用于运行泵的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于运行泵、特别是用于在发动机试验台中的燃料消耗测量的测量循环泵的方法，其中，在泵管路中设置有具有确定的开关点的流量控制器，此外，本发明涉及一种用于校准设置在泵管路中的泵的装置，其中，所述装置具有用于调整泵的泵功率的执行机构和调节单元。此外，本发明涉及一种将所述装置用于确定泵的维护和/或更换时间点的应用。

背景技术：

与控制变量、即例如由变频器提供的调整频率相关地，泵的输送功率随着磨损的增大而降低。输送功率的加速下降可以表明泵将很快失效。

这特别是可能在给发动机试验台供应燃料时出现问题。在发动机试验台上实施试验过程通常与高的成本相关联，其中，仅对于租试验台来说，每天可能产生高的金额。各个试验过程必要时可以运行多个星期，其中，在试验过程期间通常不可能的是，在维护或者更换某一试验设备、如例如用于发动机的燃料供给系统的测量循环泵。因此，在临近试验过程的结束时唯一的构件的失效可能导致非常高的成本，因为中断的试验的结果大多是无价值的并且必须重复。不仅需要考虑目前用于试验所产生的成本，而且也考虑失去的、对研发持续产生影响的时间。特别令人不快的是，中断试验过程的原因和由此产生的成本在于相对便宜的构件(如该构件例如是测量循环泵)的失效。

测量循环泵在不同的试验过程中非常不同地受负荷，从而大多不可能精确地说明：在一个试验过程或者多个试验过程之后泵的磨损已经发展到何种程度。然而这在两各方面是有问题的：一方面，泵的失效概率从一定的损耗起大大提高，另一方面，泵的输送量也随着损耗的增加而下降，并且在最坏的情况下，可能未被察觉到已低于由研发人员或者说试验台驾驶员定义的用于试验过程的最低量。在这两种情况下，试验结果是无价值的，并且事后表明，泵必须在试验过程之前就已被替换。

为了避免所述风险，测量循环泵常常在额定使用寿命的大约仅30％之后就已替换，因为由外部不可能确定所述泵实际上已经损耗到何种程度。这虽然是相当昂贵的浪费，但是总比在失效时承担的成本还更便宜。

为了避免这些缺点，可以在燃料供应系统中设置昂贵的传感器，以便例如通过测量压力、密度和输送量确定泵的实际的损耗度。然而，这与巨大的成本相关联并且此外在某些情况下安装高品质的传感装置可能还增加可能的问题，因为除了增多的用于泵单元的成本之外，不仅泵而且传感装置也必须定期地维护并且及早地替换。由于巨大的维护需求，用于劳动消耗的成本也增加了。流量传感器例如也可能导致附加的压力形成，该附加的压力形成必须特意考虑。

因此，存在对方法和装置的要求，这些方法和装置允许以简单的方式以低的成本并且以高的运行安全性确定泵的实际的损耗度，以便一方面在使用之前这样校准泵，使得达到预定的输送量，并且另一方面能够足够准确地确定泵的损耗度，以便可以在泵失效之前及早地更换。

除了泵(该泵影响泵的输送量)的损耗度和磨损(例如轴承、齿轮等等)之外，通常使用的泵的输送量此外与泵送的介质的压力和粘度密切相关。在没有昂贵的传感装置来监测当前的输送量的情况下，在最坏的情况下，未察觉到已低于由研发人员/试验台驾驶员定义的、用于燃料供应的最低量，特别是当所述三个主要的影响因素(压力和燃料的粘度以及泵的磨损)中的一个或者多个影响因素已经改变时。于是，这种系列试验的结果可能是不可用的。

技术实现要素：

因此，本发明的目的此外在于能实现一种校正系统，利用该校正系统可以补偿这些因素，从而在条件改变的情况下可以可靠并且简单地调节燃料供应，从而在运行期间可以根据预定值始终保持实际为发动机提供的燃料量。

