CZ281405B6 - Topidlo pro motorová vozidla - Google Patents

Abstract

Řešení se týká topidla pro motorová vozidla, které je provozovatelné ve více výkonových stupních jako stabilní nebo vnější topení s hořákem, pracujícím na kapalné palivo a s tepelným výměníkem, který obklopuje spalovací komoru hořáku, jakož i s kontrolním zařízením provozu, které je opatřeno čidlem reagujícím na změny teploty, ke kterému je připojeno řídicí zapojení. Podstata řešení spočívá v tom, že řídicí zapojení (10) je opatřeno vyhodnocovacím ústrojím, které porovnává hodnoty rychlosti teplotních změn ve spalovací komoře nebo na tepelném výměníku, to je hodnoty charakterizující vzestup nebo pokles teploty, s alespoň jednou zadanou hodnotou pro zjištění, zda případně nedošlo k přerušení hoření nebo zda po spuštění hořáku došlo ke vzniku plamene.ŕ

Description

Topidlo pro motorová vozidla

Oblast techniky

Vynález se týká topidla pro motorová vozidla, které je provozovatelné ve více výkonových stupních jako stabilní nebo vnější topení s hořákem, pracujícím na kapalné palivo, a s tepelným výměníkem, který obklopuje spalovací komoru hořáku, jakož i s kontrolním zařízením provozu, které je opatřeno čidlem reagujícím na změny teploty, ke kterému je připojeno řídicí zapojení a které je vytvořeno jako na teplotě závislá, časově proměnný elektrický výstupní signál dodávající konstrukční součást, přičemž řídicí zapojení opakovaně vytváří z elektrických výstupních signálů čidla údaje, charakterizující hodnoty rychlosti teplotních změn.

Dosavadní stav techniky

Taková topidla se používají jako tak zvaná stabilní, vnější nebo přídavná topení v autobusech, nákladních vozidlech, ve vozidlech pro zpracování půdy, jakož i v jiných vozidlech, například také osobních automobilech.

Jsou známé různé formy jejich provedení. Tak například se tato topidla používají s tepelným prostředím v podobě vody nebo vzduchu. Jiné rozdělení těchto topidel používá například typ a výkon hořáku, takže jsou například odpařovací hořáky, hořáky s tlakovým rozprašovačem a s rotačním rozprašovačem. Rozdělení se také provádí podle zapalování, například jiskrou nebo zapalovací svíčkou.

Pro provoz hořáků takového topidla platí určité předpisy. Jeden z nich určuje, že po spuštění hořáku, speciálně po začátku dodávky paliva, musí plamen hořet v časovém intervalu 180 sekund. Dále předpis stanovuje, že pokud dojde k přerušení hoření při stacionárním provozu, musí být tato chyba spolehlivě zjištěna v průběhu 240 sekund, aby bylo možné včas zastavit dodávku paliva, a to před tím, než do spalovací komory vnikne příliš mnoho paliva, což by představovalo zdroj nebezpečí.

Uvedené předpisy pro provoz hořáku vyžadují přímou nebo nepřímou kontrolu plamene. Přímá kontrola plamene se provádí například tak, že se použije optické čidlo, například fototranzistor, který vydává výstupní signál tak dlouho, pokud je osvětlován svíticím plamenem. V některých případech je však úprava optického čidla uvnitř spalovací komory zakázána. Za určitých okolností lze potom využít tepelný prvek, který není uspořádán uvnitř spalovací komory, ale venku na stěně spalovací komory nebo na tepelném výměníku. Předpokladem pro použití takového tepelného prvku je, aby poměrné velmi rychle reagoval a aby stěna spalovací komory nebo stěna tepelného výměníku byla dobře tepelně vodivá, tedy nikoli tepelně setrvačná.

