DD292180A5

DD292180A5 - Heizgeraet fuer mobile einheiten

Info

Publication number: DD292180A5
Application number: DD90337986A
Authority: DD
Inventors: Erich Kenner; Petre Reiser; Gerhard Gaysert
Original assignee: Firma J. Eberspaecher,De
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1991-07-25
Also published as: US5078317A; EP0384280A2; EP0384280A3; DE3905603C2; EP0384280B1; ES2046551T3; DE3905603A1; DE59003566D1; CA2010851C; CA2010851A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgeraet fuer mobile Einheiten bei Standheizungen mit Druckzerstaeuberbrennern, die ein geringes Brennkammervolumen aufweisen, wird eine gute Durchmischung von Luft und Brennstoff praktisch nur bei relativ hohen Luftstroemungsgeschwindigkeiten erreicht, was aber zu Zuendschwierigkeiten, insbesondere bei hohen Betriebsspannungen und tiefen Temperaturen fuehrt. Deshalb wird beim Inbetriebnehmen des Heizgeraetes zunaechst der Geblaesemotor eingeschaltet, dann spannungslos geschaltet, so dasz die Drehzahl wieder abnimmt, und dann werden Hochspannungszuendung und Brennstoffzufuhr eingeschaltet, so dasz die Zuendung bei verringerter Geblaesedrehzahl erfolgen kann, und nach Erkennen der Flamme im Brenner wird die Hochspannungszuendung ausgeschaltet und der Geblaesemotor wieder eingeschaltet.{Heizgeraet; Einheiten, mobil; Standheizung; Druckzerstaeuber; Brennkammervolumen, gering; Temperatur, tief; Zuendschwierigkeiten}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät für mobile Einheiten, z. B. Kraftfahrzeuge, mit einem Brenner für Flüssigbrennstoff, der ein Verbrennungsluftgebläse mit Motor, eine Mischeinrichtung zum Erzeugen eines Brennstoffluftgemisches, eine Zündelektrodenanordnung und eine Brennkammer aufweist, und mit einer Steuerung zum Steuern des Zündvorganges.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Solche Heizgeräte werden üblicherweise als sogenannte Zusatz- oder Standheizungen in Personen- und Lastkraftfahrzeugen und in Omnibussen eingesetzt. Der flüssige Brennstoff (Benzin oder Dieselöl) wird mit Hilfe eines Gebläsemotors und einer Mischeinrichtung mit Verbrennungsluft vermischt und in einer Brennkammer verbrannt. Die in der Brennkammer entstehende Wärme wird mit Hilfe eines Wärmeträgers (Luft oder Wasser) abgeleitet.

Das Zerstäuben des Brennstoffs erfolgt bei bestimmten Geräten mit Hilfe eines Druckzerstäubers. Aus einer Brennstoffdüse wird der Brennstoff mit Druck ausgetrieben, und von dem Verbrennungsluftgebläse wird Luft in den Bereich der Düse geleitet, damit sich der ausgesprühte Brennstoff mit der Luft gut durchmischt.

Für eine gute Verbrennung ist bekanntlich eine gute Durchmischung von Luft und Brennstoff erforderlich. Bei Heizgeräten der hier in Rede siehenden Art sind wegen des Erfordernisses einer möglichst kompakten Bauweise die Brennkammern relativ klein, so daß das Mischen von Luft und Brennstoff innerhalb eines eng begrenzten Bereiches stattfinden muß. Es ist nun festgestellt worden, daß eine gute Durchmischung von Luft und Brennstoff bei Brennkammern mit geringem Volumen praktisch nur mit relativ hohen Luftströmungsgeschwindigkeiten erreicht werden kann. Deshalb arbeitet das Verbrennungsluftgebläse bei einem solchen Heizgerät mit relativ hoher Drehzahl.

Die hohe Luftströmungsgeschwindigkeit führt zwar während des Betriebs zu einer guten Durchmischung von Luft und Brennstoff, hat aber den Nachteil, daß es zu Zündschwierigkeiten kommt, insbesondere bei hohen Betriebsspannungen in kalter Umgebung.

Zum Verbessern der Zündeigenschaften eines solchen Heizgerätes kann man daran denken, den Gebläsemotor mit einem Vorwiderstand zu boschalten, der in der^Zündphase während eines bestimmten Zeitintervalles für eine niedrigere Drehzahl des Gebläsemotors sorgt. Abgesehen von der damit verbundenen elektrischen Verlustleistung und dem Erfordernis, die im Vorwiderstand entstehende Wärme abzuleiten, ist es auf Grund von unvermeidlichen Drehzahltoleranzen schwierig, die für den Zündvorgang geeignete Drehzahl festzulegen.