该目的和其它目的通过开头提到的方法实现，该方法具有以下步骤：

-事先在新泵中一次性地确定用于泵的执行机构的基准控制变量，其方式为：

·通过基本上平稳地改变执行机构的控制变量来启动泵，直至到达开关点(sp)；以及

·确定配置于开关点的控制变量，并且将该控制变量存储为基准控制变量；

-在泵使用之前在该泵上实施校准步骤，其方式为：

·通过基本上平稳地改变执行机构的控制变量来启动泵，直至到达开关点；

·确定配置于开关点的控制变量并且将该控制变量定义为校正控制变量；

·确定在存储用于泵和流量控制器的基准控制变量和校正控制变量之间的控制变量差值；以及

·基于所述控制变量差值校准泵的执行机构。

按照本发明的方法利用这一事实，即，简单的流量控制器的开关点在一段时间上几乎不改变并且该开关点也几乎与泵送的介质的压力无关。非常简单并且低成本的流量控制器也在时间历程上具有非常高的开关点正确度。此外，流量控制器或者流量开关可非常低成本地实现并且需要仅非常小的空间需求。流量控制器对泵送的介质的流动特性也仅具有小的影响。

特别是泵的变频器的频率可被视为控制变量，其中，变频器用作用于泵的执行机构。然而，本发明也可以以对于本领域技术人员已知的方式使用其它执行机构。

执行机构的相应的控制变量、即例如变频器的频率称作“配置于开关点的控制变量”或者“开关点控制变量”，在该控制变量中流量控制器开始探测流量的存在。

术语“基本上平稳地改变控制变量”表示控制变量的这样的变化，该变化促使泵的输送功率、即流量的足够缓慢的增大，以便可以利用为了使用而预先给定的准确度来确定流量控制器的开关点。特别是控制变量的逐级的变化也可以视为“基本上平稳地”，只要所述级足够小，以便足够准确地确定开关点。

对于实施所述方法不是强制必需的是，准确地知道：在哪个流量值中精确地接通流量控制器，只要确定的流量控制器的开关点永远保持恒定。因此，对于实施按照本发明的方法不必需的是，校准流量控制器。

通常在安装新泵之后确定用于新泵的基准控制变量并且接着将基准该控制变量在泵的整个寿命周期期间用于校准。在每次新使用、例如发动机试验台的新的试验过程之前实施校准步骤，其中，相应的泵特性曲线(通过该泵特性曲线根据控制变量调节待输送的燃料量)可以基于所确定的控制变量差值针对使用进行再调整。如果所确定的控制变量差值应该落在为了泵的按照规定的运行所确定的参考区域之外，则该泵可以在开始试验过程之前及时更换。控制变量差值突然产生的在还允许的范围内的变化可能表明有缺陷的泵。

在流量控制器的开关点仅不重要地受介质的压力影响、并且在一段时间上也几乎不改变期间，该开关点与燃料的密度和粘度有关。因此，按照本发明以有利的方式借助密度传感器和/或粘度传感器确定所泵送的介质的密度和/或粘度，并且可在校正执行机构时考虑在确定基准控制变量时介质的密度和/或粘度与在校正步骤中介质的密度和/或粘度之间的差。由此，也可以在同样的设备上使用按照本发明的方法并且利用同样的事先确定的基准控制变量(和基准密度)以用于校准泵，这些泵用于泵送变换的、具有不同的密度的介质。在流量控制器的开关点和监测的流体的粘度之间关系通常是严格地线性的并且可以以简单的方式从流量控制器的数据页得知。在此，流量控制器的开关点可以固定地预先给定或者是可调整的。

在另一种有利的实施方式中，在校正步骤中基于控制变量差值确定表示泵损耗的磨损值。这便利于监测泵的损耗状况。

有利地，可以基于磨损值确定泵的更换时间点。所述磨损值例如可以是泵的额定使用寿命的百分数，其中，可以由该值与确定的试验过程的设计数据相关联地确定在该试验过程中泵的失效概率。当该失效概率超过预先给定的极限值时，可以在开始试验过程之前更换泵。

此外，本发明涉及一种开头提到类型的装置，该装置在燃料管路中具有流量控制器，其中，调节单元构造用于：在启动泵直至到达流量控制器的开关点时基本上平稳地改变执行机构的控制变量并且确定和存储配置于相应的开关点的控制变量；确定在存储用于泵和流量控制器的基准控制变量与在校准时确定的校正控制变量之间的控制变量差值；以及基于所述控制变量差值校准泵的执行机构的控制变量。利用这种装置可以在实际中实施按照本发明的方法。

在本发明的一种有利的实施方式中，流量控制器可以集成到泵中。由此可以实现非常紧凑的泵布置结构。

有利地，流量控制器可以是双元传感器。与具体的描述相关联地传感器被视为双元传感器，该双元传感器能够测量恰好两种状态，即，“存在流量”和“探测不到流量”。虽然这种也对成本产生有利的影响的传感器简单，但借此可以实现按照本发明的优点。