Zcela problematické je použití tepelných prvků na vnější straně stěny spalovací komory nebo stěny tepelného výměníku v tom případě, kdy se jedná o odlitek, který zpravidla bývá vytvořen z hliníku. U těchto tepelných výměníků se mění vnější teplota na

-1CZ 281405 B6 stěně spalovací komory nebo tepelného výměníku při změnách teplot uvnitř spalovací komory relativně velmi pomalu. Až dosud se používal například bimetalový spínač, který se pro rozpoznání zapálení plamene při spuštění topidla při překročení určené první teploty otevřel nebo zavřel a při překročení určené druhé teploty se zavřel nebo otevřel, čímž se mělo zjistit přerušení hoření. Takové bimetalové spínače jsou relativně spolehlivé. Nastavují se při výrobě zařízení pro příslušný typ vozidla v závislosti na rychlosti teplotních změn na vnější straně stěny spalovací komory, případně tepelného výměníku.

Problematické je však použití takových relativně pomalu reagujících dvoubodových spínačů u topidel, která mohou pracovat ve více, například ve dvou výkonových stupních. Když se takové zařízení přepne z relativně vysokého výkonového stupně na nižší výkonový stupeň, je s tím spojen nejprve relativně prudký pokles teploty, načež se teplota vyreguluje na poměrně nižší hladinu. Úroveň teploty při nízkém nastavení je tak malá, že se při přerušení hoření s velkou teplotou nedosáhne takové teploty v průběhu předepsaných čtyř minut. V některých případech je dokonce nízká úroveň teploty pod spínací teplotou při přerušení plamene.

V patentovém spise DE 35 17 953 je popsáno topidlo s regulačním ústrojím pro topný výkon. Pro regulaci se zjišťuje teplotní spád pro ohřev prostředí pro výměnu tepla mezi dvěma prahovými hodnotami teploty. Zjišťuje se, jak dlouhou dobu potřebuje prostředí pro výměnu tepla k tomu, aby se ohřálo mezi první a druhou prahovou hodnotou teploty. Tato doba ohřevu je porovnávána s určitou zadanou hodnotou a v závislosti na výsledku se uskutečňují různé regulační procesy. Tato regulace však není vhodná pro kontrolu plamene, která by měla být schopná jednak zjistit, že nedošlo k zapálení paliva, a jednak zjistit přerušení hoření v průběhu normálního provozu.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol zdokonalit topidlo pro motorová vozidla uvedeného typu, které je provozovatelné ve více výkonových stupních, a to tak, aby byla umožněna jediným nepřímo pracujícím čidlem spolehlivá kontrola hoření i tehdy, když je topidlo provozováno ve více výkonových stupních.

Vytčený úkol se řeší a uvedené nedostatky se odstraňují topidlem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že řídicí zapojení je opatřeno jednak vyhodnocovacím ústrojím, které přijímá výstupní signály čidla, z nichž zjišťuje hodnoty rychlosti teplotních změn, a jednak porovnávacím členem, který srovnává hodnoty rychlosti teplotních změn s nejméně jednou zadanou hodnotou.

Čidlo použité podle vynálezu je samo o sobé známé. Jedná se například o odpor PTC, tepelný prvek nebo podobný konstrukční prvek, který vydává elektrický signál, jehož amplituda je závislá na snímané teplotě. Řídicí zapojení vyhodnocuje tento signál tak, že opakovaně, například v pravidelných časových intervalech se vždy vytvoří určitá hodnota, která je charakterizující pro rychlost teplotní změny, to je pro rychlost vzestupu nebo poklesu

-2CZ 281405 B6 teploty. Jinak řečeno se zjišťují hodnoty spádu, které charakterizují tendenci změny teploty.