Man kann weiterhin daran denken, die Luftzuführung so zu gestalten, daß sine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird. Derartige konstruktive Lösungen sind aber riskant, da die Gefahr der übermäßigen Rußbildung, insbesondere bei Niedrigspannung aufgrund schlechter Durchmischung von Luft- und Brennstoff besteht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die genannten Mangel zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Heizgerät der eingangs genannten Art anzugeben/bei dem eine einwandfreie Zündung auch bei hohen Betriebsspannungen und/oder tiefen Temperaturen gewähi Wstet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerung, damit der Zündvorgang stattfindet, während die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläse-Motors unterhalb der Betriebsdrehzahl liegt, den Motor abschaltet und gleichzeitig damit oder etwas später mittels der Zündelektrodenanordnung zündet. Besonders wirksam und interessant ist die Erfindung in Verbindung mit Druckzerstäuberbrennern mit Hochspannungszündung.

Üblicherweise werden die Heizgeräte so betrieben, daß nach dem Einschalten zunächst das Verbrennungsluftgebläse in Gang gesetzt wird, um den Brenner „vorzuspülen". Die Erfindung sieht nun vor, das Verbrennungsluftgebläse für dieses „Vorspülen" zunächst einzuschalten, dann aber wieder für eine erste vorbestimmte Zeitspanne auszuschalten, d. h. spannungslos zu schalten, so daß die Drehzahl bei auslaufendem Gebläsemotor stetig abnimmt. In diese Phase sich ständig verringernder Gebläsedrehzahl fällt der Zündzeitpunkt nach Einschalten der Brennstoffzufuhr. Dadurch wird erstens erreicht, daß wegen der verringerten Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses eine geringe Strömungsgeschwindigkeit und folglich auch eine geringere Luftmenge vorhanden ist, wodurch das Brennstoff-/Luftgemisch fetter wird und einfacher gezündet werden kann, während zweitens durch die ständig geringer werdende Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses sich die Zusammensetzung des Gemisches ständig ändert, also zu irgendeinem Zeitpunkt einen für eine Zündung optimalen Zustand einnimmt. Es wird auf jeden Fall erreicht, daß ein für die Zündung bestens geeignetes Gemisch vorhanden ist.

Nach erfolgter Zündung muß die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses wieder auf den für den Normalbetrieb vorgesehenen Wert angehoben werden, indem der Gebläsemotor wieder an Spannung gelegt wird. Man kann den Zeitpunkt des Wiedereinschaltens des Gebläses so festlegen, daß er vom Ausschalten des Gebläses eine bestimmte Zeitspanne entfernt ist. Die hier in Rede stehenden Heizgeräte besitzen aber aufgrund einschlägiger Vorschriften eine Flammerkennungseinrichtung, die in Verbindung mit der Steuereinrichtung des Gebläses dafür sorgt, daß der Zündvorgang oder der Betrieb des Gerätes abgebrochen wird, insbesondere die Brennstoffzufuhr unterbrochen wird, wenn eine bestimmte Zeit lang keine Flamme vorhanden ist. Das von der Flammenerkennungseinrichtung gelieferte Signal wird erfindungsgemäß dazu verwendet, nach dem Zündvorgang das Verbrennungsluftgebläse wieder einzuschalten. Das Inbetriebsetzen des Heizgerätes erfolgt also dadurch, daß zunächst das Verbrennungsluftgebläse eingeschaltet wird, nach einer gewissen Zeitspanne spannungslos geschaltet wird, dann die Brennstoffzufuhr eingeschaltet wird (dazu wird ein in der Brennstoffleitung befindliches Magnetventil geöffnet), eine Zündspannung an die Zündelektroden gelegt wird, und das von der Flammenerkennungseinrichtung gelieferte Signal das Wiedereinschalten des Verbrennungsluftgebläses veranlaßt.