按照另一种实施方式，流量控制器可设置在泵的压力侧上。这是有利的，因为由流量控制器导致的、在抽吸侧上的流动阻力根据相应的抽吸介质由于低压可能导致空穴作用。

在一种有利的实施方式中，所述装置可以具有用于泵送的介质的密度传感器和/或粘度传感器。该实施方式特别是对于如下设备是有利的，在这些设备中不同的抽吸介质、例如不同的燃料必须以不同的密度或者粘度来泵送。

按照本发明的装置允许对泵的可靠的校准，而无需特意通过复杂的流量测量来确定泵的输送量。有利地，所述装置是用于发动机试验台的燃料消耗测量装置，其中，泵可以是燃料泵、特别是设置在燃料消耗测量装置的测量循环中的测量循环泵。因此，在试验状态中可以随时准确地调节或者说检查供应给发动机的燃料量。这简化了结构型式，降低了用于试验状态的成本以及维护成本，并且降低了设备的容易出错性。按照本发明的装置的另一个优点是该装置的小的尺寸。这特别是在试验台中是重要的，因为常常预先给定测量仪的最大尺寸。因此，由于减小的空间提供，安装复杂的用于测量循环泵的传感装置常常是绝对不可能的。

最后，本发明涉及一种将先前描述的按照本发明的装置用于确定泵的维修和/或更换时间点的应用。按照本发明，这允许确定最佳维护策略，其中，也可以将用于计算失效风险和/或失效的有待预期的费用的复杂算法一并包含到维修计划中。

附图说明

下面参照图1至图3更详细地阐述本发明，这些附图示例性地、示意性地并且非限制性地示出本发明的有利的构造形式。在附图中：

图1示出按照本发明的装置的主要元件的示意图；

图2示出按照本发明的用于发动机试验台的燃料消耗测量的装置的示意图；以及

图3示出包括泵的不同的特性曲线的曲线图。

具体实施方式

图1以简化的示意图示出按照本发明的装置，其中，泵1在泵管路6中从介质源7向介质消耗器(mediensenke)8泵送待泵送的介质。与具体的描述相关联地，将在其中设置有泵的管路称作“泵管路”，并且泵通过该管路泵送待泵送的介质。泵管路也可以在循环回路中引导，正如这例如在加热系统中常见的那样。

泵1与执行机构2相连接，其中，执行机构2预先给定一个控制变量，该控制变量确定泵1的输送功率。所述控制变量例如可以是频率，并且执行机构2可以是变频器。

在泵管路6中在泵上游设置有密度传感器5，其中，代替密度传感器5或者附加于该密度传感器地也可以设置粘度传感器。

在泵下游设置有流量控制器4。流量控制器4可以是常规的具有设置在燃料管路中的闸门(paddel)的流量开关，其中，所述闸门被流动压向一侧，并且在此，当流量超过一定的阈值(该阈值定义了流量控制器的先前提到的开关点)时，触发开关。也可以使用基于其它原理的流量控制器，然而所示出的结构形式是一种特别简单并且也低成本的解决方案，该解决方案具有非常高的开关点正确度的优点(即，流量速度或者说在其中连接有流量控制器的流量在使用寿命期间几乎不变化。)

调节单元3与执行机构2、流量控制器4和密度传感器5相连。调节单元3从密度传感器5(并且必要时粘度传感器)接收表示密度(或者粘度)的信号。此外，调节单元3从流量控制器4接收表示在泵管路6中存在或者不存在流动的信号。调节单元3可以调节执行机构2的控制变量。通过用户界面11可以由用户设定调节单元3的控制变量。例如，如果在设备中不设置密度传感器5或者粘度传感器，也可以通过用户界面11输入用于待泵送的介质的密度和/或粘度的参数。

现在，参照图2更详细地说明按照本发明的用于运行泵的方法。图2示出一种曲线图，在该曲线图中画出以升/小时表示的流量q(y轴)关于以赫兹表示的泵的变频器的频率f(x轴)。

为了确定基准控制变量fr，在安装新泵之后从泵的静止状态起平稳地(或者基本上平稳地)提高变频器的频率并且确定一个频率fr，流量控制器从该频率起探测流量，其中，该点被称作开关点spr。配置于该开关点的流量被称作qsp。开关点spr处于新泵的特性曲线klr上，其中，特性曲线klr大多由泵的数据页已知或者可以事先确定。泵的输送功率通过设定频率来确定，该频率相应于期望的输送功率，其中，在调整频率和流量之间的关系通过特性曲线定义。