Předběžnými pokusy se zjistí určité průběhy teploty v místě čidla pro různé provozní stavy a uloží se do paměti jako zadané hodnoty. Tak například se zjistí nárůst teploty v oblasti čidla po spuštění hořáku a zaznamená se. Mimoto se zjistí, pokud hořák pracuje ve stacionárním stavu, tedy pokud je teplota na čidle v relativně úzkých mezích konstantní, pokles teploty na čidle, který je důsledkem přerušení hoření plamene. Uvnitř spalovací komory poklesne teplota po přerušení hoření relativně velmi rychle. Na základě tepelné setrvačnosti tepelného výměníku však klesá teplota na vnější stěně tepelného výměníku poměrně velmi pomalu. Obdobně se zjistí i pokles teploty na čidle při přepnutí provozu hořáku z vysokého výkonu na nízký výkon. Takto zjištěné hodnoty se například uloží do paměti mikroprocesoru, který slouží jako řídicí zapojení.

Při provozu topidla se potom v určitých časových intervalech vytvářejí hodnoty teplotního spádu a porovnávají se s příslušnými, předem do paměti zadanými hodnotami teplotního spádu. Porovnání potom ukáže, zda došlo k poklesu teploty nebo k nárůstu teploty, který musí být dosažen při spuštění topidla. Zjišťování souladu průběžně zjišťovaných hodnot poklesu s předem do paměti uloženými hodnotami se provádí vytvářením diference. Pokud jsou příslušné mezní hodnoty nižší než stanovená toleranční hodnota, hodnotí se to jako souhlas.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladu provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je graficky znázorněn průběh teploty, umožňující vysvětlení vynálezu. Na obr. 2 je znázorněno blokové schéma topidla motorového vozidla s řídicím zapojením.

Příklad provedení vynálezu

Jak je patrno z obr. 1, je na úsečce vynesen čas t, zatímco na pořadnici je vynesena teplota. Pokud je v okamžiku O spuštěn hořák topidla, to znamená, že se zahájí přívod paliva, to je nafty nebo benzinu a zapálí se plamen, narůstá teplotaτΛ exponenciálně. Nárůst teploty odpovídá nejprve přímce. Při dosažení teploty t^e ^v Průběhu časového intervalu splnil hořák předpis, protože v průběhu časového intervalu T-]_ = 180 sekund vznikl plamen. Teplota potom dále vzrůstá, až se nakonec přiblíží při stacionárním provozu teplotě Tato teplotní hladina odpovídá provozu vozidla pri velkém výkonu.

Pokud se například v okamžiku t_F topidlo přepne na malý výkon a pracuje tedy při malé teplotě γ, následuje nejprve relativně strmý pokles teploty, až se teplota přiblíží ke konstantní teplotě tj _K. ^Na počátku poklesu teploty odpovídá sklon křivky sklonu tečny m_K této křivky.

-3CZ 281405 B6

Porovnáme-li pokles teploty při přepnutí topidla z velkého na malý výkonový stupeň s poklesem teploty při přerušení plamene, které je vlastně poruchovým případem, tak se ukáže, že v případě poruchy je pokles teploty podstatně strmější. Pokud je v okamžiku tj_ plamen přerušen, poklesne teplota nejprve podle tečny m_A spádové křivky, až nakonec teplota odpovídá teplotě okolí. Pokud teplota poklesne v časovém intervalu T₂ po okamžiku pod hodnotu £^, odpovídá to předpisem stanovené době pro zjištění přerušení plamene.

Pokud teplota při přerušení plamene dále klesá pod konstantní hodnotu vzniká také exponenciální pokles teploty s odpovídající tečnou.

Vynález spočívá na popsaném průběhu teploty pro uvedené různé provozní situace v oblasti čidla, které je uspořádáno na vnější stěně tepelného výměníku.

Na obr. 2 je znázorněno blokové schéma stabilního topení motorového vozidla, které je napájeno benzinem nebo naftou.

Topidlo 1 je opatřeno neznázorněným hořákem. Do hořáku je dmýchán vzduch dmychadlem 2 spalovacího vzduchu. Dávkovači čerpadlo 3 dodává podle nastaveného výkonového stupně vozidla velké nebo malé množství paliva do například tlakového rozprašovače v oblasti spalovací komory. Zapalovací svíčka 4, místo které lze případně vytvořit zapalovací jiskřiště, zajišťuje zapálení směsi paliva se vzduchem.

