nach dem Beenden des Betriebs des Systembereichs (10) die Dosierpumpanordnung (22) zum Fördern in der zweiten Förderrichtung (F₂) so lange betrieben wird, dass in der Kohlenwasserstoffleitung (20) im Wesentlichen kein flüssiger Kohlenwasserstoff mehr enthalten ist.