借助于已知的特性曲线klr可以本身简单地确定用于流量控制器的开关点流量的精确值qsp，然而，对该值的准确的了解对于校准的其它步骤不是必需的。在事先一次性地实施的、用于确定基准频率的步骤中仅存储基准频率fr的值并且随后用于包括泵和流量控制器的系统的相同组合。

在每次重新使用所述装置之前、例如在发动机试验台中在每次新的试验过程之前，借助于所存储的用于基准频率fr的值校准泵。泵，为了校准，正如已经在通过平稳地(或者至少基本上平稳地)提高变频器的频率来确定基准频率时那样地斜坡状地不断提高功率，并且确定校准频率fk，该校准频率在所阐述的情况中高于基准频率fr。(相应的开关点在图2中以spk标记并且该开关点相应于与参考开关点spr相同的的流量qsp)。

现在在存储的基准频率fr和在校准时确定的校准频率fk(此时，△f＝fr-fk)之间的频率差△f能够识别出，泵的当前的特性曲线klk与新泵的特性曲线klr不同。如果现在利用原来的设定继续使用该泵，则得出与相应的调整频率有关的、用于在该频率时的流量的偏差△q，该偏差必须在每次试验过程之前通过校准来补偿。在图2中给出在校准频率fk时流量的偏差△qk。

为了校准泵的执行机构、即变频器，必须将当前的特性曲线klk通过匹配控制频率向原来的特性曲线klr“推移”。因为特性曲线在质量方面没有区别(在图2中为了简单起见两个特性曲线作为经过起点的直线示出)，单独地测量校准频率fk足以在其整个历程中校准特性曲线。在所示出的示例中，这通过关系轻易地理解。

相应的校准的特性曲线klk与参考特性曲线klr的偏差从一个试验过程到另一个试验过程可以明显不同，因为该偏差受泵送的燃料的相应的压力和泵的磨损程度的影响，其中，流量控制器的用于开关点流量的值qsp仅不明显地改变。在实际中在试验时已证实，也能利用非常简单并且低成本的流量控制器完成对泵的令人惊讶地准确的校准。

尽管流量控制器的开关点在一段时间上几乎不改变，并且该开关点也仅不明显地受介质的压力影响，但该开关点还是相当明显地与燃料的相应的密度和粘度有关。为了在校准时考虑到这一点，按照本发明可以使用密度传感器和/或粘度传感器，以便在校准时可考虑开关点流量的值qsp的变化。

按照本发明的方法不仅可以应用在具有线性的特性曲线的泵上，而且也可以用于其特性曲线具有其它形状的泵上。例如特性曲线可以凸形地或者凹形地弯曲和/或具有拐点或者中断点。按照本发明的用于其它特性曲线的方法的实现处于本领域技术人员的能力范围内。

图3示出用于发动机试验台用的油耗测量的装置的主要元件。在从燃料箱7'通向试验件8'(或者试验发动机)的燃料管路6'中设置有前循环泵16、流量传感器12(例如科里氏传感器)、密度传感器5、测量循环泵17和流量控制器4。基于更好的响应特性，流量控制器4设置在测量循环泵17的压力侧上。

在图3中示出的装置可以分成两个循环，在燃料箱7'和设置在燃料管路6'中的流量传感器12之间的前循环9，以及在流量传感器12和试验件8之间的测量循环10。

在前循环9中，在前循环泵16和流量传感器12之间分支出一个箱回路14，该箱回路返回地通到燃料箱7'中并且在该箱回路中设置回路调压器15。在测量循环10中从试验件8'出发设置发动机回路13，该发动机回路在流量传感器12和密度传感器5之间通入到燃料管路6'中。

在所示出的示意图中，密度传感器5直接设置在测量循环泵17和流量控制器4的上游。然而，密度传感器5可以设置在其它任意的位置处，例如在箱7的区域中或者在发动机8附近。对于简单的实施方式来说，也可以完全省去密度传感器，特别是当可以预料燃料的密度没有显著的变化时，或者当可以以其它方式确定密度或者可以通过用户界面输入密度时。附加地或者代替密度传感器5地，也可以设置粘度传感器。