Topidlo je řízeno řídicím zapojením 10, které ovládá dmychadlo 2 spalovacího vzduchu, dávkovači čerpadlo £ a zapalovací svíčku 4.

Na vnější stěně odlitku tepelného výměníku topidla £ je jako čidlo 5 upraven odpor PTC, který vydává výstupní signály, jejichž amplitudy jsou úměrné snímané teplotě.

Řídicí zapojení 10 přijímá výstupní signály čidla 5 a kromě toho provozní řídicí signály z rozváděče 6. Jak je schematicky patrno z obr. 2, lze prostřednictvím rozváděče 6 přepnout topidlo £ na vysoký výkonový stupeň G, na malý výkonový stupeň K nebo jej vypnout v poloze E/A.

Řídicí zapojení 10 obsahuke například mikroprocesor, který přejímá v pravidelných časových intervalech hodnoty výstupního signálu čidla 5 a vytváří spádové hodnoty. To se uskutečňuje například tak, že dvě za sebou snímané hodnoty teploty jsou děleny hodnotou snímacího intervalu.

Mikroprocesor řídicího zapojení 10 má paměť, ve které jsou uloženy empiricky zjištěné hodnoty teplotních gradientů pro různé provozní situace. Jsou to hodnoty gradientu pro vzestup teploty při spouštění zařízení, hodnoty gradientu pro pokles teploty při přerušení plamene, a to vždy pro vysoký výkonový stupeň a malý výkonový stupeň topidla £, a hodnoty gradientu pro pokles teploty při přepnutí topidla £ z vysokého výkonového stupně na malý výko-4CZ 281405 B6 nový stupeň. Průběžně zjišťované hodnoty gradientu jsou porovnávány s předem do paměti uloženými hodnotami gradientu vytvářením diference. Souhlas srovnávaných hodnot je podle definice k dispozici například tehdy, když jsou diference menší než u zadaných hodnot. V závislosti na výsledku porovnávání nereaguje potom řídicí zapojení 10 bud' vůbec, nebo reaguje nouzovým opatřemím.

Hodnoty gradientů odpovídají tečnám na teplotních křivkách podle obr. 1. Pokud se při porovnání okamžité hodnoty gradientu s předem do paměti uloženou hodnotou gradientu zjistí, že teplota přímo odpovídá například na obr. 1 vyznačené tečně m_A, znamená to, že došlo k přerušení hoření. V takovém případě reaguje řídicí zapojení 10 tak, že vydá dávkovacímu čerpadlu 2 paliva vypínací signál, čímž se dodávka paliva zastaví.

Vynález je využitelný nikoli jen, ale s výhodou u takových topidel l, která mají tepelný výměník vytvořený z odlitku s poměrně velkou tepelnou setrvačností.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Topidlo pro motorová vozidla, které je provozovatelné ve více výkonových stupních jako stabilní nebo vnější topení s hořákem, pracujícím na kapalné palivo, a s tepelným výměníkem, který obklopuje spalovací komoru hořáku, jakož i s kontrolním zařízením provozu, které je opatřeno čidlem, reagujícím na změny teploty, ke kterému je připojeno řídicí zapojení a které je vytvořeno jako na teplotě závislé, časově proměnný elektrický výstupní signál dodávající konstrukční součást, přičemž řídicí zapojení opakovaně vytváří z elektrických výstupních signálů čidla údaje, charakterizující hodnoty rychlosti teplotních změn, vyznačuj í c í se tím, že řídicí zapojení (10) je opatřeno jednak vyhodnocovacím ústrojím, které přijímá výstupní signály čidla (5), z nichž zjišťuje hodnoty rychlosti teplotních změn, a jednak porovnávacím členem, který srovnává hodnoty rychlosti teplotních změn s nejméně jednou zadanou hodnotou.