Während bei der oberen erläuterten Ausführungsform zur Verringerung des Luftdurchsatzes beim Startvorgang der Motor des Verbrennungsluftgebläses ausgeschaltet wird, und die Drehzahl des Gebläses ständig abnimmt, bis nach Flammenerkennung das Gebläse wieder eingeschaltet wird, kann auch, wenn ein Drehzahlbereich für eine mögliche Zündung bekannt ist, nach dem Einschalten des Verbrennungsluftgebläse-Motors nach nachdem dessen Betriebsdrehzahl für den stationären Betrieb erreicht ist, der Motor spannungslos geschaltet werden und dann eine gewisse Zeit später intermittierend ein- und ausgeschaltet werden, so daß während des intermittierenden Schaltens des Gebläsemotors mit der Brennstoffzufuhr begonnen und die Zündung eingeschaltet wird und daß nach erfolgter Zündung der Gebläsemotor wieder dauernd an Spannung gelegt wird. Während bei dem einen Ausführungsbeispiel der Zündzeitpunkt in einen Bereich stetiger Abnahme der Gebläsedrehzahl fällt, wird bei der letztgenannten Ausführungsform durch einen intermittierenden Betrieb des Gebläsemotors erreicht, daß das Gebläse in einem gewissen Bereich einer relativ niedrigen Drehzahl arbeitet. Vorzugsweise wird dabei so vorgegangen, daß das intermittierende Ein- und Ausschalten nach Maßgabe zweier vorgegebener Spannungspegel gesteuert wird, wozu bei ausgeschaltetem Gebläsemotor, der dann als Generator arbeitet, weil er aufgrund der ihm eigenen Trägheit nachläuft, die EMK erfaßt und mit den beiden Spannungspegeln verglichen wird. Die hierzu erforderlichen Steuereinrichtungen sind leicht zu realisieren mit Hilfe der in solchen Heizgeräten bereits vorhandenen Steuereinrichtungen. Beispielsweise gibt es eine Prüfschaltung, mit der nach Anfahren des Gebläsemotors dessen Funktion geprüft wird. Hierzu wird der angefahrene Motor kurzzeitig ausgeschaltet und während der Ausschaltzeit die von dem dann als Generator arbeitenden Motor erzeugte EMK erfaßt. Mit dieser Einrichtung lassen sich auch die beiden genannten Spannungspegel für die Steuerung des intermittierenden Schaltens des Gebläsemotors gewinnen. Grundsätzlich kann man auch mit einem einzigen Vergleichs-Spannungspegel arbeiten, um bei Erreichen eines Minimum-Pegels den Gebläsemotor wieder einzuschalten. Das zwischenzeitliche Einschalten des Motors erfolgt während vorgegebener fester Zeitintervalle.

Ausführungsbeispiele

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: den zeitlichen Verlauf der Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläse-Motors eines Heizgerätes für ein Kraftfahrzeug, und Fig. 2; den zeitlichen Verlauf der Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläse-Motors nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Erfindung ist speziell auf eine Standheizung mit Druckzerstäuberbrenner und Hochspannungszündung gerichtet. Derartige Geräte sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Im vorliegenden Fall geht es speziell um den

Zündvorgang.

Wie Fig. 1 zeigt, wird mit dem Einschalton des Geräts der Motor des Verbrennungsluftgebläses eingeschaltet. Dann schließt sich die Vorspülphase an. Von dem Einschaltzeitpunkt t₀ an dauert es eine gewisse Zeit, bis das Verbrennungsluftgebläse die Nenndrehzahl von z.B. 5000UPM erreicht hat. Zu einem Zeitpunkt ti wird das Verbrennungsluftgebläse spannungslos geschaltet. Das Gebläse läuft mit stetig abnehmender Drehzahl weiter. Gleichzeitig mit dem Abschalten des Gebläses oder zu einem gewissen Zeitpunkt t₂ nach dem Abschalten des Verbrennungsluftgebläses wird die Zündung eingeschaltet, und das in der Brennstoffleitung enthaltene Magnetventil wird geöffnet, so daß der Brennstoffdüse Brennstoff zugeführt wird. Der aus der Düse austretende Brennstoff vermischt sich mit der von dem Verbrennungsluftgebläse kommenden Verbrennungsluft. Da an die Zündelektrode eine Hochspannung gelegt wird, kann es zur Zündung kommen. Nach dem Zeitpunkt t₂ nimmt die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses mehr und mehr ab. Das Gemisch aus Luft und Brennstoff wird dabei etwas fetter. Zu irgendeinem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt t₂ hat das Gemisch aus Luft und Brennstoff die für die Zündung geeignete Zusammensetzung und Strömungsgeschwindigkeit. Dann kommt es zum Zeitpunkt ta zur Zündung. Die nun entstehende Flamme wird von einer Flammenerkennungseinrichtung erkannt. Die Flammenerkennungseinrichtung liefert ein Signal, aufgrund dessen das Gebläse eingeschaltet und die Zündung ausgeschaltet wird. Die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses steigt wieder auf den Nennwert von 5000 UPM an, und anschließend arbeitet das Gerät im stationären Zustand.

Der Zeitabstand zwischen X₂ und t, kann vorzugsweise-wie gesagt- Null betragen, er kann aber auch abhängig von der etwa zu erwartenden „Zünddrehzahl" auf einen endlichen Wert eingestellt werden.