通常使用的燃料的密度和粘度是普遍已知的或者可以事先根据试验确定。当人们熟悉燃料类型(例如：柴油或汽油)并且根据试验一次性地为所有的流体确定开关点时，可以借助密度推断出流体并且确定精确的开关点。如果人们仅熟悉具有最小密度的流体和具有最大密度的流体，则可以根据动态的粘度与密度的线性相关性非常好地估算出，在哪里存在开关点。可以预料的是，该估算处于测量准确度之内，至少对于在汽车工业中常见的液体来说是这样。本领域技术人员能将本发明匹配于相应的燃料特性和所要求的测量准确度。

前循环泵16从燃料箱7'中泵送燃料并且在前循环泵16和测量循环泵17之间的区域中产生供应压力，该供应压力由回路调压器15限定。当试验件8'不消耗燃料并且因此也没有燃料流过流量传感器12时，由前循环泵16输送的燃料经由箱回路14被再次泵送返回到箱7'中。在测量循环10中由测量循环泵17泵送的燃料又在持续的流中提供给试验件8'。未被试验件8'消耗的燃料将经由发动机回路13再次被送回燃料管路6'中。

由前循环9和测量循环10构成的这两个循环系统的优点在于，前循环泵16和测量循环泵17的输送功率可以在一定的误差范围内变化，因为实际由试验件8'消耗的燃料量可以经由相当准确的流量传感器12相当精确地确定，即使由前循环泵16和测量循环泵17输送的量不是精确已知的。仅需要的是，前循环泵16和测量循环泵17可以分别提供必需的压力升高。

根据试验件8'的类型对于测量循环泵17可能必需的是，必须提供也相当高的压力，其中，基于这种负荷通常在测量循环泵17中而不在前循环泵16中出现损坏。即使前循环泵16或测量循环泵17的输送量在一定范围内波动是不成问题的，但输送量的过大的下降可能导致试验件8'不能得到必需的燃料量，或者说导致提供给试验件8'的燃料的压力太小。在这种情况下试验过程的结果可能是不可用的。

由申请人实施的测试表明，测量循环泵17的泵功率(与所输送的介质相关地)在泵的额定使用寿命的三分之一之后就可能已经与实际设定的值(例如800l/h)偏离了200l/h。这相当于偏离了25％。借助于按照本发明的装置可以以非常小的耗费将该偏离在整个寿命期间限定到一个低于10％的值。附加地，每个校准步骤能实现对泵的实际磨损的可靠的评价。

由按照图3的装置类似于上面描述的工作步骤地实施按照本发明的方法，其中，在测量循环泵17的输送功率的斜坡状的不断提高时在循环过程中在测量循环10中泵送燃料。

为了精确确定测量循环泵17的泵功率，虽然也可以在测量循环的区域中、即例如在测量循环泵17的下游安装一个第二流量传感器，然而，为此一般使用的科里氏传感器是非常昂贵的并且具有如下缺点，即，所述科里氏传感器影响输送给试验件8'的燃料的压力。因此，在实际中第二流量传感器是不合理的选择。

为了可以将按照本发明的方法也有利地应用于前循环泵16，在所示出的实施方式中前循环9具有特有的流量控制器4'，其中，前循环9可以借助于止回阀18与测量循环10分开，从而在循环过程中在前循环9中的全部燃料经由回路调压器15和箱回路14泵送返回到箱中。然后，类似于上面描述的方法地也可以对前循环9实施校准(为了清楚起见未示出控制单元、即尤其是执行机构和调节循环泵的调节单元，然而，本领域技术人员已知如何实际实施这种调节)。

作为泵，与本发明相关地可以使用任意的泵，这些泵的泵功率可以利用所使用的执行机构足够准确地调整用于相应的应用。例如齿轮泵、旋转滑阀式真空泵、旋转活塞泵、转子泵或者类似的泵可以算作这样的泵。基本上，按照本发明的方法可以有利地应用于每种泵，在这些泵中输送量可以被可变地设定。有利的是，这些泵具有线性的输送量-转速特性变化曲线。然而，这不是强制的前提条件。

本发明不仅可用于与发动机试验状态的燃料测量相关的应用，而且也可以用于其它类型的泵。例如本发明也可以有利地用于在加热循环系统中监测和调整泵的输送功率。

附图标记列表

泵1

执行机构2-变频器2'

调节单元3

流量控制器4、4'

密度传感器5

泵管路6-燃料管路6'

介质源7-燃料箱7'

介质消耗器8-试验件8'

前循环9

测量循环10

用户界面11

流量传感器12

发动机回路13

箱回路14

回路调压器15

前循环泵16

测量循环泵17

止回阀18