Das Einschalten der Zündung nach dem Ausschalten des Verbrennungsluftgebläses erfolgt z.B. bei einer Drehzahl von 3800UPIV1, und das Entzünden des Brennstoff-/Luftgemisches erfolgt dann bei einer noch etwas geringeren Drehzahl. Fig. 2 zeigt den Drehzahlverlauf des Verbrennungsluftgebläse-Motors in Verbindung mit den Ein- und Ausschaltsignalen des Motors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der Verbrennungsluftgebläse-Motor arbeitet nach Abschalten von dor Spannungsquelle als Generator und erzeugt eine EMK, die von der jeweiligen Drehzahl η abhängt. Der Luftdurchsatz V ist etwa proprotional zu der Drehzahl.

Im Zeitpunkt ti, also nachdem die Nenndrehzahl a für den stationären Betrieb erreicht ist, wird der Motor ausgeschaltet. Die dann von dem Gebläsemotor erzeugte EMK wird ermittelt und mit einem unteren Schwellenwert C verglichen. Sind die beiden verglichenen Werte im Zeitpunkt t, gleich, wird der Gebläsemotor wieder eingeschaltet. Im Zeitpunkt t_b wird ein höherer Schwellenwert b erreicht, so daß zu diesem Zeitpunkt t_b der Gebläsemotor wieder ausgeschaltet wird. Durch wiederholtes Ein- und Ausschalten bewegt sich die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses zwischen den beiden Schwellenwerten c und b. In dieser Phase des intermittierenden Ein- und Ausschaltens erfolgt das Einschalten dar Brennstoffzufuhr und das Einschalten der Zündelektroden. Im Zeitpunkt t₃ wird die Flamme erkannt und der Gebläsemotor wird wieder dauernd an Spannung gelegt.

Das Ermitteln der Drehzahl bzw. der EMK entsprechend dem Schwellenwert b kann entfallen, und statt dessen kann die Einschaltdauer Ab, während der der Gebläsemotor kurzfristig eingeschaltet wird, festgelegt werden. Auf Grund von Erfahrungswerten kann man den Wert Ab so festlegen, daß nach dieser Zeitspanne eine Drehzahl erreicht ist, die etwa dem' Schwellenwert b entspricht.

Claims

1. Heizgerät für mobile Einheiten, z. B. Kraftfahrzeuge, mit einem Brennerfür Flüssigbrennstoff, der ein

Verbrennungsluftgebläse mit Motor, eine Mischeinrichtung zum Erzeugen eines Brennstoff-Luftgemisches, eine Zündelektrodenanordnung und eine Brennkammer aufweist, und mit einer Steuerung zum Steuern des Zündvorganges, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung, damit derZündvorgang stattfindet, während die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläse-Motors unterhalb der Betriebsdrehzahl liegt, den Motor abschaltet, und gleichzeitig damit oder etwas später mittels der Zündelektrodenanordi lung zündet.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner ein Druckzerstäuberbrenner mit Hochspannungszündung ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Inbetriebsetzen des Heizgerätes zunächst derVerbrennungsluftgebläse-Motoreingeschaltetwird, dann nach Ablauf der ersten vorbestimmten Zeitspanne der Verbrennungsluftgebläse-Motor spannungslos geschaltet wird, gleichzeitig damit oder nach Ablauf einer zweiten vorbestimmten Zeit und mit oder nach Beginn der Brennstoffzufuhr zu der Mischeinrichtung gezündet wird, und anschließend nach erfolgter Zündung der Verbrennungsluftgebläse-Motor wieder an Spannung geschaltet wird.

4. Heizgerät nach Anspruch 3 mit einer Flammenerkennungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet,

daß das Wiedereinschalten des Verbrennungsluftgebläse-Motors abhängig von der Flammenerkennung erfolgt.

5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschalten des Verbrennungsgebläse-Motors und nachdem dessen Betriebsdrehzahl für den stationären Betrieb errsicht ist, der Verbrennungsluftgebläse-Motor spannungslos geschaltet wird und dann nach einer gewissen Zeitspanne intermittierend ein- und ausgeschaltet wird, daß während des intermittierenden Schaltens des Verbrennungsluftgebläse-Motors mit der Brennstoffzufuhr begonnen und die Zündung eingeschaltet wird., und daß nach erfolgter Zündung der Verbrennungsluftgebläse-Motor wieder dauernd an Spannung gelegt wird.

6. Heizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das intermittierende Ein- und Ausschalten nach Maßgabe zweier vorgegebener Spannungspegel gesteuert wird, wozu bei ausgeschaltetem Verbrennungsluftgebläse-Motor, der dann als Generator arbeitet, die EMK erfaßt und mit den beiden Spannungspsgeln verglichen wird.